DE2625291A1

DE2625291A1 - Verfahren und vorrichtung zur energiegewinnung aus einer nassoxydation

Info

Publication number: DE2625291A1
Application number: DE19762625291
Authority: DE
Inventors: Louis Atwater Pradt
Original assignee: Sterling Drug Inc
Current assignee: STWB Inc
Priority date: 1975-06-04
Filing date: 1976-06-04
Publication date: 1976-12-23
Also published as: CH606904A5; GB1537695A; JPS605844B2; AU1455276A; BR7603535A; JPS51148266A; FR2313553B1; ZA763311B; NL7605977A; AU502681B2; CA1033622A; FR2313553A1; SE7606312L

Description

Dr. F. Zumstein sen. - Dr. E. Assmann - Dr. R. Koenigsberger Dipl.-Phys. R. Holzbauer - Dipl.-Ing. F. Klingseisen - Dr. F. Zumstein jun.

PATENTANWÄLTE

PA Dr. Zumstein et al, 8 München 2, Bräuhausstraße 4

8 MÜNCHEN 2,

BRÄUHAUSSTRASSE 4

TELEFON: SAMMEL-NR. 225341 TELESRAMME: ZUMPAT TELEX 529979

6/Li

Case 4548 B

STERLING DRUG INC., New York, N.Y.,USA

Verfahren und Vorrichtung zur Energiegewinnung aus einer Naßoxydation

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Energiegewinnung aus einer Naßoxydationsanlage.

Die Naßoxydation ist an sich bekannt und wird in großindustriellem Maßstab angewandt. Eine derartige Naßoxydation ist beispielsweise in den US-Patentschriften 2 665 249, 2 824 058, 2 903 425 und 2 944 396 beschrieben. Anlagen zur Erzeugung nutzbarer Energie mit Hilfe der Naßoxydation sind ebenfalls vorgeschlagen worden und werden auch angewandt.

Fig. 1 zeigt in einem Blockschaltbild beispielsweise eine bekannte Naßoxydationsanlage, die heutzutage in industriellem Maßstab zum Einsatz kommt. Der Brennwert wird hierbei von einem Abfallstoff_s der im Wasser dispergiert ist, geliefert. Einem derartigen Verfahren kommt die Hauptbedeutung im Hinblick auf die Behandlung von Abwasser zu, während die Energiegewinnung eine sekundäre Rolle

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spielt und zufällig anfällt.In .derBehandlung von Abwasser oder Abfällen liegt der Hauptzweck der Naßoxydation in der Behandlung der Abfälle oder des Abwassers ^bei der Verüri-" reinigungen bzw. Verschmutzungen beseitigt werden sollen. Es gibt jedoch eine Sorte von brennbaren Materialien, wie z.B. Abfallstoffe als Feststoffe oder Müll, geringwertige Brennstoffe oder Brennstoffe, die bei einer an sich bekannten Verbrennung Schwierigkeiten mit sich bringen, wie z.B. Brennstoffe mit einem hohen Feuchtigkeitsgehalt (wie z.B. Lignit oder Torf) mit einem hohen Aschegehalt oder einem hohen Schwefelgehalt, die vorteilhafterweise mit einer Naßoxydation behandelt werden, wobei eine entsprechend abgewandelte Naßoxydationsanlage mit entsprechenden Einrichtungen optimal günstig zur Energiegev/innung betrieben werden kann. Als weitere Beispiele für derartige Brennstoffe kommen Holzabfälle, Abfallschlamm bzw. Abfallaufschlämmungen und die gesamte Gattung der Brennstoffe in Betracht, die als sogenannte Biomassen bekannt sind. Die Erfindung befaßt sich mit einer derartigen Behandlung, für die ein großes Bedürfnis besteht.

Erfindungsgemäß zeichnet sich ein Verfahren zur Energiegewinnung aus einer Naßoxydation dadurch aus, daß kontinuierlich ein brennbares Material, ein Flüssigkeitsstrom, der Wasser und ein- freien Sauerstoff enthaltendes Gas enthält, in einen Reaktor eingeleitet werden, daß Material verbrannt wird, daß ein Gasstrom, der den erzeugten Dampf enthält, abgezogen wird, daß dieser Dampf als Energiequelle dient, und daß in dem Reaktor ein maximaler Flüssigkeitspegel eingehalten wird und die entsprechenden Mengen des brennbaren Materials, der Flüssigkeit und des Gases, die in den Reaktor eingespeist werden, derart geregelt v/erden, daß zur Verdampfung ausreichend Wärme zur Verfugung steht, so daß kein Flüssigkeitsstrom von dem Reaktor zur Einhaltung des maximalen Flüssigkeitsspiegels abgezogen wird.

Die Naßoxydationsvorrichtung und ihr Verfahren zur Durchführung umfasaan einen Reaktor und eine Einrichtung zum kontinuierlichen

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Einleiten von Wasser in den Reaktor und von Brennstoff in das Wasser im Reaktor sowie zum Einleiten von sauerstofferzeugendem Gas mit einer Einrichtung zum Regulieren der Verbrennungswärme des Brennstoffs, so daß der Brennstoff das gesamte, in den Reaktor eingeleitete Wasser verdampft, während derFlüssigkeitspegel im Reaktor oder in dem im Reaktor nachgeschalteten Separator konstant gehalten wird, indem die Menge des eingespeisten Wassers reguliert wird.

Die Naßluftoxydation liefert oder beabsichtigt im Gegensatz zur vorliegenden Erfindung bis heute die Erzeugung einer beträchtliehen Menge an Wasser, das als Flüssigkeit aus der Reaktionszone abgeführt wird, und der Flüssigkeitspegel oder die Flüssigkeitspegel werden dadurch eingehalten, daß die von der Anlage abgeführte Flüssigkeitsmenge entsprechend geregelt wird.

Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung an bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild einer bekannten Naßoxydationsanlage, bei der ein Ventil den Flüssigkeitsstrom aus dem Anlagekreislauf regelt, das an dem entsprechenden Flüssigkeits-■ pegel angeordnet ist.

Fig. 2 ist ein schematisches Blockschaltbild des Verfahrens und der Vorrichtung gemäß der Erfindung und

Fig. 3,^ und 5 sind Blockschaltbilder abgewandelter Ausführungsformen gemäß der Erfindung, die ähnlich wie jene in Fig. ausgebildet sind*

Die vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf Fig. 2 näher erläutert. Ein Brennstoff, d.h. jede beliebige Substanz, die einen Heizwert besitzt und verbrennbar ist, wird in einen Reaktionsbehälter 10 bei 12 eingespeist. Der Behälter ist nahezu voll gefüllt mit Wasser, und der Flüssigkeitspegel wird konstant gehalten. Wasser und Luft v/erden in den Reaktionsbehälter ent-

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sprechend, bei 14 und 16 eingeleitet, und der Behälter steht unter einem derartigen Druck und in dem Behälter herrscht eine derartige Temperatur, daß der im Wasser dispergierte oder gelöste Brennstoff nach Maßgabe einer Naßoxydation verbrannt wird. Reiner Sauerstoff oder irgendein Sauerstoff enthaltendes Gas kann anstelle von Luft Verwendung finden.

Das Verfahren gemäß der Erfindung zeichnet sich insbesondere durch folgende Merkmale aus:

(1) Die Verbrennungswärme in dem Reaktor wird derart reguliert, daß sie zur vollständigen Verdampfung des in den Reaktor eingespeisten ΐ/assers ausreicht.

(2) Der gesamte Reaktionskreislauf wird so gesteuert, daß ein konstanter Flüssigkeitspegel in dem Reaktor mit Hilfe der Regelung der in den Reaktor eingespeisten Wassermenge konstant gehalten wird.

Unter Bezugnahme auf Fig. 2 ist mit 18 eine Einrichtung zum Messen des Sauerstoffs in den Abzugsgasen des Auslasses 20 bezeichnet. Mit 22 ist ein Ventil bezeichnet, welches den Druck· εtromaufwärts . vom Ventil regelt. Bei den an sich bekannten Oxydationsreaktionsanlagen werden der Brennstoff und die Luft derart geregelt, daß eine konstante Menge an Restsauerstoff, die mit Hilfe der Einrichtung 18 gemessen wird, beibehalten bleibt. Das Ventil 22 wird so gesteuert, daß die gesamte Anlage unter einem konstanten, vorgegebenen Druck steht. Der Betriebsdruck und die Temperatur bestimmen die Menge des Wasserdampfes, der von dem Reaktor in Verbindung mit nicht kondensierbaren Gasen abgezogen wird.

Wenn der Flüssigkeitspegel in dem Reaktor mit Hilfe einer Kontrolleinrichtung, die beispielsweise bei 24 angeordnet ist, gemessen wird, und wenn der Flüssigkeitspegel durch entsprechende Regelung der über eine Pumpe 26 eingespeisten Wassermenge geregelt wird, läßt sich eine derartige Anlage kontinuierlich

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betreiben. Die automatische Regelung des Flüssigkeitspegels in dem Reaktor 10 kann von einem elektrischen Relais überwacht werden, das mit der Kontrolleinrichtung 24 verbunden ist, das entweder die Pumpe 26 abschaltet oder ein Ventil in der Leitung 14 schließt, über die Flüssigkeit in den Reaktor eingespeist wird, wobei dieses Ventil in der Leitung 14 dann geschlossen wird, wenn die Flüssigkeit im Reaktor 10 den Flüssigkeitspegel der Kontrolleinrichtung 24 erreicht. In dem Reaktor muß eine zur Lieferung der Wärme zur Verdampfung des gesamten eingespeisten Wassers ausreichende Verbrennung ablaufen. Die erforderliche . minimale Konzentration an eingeführten brennbaren Materialien liegt ungefähr bei 600 kcal/1 (9000 BTU's/gallon) wobei mit einer Gallon die Gesamtmenge an Wasser im Brennstoff und ein Wasser, das zusammen mit dem Brennstoff oder getrennt von diesem eingespeist worden ist, bezeichnet wird. Dieser Wert läßt sich beispielsweise dem in der US-PS 2 903 425 angegebenen minimalen Wert,der bei 200 kcal/l (3000 BTU/gallon) liegt, vergleichen, wobei ein. bevorzugter Wert mit 466 kcal/l (7000 BTU/gallon) angegeben ist. Bei dem in der US-PS 2 424 in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel tritt ein Wert von ungefähr 373 kcal/1 (5600 BTU/gallon) auf.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform werden der Brennstoff und das Wasser getrennt in den Reaktor eingespeist. Der Brennstoff und das Wasser können auch außerhalb des Reaktors miteinander vermischt und dann zusammen eingespeist v/erden, jedoch ist in der Zeichnung eine bevorzugte Ausführungsform dargestellt. Es kann auch erforderlich sein, den Brennstoff etwas mit Wasser zu vermischen, um eine schlammartige Masse zu bilden, die sich leichter verarbeiten läßt. Hierbei wird eine minimale Wassermenge zu diesem Zweck zugegeben, und das überschüssige Wasser wird getrennt zu. Steuerungszwecken eingespeist.

Die nicht kondensierbaren Gase und der Dampf, die von dem Reaktionsbehälter abgezogen werden, können zur Erzeugung von nutzbarer Energie mit an sich bekannten Einrichtungen weiterbehan-

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delt werden. In Fig. 2 ist ein Turbogenerator gezeigt. Der Wirkungsgrad des Energie liefernden Kreislaufes wird mit Hilfe der vorliegenden Erfindung im Vergleich zu einer in Fig. 1 gezeigten bekannten Anlage verbessert, da keine Wärmeabfuhr über einen Flüssigkeitsstrom, der von der Anlage abgezogen wird, auftritt. Bei der beispielsweise in Fig. 1 gezeigten Anlage enthält die warme Flüssigkeit, die von der Anlage abgezogen wird, eine beträchtliche Energiemenge, die verlorengeht und einen Wirkungsgradverlust bewirkt.

Bei einer derartigen Anlage tritt somit ein unnötiger Energieverlust auf, der insbesondere bei einer dementsprechenden großindustriellen Verwendung von Nachteil ist. Brennstoffe sowie selbst sehr reine Brennstoffe enthalten immer anorganische Bestandteile. Bei der in Fig. 2 gezeigten Anlage werden diese Bestandteile im Reaktorbehälter angesammelt. Eine derartige Anlage läßt sich so betreiben, daß die anorganischen Stoffe sich ansammeln, und von Zeit zu Zeit wird die Anlage periodisch außer Betrieb gesetzt, abgelassen und anschließend wiederum mit reinem Wasser in Betrieb gesetzt. Auf diese Art und Weise läßt sich tatsächlich ein chargenweiser Betrieb durchführen, der in manchen Fällen von Vorteil ist. Der Reaktionsbehälter wird mit einer vorgegebenen Menge an Brennstoff beschickt. Er wird verschlossen, und Wasser wird eingeleitet, bis der Reaktionsbehälter auf einen vorgegebenen geregelten bzw. eingestellten Flüssigkeitspegel aufgefüllt ist. Der Reaktionsbehälter wird dann erwärmt und bei einer bestimmtenTernperatur ein Sauerstoff enthaltendes Gas eingeleitet, der Brennstoff oxidiert, und die Verbrennungswärme wird freigesetzt.Das Gas wird kontinuierlich von dem Reaktionsbehälter abgezogen und führt Wasserdampf ab. Der so abgeführte Wasserdampf kann durch weiteres Einleiten von Wasser als Flüssigkeit oder einer wäßrigen Lösung oder eina* schlammartigen Substanz ersetzt werden, so daß der Flüssigkeitspegel an der vorgegebenen Stelle konstant bleibt. Wenn nahezu der gesamte Brennstoff oxidiert worden ist, wird die Zufuhr des Sauerstoff enthaltenden

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Gases unterbrochen, der Reaktionsbehälter wird entlüftet, abgelassen, und anschließend wird ein neuer Zyklus wiederholt durchgeführt. Um einen kontinuierlichen Gasstrom zu einer energieerzeugenden Einrichtung zu liefern, sollten zwei oder mehrere Reaktoren vorgesehen sein, so daß während der Beschickung eines Reaktors der andere Reaktor in Betrieb ist. Dieser chargenweise Betrieb einer derartigen Anlage reicht zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung aus, bei dem nahezu die gesamte, in die Anlage eingespeiste Wassermenge verdampft und "der Flüssigkeitspegel dadurch geregelt wird, daß die in die Anlage eingespeiste Wassermenge reguliert wird. In einigen Fällen kann es vorteilhafter und wirtschaftlicher sein, den Brennstoff kontinuierlich einzuspeisen. Ferner kann kontinuierlich oder intermittierend hierbei ein Ablassen bzw. Abblasen erforderlich sein, was bei an sich bekannten Dampferzeugern gewöhnlicherweise der Fall ist.

Hierbei ergibt sich als austretender Strom ein Flüssigkeitsstrom. Der Abzug dieses Flüssigkeitsstromes ist nur von praktischer Bedeutung, und im Idealfall wird kein Flüssigkeitsstrom aus der Anlage abgeführt. Das Ablassen oder Abschalten ist nur dann erforderlich, wenn kein idealer Brennstoff vorliegt und der Brennstoff anorganische Verunreinigungen enthält. In den Fig. 3 und 4 ist eine Ablaßleitung zusätzlich am Boden des Reaktorbehälters vorgesehen.

Bei einigen .Anwendungsfällen kann es auch von Vorteil sein, den beim Abblasen abgezogenen Strom vom Oberteil des Reaktionsbehälters anstatt vom Boden, wie in den Fig. 3 und 4 gezeigt, abzuziehen. Bei einem derartigen Anwendungsbeispiel

wird ein Brennstoff in den Reaktionsbehälter eingespeist, dessen Asche als Bestandteil dazu neigt, im Reaktionsbehälter nach oben zu steigen anstatt zum Boden abzusinken. Zum Abziehen des beim Ablassen am Oberteil des Reaktionsbehälters austretenden Stromes sind mehrere Ausführungsformen möglich. Eine derartige Ausführungsform ist beispielsweise in Fig. 5 gezeigt. In Fig. 5 ist

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ein Reaktionsbehälter gezeigt, der einen Separator am Oberteil aufweist. Die geringe Menge von zurückbleibender Flüssigkeit während der Steigbewegung der Asche zum Oberteil des Reaktors strömt zu dem Separatorteil und wird am Boden des Behälters abgezogen. Ein derartiger Reaktor kann eine Einrichtung zum Ablassen des Reaktors am Boden desselben, wie mit X in Fig. 5 bezeichnet, aufweisen. Der Verfahrensablauf an sich wird durch diese Maßnahme nicht beeinflußt. Es wird nahezu die Gesamtmenge an Wasser verdampft und von dem Reaktor mit dem Gasstrom abgeführt. Der Flüssigkeitspegel, bei dieser Ausführungsf orm der Flüssigkeitspegel in dem Separator, wird dadurch konstant gehalten, daß die in die Anlage eingespeiste Wassermenge reguliert wird. Das Blockschaltbild ist der in Fig. 1 gezeigten Anlage ähnlich, jedoch sind das Verfahren und die Regelung einer derartigen Anlage von dieser völlig verschieden.

Das Verfahren gemäß der Erfindung hat die Hauptaufgabe, verwertbare bzw. nutzbare Energie zu erzeugen, was sich beispielsweise dadurch ermöglichen läßt, daß das Abgas zu einem Turbogenerator geleitet wird, wie in Fig. 2 gezeigt. In Fig. 2 werden die Abgase durch eine Turbine 28 geleitet, die einen Generator 30 und einen Luftverdichter 32, der insbesondere in der Leitung 16 von Vorteil ist, antreiben kann.

Das Verfahren gemäß der Erfindung ermöglicht ideale Bedingungen zur Durchführung des Verfahrens, das in der US-PS 2 944 346 beschrieben ist, bei dem der Gasstrom von einer Naßoxydationseinrichtung abgeleitet wird, da mit organischen Dampfbestandteilen absichtlich angereichert wird, und diese organischen Bestandteile werden in der Dampfphase oxidiert, so daß ein überhitzter Gasstrom für den Turbogenerator erzeugt wird, der bedeutende Vorteile im Hinblick auf die Leistung bzw. den Wirkungsgrad einer Energie liefernden Einrichtung mit sich bringt.

In Fig. 3 ist eine Ausführungsform zur Durchführung eines derartigen Verfahrens gezeigt. Der Luftstrom wird aufgeteilt, wobei

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ein Teil zu dem Reaktionsbehälter 10' gelangt und der Rest stromabwärts vor einer Oxydierungseinrichtung 34 in der Dampfphase über die Leitung 36 eingeleitet wird. Eine derartige Ausführungsform ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für diese Verfahrensweise. Die Luft kann in ihrer Gesamtheit in den Reaktionsbehälter eingeleitet werden, und der nicht verbrauchte Sauerstoff im Reaktionsbehälter steht dann in der Oxydierungseinrichtung in der Dampfphase zur Verfügung, jedoch ist die dargestellte Vorrichtung ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel, da. sich bei diesem Ausführungsbeispiel auf einfache Art und Weise eine Steuerung und Regelung durchführen läßt. Die Luft- und BrennstoffVerhältnisse v/erden nach Maßgabe des Sauerstoffs in dem abgezogenen Gas geregelt, und der Flüssigkeitspegel in dem Reaktionsbehälter wird wie zuvor eingehalten. Wenn nämlich der Luftstrom so aufgeteilt wird, daß ein Teil zu dem Reaktor gelangt und der Rest in die Oxydierungseinrichtung in der Dampfphase gelangt, ergibt sich bsi einer geringeren Menge an in den Reaktionsbehälter eingespeister Luft eine weniger starke Oxydation in dem Reaktionsbehälter, was - wie Versuche beider Naßoxydation bestätigten - dazu führt, daß die organischen Stoffe in ihrer Menge in der Dampfphase ansteigen, die den Reaktor verlassen. Diese gesteigerte Menge an organischen Stoffen in der Dampfphase bewirkt bei der Oxydationin der Oxydi erungs einidchtune; in da? Dampfphase eine Temperaturzunahme, die von dem Sauerstoffträger abgeführt wird. Auf ähnliche Art und Weise läßt sich die Temperatur in der Oxydierungseinrichtung der Dampfphase dadurch reduzieren, daß die Luft derart aufgeteilt wird, daß eine größere Menge Luft zu dem Reaktionsbehälter gelangt,und eine geringere Menge direkt in die Oxydierungseinrichtung "in" der· Dampfphase gelangt.

Beispiel 1

Eine Vorrichtung gemäß Fig. 3 wird bei 56,2 kg/cm (800 psig) Überdruck betrieben. Ferner sei angenommen, daß 70% der eingespeisten Luft zu dem Reaktionsbehälter geleitet wird, und daß

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der Rest von 30% zu der Dampfoxydierungseinrichtung 34 geleitet wird. Bei den aus dem Reaktionsbehälter abgeleiteten Gasen ist 336 g Viasserdampf/453 g (0,74 lbs. Wasserdampf/Ib) vorhanden, oder Luft tritt in die Dampfphase als Oxydationsmittel ein (dieser Wert bezieht sich auf die gesamte eingespeiste Luftmenge), und die Temperatur außerhalb des Oxydationsmittels in der Dampfphase liegt bei 56O°C (103O⁰F). Wenn der Wirkungsgrad der-Turbine bei 80% liegt,tritt am Ausgang der Turbine eine Temperatur von 128°C (263⁰F) auf Das ergibt eine Entalpie-Abnahme von 250 kcal/kg (450 BTU/lb) der Luft. Wenn der Luftverdichter vierstufig mit einem Wirkungsgrad von 78$ ausgelegt ist, dann müssen 53,7 kcal/453 g (213 BTU/lb) komprimierter Luft eingespeist werden, und die Nettoabgabe der gezeigten Vorrichtung liegt bei 132 kcal/kg (237 BTU/lb) Luft. Wenn eine derartige Anlage beispielsweise mit 500 t Brennstoff/Tag (500 TPD) mit einem Heizwert von 3895 kcal/kg (7000 BTU/lb) gespeist wird, beträgt die Nettoabgabe der Turbine zum Generator ungefähr 2100 PS (HP).

Wenn nunmehr Energie in Form von Wärme anstelle mechanischer Arbeit gewonnen werden soll, ist die in Fig. 4 gezeigte Vorrichtung bevorzugt geeignet. Die Einrichtung 44 in Fig. 4 ist ein Wärmeaustauscher, der Wärme von dem Gasstrom abführt. Die Gase von dem Reaktor können direkt zur Erwärmung verwendet werden, jedoch bilden diese Gase eine Mischung aus kondensierbarem Dampf und nicht kondensierbarem Gas, das etwas Sauerstoff enthält. Dieses Gas ist geringfügig korrosiv und läßt sich nur mit Schwierigkeiten verarbeiten. Es ist demzufolge vorteilhafter und wirtschaftlicher, die Gase von dem Reaktionsbehälter zur Erwärmung des Wassers oder eines anderen Wärmetransportmediums zu verwenden. Wenn Wärme von den Gasen abgeführt wird, kondensiert sich der Wasserdampf in den Gasen zu einer Flüssigkeit. Fig. 4 zeigt zwei Alternativen für die Leitung dieser Flüssigkeit. Die Flüssigkeit kann von der Anlage bei 45 abgezogen werden, oder sie kann zu dem Reaktionsbehälter mit Hilfe einer Rezirkulationspumpe 46 zurückgeführt werden.

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In Fig. 4 kann der Wärmeaustauscher,mit dem Wärme von den Gasen abgeführt wird, innerhalb des Reaktionsbehälters unterhalb des Flüssigkeitspegels des Reaktors angeordnet sein. Jedoch ist der Wärmedurchgangssatz nicht besonders vorteilhaft, und die korrosive Atmosphäre ist bei der gezeigten Lage von großem Nachteil. Der Wärmeaustauscher kann ebenfalls auch in dem Gassammelraum in dem Reaktionsbehälter untergebracht sein. Wenn der kondensierte Dampf als Flüssigkeit zu dem Reaktionsbehälter zurückgeleitet wird, ist es erforderlich, daß eine geringere Menge an Wasser zusätzlich in den Reaktor eingespeist wird. Eine derartige Regelung wird wie zuvor derart ausgeführt, daß die in den Reaktor eingespeiste Wassermenge geregelt und gesteuert wird. Ebenfalls wird die Temperatur des Abstromes zu der Turbine dadurch geregelt, daß die Luft in entsprechenden Verhältnissen zwischen dem Reaktionsbehälter und der Oxydierungseinrichtung- in der Dampfphase aufgeteilt wird.

Die Menge der erzeugten mechanischen Arbeit oder mechanischen Leistung läßt sich dadurch steuern, daß die in der Dampfphase bei der Oxydation freigesetzte Wärmemenge, wie gemäß der US-PS 3 944 346 beschrieben, gesteuert wird, oder daß die von dem Gas mit Hilfe des Wärmeaustauschers 44 in Fig. 4 abgeführte Wärme geregelt wird. Die elektrische Einrichtung, die in Fig.. 4 als Motorgenerator bezeichnet ist, weist einen elektrischen Netzausgang oder einen elektrischen Netzeingang auf, was von der betreffenden Betriebsart abhängig ist. Wenn die bei der Expansion erzeugte Arbeit im Gleichgewicht mit der Arbeit steht, die von dem Luftverdichter verbraucht wird, dann braucht kein elektrischer Netzanschluß vorgesehen zu sein.

Bei dem in Fig. 4 gezeigten speziellen Anwendungsfall wird Dampf in dem Wärmeaustauscher erzeugt. Das Kesselspeisewasser wird zu dem Wärmeaustauscher geleitet, und die gesamte Vorrichtung arbeitet als Kessel bzw. Boiler. Wenn eine geringfügige Menge an Nutzleistung erzeugt wird, dann werden Dampf und Arbeit ge-

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liefert, so daß die Vorrichtung gemäß der Erfindung als eine Einrichtung zur Erzeugung von Dampf und Leistung für Industrieanlagen betrieben werden kann. Dies geschieht analog zu einem an sich bekannten Kessel, bei dem überhitzter Dampf unter Hochdruck erzeugt wird, der Dampf durch eine Vorschaltturbine zur Erzeugung von elektrischer Energie geleitet wird, und der Abstrom von der Turbine als Prozeßwärme oder für andere Dampfanlagen verwendet wird.

Bei der zuvor erörterten Kesselanlage tritt ein großer Vorteil auf, wenn als Brennstoff schwefelreiche Kohle eingegeben wird. Schwefelreiche Kohle ist ein ergiebiger Nutzstoff, jedoch ist dieser schwierig zu handhaben, da bei der Verbrennung von schwefelreicher Kohle Schwefeldioxid anfällt, das zur Atmosphäre abgegeben wird. Wenn schwefelreiche Kohle gemäß dem Verfahren oder den hierin beschriebenen Verfahrensweisen oxidiert wird, wurde festgestellt, daß der Schwefel in der Flüssigphase verbleibt. Der Schwefel wird zur Schwefelsäure oxidiert oder wenn ein Alkali zur Neutralisierung der Säure zugegeben wird, liegt der Schwefel in Form eines Sulfatsalzes des Alkali vor. Der Schwefel entweicht somit nicht zur Atmosphäre hin, so daß keine Umweltverschmutzung infolge von Schwefeldioxid möglich ist. Ferner v/erden keine Stickstoffoxide bei der Naßoxydationsreaktion erzeugt, so daß tatsächlich keine entsprechenden schädlichen Stoffe von dem Reaktionsbehälter in der Gasphase entweichen. Oxide von Schwefel und Stickstoff und andere entsprechende Stoffe führen zu schwerwiegenden Problemen bei Kesseln mit Kohleverbrennung. Die Naßoxydation läßt sich auch bei einer Anlage, die mit schwefelreicher Kohle als Hauptbrennstoff beschickt wird, auch als Müllbeseitigungs- bzw. Müllverbrennungsanlage für die verschiedensten feststofförmigen oder wäßrigen Abfälle einsetzen.

Beispiel 2

Es läuft ein Verfahren gemäß Fig. 4 ab, bei dem Luft entsprechend Beispiel 1 aufgeteilt wird, wobei 7O?o zu dem Reaktionsbehälter

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und 3O?o zu der Oxydierungseinrichtung in der Dampfphase geleitet werdend Ferner sei.angenommen, daß das den Reaktor verlassende Gas und der Wasserdampf auf 221⁰C (430⁰F) abgekühlt werden. Hierbei werden 53 g (0,118 lbs) aus 14,1 kg/cm Überdruck (200 psig Dampf/Ib^Vzügejhinrter Luft erzeugt. Die Verbrennungswärme in der Gasphasenoxydationseinrichtung ist gleich groß, da dieselbe Luftmenge zu dieser Einrichtung gelangt. In der Dampfphase ist jedoch weniger Wasserdampf vorhanden, und deshalb tritt ein größerer Temperaturanstieg auf, so daß der Abstrom zu der Turbine eine Temperatur von 639°C (1181⁰F) aufweist. 104 kcal (412 BTU's) werden von jedem Pound trockener Luft, die die Vorrichtung durchströmt, abgeführt, und die Nettoabgabe zu der Generatorwelle beläuft sich auf 101 kcal/kg (182 BTU/ib)Luft.

Beispiel 3

Bei diesem Ausführungsbeispiel werden eine Vorrichtung und ein Verfahren wie bei dem vorhergehenden Beispiel betrieben und durchgeführt mit der Ausnahme, daß die von dem Reaktionsbehälter abgezogenen Gase auf 210⁰C (410⁰F) abgekühlt werden. Somit werden 131 g (0,289 lbs) von 14,1 kg/cm² Überdruck (200 psig Dampf/lb pro 453g Luft erzeugt.Die Temperatur des Abstroms zu der Turbine beträgt ungefähr 722°C (1333°F). Die Bruttoabgabe der Turbine beläuft sich auf 213kca]/kg_(384 BTU/lb) Luft und die Nettoabgabe auf 39 kcal (155 BTU¹s).

Erfindungsgemäß läßt sich somit der Wirkungsgrad der Gesamtanlage auf an sich bekannte Art und V/eise verbessern, indem z.B. der Abstrom von dem Turbogenerator zur Vorerwärmung des Speisewassers oder zur Vorerwärmung der Luft dient, und daß Energie . durch das Ablassen gewonnen werden kann.

Die Erfindung läßt sich insbesondere auch vorteilhaft als eine Einrichtung zur Konzentrierung von wäßrigen Schlammsubstanzen oder wäßrigen Lösungen anwenden, und zwar bei den Fällen,bei denen sich derartige Lösungen auf an sich bekannte Art und Weise

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nur schwerlich konzentrieren lassen, oder eine Konzentrierung derartiger Lösungen unmöglich ist. Unter Bezugnahme auf Fig. 2 wird ein Feststoffbrennstoff bei 12 wie zuvor eingespeist. Die zu konzentrierende schlammartige Substanz oder Lösung tritt bei 14 ein. Der Großteil des Wassers wird mit Hilfe des Gases von dem Reaktor abgeführt, und das sich ergebende Ablassen liefert. dann das konzentrierte Erzeugnis. Die Betriebsweise und die Regulierung einer derartigen Anlage erfolgen wie zuvor beschrieben.

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Claims

Patentansprüche

1.) Verfahren zur Energiegewinnung aus einer Naßoxydation, bei ^- dem ein brennbares Material und ein Flüssigkeitsstrom, der Wasser, und ein Gas, das freien Sauerstoff enthält, kontinuierlich einem Reaktor zugeführt v/erden, das Material verbrannt wird, ein Gasstrom, welcher erzeugten Dampf enthält, abgeführt wird, und dieser Dampf als Energiequelle dient, dadurch gekennzeichnet, daß ein maximaler Flüssigkeitsspiegel in dem Reaktor eingehalten wird, daß die entsprechenden Mengen an brennbarem Material, Flüssigkeit und Gas, die in den Reaktor eingespeist werden, derart geregelt werden, daß zur Verdampfung ausreichend Wärme geliefert wird, wobei die Notwendigkeit des Abführens eines Flüssigkeitsstromes von dem Reaktor zum Konstanthalten des maximalen Flüssigkeitspegels entfällt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß überhitzter Dampf dadurch erzeugt wird, daß der Gasstrom durch DampfOxydation in dem Strom abgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß

ein Strom eines Gases, das freien Sauerstoff enthält, der in den Reaktor eingespeist wird, in eine Teilströmung aufgeteilt wird, die dem Gasstrom,der von dem Reaktor zur Dampf-Oxydation abgeleitet worden ist, zugegeben wird. .

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der von dem Reaktor abgezogene Gasstrom einen Wärmeaustauscher durchströmt und Wärme zur Erwärmung des Speisewassers liefert, von welchem der Wärmeaustauscher durchströmt ist.

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5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das brennbare Material ein brennbares Abfallmaterial ist.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das brennbare Material ein geringwertiger Brennstoff oder ein Feststoffrückstand ist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoff eine schwefelreiche Kohle ist, wobei der Schwefel und die Asche, die in dem Brennstoff enthalten sind, als schlammartige Substanz und/oder Lösung mit einem minimalen Anteil von entsprechend eingeführtem Wasser abgeführt werden.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine wäßrige, schlammähnliche Substanz oder eine entsprechende Lösung verdampft w±d, wobei die schlammartige Substanz oder die Lösung bei der Beschickung des Reaktors Wasser abgibt.

9. Vorrichtung zur Durchführung einer Naßluftoxydation mit einem Reaktor, einer Einrichtung zum Einleiten von brennbaren Materialien und einer Flüssigkeit, die Wasser und ein Gas, das freien Sauerstoff enthält, in den Reaktor,mit einem Auslaß an dem Oberteil des Reaktors zum Abziehen erwärmten Dampfes und mit einer Dampfturbine oder dergl., mit deren Hilfe die Wärmeenergie des Gasstromes verwertet wird, die mit dem Auslaß verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Flüssigkeitspegel-Kontrolleinrichtung (24) in dem Reaktor oberhalb der Einrichtung (20) zum Abführen des erwärmten Dampfes von dem Reaktor angeordnet ist, daß die Kontrolleinrichtung (24) mit der Einrichtung (26,14) zum Einleiten der Flüssigkeit in den Reaktor derart verbunden ist, daß die Einspeisung der Flüssigkeit automatisch aufhört, wenr der maximale Flüssigkeitspegel erreicht ist.

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10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (34) zur Oxydation in der Dampfphase mit der Einrichtung (20) zum Abführen des erwärmten Dampfes und dem Oberteil des Reaktors (10) verbunden ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß Leitungen (36) mit Verzweigungen vorgesehen sind, die ein Sauerstoff enthaltendes Gas in den Reaktor (10) und in den Auslaß (20) des Reaktors (10) einspeisen.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wärmeaustauscher (44) in der Einrichtung (20) zum Abführen erwärmten Dampfes von dem Oberteil des Reaktors (10) angeordnet ist, und daß dieser Wärmeaustauscher (44) zur Erwärmung des Kesselspeisewassers dient.

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