DE69917653T2 - Evaporatives und regeneratives abwasser-verbrennungssystem - Google Patents

Evaporatives und regeneratives abwasser-verbrennungssystem Download PDF

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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein System zum Verdampfen/Verbrennen von organischem Abwasser und flüchtigen organischen Verbindungen und ein Verfahren hierfür. Ausführungsbeispiele der Erfindung stellen ein evaporatives und regeneratives Abwasser-Verbrennungssystem zum sparsamen und effizienten Entfernen der organischen Verbindungen durch Oxidieren des Abgases bereit, das von dem verdampften, die organischen Verbindungen enthaltenden Abwasser unter Verwendung einer regenerativen thermischen Oxidierungsvorrichtung erzeugt wird.
  • Flüchtige organische Verbindungen, die eine Zahl von Kohlenwasserstoffverbindungen aufweisen, sind Materialien, die allgemein in chemischen Fabriken, Abwasserbehandlungsanlagen und während Lackierungsarbeiten in Autoherstellerfabriken erzeugt werden und die photochemischen Smog, ein Erwärmen der Erde, die Zerstörung der Ozonschicht in der Stratosphäre und so weiter und sehr tödliche Schadstoffe für den menschlichen Körper, die Krebs etc. entstehen lassen, und für die menschliche Umwelt verursachen.
  • Die bekannten Techniken, um flüchtige organische Verbindungen zu behandeln, sind die Verbrennung, die Absorption zur Entfernung, die Adsorption, die kühlende Kondensation, die biologische Behandlung und Schichtseperationsverfahren etc.. Besonders regenerative thermische Oxidationsverfahren sind weit verbreitet.
  • Eine regenerative thermische Oxidierungsvorrichtung (nachfolgend als RTO bezeichnet) wird durch Verbrennen des Abgases, das die flüchtigen organischen Verbindungen enthält, und Sammeln der Hitze, die während der Verbrennung erzeugt wird, durch ein keramisches Füllmaterial betrieben, wobei die Betriebskosten des Systems deutlich gesenkt werden und der Bauplatz minimiert wird. Die Behandlungseffizienz der RTO ist mit über 99% sehr hoch und eine zweite Verunreinigung ist gering, und wenn die Konzentration der flüchtigen organischen Verbindungen in dem Abgas über 300 vppm ist, ist eine zusätzliche Zuführung von Energie unter Verwendung der Verbrennungsenergie von dem System selbst nicht notwendig.
  • Dessen Betrieb detaillierter beschrieben, sammelt die RTO maximal die Abfallhitzeenergie, die von dem Abgas abgegeben wird und verwendet die Energie, um eingeführtes Gas vorzuheizen. Aus diesem Grund verwendet sie Keramik, die für deren Regeneration direkt geheizt und gekühlt wird, anstatt eines typischen Wärmetauschers.
  • Wenn ein Wärmetauscher vom Hüllen- und Rohrtyp oder ein Wärmetauscher vom Plattentyp für den Wärmetausch des Gases verwendet wird, ist der Temperaturunterschied des Gases zwischen dem Einlaß und dem Auslaß des Wärmetauschers 100 bis 200°C, wodurch die Verwendung begrenzt wird. Jedoch hat die Keramik eine maximale Betriebstemperatur von 950°C, und bei der Regeneration kann die Temperaturdifferenz zwischen dem Einlaß und dem Auslaß um 20°C reduziert werden, wodurch 98% an Wärmerückgewinnungsrate erzielt wird.
  • Die 1 und 2 zeigen die Betriebszustände der Vorwärtsrichtung/Rückwärtsrichtung in der typischen RTO. Nach Heizen eines Ofens, der zwischen keramischen Schichten 1 und 2 angeordnet ist, die an der linken und der rechten Seite der RTO angeordnet sind, passend zum Betrieb des Ofens beim Start des Betriebs, wird das Abgas eingeführt.
  • Das Abgas wird auf die Temperatur des Ofens vorgeheizt und passiert die keramische Schicht 1, und das organische Gas in dem Abgas beginnt seine Oxidation, und während des Durchgangs durch den Ofen für eine bestimmte Zeit werden sämtliche organischen Verbindungen bei einer Temperatur von ungefähr 800°C oxidiert.
  • Während zu dieser Zeit das behandelte Gas bei einer hohen Temperatur durch die keramische Schicht 2 dringt, gibt das Gas beinahe jede Hitze ab, so daß das Gas auf eine Temperatur von 10 bis 30°C gekühlt wird, was höher als die Temperatur des Einlasses in der keramischen Schicht 1 ist.
  • Zu dieser Zeit wird nach einer Weile der Einlaßweg für das Gas, wie in 2 dargestellt, gewechselt.
  • Der Wechselvorgang nach den 1 und 2 wird in einem bestimmten Zeitintervall (um die 1,5 bis 3 Minuten) wiederholt, wobei die Energie der Gasverbrennung minimiert wird.
  • Das in den 1 und 2 dargestellte System ist eine sogenannte RTO vom Doppeltyp, und das RTO vom Doppeltyp ist ein sparsames System. Jedoch werden nicht-behandeltes Gas, das auf den Keramiken der RTO während des Schaltens der Ventile vorhanden ist, und andere, nicht-behandelte Gase, die den Ofen der RTO auf indirektem Wege passieren, zu einer Zeit während des Schaltens der Ventile abgelassen, so daß die Abfuhreffizienz der gesamten organischen Verbindungen wegen des Ablassens des nicht-behandelten Gases um 95% liegt.
  • Um dieses Problem zu lösen, kann ein RTO vom Dreifachtyp oder ein Gasspeicher verwendet werden. Die Verwendung des Speichers ist in 3 dargestellt.
  • Somit weist das Verbrennungssystem eine RTO, einen Gasspeicher und ein Gebläse auf.
  • Der Betrieb in Vorwärtsrichtung unter Verwendung des Speichers 12 wird wie folgt beschrieben:
    Das nicht-behandelte Abgas von den Prozessen wird in eine keramische Schicht 3 an einer Seite der RTO vom Doppeltyp eingeführt, wobei ein Ventil 5 offen ist. Das eingeführte und Raumtemperatur aufweisende Gas wird auf 800°C wie die Oxidationstemperatur durch die regenerative Keramik aufgeheizt, so daß die organischen Verbindungen (VOC) in der Luft oxidiert werden. Die Temperatur des Gases nach der Oxidation wird 30°C höher als die der regenerativen Keramik sein, bis zu 830°C. Das Gas wird bei dieser Temperatur heruntergekühlt und dringt durch eine keramische Schicht 4 an der anderen Seite. Das meiste der Wärme wird zu der keramischen Schicht 4 übertragen, wobei die Temperatur der Keramik 4 sich erhöht. Das abgekühlte Gas durchläuft nacheinander ein Ventil 8, das Gebläse 13 und ein Ventil 10 und wird in die Atmosphäre ausgeführt.
  • Wie oben beschrieben sind während des Betriebs in Vorwärtsrichtung die Ventile 5 und 8 geöffnet sowie die Ventile 6 und 7 geschlossen. Das Speicherventil 9 an der Stirnseite des Gasspeichers ist geschlossen.
  • Während der Betrieb in Vorwärtsrichtung für 2 Minuten aufrechterhalten wird, heizt die Keramik der keramischen Schicht 3 das Gas vor und wird heruntergekühlt. Die keramische Schicht 4 absorbiert die Hitze des geheizten Gases und wird aufgeheizt. Zu dieser Zeit wir die Einführung des Gases mit dem Betriebsbeginn in Rückwärtsrichtung gestartet.
  • Die Betriebsbedingungen in Vorwärtsrichtung und in Rückwärtsrichtung sind dieselben, und die Einführrichtung des Abgases wird zu der keramischen Schicht 4 auf der anderen Seite gewechselt. Es besteht eine Schaltzeit zwischen dem Betrieb in Vorwärtsrichtung und dem Betrieb in Rückwärtsrichtung.
  • Da die Ventile 5 und 8 in Rückwärtsrichtung geschlossen und die Ventile 6 und 7 offen sind, verläuft nicht-behandeltes Abgas, das sich zwischen der keramischen Schicht 3 und dem Ventil 5 befindet, aufgrund des Gebläses 13 das Ventil 7, und wird durch das Ventil 10 in die Atmosphäre ausgelassen.
  • Um dieses bei der Verwendung des Gasspeichers 12 zu verhindern, ist das Speicherventil 9 offen und das Ventil 10 des zu dem Auslaß führenden Rohres ist geschlossen.
  • Das nicht-behandelte Gas wird daher in dem Gasspeicher 12 durch das Speicherventil 9 gesammelt, und das behandelte Gas an der oberen Seite des Gasspeichers 12 wird direkt aus dem Auslaß ausgeführt.
  • Nach der Schaltzeit wird der Gasweg an der Rückseite der RTO zu dem Auslaßrohr gewendet, und das Speicherventil 9 ist geschlossen.
  • Ein Diaphragma wird innerhalb des Gasspeichers 12 bereitgestellt, um ein Mischen des eingeführten Gases zu minimieren. Die untere Seite des Speichers ist mit dem Einlaß für nicht-behandeltes Gas verbunden, und die obere Seite des Speichers steht in Austauschverbindung mit dem Auslaßrohr zu der Atmosphäre. Das nicht-behandelte Gas, das in dem Speicher gespeichert ist, wird automatisch zu der Stirnseite der RTO bei geöffnetem Ventil 11 geführt, und das Innere des Speichers wird mit einem Gas getauscht, das von der Atmosphäre bis zur nächsten Schaltzeit eingeführt wird.
  • Mittlerweile wird an Lakierarbeitsplätzen in chemischen Fabriken, in Abwasserbehandlungsunternehmen und bei Fahrzeugherstellern eine große Menge anderer Abwasser neben den oben genannten organischen Verbindungen erzeugt. Wenn die Konzentration der organischen Verbindungen in dem organischen Abwasser gering ist (beispielsweise kleiner als 5.000 ppm), wird es mit aktivem Öl behandelt, aber in Fällen von hoher Konzentration (beispielsweise höher als 10.000 ppm) ist die Behandlung mit aktivem Öl nicht ausreichend und nicht wirtschaftlich, so daß es durch Verbrennung behandelt wird.
  • Zu dieser Zeit wird Abwasserverbrennung/verdampfung unter Verwendung eines typischen Verbrennungsofen durch Einführen des Abwassers, das organische Verbindungen enthält (VOC enthaltend), in den Verbrennungsofen und durch Oxidieren der organischen Verbindungen in dem Abwasser durch Heizen des Abwassers auf bis zu 950°C betrieben. Auch wenn der Wärmetauscher verwendet werden kann, um Energie zu sammeln, ist die Rückgewinnungsrate der Wärme jedoch sehr gering und die Betriebskosten des Verbrennungsofens sind groß.
  • Die Installation eines solchen typischen Verbrennungsofens resultiert daher in erhöhten Produktionskosten aufgrund dessen hoher Kosten für Umweltschutzmaßnahmen, wodurch die Entwicklung eines wirtschaftlichen Behandlungssystems für Abwasser bei geringem Energieverbrauch benötigt wird.
  • Typischerweise wird in einem Verbrennungssystem das organische Abwasser direkt in den Ofen bei hoher Temperatur gesprüht, so daß das Abwasser in dem Ofen verdampft und die gasförmigen organischen Verbindungen oxidiert werden. In dem Fall, daß das Abwasser Salz enthält, wird ein wie in 4 dargestellter Verbrennungsofen vom Abschrecktyp betrieben, und in dem Fall des Abwassers ohne Salz, wird ein Wärme austauschbarer Verbrennungsofen, wie in 5 dargestellt, betrieben.
  • Jedoch wird bei der typischen Verbrennungsmethode wie oben beschrieben das Abwasser direkt in den Ofen gesprüht, so daß hierin Wärmeenergie zu viel angeboten wird, und aufgrund der Verwendung eines Rückgewinnungs-Wärmetauschers ist die Rückgewinnungsrate bei Abwesenheit eines Mediums zum Wärmetausch sehr gering.
  • Das US-Patent 5,601,040 offenbart ein Verbrennungsverfahren zur Behandlung von organischem Abwasser mit dem Schritt des Heizens des Abwassers, das organische Verbindungen enthält, bis auf eine bestimmte Temperatur unter Verwendung eines Verdampfers, um die organischen Verbindungen zu verdampfen und zu verbrennen.
  • Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung stellen ein Verbrennungssystem zum Behandeln organischen Abwassers und flüchtiger organischen Verbindungen zur Verfügung, während dieselbe Effizienz wie die von Verbrennungssystemen der verwandten Art oder bessere bereitgestellt wird und wobei die Betriebskosten für das System um mindestens 80% eingespart werden.
  • Die Hauptideen und Gegenstände der Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung können wie folgt in drei Punkten zusammengefaßt werden.
  • Erstens wird eine regenerative thermische Oxidierungsvorrichtung (nachfolgend als RTO bezeichnet) zur Behandlung von Abgas, das organische Verbindungen enthält, zur Behandlung von Abwasser verwendet, und ein Verdampfer wird zur Erzeugung von Abgas für das oben genannte Ziel eingesetzt.
  • Zweitens kann die Wärmeenergie, die durch die Oxidation der organischen Verbindung in dem Abgas erzeugt wurde, zurückgeführt werden, um als Quelle zum Betrieb des Verdampfers zu dienen, während die Eigenschaften der RTO maximiert werden, die geringe Energie für die Oxidation verbrauchen.
  • Drittens wird der Rest des nicht-behandelten Gases, das von einer vorhergehenden Stufe vorhanden ist und das während des Wechsels des Betriebs in Vorwärtsrichtung bzw. in Rückwärtsrichtung erzeugt wurde, an einer bestimmten Stelle gesammelt, bevor es mit einem diskontinuierlichen Verfahren in einer späteren Stufe behandelt wird.
  • Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verbrennungsverfahren zur Behandlung von organischem Abwasser mit dem Schritt des Heizens des organische Verbindungen aufweisenden Abwassers auf eine bestimmte Temperatur unter Verwendung eines Verdampfers bereitgestellt, so daß die organischen Verbindungen verdampft und verbrannt werden, wobei die organischen Verbindungen in einer regenerativen thermischen Oxidierungsvorrichtung verbrannt werden.
  • Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verbrennungssystem bereitgestellt zur Behandlung von organischem Abwasser mit a) einem Verdampfer zum Fassen von organischem Abwasser, das organischen Verbindungen aufweist, und zum Heizen dessen, so daß es verdampft; und b) einem Verbrennungsmittel zum Verbrennen der organischen Verbindungen, wobei das Verbrennungsmittel eine regenerative thermische Oxidiervorrichtung mit einem Paar von keramischen Schichten und einen Ofen, der zwischen dem Paar von keramischen Schichten angeordnet ist, umfaßt, wobei das Abgas durch eine der keramische Schichten eingeführt, vorgeheizt, mit Luft in dem Ofen oxidiert und durch die andere der keramischen Schichten ausgelassen wird, wobei ein Gebläse zum Auslassen des ausgelassenen Gases von der regenerativen thermischen Oxidiervorrichtung in die Atmosphäre bereitgestellt wird.
  • Bei einem weiteren Aspekt stellt die Erfindung ein evaporatives/regeneratives Verbrennungssystem zur Behandlung organischen Abwassers zur Verfügung, wobei Abgas durch Verdampfung von organischem Abwasser, das organischen Verbindungen enthält, erzeugt wird, das erzeugte Abgas mit Luft oxidiert wird, und die Wärmeenergie, die von der Oxidation erzeugt wurde, gesammelt wird, um das organische Abwasser zu verdampfen.
  • Die verschiedenen, beigefügten Unteransprüche sind auf verschiedene optionale Merkmale der Erfindung gerichtet.
  • Sowohl die vorangegangene allgemeine Beschreibung als auch die nachfolgende detaillierte Beschreibung sind beispielhaft sowie erläuternd und sind gedacht, um eine weitere Erklärung der beanspruchten Erfindung bereitzustellen.
  • In den beigefügten Zeichnungen
  • zeigt 1 den Betriebszustand einer RTO vom Doppeltyp in Vorwärtsrichtung;
  • 2 zeigt den Betriebszustand in Rückwärtsrichtung nach 1;
  • 3 ist eine Anordnung, die eine typische RTO vom Doppeltyp unter Verwendung eines Gasspeichers zeigt;
  • 4 zeigt einen typischen Verbrennungsofen für Salz enthaltendes Abwasser;
  • 5 zeigt einen typischen Verbrennungsofen für Abwasser ohne Salz; und
  • 6 zeigt ein Verbrennungssystem für organisches Abwasser nach der vorliegenden Erfindung.
  • Es wird nun im Detail auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung Bezug genommen, von der Beispiele in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind.
  • 6 ist eine Anordnung, die ein evaporatives und regeneratives Abwasser-Verbrennungssystem nach der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • Wie in der Zeichnung dargestellt, ist ein typisches regeneratives thermisches Verbrennungssystem vom Doppeltyp und ein speziell ausgeführter Speicher und ein Verdampfer vorgesehen, die miteinander verbunden sind. Mit anderen Worten ausgedrückt, ist ein Verdampfer 15 an der Stirnseite einer regenerativen thermischen Oxidiervorrichtung (RTO) 18 in einem typischen regenerativen thermischen Verbrennungssystem vorgesehen, so daß Abwasser geheizt und verdampft wird, bevor es in das Verbrennungssystem eingeführt wird.
  • Ein evaporatives und regeneratives Abwasser-Verbrennungssystem für Abwasser nach der vorliegenden Erfindung wird im Detail mit Bezug auf 6 beschrieben.
  • Als erstes wird nicht behandeltes Abwasser durch einen Wärmetauscher 14 aufgeheizt und in den Verdampfer 15 eingeführt. Abgas wird von dem in den Verdampfer 15 eingeführten Abwasser erzeugt und das Gas des verdampften Abwassers wird mit nicht-behandeltem Gas gemischt, das in einem Speicher 25 gespeichert war und dann durch Durchleiten durch einen Speicherkondensator 16 und einen Wärmetauscher 17 vorgeheizt wurde, was nachfolgend erklärt wird, und das gemischte Gas wird in die RTO 18 vom Doppeltyp eingeführt. Das kondensierte Abwasser, das in dieser Stufe erzeugt wurde, wird zurück in den Abwassertank geführt.
  • Im Falle, daß das Abgas in eine linksseitige keramische Schicht 19 in Vorwärtsbetriebsrichtung eingeführt wird, sind C und B eines Drei-Wege-Ventils 21 offen und A ist geschlossen.
  • Das in die linksseitige keramische Schicht 19 eingeführte gemischte Gas wird auf eine Temperatur ungefähr von 850 aufgeheizt, und die organischen Verbindungen werden mit einer erhöhten Temperatur oxidiert, so daß die Temperatur des Gases innerhalb eines Ofens auf einer Temperatur von 950 aufrechterhalten wird.
  • Das aufgeheizte oxidierte Gas wird beim Durchlauf durch eine rechtsseitige keramische Schicht 20 heruntergekühlt und dann in ein Gebläse 23 durch ein Drei-Wege-Ventil 22 absorbiert, welches in dieser Stufe dessen B und A öffnet und dessen C schließt.
  • Der Betrieb in Vorwärtsrichtung wird, wie oben genannt, für ungefähr 2 Minuten aufrechterhalten, und der Betrieb in Rückwärtsrichtung wird anschließend für ungefähr 2 Minuten durch Umschalten des Gasflußweges aufrechterhalten.
  • Dies bedeutet, daß das gemischte Gas in die rechtsseitige keramische Schicht 20 gemäß des Betriebs in Rückwärtsrichtung eingeführt wird, und C und B des Drei-Wege-Ventils 22 sind offen und dessen A ist in dieser Stufe geschlossen.
  • Das in die rechtsseitige keramische Schicht 20 eingeführte Abgas wird auf eine Temperatur von 850°C durch eine Keramik aufgeheizt, die mit gesammelter Wärmeenergie von einem vorherigen Arbeitsgang vorgeheizt ist, und die organischen Verbindungen werden mit einer erhöhten Temperatur oxidiert, so daß die Temperatur des Gases innerhalb eines Ofens auf einer Temperatur von 950°C gehalten wird.
  • Das geheizte, oxidierte Gas wird beim Durchleiten durch die linksseitige keramische Schicht 19 heruntergekühlt und wird dann in dem Gebläse 23 durch das Drei-Wege-Ventil 21 absorbiert, so daß es in die Luft ausgelassen wird. Bei diesem Arbeitsgang sind B und A des Drei-Wege-Ventils 21 offen und das C ist geschlossen.
  • Während des Wechselbetriebs von der oben genannten Vorwärts- in die Rückwärtsrichtung taucht nicht-behandeltes Gas an der vorderen Stelle der keramischen Schicht 19, 20 auf, um das oben genannte gemischte Abgas einzuführen. Der Rest des nicht-behandelten Abgases wird in dem Speicher während des Wechselbetriebs von der Vorwärts- in die Rückwärtsrichtung gespeichert, was im Detail beschrieben wird.
  • Unter der Annahme, daß der Betrieb in Vorwärtsrichtung beendet ist, wird als erstes B und C des Drei-Wege-Ventils 22 geöffnet und dessen B geschlossen, und für den Beginn des Betriebs in Rückwärtsrichtung werden B und A des Drei-Wege-Ventils 21 geöffnet und dessen C wird geschlossen.
  • In diesem Arbeitsgang nimmt das Gebläse 23 den oben genannten Rest des nicht-behandelten Gases auf, und wenn B und C eines Drei-Wege-Ventils 24 geöffnet sind und dessen A geschlossen ist, wird das oben genannte Gas in dem Speicher 25 durch einen Speicherkondensator 16 hindurch, der aus Keramik gefertigt ist, gespeichert. Das sich auf hoher Temperatur befindliche nicht-behandelte Gas wird heruntergekühlt, während es durch den Speicher kondensator 16 aus Keramik läuft, und das Volumen des oben genannten Gas wird aufgrund der Kühlung reduziert, so daß die Größe des Speichers 25 verringert wird.
  • Der Speicher 25 ist in Austauschverbindung mit der Atmosphäre, und speichert nicht-behandeltes Gas, das eingeführt werden soll, während der vorbestimmten Wechselzeit infolge dessen Volumens entsprechend der Wechselzeit. Während das nicht-behandelte Gas in dem Speicher 25 gespeichert wird, wird die in einem vorherigen Arbeitsgang in den Speicher 25 eingeführte Luft aus dem Speicher in die Atmosphäre ausgelassen. Während das nicht-behandelte Gas aus dem Speicher 25 ausgelassen wird, wird die Luft von der Atmosphäre in den Speicher eingeführt.
  • Wie oben beschrieben wird mit dem Start des Betriebs in Rückwärtsrichtung das von dem Verdampfer 15 ausgelassene Abgas mit dem nicht-behandelten Gas gemischt, das in dem Speicher 25 gespeichert war, nachdem es durch den Speicherkondensator 16 geleitet und in dem Wärmetauscher 17 vorgeheizt wurde. Der Speicherkondensator 16 wird durch Herausnehmen von Wärmeenergie von dem eingeführten, nicht-behandelten Gas vorgeheizt und somit wird das nicht-behandelte Gas beim Durchleiten durch den Speicherkondensator 16 vorgeheizt.
  • Nach der vorliegenden Erfindung verbraucht die RTO 18 nur eine geringe Menge von Wärmeenergie für deren Betrieb. Demnach wird nur etwas von der Wärmeenergie von der Oxidation der organischen Verbindungen in dem eingeführten, gemischten Abgas verwendet, und der Rest der Wärmeenergie wird zu dem Verdampfer 15 oder anderen Wärmequellen über eine Auslaßleitung P für Überschußenergie geführt. Während des gesamten Betriebs in dem System kann die Wärmeenergie daher effizient verwendet werden.
  • Dies wird detaillierter wie folgt beschrieben.
  • Mit der Rückgewinnnungsrate der Energie (Kalorie) durch die exotherme Reaktion der organischen Verbindung in dem Abgas mit 85% werden die notwendige Energie (Kalorien) für die Verbrennung des Abgases und die Verdampfung des Abwassers innerhalb der RTO berechnet. Wenn das Abwasser, das die organischen Verbindungen enthält, 2000 kg oder 2 MT (Wasser 1950 kg und die organischen Verbindungen 50 kg) beträgt, wird die Menge der Luft, die erforderlich für die Verbrennung des Gases des verdampften Abwassers ist, zu 1200 m3 mit Abgas : Luft = 1 : 1 bestimmt.
  • Die Energie (Kalorien) die erforderlich ist, um das Abwasser zu verdampfen, ist 1.950 kg × 2.259.360 Joules/kg = 4.405.752,000 Joules (1.950 kg × 540 kcal/kg = 1.053.000 kcal). Bei diesem Arbeitsgang ist die latente Wärme des Dampfes 2.259.360 Joules/kg (540 kcal/kg). Wenn die Energie (Kalorien), die zur Verbrennung in der RTO notwendig ist, berechnet wird, und unter der Annahme, daß die Summe des Abgases und der Luft = 2400 m3, CP = 0,38, und die Temperaturdifferenz ΔT zwischen dem Einlaß und dem Auslaß = 50 ist, ist die Energie (Kalorien) 2400 m3 × 1,59 J/m3°C × 50°C = 190.800.000 Joules (2400 m3 × 0,38 cal/m3°C × 50°C = 45.600 kcal). Daher ist die Energie (Kalorien), um Abwasser zu verdampfen und Abgas zu verbrennen 4.405.752.000 + 190.800.000 = 4.596.552.000 Joules (1.053.000 kcal + 45.600 kcal = 1.098.600 kcal) (1)
  • Wenn die exotherme Energie der organischen Verbindungen in dem Abgas 2.092.000 Joules/kg (500.000 kcal/MT) ist, ist die Gesamtenergie 2.092.000 Joules/kg × 2.000 kg = 4.184.000.000 Joules (500.000 kcal/MT * 2 MT = 1.000.000 kcal). Wie oben beschrieben, ist die Gesamtenergie (Kalorien) für die Verdampfung und die Verbrennung, wenn die Rückgewinnungsrate 85% ist, 4.184.000.000 × 0,85 = 3.556.400.000 Joules (1.000.000 kcal × 0,85 = 850.000 kcal) (2)
  • Daher kann die Energie (Kalorie), die von außerhalb bereitgestellt werden muß, durch Subtraktion der (2) von (1) berechnet werden. Dies ist 4.596.552.000 – 3.556.400.000 = 1.040.152.000 Joules/2.000 kg = 520.076 Joules/kg (1.098.600 kcal – 850.000 kcal = 248.600 kcal/2MT = 124.300 kcal/MT).
  • Mittlerweile wird die in einem typischen Verbrennungssystem erforderliche Energie (Kalorie) wie folgt berechnet:
    Bei dem typischen Verbrennungsverfahren wird das die organischen Verbindungen enthaltene Abwasser zur Verbrennung geheizt. Zu diesem Ziel sollte es auf 950°C geheizt werden, um das Wasser in dem Abwasser zu verdampfen und die organischen Verbindungen zu oxidieren. Im Falle von beispielsweise 120% Luft (kompatible Überschußluftrate) ist, wenn die Menge notwendiger Luft berechnet wird, es 12,5 m3 mit LNG von 1 m3 (41.840.000 Joules (10.000 kcal)).
  • Wenn daher die Temperatur der Luft, die in das Verbrennungssystem eingeführt wird, 30°C beträgt, ist die Energie (Kalorien), die notwendig ist, die Temperatur der Luft (12.5 m3) auf 950°C zu erhöhen, 12,5 m3 × 1464,4 Joules (0,35 kcal)/m3°C × (950°C – 30°C) = 16.736.000 Joules (4.000 kcal). Die 16.736.000 Joules (4.000 kcal) ist eine Energie (Kalorie), um die Temperatur der Luft zu erhöhen, sich selbst auf eine Temperatur von 950°C, und die Energie (Kalorie), die zur Verdampfung verwendet wird, ist 25.104.000 Joules (6.000 kcal) von den 41.840.000 Joules (10.000 kcal).
  • Alternativ ist im Falle von 2000 kg (2 MT) des organische Verbindungen aufweisenden Abwassers (Wasser 1950 kg, organische Verbindung 50 kg) die Energie (Kalorie), die zur Verdampfung erforderlich ist, 1950 kg × 3.765.600 Joules (900 kcal) = 7.342.920.000 Joules (1.755.000 kcal), und die Gesamtenergie (Kalorie) ist 7.342.920.000 × 41.840.000 (brutto) ÷ 25.104.000 (netto) = 12.238.200.000 Joules (1.755.000 kcal × 10.000 kcal (brutto) 6.000 kcal (netto) = 2.925.000 kcal). Neben der Energie (Kalorie) durch die exotherme Reaktion, 2.092.000 Joules/kg × 2.000 kg = 4.184.000.000 Joules (500.000 kcal/MT × 2 MT = 1.000.000 kcal) ist die Energie (Kalorie), die von außerhalb bereitgestellt werden muß, 12.238.200.000 – 4.184.000.000 = 8.054.200.000 Joules (2.925.000 – 1.000.000 = 1.925.000 kcal). Wenn die Rückgewinnungsrate der Wärmeenergie bei der Abwärmerückgewinnung 50% ist, dann ist die zu verwendende tatsächliche Energie (Kalorie) 8.054.200.000 × 0,5 = 4.027.100.000 Joules/2000 kg = 2.013.550 Joules/kg (1.925.000 kcal × 0,5 = 962.500 kcal/2 MT = 481.250 kcal/MT). Daher ist die erforderliche Energieeinheitsrate (Kalorie) höher als in dem Fall der vorliegenden Erfindung, um ungefähr 3.9 mal.
  • Gemäß des Systems zum Verbrennen von organischem Abwasser nach der vorliegenden Erfindung kann die erforderliche Energie zu 1.493.474.000 Joules für 1.000 kg (356.950 kcal für 1 MT) im Vergleich mit dem typischen Verbrennungssystem eingespart werden.
  • Wie oben beschrieben sind nach der vorliegenden Erfindung die Einbaukosten des Systems geringer als die eines typischen Systems, und die Betriebseffizienz kann bis zu 80% eingespart werden.
  • Während das Abwasser direkt in einen Verbrenner eines typischen Systems eingeführt wird und nach der vorliegenden Erfindung auf 950°C aufgeheizt wird, kann zusätzlich, wenn das Abwasser verdampft und dann mit Luft gemischt wird, bevor es in die RTO geführt wird, die Energie nur zur Verdampfung vor Einführung in die RTO von außen zugeführt werden, und die Restenergie für den Betrieb kann über 95% wiedererlangt werden.
  • Da die RTO nur eine geringe Menge Energie wegen deren Betriebscharakteristik verbraucht, das heißt ein Teil der Energie von der Oxidation der organischen Verbindungen in dem gemischten Abgas wird verwendet und der Rest der Energie wird dem Verdampfer zugeführt, ist zusätzlich die Effizienz der Wärmeenergie durch das gesamte System hoch.
  • Es ist dem Fachmann ersichtlich, daß zahlreiche Modifikationen und Variationen der vorliegenden Erfindung ausgeführt werden können, ohne die Idee oder den Bereich der Erfindung zu verlassen. Somit ist beabsichtigt, daß die vorliegende Erfindung die Modifikationen und Variationen der Erfindung abdeckt, die in den Bereich der beigefügten Ansprüche und deren Äquivalente fallen.

Claims (15)

  1. Verbrennungsverfahren zum Behandeln von organischem Abwasser, umfassend die Schritte: Aufheizen des Abwassers einschließlich organischer Verbindungen bis zu einer bestimmten Temperatur unter Verwendung eines Verdampfers (15) zur Verdampfung sowie Verbrennung der organischen Verbindungen, dadurch gekennzeichnet, daß die organischen Verbindungen in einer regenerativen thermischen Oxidierungsvorrichtung (18) verbrannt werden.
  2. Verbrennungsverfahren nach Anspruch 1, umfassend die Schritte: a) Einführen des organischen Abwassers, das organische Verbindungen enthält, in den Verdampfer (15); b) Heizen des eingeführten Abwassers auf eine bestimmte Temperatur und Verdampfen; c) Einführen des Gases des verdampften Abwassers in die regenerative thermische Oxidierungsvorrichtung (18); d) Oxidieren des eingeführten Abgases mit Luft; und e) Ausleiten des oxidierten Gases in die Atmosphäre.
  3. Verbrennungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das organische Abwasser vorgeheizt wird, bevor es in den Verdampfer (15) eingeführt wird.
  4. Verbrennungsverfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei ein Teil der Wärmeenergie, die durch die Oxidation des Abgases erzeugt wird, dem Verdampfer (15) zugeführt wird.
  5. Verbrennungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Abgas mit einem nicht behandelten Gas, das durch die Änderung der Betriebsrichtung der regenerativen thermischen Oxidiervorrichtung (18) erzeugt wird, gemischt und in die regenerative thermische Oxidierungsvorrichtung (18) eingeführt wird.
  6. Verbrennungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein nicht behandeltes Gas, das durch Änderung der Betriebsrichtung der regenerativen thermischen Oxidierungsvorrichtung (18) erzeugt wird, zeitweilig in einem Speichermittel (25) gehalten wird.
  7. Verbrennungsverfahren nach Anspruch 6, wobei das nicht behandelte Gas beim Passieren eines aus Keramik hergestellten Speicherkondensators (16) heruntergekühlt wird.
  8. Verbrennungsverfahren nach Anspruch 7, wobei das gespeicherte, nicht behandelte Gas beim Passieren durch den Speicherkondensator (16) aufgeheizt wird.
  9. Verbrennungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die regenerative thermische Oxidierungsvorrichtung (18) eine regenerative thermische Oxidierungsvorrichtung (18) vom Doppeltyp ist.
  10. Verbrennungssystem zum Behandeln von organischem Abwasser mit: a) einem Verdampfer (15) zum Fassen von organischem Abwasser einschließlich organischen Verbindungen, und zum Heizen von diesem, um dieses zu verdampfen; und b) mit einem Verbrennungsmittel zum Verbrennen der organischen Verbindung: dadurch gekennzeichnet, daß das Verbrennungsmittel eine regenerative thermische Oxidierungsvorrichtung (18) aufweist, die ein Paar keramischer Schichten (19, 20) und einen Ofen aufweist, der zwischen dem Paar von keramische Schichten (19, 20) angeordnet ist, wobei das Abgas durch eine der keramische Schichten (19, 20) eingeführt, vorgeheizt, mit Luft in dem Ofen oxidiert und durch die andere der keramischen Schichten (19, 20) ausgeleitet wird, und einem Gebläse (23), das zum Ausleiten des ausgeleiteten Gases von der regenerativen thermischen Oxidierungsvorrichtung (18) in die Atmosphäre bereitgestellt wird.
  11. Verbrennungssystem nach Anspruch 10, des weiteren mit einem ersten und einem zweiten Ventil (21, 22) zur Bestimmung eines Weges, um das Abgas zu erhalten, und eines Weges, um das Abgas, das von der regenerativen thermischen Oxidierungsvorrichtung (18) ausgeleitet wird, zu erhalten entsprechend dem Betrieb einer Vorwärts/Rückwärtsrichtung der regenerativen thermischen Oxidierungsvorrichtung (18) zur selben Zeit.
  12. Verbrennungssystem nach Anspruch 10 oder 11, des weiteren mit einem Speicher (25) zum zeitweiligen Speichern von restlichem nicht behandeltem Abgas, das nicht in die regenerative thermische Oxidierungsvorrichtung (18) in einer vorherigen Stufe während des Umschaltens des Betriebs in Vorwärts/Rückwärtsrichtung der regenerativen thermischen Oxidierungsvorrichtung (18) eingeführt wurde, bis zu einer nächsten Stufe.
  13. Verbrennungssystem nach Anspruch 12, des weiteren mit einem 3-Wege-Ventil (24) zum Umschalten zwischen einem Weg, um das ausgeleitete Gas von der regenerativen thermischen Oxidierungsvorrichtung (18) in die Atmosphäre auszuleiten, und einem Weg, um das nicht behandelte Gas in den Speicher (25) zu transferieren.
  14. Verbrennungssystem nach Anspruch 12 oder 13, wobei ein Speicherkondensator (16), der aus Keramik gefertigt ist, an der Vorderseite des Speichers (25) angeordnet ist, um Wärme mit dem nicht behandelten Gas auszutauschen.
  15. Verbrennungssystem nach einem der Ansprüche 10 bis 14, des weiteren mit Mitteln zum Einspeisen von Wärmeenergie, die von dem Abgas, das in dem Ofen der regenerativen thermischen Oxidierungsvorrichtung (18) oxidiert wurde, erzeugt wird, in den Verdampfer (15).
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