專利名稱：液體廢料處理的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及利用燃燒處理液體廢料的方法和裝置。本發(fā)明尤其涉及利用使酸進(jìn)行熱氧化分解處理雜質(zhì)酸，特別是硫酸的方法和裝置。
產(chǎn)生廢物副物是許多生產(chǎn)過程的一個普遍問題。例如，許多生產(chǎn)過程中都產(chǎn)生雜質(zhì)酸或廢酸。可特別提到的，在利用所謂的ACH方法制造甲基丙烯酸甲酯的過程中，產(chǎn)生大量的廢硫酸。
在利用ACH方法生產(chǎn)甲基丙烯酸甲酯的過程中產(chǎn)生的硫酸含有水、硫酸銨、硫酸氫銨和多種有機(jī)物雜質(zhì)。在許多專利中已公開了利用燃燒處理這種廢硫酸，特別是將爐子作為硫酸回收裝置的組成部分。
在一個這樣的硫酸回收裝置中，將廢硫酸同燃料一起送入爐子。燃料/空氣混合物燃燒，產(chǎn)生必須的熱，使廢硫酸汽化，將硫酸及有關(guān)雜質(zhì)分解，形成水，二氧化碳和二氧化硫。這些氣體燃燒產(chǎn)物與空氣中所含的氮一起離開爐子，先通過一個廢熱鍋爐，回收廢熱，再通過一個氣體脫水單元脫水。脫水后，含有二氧化硫的氣流通過一個催化轉(zhuǎn)化器，在轉(zhuǎn)化器中，二氧化硫與氧反應(yīng)，生成三氧化硫。然后使生成物通過一個吸收塔，在吸收塔中，三氧化硫與水反應(yīng)，利用接觸法生成硫酸和/或發(fā)煙硫酸。
然而，利用空氣維持燃燒過程帶來某些問題。由于在燃燒過程中必須將空氣中所含的惰性氣體(主要是氮?dú)?也加熱到適當(dāng)?shù)臏囟?，所以這些惰性氣體對熱負(fù)荷產(chǎn)生明顯的影響。事實(shí)上，燃料燃燒中所產(chǎn)生的大部分熱浪費(fèi)在不得不將空氣所含的惰性氣體加熱上。因此，空氣燃燒器的熱效率很低。而且，爐子是硫酸回收(以下縮寫為SAR)單元的組成部分，空氣中的惰性氣體使轉(zhuǎn)化器(二氧化硫在該轉(zhuǎn)化器中與氧反應(yīng)形成三氧化硫)中二氧化硫的濃度下降，從而限制了二氧化硫轉(zhuǎn)化為三氧化硫。惰性氣體還減少了反應(yīng)物在轉(zhuǎn)化器中的停留時(shí)間，為了獲得給定的生產(chǎn)率，需要利用較大量的催化劑來進(jìn)行所需要的反應(yīng)。在爐子中利用空氣維持燃燒的SAR裝置的另一個問題是，爐子的生產(chǎn)速度比氣體脫水和轉(zhuǎn)化器單元的生產(chǎn)速度低。此外，在爐子內(nèi)產(chǎn)生的熱不能有效地使足夠的硫酸汽化并分解，生成相當(dāng)濃的二氧化硫，以便進(jìn)行有效的下步處理。在這樣的情況下，需要給爐子補(bǔ)充硫并進(jìn)行燃燒，以便產(chǎn)生補(bǔ)充的二氧化硫。這對SAR處理的成本產(chǎn)生明顯的影響。
通常，利用空氣作為氧化劑要求利用大爐子，當(dāng)把空氣中所含的惰性氣體送入SAR過程的下一級時(shí)，也需要尺寸大的設(shè)備和大的透平壓縮機(jī)，使在爐子中生成的氣體通過過程的各級，同時(shí)要用大量的能。
已經(jīng)提出利用氧或富氧空氣代替標(biāo)準(zhǔn)空氣作為燃燒過程中的氧化劑。這種代替使其具有特殊的優(yōu)點(diǎn)，這顯然減少了進(jìn)入爐子中的氮?dú)獾牧浚蛲耆苊饬说獨(dú)膺M(jìn)入。結(jié)果，爐子或使用爐子的SAR裝置的生產(chǎn)率明顯提高。利用氧或富氧空氣實(shí)際上也減少了處理給定量的液體廢料所消耗的燃料量，這是由于用于加熱標(biāo)準(zhǔn)空氣中所含的大量惰性氣體帶來的燃料損失可被降低甚至被取消。此外，利用氧或富氧空氣時(shí)，通過SAR裝置的惰性氣體的量的降低明顯節(jié)省驅(qū)動裝置的壓縮機(jī)所用的電量。利用氧或富氧空氣還能使燃料燃燒得更強(qiáng)烈，因而產(chǎn)生更熱的火焰，以較高的生產(chǎn)率將液體廢料轉(zhuǎn)換成最終產(chǎn)品，例如將硫酸轉(zhuǎn)變?yōu)槎趸?，而且，在液體廢料是廢硫酸的場合，較高的火焰溫度會減少在爐子中生成有害的三氯化硫。
總之，當(dāng)利用氧或高氧空氣來維持爐子中的燃燒時(shí)，在能的利用和燃料消耗方面可得到很大節(jié)省，而且，當(dāng)這種爐子是SAR裝置的組成部分時(shí)，裝置所用設(shè)備的尺寸可以減小，而與燃燒中使用標(biāo)準(zhǔn)空氣的大裝置相比，不降低裝置的生產(chǎn)能力。
然而，用氧或富氧氣體來維持燃燒時(shí)，出現(xiàn)很大的問題，因?yàn)槿剂先紵龔?qiáng)烈，其火焰溫度明顯上升，高于用空氣維持燃燒所產(chǎn)的溫度?；鹧鏈囟壬咭馉t子內(nèi)的溫度分布不均和局部過熱，爐子強(qiáng)烈受熱側(cè)使其設(shè)備壽命降低，特別是使襯在爐壁上的耐火材料的壽命降低。而且，高溫會導(dǎo)致產(chǎn)生超過允許量的氮的氧化物(NOx)。
US4，490，347公開一種將富氧空氣送入爐子中使廢硫酸再生的方法。它指出空氣的富氧程度要有一個實(shí)際的界線，因?yàn)樵趯?shí)現(xiàn)有效的燃燒，長的設(shè)備壽命和避免爆炸方面會遇到一定的困難。結(jié)果，在US4，490，347中指出，所用的富氧空氣的氧含量不能超過40%。
US5，022，332也公開一種送入氧或富氧空氣使雜質(zhì)或廢硫酸再生的方法，并提出解決利用氧或富氧空氣所產(chǎn)生的問題的解決方案。所提的方案包括以高速將氧化劑(即氧或富氧空氣)注入爐子內(nèi)，使?fàn)t子內(nèi)產(chǎn)生一種回流。燃燒過程的產(chǎn)物被帶入回流內(nèi)，并回流至燃燒區(qū)，使氧化劑和燃料的燃燒反應(yīng)減弱，從而降低最高的火焰溫度。US5，022，332所提出的解決方案指出可在燃燒過程中送入純氧。
然而US5，022，332中所涉及的回流與注入的氧化劑的動量有關(guān)。在低速生產(chǎn)狀況的場合，回流率可能不足以降低最高火焰溫度，導(dǎo)致生成超過允許量的NOx，并在反應(yīng)器的壁上造成局部過熱，可能明顯減少耐火材料襯層的壽命。
本發(fā)明人發(fā)明一種利用燃燒處理液體廢料的方法，在燃燒中，可利用按體積比含氧量至少為40%的富氧空氣或基本上以純氧作為氧化劑。該方法不具有上述的缺點(diǎn)，而且可在大調(diào)節(jié)范圍下操作，以便處理小量廢液。
本發(fā)明的首要目的是提供一種利用燃燒處理液體廢料的方法，在一個爐子中將液體廢料燃燒，在爐子的出口處形成基本上不含有液體廢料的己燃?xì)鈿饬?，該方法包?a)通過位于爐子的一端的壁上的至少一個燃燒器將一次氧化劑氣流和燃料氣流一起送到爐子內(nèi)，該一次氧化劑氣流含有至少22(體積)%的氧，它按第一流動方向從該至少一個燃燒器噴出，該燃料氣流按基本上與第一流動方向相同的第二流動方向從該至少一個燃燒器噴出;
(b)使燃料燃燒以便產(chǎn)生一個熱源;
(c)控制一次氧化劑與燃料的比，以便使一次氧化劑氣流提供的氧不足以使燃料完全燃燒;
(d)通過許多噴霧槍將液體廢料液流噴入爐內(nèi)，使液體廢料按第三流動方向以噴霧流狀從噴霧槍中噴出，噴霧槍被裝在端壁上，在該至少一個燃燒器的周圍，以使第三流動方向基本上與第一和第二流動方向相同;和(e)通過與該至少一個燃燒器隔開的許多氧化劑噴槍將含有至少22(體積)%的氧的二次氧化劑氣流噴入爐內(nèi)，以便補(bǔ)充一次氧化劑氣流，從而提供足以使燃料達(dá)到完全燃燒所需的氧，其中，以這樣的流速和狀態(tài)給爐子送入各流體，使物料從端壁到出口單向流動通過爐子。
本發(fā)明的第二個目的是提供一種適于實(shí)現(xiàn)上述方法的爐子，該爐子與一個燃料源，一個一次氧化劑源和一個二次氯化劑源相連，該爐子包括一個端壁，許多氧化劑噴槍，一個出口和一個控制系統(tǒng)，其中，(a)在端壁上安裝至少一個燃燒器，并在該至少一個燃燒器周圍安裝許多噴霧槍，(b)使該至少一個燃燒器與燃料源和一次氧化劑源相連，可利用該至少一個燃燒器將燃料流噴向第一個方向，將一次氧化劑流噴向基本上與第一個方向相同的第二個方向;
(c)使許多噴霧槍與液體廢料源相連，可利用這些噴霧槍將液體廢料液噴射成噴霧流并將噴霧流噴向基本上與第一和第二方向相同的第三方向;
(d)使許多氧化劑噴槍與二次氧化劑源相連，并使這些噴槍與該至少一個燃燒器隔開;和(e)利用控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)送入爐內(nèi)的燃料，一次氧化劑，二次氧化劑和液體廢料的流速，使得在使用中一次氧化劑流提供的氧不足以使燃料完全燃燒，物料從端壁到出口進(jìn)行單向流動。
本發(fā)明人所說的單向流動是指物料通過爐子到出口的流道不被反應(yīng)物和反應(yīng)產(chǎn)物的強(qiáng)大回流阻斷，特別是在前面第三個反應(yīng)器中。這樣，向前通過爐子的物料基本上沿軸向流動。通過將各噴槍和燃燒器放在適當(dāng)位置和控制它們噴射的流體的速度，以使不同的噴射流體的動量在整個反應(yīng)器的橫斷面上基本上均勻分布，就能實(shí)現(xiàn)所需要的單向流動。各流體的噴射速度一般低于100米/秒，最好低于30米/秒。
本發(fā)明的方法可有效地用于處理任何液體廢料，但特別適于處理廢酸或雜質(zhì)酸，特別是含水，硫酸銨，硫酸氫銨和多種有機(jī)物雜質(zhì)的廢硫酸。當(dāng)用本方法處理廢硫酸時(shí)，可得到少量的NOx和少量的有害的三氧化硫。而且，酸和燃燒器的噴霧槍是這樣設(shè)置的，使得耐火材料爐襯不受火焰直接加熱，因而保持在允許的低溫下。
因此，在本發(fā)明的一個優(yōu)選的實(shí)施例中，提供一種利用熱分解硫酸來處理雜質(zhì)硫酸的方法。用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方法的爐子最好是SAR裝置的組成部分。
在其中燃燒液體廢料的爐子用耐火材料襯里，防止其外壁受強(qiáng)加熱。該爐子或按垂直主軸線設(shè)置或按水平主軸線設(shè)置，但一般按水平主軸線設(shè)置。該爐子是一個襯磚的筒體。
爐子裝有將一次氧化劑和可燃燒的燃料送入爐內(nèi)的一個或多個燃燒器。這個(每個)燃燒器穿過爐子端壁，其軸線最好與爐子的主軸線基本平行，最好靠近爐子端壁的中心，位于或圍繞在爐子主軸線周圍。對于這種設(shè)置，爐子側(cè)壁的受熱會減到最小。燃燒器通常要包括分別提供一次氧化劑和燃料的至少兩個流道。一個優(yōu)選的燃燒器包括一個中心流道和一個外部環(huán)形流道，中心流道與第一個進(jìn)口連通，外部環(huán)形流道與第二個進(jìn)口連通。燃料和一次氧化劑分別經(jīng)燃燒器的內(nèi)部和外部流道送入爐子。然而，由于下面將要描述的原因，最好將燃料送到這樣的一種燃燒器的外部流道，將一次氧化劑送到其內(nèi)部流道。一個特別優(yōu)選的燃燒器包括一個中心流道，一個中間環(huán)形流道和一個外部環(huán)形流道。對于這樣一種燃燒器，中心和外部環(huán)形流道用于噴射燃料，中間環(huán)形流道用于噴射一次氧化劑。通常，通過中心流道提供全部燃料流的10%至30%，例如20%。通過燃燒器噴射的氧化劑和燃料可用于提高火焰的穩(wěn)定性。
燃燒器必須能夠耐爐內(nèi)產(chǎn)生的高溫，為此，最好用陶瓷材料制造燃燒器。
盡管燃燒器可以并且通常的確是一個以上，但燃燒器的數(shù)目不應(yīng)過多。一般地說，爐子要有三個燃燒器，它們靠近爐子端壁的中心排布在反應(yīng)器主軸線的周圍的適當(dāng)位置上。燃燒器與爐子的主軸線的距離最好相等，它們彼此間的距離相等。
送入爐子的燃料可以是液體或氣體燃料。因此合適的燃料包括燃料油，丙烷和天然氣，最優(yōu)選的燃料是天然氣。
燃燒器的點(diǎn)火通常利用導(dǎo)向焰或壓電火花來實(shí)現(xiàn)。
通過一個或多個燃燒器送入爐內(nèi)的一次氧化劑和可燃燒的燃料形成一個或幾個燃燒區(qū)，下面將它們定義為一次燃燒區(qū)。一次燃燒區(qū)是爐子內(nèi)最熱的區(qū)域，它產(chǎn)生汽化和分解液體廢料所需要的熱。
通過燃燒器送入的一次氧化劑的量要比使噴射的燃料完全燃燒所須的氧化劑少。具體地說，燃料與一次氧化劑的比為，使一次氧化劑提供的氧不足以使燃料完全燃燒。按低于理論配比的氧操作燃燒器可改善在相反情況下可能發(fā)生的爆炸危險(xiǎn)。而且，用本發(fā)明的方法處理廢硫酸時(shí)，控制燃料與個次氧化劑的比，以便按低于理論配比的氧操作燃燒器，這不僅限制了最高火焰溫度，而且形成了還原焰，這有助于減少有害的NOx的形成。通過使用包括一個內(nèi)部流道和一個外部環(huán)形流道的一個或多個燃燒器，減少有害物質(zhì)NOx形成的作用可得到加強(qiáng)，其中，一次氧化劑是通過上述的內(nèi)部流道送入的，燃料量通過上述的外部環(huán)形流道送入的，它們之間至少有一個具體的比例。從燃燒器出來的燃料將一次氧化劑流包圍，這樣就增加了一次燃燒區(qū)周圍的還原氣體的濃度。
送入燃燒器的一次氧化劑可以是任何富氧氣體，但最好是富氧空氣或基本上是純氧。一次氧化劑的氧濃度按體積計(jì)應(yīng)至少為22%，例如按體積計(jì)22%至66%。因此，例如若一次氧化劑是氧和氮的混合物，則當(dāng)用氧的體積與氧和氮的總體積的百分比來表示時(shí)，氧的含量應(yīng)至少為22%。一次氧化劑的含氧量按體積計(jì)應(yīng)至少為40%，例如按體積計(jì)至少為66%，在一個特別優(yōu)選的實(shí)施例中，氧的濃度超過并且特別明顯地超過該值，例如按體積計(jì)至少為90%。按體積計(jì)氧濃度至少為99.5%的基本上的純氧特別優(yōu)選作為一次氧化劑。
如上所述，通過燃燒器送入的一次氧化劑的量為，燃燒器提供的氧比使噴射的燃料完全燃燒所需要的氧少。當(dāng)然，一次氧化劑與燃料的比要取決于一次氧化劑的濃度，并隨被處理的液體廢料的性質(zhì)而變化。通常，一次氧化劑所提供的氧為按理論配比要求的50%至99.9%。當(dāng)用本發(fā)明的方法處理廢硫酸或雜質(zhì)硫酸時(shí)，一次氧化劑所提供的氧優(yōu)選的為按理論配比要求的80%至95%，為按理論配比要求的80%或約80%是特別優(yōu)選的。
在本發(fā)明的方法中，通過裝有噴嘴的許多噴槍將液體廢料的噴霧流噴入爐子內(nèi)。將噴霧槍安裝在與安裝燃燒器相同的爐子的端壁上，裝在燃燒四周圍的合適位置(即在燃燒器和爐子側(cè)壁之間)。噴霧槍的方向要使液體廢料沿著爐子按基本上與一次氧化劑和燃料相同的流體方向噴射。事實(shí)上，這意味著爐子的主軸線與噴射槍的軸線基本平行。
噴霧槍將液體廢料噴出，形成噴霧簾或幕，遮住或保護(hù)爐子側(cè)壁，特別是燃燒器所處的區(qū)域，不被火焰直接加熱。因此，保持爐壁溫度低于使?fàn)t襯損壞的溫度。例如，對于用含氧化鋁65%的耐火磚制造的爐襯，將其溫度保持在1400℃以下是十分重要的。用本發(fā)明的方法，液體廢料噴霧的遮蔽作用可使?fàn)t壁溫度明顯低于所達(dá)到的溫度1400℃，例如爐壁溫度為1000℃-1250℃。
將液體廢料噴到燃燒器周圍還可提供某些其它優(yōu)點(diǎn)。例如，火焰不穩(wěn)定的問題可被克服，而當(dāng)把液體廢料直接噴向火焰時(shí)，這個問題就要出現(xiàn)。而且，在處理廢硫酸時(shí)，在爐內(nèi)的過熱區(qū)就會生成有害的NOx。因此，當(dāng)將廢硫酸直接噴到高溫火焰時(shí)，生成的NOx就會超過允許值。反之，將廢硫酸噴到燃燒器周圍，只會生產(chǎn)少量的NOx，這是因?yàn)閲娚涑龅乃崤c從燃燒器噴出的高溫火焰間的直接接觸基本上被避免了。事實(shí)上，將酸噴射到火焰周圍的高溫區(qū)，在那里承受的是不特別強(qiáng)烈的熱，因?yàn)檫@些熱是從火焰輻射或換言之是從火焰?zhèn)鲗?dǎo)過來的。而且將廢硫酸噴到燃燒器周圍也能防止有害的三氧化硫的生成。
最好使噴霧槍均勻地分布在爐子內(nèi)，例如，可使它們與爐子的主軸線的距離基本相等，它們彼此間的距離相等。安然，分布在燃燒器周圍的噴霧槍的數(shù)目應(yīng)足以在一次燃燒區(qū)和爐子側(cè)壁之間形成所要求的熱屏蔽。每個噴霧槍之間的距離最好應(yīng)能避免使鄰近的液體廢料噴霧滴之間發(fā)生顯著的干擾和聚集。
有效地噴射液體廢料對有效地燃燒是重要的。例如，用本發(fā)明的方法處理廢硫酸時(shí)，霧化的程度會影響廢硫酸向二氧化硫的轉(zhuǎn)變。事實(shí)上，噴射時(shí)所形成的液體廢料液滴應(yīng)相當(dāng)小，以便在它們在爐內(nèi)停留的時(shí)間內(nèi)被汽化并被完全分解。處理廢硫酸時(shí)，這意味著液滴要小到能夠在其在爐中停留的過程中使硫酸，硫酸銨，硫酸氫銨完全被熱氧化分解。當(dāng)然，液滴的最佳尺寸可隨被燃燒的液體廢料的性質(zhì)而變化。然而，處理廢硫酸時(shí)，通過噴射形成的液滴的尺寸最好為500μm以下。如果液滴的尺寸超過500μm，不僅不能完全燃燒，而且由于在耐火材料襯層上凝聚有酸，會對其造成損壞。
利用成直線形的或成直角形的噴射槍噴射液體廢料是有效的。這些噴射槍的端部有噴嘴，并包括用于輸送液體廢料的第一流道或通道和用于將噴射氣體輸送給噴嘴的第二流道或通道。
盡管任何氣體都可有效地用于噴射液體廢料，但從有效性的觀點(diǎn)出發(fā)，常常優(yōu)先選用空氣。當(dāng)用空氣作為噴射介質(zhì)時(shí)，必須考慮它對總的氧平衡的影響，這是因?yàn)榭偟难跗胶鈱θ紵^程有決定性的影響(見下面)。然而，本發(fā)明人不排除利用氧或富氧空氣噴射液體廢料的可能性，在這種情況下，噴射氣體還可構(gòu)成二次氧化劑流。然而，利用空氣產(chǎn)生噴霧和將二次氧化劑經(jīng)單獨(dú)的噴槍噴入爐子內(nèi)是優(yōu)選的。
在本發(fā)明的方法中，另外可將液體廢料沿著爐子噴射到其它位置。例如，可在爐子的側(cè)壁上安裝噴槍。一個特別適用于本發(fā)明的爐子包括(a)一套主要的一次噴槍和(b)一套或多套二次噴槍，所說的一次噴槍被安裝在爐子的端壁上在燃燒器的周圍，將液體廢料按基本上與一次氧化劑和燃料相同的流動方向噴入爐內(nèi)，所說的二次噴槍與燃燒器隔開并被安裝在爐子的側(cè)壁上。
在本發(fā)明的方法中，一次氧化劑流中所欠缺的氧氣通過用與燃燒器隔開的噴槍送入爐子中的二次氧化劑補(bǔ)充。通常為了這個目的提供隔開的噴槍，最好將這些噴槍安裝在與安裝燃燒器相同的爐子的端壁上，特別優(yōu)選的是將它們安裝在燃燒器周圍，位于燃燒器與液體廢料噴槍之間。送入二次氧化劑的噴槍的方向最好是使二次氧化劑基本上按與一次氧化劑和燃料相同的流動的方向噴入爐內(nèi)。事實(shí)上，這意味著送入二次氧化劑的噴槍的軸線與爐子的主軸線基本平行。送入二次氧化劑的噴槍與爐子的主軸線的距離最好相等，并且它們彼此間的距離最好相等。
用本發(fā)明的方法送入的二次氧化劑的量應(yīng)至少足以補(bǔ)償氧氣的欠缺，同時(shí)將噴射氣體可能送入的氧考慮在內(nèi)，因而提供足以使燃料和液體廢料中任何可燃燒的雜質(zhì)如有機(jī)雜質(zhì)完全燃燒所需的全部氧氣。然而，隨被燃燒的液體廢料的不同，希望控制二次氧化劑的噴射，以便使一次和二次氧化劑流和噴射空氣(此處所用的)供入爐子內(nèi)的氧超過按理論配比所需要的量。燃燒廢硫酸是這種方法的一個例子，這時(shí)，最好對超過理論配比的氧的量進(jìn)行控制，使得離開爐子的燃燒氣體按干基氣體的體積計(jì)含有1%至4%的氧。通過監(jiān)測離開爐子的燃燒氣體中的氧的濃度并調(diào)節(jié)二次氧化劑的流速，使其適于將氧的濃度保持在所要求的范圍，這樣便可實(shí)現(xiàn)對氧氣過量的控制。燃燒廢硫酸時(shí)，希望保持氧的過量，以便避免硫的析出和生成硫化氫。然而，氧的過量不要大到大量生成有害的NOx和三氧化硫的程度。上述的按體積計(jì)1%至4%的范圍限制了有害的NOx和三氧化硫的形成，同時(shí)留下一個超過按理論配比要求的操作的安全界線。
二次氧化劑可以是任何富氧氣體，但優(yōu)選的是富氧空氣或基本上的純氧。一次氧化劑的氧的濃度按體積計(jì)應(yīng)至少為22%，例如按體積計(jì)為22%-66%。因此，例如，若一次氧化劑是氧和氮的混合物，則當(dāng)用氧的體積與氧和氮的總體積的百分比來表示時(shí)，氧的含量應(yīng)至少為22%。一次氧化劑的含氧量按體積計(jì)優(yōu)選地應(yīng)至少為40%，例如，按體積計(jì)至少為66%，在一個特別優(yōu)選的實(shí)施例中，氧的濃度超過并且特別明顯地超過該值，例如按體積計(jì)至少為90%。按體積計(jì)氧濃度至少為99.5%的基本上的純氧特別優(yōu)選作為二次氧化劑，這是因?yàn)楸苊鈱⒅T如氮?dú)膺@樣的多余氣體送入爐內(nèi)。
本發(fā)明人不愿受任何理論的限制，但可以相信，噴射二次氧化劑形成二次燃燒區(qū)，在液體廢料中的任何可燃燒的雜質(zhì)如有機(jī)物雜質(zhì)在二次燃燒區(qū)被燃燒。
若要處理的液體廢料是廢硫酸，也可將液態(tài)硫經(jīng)一個或多個噴槍送入爐子內(nèi)，以便生成更多的二氧化硫。
可控制爐子的操作溫度，以便將其保持在適于處理一定的液體廢料但低于爐襯的最高工作溫度的范圍內(nèi)。
當(dāng)被處理的液體廢料是廢硫酸時(shí)，爐子的溫度優(yōu)選地保持在850℃至1200℃的范圍內(nèi)。如果爐子的溫度低于850℃，不完全燃燒會導(dǎo)致大量的未反應(yīng)的硫酸銨和生成超過允許量的三氧化硫。溫度超過1200℃會導(dǎo)致生成超過允許量的NOx。尤其是，爐子的操作溫度應(yīng)保持在1000℃至1100的范圍內(nèi)，特別是應(yīng)保持在1050℃或約1050℃。
相對送入液體廢料的速度，對送入燃料的速度進(jìn)行操作控制，就可達(dá)到和保持所需要的爐溫。因而，如果使將液體廢料送入爐子的速度保持不變，當(dāng)溫度發(fā)生波動，離開要求的值時(shí)，便可調(diào)節(jié)燃料流速。利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)這種控制。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對從安裝在爐子內(nèi)的溫度傳感器傳送的信號作出響應(yīng)，對燃料的流速進(jìn)行調(diào)節(jié)，例如通過操作一個閥門。
通過燃料和氧化劑在爐子內(nèi)燃燒產(chǎn)生的熱使液體廢料汽化并分解，生成各種含氧的燃燒產(chǎn)物，它們可被進(jìn)一步處理。例如，通常含有20-90(重)%的硫酸和10-80(重)%的包括一種或多種碳?xì)浠衔?，水，硫酸銨及硫酸氫銨的雜質(zhì)的廢硫酸，在爐子內(nèi)被分解，生成二氧硫，二氧化碳，水和殘余量的NOx和少量三氧化硫。廢硫酸一般在爐內(nèi)停留1至6秒，優(yōu)選地是2-4秒。也發(fā)現(xiàn)在這些范圍的停留時(shí)間內(nèi)在正常情況下足以進(jìn)行完全燃燒。
液體廢料在送入爐子內(nèi)以前可進(jìn)行予濃縮，以便除去至少一部分水和存在的易揮發(fā)有機(jī)物。在爐子中處理廢硫酸時(shí)，尤其要進(jìn)行予濃縮。
當(dāng)利用本發(fā)明的方法處理廢硫酸時(shí)，實(shí)施該方法所用的爐子通常是SAR裝置的組成部分。在這樣一種裝置中，離開爐子的氣體燃燒產(chǎn)物被送到一個氣體脫水單元(一個洗滌器或干燥器)脫水。脫水后，含有二氧化硫的氣流通過一個催化轉(zhuǎn)化器，在轉(zhuǎn)化器中，二氧化硫與氧反應(yīng)，生成三氧化硫。然后使生成物通過一個吸收塔，在吸收塔中，三氧化硫與水反應(yīng)，用接觸法生成硫酸和/或發(fā)煙硫酸。在被送入氣體脫水單元以前，可使氣體燃燒產(chǎn)物通過一個廢熱鍋爐或其它熱交換裝置，以便冷卻該氣體和回收廢熱。在廢熱鍋爐中產(chǎn)生的蒸汽可用于驅(qū)動蒸汽透平機(jī)，蒸汽透平機(jī)驅(qū)動壓縮機(jī)或引風(fēng)機(jī)，產(chǎn)生使氣體通過SAR裝置所需要的吸引力。這樣的一種配置可明顯地節(jié)省電能，另外，可用所產(chǎn)生的蒸汽驅(qū)動空氣分離裝置的壓縮機(jī)。
現(xiàn)在參照下面的附圖，對可用于實(shí)施本發(fā)明的方法的一種爐子進(jìn)行描述。


圖1是從爐子的出口端向燃燒器端看時(shí)所得到的爐子的視圖。
如圖1所示，該爐子包括襯有磚的筒體1，在筒體1的一端設(shè)置三個燃燒器(2)，用于將二次氧化劑噴入爐內(nèi)的三個氧化劑噴槍(3)和用于將液體廢料噴入爐內(nèi)的五個噴霧槍(4)。
燃燒器(2)穿過端壁(5)，靠近端壁(5)的中心，排布在爐子的主軸線周圍的適當(dāng)位置上。燃燒器(2)的方向應(yīng)使它們的軸線與爐子的主軸線基本平行。燃燒器包括分別用于送入一次氧化劑和燃料的一個內(nèi)部流道(2A)和一個外部環(huán)形流道(2B)。三個燃燒器(2)均勻地分布在爐子內(nèi)，與爐子的主軸線的距離基本相等，它們彼此間的距離基本相等。
氧化劑噴槍(3)穿過爐子的端壁(5)并排布在燃燒器(2)的周圍。氧化劑噴槍(3)的方向應(yīng)使它們的軸線與爐子的主軸線基本平行。氧化劑噴槍(3)均勻地分布在爐子內(nèi)，與爐子的主軸線的距離基本相等，它們彼此間的距離彼此相等。
五個噴霧槍(4)穿過爐子的端壁(5)并排布在燃燒器(2)的周圍。噴霧槍(4)的方向應(yīng)使它們的軸線與爐子的主軸線基本平行。噴霧槍(4)均勻地分布在爐子內(nèi)，與爐子的主軸線的距離基本相等，它們彼此間的距離基本相等。
燃燒器(2)，氧化劑噴槍(3)噴霧槍(4)的方向應(yīng)使它們順著爐子的軸線噴射它們各自的流體，這樣，物料向前通過爐子時(shí)沿著一個主軸線流動。而且，燃燒器(2)和噴槍(3，4)在爐子內(nèi)基本上是均布的，這便提供一種單向流動，并避免在爐子內(nèi)產(chǎn)生大的回流。
下面用實(shí)例描述本發(fā)明，但本發(fā)明不局限于這些實(shí)例。在這些實(shí)例中按照本發(fā)明的方處理含有所示量的下列組分的廢硫酸組分(重)%硫酸36.60硫酸銨22.90水32.74乙二醇7.76所用的爐子與圖1所示的爐子相似。爐子的主體是襯磚的筒體，其主軸線基本上是水平的。爐子裝備有三個氧-天然氣燃燒器，它們穿過爐子的端壁，靠近該端壁的中心，排布在適當(dāng)位置上，它們的軸線與爐子的主軸線基本平行。燃燒器包括用于噴射工業(yè)純氧的一個中心流道和一個用于噴射天然氣的外部流道。三個用于送入廢硫酸的廢液噴射器和兩個用于送入工業(yè)純氧的氧氣噴槍也穿過爐子的端壁排布在燃燒器周圍的廢液噴射器和噴槍與爐子的主軸線基本平行。裝在廢液噴槍的端部的噴嘴噴出的廢液的尺寸基本上在100至200μm的范圍內(nèi)。將廢液噴射器排布在合適位置，使得由它們噴出的廢硫酸形成噴霧簾，以便遮蔽爐壁使它們不受由燃燒器噴出的火焰的直接加熱。
例1有上述的爐子處理廢硫酸，送入燃燒器的廢硫酸的流量為87.0升/小時(shí)。用空氣噴射廢硫酸，送入廢液噴射器的空氣的流量為15.1標(biāo)準(zhǔn)米3/小時(shí)。送入燃燒器的天然氣(含有97.12(重)%的甲烷，0.95(重)%的乙烷，0.19(重)%的丙烷，0.15(重)%的二氧化碳和1.59(重)%的氮?dú)?和工業(yè)純氧的流量分別為13.13標(biāo)準(zhǔn)米3/小時(shí)和22.06標(biāo)準(zhǔn)米3/小時(shí))。因而，燃燒器是在低于按理論配比的氧的情況下提供按論配比需要量的80%即達(dá)到使天然氣完全燃燒所需要的總氧量的80%。送入氧氣噴槍的工業(yè)純氧的流量為7.8標(biāo)準(zhǔn)米3/小時(shí)，以便補(bǔ)充所欠缺的氧并提供超過按理論配比的氧的總量。在離燃燒器不同距離處監(jiān)測爐壁溫度。在離燃燒器0.5米，1.5米和2.0米處所記錄的溫度分別為969℃，1047℃和1015℃。對離開爐子的高溫氣體的溫度也進(jìn)行監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)其為1040℃。對這些高溫氣體進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，按氣體干基計(jì)含有2(體積)%的氧，33(體積)%的二氧化碳，24、13(體積)%的二氧化硫和50ppm的氮的氧化物，具有余量是氮?dú)狻?br> 例2用上述的爐子處理廢硫酸，送入燃燒器的廢硫酸的流量為87.0升/小時(shí)。用空氣噴射廢硫酸，送入廢液噴射器的空氣的流量為15.1標(biāo)準(zhǔn)米3/小時(shí)。送入燃燒器的天然氣(含有97、12(重)%的甲烷，0.95(重)%的乙烷，0.19(重)%的丙烷，0.15(重)%的二氧化碳和1.59(重)%的氮)和工業(yè)純氧的流量分別為14.27標(biāo)準(zhǔn)米3/小時(shí)和20.98標(biāo)準(zhǔn)米3/小時(shí)。因而，燃燒器是在低于按理論配比的氧的情況下提供按理論配比需要量的70%即達(dá)到使天然氣完全燃燒所需要的總氧量的70%。送入氧氣噴槍的工業(yè)純氧的流量為12.5標(biāo)準(zhǔn)米3/小時(shí)，以便補(bǔ)充所欠缺的氧，并提供超過按理論配比的氧的總量在離燃燒器不同距離處監(jiān)測爐壁的溫度。在離燃燒器0.5米，1.5米和2.0米處所記錄的溫度分別為990℃，1039℃和1020℃。對離開爐子的高溫氣體也進(jìn)行監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)其為1035℃。對這些高溫氣體進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，按氣體干基計(jì)含有2.1(體積)%的氧，36.0(體積)%的二氧化碳，25.55(體積)%的二氧化硫和60ppm的氮的氧化物，余量是氮?dú)狻?br> 權(quán)利要求
1.一種利用燃燒處理液體廢料的方法，在一個爐子中將液體廢料燃燒，在爐子的出口處形成基本不含有液體廢料的已燃?xì)鈿饬?，該方法包?a)通過位于爐子的一端的壁上的至少一個燃燒器將一次氧化劑氣流和燃料氣流一起送到爐子內(nèi)，該一次氧化劑氣流含有至少22(體積)%的氧，它按第一流動方向從該至少一個燃燒器噴出，該燃料氣流按基本上與第一流動方向相同的第二流動方向從該至少一個燃燒器噴出；(b)使燃料燃燒以便產(chǎn)生一個熱源；(c)控制一次氧化劑與燃料的比，以便使一次氧化劑氣流提供的氧不足以使燃料完全燃燒；(d)通過許多噴霧槍將液體廢料液流噴入爐內(nèi)，使液體廢料按第三流動方向從噴霧槍中噴出，噴霧槍被裝在端壁上，在該至少一個燃燒器的周圍，以使第三流動方向基本上與第一和第二流動方向相同；和(e)通過與該至少一個燃燒器隔開的許多氧化劑噴槍將含有至少22(體積)%的氧的二次氧化劑氣流噴入爐內(nèi)，以便補(bǔ)充一次氧化劑氣流，從而提供足以使燃料達(dá)到完全燃燒所需的氧，其中，以這樣的流速和狀態(tài)給爐子送入各流體，使物料從端壁到出口單向流動通過爐子。
2.按權(quán)利要求1的方法，其特征在于，各流體噴入爐子內(nèi)的速度小于100米/秒。
3.按權(quán)利要求1的方法，其特征在于，該至少一個燃燒器包括一個中心流道和一個外部環(huán)形流道，中心流道與第一個進(jìn)口連通，外部環(huán)形流道與第二個進(jìn)口連通。
4.按權(quán)利要求3的方法，其特征在于，該至少一個燃燒器包括一個中心流道，一個中間環(huán)形流道和一個外部環(huán)形流道，燃料氣流通過中心和和外部環(huán)形流道進(jìn)入爐子，一次氧化劑通過中間環(huán)形流道進(jìn)入爐子。
5.按權(quán)利要求4的方法，其特征在于，有10%至30%的燃料氣流通過中心流道。
6.按權(quán)利要求1的方法，其特征在于，燃料是從燃料油、丙烷和天然氣中選擇出的。
7.按權(quán)利要求1的方法，其特征在于，噴霧槍用噴射氣體噴射液體廢液。
8.按權(quán)利要求7的方法，其特征于，噴射氣體是空氣。
9.按權(quán)利要求1的方法，其特征在于，二次氧化劑按基本上與第一和第二流動方向相同的第四流動方向從氧化劑噴槍噴入爐子內(nèi)。
10.按權(quán)利要求1的方法，其特征在于，一次和二次氧化劑氣流及噴射氣體(當(dāng)采用時(shí))所提供的氧的量超過達(dá)到燃料的完全燃燒所需要的按理論配比的量。
11.按權(quán)利要求1的方法，其特征在于，液體廢料是含有20至90(重)%的硫酸和10至80(重)%的雜質(zhì)，并用燃燒燃料所放出的熱分解硫酸，以便生成含有二氧化硫的己燃?xì)怏w。
12.按權(quán)利要求11的方法，其特征在于，將廢硫酸在爐內(nèi)噴射成其尺寸小于500μm的液滴。
13.按權(quán)利要求11的方法，其特征在于，廢硫酸在爐子內(nèi)停留的時(shí)間為1至6秒。
14.按權(quán)利要求11的方法，其特征在于，離開爐子的己燃?xì)怏w含有1至4(體積)%按氣體干基計(jì)的氧。
15.按權(quán)利要求11的方法，還包括通過至少一個噴槍將液態(tài)硫液流噴入爐子內(nèi)。
16.按權(quán)利要求11的方法，還包括若干回收步驟(ⅰ)使離開爐子的已燃?xì)怏w通過一個氣體脫水單元脫水，以便形成干燥了的氣流;(ⅱ)使干燥了的氣流通過一個催化轉(zhuǎn)化器，在催化轉(zhuǎn)化器中通過催化作用使二氧化硫與氧起反應(yīng)，生成三氧化硫氣流;和(ⅲ)使三氧化硫氣流通過一個接觸工序生產(chǎn)硫酸和/或發(fā)煙硫酸。
17.按權(quán)利要求16的方法，其特征在于，在已燃?xì)馔ㄟ^氣體脫水單元以前，使它進(jìn)行間接熱交換，以便回收廢熱。
18.按權(quán)利要求17的方法，其特征在于，利用廢熱產(chǎn)生蒸汽，然后利用蒸汽產(chǎn)生軸功率。
19.按權(quán)利要求1的方法，其特征在于，一次和/或二次氧化劑含有22至66(體積)%的氧。
20.按權(quán)利要求1的方法，其特征在于，一次和/或二次氧化劑含有至少40(體積)%的氧。
21.按權(quán)利要求20的方法，其特征在于，一次和/或二次氧化劑含有至少66(體積)%的氧。
22.一種用于實(shí)施權(quán)利要求1的方法的爐子，它與一個燃料源，一個一次氧化劑源和一個二次氧化劑源相連，它包括一個端壁，許多氧化劑噴槍，一個出口一和一個控制系統(tǒng)，其特征在于(a)端壁上裝有至少一個燃燒器，在該至少一個燃燒器周圍設(shè)置許多噴霧槍;(b)該至少一個燃燒器與燃料源和一次氧化劑源相連，并可用于使燃料氣流按第一方向噴射，使一次氧化劑氣流按基本上與第一方向相同的第二方向噴射;(c)許多噴霧槍與液體廢料源相連，并可用于使液體廢料液流沿著基本上與第一和第二流動方向相同的第三流動方向形成噴霧流。(d)許多氧化劑噴槍與第二氧化劑源相連，并與該至少一個燃燒器隔開;(e)控制系統(tǒng)能夠調(diào)節(jié)送入爐子內(nèi)的燃料，一次氧化劑，二次氧化劑和液體廢料的流速，使得在使用中一次氧化劑氣流提供不足以使燃料達(dá)到完全燃燒所需要的氧，并使物料從端壁到出口形成單向流動。
23.一種按權(quán)利要求22的爐子，其特征在于，它的主軸心線是水平的。
24.一種按權(quán)利要求22的爐子，其特征在于，該至少一個燃燒器靠近端壁的中心，在爐子的主軸線上或在爐子主軸線的周圍。
25.一種按權(quán)利要求24的爐子，其特征在于，具有三個燃燒器。
26.一種按權(quán)利要求25的爐子，其特征在于，這些燃燒器與爐子主軸線的距離相等，它們彼此間的距離相等。
27.一種按權(quán)利要求22的爐子，其特征在于，該許多噴霧槍中的每一個的軸線都與爐子的主軸線平行。
28.一種按權(quán)利要求22的爐子，其特征在于，該許多氧化劑噴槍裝在爐子的端壁上。
29.一種按權(quán)利要求28的爐子，其特征在于，該許多氧化劑噴槍位于該至少一個燃燒器周圍，并在該至少一個燃燒器和該許多噴霧槍之間。
30.一種按權(quán)利要求29的爐子，其特征在于，該許多氧化劑噴槍中的每一個與爐子主軸線的距離相等，它們彼此間的距離相等。
全文摘要
利用一種富氧材料采用一種方法可燃燒液體廢料，尤其是含硫酸的液體廢料，該方法是(i)在爐子中燃燒由燃燒器噴出的一次氧化劑，控制一次氧化劑與燃料的比，以便使一次氧化劑所含的氧不足以使燃料完全燃燒，(ii)以在燃燒器周圍形成噴霧的形式將液體廢料噴入爐子內(nèi)，(iii)與燃燒器隔開，將二次氧化劑送入爐子內(nèi)，二次氧化劑所含的氧足以使一次氧化劑沒能使其燃燒的燃料燃燒，一次氧化劑，燃料和液體廢料中的每一種送入爐子內(nèi)的方向應(yīng)使這些物料按基本上相同的方向流動，一次氧化劑，燃料，液體廢料和二次氧化劑的流速應(yīng)使這些物料通過爐子時(shí)形成單向流動。
文檔編號F23G7/00GK1077267SQ9211536
公開日1993年10月13日 申請日期1992年12月19日 優(yōu)先權(quán)日1991年12月20日
發(fā)明者J·莫爾, P·克耶, G·加里多 申請人:帝國化學(xué)工業(yè)公司, 液態(tài)空氣喬治克羅德過程研究及利用有限公司