DE1245868B

DE1245868B - Verfahren zur Einleitung einer kontinuierlichen, selbsttaetigen Oxydation von dispergierte, brennbare, organische Stoffe enthaltenden Abwaessern und Vorrichtung zur Durchfuehrung dieses Verfahrens

Info

Publication number: DE1245868B
Application number: DEST10797A
Authority: DE
Inventors: Hans Huesler; Eugene W Schoeffel; Frederick John Zimmermann
Original assignee: Sterling Drug Inc
Current assignee: STWB Inc
Priority date: 1955-01-24
Filing date: 1956-01-24
Publication date: 1967-07-27
Also published as: US2932613A; DE1252597B; NL203740A; NL89125C; GB785269A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

CHRIFT

Int. Cl.:

Deutsche KL: 85c-l

"■* ^r ν 'Z < A 117

7 ^- f

Nummer: 1245 868

Aktenzeichen: St 10797IV a/85 c

Anmeldetag: 24. Januar 1956

Auslegetag: 27. Juli 1967

Die Erfindung bezieht sich auf die Einleitung eines kontinuierlich ablaufenden Oxydationsprozesses unter Verwendung einer Ausgangstemperatur, die wesentlich unter jener liegt, welche für die Aufrechterhaltung der Reaktion angewendet wird. S

In der deutschen Patentschrift 1097 415 ist ein Verfahren für die selbsttätige Oxydation von in Wasser verteilten organischen Stoffen beschrieben. Bei gewissen Einzelheiten des Verfahrens zeigten sich jedoch Schwierigkeiten, darunter insbesondere auch beim Vorgang der Einleitung des Verfahrens. In der erwähnten Patentschrift wird die Anleitung gegeben, die Reaktionsmischung auf etwa 280° C zu erhitzen und den Reaktor zu etwa zwei Drittel mit Sulfitablauge zu füllen. Dann wird Luft eingeführt und der »5 Oxydationsvorgang eingeleitet. Bei den Oxydationsprozessen werden gewöhnlich die Reaktoren durch Ummantelung abgeschirmt und einzelne Apparate vereinigt, um übermäßige Strahlungsverluste zu vermeiden und die Umgebung der Anlage in der erfor- ao derlichen Weise zu sichern. Wenn aus diesem Grunde ölmäntel, Dampfmantel, Heizrohre und andere Einrichtungen angewendet werden müssen, so kann der Betrieb unwirtschaftlich werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen kontinuierlichen, »5 sich selbst aufrechterhaltenden Oxydationsvorgang einzuleiten, wobei eine solche Innenerhitzung der Reaktionskomponenten und Reaktorgefäße ermöglicht ist, daß die Reaktion bei wesentlich niedrigeren Temperaturen, als vorauszusehen ist, anspringt. Der Startvorgang und die hierfür erforderliche Einrichtung soll einfachster Art und hinsichtlich des zum Starten erforderlichen Brennmaterials und der notwendigen Einrichtungen besonders sparsam sein.

Überraschenderweise wurde gefunden, daß ein Oxydationsprozeß, wie er in der deutschen Patentschrift beschrieben ist, leicht eingeleitet werden kann, wenn die zu behandelnde Lauge auf Temperaturen erhitzt wird, die etwas unter 200° C und unter der normalerweise für die Reaktion erforderlichen Temperatur, jedoch über 137,8°C liegt. Der Druck im Reaktor soll dabei etwa auf jenen gehalten werden, der beim selbsttätigen Ablauf der Reaktion nach ihrer Einleitung aufrecht gehalten wird. Dieser Druck im Reaktor wird durch Pumpen und Kompressoren erzielt. Nachdem der Reaktor und die Leitungen auf diese Temperatur erhitzt wurden, wird die auf über 137,8⁹C, aber unter der beim selbsttätigen Ablauf des Prozesses herrschenden Temperatur erhitzte Lauge unter dem normalen Reaktionsdruck in das Reaktionsgefäß gepumpt, und zwar in Gegenwart eines SauerstorTuberschusses. Unter diesen Temperatur- und Verfahren zur Einleitung einer kontinuierlichen, selbsttätigen Oxydation von dispergierte,
brennbare, organische Stoffe enthaltenden
Abwässern und Vorrichtung zur Durchführung
dieses Verfahrens

Anmelder:

Sterling Drug Inc., New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr. G. W. Lotterhos

und Dr.-Ing. H. W. Lotterhos, Patentanwälte,

Frankfurt/M., Annastr. 19

Als Erfinder benannt:

Hans Huesler, Eugene W. Schoeffel,

Rothschild, Wis.;

Frederick John Zimmermann,

Wausau, Wis. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 24. Januar 1955(483581)

Druckverhältnissen wurde überraschenderweise gefunden, daß die Oxydation genügend initiiert ist,: um den Prozeß innerhalb einer verhältnismäßig kurzen Zeitspanne und mit großer Einsparung an Heizmaterial bis zu seinem selbsttätigen Ablauf anzufahren. Die Oxydation verläuft exotherm, so daß der Reaktor und die ringsum angeordneten Teile der Anlage erhitzt werden. Wenn der Ablauf aus dem Reaktor in einen Wärmeaustauscher geleitet wird, wo er seine Wärme an das mit sauerstoffhaltigem Gas vermischte, für den Eintritt in den Reaktor bestimmte Abwasser abgibt, so kann ein allmählicher Anstieg der Abwassertemperatur auf die erforderliche Prozeßtemperatur erreicht werden. Nach dem Einleiten der Reaktion wird¹ der

709 61S/S10

3 4

Dampf oder ein anderes Erhitzungsmittel allmählich trifft, die nötig ist, um unter den Reaktionsbedingedrosselt, und die Reaktion verläuft dann unab- gungen den ganzen Kohlenstoff in Kohlendioxyd, den hängig von einer äußeren Wärmequelle. Wasserstoff in Dampf und die anorganischen Verbin-Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren düngen in ihre stabilen Oxyde oder Oxydsalze überzur Einleitung einer kontinuierlichen, selbsttätigen s zuführen,

Oxydation von dispergierte, brennbare, organische Die schematische Darstellung nach der Zeichnung Stoffe enthaltenden Abwässern, das dadurch gekenn- läßt in einfacher Form den Startvorgang und die Vorzeichnet ist, daß man das mit Luft oder mit einem richtung dazu entnehmen. Nach der Zeichnung führt sauerstoffhaltigen Gas gemischte Abwasser, das einen die Dampfleitung 3 Dampf mit einer Temperatur von Heizwert von mindestens 199,7 kcal/1 besitzt, sowie io 137,8 bis 18O⁰C in den Wärmeaustauscher 2. Durch eine Reaktionszone durch eine äußere Wärmequelle eine Abzweigung 4 von der Dampfleitung 3 strömt der auf ejne Temperatur erhitzt, die über 137,8⁰C, aber Dampf durch den beim Starten des Vorganges mitunter Jener Temperatur liegt, bei welcher sich die Oxy- wirkenden Wärmeaustauscher 2 und wird dann über dation weiterhin selbst erhält, die erhitzte Mischung " den Dampf auslaß 5 abgelassen. Der Dampf kann in die erhitzte Reaktionszone einführt und daß man 15 somit direkt in die Reaktionszone 6 geführt und auch das in die Reaktionszone eingeführte, vorgewärmte durch den Wärmeaustauscher 2 geschickt werden, wo Abwasser-Gas-Gemisch so lange im Kreislauf führt, er mit der Zuleitung 1 in Wärmeaustausch tritt. Diese bis die Temperatur des Gemisches auf über 137,8 ⁰C Anlagenteile und die Reaktionszone 6 werden also angestiegen ist. noch vor dem Zuführen des Abwassers erwärmt.

In der Zeichnung ist eine schematische Darstellung *> Das Ventil 7 ist geschlossen, so daß das Erhitzungsdcr Vorrichtung zur Durchführung des Startes der mittel nicht durch den Reaktor strömen kann, wenn Reaktion gemäß dem beanspruchten Verfahren auf- das Abwasser gemischt mit Luft durch den Wärmegezeigt, austauscher 2 strömt. Das Abwasser-Luft-Gemisch Die in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung ist wird mit dem nötigen Ausgangsdruck in die Reak· eine typische Anlage für den in der deutschen Patent- »s tionszone 6 eingebracht. Der Oxydationsvorgang beschrift 1 097 415 beschriebenen Oxydationsprozeß, ginnt sofort, und der Umsatz nimmt mengenmäßig wobei das einzutragende Abwasser durch Vorwärmer zu, so daß schließlich der zur Einleitung des Prozesses geht. Das Abwasser wird etwa unter dem bei nor- hilfsweise benötigte Dampf od. dgl. nicht mehr gemalem Reaktioosablauf im Reaktor herrschenden braucht wird und seine Zufuhr durch das Ventil 8 Druck oder unter einem für den Eintritt in den Reak- 30 abgesperrt werden kann. Um die Wärme des Ablaufes tor wenigstens ausreichenden Druck über die Zu- auszunutzen, heizt man in üblicher Weise das Rohleitung 1 zusammen mit vorgewärmter Luft aus der . wasser in bekannten Wärmeaustauschern auf. Im Luftleitung la in einen Wärmeaustauscher 2 geführt, Falle des Anfahrens wird das Abwasser im Kreislauf dem von außen Wärme zugeführt werden kann. Die geführt. Die Zeichnung zeigt also den Startvorgang Temperatur des Abwassers wird dabei auf überl37,8°C 35 und erläutert die dafür erforderliche Einrichtung. Die gesteigert, jedoch unter jener Temperatur gehalten, Einzelteile der Einrichtung sind für chemische Probei welcher im Reaktor normalerweise die Reaktion zesse an sich bekannt. Die Erfindung liegt in der neuen abläuft. Gleichzeitig mit dem Abwasser wird Luft Kombination dieser Teile für eine Anlage zum Starten unter Druck eingeführt, und zwar im Überschuß über sich selbst erhaltender Oxydationsprozesse, jene Menge, mit der die Reaktion normalerweise ab- 40 Bei Anwendung des beschriebenen Startvorganges läuft. Das vorgewärmte Abwasser, das die brennbaren und der Vorrichtung kann ein kalter Reaktor durchStoffe und die Luft enthält, wird über die Speise- schnittlich innerhalb etwa einer Stunde zum Anlaufen leitung 10 in die Reaktionszone 6 gebracht, die auf gebracht werden. Die folgenden Angaben zeigen den eine Temperatur von über 137,8⁰C erwärmt wurde. typischen Verlauf eines Startvorganges, wobei die Ab-Zweckmäßig erfolgt die Erwärmung der Reaktions- 45 lesungen der Betriebsdaten ungefähr viertelstündlich zone 6 vor Einführung des Abwassers, indem Dampf erfolgten, durchgeleitet wird. Wenn aber eine Rückführung des _ . ... Abwassers leicht möglich ist, kann auch das vorge- ^{Daten fur den} Startvorgang wärmte Abwasser zum Erhitzen der Reaktionszone 6 Zweckmäßige

verwendet werden. Wenn Temperatur und Druck die so Verfahrensbedingungen Konstant 57,65 kg/cm^a

erforderlichen Bedingungen erreicht haben, wird die Konstant 254 4° C

Oxydation beginnen. Ist diese einmal eingeleitet, so (ungefähre Temperatur

wird sie zufolge ihrer exothermen Natur die Reak- _des R_eaktorablaufes) tionszone 6 weiterhin erwärmen und ebenso durch

Ausnutzung der Wärme des Reaktorablaufes das ein- 55 ^{Für den start} verwendeter

zuführende Abwasser erhitzen. Auf diese Weise wird Dampf 10,56 kg/cm

also die Reaktion gestartet. * Der Reaktor und die damit

Diese Art des »Anfahrens« bis zum Reaktions· ' verbundenen Apparate wur-

beginn ist völlig unerwartet, da bei den meisten bisher den mit Dampf erwärmt ungefähr 181° C

bekannten Verfahren für die Einleitung einer konti- 60 r»_a««n-5H,««, ™« B«t

nuierlich ablaufenden Reaktion der Reaktor und die gj wTKSnHnd dte

Reaktionskomponenten auf Reaktionstemperatur ge- ^S^g^ g JJ

bracht werden müssen. mi«i*t«i Ah«M««er« hatte be-

Für die Erklärung der Oxydationstechnik sei der «"S?

Fall angenommen, daß ein Abwasser mit wenigstens 65 ^{B nne}

199,7 kcal/1 in der Reaktionszone selbsttätig oxydiert Die Strömungsgeschwindigkeit betrug 143,8 t/Min,

werden soll. Dieses Abwasser wird mit einem Gas Die Luftzufuhr betrug 37,19 kg/Min., sie erhöhte sich

vermischt, dessen Sauerstoffgehalt jene Menge über- nach vollem Anlauf des Verfahrens auf 59,78 kg/Min.

5	10" ⁰C	10" ⁰C	11°· ⁰C	Ablesung 11» ⁰C	6	11·· "C	11« ⁰C	14»· ^CC
	106,1 64,4 179,3	110 66,1 177,7	116,3 66,1 173,9	121,1 67,2 173,3	123,9 121,7 200	126,7 138,3 232	137,8 196.6 255
Luft
*Abwasser nach Wärmeaustauscher (Xi* ....**
Reaktorablauf

Um etwa 11^M wurde der als Starthilfe benutzte Dampf durch Schließen des Ventils 8 vollständig abgesperrt. Um II⁴⁶ war das Verfahren als angelaufen anzusprechen und verlief dann ohne äußere Wärmezufuhr unter den aus der Spalte 14⁰⁰ entnehmbaren Bedingungen.

Die angegebenen Daten wurden bei der Inbetriebsetzung eines üblichen Verfahrensganges ermittelt.

Wenn für den Start Dampf mit 137,8° C benutzt wurde, aber sonst die in den angeführten Daten für den Startvorgang für Dampf von 179,3⁹C angeführten Bedingungen eingehalten wurden, so war der Zeitaufwand für das Anfahren des Prozesses größer. Ein selbsttätiger Verlauf der Oxydation wurde erst etwa 4 Stunden nach Absperrung des Startdampfes erreicht. In dieser Zeit ist die für das Anwärmen der Anlage auf 137,8⁰C erforderliche Zeitspanne nicht mit eingerechnet.

Niedrigere Temperaturen sind also für den Startvorgang wohl möglich, jedoch wegen des großen Zeitaufwandes unpraktisch.

Obwohl bisher vor allem Dampf als Wärmequelle beim Starten erwähnt wurde, kann auch irgendein anderes Erhitzungsmittel bei einer über 137,8⁰C liegenden Temperatur verwendet werden. In den meisten Anlagen wurde jedoch festgestellt, daß die Dampfzuleitung beim Start am zweckmäßigsten ist.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Einleitung einer kontinuierlichen, selbsttätigen Oxydation von dispergierte, brennbare, organische Stoffe enthaltenden Abwässern, dadurch gekennzeichnet, daß man das mit Luft oder mit einem sauerstoffhaltigen Gas gemischte Abwasser, das einen Heiz wert von mindestens 199,7 kcal/1 besitzt, sowie eine Reaktionszone durch eine äußere Wärmequelle auf eine Temperatur erhitzt, die über 137,8⁰C, aber unter jener Temperatur liegt, bei welcher sich die Oxydation weiterhin selbst erhält, die erhitzte Mischung in die erhitzte Reaktionszone einführt, und daß man das in die Reaktionszone eingeführte, vorgewärmte Abwasser-Gas-Gemisch so lange im Kreislauf führt, bis die Temperatur des Gemisches auf über 137,8° C angestiegen ist.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Reaktionszone (6) ein Wärmeaustauscher (2) vorgesehen ist, welcher mit einer ihn durchsetzenden Leitung (1) für das Abwasser und einer mit einer Abzweigung (4) versehenen Leitung für ein im Gegenstrom zum Abwasser durch den Wärmeaustauscher (2) geführtes Heizmedium ausgestattet ist, wobei Ventile (7, 8) für die Regelung des Heizmediums angeordnet sind, und daß eine das Abwasser vom Wärmeaustauscher (2) zu mindestens eine Reaktionszone (6) führende Speiseleitung (10) vorgesehen ist, in welche vor ihrer Einmündung in die Reaktionszone (6) die Dampfleitung (3) mündet.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschrift Nr. 869 192;

französische Patentschriften Nr. 1037 940, 068;

USA.-Patentschriften Nr. 2 696 424, 2 690425, 665 249;

»Papierlexikon«, Bd. 1,1944, S. 8, Absatz 1.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

7O9 61S/51O 7.67 θ BimdeadruckerdBerlin