專利名稱：含有氧和可燃組分的廢氣的氧化提純的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過在氧化反應(yīng)器中的氧化反應(yīng)對含有氧和可燃組分的廢氣的氧化提純方法，其中使廢氣在被引入氧化反應(yīng)器中之前通過高速通路，在該通路中氣體通過的流速高于反閃速率。
背景技術(shù)：
含有可燃組分和氧的廢氣在許多不同的過程中形成，例如在化學(xué)中的氧化過程，涂敷過程或在干洗過程中形成。由于氧化劑(氧)和可燃組分的同時存在，此類廢氣的熱提純，即它們的燃燒，需要專門的安全措施，特別是安全地和可靠地避免反閃。
關(guān)于提純廢氣的氧化過程、尤其催化和熱提純過程的綜述可見于J.M.Klobucar，Chem.Eng.(化學(xué)工程)，2002年2月，第62-67頁。
在廢氣的催化提純中，廢氣在空氣和催化劑存在下在通常200-650℃的溫度下以催化方式轉(zhuǎn)化成在環(huán)境上更可接受的化合物。催化劑的使用使得比廢氣的單純?nèi)紵偷枚嗟牟僮鳒囟瘸蔀榭赡?，這導(dǎo)致在總能量平衡和材料的選擇上的諸多優(yōu)點。廢氣的催化提純的缺點與催化劑的使用緊密相關(guān)。這些催化劑通常含有貴金屬，例如鈀或鉑，因此當(dāng)與各種化合物接觸時，傾向于發(fā)生可逆或不可逆的損害。如果預(yù)期存在此類化合物(稱作催化劑毒物)，則一般在上游提供保護(hù)床。由于催化劑對于廢氣的催化提純過程的可靠和長時間操作具有僅僅有限的工作壽命，甚至在催化劑毒物不存在的情況下亦如此，因此氧化反應(yīng)器通常必須以雙份構(gòu)建。此外，對于具有高含量的可燃組分的廢氣，還存在著過高反應(yīng)溫度和反閃的危險，以及對催化劑和裝置的損害的危險。
在廢氣的熱提純中，廢氣在空氣存在下在通常800-1000℃的溫度下在有或沒有所謂補加燃料的情況下燃燒形成對環(huán)境更友好的化合物，一般為水和二氧化碳。一般而言，直接火焰氧化器、同流換熱式氧化器和再生型氧化器之間存在區(qū)別。
對于直接火焰氧化器，待提純的未預(yù)熱廢氣在火焰中被空氣燃燒，該火焰由補加燃料例如天然氣或油所產(chǎn)生。為了避免反閃，一般在燃燒室的入口處有高速通路，在該通路中廢氣進(jìn)料的流速高于反閃速率。直接火焰氧化器的缺點是補加燃料的消耗高，尤其在可燃組分的濃度較低的情況下，因為待燃燒的廢氣是在較冷下供入，因此必須首先借助于補加燃料的燃燒熱而達(dá)到所希望的燃燒溫度。
在同流換熱式氧化器中，待提純的未預(yù)熱廢氣利用氧化器中理想自熱燃燒的廢熱來預(yù)熱并然后在實際燃燒室中用空氣燃燒。該預(yù)熱一般以這樣的方式來進(jìn)行在進(jìn)入燃燒室中之前，廢氣進(jìn)料首先流過換熱器，后者在另一側(cè)用熱的煙道氣來操作。如果可燃組分的含量對于自熱燃燒不足夠，則缺少的能量可以通過輔助燃燒器來引入。僅僅通過該預(yù)熱使得基本上自熱燃燒成為可能，因為待燃燒的廢氣早已趁熱流入該燃燒室中。然而，確切地說這也具有關(guān)鍵的缺點。因為隨著廢氣的溫度提高，它的點火容易性也提高，所以有反閃到換熱器中的風(fēng)險和進(jìn)而有比較嚴(yán)重?fù)p害的危險?？扇冀M分的濃度越高和流速越低，這一危險就越明顯。因此，尤其對于具有高濃度可燃組分和/或在組成和速率上有較大波動的廢氣，同流換熱式氧化器的安全使用無法確保。
在再生型氧化器中，待提純的未預(yù)熱廢氣利用熱的貯熱介質(zhì)被預(yù)熱并在下游燃燒室中在理想條件下自熱燃燒。熱的煙道氣然后在剛好處于再生模式下的第二種貯熱介質(zhì)之上通過，因此使第二種貯熱介質(zhì)加熱升溫。如果首先提及的貯熱介質(zhì)已經(jīng)處于不再確保所需燃燒的那一溫度下，則這種流動橫跨(cross over)，第二種加熱的貯熱介質(zhì)用于加熱升溫。如果可燃組分的含量對于自熱燃燒是不足夠的，則缺少的能量可以通過輔助燃燒器來引入。同樣在再生型氧化器中，基本上自熱燃燒僅僅通過該預(yù)熱成為可能。正如以上對于同流換熱式氧化器早已描述的，對于再生型氧化器，含有高濃度的可燃組分的廢氣也有這樣的危險氧化反應(yīng)在貯熱介質(zhì)的床中很快失控，即導(dǎo)致不受控制的溫度升高，這將損害該裝置。還有反閃到換熱器中的危險和進(jìn)而造成比較嚴(yán)重?fù)p害的危險。因此，對于具有高濃度可燃組分和/或在組成和速率上有較大波動的廢氣，再生型氧化器的安全使用無法確保。另外，由于再生型氧化器具有至少兩個貯熱室，它們中的每一個被設(shè)計來加熱未預(yù)熱廢氣，所以該氧化器是非常大型的，而且就裝置而言是高花費的。
為了安全地防止反閃，通常在供應(yīng)給氧化器的廢氣中，使用多個彼此獨立的安全措施，如火焰阻隔和/或廢氣的稀釋。這方面的綜述例如可見于G.-G.Brger等，VDI-Berichte，第286期，1977，第131-134頁；K.Schampel等，Gas wrme international 27，1978年11月，第629-635頁；以及W.Hüning，Chem.-Ing.-Tech.(化學(xué)-工程-技術(shù))57，1985，第850-857頁。已知的火焰阻隔是例如液封，火焰消除器，幕，爆燃阻止器，高速途徑，新鮮空氣的進(jìn)給或供應(yīng)燃燒室的防反閃噴嘴。該廢氣可以適當(dāng)?shù)赜美缈諝鈦硐♂?。因此，在最后所提及參考文獻(xiàn)中，在圖5中，是液封、快速區(qū)段的新鮮空氣供應(yīng)、爆燃阻止器以及供應(yīng)燃燒室的防反閃噴嘴的結(jié)合。雖然高速通路的使用在當(dāng)所需的最小速度得以維持時確實使得反閃的可靠防止成為可能，但是，它的關(guān)鍵缺點是通過將附加的空氣輸入來維持所需的流速，廢氣的總量增加，因而還有在燃燒之前用于加熱它的能量需要量會增加。
因此，本發(fā)明的目的是尋找一種提純含有氧和可燃組分的廢氣的方法，該方法不具有上述缺點，確保安全的長期運轉(zhuǎn)，對于能量來說是基本上自給的，即使當(dāng)所產(chǎn)生的廢氣顯著地降到爆炸下限之下時亦如此，尤其也能毫無問題地與變化的廢氣速率和變化的廢氣組成相適應(yīng)。

發(fā)明內(nèi)容
我們發(fā)現(xiàn)這一目的可以由一種通過在氧化反應(yīng)器中的氧化反應(yīng)對含有氧和可燃組分的廢氣的氧化提純方法來實現(xiàn)，其中使廢氣在被引入氧化反應(yīng)器中之前通過高速通路，在該通路中氣體通過的流速高于反閃速率，該方法包括向高速通路中再循環(huán)氧化反應(yīng)中所釋放的煙道氣的子料流。


圖1為說明本發(fā)明方法的方框圖；和圖2為說明本發(fā)明方法的簡化流程圖。
具體實施例方式
對于本發(fā)明的目的，氧化提純是含有可燃組分和氧的廢氣的氧化反應(yīng)。該氧化反應(yīng)可以以催化和非催化方式來進(jìn)行。非催化反應(yīng)是燃燒，它一般也稱作熱反應(yīng)。在氧化提純中，該廢氣進(jìn)料主要轉(zhuǎn)化成對環(huán)境更友好的化合物。如果該廢氣僅僅含有含氫、含碳和/或含氧的化合物作為可燃組分，則這些一般反應(yīng)形成水和二氧化碳。如果該廢氣另外還含有其它元素例如氯或硫，則這些轉(zhuǎn)化成氯或硫的更穩(wěn)定化合物，例如氯化氫、氯氧化物或硫氧化物。由氧化反應(yīng)獲得的氣體被稱作煙道氣。
本發(fā)明方法中重要的是在廢氣被引入氧化反應(yīng)器中之前使用高速通路，在該通路中氣體流過的流速高于反閃速率，并且向該通路中再循環(huán)氧化反應(yīng)中所釋放的煙道氣的子料流。
作為可用于本發(fā)明方法中的高速通路，原則上可以使用所有裝置，廢氣可以與再循環(huán)的煙道氣一起以防止反閃所需的流速流過該裝置。該高速通路例如可以作為單獨的裝置位于氧化反應(yīng)器的廢氣進(jìn)料管線中，或位于緊鄰氧化反應(yīng)器的入口處，例如以一個或多個噴嘴形式。此外，對于本發(fā)明的目的，高速通路也是高速閥門，正如DIN EN 128742001標(biāo)準(zhǔn)的3.1.18節(jié)中所述。它們一般包括一個或多個液力內(nèi)徑一般為5-50mm，優(yōu)選5-30mm的管。它們的長度通常為0.1-5m，優(yōu)選0.5-2m。該高速通路沿流動方向總是位于其中發(fā)生氧化反應(yīng)的裝置部件的上游。有利的是，在該高速通路和其中發(fā)生氧化反應(yīng)的裝置部件之間流過的通路應(yīng)該盡可能短。
對于本發(fā)明的目的，流過高速通路的氣體的流速是高速通路的各個管或通道中的平均氣體速率，該流速以在其中遇到的條件(溫度，壓力)下流過該高速通路的氣體為基礎(chǔ)。該流速可以在高速通路中或在緊鄰高速通路的上游或下游測量，在后提到的兩種情況下，相應(yīng)的轉(zhuǎn)換需要引入各自橫截面和在溫度和壓力上的任何差異來進(jìn)行。一般而言，該流速在緊鄰高速通路的上游測量?？捎糜跍y量流速的儀表是本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員一般已知的儀表，在這種情況下顯然需要注意的是對所存在的溫度和流經(jīng)的介質(zhì)的合適穩(wěn)定性。合適儀表的例子是差壓儀表，速率和質(zhì)量流量計，尤其是畢托(Pitot)、普蘭托(Prandtl)、覘板(target)、旋渦、超聲和加熱-電線儀表，正如在J.W.Dolenc，Chem.Eng.Prog.(化學(xué)工程進(jìn)展)，1996年1月，第22-32頁中所述。為了確保正確測量該流速，在很多情況下有利的是使用位于實際計量儀表上游的流動調(diào)節(jié)器，尤其當(dāng)由于管的內(nèi)徑和流速而設(shè)想存在相應(yīng)部分的湍流時。
對于本發(fā)明的目的，反閃速率是氣體流過的流速，在該流速下和在所考慮的管段中，假設(shè)在該管段末端存在穩(wěn)定的點火火焰，反閃將剛好發(fā)生。在本發(fā)明上下文中，所考慮的管段是高速通路。
DIN EN 128742001在9.2節(jié)中給出了測量規(guī)程，利用該規(guī)程可以通過實驗測定反閃速率。為此，將根據(jù)所引用標(biāo)準(zhǔn)的圖6所建立的帶有相應(yīng)高速通路的試驗裝置用作待測量的管段。在高速通路的末端，如圖6中所示，有穩(wěn)定化的點火火焰。然后，將待測量的廢氣或?qū)?yīng)于該組成的氣體混合物在所需操作溫度下通過高速通路。該程序從高于反閃速率的流速開始，然后降低該流速，直至發(fā)生反閃為止。該測量應(yīng)該根據(jù)所引用標(biāo)準(zhǔn)重復(fù)三次，將導(dǎo)致反閃的最高流速記錄為反閃速率。
圖1顯示了本發(fā)明方法的方框圖。廢氣(I)經(jīng)管線(1)和(2)通入高速通路(A)中，在該通路中氣體流過的流速高于反閃速率，在通過高速通路(A)之后，廢氣被通入氧化反應(yīng)器(B)中。在那里，廢氣進(jìn)行氧化反應(yīng)形成煙道氣，后者作為煙道氣(II)經(jīng)管線(3)和(4)離開用于氧化提純的裝置。煙道氣的子料流經(jīng)管線(5)再循環(huán)到高速通路(A)中。
在本發(fā)明方法中，煙道氣在高速通路中再循環(huán)所建立的流速優(yōu)選是反閃速率的至少1.2倍，特別優(yōu)選至少1.5倍，非常特別優(yōu)選至少2倍。
高速通路中的所需流速優(yōu)選在體積流速控制下通過煙道氣的再循環(huán)而建立，其中高速通路中的流速用作控制變量。通過監(jiān)測煙道氣在體積流速控制下的流速和相關(guān)再循環(huán)來達(dá)到預(yù)設(shè)值，確保了特別可靠的過程，因為廢氣速率的波動可以得到補償。待設(shè)定的流速的預(yù)設(shè)值一般使用反閃速率的上述值來確定。
對于連續(xù)地或間歇地具有較高濃度可燃成分的廢氣，為了使氧化反應(yīng)器中的溫度保持在所定義值之下或在所定義范圍內(nèi)，也可將快速通路中的流速提高到超過所述倍數(shù)。同樣，作為選擇或額外地，煙道氣或空氣可以直接引入氧化反應(yīng)器中，也就是說不經(jīng)高速通路就將其通入氧化反應(yīng)器中。
為了促進(jìn)氧化反應(yīng)器中的氧化反應(yīng)，對于具有低濃度可燃組分的廢氣，尤其有利的是將預(yù)先預(yù)熱的廢氣引入氧化反應(yīng)器中。結(jié)果，由于在待引入的預(yù)熱廢氣的溫度和氧化溫度之間的較小差異，因此需要從氧化反應(yīng)器中除去較少的熱量，從而促進(jìn)氧化反應(yīng)。在本發(fā)明方法中，特別有利的是利用通過煙道氣廢熱操作的換熱器在高速通路的上游加熱該廢氣。該煙道氣廢熱此處可以直接地以通過煙道氣操作的換熱器形式或間接地例如通過產(chǎn)生蒸汽并利用通過該蒸汽操作的換熱器預(yù)熱該廢氣來加以利用。利用高速通路中的流速的上述目標(biāo)性設(shè)定，當(dāng)供入預(yù)熱廢氣時也確保安全操作。
在廢氣的上述預(yù)熱中，必須指出的是，爆炸下限與溫度有關(guān)，因此在低溫下不爆炸的混合物可以經(jīng)預(yù)熱而達(dá)到爆炸范圍。在這種情況下，甚至最小的點火源都將在相關(guān)裝置部件中引起爆炸。因此，在本發(fā)明方法中，出于安全考慮，應(yīng)該確保避免該爆炸范圍。因此，預(yù)熱過的廢氣的溫度應(yīng)該在爆炸下限的溫度之下。對于本發(fā)明的目的，爆炸下限是在現(xiàn)有壓力和現(xiàn)有氣體組成下的相關(guān)爆炸極限。
當(dāng)使用組成恒定的廢氣時，一般通過實驗或通過預(yù)先計算就足以確定爆炸下限的溫度，并且以該值為基礎(chǔ)來確定該預(yù)熱廢氣的最高溫度。
當(dāng)使用組成變化的廢氣時，出于安全考慮，有利的是連續(xù)地或間歇地監(jiān)測爆炸下限的溫度。用于監(jiān)測爆炸下限的合適儀器例如是氣體檢測器。在氣體檢測器中，例如，待測氣體的樣品以催化方式燃燒并利用所產(chǎn)生的反應(yīng)熱來計算可燃?xì)怏w的即時濃度。從該即時濃度，相應(yīng)溫度則從可燃?xì)怏w的爆炸下限和該濃度之間的預(yù)先確定的關(guān)系來推算。除了廢氣的氧化提純的所述監(jiān)測之外，來自氣體檢測器的信號例如也可用于控制上游工藝步驟和例如激活安全回路。
在本發(fā)明方法的優(yōu)選變型中，在換熱器的上游，即在未預(yù)熱廢氣中測量可燃?xì)怏w的濃度。以由其確定的爆炸下限溫度為基礎(chǔ)，然后確定待設(shè)定的所需廢氣溫度和適當(dāng)?shù)夭僮鞯膿Q熱器。如果另外還確保分析點與換熱器之間的廢氣的流動時間大于所述控制器的總響應(yīng)時間，則可以確保安全操作，甚至在廢氣組成有較大變化的情況下亦如此。
優(yōu)選在本發(fā)明方法中預(yù)熱廢氣的溫度經(jīng)設(shè)定使得在現(xiàn)有壓力和現(xiàn)有氣體組成下，爆炸下限是可燃組分的現(xiàn)有濃度值的至少4/3倍，特別優(yōu)選至少2倍，非常特別優(yōu)選至少4倍。所述設(shè)定突出體現(xiàn)于特別高的安全范圍。
如果廢氣由非均相催化氣相氧化產(chǎn)生，則必須假定所產(chǎn)生的反應(yīng)器排出料的爆炸下限處于比非均相催化氣相氧化的最熱溫度還要高的溫度下。由于所形成的有價值的產(chǎn)物通常從所產(chǎn)生的反應(yīng)器排出料中分出，因此，作為廢氣剩下的是可燃組分的濃度比所產(chǎn)生的反應(yīng)器排出料的濃度顯著低得多的氣體。因此，該廢氣的爆炸下限甚至處在比所產(chǎn)生的反應(yīng)器排出料的溫度仍然更高的溫度下。因此，當(dāng)使用由非均相催化氣相氧化產(chǎn)生的廢氣時，特別有利的是以這樣的方式設(shè)定預(yù)熱廢氣的溫度，使得它最高對應(yīng)于非均相催化氣相氧化的最熱溫度。該變型甚至在沒有該廢氣的連續(xù)或間歇分析下也提供了非常高的安全。由于非均相催化氣相氧化一般在300-600℃的溫度下進(jìn)行，因此廢氣的顯著預(yù)熱已經(jīng)可行，而無需花費連續(xù)或間歇的分析用以控制。
可用于本發(fā)明方法中的氧化反應(yīng)器是不僅以催化方式而且以非催化方式操作的氧化反應(yīng)器。
在催化氧化反應(yīng)器中，氧化反應(yīng)在非均相催化劑上發(fā)生，該催化劑位于催化劑床中，待氧化的廢氣通過該床。所用催化劑可以通常為本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員已知用于氧化提純廢氣的催化劑。合適的實例是擔(dān)載于載體例如氧化鋁上的鈀和/或鉑。該催化氧化反應(yīng)一般在200-650℃的溫度下進(jìn)行。
在非催化的氧化反應(yīng)器中，氧化反應(yīng)通常在700-1200℃的溫度下一般以熱方式，即通過燃燒來進(jìn)行。該燃燒在待燃燒廢氣已引入其中的燃燒室中進(jìn)行。在可燃組分的適當(dāng)高含量和/或廢氣進(jìn)料的適當(dāng)高溫度下，可以自熱燃燒。自熱燃燒特征體現(xiàn)在所需燃料僅僅從待燃燒的廢氣中產(chǎn)生。如果可燃組分的含量和/或廢氣的溫度相應(yīng)地低，則必須使用輔助或補充燃燒器。這用附加燃料例如天然氣或油來操作，并供入燃燒所需要的剩余能量。一般而言，自熱操作的燃燒室也帶有補充燃燒器，尤其為了有可能啟動該裝置和對于廢氣進(jìn)料有波動或干擾的情況下確保燃燒連續(xù)。
如果使用非催化的氧化反應(yīng)器，則有利的是上游的高速通路位于緊鄰燃燒室入口的上游或整體組合到該燃燒器頭部。為此的可能設(shè)計例如描述在G.-G.Brger等，VDI-Berichte，第286期，1977，第131-134頁，尤其是圖5中。
在本發(fā)明方法中，優(yōu)選將燃燒室用作氧化反應(yīng)器。
取決于需要，可在本發(fā)明方法中，在實際氧化反應(yīng)器的上游進(jìn)一步連接用于加熱廢氣進(jìn)料的裝置。合適的裝置例如是煙道氣操作的換熱器或再生型貯熱介質(zhì)，正如J.M.Klobucar，Chem.Eng.，2002年2月，第62-67頁中所述。
盡管有上述的措施，但出于安全考慮，為了在本發(fā)明方法中基本排除廢氣進(jìn)料中的反閃，一般使用一個或多個防止反閃的其它安全措施。合適的措施是反閃防護(hù)器，如液封，火焰消除器，幕，爆燃保護(hù)以及諸如供應(yīng)燃燒室的無反閃噴嘴進(jìn)料之類的措施。它們例如描述在G.-G.Brger等，VDI-Berichte，第286期，1977，第131-134頁中；在K.Schampel等，Gaswrme international 27，1978年11月，第629-635頁中；以及在W.Hüning，Chem.-Ing.-Tech.57，1985，第850-857頁中。這些安全措施可以位于沿流動方向上的高速通路的上游和/或下游，優(yōu)選它們位于高速通路的上游。
在本發(fā)明方法的優(yōu)選變型中，所形成的熱煙道氣在能量上被利用來加熱外部能量載體。對于本發(fā)明的目的，能量利用尤其是產(chǎn)生熱水、蒸汽和過熱蒸汽。煙道氣能量利用的相應(yīng)方法和其所需裝置一般是本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員已知的。
在本發(fā)明方法的特別優(yōu)選的變型中，待再循環(huán)的煙道氣的所需溫度通過混合兩種不同溫度的煙道氣來設(shè)定，其中煙道氣的溫差通過中間換熱器形式的能量利用來獲得。
本發(fā)明方法中使用的廢氣可以由最廣泛來源產(chǎn)生，在這些來源中形成了含有氧和可燃組分的待廢棄處理的氣體?？赡艿膩碓吹膶嵗腔瘜W(xué)過程，尤其氧化反應(yīng)，加工過程如涂漆或干洗，以及天然源。
本發(fā)明方法所考慮廢氣中的可燃組分原則是所有可以通過氧氣氧化并且在現(xiàn)有條件下呈氣態(tài)的無機或有機化合物。這些可以是單一化合物或不同化合物的混合物。合適的可燃組分例如是氫氣，脂族-、芳族-或芳脂族烴類，醇類，醛類，酮類，羧酸類，氨或胺類。一般而言，待廢棄處理的廢氣含有0.01-10體積％，優(yōu)選0.01-5體積％，特別優(yōu)選0.1-2體積％的可燃組分。
優(yōu)選本發(fā)明方法用于提純的廢氣是來源于從正丁烷和/或正丁烯到馬來酸酐，從鄰二甲苯到鄰苯二甲酸酐，從丙烯到丙烯酸，從異丁烯到甲基丙烯酸，從1，2-乙二醇到乙二醛，從乙烯到環(huán)氧乙烷，從丙烯到丙烯醛，從丙烯和氨到丙烯腈，從烯烴到醛類或酮類，從甲醇到甲醛和/或從甲烷和氨到氫氰酸，特別優(yōu)選從正丁烷和/或正丁烯到馬來酸酐，從鄰二甲苯到鄰苯二甲酸酐，從丙烯到丙烯酸，從異丁烯到甲基丙烯酸，從1，2-乙二醇到乙二醛和/或從乙烯到環(huán)氧乙烷的非均相催化氣相氧化。
優(yōu)選實施方案的簡化流程圖示于圖2中。裝置和閥門用大寫字母表示并更詳細(xì)地描述在敘述中。管線全部用阿拉伯?dāng)?shù)字編號。物料流的輸入和輸出用羅馬數(shù)字編號并同樣更詳細(xì)描述在敘述中?？刂坪蜏y試設(shè)備攜帶具有連續(xù)編號的號數(shù)后綴的普通命名法則，其中“Q”是分析測量，“T”是溫度測量，“F”是流量測量和“C”是控制回路。
廢氣(I)經(jīng)由管線(1a)，換熱器(C)—在該換熱器中廢氣利用通過的煙道氣來預(yù)熱—和管線(1b)供入。再循環(huán)的煙道氣經(jīng)由管線(5c)加入，并與來自管線(1b)的新鮮供應(yīng)的廢氣一起經(jīng)由管線(2)和靜態(tài)反閃防護(hù)器(D)、優(yōu)選幕供入到高速通路(A)中，在該通路中氣體通過的流速高于反閃速率。有利的是，該廢氣和再循環(huán)的煙道氣在高速通路的上游進(jìn)行混合，例如通過使用靜態(tài)混合器或子料流混合來進(jìn)行。在高速通路(A)的下游，氣體經(jīng)由一個或多個燃燒器(未示出)引入燃燒室(B)中。尤其對于啟動和使用不可自熱可燃的廢氣，這配有輔助燃燒器，后者可以作為獨立的燃燒器而存在或整體組合到燃燒器中，而且當(dāng)需要時，可以經(jīng)由管線(7)用空氣(III)以及經(jīng)由管線(8)用燃料(IV)例如天然氣來操作。在用于其它物質(zhì)和廢氣的附加燃燒器也可整體組合在其中的燃燒室中，該廢氣經(jīng)氧化反應(yīng)得到煙道氣。煙道氣以熱態(tài)離開燃燒室(B)并經(jīng)由管線(3)通入多個串聯(lián)的換熱器中。在換熱器(E)中，產(chǎn)生過熱蒸汽(VII)，在換熱器(F)中產(chǎn)生飽和蒸汽，以及在換熱器(G)中產(chǎn)生溫水(補給水預(yù)熱)。利用了能量和冷卻的煙道氣經(jīng)由管線(4)通入堆疊體(L)中，并作為煙道氣(II)排放到大氣中。在這一點上可以指出的是，對于含有污染物例如硫氧化物或氯化合物的煙道氣，附加的各種提純裝置可以連接在釋放到大氣中的上游的中間位置上。待再循環(huán)的那部分煙道氣經(jīng)由管線(5a)和(5b)取出。連接在中間位置上的換熱器確保管線(5a)內(nèi)的煙道氣和管線(5b)內(nèi)的煙道氣之間有相應(yīng)的溫差，使得通過合適的混合，可將溫度設(shè)定在寬范圍內(nèi)。待再循環(huán)的煙道氣然后經(jīng)由管線(5c)和再循環(huán)扇(H)通入高速通路(A)中。用于操作換熱器(C)的那部分煙道氣同樣經(jīng)由管線(5a)、管線(6a)、任選的扇(J)、管線(6b)和管線(6c)取出，而供入換熱器(C)中。為了換熱器(C)中溫度的快速控制，這具有經(jīng)由管線(6d)的旁路。因此，該煙道氣可經(jīng)由管線(6e)通入換熱器(K)中以預(yù)熱補給水(V)，以及經(jīng)由管線(6f)同樣通入堆疊體(L)中。熱煙道氣的能量利用例如如圖2所示通過使用上述換熱器(K)、(G)、(F)和(E)來產(chǎn)生蒸汽(VI)和/或過熱蒸汽(VII)來進(jìn)行。
可以提到，取決于設(shè)計，換熱器(E)例如也可以整體組合在燃燒室中，因此管線(3)可實際上省略。
下面將更詳細(xì)地描述優(yōu)選實施方案的控制回路。為了清楚起見，在圖2中，控制線被省略?！癟C1”測量緊鄰換熱器(C)下游的廢氣的溫度。該測量值用于監(jiān)測預(yù)熱廢氣的溫度，并經(jīng)由閥門(P)和(Q)控制預(yù)熱廢氣的溫度?！癟C2”測量與再循環(huán)煙道氣混合的廢氣的溫度，并可任選地經(jīng)由閥門(T)和(U)來設(shè)定以用于精密控制高速通路(A)中的溫度?！癋C1”測量高速通路(A)中的流速，并用于經(jīng)由閥門(T)和(U)控制再循環(huán)煙道氣的體積流速?！癟C3”測量燃燒室(B)中的溫度并根據(jù)需要經(jīng)由閥門(R)和(S)來關(guān)閉輔助燃燒器或控制它。“QC1”測量廢氣中可燃組分的濃度，從而得到參數(shù)，由該參數(shù)可以確定爆炸下限的溫度。根據(jù)所需的安全范圍，必須小心注意的是，換熱器(C)下游的溫度最高對應(yīng)于所需的容許溫度?！癚C1”的平均值可以直接預(yù)先設(shè)定預(yù)熱廢氣的最大溫度。如果廢氣中可燃組分的濃度非?？焖俚卦黾拥礁咧担瑒t經(jīng)由“QC1”的安全回路是可行的。這例如可以通過加速扇(H)和/或通過開啟閥門(U)和/或通過關(guān)閉閥門(Q)而切斷換熱器(C)來增加再循環(huán)煙道氣的量。如果需要，可以設(shè)想將換熱器(C)切換到冷卻模式，后者例如用水來操作。
如果燃燒室(B)中的溫度達(dá)到所需溫度范圍的上限，則為了冷卻，附加(環(huán)境的)空氣向燃燒室中的供應(yīng)可以經(jīng)由“TC3”來激活。這例如可以經(jīng)由閥門(R)和管線(7)或經(jīng)由圖2中未示出的附加裝置來進(jìn)料。此外，還可經(jīng)由“TC3”來誘導(dǎo)冷煙道氣的足夠再循環(huán)，例如經(jīng)由閥門(U)和扇(H)。用以控制燃燒室中溫度的冷煙道氣的再循環(huán)開始進(jìn)行，尤其當(dāng)廢氣具有高含量的可燃組分并因而它的能量含量比較高的時候。
本發(fā)明方法使得含有氧和可燃組分的廢氣的氧化提純成為可能，確保安全的長期運轉(zhuǎn)。從能量方面考慮，本發(fā)明方法即使當(dāng)各種條件顯著地落在所產(chǎn)生廢氣的爆炸下限之下時也是基本上自給的，尤其甚至毫無問題地與變化的廢氣速率和變化的廢氣組成相適應(yīng)。本發(fā)明方法的基本能量獨立性特別有利地通過預(yù)熱廢氣來實現(xiàn)，其通過使用高速通路并確保氣體在其中流過的流速高于反閃速率而成為可能。由再循環(huán)煙道氣對流速的優(yōu)選控制使得該方法對于波動廢氣速率和可燃組分的波動濃度的自動適應(yīng)成為可能。煙道氣的特定再循環(huán)另外還避免使用外來氣體例如空氣。
此外，本發(fā)明還涉及一種根據(jù)本發(fā)明方法氧化提純含有氧和可燃組分的廢氣的的裝置，其包括如下部件a)廢氣(I)的進(jìn)料管線(1)；b)氧化反應(yīng)器(B)；c)高速通路(A)，其位于進(jìn)料管線(1)與氧化反應(yīng)器(B)的廢氣側(cè)之間；d)用于再循環(huán)煙道氣的管線(5)，該管線位于氧化反應(yīng)器(B)的煙道氣側(cè)與高速通路(A)的廢氣側(cè)之間；和e)煙道氣(II)的排出管線(4)；相應(yīng)方框圖示于圖1中。
權(quán)利要求
1.一種通過在氧化反應(yīng)器中的氧化反應(yīng)對含有氧和可燃組分的廢氣的氧化提純方法，其中使廢氣在被引入氧化反應(yīng)器中之前通過高速通路，在該通路中氣體通過的流速高于反閃速率，該方法包括向高速通路中再循環(huán)氧化反應(yīng)中所釋放的煙道氣的子料流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所要求的方法，其中煙道氣在高速通路中再循環(huán)所建立的流速為反閃速率的至少1.2倍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所要求的方法，其中所述煙道氣在體積流速的控制下再循環(huán)到高速通路中，并且將該高速通路中的流速用作控制變量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所要求的方法，其中將廢氣在高速通路上游經(jīng)由通過煙道氣廢熱操作的換熱器來預(yù)熱。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所要求的方法，其中所述預(yù)熱過的廢氣的溫度經(jīng)設(shè)定使得在現(xiàn)有壓力和現(xiàn)有氣體組成下，爆炸下限是可燃組分的現(xiàn)有濃度值的至少4/3倍。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所要求的方法，特征在于使用由非均相催化氣相氧化產(chǎn)生的廢氣，并且預(yù)熱過的廢氣的溫度經(jīng)設(shè)定使得它最高對應(yīng)于非均相催化氣相氧化的最熱溫度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所要求的方法，其中所使用的氧化反應(yīng)器是燃燒室。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所要求的方法，其中使用的廢氣是來源于從正丁烷和/或正丁烯到馬來酸酐，從鄰二甲苯到鄰苯二甲酸酐，從丙烯到丙烯酸，從異丁烯到甲基丙烯酸，從1，2-乙二醇到乙二醛和/或從乙烯到環(huán)氧乙烷的非均相催化氣相氧化。
9.一種用于根據(jù)權(quán)利要求1所要求的方法氧化提純含有氧和可燃組分的廢氣的裝置，包括如下部件a)廢氣(I)的進(jìn)料管線(1)；b)氧化反應(yīng)器(B)；c)高速通路(A)，其位于進(jìn)料管線(1)與氧化反應(yīng)器(B)的廢氣側(cè)之間；d)用于再循環(huán)煙道氣的管線(5)，該管線位于氧化反應(yīng)器(B)的煙道氣側(cè)與高速通路(A)的廢氣側(cè)之間；和e)煙道氣(II)的排出管線(4)。
全文摘要
通過在氧化反應(yīng)器中的氧化反應(yīng)對含有氧和可燃組分的廢氣的氧化提純方法，其中使廢氣在被引入氧化反應(yīng)器中之前通過高速通路，在該通路中氣體通過的流速高于反閃速率，并且其中將氧化反應(yīng)中所釋放的煙道氣的子料流再循環(huán)到高速通路中。
文檔編號F23G7/06GK1519048SQ20041003950
公開日2004年8月11日 申請日期2004年2月3日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月3日
發(fā)明者W·席克坦茨, W 席克坦茨 申請人:巴斯福股份公司