DE3106911A1

DE3106911A1 - Verfahren zum verbrennen von organische bestandteile enthaltendem abwasser

Info

Publication number: DE3106911A1
Application number: DE19813106911
Authority: DE
Inventors: Stefan Dipl.-Chem. Dr. 8071 Münchsmünster Elischer; Hans-Günther Dipl.-Ing. 8301 Aiglsbach Höbel; Klaus Dipl.-Chem. Dr. 8071 Münchsmünster Lienhard
Original assignee: SKW Trostberg AG
Current assignee: Evonik Operations GmbH
Priority date: 1981-02-24
Filing date: 1981-02-24
Publication date: 1982-09-09
Also published as: NL8200423A; DE3106911C2

Description

Verfahren zum Verbrennen von organische Bestandteile ent-
haltendem Abwasser Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbrennen Von organische Bestandteile enthaltendem Abwasser in einem Zerstäuberbrenner.
In petrochemischen Anlagen fallen Abgase sowie mit Polymeren verunreinigte Abwässer an, die verbrannt werden müssen.
Die Abgase enthalten hauptsächlich Stickstoff; die Verbrennungsöfen sind entsprechend konstruiert und bestehen aus einem Hauptbrennraum sowie mehreren wesentlich kleineren, regelmäßig darum angeordneten Vorbrennkammern. Die Größe des Hauptbrennraumes richtet sich nach der Aufenthaltsdauer, die erforderlich ,ist, um die in geringer Konzentration vorliegenden organischen Verbindungen mit dem ebenfalls nur in geringer Konzentration zur Verfügung stehenden Sauerstoff vollständig umzusetzen. Dies wird aus Kostengründen angestrebt, da jede Tonne Luft, die zusätzlich auf Reaktionstemperatur aufgeheizt werden muß, ca.
30 kg Heizöl benötigt.
Normalerweise enthält das Abgas ca. 2 % Restsauerstoff. Die Temperatur am Boden des Hauptbrennraumes ist durch die dort eintretenden kalten Anlagenabgase relativ niedrig (ca. 300 °C).
Die Vorbrennkammern enthalten die eigentlichen Einrichtungen für die Verbrennung des polymerhaltigen Abwassers, nämlich ölbrenner mit koaxialer Abwasser- und entsprechenden Luftzuführungen.
In Verbrennungsanlagen, die neben Abwasser aucn Abgase verbrennen und der Wärmerückgewinnung dienen, ist die oxidative Zone auf die kleinen Vorbrennkammern beschränkt.
In diesen Vorbrennkammern muß das Abwasser im Verlauf des Durchströmens verdampfen, die darin enthaltenen Polymere zünden und diese schließlich vollständig ausbrennen. Wird dies nicht oder nur unvollständig erreicht, gelangen Polymere in den sauerstoffarmen, kühleren Hauptbrennraum, verkoken ,dort und lagern sich auf dem Boden des I1auptbrennraums ab.
Die Bedingungen für die ordnungsgemäße Verbrennunq der Polymeren sind im wesentlichen folgende: - größtmögliche Oberfläche des zu verbrennenden Wassers durch Bildung kleinster Tröpfchen, d. h. Erhöhung der Verdampfungsgeschwindigkeit durch besseren Wärmeübergang, wobei gleichzeitig die Verbrennungsgeschwindigkeit durch die intensivere Sauerstoff-/Polymermischung verbessert wird; - größtmögliche Verweilzeit in der Oxidationszone, d. h. Einstellung der kleinstmöglichen Strömungsgeschwindigkeit der Tröpfchen.
Diese Bedingungen erfüllt das Verfahren nach der DE-OS 26 12 302 weitgehend, wobei durch Einblasen kleiner Luftmengen ein "Sprudelsystem entsteht, das sowohl die Bildung kleinster Tröpfchen als auch kleine Strömungsgeschwindigkeiten garantiert.
Im Iiiiiblick auf die Schadstoffkonzentration der Rauchgase kann allerdings auch dieses System noch nicht voll befriedigen.
Es bestand daher die Aufgabe, den erst bei Temperaturen ab 900 OC erzielbaren Ausbrand zu einem cyanidfreien Rauchgas zuverlässig auch bei tieferen Temperaturen zu erreichen und somit die Betriebstemperatur der Verbrennungsanlage zu senken.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Verbrennung organische Bestandteile enthaltender Abwässer in einem Zerstäuberbrenner, wobei die Abwässer vor Eintritt in den Brenner in einer Mischdüse mit-Druckluft vermischt und so in die Brennerflamme eingedüst werden, daß das Abwasser-Luft-Gemisch den Brennermund in Form einer Tröpfchenwirbelschicht verläßt, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß das Abwasser vor Bildung der Trö.pfchenwirbelschicht unter Druck auf über 100 ob'erhitzt wird und zwischen dem Abwasser zuführungsrohr im Brenner und dem Feuerraum eine Druckdifferenz von mindestens 0,5 bar besteht.
Die Ursache für einen geringen Restgehalt an Cyanidverbindungen im Rauchgas üblicher Uerbrennungsanlagen ist darin zu suchen, daß Tröpfchen durch die Flammenfront der-Stütz-Setzezung hindurchschießen, bevor die enthaltenen Polymeren vollkommen ausgebrannt sind. Im sauerstoffarmen Bereich des Hauptbrennraumes werden diese Polymeren in leicht flüchtige Cyanverbindungen gespalten, die dann - unvollkommen oxidiert -mit dem Rauchgas in die Atmosphäre gelangen.
Es wurde nun überraschenderweise gefunden, daß mit dem erfindungsgemäßen. Verfahren dieser Vorgang verhindert und gleichzeitig die Betriebstemperatur der Verbrennungsanlage erheblich gesenkt werden kann.
Als Zerstäuberbrenner kann ein ölbrenner verwendet werden.
Die Erhitzung des Abwassers erfolgt in üblichen Wärmeaustauschern und wird mit Hilfe von Pumpen über Mischdüsen, in denen das Abwasser mit Luft verwirbelt wird, den Brennern koaxial zugeführt. Vorzugsweise wird das Abwasser unter einem Druck von 1 bis 4 bar erhitzt. Die Erhitzungstemperatur liegt vorzugsweise höher als 105 OC; besonders bevorzugt sind 110 - 130 OC. Durch die zwischen dem Abwasserzuführungsrohr im Brenner und dem Feuerungsraum herrschende Druckdifferenz, die vorzugsweise 0,5 - 3 bar beträgt, kommt es nach der Bildung der Tröpfchenwirbelschicht bei der En;t:-spannung am Austritt des Brenners zu einem "Explodieren" der Tröpfchen.
Die durch diese thermische "Explosion" noch weiter zerkleinerten Abwassertröpfchen fliegen nun nicht mehr ausschließlich in Richtung der Flammengase, sondern bekommen einen Impuls in die verschiedenen Richtungen des Raumes.
Sowohl die Verdampfungsgeschwindigkeit als auch die Verweilzeit in der oxidierenden Atmosphäre der Brennkammer wird wesentlich erhöht, da das Aufheizen der Tröpfchen bis zum Siedepunkt des Wassers vorverlegt, ferner der Tröpfchendurchmesser verkleinert wird. Beim erfindungsgemäßen Verfahren handelt es sich jedoch nicht nur um die Verlagerung der kalorischen Arbeit vom Brennraum in den Wärmetauscher; wie Versuche zeigten, kann die Überhitzung nicht beliebig erhöht werden. Sobald der Energieinhalt der Tröpfchen zu groß wird, werden Spaltprodukte bis in den relativ kalten Teil der Vorbrennkammerwand am Brennerdurchtritt zurückgeschleudert, wo sie verkoken.
Vielmehr beruht das gefundene Verfahren insbesondere auf der zusätzlichen Verkleinerung der Tröpfchendurchmesser und einer Änderung der Bewegungsrichtung der Tröpfchen.
Die Erfindung wird im nachfolgenden Beispiel 1 näher erläutert, ohne sie darauf zu beschränken. Durch Vergleich mit dem Beispiel 2 (Vergleichsbeispiel) wird der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzielte Effekt veranschaulicht.
Beispiel 1 In eine mit ölzerstäubungsbrennern üblicher Bauart ausgerüstete Verbrennungsanlage werden pro Stunde und Brenner bis zu 420 kg Heizöl S und 150 - 250 kg Dampf eingedüst.
Der. aus einer Acrylnitrilproduktion kommende#Abwasser-3 strom, 1,25 - 2,25 m pro Stunde und Brenner, mit einem Gehalt von ca. 30 % organischer Polymere wird in einem Wärmeaustauscher, erfindungsgemäß auf 115 OC erwärmt und mit Hilfe von Pumpen über eine Mischdüse, in der das Abwasser mit Luft verwirbelt wird, den Brennern bei einem Druck von 2 - 4 bar koaxial zugeführt.
Aus der Acrylnitrilproduktion kommt zur gleichen Zeit ein 3 .Abgasstrom von 66 000 m3/h. Die Temperatur in der Verbrennungsanlage wird auf 800 OC eingestellt. Der Sauerstoffgehalt im Rauchgas beträgt 2,4 %. Der Ausbrand ist vollständig (kein Cyanid, Acetaldehyd, Acetonitril im Rauchgas).
Beispiel 2 (Vergleichsbeispiel) In der gleichen Versuchsanordnung wie im Beispiel 1, jedoch ohne Abwasserüberhitzung im Wärmetauscher und bei 900 OC Verbrennungstemperatur im Ofen werden im'Rauchgas gemessen 5,9 ppm HCN °2 = 3,2 % 9,4 ppm Acetaldehyd 11,9 ppm'Acetonitril.
Eine weitere Differenz zwischen Beispiel 1 und 2 besteht im Olverbrauch Beispiel 1 ölverbrauch 0,6 t/h 2 2 " 1,8 t/h.
In beiden Fällen beträgt der gesamte Abwasserstrom 6,4 t/h und der Abgasstrom 66 000 m3/h. Durch das erfindungsgemäß.e Verfahren kann der -Ausbrand trotz Verkürzung. der Flammenlänge (Reduzierung des öleinsatzes) garantiert werden.
Weiterhin kann der Restsauerstoff reduziert werden, wodurch die aufzuheizende Gasmenge weiter verkleinert wird. Durch die Erhöhung der Verweilzeit der organischen Substanz in der oxidierenden Zone kann die Betriebstemperatur der Verbrennungsanlage gesenkt werden. Eine erhebliche Reduktion des ölverbrauchs ist die Folge.,

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Verfahren zur Verbrennung organische Bestandteile enthaltender Abwässer in einem Zerstäuberbrenner, wobei die Abwässer vor Eintritt in den Brenner in einer Mischdüse mit Druckluft vermischt und so in die Brennerflamme eingedüst werden, daß das Abwasscr-Luft-Gemisch den Brennermund in Form einer Tröpfchenwirbelschicht verläßt, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß das Abwasser vor Bildung der Tröpfchenwirbelschicht unter Druck auf über 100 OC erhitzt wird und zwischen dem Abwasserzuführungsrohr im Brenner und dem Feuerraum eine Druckdifferenz von mindestens 0,5 bar besteht.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c n e t , daß der Aufheizvorgang unter einem Druck von 1 - 4 bar erfolgt.
3. Verfahren. nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß das Abwasser auf 110 - 130 °C erhitzt wird.