DE69115592T2

DE69115592T2 - Verfahren zur Verbrennung mit verbesserter Spaltung von verunreinigten Säuren

Info

Publication number: DE69115592T2
Application number: DE69115592T
Authority: DE
Inventors: Maynard Guo-Tsuen Ding
Original assignee: Praxair Technology Inc
Current assignee: Praxair Technology Inc
Priority date: 1990-08-15
Filing date: 1991-08-14
Publication date: 1996-07-18
Anticipated expiration: 2011-08-15
Also published as: KR970001469B1; CA2049413C; US5022332A; EP0471368B1; DE69115592D1; BR9103508A; EP0471368A1; KR920004768A; JPH04231309A; ES2081401T3; CA2049413A1

Description

Technische Gebiet

Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf die endotherme Dissoziation mittels Wärme aus Verbrennung, und insbesondere bezieht sie sich auf die Behandlung von verunreinigter Säure mittels Wärmeanwendung, um die Säure vor dem Reinigen und der Reaktion mit Wasser zu dissoziieren, um gereinigte Säure herzustellen.

Stand der Technik

Verunreinigte oder verbrauchte Säure kann im Verlauf einer Anzahl von industriellen Prozessen entstehen, wie beispielsweise Raffinier-Alkylierung und der Herstellung von Methylmethacrylaten, Methacrylsäure und anderen Monomer-Herstellungsprozessen.
Die Verunreinigungen der Säure können brennbare Stoffe wie beispielsweise Kohlenwasserstoffe und/oder nicht brennbare Stoffe, wie beispielsweise Wasser und Sulfat (SO&sub4;&supmin;²)-haltiges Salz, einschließen.
Die verunreinigte Säure kann behandelt werden, um frische Säure herzustellen. Ein wichtiges Behandlungsverfahren von verbrauchter Säure beinhaltet die Anwendung von Wärme, um die Säure zu dissoziieren, das Reinigen der dissoziierten Produkte und ihre anschließende Reaktion mit Sauerstoff; worauf die Absorption von Wasser folgt, um frische Säure zu bilden. Wenn es sich beispielsweise, wie aus US-A-3 383 171 bekannt, bei der verunreinigten Säure um Schwefelsäure handelt, wird ein Gemisch aus der verunreinigten Säure und einer stöchiometrischen Brennstoffmenge in einen Ofen gebracht, und dieses Gemisch wird mit mindestens einer stöchiometrischen Luftmenge verbrannt, um Wärme zum Verdampfen der Schwefelsäure und zum Dissozueren der Schwefelsäure in Wasser und Schwefeldioxid zu erzeugen. Sowohl die Verdampfung als auch die Dissoziation der Schwefelsäure sind endotherm. Das sich ergebende Schwefeldioxid wird zusammen mit anderen Inhaltsstoffen des Ofens zu einem Abwärmekocher geleitet, um Wärme zu gewinnen, und dann zu einer Gasreinigungseinheit geleitet, um gereinigtes Schwefeldioxid zu erzeugen. Das gereinigte Schwefeldioxid läßt man in einem Konverter mit Sauerstoff reagieren, um Schwefeltrioxid herzustellen, und dann wird es durch einen Absorptionsturm geleitet, wo man das Schwefeltrioxid mit Wasser reagieren läßt, um frische Schwefelsäure herzustellen. Bei dem herkömmlichen Verarbeitungsverfahren für Abfalisäure wird die Abfailsäure, wie aus US-A-3 383 171 bekannt, unter Zumischung einer stöchiometrischen Brennstoffmenge der Verbrennungszone zugeführt und dieses Gemisch aus Abfailsäure und Brennstoff wird mit einer mindestens stöchiometrischen Menge an oxidierendem Gas, insbesondere Luft, verbrannt.
Ein Problem bei diesem Behandlungssystem für verunreinigte Säure besteht darin, daß die Verarbeitungsrate des Ofens geringer als die Verarbeitungsrate der Gasreinigungseinheit und der Konvertereinheit ist. Darüber hinaus verdampft und dissoziiert die innerhalb des Ofens erzeu(2te Wärme möglicherweise nicht effektiv hinreichend Schwefelsäure, um eine adäquate Schwefeldioxidkonzentration zur effektiven stromabwärtigen Behandlung herzustellen. In diesem Fall muß zusätzlicher Schwefel verbrannt werden, um zusätzliches Schwefeldioxid herzustellen. Dies trägt wesentlich zu den Kosten der Behandlung von verbrauchter Säure bei.
EP-A-0 244 206 beschreibt ein Verfahren zur Gewinnung eines Gasgemisches einschließlich Schwefeldioxid aus Sulfatabfallmaterial, wobei ein Brennstoff verbrannt wird, um eine Flammenzone zu bilden, Sulfatabfallmaterial in die Flammenzone eingebracht wird, mit Sauerstoff angereicherte Luft oder reiner Sauerstoff verwendet wird, um die Verbrennung des Brennstoffs zu unterstützen und eine Flamme mit hinreichender Temperatur zu erzeugen, um festes Sulfatabfallmaterial aufzuspalten und dabei Schwefeldioxid daraus Ireizusetzen. Ferner ist ein Verfahren zum Gewinnen von Schwefel aus einem Einsatzgas mit einem wesentlichen Schwefelwasserstoffgehalt bekannt (EP-A-0 195 447), wobei der Gasstrom zum Teil mit einem mit Sauerstoff angereicherten Oxidationsmittelgas in einer Claus-Reaktionsofen-Zone verbrannt wird, in welche ein temperaturmäßigender Strom an Schwefelsäure eingebracht wird, um die Temperatur der mit Sauerstoff angereicherten Reaktionsofenzone zu mäßigen.
Die Verwendung von Sauerstoff oder mit Sauerstoff angereicherter Luft zur Verwendung anstelle von Luft als das Oxidationsmittel bei Behandlungssystemen für verbrauchte Säure wurde ebenfalls vorgeschlagen, da dies die Menge an inertem Stickstoff verringern würde, welcher durch das System geleitet werden könnte und somit die Gesamtverarbeitungsrate des Ofens erhöhen würde. Jedoch kann eine solche einfache Substitution nicht durchgeführt werden, da der Sauerstoff oder die mit Sauerstoff angereicherte Luft und Brennstoff dann mit einer gegenüber der luftbefeuerten Verbrennung wesentlich erhöhten Spitzenflammentemperatur brennen. Diese hohen Spitzenflammentemperaturen führen zu ungleichmäßiger Wärmeverteilung und zu heißen Stellen innerhalb des Ofens, und ferner begünstigen sie kinetisch die Erzeugung von Stickoxiden (NOx), was nicht nur zu Umweltproblemen führt, sondern im Falle einer Schwefelsäurebehandlung eine Verunreinigung des Schwefelsäureendprodukts bewirkt, was dessen Wert verringert.
Folglich ist es eine Aufgabe dieser Erfindung, ein Behandlungsverfahren für verunreinigte Säure zu schaffen, bei welchem Sauerstoff oder mit Sauerstoff angereicherte Luft auf effektive Weise als das Oxidationsmittel in einer Verbrennungsreaktion verwendet werden können, um Wärme für die endotherme Dissoziation der verunreinigten Säure zu liefern.

Zusammenfassung der Erfindung

Die obige und weitere Aufgaben, welche sich für den Fachmann aus dieser Offenbarung ergeben, werden gelöst durch:
Ein Verfahren zum Behandeln von kontaminierter Säure, bei dem:
(a) Brennstoff in eine Verbrennungszone eingebracht wird und in Abstand davon Oxidationsmittel in die Verbrennungszone eingebracht wird, wobei das Oxidationsmittel eine Sauerstoffkonzentration von mindestens 25 % und eine Geschwindigkeit hat, die ausreicht, um eine Umwälzströmung innerhalb der Verbrennungszone zu bewirken;
(b) Brennstoff und Oxidationsmittel innerhalb der Verbrennungszone verbrannt werden, um Wärme zu erzeugen und Verbrennungsreaktionsprodukte zu bilden;
(c) Säure der Verbrennungszone gesondert von dem Brennstoff und dem Oxidationsmittel zugeführt wird und die Säure mittels der Umwälzströmung mit Wärme, die durch die Verbrennung von Brennstoff und Oxidationsmittel innerhalb der Verbrennungszone erzeugt wird, beaufschlagt wird, um die Säure unter Bildung eines sauerstofflialtigen Dissoziationsprodukts endotherm zu dissoziieren; und
(d) Verbrennungsreaktionsprodukte innerhalb der Umwälzstromung in die Verbrennungsreaktion des Oxidationsmittels und Brennstoffes zurückgeführt werden, um die Verbrennungsreaktion zu verdünnen und so die Verbrennungsreaktion bei einer niedrigeren Spitzenflammentemperatur durchzuführen und die Wärmebeaufschlagung der Säure für die endotherme Dissoziation zu verbessern
Wie hier verwendet, bezeichnet der Begriff "Dissoziation" das Aufbrechen einer Verbindung in zwei oder mehr Verbindungen, das von einer Wärmeadsorption begleitet ist.
Wie hier verwendet, bezeichnet der Begriff "Spitzenflammentemperatur" die theoretisch höchste Temperatur aller Produkte einer Verbrennung eines Brennstoffs mit einem Oxidationsmittel, einschließlich überschüssigem Oxidationsmittel, wobei eine Stopfenströmungsreaktion ohne Wärmeverlust angenommen wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine Querschnittdarstellung einer Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 2 ist ein vereinfachtes schematisches Flußdiagramm eines Behandlungssystems für verunreinigte Säure mit stromabwärtiger Reinigung und Regeneration.

Detaillierte Beschreibung

Die vorliegende Erfindung kann verwendet werden, um jegliche verunreinigte Säure zu behandeln. Die Erfindung ist besonders nützlich bei der Behandlung von verunreinigter Schwefelsäure. Wenn Schwefelsäure behandelt wird, weist das sauerstoffhaltige dissoziierte Produkt Schwefeldioxid auf.
Die Erfindung wird im Detail unter Bezugnahme auf die Zeichnungen und in Verbindung mit der Behandlung von verunreinigter Schwefelsäure beschrieben.
Unter Bezugnahme auf Fig. 1 wird ein Oxidationsmittel 1 durch beispielsweise eine Lanze oder einen Brenner 3 in eine Ofen- oder Verbrennungszone 2 eingebracht. Das Oxidationsmittel weist eine Sauerstoffkonzentration von mindestens 25 % auf und vorzugsweise weist es eine Sauerstoffkonzentration von mindestens 30 % auf. Am stärksten bevorzugt ist, daß das Oxidationsmittel Sauerstoff mit höherer Reinheit mit einer Sauerstoffkonzentration von mindestens 90 % ist. Technisch reiner Sauerstoff mit einer Sauerstoffkonzentration von mindestens 99,5 % kann in effektiver Weise in der Praxis dieser Erfindung verwendet werden. Auch Luft kann in der Praxis dieser Erfindung zusätzlich zu dem definierten Oxidationsmittel verwendet werden, um zusätzlichen Sauerstoff für die Verbrennungsreaktion zu liefern. Das Oxidationsmittel wird in die Verbrennungszone bei einer hohen Geschwindigkeit injiziert, welche hinreichend ist, um einen Umwälzstrom innerhalb der Verbrennungszone zu bewirken. Vorzugsweise beträgt die Oxidationsmittel-Geschwindigkeit mindestens 91 m/s (300 Fuß/sec (fps)) und am stärksten bevorzugt liegt sie im Bereich von 152 bis 914 mis (500 bis 3000 fps).
Brennstoff wird in die Verbrennungszone 2 an einer Stelle eingebracht, welche sich in Abstand von der Stelle befindet, wo das Oxidationsmittel in die Verbrennungszone 2 eingebracht wird. Bei dem Brennstoff kann es sich um flüssigen Brennstoff oder um gasförmigen Brennstoff handeln. Unter den flüssigen Brennstoffen, welche in der Praxis dieser Erfindung verwendet werden können, kann man Brennstofföl Nr.2, Brennstofföl Nr.6 und verunreinigtes Abfallöl nennen, und unter den gasförmigen Brennstoffen, welche in der Praxis dieser Erfindung verwendet werden können, kann man Erdgas, Propan, Schwefelwasserstoff und einen kohlenwasserstoffhaltigen Abgasstrom nennen. Wenn Schwefelsäure behandelt wird. wobei die Erzeugung von Schwefeldioxid gewünscht ist, können günstigerweise Schwefel oder eine oxidierbare Schwefel enthaltende Verbindung günstigerweise in dem flüssigen Brennstoff vorhanden sein, und eine oxidierbare Schwefel enthaltende Verbindung, beispielsweise Schwefelwasserstoff, kann in dem gasförmigen Brennstoff vorhanden sein, so daß die nachfolgende Verbrennung Verbrennungsreaktionsprodukte erzeugt, welche zusätzliches Schwefeldioxid zu dem mittels der endothermen Dissoziation der Schwefelsäure erzeugten Schwefeldioxid enthalten.
Fig. 1 veranschaulicht die Verwendung sowohl von flüssigem Brennstoff als auch gasförmigem Brennstoff bei der Ausführung des erfindungsgernäßen Verfahrens. Im allgemeinen wird nur entweder flüssiger Brennstoff oder gasförmiger Brennstoff verwendet, obwohl auch, wie in Fig. 1 veranschaulicht, sowohl gasförnuger Brennstoff als auch flüssiger Brennstoff gleichzeitig in der Praxis dieser Erfindung verwendet werden können.
Unter Bezugnahme auf Fig. 1 wird flüssiger Brennstoff 4 durch eine Leitung oder einen Injektor 5 in die Verbrennungszone 2 eingebracht. Vorzugsweise wird flüssiger Brennstoff an einer Stelle oberhalb der Stelle, wo Oxidationsmittel 1 in die Verbrennungszone 2 eingebracht wird, in die Verbrennungszone 2 eingebracht, um Gravitationseffekte für das nachfolgende Mischen und die Verbrennung des Brennstoffs und Oxidationsmittels auszunutzen. Wenn der flüssige Brennstoff oberhalb des Oxidationsmittels eingebracht wird, kann er direkt oberhalb des Oxidationsmittels oder seitlich davon eingebracht werden. Wie bereits erwähnt, veranschaulicht Fig. 1 auch die Verwendung von gasförmigem Brennstoff, welcher zusammen mit flüssigem Brennstoff oder getrennt davon ohne die Verwendung von flüssigem Brennstoff verwendet werden kann. Wie in Fig. 1 veranschaulicht, wird gasförmiger Brennstoff 6 durch eine Leitung oder einen Injektor 7 in die Verbrennungszone 2 eingebracht. Vorzugsweise wird der gasförmige Brennstoff an einer Stelle unterhalb der Stelle in die Verbrennungszone 2 eingebracht, wo Oxidationsmittel 1 in die Verbrennungszone 2 eingebracht wird, um Auftriebseffekte für das nachfolgende Mischen und die Verbrennung des Brennstoffs und Oxidationsmittels auszunutzen. Wenn der gasförmige Brennstoff unterhalb des Oxidationsmittels eingebracht wird, kann er direkt unterhalb des Oxidationsmittels oder seitlich davon eingebracht werden. Wie es sich für den Fachmann versteht, kann das Oxidationsmittel und Brennstoff jeweils durch eine einzige Injektionsstelle oder durch eine Mehrzahl von Injektionsstellen in die Verbrennungszone eingebracht werden.
Innerhalb der Verbrennungszone werden der Brennstoff und das Oxidationsmittel in einer Verbrennungsreaktion verbrannt, um Wärme zu erzeugen und Verbrennungsreaktionsprodukte zu bilden. Die Verbrennungsreaktionsprodukte schließen Kohlendioxid und Wasserdampf ein und sie können andere Produkte in Abhängigkeit von der Zusammensetzung des Brennstoffs einschließen. Wie bereits erwähnt, können die Verbrennungsreaktionsprodukte Schwefeldioxid einschließen, wenn der Brennstoff Schwefel oder eine oxidierbare Schwefel enthaltende Verbindung enthält. Verunreinigte Säure 8 wird beispielsweise durch verzweigte Injektionsleitungen 9 allgemein in flüssiger Form und am stärksten bevorzugt in Form von Flüssigkeitströpfchen 10 in die Verbrennungszone 2 eingebracht. Die verunreinigte Säure enthält allgemein zwischen 20 und 90 Gew.% Säure, beispielsweise Schwefelsäure, und zwischen 10 und 80 Gew.% Verunreinigungen, welche einen oder mehrere Stoffe aus der aus der Kohlenwasserstoffe, Wasser und Salze, wie beispielsweise Ammoniumsulfat und Ammoniumbisulfat umfassenden Gruppe einschließen kann. Wärme aus der mittels der Verbrennung von Brennstoff und Oxidationsmittel gebildeten Verbrennungszone wird der Säure zugeführt, um die Säure zu verdampfen und die Säure endotherm zu dissoziieren, um eines oder mehrere sauerstoffhaltige Dissoziationsprodukte zu erzeugen. Schwefelsäure wird auf diese Weise in unter anderem Wasserdampf und Schwefeldioxid endotherm dissoziiert. Wenn ein Schwefel enthaltendes Salz vorhanden ist, kann eine solche Verbindung ebenfalls endotherm in eines oder mehrere Sauerstoff enthaltende Dissoziationsprodukte dissozueren. Wenn die verunreinigte Säure eine oder mehrere brennbare Verunreinigungen enthält, können solche brennbaren Stoffe ebenfalls mit dem Oxidationsmittel verbrennen, um weitere Verbrennungsreaktionsprodukte zu liefern.
Die verunreinigte Säure kann an jeder effektiven Stelle in die Vcrbrennungszone eingebracht werden. Fig. 1 veranschaulicht eine bevorzugte Anordnung, bei welcher die verunreinigte Säure in einer im wesentlichen senkrechten Richtung bezüglich der Stromrichtung des Oxidationsmittels in die Verbrennungszone eingebracht wird. Wenn die verunreinigte Säure senkrecht zu dem Oxidationsmittel in die Verbrennungszone eingebracht wird, kann die verunreinigte Säure in der gleichen Vertikal-Ebene wie der Oxidationsmittelstrom eingebracht werden, oder das Einbringen kann in beliebiger Richtung um, oder beispielsweise bis zu 45 Grad oder mehr, versetzt erfolgen. Die Säure kann auch durch die selbe Endwand in die Verbrennungszone eingebracht werden, durch welche das Oxidationsmittel injiziert wird. und die Säure kann in einer Stromrichtung eingebracht werden, die im wesentlichen die gleiche ist wie die des Oxidationsmittels.
Wie bereits erwähnt, wird das Oxidationsmittel mit einer Geschwindigkeit in die Verbrennungszone eingebracht, die ausreicht, um zu bewirken, daß ein Umwälzstrom innerhalb der Verbrennungszone auftritt. Diese Umwälzströmung bewirkt, daß die Verbrennungsreaktionsprodukte aus der Verbrennungszone, wie beispielsweise mittels Pfeilen 11 in Fig. 1 gezeigt ist, in die Verbrennungsreaktion des Brennstoffs und Oxidationsmittels umgewälzt werden. Dies bewirkt eine Verdünnung der Verbrennungsreaktion und ermöglicht. daß sie bei einer niedrigeren Spitzenflammentemperatur stattfindet, als dies der Fall wäre, wenn Sauerstoff oder mit Sauerstoft angereicherte Luft als das Oxidationsmittel verwendet würden. Die niedrigere Spitzenflammentemperatur wiederum verhindert die Bildung von NOx, welches ein Umweltverschmutzungsproblem erzeugen würde und, im Fall einer Schwefelsäureverarbeitung, ein Reinheitsproblem des stromabwärtigen Produkts erzeugen würde. Die interne Umwälzung, d.h. die Umwälzung innerhalb der Verbrennungszone, sorgt zusätzlich für eine verbesserte Mischung des Brennstoffs und Oxidationsmittels. Diese verbesserte Mischung wiederum verringert oder eliminiert heiße Stellen innerhalb der Verbrennungszone, was zu einer verbesserten Ausrüstungslebensdauer führt, und sie sorgt für einen Mechanismus zum Ausführen der Verbrennung in einer Art und Weise, welche unvollständige Verbrennung minimiert, wodurch mehr Wärme aus dem Brennstoff pro Brennstoffeinheit erzeugt wird, welcher bei der endothermen Verdampfung und Dissoziation der Säure verwendet wird. Darüber hinaus wendet die interne Umwälzung dadurch effektiver mittels der Verbrennungsreaktion erzeugte Wärme auf die Säure an, daß sie eine gleichförmigere Wärmeverteilung innerhalb der Verbrennungszone erzeugt, d.h. die Eliminierung von heißen und kalten Stellen, und ein engeres Mischen der Säure mit den wärmetragenden, umwälzenden Verbrennungsreaktionsprodukten bewirkt. Kurz gesagt, die Wärme wird der Säure auf effektivere Weise zugeführt, was eine verbesserte Erzeugung des Sauerstoff enthaltenden Dissoziationsprodukts, d.h. Schwefeldioxid, bewirkt, und in dem Ausmaß, in dem Schwefel in dem Brennstoff verfügbar ist&sub9; wird aufgrund der vollständigeren Verbrennung mehr Schwefeldioxid durch die Verbrennung des Brennstoffs erzeugt. Dies wird erreicht, ohne daß hohe NOx-Werte erzeugt werden und während heiße Stellen iimerhalb der Verbrennungszone vermieden werden. Auf diese Weise wird der Durchsatz der Säurebehandlungsverarbeitung mittels der effektiven Eliminierung von inertem Stickstoff erhöht, welcher in Luft vorhanden gewesen wäre, und, da die Schwefeldioxiderzeugung erhöht ist, muß wenig oder gar kein zusätzlicher Schwefel verbrannt werden, um die erforderliche Schwefeldioxidkonzentration für den stromabwärtigen Konverter zu erreichen, wodurch die Wirtschaftlichkeit des Behandlungsverfahrens für verunreinigte Säure verbessert wird.
Der Abstand zwischen den Stellen, an welchen der Brennstoff und das Oxidationsmittel in die Verbrennung eingebracht werden, ermöglicht es, daß die Umwälzströmung innerhalb der Verbrennungszone vor der Mischung des Brennstoffs mit dem Oxidationsmittel und ihrer Verbrennung einen vorteilhaften Effekt aufweist. Vorzugsweise werden der Brennstoff und das Oxidationsmittel unter einem Abstand zwischen ihnen von mindestens 76 mm (3 inches) und, in Abhängigkeit von der Größe der Ofen- oder Verbrennungszone von mindestens 610 mm (24 inches) oder mehr in die Verbrennungszone eingebracht. Wenn der Ofen zylindrisch ist so daß die Endwand kreisförmig mit einem Radius ist, ist es am stärksten bevorzugt, daß die Injektionsstellen von Brennstoff und Oxidationsmittel durch einen Abstand, welcher mindestens ein Drittel dieses Radius beträgt, voneinander getrennt sind.
Ein anderer besonderer Vorteil des Verfahrens gemäß dieser Erfindung, welches eine hohe Oxidationsmittel-Geschwindigkeit und interne Umwälzung verwendet, besteht darin, daß die Verbrennungsreaktion und die endotherme Dissoziation der Säure im wesentlichen innerhalb der ersten bzw. vorderen Hälfte der Länge der Verbrennungszone stattfinden kann. Wie in Fig. 1 gezeigt, findet die Verbrennungsreaktion von Brennstoff und Oxidationsmittel und die endotherme Dissoziation der Säure etwa im ersten Drittel der Länge L des Innenvolumens der Verbrennungszone statt. Dies schafft zusätzlichen Raum oder zusätzliches Volumen innerhalb der Verbrennungszone und sorgt auch für eine zusätzliche Gasverweildauer zur vollständigen Zerstörung von Kohlenwasserstoffen und der Reaktion von Schwefel enthaltendem Material, um die Produkte unvollständiger Verbrennung (PIC's) zu minimieren oder zu eliminieren.
Ein Strom 12, welcher Verbrennungsreaktionsprodukte, unverbrannte Stoffe und Sauerstoff enthaltendes Dissoziationsprodukt enthält, wird aus der Verbrennungszone 2 zur weiteren Verarbeitung ausgeleitet. Fig. 2 veranschaulicht in vereinfachter schematischer Form eine Ausführungsform einer solchen weiteren Verarbeitung. Unter Bezugnahme auf Fig. 2, in welcher für gemeinsame Elemente die Bezugszeichen denjenigen von Fig. 1 entsprechen, wird Strom 12 durch eine Gasreinigungseinheit 13 geleitet, um sauberes Sauerstoff enthaltendes Dissoziationsprodukt 14, d.h. Schwefeldioxid, zu erzeugen. Strom 14 wird dann in einem Konverter 16 mit Sauerstoff zur Reaktion gebracht, welcher aus einer beliebigen effektiven Quelle 15 zugeführt wird, um im Falle der Behandlung von Schwefelsäure Schwefeltrioxid zu erzeugen. Der sich ergebende Stoff 17 wird dann durch einen Absorptionsturm 18 geleitetet, in welchem er mit Wasser 19 reagiert, um frische Säure 20, wie beispielsweise Schwefelsäure, zu bilden. Vor dem Durchleiten durch die Gasreinigungseinheit 13 kann der Strom 12 zur Gewinnung von Wärme durch einen Abwärmekocher oder eine andere Wärmetauschanordnung geleitet werden.
Die folgenden Beispiele und Vergleichsbeispiele werden zu veranschaulichenden Zwecken präsentiert und sollen nicht beschränkend wirken.

Beispiel 1

Unter Verwendung einer Vorrichtung ähnlich zu der in Fig. 1 veranschaulichten wurde technisch reiner Sauerstoff an einer Stelle etwa im Zentrum der Endwand in die Verbrennungszone bei einer Geschwindigkeit von etwa 610 m/s (2000 Fuß/sec) injiziert. Erdgas wurde unterhalb der Stelle der Sauerstoffinjektion bei einer Durchflußrate von 1020 Standard-m³/h (36000 Standard-Kubikfuß pro Stunde (SCFH)) in die Verbrennungszone injiziert, und Abfallöl wurde oberhalb der Stelle der Sauerstoffinjektion bei einer Durchflußrate von 36 kg/min (80 Pfund/min) in die Verbrennungszone injiziert, was für einen Wärmeeintrag von 20500 kW (70 Millionen BTU/h) sorgte. Der gasförmige Brennstoff wurde von zwei Stellen jeweils 1016 mm (40 inches) unterhalb der Sauerstoff-Injektionsstelle und jeweils unter einem Winkel von 35º zu beiden Seiten der Sauerstoff-Injektionsstelle in die Verbrennungszone eingebracht, so daß der Abstand zwischen den Injektionsstellen des Oxidationsmittels und des gasförmigen Brennstoffs 1245 mm (49 inches) entlang der Diagonale betrug. Der flüssige Brennstoff wurde von zwei Stellen jeweils 838 mm (33 inches) oberhalb der Oxidationsmittel-Injektionsstelle und jeweils unter einem Winkel von 55º zu jeder Seite der Sauerstoff- Injektionsstelle in die Verbrennungszone eingebracht, so daß der Abstand zwischen den Injektionsstellen ftir das Oxidationsmittel und den flüssigen Brennstoff 1473 mm (58 inches) entlang der Diagonale betrug. Zusätzlich wurde Luft durch die Injektionsstellen für den gasförmigen Brennstoff in die Verbrennungszone eingebracht, um für den Rest des Sauerstoffbedarfs zu sorgen. Die Gesamtsauerstoffkonzentration unter Berücksichtigung sowohl der Luft als auch des technisch reinen Sauerstoffs betrug 26 %. Bei diesen Durchflußraten unterlag der Brennstoff im wesentlichen vollständiger Verbrennung innerhalb der Verbrennungszonl.
Verunreinigte flüssige Schwefelsäure mit etwa 88 Gew.% Schwefelsäure und etwa 5 Gew.% Wasser und etwa 7 Gew.% Kohlenwasserstoffe wurde im wesentlichen senkrecht zu dem Strom des Sauerstoffs in die Verbrennungszone eingebracht. Eine Umwälzströmung aus der Verbrennungszone bewirkte die turbulente Mischung der verunreinigten Säure mit heißen Verbrennungsreaktionsprodukten vor ihrer Durchmischung in der Verbrennungsreaktion, wodurch die Verdampfung und die Dissoziation der Schwefelsäure zur Erzeugung von Schwefeldioxid gefördert wurde. Das Behandlungsverfahren gemäß dieser Erfindung war dazu in der Lage, verunreinigte Schwefelsäure mit einer Rate von 890 t/Tag (TPD) unter den in Beispiel 1 beschriebenen Bedingungen zu behandeln. NOx-Emissionen aus diesem Verfahren wurden zu 14,03 kg/h (30,94 Pfund/h) gemessen. Die Verbrennung von Brennstoff und Oxidationsmittel und die Dissoziation von Schwefelsäure fand im wesentlichen innerhalb des ersten Drittels der Länge der Verbrennungszone statt.

Vergleichsbeispiel

Eine Prozedur ähnlich zu der in Beispiel 1 beschriebenen wurde ausgeführt, außer daß nur Luft als das Oxidationsmittel venvendet wurde. Die Luft wurde durch die Injektionsstellen des gasförmigen Brennstoffs bei einer Geschwindigkeit unterhalb von 15 m/s (50 fps) injiziert. Die Erdgas-Durchflußrate betrug 1020 Standard-m³/h (36000 SCFH), jedoch betrug die Abfallöl-Injektionsrate nur etwa 15 kg/min (33 Pfund/min), was einen Wärmeeintrag von 8500 kW (29 Millionen BTU pro Stunde) lieferte, um im wesentlichen vollständige Verbrennung aufrechtzuerhalten. Die Verarbeitungsrate für verunreinigte Schwefelsäure betrug maximal nur 690 TPD und die NOx-Emissionen erhöhten sich auf 14,77 kg/h (32,57 Pfund pro Stunde). Dies demonstriert, daß die Erfindung nicht nur für eine signifikante Erhöhung bei der Verarbeitungsrate zur Behandlung von verunreinigter Schwefelsäure im Vergleich zu der mit herkömmlichen auf Luft basierenden Systemen unter vergleichbaren Bedingungen erhältlichen Verarbeitungsrate sorgt, sondern daß die Erfindung einen erhöhten Durchsatz ohne eine Erhöhung bei den NOx-Emissionen, wie sie bei Verbrennung mit Sauerstoff oder mit mit Sauerstoff angereicherter Luft erwartet werden könnte, erlaubt. In der Tat nahm die NOx-Bildung mit dem Verfahren gemäß dieser Erfindung absolut gesehen ab, und bezogen auf die Säureerzeugungsrate war sie viel niedriger als die mit einem Luft befeuerten System mögliche.

Beispiel 2

Eine Prozedur ähnlich zu der in Beispiel 1 berichteten wurde ausgeführt, außer daß nur Abfallöl mit einem hohen BTU-Wert bei einer Rate von 33 kg/min (72 Pfund/min) und mit einem Heizwert von mehr als 23400 kW (80 Millionen BTU/h) als der Brennstoff verwendet wurde. Die Verarbeitungsrate für verunreinigte Schwefelsäure betrug 872 TPD und die erzeugten NOx-Emissionen betrugen nur 10,25 kg/h (22,60 Pfund/h).
Mittels der Verwendung des Verfahrens gemäß dieser Erfindung können die Verunreinigungen und die Verarbeitungsrate erhöht werden, ohne daß sich die NOx-Bildung erhöht. Die Erfindung erreicht dies unter anderem durch effektive Anpassung von Wärmequellen und Wärmesenken innerhalb der Verbrennungszone mittels der effektiven Durchmischung von wärmetragenden und wärmeadsorbierenden Stoffen in einer Weise, welche gleichzeitig sowohl die Verbrennungseffizienz als auch die Wärmeübergangseffizienz innerhalb der Verbrennungszone verbessert.

Claims

1.Verfahren zum Behandeln von kontaminierter Säure, bei dem:

(a) Brennstoff in eine Verbrennungszone eingebracht wird und in Abstand davon Oxidationsmittel in die Verbrennungszone eingebracht wird, wobei das Oxidationsmittel eine Sauerstoffkonzentration von mindestens 25 % und eine Geschwindigkeit hat, die ausreicht, um eine Umwälzströmung innerhalb der Verbrennungszone zu bewirken;

(b) Brennstoff und Oxidationsmittel innerhalb der Verbrennungszone verbrannt werden, um Wärme zu erzeugen und Verbrennungsreaktionsprodukte zu bilden;

(c) Säure der Verbrennungszone gesondert von dem Brennstoff und dem Oxidationsmittel zugeführt wird und die Säure mittels der Umwälzströmung mit Wärme, die durch die Verbrennung von Brennstoff und Oxidationsmittel innerhalb der Verbrennungszone erzeugt wird, beaufschlagt wird, um die Säure unter Bildung eines sauerstoffhaltigen Dissoziationsprodukts endotherm zu dissoziieren; und

(d) Verbrennungsreaktionsprodukte iimerhalb der Uniwälzströmung in die Verbrennungsreaktion des Oxidationsmittels und Brennstoffes zurückgeführt werden, um die Verbrennungsreaktion zu verdünnen und so die Verbrennungsreaktion bei einer niedrigeren Spitzenflammentemperatur durchzuführen und die Wärmebeaufschlagung der Säure für die endotherme Dissoziation zu verbessern.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Säure Schwefelsäure ist und das sauerstoffhaltige Dissoziationsprodukt Schwefeldioxid aufweist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Oxidationsmittel eine Sauerstoffkonzentration von mindestens 90 % hat.

4. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Oxidationsmittel technisch reiner Sauerstoff ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Oxidationsmittel eine Geschwindigkeit von mindestens 91 m/s (300 Fuß/sec) hat.

6. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Brennstoff flüssig ist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem der flüssige Brennstoff in die Verbrennungszone oberhalb des Bereiches eingebracht wird, wo Oxidationsmittel in die Verbrennungszone eingeleitet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6. bei dem der flüssige Brennstoff Schwefel und/oder eine oxidierbare schwefelhaltige Verbindung enthält.

9. Verfahren nach Anspruch 1 bei dem der Brennstoff gasförmig ist.

10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem der gasförmige Brennstoff in die Verbrennungszone unterhalb des Bereichs eingebracht wird, wo Sauerstoff in die Verbrennungszone eingeleitet wird.

11. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem der gasförmige Brennstoff eine oxidierbare schwefelhaltige Verbindung aufweist.

12. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Brennstoff sowohl flüssigen Brennstoff als auch gasförmigen Brennstoff aufweist.

13. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem der flüssige Brennstoff in die Verbrennungszone oberhalb und der gasförmige Brennstoff in die Verbrennungszone unterhalb des Bereichs eingebracht werden, wo das Oxidationsmittel in die Verbrennungszone eingeleitet wird.

14. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die kontaminierte Säure brennbares Material aufweist, das mit Oxidationsmittel innerhalb der Verbrennungszone verbrennt.

15. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Säure in die Verbrennungszone in flüssiger Form eingebracht und vor der endothermen Dissoziation verdampft wird.

16. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Säure in die Verbrennungszone im wesentlichen senkrecht zu dem Oxidationsmittelstrom eingebracht wird.

17. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Verbrennung von Brennstoff und Oxidationsmittel und die Dissoziation von Säure im wesentlichen innerhalb der ersten Hälfte der Längsabmessung der Verbrennungszone erfolgen.

18. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem ferner ein Schwefeldioxid enthaltender Strom von der Verbrennungszone durch eine Reinigungseinheit geleitet wird um sauberes Schwefeldioxid zu erzeugen, sauberes Schwefeldioxid unter Bildung von Schwefeltrioxid oxidiert wird und Schwefeltrioxid mit Wasser unter Bildung von Schwefelsäure umgeetzt wird.

19. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem ferner der Verbrennungszone Luft zugeführt wird, um für zusätzlichen Sauerstoff für die Verbrennungsreaktion zu sorgen.