專利名稱：降低工業(yè)過程中廢氧化物氣體排放量的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及減少工業(yè)過程中不期望排放物的方法。更具體地說，本發(fā)明涉及熱氧化過程中減少廢氧化物氣體產(chǎn)生的方法。
背景技術：
熱氧化器常用來處理來自工業(yè)過程的廢物料流。在一個典型的熱氧化器內，廢物料流和氧化劑在高溫下結合來分解廢物料流。若廢物料流與氧化劑很好混合且廢物料流在氧化器內保持高溫下足夠的一段時間，則通過結合氧化反應會發(fā)生廢物的破壞反應。通常還需要向熱氧化器提供燃料流來維持所期望的廢物破壞溫度。在某些情況下，還可將廢熱回收設備如熱回收蒸汽鍋爐(HRSB)結合到熱氧化器中，但此方法不是首要目標。對熱氧化器來說，第一和最主要需要做的是使廢物破壞效率最大化，HRSB的利用僅僅是一種任選方法。
由于維持破壞效率需要高溫(一般在600℃或以上)，通常會生成廢氧化物氣體(WOG)作為熱氧化器操作過程的負產(chǎn)物。廢氧化物氣體是一些含氮基氧化物(NOx)、硫基氧化物(SOx)、碳基氧化物(COx)或其組合形式的氣體。這類廢氧化物氣體通過包括化學、燃燒或熱過程在內的各種過程而產(chǎn)生。
當廢氧化物氣體引入環(huán)境時，可能會產(chǎn)生不期望的效應。例如氮基氧化物主要作用是形成臭氧且據(jù)信是酸雨中硝酸組分的根源。硫基氧化物與湖泊和河流的酸化、建筑物和山體的加速腐蝕、能見度的降低和不利健康效應有關。碳基氧化物、特別是一氧化碳對公眾健康密切相關且與全球變暖有關。由于嚴重不利于環(huán)境和健康效應，對廢氧化物氣體引入環(huán)境受到各國和地區(qū)政府的嚴格管制。預計這些法規(guī)在未來幾年內將變得更為嚴格。
熱氧化器的一個目標是破壞廢化合物、優(yōu)選將它們轉變?yōu)闊o害的二氧化碳和水。因此前面所提及的WOG的生成是不期望的效果，工業(yè)上將優(yōu)選使其最少化。盡管已提出一些不同設計和構造的熱氧化器，但它們都包括至少一個高溫廢物破壞區(qū)，因此至少會產(chǎn)生一些WOG。
與熱氧化器相對照，工業(yè)鍋爐能將來自燃料燃燒過程的熱量轉化為水蒸汽。工業(yè)鍋爐(又稱動力鍋爐、生產(chǎn)鍋爐、institutional boiler或直吹式制粉鍋爐)包括至少一個燃燒區(qū)(通常稱為“爐子”段)和至少一個水蒸汽鍋爐段。由工業(yè)鍋爐產(chǎn)生的水蒸汽可用于加熱用途-如用于煉廠蒸餾塔的操作-或更通常的是將水蒸汽用來為與發(fā)電機聯(lián)用的蒸汽輪機設備提供動力。不管在目標上有何不同，工業(yè)鍋爐也會因操作過程而產(chǎn)生WOG。
由于正在使用的工業(yè)鍋爐要多于熱氧化器，因此目前對減少WOG排放工作的重點集中在改進工業(yè)鍋爐而不是熱氧化器上。特別是美國政府以及許多工業(yè)鍋爐制造商針對減少工業(yè)鍋爐所產(chǎn)生的NOx排放方面已做了很有意義的研究工作。由這些研究工作所開發(fā)的減少排放的方法利用了工業(yè)鍋爐使用有限種類的燃料-主要是煤和高純天然氣且這些燃料具有較為恒定的組成和基本以恒定燃燒率使用的實際情況。
已提出的某些已知工業(yè)鍋爐減少排放方法也可應用于工業(yè)過程的熱氧化器，遺憾的是這些方法只得到了有限利用。所有工業(yè)鍋爐減少排放的方法都包括基建投資、操作或維修費用，因而使這些方法在應用于廢物破壞系統(tǒng)時沒有經(jīng)濟吸引力。而且將相關鍋爐的方法盲目用于工業(yè)熱氧化器可能會導致廢物破壞效率的降低且常常會產(chǎn)生類似廢氧化物氣體本身的有害環(huán)境的副產(chǎn)物。
工業(yè)鍋爐減少廢氧化物氣體的常規(guī)方法廣義可以分成兩類燃燒改進法和后燃燒法。能抑制NOx形成的減少排放方法稱為“燃燒改進法”且包括低NOx燃燒器、二次空氣法、再燒法、燃料氣循環(huán)和操作方式的改進，能將所形成的NOx破壞的減少排放方法稱為“后燃燒法”。后燃燒法包括選擇性催化還原過程、選擇性非催化還原過程和混雜過程。
低NOx燃燒器(LNB)是一種設計用來控制燃料與空氣按達到分級燃燒量進行混合的燃燒改進方法。分級燃燒包括在首段進行一部分燃燒并在廢物破壞裝置的再燒段進行另一部分燃燒。因此分級減排法能同時降低燃燒過程某些階段的火焰溫度和氧氣濃度，因此而減少了熱NOx和燃料NOx的產(chǎn)生量。為實施分級燃燒法，除輸送給第一燃燒段的燃料氣外，還需要給再燒段提供燃料氣。此實際操作的潛在優(yōu)勢被裝置再燒部分燃料氣的過量耗用所抵消。
改變某些鍋爐操作參數(shù)可在爐內創(chuàng)造出將能使NOx生成量降低的條件-這些改變通常稱為操作方式改進法。實例包括燃燒器停工(burners-out-of-service)(BOOS)、低過量空氣(LEA)和偏置燃燒法(BF)。
如上所述的一些傳統(tǒng)的燃燒改進法或是耗費資金或者在某些操作方式改進法中不利于達到所要求的廢物破壞效率。如上所述，將所形成的NOx破壞的方法稱為“后燃燒法”且包括選擇性催化還原過程(SCR)、選擇性非催化還原過程(SNCR)和混雜過程。
值得注意的是盡管傳統(tǒng)的后燃燒法能夠在降低WOG排放方面達到一定水平，但仍未免除所不期望的環(huán)境方面的缺點。例如采用SNCR將會導致氨和氮氧化物釋放到環(huán)境中。所釋放出的氨會對SNCR系統(tǒng)的下游有不利影響，包括空氣加熱器堵塞、形成煙流和其它可觀的飛灰污染物。SCR也會有不期望的效應，如釋放出氨、不期望的硫氧化物產(chǎn)生量增加和氣體側壓降高。并且SNCR和SCR方法中必然需要的氨處理和儲存過程存在嚴重的安全問題。還有，SCR減排法要采用沸石或貴金屬催化劑。這類催化劑不僅價格昂貴且使用壽命結束時的處置費用高。催化劑還對一些污染物如含硫化合物敏感，體系很容易被堵塞(如當場形成硫酸銨)。氧化物破壞法的維護費用也會增加，且通常需要專門的排放物監(jiān)測設備來監(jiān)測體系的操作狀況。
因此，目前相關熱氧化器的減少廢氧化物氣體的工業(yè)方法存在許多缺點。這樣就需要有一種簡單、低投資、高效的方法使工業(yè)過程中的熱氧化器能以最低氧化物氣體排放量同時在廢物破壞過程中能維持最佳破壞效率的方式進行操作。并且，需要有一種能夠使廢氧化物氣體的產(chǎn)生量降低而不需要在第一燃燒區(qū)的下游供應燃料氣的熱氧化器。

發(fā)明內容
因此，本發(fā)明的一個實施方案提供降低工業(yè)過程中廢氧化物氣體排放量的新方法。本發(fā)明的另一個實施方案是提供一些產(chǎn)生低廢氧化物氣體排放量的新型廢物破壞方法。本領域技術人員在閱讀說明書和所附權利要求書后會對這些及其它一些新特點顯而易見。
因此，本發(fā)明的一個實施方案提供降低NOx排放產(chǎn)生量的新方法。這些方法包括如下步驟將廢物料流送入熱氧化器、將至少一部分廢物料流在熱氧化器的第一燃燒區(qū)進行燃燒和將至少一部分廢物料流注入到熱氧化器的下游廢物破壞區(qū)。廢物料流包括至少約0.5mol％的反應性廢物組分和至多約99.5mol％的惰性組分。優(yōu)選廢物料流包括至少約2.0mol％的反應性廢物組分和至多約98mol％的惰性組分。
本發(fā)明的方法進一步包括將一種含水廢物料流供給第一燃燒區(qū)的步驟。本發(fā)明還包括將附加廢物提供給下游廢物破壞區(qū)的步驟，所述附加廢物選自含水廢物和其它(alternative)廢物類。
本發(fā)明的方法可與一種通過工業(yè)過程所生產(chǎn)的產(chǎn)品選自丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯醛、甲基丙烯醛、氰化氫、丙烯腈、甲基丙烯腈、鄰苯二甲酸酐、馬來酸酐及其混合物的工業(yè)過程相結合。
本發(fā)明的一個可選實施方案包括降低工業(yè)化學過程廢氧化物氣體排放量的方法，所述工業(yè)化學過程生產(chǎn)的產(chǎn)品選自甲基丙烯酸、丙烯醛、甲基丙烯醛、氰化氫、丙烯腈、甲基丙烯腈、鄰苯二甲酸酐、馬來酸酐及其混合物。本發(fā)明的此可選實施方案包括將廢物料流送入臥式熱氧化器、將至少一部分廢物料流在熱氧化器的第一燃燒區(qū)進行燃燒和將至少一部分廢物料流注入到熱氧化器的下游廢物破壞區(qū)的步驟。此可選實施方案的廢物料流包括至少約0.5mol％的反應性廢物組分和至多約99.5mol％的惰性組分。本發(fā)明的此可選實施方案還包括將一種含水廢物料流供給第一燃燒區(qū)的步驟。本發(fā)明的此可選實施方案還包括將附加廢物提供給下游廢物破壞區(qū)的步驟，所述附加廢物選自廢水和其它廢物類。


圖1例示本發(fā)明應用于一個臥式多級熱氧化器的實施方案的示意圖。
圖2描繪本發(fā)明應用于一個立式多級熱氧化器的可選實施方案的示意圖。
詳細描述本發(fā)明涉及降低廢氧化物氣體排放量的方法。具體地說，可使用一種包括至少一個第一燃燒區(qū)和至少一個下游廢物破壞區(qū)在內的多區(qū)段廢物熱氧化器來降低熱氧化器內的廢氧化物氣體排放量?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，通過在將至少一部分廢物破壞之前進行燃料初級燃燒的方法，能很經(jīng)濟地使來自廢物破壞過程的廢氧化物氣體排放量降低且對總廢物破壞效率沒有顯著損失。進一步還發(fā)現(xiàn)將含水廢物料流加入到第一燃燒區(qū)也可起到降低廢氧化物氣體排放量的作用。
參看本文的附圖，圖1示出一種按本發(fā)明的一個實施方案降低排放物中廢氧化物含量的方法。同一數(shù)字代表相同的料流、步驟和單元。圖1的熱氧化器20圖示一個多級臥式熱氧化器。在圖1的實施方案中，氧化劑料流10與燃燒燃料流12在熱氧化器20的第一燃燒區(qū)22內進行燃燒。氧化劑料流10含一或多種氣體且包括1-100％的氧氣。適宜氧化劑的實例包括但不限于大氣、100％純氧氣、富氧空氣、臭氧或含氧的工藝排氣。在某些實施方案中，更傾向于提供混合氧化劑料流，最好是采用兩股氧化劑料流，分別但又以非?？拷奈恢靡霟嵫趸?，以利于其進入熱氧化器時很好混合。例如，從安全和操作性考慮，可借助一個分置但很靠近于純氧氣噴管的噴嘴將大氣流注入。
如圖1所示，氧化劑料流10的一部分也可任選在T型管11處轉向而提供補充氧化劑料流13。將補充氧化劑料流13注入一或多個下游廢物破壞區(qū)可提高廢物破壞效率。在圖1的實施方案中，補充氧化劑料流13經(jīng)加料點23提供給第二廢物破壞區(qū)26。
優(yōu)選燃燒燃料流12為天然氣，但燃燒燃料可包括任何與氧化劑反應時能放熱的一或多種組分的混合物。適宜的燃燒燃料組分的實例包括但不限于燃料油、烴氣、氫氣、可燃有機物和煤。圖1例示了燃燒燃料流12經(jīng)一個單注入點注入第一燃燒區(qū)22的情況。但燃燒燃料流12也可經(jīng)多點加入，或者借助燃燒器、風箱、混合器、分配器、噴射器、噴嘴或將燃燒燃料引入燃燒區(qū)22的其它設備。
類似地，還可采用許多可選方式將氧化劑加入到燃燒區(qū)22和廢物破壞區(qū)26中。在第一燃燒區(qū)22內，氧化劑料流10和燃燒燃料流12混合并燃燒而產(chǎn)生熱量。在某些實施方案中，最好是在加入燃燒區(qū)之前或加入的同時將燃燒燃料和氧化劑合并，可采用常規(guī)設備如混合器、低NOx燃燒器(LNB)或霧化器來達到此目的。適宜的氧化劑和燃料加料設備的選用在本領域技術人員的能力范圍內，將取決于包括所用燃料和氧化劑類型、熱氧化器形狀和經(jīng)濟因素在內的許多變量。
燃燒過程中因第一燃燒區(qū)22內存在高溫和氧化劑料流10和/或燃燒燃料流12中存在的氮而產(chǎn)生NOx。燃燒過程一般還產(chǎn)生一些量的二氧化碳、一氧化碳和水。
熱和燃燒產(chǎn)物從第一燃燒區(qū)22流進相鄰的第一廢物破壞區(qū)24并進入第二廢物破壞區(qū)26。因此第一廢物破壞區(qū)24稱為第一燃燒區(qū)22的“下游”且第二廢物破壞區(qū)26是第一廢物破壞區(qū)24的下游。
將廢物料流14經(jīng)第一廢物破壞區(qū)廢物料流加料點25引入熱氧化器20。廢物料流14通常包括來自工業(yè)過程的要被破壞掉的組分或料流。廢物料流14可包括氣體、液體或二者兼有的混合物，還可包括惰性組分如水、氮氣或二氧化碳。廢氣流14的實際構成將取決于所考慮的具體工業(yè)過程，但一定包括至少最低量的反應性廢物組分?！胺磻詮U物組分”的意思是能夠與廢氧化物氣體分子一部分的氧反應的廢物組分。這類反應性廢物組分的實例包括但不限于脂族烴、氨、丙烯醛、氫氣、氰化氫、一氧化碳、尿素和芳烴。盡管這類化合物在可包括氧原子作為其結構的一部分，如一氧化碳，但通常優(yōu)選無氧化合物。
優(yōu)選注入下游廢物破壞區(qū)的廢物料流包括至少0.5mol％的反應性廢物組分和不高于99.5mol％的惰性組分，以有效降低WOG排放量。特別優(yōu)選廢物料流包括至少2mol％的反應性廢物組分和不高于98mol％的惰性組分。
在圖1的實施方案中，第一廢物破壞區(qū)廢物料流加料點25單連到熱氧化器20的外表面，與熱氧化器內部的一組徑向分布噴嘴聯(lián)通。這些噴嘴能提供圍繞熱氧化器20一周的分布流動，用以提高混合和破壞效率。熱氧化器內的高溫和氧將廢物組分破壞。
由于處于熱氧化器內的高溫中，一些反應性廢物組分形成能將WOG化合物如NOx中氧移出而使其轉化為惰性化合物如氮氣等的基團。這類熱引發(fā)的基團本文稱為“還原基團”。盡管理論上在任何高溫環(huán)境下會有還原基團形成，但它們在熱氧化器內存在的壽命通常很短。這樣就不能獲得顯著還原WOG排放物的效果。
已發(fā)現(xiàn)，當至少一部分反應性廢物組分是在進行首級燃燒之后引入時可獲得理想的還原WOG排放物的結果。這種后首級燃燒后注入的方法能推遲反應性基團的形成并提高它們在還原WOG排放物方面的效力。因此，當首級燃燒區(qū)的廢物破壞區(qū)下游存在反應性廢物組分時能有效降低WOG的排放量。
與熱氧化器臥式方案聯(lián)用的工業(yè)化學過程可包括生產(chǎn)氰化氫、丙烯醛、丙烯腈、甲基丙烯腈、甲基丙烯醛、甲基丙烯酸、鄰苯二甲酸酐、馬來酸酐及其混合物的工業(yè)過程。
已確定一些反應性廢物組分在給定溫度下比其它廢物組分能更有效地形成熱引發(fā)的還原基團，因它們更強的WOG還原能力而優(yōu)選。因此脂族烴(如己烷)將是一類優(yōu)于芳環(huán)化合物(如苯)的反應性廢物組分，鏈烷烴(如丙烷、丁烷)作為廢物組分要優(yōu)于鏈烯烴(如丙烯、丁烯)。
因此，特別優(yōu)選將使用鏈烷烴而不是鏈烯烴的工業(yè)化學過程作為首級燃料來與本發(fā)明方法聯(lián)用。這類基于鏈烷烴的生產(chǎn)過程包括但不限于通過丙烷的催化反應生產(chǎn)丙烯醛、丙烯酸和丙烯腈的過程以及由C4鏈烷烴生產(chǎn)甲基丙烯酸和甲基丙烯醛的過程，
在上列過程的具體案例中，一般會產(chǎn)生脫逸出吸附劑的廢氣流且包括至少一部分未反應的鏈烷烴原料進料。當這些廢物料流按本發(fā)明方法注入到熱氧化器中時，預期它們將比由類似的基于烯烴過程所得到的相似廢物料流能更有效地還原NOx。
眾所周知，已知諸如CO、H2和NH3是一些有效還原劑，因而將是按本發(fā)明方法利用的理想反應性廢物組分。
如圖1所示，一部分廢物料流14也任選在T型管15處轉向而提供補充廢物料流17。將補充廢物料流17注入一或多個下游廢物破壞區(qū)可提高WOG排放物的還原效率。在圖1的實施方案中，將補充廢物料流17經(jīng)廢物料流加料點27提供給第二廢物破壞區(qū)26。加料點27可由燃燒器、風箱、混合器、分配器、噴射器、噴嘴或其它這類注入設備構成。
補充廢物料流17的反應性廢物組分與第二廢物破壞區(qū)26內存在的未能在第一廢物破壞區(qū)24消滅的廢氧化物氣體進行反應。理想的情況是，這些WOG化合物在第二廢物破壞區(qū)26內轉化為諸如N2、CO2和H2O的化合物，這是一些非污染物且可以無害排氣32方式排放到大氣中。在某些實施方案中，設計為將附加廢物料流經(jīng)專用注入點或通過將附加廢物混入廢物料流14或者補充廢物料流17中的方法注入熱氧化器較為有利。
附加廢物料流包括來源于主題工業(yè)過程的另一部分或來源于完全不同的生產(chǎn)過程的廢物料流。這些附加廢物料流可包括或不包括較大量的反應性廢物組分，且可進一步包括固體、液體、氣體或它們的兩或多種混合物。這些附加廢物包括但不限于回收的廢燃料、含有機物的廢水、工藝排氣、聚合物固體或無機酸殘渣。附加廢物料流也可包括MMA輕餾分(包括丙酮、甲醇和甲基丙烯酸酯)和特殊廢物-胺工藝殘留物(包括叔烷基伯胺和C6+烴)。
在所給廢物料流中存在較大量液體廢物組分的實施方案中，如廢物料流包括含有機物廢水時，優(yōu)選將至少一部分液體廢物組分注入熱氧化器的上游區(qū)，以使停留時間最長化，從而提高廢物破壞效率。特別優(yōu)選將這類液體組分的一部分注入第一燃燒區(qū)。
應注意的是，虛線29代表熱氧化器20內不同區(qū)段之間的邊界。用虛線畫出是表示熱氧化器內這些區(qū)段間的準確邊界不是固定的，而是在廢物破壞過程中位置會有變動。由于熱氧化器是動態(tài)系統(tǒng)，第一燃燒過程結束和廢物破壞過程開始的邊界不完全固定，而是沿熱氧化器20的有限長度前后有所移動。從實際觀點出發(fā)，通常將料流注入點布置在上述燃料或廢物注入點下游的約0.15米(0.5英尺)或更長距離處是足夠維持一個獨立下游區(qū)的間隔。
從第二廢物破壞區(qū)26排出的氣體進入直接通向大氣的排氣煙道30。任選排氣32可通過一個熱量回收鍋爐(HRSG)28或其它熱量回收設備，以便將排氣32內所含的一部分熱能回收。排氣32的熱能回收步驟通過將熱氧化器排氣中的熱能回收作為蒸汽來提高廢物破壞總過程的能量效率。
圖2代表一個其中熱氧化器120是一個兩段立式熱氧化器的本發(fā)明優(yōu)選實施方案的示意圖。對熱氧化器來說，立式構造通常要優(yōu)于臥式構造，因為它們的尺寸小且投資少。在立式方案中，將氧化劑料流110和燃燒燃料流112送入熱氧化器120的第一燃燒區(qū)122，在其中使氧化劑料流110和燃燒燃料流112的物料進行燃燒。燃燒過程中在第一燃燒區(qū)122內生成熱NOx和其它廢氧化物氣體。
氧化劑料流110含一或多種氣體且包括1-100％的氧氣。適宜氧化劑的實例包括但不限于大氣、100％純氧氣、富氧空氣、臭氧或含氧的工藝排氣。在某些實施方案中，更傾向于提供混合氧化劑料流，最好是采用兩股氧化劑料流，分別但又以非?？拷奈恢靡霟嵫趸鳎岳谄溥M入熱氧化器時很好混合。例如，從安全和操作性考慮，可借助一個分置但很靠近于純氧氣噴管的噴嘴將大氣流注入。
優(yōu)選燃燒燃料流112為天然氣，但燃燒燃料可包括任何與氧化劑反應時能放熱的一或多種組分的混合物。適宜的燃燒燃料組分的實例包括但不限于燃料油、烴氣、氫氣、可燃有機物和煤。圖2例示了燃燒燃料流112經(jīng)一個單注入點注入第一燃燒區(qū)122的情況，但燃燒燃料流112也可經(jīng)多點加入，或者借助燃燒器、風箱、混合器、分配器、噴射器、噴嘴或將燃燒燃料引入燃燒區(qū)122的其它設備。
類似地，還可采用許多可選方式將氧化劑加入到第一燃燒區(qū)122和廢物破壞區(qū)124中。在第一燃燒區(qū)122內，氧化劑料流110和燃燒燃料流112混合并燃燒而產(chǎn)生熱量。在某些實施方案中，最好是在加入燃燒區(qū)之前或加入的同時將燃燒燃料和氧化劑合并，可采用常規(guī)設備如混合器、低NOx燃燒器(LNB)或霧化器來達到此目的。適宜的氧化劑和燃料加料設備的選用在本領域技術人員的能力范圍內，將取決于包括所用燃料和氧化劑類型、熱氧化器形狀和經(jīng)濟因素在內的許多變量。
立式構造熱氧化器120的另一個優(yōu)點是能簡化任選非氣態(tài)組分如液體燃燒燃料和固體廢物的燃燒過程。在臥式熱氧化器中，液體組分的完全燃燒依賴于能在燃燒區(qū)內快速汽化和混合的均勻小直徑液滴形式的熱氧化器，一般要采用諸如增壓霧化器的設備來形成這種液滴。這些設備操作不好將導致臥式熱氧化器底部累積有害液體，需要有維修費用和停工期。當采用立式熱氧化器構造時，對霧化操作變動的敏感性大大降低，且在熱氧化器整個長度上都可獲得液體液滴來達到完全燃燒的目的。
采用立式熱氧化器優(yōu)于臥式熱氧化器還能提供另一個優(yōu)點。安裝立式熱氧化器的占地面積小，在某些工廠中這一點很重要。在現(xiàn)有的工廠內獲得用于資本擴大的空間通常很有限且有時得不到。這樣全套設備所需空間較少的工藝過程就有明顯的優(yōu)勢。部分由于較低的空間需求，立式熱氧化器可位于靠近聯(lián)合工業(yè)過程操作設備的地方。該過程到熱氧化器的連接管線通常具有較大尺寸，常常會可能超過30英寸。熱氧化器位于靠近聯(lián)合過程的地方不僅能省去許多英尺長度的昂貴大直徑管線的設備投資，還能減少經(jīng)過連接管線內的壓降。這樣就又能使工業(yè)過程在較低壓力下操作，在某些情況下可提高產(chǎn)品收率從而提高產(chǎn)品的總產(chǎn)量。
圖2所例示的立式熱氧化器實施方案還包括任選的含水廢物料流102。在此實施方案中，含水廢物料流102被注入燃燒區(qū)122且包括廢水和至少一種其它廢化合物如乙酸、氰化物、無機鹽、苯、甲苯、MIBK等。或者，含水廢物料流102可進一步包括一或多種來源于主題工業(yè)過程的另一部分或來源于完全不同生產(chǎn)過程的廢物料流(附加廢物)。盡管優(yōu)選含水廢物料流102為液體，但也可以是氣體，或是氣液混合物。
含水廢物料流102可進一步包括一或多種來源于主題工業(yè)過程的另一部分或來源于完全不同生產(chǎn)過程的廢物料流(附加含水廢物)。這類料流的實例包括但不限于來自丙烯酸乙酯生產(chǎn)過程的輕餾分廢物(包括丙烯酸乙酯、乙酸乙酯和水)和來自甲基丙烯酸酯生產(chǎn)過程的廢酯蒸餾物(包括甲基丙烯酸甲酯、甲醇和水)。
在某些實施方案中，最好是在注入燃燒區(qū)122之前將含水廢物料流與氧化劑110或燃料112混合。對本領域技術人員顯而易見的是，若任選的含水廢物料流102具有正的凈熱值，則有可能降低熱氧化器內的燃燒燃料需求量。
廢物料流114和補充氧化劑料流117合并進入廢物破壞區(qū)進料管線118，進料管線118連接一或多個廢物破壞區(qū)注入點127。補充氧化劑料流117可與氧化劑料流110有相同的組成或者可含更高或更低量的氧氣。在某些實施方案中，氧化劑料流110可包括大氣且補充氧化劑料流117可包括含氧氣的工藝排氣。管線118中的廢物氧化劑料流通過注入點127注入熱氧化器120的廢物破壞區(qū)124。
注入點127可沿相鄰廢物破壞區(qū)124的熱氧化器120的外部徑向布置，或者按能促進廢物破壞區(qū)內均勻混合的一些其它構造形式布置。各注入點127提供廢物料流114和補充氧化劑料流117的預混供料。廢物料流114和補充氧化劑117的預混能提高破壞效率，還能降低所需的注料口數(shù)目。
較少的注料口可減少廢物破壞區(qū)124的所需尺寸和熱氧化器120的總尺寸及費用。在某些情況下，設計為將補充氧化劑料流117和廢物料流114分別注入廢物破壞區(qū)124或者完全省去使用補充氧化劑料流117較為有利。
廢物料流114通常包括來自工業(yè)過程的要被破壞掉的組分或料流。廢物料流114可包括氣體、液體或二者兼有的混合物，還可包括惰性組分如水、氮氣或二氧化碳。廢氣流14的實際構成將取決于所考慮的具體工業(yè)過程，但一定包括至少最低量的反應性廢物組分。這類反應性廢物組分的實例包括但不限于脂族烴、氨、丙烯醛、氫氣、氰化氫、一氧化碳、尿素和芳烴。盡管這類化合物在可包括氧原子作為其結構的一部分，如一氧化碳，但通常優(yōu)選無氧化合物。優(yōu)選注入下游廢物破壞區(qū)的廢物料流包括至少0.5mol％的反應性廢物組分和不高于99.5mol％的惰性組分，以有效降低WOG排放量。特別優(yōu)選廢物料流包括至少2mol％的反應性廢物組分和不高于98mol％的惰性組分。與熱氧化器立式方案聯(lián)用的工業(yè)化學過程可包括生產(chǎn)氰化氫、丙烯醛、丙烯酸、丙烯腈、甲基丙烯腈、甲基丙烯醛、甲基丙烯酸、鄰苯二甲酸酐、馬來酸酐及其混合物的工業(yè)過程。
在某些實施方案中，設計為將附加廢物料流經(jīng)專用注入點或通過將附加廢物混入廢物料流114或者補充廢物料流117中的方法注入熱氧化器120較為有利。附加廢物料流包括來源于主題工業(yè)過程的另一部分或來源于完全不同的生產(chǎn)過程的廢物料流。這些附加廢物料流可包括或不包括較大量的反應性廢物組分，且可進一步包括固體、液體、氣體或它們的兩或多種混合物。這些附加廢物包括但不限于回收的廢燃料、含有機物的廢水、工藝排氣、聚合物固體或無機酸殘渣。
在所給廢物料流中存在較大量液體廢物組分的實施方案中，如廢物料流包括含有機物廢水時，優(yōu)選將至少一部分液體廢物組分注入熱氧化器的上游區(qū)。這種上游注入法能使停留時間最長化，從而提高廢物破壞效率。特別優(yōu)選將這類液體組分的一部分注入第一燃燒區(qū)。
與上面有關臥式熱氧化器20所述的類似，至少一部分注入立式熱氧化器120的反應性廢物組分在廢物破壞區(qū)124內轉化為還原基團。之后還原基團與廢物破壞區(qū)內的廢氧化物氣體進行反應，降低廢物破壞過程中的WOG排放量。從廢物破壞區(qū)124排出的氣體進入直接通向大氣的排氣煙道130。任選排氣132在進入排氣煙道130之前先通過一個熱量回收鍋爐(HRSG)128或其它熱量回收設備，以便將排氣132內所含的一部分熱能回收。排氣132的熱能回收步驟通過熱氧化器排氣中的熱能回收作為蒸汽來提高廢物破壞總過程的能量效率。
實施例下面參照圖1的工藝布置，提供一個實例來說明本發(fā)明具體實施方案的改進處和新特點。此具體實施方案涉及丙烯酸生產(chǎn)過程。
為例示說明，將描述圖1所代表的熱氧化器20應用于一個通過丙烯催化氧化制備丙烯酸過程的操作情況。但是，本發(fā)明方法可與其它工業(yè)過程聯(lián)用。下列實施例并不是想以任何方式限定本發(fā)明范圍。
實施例1在由丙烯進料制備丙烯酸的工業(yè)化學過程中，采用圖1所示類型的臥式三段熱氧化器來處置廢物料流。熱氧化器的爐子段(從加料點21到廢物破壞區(qū)26末端)約15.9米(52英尺)長。第一廢物破壞區(qū)24的內徑為1.8米(6英尺)且第二廢物破壞區(qū)26的內徑為3.2米(10.5英尺)。熱氧化器的基底負載的NOx排放量測定如下將來自商用管線的天然氣用作燃燒燃料流12并以24525升/分鐘(866標準立方英尺/分鐘)的速度注入第一燃燒區(qū)。將室溫大氣用作氧化劑料流10。氣流以310387升/分鐘(10960標準立方英尺/分鐘)的速度注入第一燃燒區(qū)22并以310387升/分鐘(10960標準立方英尺/分鐘)的速度進入第二廢物破壞區(qū)26。爐膛溫度平均為818℃(1505°F)，煙道33的氧含量(濕態(tài)測量)為13mol％。不將廢物料流供給焚燒爐(料流14的流速為零)，基底負載的NOx排放速度測定為1.51×10-04mg NOx/燃燒的cal(0.084 lb Nox/MM BTU)。
對比實施例1在一個相同的由丙烯進料制備丙烯酸的工業(yè)化學過程中，采用相同的如圖1的臥式三段熱氧化器，熱氧化器的操作方式調整為按本發(fā)明的方法來達到降低NOx排放量的目的。具體操作步驟如下將來自商用管線的天然氣用作燃燒燃料流12并以36306升/分鐘(1282標準立方英尺/分鐘)的速度注入第一燃燒區(qū)。將室溫大氣用作氧化劑料流10，以646262升/分鐘(22820標準立方英尺/分鐘)的速度注入第一燃燒區(qū)22并以431030升/分鐘(15220標準立方英尺/分鐘)的速度進入第二廢物破壞區(qū)26。爐膛溫度平均為862℃(1583°F)，煙道30的氧含量(濕態(tài)測量)為3mol％。將一個包括98mol％惰性組分(例如氮氣、水、二氧化碳、氧氣和氬氣)、0.9mol％脂族烴(如丙烯、丙烷)和1.1mol％其它反應性廢物組分(如一氧化碳、乙酸、丙烯醛等)的60℃(140°F)氣態(tài)廢物料流14提供給焚燒爐，使反應性廢物組分的總濃度達到2mol％。廢物料流14在T型管15處分成兩部分，第一部分通過一個十二孔的環(huán)型分配器以658723升/分鐘(23260標準立方英尺/分鐘)的速度注入到第一廢物破壞區(qū)(在點25處，位于氧化劑注入點21的下游約0.76米(2.5英尺)處)，第二部分通過一個三十孔的環(huán)型分配器以329362升/分鐘(11630標準立方英尺/分鐘)的速度注入到第二廢物破壞區(qū)(在點31處，位于廢物料流注入點21的下游約0.76米(2.5英尺)處)。測得的NOx排放速度為7.2×10-05mg NOx/燃燒的cal(0.040 lb Nox/MM BTU)，與實施例1基底的情況相比，表明NOx排放量的降低值超過50％。因此，可看出本發(fā)明方法能使來自廢物破壞過程的WOG排放量有明顯降低。
因此，本文所述的本發(fā)明很適合實施目標任務且能到目的和所述的以及本身所具有的優(yōu)點。盡管出于公開發(fā)明內容的目的已給出了若干目前所優(yōu)選的本發(fā)明實施方案，但在各步驟的細節(jié)方面可進行許多變動以達到理想的結果。例如本發(fā)明可包括處理任何工業(yè)過程的廢物料流，包括作為過程一部分的廢物破壞過程。并且，顯然本發(fā)明能特別好地適用于處理工業(yè)化學過程的廢物料流，如生產(chǎn)(甲基)丙烯醛、氫化氰、(甲基)丙烯腈、(甲基)丙烯酸、鄰苯二甲酸酐、馬來酸酐及其它類似產(chǎn)品的過程中產(chǎn)生廢物料流。另外，顯而易見的是，在某些實施方案中，將先有工藝的降低WOG排放量的技術如低NOx燃燒器和選擇性催化還原體系與本發(fā)明方法相結合更為有利。本領域技術人員將很容易聯(lián)想到這些及其它一些類似改進，這些改進方案將包括在本文所公開的發(fā)明精神實質和所附權利要求的范圍內。
權利要求
1.一種降低工業(yè)過程廢氧化物氣體排放量的方法，包括如下步驟a.將廢物料流送入熱氧化器；b.將至少一部分廢物料流在熱氧化器的第一燃燒區(qū)進行燃燒；和c.將至少一部分廢物料流注入到熱氧化器的下游廢物破壞區(qū)。
2.權利要求1的方法，其中廢物料流包括至少約0.5mol％的反應性廢物組分和至多約99.5mol％的惰性組分。
3.權利要求1的方法，進一步包括將一種含水廢物料流供給第一燃燒區(qū)的步驟。
4.權利要求1的方法，進一步包括將附加廢物提供給下游廢物破壞區(qū)的步驟，所述附加廢物選自含水廢物和其它廢物類。
5.權利要求1的方法，其中通過工業(yè)過程所生產(chǎn)的產(chǎn)品選自丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯醛、甲基丙烯醛、氰化氫、丙烯腈、甲基丙烯腈、鄰苯二甲酸酐、馬來酸酐及其混合物。
6.一種降低工業(yè)化學過程廢氧化物氣體排放量的方法，所述工業(yè)化學過程生產(chǎn)的產(chǎn)品選自甲基丙烯酸、丙烯醛、甲基丙烯醛、氰化氫、丙烯腈、甲基丙烯腈、鄰苯二甲酸酐、馬來酸酐及其混合物，所述方法包括如下步驟a.將廢物料流送入臥式熱氧化器；b.將至少一部分廢物料流在熱氧化器的第一燃燒區(qū)進行燃燒；和c.將至少一部分廢物料流注入到熱氧化器的下游廢物破壞區(qū)
7.權利要求6的方法，其中廢物料流包括至少約0.5mol％的反應性廢物組分和至多約99.5mol％的惰性組分。
8.權利要求6的方法，進一步包括將一種含水廢物料流供給第一燃燒區(qū)的步驟。
9.權利要求6的方法，進一步包括將附加廢物提供給下游廢物破壞區(qū)的步驟，所述附加廢物選自含水廢物和其它廢物類。
全文摘要
本發(fā)明方法通過使用一種包括至少一個第一燃燒區(qū)和至少一個下游廢物破壞區(qū)在內的多區(qū)段廢物熱氧化器來降低熱氧化器內所產(chǎn)生的廢氧化物氣體排放量。通過在將至少一部分廢物破壞之前進行燃料初級燃燒的方法，能很經(jīng)濟地使來自廢物破壞過程的廢氧化物氣體排放量降低且對總廢物破壞效率沒有顯著損失。
文檔編號B01D53/56GK1502849SQ200310114930
公開日2004年6月9日 申請日期2003年11月13日 優(yōu)先權日2002年11月19日
發(fā)明者M·S·德克斯, L·B·普勒, P·K·普戈, M S 德克斯, 普勒, 普戈 申請人:羅姆和哈斯公司