(57)【要約】      （修正有）【課題】廃棄物分解プロセスからの窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出を経済的に、且つ全体の廃棄物分解効率の深刻な損失なく低減させる。【解決手段】少なくとも一つの一次燃焼帯および少なくとも一つの下流の廃棄物分解帯を含む多帯域廃棄物熱オキシダイザーを使用し、少なくとも廃棄物の一部を分解する前に、燃料の一次燃焼を遂行することにより、熱オキシダイザー内に産生する酸化物廃ガスの排出を低減する。【選択図】図２
2004167486.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）廃棄物流れを熱オキシダイザーに向かわせ；
ｂ）廃棄物流れの少なくとも一部を熱オキシダイザーの一次燃焼帯において燃焼させ；さらに
ｃ）廃棄物流れの少なくとも一部を熱オキシダイザーの下流の廃棄物分解帯に注入する
工程を含む、工業プロセスの酸化物廃ガスの排出を低減する方法。
【請求項２】
廃棄物流れが少なくとも約０．５モル％の反応性廃棄物成分および約９９．５モル％以下の不活性成分を含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
更に水性廃棄物流れを一次燃焼帯に供給することを含む請求項１に記載の方法。
【請求項４】
更に、付随廃棄物を下流の廃棄物分解帯に供給することを含む請求項１に記載の方法であって、
ここで付随廃棄物が水性廃棄物および代替廃棄物からなる群から選択される方法。
【請求項５】
工業プロセスにより製造される生成物がアクリル酸、メタクリル酸、アクロレイン、メタアクロレイン、シアン化水素、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、無水フタル酸、無水マレイン酸およびこれらの混合物からなる群から選択される請求項１に記載の方法。
【請求項６】
工業化学プロセスの酸化物廃ガスの排出を低減する方法であって、
該工業化学プロセスが、メタクリル酸、アクロレイン、メタアクロレイン、シアン化水素、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、無水フタル酸、無水マレイン酸およびこれらの混合物からなる群から選択される生成物を製造するものであり、
ａ）廃棄物流れを水平熱オキシダイザーに向かわせ；
ｂ）廃棄物流れの少なくとも一部を熱オキシダイザーの一次燃焼帯において燃焼させ；さらに
ｃ）廃棄物流れの少なくとも一部を熱オキシダイザーの下流の廃棄物分解帯に注入する
工程を含む方法。
【請求項７】
少なくとも一つの廃棄物流れが少なくとも約０．５モル％の反応性廃棄物成分および約９９．５モル％以下の不活性成分を含む請求項６に記載の方法。
【請求項８】
更に水性廃棄物流れを一次燃焼帯に供給することを含む請求項６に記載の方法。
【請求項９】
更に、下流の廃棄物分解帯に付随廃棄物を供給することを含む請求項６に記載の方法であって
ここで付随廃棄物が水性廃棄物および代替廃棄物からなる群から選択される方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工業プロセスにおける望ましくない排出を低減させる方法に関する。より詳細には、本発明は、熱酸化の過程で酸化物廃ガスの産生を低減させる方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱オキシダイザーは、しばしば工業プロセスからの廃棄物流れを処分するのに使用される。典型的な熱オキシダイザーにおいて、廃棄物流れおよび酸化剤は、廃棄物を分解するために高温で配合される。廃棄物流れが酸化剤とよく混合され、廃棄物が十分な時間、熱オキシダイザー中で高温に維持される場合、廃棄物分解が酸化反応の組み合わせを通じて起きる。また、熱オキシダイザーに燃料流れを提供することが必要である場合もある。燃料流れは、熱オキシダイザー中で同時に燃焼され、望ましい廃棄物分解温度を維持する。幾つかの場合において、廃熱回収装置、例えば熱回収蒸気ボイラー（ＨＲＳＢ）も熱オキシダイザーに組み込まれ得るが、これは主たる目的ではない。熱オキシダイザーについては、廃棄物分解効率を最大化することがまず第一に必要であり、ＨＲＳＢの利用は全く任意的である。
【０００３】
分解効率を維持するために必要な高い温度（典型的には６００℃以上）のために、酸化物廃ガス「ＷＯＧ」は、しばしば熱オキシダイザー操作の副生成物として産生される。酸化物廃ガスは、窒素ベース酸化物（ＮＯｘ）、硫黄ベース酸化物（ＳＯｘ）、炭素ベース酸化物（ＣＯｘ）またはこれらの組み合わせを含有するガスである。前記の酸化物廃ガスは、化学、燃焼または熱プロセスを含む多様なプロセスにより産生される。
【０００４】
環境に導入された場合、酸化物廃ガスは望ましくない影響を発生し得る。例えば、窒素ベース酸化物はオゾンの形成に主要な役割を演じ、酸性雨の硝酸成分の原因となるものと考えられる。硫黄ベース酸化物は、湖および河川の酸性化、建造物および記念碑等の腐食の促進、視程の減少および健康への悪影響と関係がある。炭素ベース酸化物、最も著名には一酸化炭素、は公衆への深刻な健康問題を与える場合があり、地球温暖化と関連付けられてきた。これらの深刻な環境上および健康上の悪影響のために、酸化物廃ガスの環境への導入は、国および地方政府機関両者により厳しく規制されている。前記の規制は、来るべき時代によりいっそう制限的になるものと予測される。
【０００５】
熱オキシダイザーの一目的は、廃棄化合物を分解し、優先的にそれらを無害な二酸化炭素と水に転化することである。従って、上述のＷＯＧの発生は、工業が敢えて最小限化しようとする望ましくない影響である。熱オキシダイザーのために多くの異なる設計および構造が提案されてきたが、全てのものが少なくとも一つの高温廃棄物分解帯を含み、それ故、少なくとも幾分かのＷＯＧを産生する。
【０００６】
熱オキシダイザーと対照的に、工業用ボイラーは燃料燃焼からの熱を蒸気に変換する。工業用ボイラー（ユーティリティーボイラー、商業用ボイラー、施設用ボイラーまたは直接点火式ボイラーとも称される）は、少なくとも一つの燃焼帯（一般に「炉」部分と称される）および少なくとも一つの蒸気ボイラー部分を含む。工業用ボイラーから生じた蒸気は、加熱用途−例えば精製所における蒸留カラムの運転−に使用され得るが、より典型的には、蒸気は、発電機と連結された蒸気タービン運転の動力を提供するために使用される。この目的の相違にも拘らず、工業用ボイラーは、また、この運転の結果としてＷＯＧを産生する。
【０００７】
熱オキシダイザーよりも、より多くの使用中の工業用ボイラーが存在するので、今日までのＷＯＧ排出削減努力の大部分は熱オキシダイザー操作よりむしろ工業用ボイラーを改善することに焦点が向けられてきた。特に、米国政府ならびに多くの工業用ボイラー製造業者は、工業用ボイラーにより産生されるＮＯｘ排出の低減に対しかなりの研究努力を向けてきた。この働きの結果として開発された排出低減法は、工業用ボイラーが限られた数の燃料−主として石炭および高純度天然ガス−を利用し、且つこれらの燃料は比較的一定の組成を有し、本質的に一定の燃焼速度で使用されるという事実を利用している。
【０００８】
公知の工業用ボイラー排出低減法のいくつかは、また、工業プロセス熱オキシダイザーに適用可能であり得ると提案されている。不幸にしてこれらの方法は、限られた使用についてのものだけである。全ての工業用ボイラー排出低減法は、実質的な資本、運転または維持費用を伴う。それらが、廃棄物分解系に適用された場合にこれらの方法を経済的に魅力のないものとしている。更に、ボイラー関連方法の工業的熱オキシダイザーへの盲目的適用は、その結果として廃棄物分解効率の減少の原因となる場合があり、しばしば、それ自身酸化物廃ガスとして環境に有害なものである副生成物を発生させている。
【０００９】
工業用ボイラー用の伝統的な酸化物廃ガス低減法は、二つの広い範疇にグループ化されることができ、これは燃焼改良および燃焼後プロセスである。ＮＯｘの形成を阻止する低減法は、「燃焼改良」と称され、低ＮＯｘバーナー、オーバーファイヤーエアー（ｏｖｅｒｆｉｒｅ  ａｉｒ）、再燃焼、煙道ガス再循環、および運転改良を含む。一度形成されたＮＯｘを分解する低減法は、「燃焼後プロセス」と呼ばれる。燃焼後プロセスには、選択的触媒還元、選択的非触媒還元、およびハイブリッドプロセスが含まれる。
【００１０】
低ＮＯｘバーナー（ＬＮＢｓ）は、一つの燃焼改良法であり、燃料および空気の混合を調節し、幾分かの量を段階燃焼（ｓｔａｇｅｄ  ｃｏｍｂｕｓｉｏｎ）に到達させるよう設計されている。段階燃焼は、一次段階におけるある程度の燃焼および廃棄物分解装置の再燃焼段階部分における追加燃焼を伴う。結果的に、段階減少は幾つかの燃焼相の過程で、火炎温度および酸素濃度双方を減少させ、これは次に熱ＮＯｘおよび燃料ＮＯｘ産生の双方を減少させる。段階燃焼を達成するために、一次燃焼段階へ送達される燃料ガスに加えて、燃料ガスが再燃焼段階に提供されることが要求される。この実施の潜在的利点は、装置の再燃焼部分における過剰な燃料ガスの消費により相殺される。
【００１１】
ある種のボイラー運転パラメーターを変化させることは、ＮＯｘ産生を低減させるであろう炉内の条件を創出することができる−前記の変化は、一般に運転改良法と呼ばれる。例としては、バーナーアウトオブサービス（ｂｕｒｎｅｒｓ−ｏｕｔ−ｏｆ−ｓｅｒｖｉｃｅ（ＢＯＯＳ）、低過剰空気（ｌｏｗ  ｅｘｃｅｓｓ  ａｉｒ）（ＬＥＡ）およびバイアスファイヤリング（ｂｉａｓｅｄ  ｆｉｒｉｎｇ）（ＢＦ）が挙げられる。
【００１２】
上記したような慣用の燃焼改良法は、非常に資本集約的であるか、または運転改良の場合は要求される廃棄物分解効率を達成することにとって有害であるかのいずれかである。前述したように、一度形成されたＮＯｘを分解する方法は、「燃焼後プロセス」と呼ばれており、選択的触媒還元（ＳＣＲ）、選択的非触媒還元（ＳＮＣＲ）およびハイブリッドプロセスが含まれる。
【００１３】
慣用の燃焼後法がＷＯＧ排出の一定レベルの低減を達成することができる一方で、望ましくない環境上の欠陥を伴わなくはないことは留意すべきことである。例えば、ＳＮＣＲの使用は環境中にアンモニアおよび亜酸化窒素の放出をもたらす。放出されたアンモニアは、ＳＮＣＲ系の下流での有害な影響をもたらすことができ、例えばエアヒーター汚染、プルーム形成およびその他の顕著な飛灰による汚染が挙げられる。ＳＣＲもまた、望ましくない影響を有する場合があり、例えばアンモニアの放出、望ましくない硫黄酸化物の促進された産生、および高ガス−サイド圧力低下をはじめとする。更に、ＳＮＣＲおよびＳＣＲ法により必要とされるアンモニア取り扱いおよび貯蔵は、深刻な安全の問題を提起する。更にまた、ＳＣＲ低減法は、ゼオライトまたは貴金属触媒を使用する。前記の触媒は、購入するのに高価であるばかりでなく、それらの有効期限が終了したとき処分するのに費用が嵩む。触媒は、また、硫黄含有化合物のような汚染物質に鋭敏であり、系は容易に汚染し得る（例えば、硫酸アンモニウムの現場（ｉｎ−ｓｉｔｕ）での形成）。また、酸化物分解法については、維持費用が増大し、特殊な連続排出モニタリング装置がしばしば系の性能をモニターするのに必要とされる。
【００１４】
従って、熱オキシダイザーに関連する酸化物廃ガスを低減させる現行の工業的方法について、多くの欠陥が存在する。工業プロセス内で熱オキシダイザーが最小の酸化物廃ガス排出で運転されることができ、一方で廃棄物分解の過程で最適の分解効率を維持する、単純で、低資本の、高効率プロセスについての必要性が存在する。更に、一次燃焼帯の下流で燃料ガスについての必要性を要求することなく、低減した量の酸化物廃ガスを産生することができる熱オキシダイザーについての必要性が存在する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
それ故、本発明の一態様は、工業プロセスにおける酸化物廃ガス排出を低減させる新規な方法を提供する。本発明の他の態様は、より低度の酸化物廃ガス排出を生じる新規な廃棄物分解法を提供する。これらのおよび他の新規な特徴は、本明細書および特許請求の範囲を読んだ後には当業者にとって明らかであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
従って、本発明の一態様は、ＮＯｘ排出の発生を低減させる新規なプロセスを提供する。これらのプロセスは、廃棄物流れを熱オキシダイザーに向かわせ；少なくとも一部の廃棄物流れを熱オキシダイザーの一次燃焼帯中で燃焼させ；そして熱オキシダイザーの下流の廃棄物分解帯中に廃棄物流れの少なくとも一部を注入する工程を含む。廃棄物流れは、少なくとも約０．５モル％の反応性廃棄物成分および約９９．５モル％以下の不活性成分を含む。廃棄物流れは、少なくとも約２．０モル％の反応性廃棄物成分および約９８モル％以下の不活性成分を含むことが好ましい。
【００１７】
本発明の方法は、更に一次燃焼帯に水性廃棄物流れを供給することを含む。また、付随する廃棄物を下流の廃棄物分解帯に供給する工程が本発明に含まれ、ここで付随廃棄物は水性廃棄物および代替の廃棄物からなる群から選択される。
【００１８】
本発明の方法は、工業プロセスにより製造される生成物がアクリル酸、メタクリル酸、アクロレイン、メタアクロレイン、シアン化水素、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、無水フタル酸、無水マレイン酸およびこれらの混合物からなる群から選択される、工業プロセスと組み合わせられ得る。
【００１９】
本発明の代替の態様においては、工業化学的プロセスがメタクリル酸、アクロレイン、メタアクロレイン、シアン化水素、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、無水フタル酸、無水マレイン酸およびこれらの混合物からなる群から選択される生成物を製造する、工業化学的プロセスの酸化物廃ガスの排出を低減させる方法を包含する。本発明の代替の態様は、廃棄物流れを水平熱オキシダイザーに向かわせ；少なくとも一部の廃棄物流れを熱オキシダイザーの一次燃焼帯中で燃焼させ；さらに熱オキシダイザーの下流の廃棄物分解帯に廃棄物流れの少なくとも一部を注入する工程を含む。代替の態様における廃棄物流れは、少なくとも約０．５モル％の反応性廃棄物成分および約９９．５モル％以下の不活性成分を含む。本発明の代替の態様は、また、水性廃棄物流れを一次燃焼帯に提供することを含む。本発明の代替の態様には、また、付随する廃棄物を下流の廃棄物分解帯に提供する工程が含まれ、ここで付随廃棄物は水性廃棄物および代替の廃棄物からなる群から選択される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明は、酸化物廃ガス排出を低減する方法に関する。具体的には、熱オキシダイザー内で産生された酸化物廃ガス排出は、少なくとも一つの一次燃焼帯および少なくとも一つの下流の廃棄物分解帯を含む多帯域廃棄物熱オキシダイザーの使用により低減され得る。廃棄物の少なくとも一部の分解前に燃料の一次燃焼を遂行することにより、廃棄物分解プロセスからの酸化物廃ガス排出が経済的に、および全体の廃棄物分解効率の深刻な損失なしに低減され得ることが見出された。更に、水性廃棄物流れの一次燃焼帯への添加が、また酸化物廃ガス排出を低減するよう働くことができることが見出された。
【００２１】
本明細書における図面を参照すると、本発明の一態様に従い排出物中における酸化物廃ガス含量を低減させる方法は、図１において示されている。同様の番号は、同様の流れ、工程および要素を表す。図１の熱オキシダイザー２０は、多段水平熱オキシダイザーとしての概略図中で示される。図１の態様において、酸化剤流れ１０は熱オキシダイザー２０の一次燃焼帯２２内で燃焼燃料流れ１２と共に燃焼される。酸化剤流れ１０は、１以上のガスを含有し、１から１００％の酸素を含む。好適な酸化剤の例としては、これらに限定されないが、大気、純度１００％酸素、酸素富化空気、オゾンまたは酸素含有プロセスベントガスが挙げられる。幾つかの態様において、混合酸化剤流れを提供するよりもむしろ、二つの独立した酸化剤流れを利用することが有益となり得て、これは熱オキシダイザーに別々に、しかし熱オキシダイザー内部ですぐに良好な混合を促進するために十分極めて接近して導入される。例えば、安全性および操業性の理由のために、大気流れは、純酸素添加ランスとは別に、しかし極めて接近してノズルから注入され得る。
【００２２】
図１で示されるように、酸化剤流れ１０の一部は、また、補充の酸化剤流れ１３を提供するためにティー１１において任意に迂回され得る。補充酸化剤流れ１３の１以上の下流の廃棄物分解帯への注入は、廃棄物分解効率を向上させることができる。図１の態様において、補充酸化剤１３は添加点２３を経由して二次廃棄物分解帯２６に提供される。
【００２３】
燃焼燃料１２は天然ガスであることが好ましいが、燃焼燃料は酸化剤と反応した場合に熱を放出することができる１以上の成分の任意の混合物を含むことができる。好適な燃焼燃料成分の例としては、これらに限定されないが、燃料油、炭化水素ガス、水素、可燃性有機物および石炭が挙げられる。図１は、単一点において一次燃焼帯２２に注入される燃焼燃料流れ１２を図示する。しかしながら、燃焼燃料流れ１２は複数点を通して添加され得るか、あるいはバーナー、風箱、ミキサー、ディストリビューター、インジェクター、ノズルまたは燃焼帯２２に燃焼燃料を送達する他の装置を経由して一次燃焼帯２２に導入され得る。
【００２４】
同様にまた、多くの任意のものが燃焼帯２２および廃棄物分解帯２６への酸化剤添加のために使用され得る。一次燃焼帯２２内で酸化剤流れ１０および燃焼燃料流れ１２は混合され、燃焼されて熱を発生させる。幾つかの態様において、燃焼帯への添加前にまたは同時に燃焼燃料および酸化剤を配合することが有益であることがあり、ミキサー、低ＮＯｘバーナー（ＬＮＢ）またはアトマイザー等の一般的な装置が前記の目的に使用されることができる。適当な燃料および酸化剤添加装置の選択は、当業者の能力の範囲内であり、燃料の種類および使用される酸化剤、熱オキシダイザーの構造ならびに経済的要因を含む多くの変数に依存する。
【００２５】
ＮＯｘは、燃焼の間に、一次燃焼帯２２に存在する高温、および酸化剤流れ１０および／または燃焼燃料流れ１２中の窒素の存在の結果として、発生する。燃焼プロセスは、典型的には、幾分かの量の二酸化炭素、一酸化炭素および水をも生成する。
一次燃焼帯２２からの熱および燃焼生成物は、隣接した一次廃棄物分解帯２４の中に、そして二次廃棄物分解帯２６の中に流入する。従って、一次廃棄物分解帯２４は、一次燃焼帯２２の「下流」にあるものとして名づけられ、二次廃棄物分解帯２６は一次廃棄物分解帯２４の下流にある。
【００２６】
廃棄物流れ１４は、第１廃棄物分解帯廃棄物流れ添加点２５を経由して熱オキシダイザー２０に導入される。廃棄物流れ１４は一般に、工業プロセスからの分解されるべき成分または流れを含む。廃棄物流れ１４は、ガス、液体または両者の混合物を含むことができ、不活性成分、例えば水、二原子窒素または二酸化炭素をも含むことができる。廃ガス流れ１４の実際の構成成分は、考慮下にある特定の工業プロセスに依存するであろうが、少なくとも最少量の反応性廃棄物成分を含まなければならない。「反応性廃棄物成分」とは、酸化物廃ガス分子の一部である酸素と反応することができる廃棄物成分を意味する。前記の反応性廃棄物成分の例としては、これらに限定されないが、脂肪族炭化水素、アンモニア、アクロレイン、水素、シアン化水素、一酸化炭素、尿素および芳香族類が挙げられる。前記の化合物は一酸化炭素のようにこれらの構造の一部として酸素原子を含むことができるが、酸素を含まない化合物が一般には好ましい。
【００２７】
ＷＯＧ排出を効率的に減少させるために、下流の廃棄物分解帯に注入される廃棄物流れは少なくとも０．５モル％の反応性廃棄物成分または９９．５モル％以下の不活性成分を含むことが好ましい。廃棄物流れは、少なくとも２モル％の反応性廃棄物成分または９８モル％以下の不活性物を含むことが特に好ましい。
【００２８】
図１の態様において、第１廃棄物分解帯廃棄物流れ添加点２５は、熱オキシダイザー２０の外表面上の単一接続部であり、これは熱オキシダイザー２０の内側上にある一連の放射状に配置されたディストリビューションノズルと連結している。ノズルは、改善された混合および分解効率のために、熱オキシダイザー２０の周線に沿って分配された流れを提供する。熱オキシダイザー内の高温および酸素が廃棄物成分を分解する。
【００２９】
熱オキシダイザー内での高温への暴露の結果として、幾分かの反応性廃棄物成分はＮＯｘ等のＷＯＧ化合物から酸素を取り去ることができるラジカルを形成し、それによりそれらを二原子窒素等のような不活性化合物に転化させる。前記の熱的に開始されたラジカルは、本明細書において「還元性ラジカル」と呼ばれている。還元性ラジカルの形成は理論的に任意の高温環境において起きるべきであるが、それらの存在は、一般に一次燃焼帯においては短命である。その結果ＷＯＧ排出の有意義な削減は得られない。
【００３０】
少なくとも反応性廃棄物成分の一部が一次燃焼が起きた後で導入される場合に、減少したＷＯＧ排出という望ましい結果を得ることができることが見出されている。上記の一次燃焼後注入は、反応性ラジカルの形成を遅らせ、ＷＯＧ排出を減少する場合にそれらの効率を改善する。従って、ＷＯＧ排出は、反応性廃棄物成分が一次燃焼帯の下流の廃棄物分解帯中に存在している場合に、効果的に減少される。
【００３１】
熱オキシダイザーの水平態様と関係する工業化学プロセスは、シアン化水素、アクロレイン、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、メタアクロレイン、メタクリル酸、無水フタル酸、無水マレイン酸およびこれらの混合物を生成するプロセスを含むことができる。
【００３２】
幾つかの反応性廃棄物成分は、与えられた温度において熱的に開始された還元性ラジカルを形成することにおいて、他のものよりより有効であり、それ故それらのより大きなＷＯＧ減少能力のために好ましいと決定された。従って、脂肪族炭化水素（例えば、ヘキサン）は芳香族環化合物（例えば、ベンゼン）に対し好ましい種類の反応性廃棄物成分であり、アルカン（例えば、プロパン、ブタン）は、アルケン（例えば、プロピレン、ブチレン）に対し反応性廃棄物成分として好ましい。
【００３３】
従って、一次供給原料としてアルケンよりもむしろアルカンを利用する工業化学プロセスは、本発明の方法についての使用に特に好ましい。前記のアルカンベースプロセスの例としては、これらに制限されないが、プロパンの触媒反応を経由したアクロレイン、アクリル酸およびアクリロニトリルの製造、ならびにＣ４−アルカンの反応からのメタクリル酸およびメタアクロレインの製造が含まれる。
【００３４】
上記した例示プロセスの具体的な場合において、吸収塔オフガス廃棄物流れが典型的に発生し、少なくとも一部の未反応アルカン原料供給物を含む。前記の廃棄物流れが本発明の方法に従い熱オキシダイザー中に注入される場合、それらは類似のアルケンベースプロセスから誘導された比較し得る廃棄物流れよりもＮＯｘをより有効に減少することが予想され得る。
【００３５】
また、ＣＯ、Ｈ２およびＮＨ３のような化合物は有効な還元剤であると知られており、それ故、本発明の方法に従い利用される場合、望ましい反応性廃棄物成分となるであろうと認識される。
【００３６】
図１で示されるように、廃棄物流れ１４の一部は、また、補充廃棄物流れ１７を提供するためティー１５において任意に迂回されることができる。補充廃棄物流れ１７を１以上の下流の廃棄物分解帯に注入することにより、ＷＯＧ排出減少効率は、向上され得る。図１の態様において、補充廃棄物流れ１７は廃棄物流れ添加点２７を経由して二次廃棄物分解帯２６に供給される。添加点２７は、バーナー、風箱、ミキサー、ディストリビューター、インジェクター、ノズルまたは他の前記の注入ハードウェアから構成されることができる。
【００３７】
補充廃棄物流れ１７の反応性廃棄物成分は、一次廃棄物分解帯２４内で除去されないで二次廃棄物分解帯２６内に存在する酸化物廃ガスと反応する。理想的には、これらのＷＯＧ化合物は二次廃棄物分解帯２６内で転化され、汚染物ではない化合物、例えばＮ２、ＣＯ２およびＨ２Ｏとなり、無害の排出流れ３２として大気中に放出され得る。幾つかの態様において、付随廃棄物流れを熱オキシダイザーに、専用の注入点を通してまたは付随廃棄物流れを廃棄物流れ１４もしくは代替的に補充廃棄物流れ１７に混入させることによるいずれかで注入することが有益となり得ることが想定される。
【００３８】
付随廃棄物流れは、本工業プロセスの他の部分または完全に別のプロセスから発出し得る廃棄物流れを含む。前記の付随廃棄物流れは、有意量の反応性廃棄物成分を含んでもよいし、含まなくてもよく、更に固形分、液体、ガスまたはこれらの二以上の混合物を含むことができる。前記の付随廃棄物の例としては、これらに限定されないが、回収された燃料廃棄物、有機汚染廃水、プロセスベントガス、ポリマー固形分または鉱酸残渣が挙げられる。付随廃棄物流れは、また、ＭＭＡ軽沸点目的物（ｌｉｈｇｔ  ｅｎｄ）（アセトン、メタノール、およびメチルメタクリレートを含む）および特定アミンプロセス残渣（ｔ−アルキル第一級アミンおよびＣ６＋炭化水素）を含むことができる。
【００３９】
かなりの液体廃棄物成分が与えられた廃棄物流れに存在する場合、例えば廃棄物流れが有機汚染廃水を含む場合の態様において、少なくとも一部の液体廃棄物成分が熱オキシダイザーの上流の帯に注入され、滞留時間を最大化し、それによって廃棄物分解効率を向上させることが好ましい。前記の液体成分は一次燃焼帯に少なくとも一部注入されることが特に好ましい。
【００４０】
点線２９は熱オキシダイザー２０内の様々な帯域間の境界を表すことに留意するべきである。線は点線となっておりこれは、熱オキシダイザー内のこれらの帯域間の実際の境界は静止的でなく、その代わり廃棄物分解プロセス過程で場所が変わることを示している。熱オキシダイザーは動的システムであるので、一次燃焼が終了し、廃棄物分解が始まる境界は、完全に静止状態ではなく、その代わり熱オキシダイザー２０の限定された長さに沿って前後に動くことができる。実用的観点から、流れ注入点を、上記した燃料または廃棄物注入点の約０．１５メートル（０．５フィート）以上下流の距離に配置することは、一般に独立した下流帯を維持するのに十分離れた距離である。
【００４１】
二次廃棄物分解帯２６を出る排出流れは、大気に向かう排出流れスタック３０に進む。任意に、排出流れ３２内に含まれる熱エネルギーの一部を回収するために、排出流れ３２は熱回収蒸気ボイラー（ＨＲＳＧ）２８または他の熱回収装置に通じている。排出流れ３２の熱エネルギーを回収することは、廃棄物分解プロセス全体のエネルギー効率を改善し、これは蒸気としての熱オキシダイザー排出流れから熱エネルギーを回収することによる。
【００４２】
図２は、熱オキシダイザー１２０が二段階垂直熱オキシダイザーである本発明の好ましい態様を概略形式により表す。垂直態様は一般に、水平態様の熱オキシダイザーと比較して、それらの減少した寸法および低い資本コスト故に好ましい。垂直態様において、酸化剤流れ１１０および燃焼燃料１１２は熱オキシダイザー１２０の一次燃焼帯１２２に送達され、ここで酸化剤流れ１１０および燃焼燃料流れ１１２の内容物が燃焼される。熱ＮＯｘおよび他の酸化物廃ガスは、一次燃焼帯１２２内で燃焼の間に産生される。
【００４３】
酸化剤流れ１１０は、１以上のガスを含有し、１から１００％の酸素を含む。好適な酸化剤の例としては、これらに限定されないが、大気、純度１００％酸素、酸素富化空気、オゾンまたは酸素含有プロセスベントガスが挙げられる。幾つかの態様において、混合酸化剤流れを提供するよりはむしろ、二つの独立した酸化剤流れを利用することが有益となり得て、これは熱オキシダイザーに別々に、しかし熱オキシダイザー内部ですぐに良好な混合を促進するために十分極めて接近して導入される。例えば、安全性および操業性の理由のために、大気流れは、純酸素添加ランスとは別に、しかし極めて接近してノズルから注入され得る。
【００４４】
燃焼燃料１１２は天然ガスであることが好ましいが、燃焼燃料は酸化剤と反応した場合に熱を放出することができる１以上の成分の任意の混合物を含むことができる。好適な燃焼燃料の例としては、これらに限定されないが、燃料油、炭化水素ガス、水素、可燃性有機物および石炭が挙げられる。図２は、単一点において一次燃焼帯１２２中に注入される燃焼燃料流れ１１２を図示する。しかしながら、燃焼燃料流れ１１２は複数点を通して添加され得るか、あるいはバーナー、風箱、ミキサー、ディストリビューター、インジェクター、ノズルまたは一次燃焼帯１２２に燃焼燃料を送達する他の装置を通して導入され得る。
【００４５】
同様にまた、多くの任意のものが一次燃焼帯１２２および廃棄物分解帯１２４への酸化剤添加のために使用され得る。一次燃焼帯１２２内で酸化剤流れ１１０および燃焼燃料流れ１１２は混合され、燃焼されて熱を発生させる。幾つかの態様において、燃焼帯への添加前にまたは同時に燃焼燃料および酸化剤を配合することが有益であることがあり、ミキサー、低ＮＯｘバーナー（ＬＮＢ）またはアトマイザー等の一般的な装置が前記の目的に使用されることができる。適当な燃料および酸化剤添加装置の選択は、当業者の能力の範囲内であり、燃料の種類および使用される酸化剤、熱オキシダイザーの構造および経済的要因を含む多くの変数に依存する。
【００４６】
熱オキシダイザー１２０の垂直形態の別な利点は、任意の非ガス成分、例えば液体燃焼燃料および固体廃棄物、に関し容易化されることである。水平熱オキシダイザーにおいては、液体成分の完全燃焼は、燃焼帯内で迅速に蒸発および混合することのできる均一な小径液滴の形態での熱オキシダイザーに依存する。典型的には、前記の液滴は、圧力アトマイザーのような装置を使用して形成される。これらの注入装置の適当な運転の失敗は、水平熱オキシダイザーの底部における液体蓄積部に被害をもたらし、経費のかかる修理と中断時間が必要となる。垂直熱オキシダイザー形態が使用された場合、噴霧変数への感受性は大きく減少され、液体小滴は、熱オキシダイザー全長を利用可能とし、完全な燃焼を達成する。
【００４７】
水平熱オキシダイザーと比較して垂直熱オキシダイザーの利用は、更なる追加の利点を提供する。垂直熱オキシダイザーは設置するのにより少ない平方フィートで済み、このことはある種の施設にとって重要である。現存の工業的施設内の資本拡張のために利用可能であるスペースはしばしば限られたものであり、利用不可能である場合もある。従って、必要とされるスペースがより少ない装置を導入する方法には明確な利点が存在する。必要とされるスペースを減少させるために、垂直熱オキシダイザーは関連工業プロセスの操業ハードウェアにより近く配置されることができる。プロセスを熱オキシダイザーへ接続する配管は、一般的に大きな口径を有し、しばしばゆうに３０インチを超える。熱オキシダイザーをプロセスにより近く位置させることは、多くの直線フィートの高価な大口径パイプの資本コストを削減するばかりでなく、また接続パイプ内で直面する圧力降下を減じることにもなる。これは、次に工業プロセスを低圧力で運転させることになり、それはある場合には生成物収量効率を増加させ、それにより、総生成物産出高を増加させる。
【００４８】
図２で図示された垂直熱オキシダイザー態様は、また、任意の水性廃棄物流れ１０２を含む。この態様において、水性廃棄物流れ１０２は、燃焼帯１２２に注入されるものであり、且つ水ならびに少なくとも一つの追加の化合物、例えば酢酸、シアン化物、無機塩、ベンゼン、トルエン、ＭＩＢＫ等を含む。代替的に、水性廃棄物流れ１０２は、本工業プロセスの他の部分からまたは完全に異なるプロセスから発出する１以上の廃棄物流れ（付随廃棄物）を更に含むことができる。水性廃棄物流れ１０２が液体であることが好ましいが、ガスまたはガスおよび液体の混合物であることができる。
【００４９】
水性廃棄物流れ１０２は、本工業プロセスの他の部分からまたは完全に異なるプロセスから発出する１以上の廃棄物流れ（付随水性廃棄物）を更に含むことができる。前記の流れの例としては、これらに限定されないが、エチルアクリレートプロセスからの軽沸点目的物の廃棄物（エチルアクリレート、酢酸エチルおよび水を含む）、およびメタクリレートエステルプロセスからの廃棄物エステル蒸留物（メチルメタクリレート、メタノールおよび水）が挙げられる。
【００５０】
幾つかの態様において、燃焼帯１２２への注入前に水性廃棄物流れと酸化剤１１０もしくは燃料１１２とを混合することは有益である場合がある。任意の水性廃棄物流れ１０２がプラスの真発熱量（ｎｅｔ  ｈｅａｔｉｎｇ  ｖａｌｕｅ）を有する場合、熱オキシダイザーにおいて要求される燃焼燃料を減少させることが可能であることは、また、当業者にとって明白であろう。
【００５１】
廃棄物流れ１１４および補充酸化剤流れ１１７は、廃棄物分解帯インレットライン１１８中に統合され、次に１以上の廃棄物分解帯注入点１２７に連結される。補充酸化剤流れ１１７は酸化剤１１０と同一の組成を有してもよく、あるいはより高いまたはより低い酸素含量を有してもよい。幾つかの態様において、酸化剤流れ１１０は大気を含むことができ、補充オキダント流れ１１７は酸素含有プロセスベントガスを含むことができる。注入点１２７を通して、インレットライン１１８の廃棄物酸化剤流れは熱オキシダイザー１２０の廃棄物分解帯１２４に注入される。
【００５２】
注入点１２７は、熱オキシダイザー１２０の外部に沿って廃棄物分解帯１２４付近に放射状に配置されることができ、あるいは廃棄物分解帯内で均一な混合を促進する特定の他の形態で配置されることができる。注入点１２７の各々は、廃棄物流れ１１４および補充酸化剤流れ１１７のプレミックス供給を提供する。廃棄物流れ１１４および補充酸化剤流れ１１７をプレミックスすることは、分解効率を向上させ、また、必要とされる注入口の数を減少させる。
【００５３】
より少ない注入口は、廃棄物分解帯１２４が必要とする寸法ならびに熱オキシダイザー１２０の全体寸法およびコストを減少させる。特定の環境下では補充酸化剤流れ１１７および廃棄物流れ１１４を独立して廃棄物分解帯１２４に注入し、あるいは可能な場合一緒に用いられる補充酸化剤流れ１１７の使用を省略することは有益であり得ることが想定される。
【００５４】
廃棄物流れ１１４は、一般に工業プロセスからの分解されるべき成分または流れを含む。廃棄物流れ１１４は、ガス、液体または両者の混合物を含むことができ、且つ、水、二原子窒素または二酸化炭素のような不活性成分をも含むことができる。廃棄物ガス流れ１４の実際の構成要素は、考慮下にある特定の工業プロセスに依存するであろうが、少なくとも最小量の反応性廃棄物成分を含まなければならない。前記の反応性廃棄物成分の例としては、これらに限定されないが、脂肪族炭化水素、アンモニア、アクロレイン、水素、シアン化水素、一酸化炭素、尿素および芳香族類が挙げられる。前記の化合物は一酸化炭素のようにこれらの構造の一部として酸素原子を含むことができるが、酸素を含まない化合物が一般には好ましい。ＷＯＧ排出を効率的に減少させるために、下流の廃棄物分解帯に注入される廃棄物流れは少なくとも０．５モル％の反応性廃棄物成分または９９．５モル％以下の不活性成分を含むことが好ましい。廃棄物流れは、少なくとも２モル％の反応性廃棄物成分または９８モル％以下の不活性成分を含むことが特に好ましい。熱オキシダイザーの垂直態様と関係する工業化学プロセスは、シアン化水素、アクロレイン、アクリル酸、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、メタアクロレイン、メタクリル酸、無水フタル酸、無水マレイン酸およびこれらの混合物を生成するこれらのプロセスを含むことができる。
【００５５】
幾つかの態様において、付随廃棄物流れを熱オキシダイザー１２０に、専用の注入点を通して、または付随廃棄物を廃棄物流れ１１４もしくは代替的に補充廃棄物流れ１１７に混入させることによるいずれかで注入することが有益となり得ることが想定される。付随廃棄物流れは、本工業プロセスの他の部分または完全に別のプロセスから発出し得る廃棄物流れを含む。前記の付随廃棄物流れは、有意量の反応性廃棄物成分を含んでもよいし、含まなくてもよく、更に固形分、液体、ガスまたはこれらの二以上の混合物を含むことができる。前記の付随廃棄物の例としては、これらに限定されないが、回収された燃料廃棄物、有機汚染廃水、プロセスベントガス、ポリマー固形分または鉱物酸残渣が挙げられる。
【００５６】
かなりの液体廃棄物成分が与えられた廃棄物流れに存在する場合、例えば廃棄物流れが有機汚染廃水を含む場合の態様において、少なくとも一部の液体廃棄物成分が熱オキシダイザーの上流の帯域に注入されるのが好ましい。この上流注入は滞留時間を最大化し、それにより分解効率を向上させる。前記の液体成分の一部が一次燃焼帯に注入されることが特に好ましい。
【００５７】
水平熱オキシダイザー２０に関して既に記載されたように、垂直熱オキシダイザー１２０の中に注入される反応性廃棄物成分の少なくとも一部は、廃棄物分解帯１２４内で還元性ラジカルに転化される。その後還元性ラジカルは、廃棄物分解帯に存在する酸化物廃ガスと反応し、廃棄物分解プロセスからＷＯＧ排出物を減少する。廃棄物分解帯１２４を出る排出流れは、大気に向かう排出流れスタック１３０に進む。任意に、排出流れスタック１３０に入る前に、排出流れ１３２内に含まれる熱エネルギーの一部を回収するために、排出流れ１３２は熱回収蒸気ボイラー（ＨＲＳＧ）１２８もしくは他の熱回収装置に向かうことができる。排出流れ１３２の熱エネルギーを回収することは、廃棄物分解プロセス全体のエネルギー効率を改善し、これは蒸気として熱オキシダイザー排出流れから熱エネルギーを回収することによる。
【実施例】
【００５８】
ここで図１のプロセス形態に関して、改善された、新規な特徴を有する本発明の具体的な態様を例示する実施例が提供される。この具体的な態様はアクリル酸製造プロセスに関する。
【００５９】
例示する目的のために、図１で表される熱オキシダイザー２０の運転は、プロピレンの触媒酸化によりアクリル酸を製造する工業化学プロセスへのその適用に関して説明される。しかしながら、本発明の方法は、他の工業プロセスについて使用されることができ、以下の実施例はいかなる方法においても本発明の範囲を制限することを意図するものではない。
【００６０】
実施例１
アクリル酸をプロピレンフィードから製造する工業化学プロセスにおいて、図１に図示されたタイプの水平３段階熱オキシダイザーが、廃棄物流れを処分するために使用された。熱オキシダイザーの炉部分（添加点２１から廃棄物分解帯２６の端まで）は、約１５．９メートル（５２フィート）長であった。一次廃棄物分解帯２４の内径は１．８メートル（６フィート）であり、二次廃棄物分解帯２６の内径は３．２メートル（１０．５フィート）であった。熱オキシダイザーについてのベースロードＮＯｘ排出は、次のように決定された。
【００６１】
商業用パイプラインからの天然ガスが燃焼燃料流れ１２として使用され、２４，５２５リットル／分（８６６ｓｃｆｍ）の速度で一次燃焼帯に注入された。周囲温度大気は、酸化剤流れ１０として使用された。空気流れは、３１０，３８７リットル／分（１０，９６０ｓｃｆｍ）の速度で一次燃焼帯２２に注入され、３１０，３８７リットル／分（１０，９６０ｓｃｆｍ）の速度で二次廃棄物分解帯２６に注入された。火室温度は平均して８１８℃（１５０５°Ｆ）でありスタック３３の酸素レベル（湿式で測定して）は１３モル％であった。廃棄物流れは焼却器に供給されず（流れ１４の流速は０であった）、ベースロードＮＯｘ排出速度は１．５１×１０−０４  ｍｇ  ＮＯｘ／ｃａｌ（０．０８４  ｌｂ  ＮＯｘ／ＭＭ  ＢＴＵ）で燃焼されたと決定された。
【００６２】
比較実施例１
プロピレンフィードからアクリル酸を製造し、実施例１と同一の水平３段階熱オキシダイザーを使用する同一の工業化学プロセスにおいて、熱オキシザイザーの運転が、減少されたＮＯｘ排出を達成するために本発明の方法に従い調整された。具体的な運転は次の通りである：
【００６３】
商業用パイプラインからの天然ガスが燃焼燃料流れ１２として使用され、３６，３０６リットル／分（１２８２ｓｃｆｍ）の速度で一次燃焼帯に注入された。周囲温度大気は、酸化剤流れ１０として使用され、６４６，２６２リットル／分（２２，８２０ｓｃｆｍ）の速度で一次燃焼帯２２に注入され、４３１，０３０リットル／分（１５，２２０ｓｃｆｍ）の速度で二次廃棄物分解帯２６に注入された。火室温度は平均して８６２℃（１５８３°Ｆ）でありスタック３０の酸素レベル（湿式で測定して）は３モル％であった。６０℃（１４０°Ｆ）において、９８モル％の不活性物（例えば、窒素、水、二酸化炭素、酸素およびアルゴン）、０．９モル％の脂肪族炭化水素（例えば、プロピレン、プロパン）および１．１モル％の他の反応性廃物成分（例えば、一酸化炭素、酢酸、アクロレイン等）を含むガス状廃棄物流れ１４が焼却炉に提供され、２モル％の合計反応性廃棄物成分供給原料濃度を得た。廃棄物流れ１４は、ティー１５において二つの部分に分離され、第１部分は６５８，７２３リットル／分（２３，２６０ｓｃｆｍ）の速度で１２穴円周ディストリビューターを通して一次廃棄物分解帯（点２５において、酸化剤注入点２１の約０．７６メートル（２．５フィート）下流に配置されている）に注入され、第２部分は３２９，３６２リットル／分（１１，６３０ｓｃｆｍ）の速度で３０穴円周ディストリビューターを通して二次廃棄物分解帯（点３１において、廃棄物流れ注入点２１の約０．７６メートル（２．５フィート）下流に配置されている）に注入された。結果として生じたＮＯｘ排出速度は、７．２×１０−０５  ｍｇ  ＮＯｘ／ｃａｌ（０．０４０  ｌｂ  ＮＯｘ／ＭＭ  ＢＴＵ）で燃焼されたと決定され、これは実施例１のベースロードの場合と比較して５０％を超えるＮＯｘ排出減少を示す。従って、本発明の方法は、廃棄物分解プロセスからＷＯＧ排出の有意な減少を提供することを示すものであり得る。
【００６４】
ここで記載された本発明は、それ故、目的を遂行し、既述した目的物および利点、ならびに本明細書での本質的なその他のものを達成するのに十分適合される。本発明の幾つかの目下好ましい態様が開示目的のために与えられたが、詳細な手順の多くの変更が望ましい結果を達成するためになされ得る。例えば、本発明は、任意の工業プロセス廃棄物流れを取り扱うことを伴うことができ、これはプロセスの一部として廃棄物分解を包含する。更に、本発明は、工業化学プロセス廃棄物流れ、例えば（メタ）アクロレイン、シアン化水素、（メタ）アクリロニトリル、（メタ）アクリル酸、無水フタル酸、無水マレイン酸および他の同様な生成物の製造において生産されるもの、を取り扱うのに特に十分適したものであることが明らかであろう。追加的に、幾つかの態様において、先行技術ＷＯＧ排出減少技術、例えば低ＮＯｘバーナーおよび選択的触媒還元系、を本発明の方法と組み合わせることが有益であると想像される。これらのおよび他の同様な変更は、当業者に容易に示唆されるであろうし、本明細書において開示された本発明の及ぶところおよび添付の特許請求の範囲の範囲内に包含されることが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】図１は、水平多段熱オキシダイザーに適用される場合の本発明の一態様の概略を図示する。
【図２】図２は、垂直多段熱オキシダイザーに適用される場合の本発明の一態様の概略を図示する。
【符号の説明】
【００６６】
１０    酸化剤流れ
１１    ティー
１２    燃焼燃料流れ
１３    補充酸化剤流れ
１４    廃棄物流れ
１５    ティー
１７    補充廃棄物流れ
２１    添加点
２２    一次燃焼帯
２３    添加点
２４    一次廃棄物分解帯
２５    第１廃棄物分解帯廃棄物流れ添加点
２６    二次廃棄物分解帯
２８    熱回収蒸気ボイラー（ＨＲＳＧ）
３０    排出流れスタック
３１    点
３２    排出流れ
１０２  水性廃棄物流れ
１１０  酸化剤流れ
１１２  燃焼燃料
１１４  廃棄物流れ
１１７  補充酸化剤流れ
１１８  インレットライン
１２０  熱オキシダイザー
１２２  一次燃焼帯
１２４  廃棄物分解帯
１２７  注入点
１２８  熱回収蒸気ボイラー（ＨＲＳＧ）
１３０  排出流れスタック
１３２  排出流れ
【図１】
2004167486.tif 000003
【図２】
2004167486.tif 000004
【外国語明細書】
2004167486000001.pdf
2004167486000002.pdf
2004167486000003.pdf
2004167486000004.pdf