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Dokumentenidentifikation DE102005030230B3 22.03.2007
Titel Vorrichtung zur Behandlung von organischen Substanzen
Anmelder Forschungszentrum Karlsruhe GmbH, 76133 Karlsruhe, DE
Erfinder Abeln, Johannes, 76351 Linkenheim-Hochstetten, DE;
Kluth, Manfred, 76689 Karlsdorf-Neuthard, DE
DE-Anmeldedatum 29.06.2005
DE-Aktenzeichen 102005030230
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 22.03.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 22.03.2007
IPC-Hauptklasse C07B 33/00(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse B01J 3/00(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   C02F 1/72(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   A62D 3/00(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   B09B 3/00(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   
Zusammenfassung Vorrichtung zur Behandlung von organischen Substanzen in einer überkritischen wässrigen Lösung in einem Reaktor (1), in dem eine Innenwandung (6) ein Innenvolumen (5) umschließt. Aufgabe ist es, eine Vorrichtung der vorgenannten Art vorzuschlagen, welche sich einerseits durch eine erheblich verbesserte Korrosionsbeständigkeit des Reaktorgefäßes, insbesondere der Innenwandung und andererseits durch eine vereinfachte Handhabung auszeichnet. Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass in das Innenvolumen eine hohlwandige Kartusche (11) mit einer fluiddichten äußeren Wandung (12) und einer fluiddurchlässigen inneren Wandung (13) angeordnet ist, wobei sich zwischen einer inneren und einer äußeren Wandung ein Schwitzwasservolumen (14) mit einer Schwitzwasserzufuhr (15) erstreckt, die innere Wandung eine Reaktionszone (16) umschließt, die mit einer Oxidationsmittelzufuhr (7), einer Schadstoffzufuhr (8) sowie einem Reaktorablauf (9) versehen ist.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Behandlung von organischen Substanzen gemäß dem ersten Patentanspruch.

Die Behandlung von organischen Stoffen in überkritischem Wasser gewinnt in jüngster Zeit insbesondere für die Behandlung von Schadstoffen zunehmend an Bedeutung. Ziel dabei ist es, neue umweltfreundlichere Verfahren zur Behandlung von Abwässern, zur Oxidation von Schadstoffen und neuerdings auch zur energetischen Nutzung von Abfallbiomasse, Pflanzenresten und anderen Edukten wie Klärschlämme u. Ä. zu entwickeln. Auch die Durchführung von üblichen chemischen Reaktionen, insbesondere Konversion zu Brenngasen in überkritischem Wasser wird intensiv untersucht.

Der überkritische Zustand des Wassers stellt sich erst bei Drücken höher als 221 bar und Temperaturen höher 374°C ein. Oft werden Temperaturen um die 600°C eingesetzt, womit eine Teer- und Rußbildung, die bei der Oxidation organischer Stoffe mit Luft oder reinem Sauerstoff bevorzugt auftreten, wirksam unterdrückbar wird. Reaktionen von organischen Stoffen mit Wasser (Oxidation ohne Luftsauerstoff) verlaufen dagegen weit weniger intensiv. Dennoch kann es bei einigen bestimmten zu oxidierenden Edukten zu einer bevorzugten Bildung von Teer, Koks und Ruß kommen, wenn ein gewisser Anteil des Kohlenstoffs im Edukt nicht vollständig umsetzt wird. Die genannten unerwünschten Nebenprodukte der Reaktion bilden sich dabei bevorzugt als Mischung und werden der Einfachheit halber als Feststoffe bezeichnet. Diese Feststoffe reichern sich bevorzugt im Reaktionsraum sowie in den Ableitungskanälen an und führen mit zunehmender Menge zu einer zunehmenden Beeinträchtigung des Reaktionsflusses bis hin zu Verstopfungen, d.h. zu Betriebsstörungen.

Beim Schadstoffabbau in überkritischem Wasser (SCWO-Verfahren) sind zudem die Reaktorwandungen einem massiven Angriff korrosiver Spezies ausgesetzt. Ferner kommt es zu Ausfällungen von Salzen, was nach einer bestimmten Betriebszeit ebenfalls zu Verstopfungen führen kann. Weiterhin muss dem Prozess Wärme im oberen Teil des Reaktors zugeführt werden, wozu auch entstehende Oxidationswärme nutzbar ist. Ferner sind Ablagerungen am Einlassrohr (Zuleitung) für das Abwasser oder die zu oxidierenden Substanzen in den Reaktor zu erwarten, die ebenfalls ein Störpotential bilden. Für eine Sicherstellung von Wartungs- und Reinigungsintervallen werden daher zwei oder mehr Reaktoren parallel vorgehalten und im Wechsel in den Prozess eingebunden.

In der DE 102 17 165 B4 wird beispielhaft eine Vorrichtung zur Behandlung von organischen Stoffen mit überkritischem Wasser offenbart, bei dem zur Vermeidung von Korrosion an der Reaktorwandung ein vorzugsweise zylinderförmiges perforiertes einwandiges Trennelement eingesetzt ist, durch das ein Teil eines Produktstroms erfolgt.

Ausgehend davon liegt die Aufgabe der Erfindung darin, eine Vorrichtung zur Behandlung von organischen Substanzen in Abwässern mittels Oxidation in überkritischem Wasser der vorgenannten Art vorzuschlagen, welche sich einerseits durch eine erheblich verbesserte Korrosionsbeständigkeit des Reaktorgefäßes, insbesondere der Innenwandung und andererseits durch eine vereinfachte Handhabung auszeichnet.

Die Aufgabe wird mit einer Vorrichtung zur Behandlung von organischen Substanzen mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Unteransprüche geben dabei vorteilhafte Ausgestaltungen wieder.

Die Vorrichtung umfasst ein Reaktorgefäß zur Durchführung der Reaktion, in dem eine Innenwandung ein Innenvolumen umschließt.

Die Aufgabe wird durch einen Einbau in Form einer Kartusche in den Reaktor gelöst. Wesentlich hierbei ist, dass in dem Innenvolumen eine hohlwandige Kartusche mit einer fluiddichten äußeren Wandung und einer fluiddurchlässigen inneren Wandung eingesetzt ist, wobei sich zwischen einer inneren und einer äußeren Wandung ein Kartuschenhohlraum erstreckt. Die innere Wandung umschließt die eigentliche Reaktionszone (Reaktionsraum) für die Behandlung der organischen Substanzen. Der Kartuschenhohlraum weist eine Fluidzufuhr zur Einleitung eines Fluides auf, wobei das Fluid den Kartuschenhohlraum durch die fluiddurchlässige Wandung, vorzugsweise über die gesamte Wandungsfläche in Richtung der Reaktionszone wieder verlässt.

Durch einen flächigen Austritt eines Fluides an der inneren Wandung ist diese durch das Fluid benetzbar, wobei die Benetzung während eines Reaktionsablaufs in vorteilhafter Weise eine Korrosionsschutzschicht für die innere Wandung bildet.

Wird die Vorrichtung zur superkritischen Nassoxidation von organischen Schadstoffen in der Reaktionszone herangezogen, wird als Fluid Schwitzwasser eingesetzt, welches über die innere Wandung in die Reaktionszone eindringt und dabei die innere Wandung korrosionshemmend benetzt. Das durch die Reaktion laufend mit aufgenommene Schwitzwasser wird als Wasserverlust durch die Fluidzufuhr (Schwitzwasserzufuhr) durch einen kontinuierlichen Schwitzwasserfluss kompensiert.

Die Begrenzungen des Reaktionsraums werden durch Reaktorwandungen, d.h. überwiegend durch die vorgenannte innere Wandung der Kartusche gebildet, wobei in vorteilhafter Weise die Kartuschenseitigen Begrenzungen auf vorgenannter Weise durch Korrosion geschützt sind.

Ein zweiter Vorteil der Erfindung liegt in der Aufgabentrennung von Kartusche als Korrosionsschutz und als Schwitzwassergekühltes Hitzeschild für die Wandungen des Reaktorgefäßes einerseits und der Wandungen des Reaktorgefäßes zur Aufnahme des Reaktionsdrucks andererseits, wobei die Wandungen in vorteilhafter Weise durch die Schwitzwasserkühlung auf ein erheblich abgesenktes Temperaturniveau abgekühlt sind und allein dadurch eine im Vergleich zur Warmfestigkeit (bei erhöhten Temperaturen) erhöhte Festigkeit und damit Standzeiten aufweisen.

Ein Korrosionsschutz ist insbesondere dann erforderlich, wenn die zu behandelnden organischen Substanzen oder wässrigen Lösungen Salze enthalten. Diese fallen bei einer superkritischen Nassoxidation aus, führen dabei einerseits zu Verstopfungen, indem sie sich an der Reaktorwandung absetzen und begünstigen andererseits oftmals auch Korrosion. Insbesondere Halogenide, aber auch Sauerstoffsäuren, saure Salze oder starke Alkalien zeigen bezüglich der Reaktorwandung ein korrosives Verhalten.

Der Reaktionsraum weist zusätzlich Anschlüsse für eine Oxidationsmittelzufuhr, eine Schadstoffzufuhr sowie einen Reaktorablauf auf. Konstruktiv sind diese an Wandungsbereichen angeordnet, die durch die Kartusche nicht abgedeckt sind. Die Oxidationsmittelzufuhr dient der Zufuhr eines Oxidationsmittels, vorzugsweise Sauerstoff, in die Reaktionszone. Die Schadstoffzufuhr dient der Zufuhr der zu behandelnden organischen Substanzen, beispielsweise in der Form von Abwasser als wässriger Lösung oder Suspension. Über beide genannten Zufuhren können zusätzliche Hilfsstoffe wie Katalysatoren oder Hilfsbrennstoffe zur Beschleunigung der Reaktion eingemischt werden. Der Reaktorablauf dient der Abführung des Reaktionsprodukts als Fluid aus der Reaktorzone. Vorzugsweise sind die Zufuhren und der Ablauf auf gegenüberliegenden Wandungsbereichen, d.h. beidseitig, vorzugsweise oben und unten der Reaktionszone angeordnet, wobei die Kartusche mindestens diese beiden Wandungsbereiche nicht abdeckt und mit Durchbrüchen versehen ist.

Zwischen Innenwandung des Innenvolumens und äußerer Wandung der Kartusche kann sich ein Ringspaltvolumen erstrecken, in der ebenfalls Korrosion und/oder Ablagerung von festen Bestandteilen stattfinden kann. Vorzugsweise wird dieses Ringspaltvolumen als Spaltwasservolumen durch ein Spaltwasser durchströmt, wobei die Spaltwasserzufuhr und der Spaltwasseraustritt für einen Spaltwasserstrom so angeordnet sind, dass eine Durchströmung des gesamten Spaltwasservolumens den Spaltwasserstrom, vorzugsweise im stationären Betrieb (d.h. ohne zeitliche Strömungsänderungen) ermöglicht wird. In einer technischen Umsetzung schließt die Kartusche vorzugsweise nicht bündig mit einer, vorzugsweise der oberen Reaktorwand ab, so dass ein Spalt entsteht, durch den Wasser in die Reaktionszone eintritt, das das (vorzugsweise) obere Reaktorvolumen durchmischt und so Ablagerungen besser vermeiden kann.

Durch den Spalt zwischen Innenwandung des Reaktors und Außenwand der Kartusche, die nicht porös ist, wird somit ebenfalls Wasser (Spaltwasser) in die Reaktionszone eingespeist, das speziell beim Starten den Zündvorgang des Reaktionsgemisches im Rahmen einer überkritischen Wasseroxidation (Supercritical Water Oxidation, SCWO) unterstützen kann, das im Betrieb die Restwärme nutzen kann, das durch Einspeisen größerer Mengen kalten Wassers zum Quenchen dient, also auch die Reaktorwand (Innenwandung) vor Überhitzung schützt, das vor allem aber der Durchmischung des Reaktorvolumens oder Teile davon (insbesondere im Bereich der Einspeisung in die Reaktionszone) dient und damit Ablagerungen an der Abwasser-Zuleitung vorbeugt.

Durch den Einbau der Kartusche ist die Innenwandung des Reaktors zweifach vor Korrosion geschützt. Während sie beim Einbau nur einer durchlässigen Wand insbesondere bei deren Bruch dem Angriff korrosiver Spezies ausgesetzt ist, schützt hier der Spaltwasserstrom zusätzlich vor Korrosion im Schadensfall. Ein Teil der Wärme lässt sich durch Wärmetausch zurückgewinnen und über die Schwitz- und Spaltwasserströme wieder in die Reaktionszone wieder einbringen, was durch geeignete Segmentierungen (des Kartuschenvolumens und damit der fluiddurchlässigen inneren Wandung) des Schwitzwasserflusses gesteuert werden kann.

Weitere Vorteile der Bauform mit eingesetzter Kartusche liegen in der modularen Bauweise, wobei besonders auf die einfache Austauschbarkeit der Kartusche hingewiesen wird.

In dem Reaktorablauf der Vorrichtung nachgeschalteten Separatoren werden feste von der flüssigen und Gas-Phase getrennt. Bei geeignetem Druck, der über die Gasphase eingestellt werden kann, erhält man neben einer wässrigen eine flüssige CO2 Phase, die aus dem Separator abgeführt werden kann.

Die Erfindung nutzt neben den o.g. Komponenten ein System von 2 oder mehr parallelen Reaktoren, um kontinuierlichen Betrieb auch dann zu gewährleisten, wenn ein Reaktor aus dem Betrieb genommen werden muss, etwa durch Wartungsarbeiten. Das der Erfindung zu Grunde liegende Verfahren nutzt die Komponenten Feedsystem, Vorwärmer/Wärmetauscher, mindestens zwei parallele Reaktoren mit den vorgenannten Kartuschen-Einbauten, nachgeschaltete Separatoren und Systeme zur Kohlendioxidabtrennung als Bestandteile. Es arbeitet typischerweise bei für Wasser überkritischen Drücken und Temperaturen. Die Oxidation im Reaktor kann vorteilhaft bei 25 MPa und einer Reaktionstemperatur von 700–800°C durchgeführt werden.

Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen mit folgenden Figuren näher erläutert. Es zeigen

1 eine schematische Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels sowie

2 ein Ausführungsbeispiel, dargestellt mit Peripheriegeräten und nachgeschalteten Separatoren.

Der Reaktor 1 der in 1 dargestellten Ausführungsform ist um eine vertikale Symmetrielinie rotationssymmetrisch aufgebaut. Die Wandungen des Reaktors werden durch ein einseitig durch einen Boden 3 geschlossenes, den Reaktionsdruck aufnehmendes Rohrsegment 2 und einen das offene Ende verschließenden Deckel 4 gebildet, wobei die Innenwandungen 6 das Innenvolumen 5 des Reaktors 1 umschließen. Das Innenvolumen weist je eine Oxidationsmittelzufuhr 7 und eine Schadstoffzufuhr 8 im Boden 3 sowie einen Reaktorablauf 9 im Deckel 4 auf, wobei der Deckel vorzugsweise unten und der Boden oben angeordnet sind. Oxidationsmittelzufuhr 7, Schadstoffzufuhr 8 und Reaktorablauf 9 sind im Ausführungsbeispiel als Rohre koaxial zum Innenvolumen 5 ausgeführt, wobei die Rohre von Oxidationsmittelzufuhr 7 (Inneres koaxiales Rohr zur Oxidationsmittel(Sauerstoff)-Einspeisung) und Schadstoffzufuhr 8 (Äußeres koaxiales Rohr zur Einspeisung von Abwasser und Hilfsbrennstoff wie z.B. Ethanol) bevorzugt koaxial zueinander angeordnet sind (vgl. 1).

Für eine exakte Dosierung von Abwasser und Hilfsbrennstoff kann die Schadstoffzufuhr 8 auch mehr als eine Einleitung (realisierbar vorzugsweise über nicht dargestellte drei anstelle zwei koaxiale Zufuhrrohre, inkl. Oxidationsmittelzufuhr) ggf. mit Mehrstoffdüsen aufweisen.

Im Innenvolumen ist koaxial zum Reaktor 1 die hohlwandige Kartusche 11 im Innenvolumen 5 angeordnet. Die Kartusche umfasst ein die Reaktionszone 16 umschließendes Hohlrohr, dessen äußere Wandung 12 aus einem hochwarmfesten Material und dessen innere Wandung 13 fluiddurchlässig aus porösem Material, vorzugsweise mit einer Porengröße zwischen 5 und 100 &mgr;m, besteht. Die äußere Wandung 12 der Kartusche 11 ist beim Ausführungsbeispiel aus einem Chom-Nickel-Stahl (Edelstahl) gefertigt, vorzugsweise aber aus einer Hochtemperaturlegierung wie einer Inconel- oder Incoloy-Legierung oder einer Nickelbasislegierung, oder aber auch vollständig aus Titan. Sie kann, wenn sie nicht vollständig aus Titan gefertigt ist, zusätzlich mit einem Liner, etwa aus Titan, ummantelt (außen beschichtet) sein. Die innere Wandung 13 besteht aus einem porösen, bevorzugt hochwarmfesten Material oder – wie im Ausführungsbeispiel – aus einer gesinterten Edelstahlfritte, das für das Schwitzwasser zuverlässig und über die gesamte Fläche der inneren Wandung gleichermaßen durchlässig ist. Beide Wandungen sind als Rohre koaxial im Innenvolumen ausgerichtet und oben dicht zusammen gefügt (Reaktorwandungsabschluss 10), vorzugsweise miteinander verschweißt.

Der Hohlraum der Hohlrohrwandung ist das Schwitzwasservolumen 14, welches oben mit einem Rohrwandungsabschluss 10 abschließt und unten an eine Schwitzwasserzufuhr 15 im Deckel 4 angeschlossen ist. Dabei ist die Kartusche am unteren Deckel 4 z.B. über einen Schraubverschluss so befestigt, dass ein Fluid wie etwa Wasser ohne weitere Anschlüsse oder Dichtungen in das Schwitzwasservolumen einspeisbar ist und als Schwitzwasser durch die poröse, innere Wandung 13 in die Reaktionszone 16 wieder austritt. Dadurch wird an der porösen inneren Wandung der Kartusche ein Schwitzwasserfilm 19 oder eine axial von der inneren Wandung weggerichtete Kraft gebildet, so dass die Wand vor Ablagerungen und Korrosion durch aggressive Spezies geschützt ist.

Gleichzeitig dient die Kartusche 11 als ein interner Gegenstrommischwärmetauscher. Ein Teil der Reaktionswärme aus dem unteren Bereich der Reaktionszone 16 (nahe dem Reaktorablauf 9) vom Schwitzwasser über den Schwitzwasserfilm 19 aufgenommen im Schwitzwasservolumen 16 und zum oberen Teil des Reaktors (nahe der Zufuhren 7 und 8) transportiert, wo es als heißes Schwitzwasser durch die poröse innere Wandung 13 (Membran) tritt und die Oxidationsreaktion unterstützt.

Die Länge der Kartusche 11 ist beim Ausführungsbeispiel so bemessen, dass sie exakt in das Innenvolumen 5 passt, wobei zwischen Rohrwandungsabschluss 10 und Innenwand des Bodens 3 einerseits und zwischen Innenwandung 6 und äußere Wandung 12 andererseits ein kleiner Spalt frei ist. Das durch den Spalt entstandene Spaltwasservolumen 17 bildet einen Verbindungskanal für Spaltwasser von einer Spaltwasserzufuhr 18 zur Reaktionszone 16 im Bereich des Rohrwandungsabschlusses 10. Dieses Spaltwasser kann bei geringer Flussrate und hoher Temperatur das Starten des Prozesses unterstützen. Bei laufendem Prozess schützt es die Innenwandung 6 des Rohrsegments 2 vor Korrosion. Eine weitere, wesentliche Funktion ist die Durchmischung des oberen Reaktorvolumens, insbesondere die Vermeidung von Ablagerungen am koaxialen Einspeiserohr für Abwasser und Oxidans. Weiterhin kann im Fall einer Überhitzung durch Einspeisung großer Mengen kalten Wassers der Reaktor nachhaltig vor Übertemperaturen gesichert werden.

2 gibt ein Ausführungsbeispiel des Reaktors 1 mit Peripheriegeräten und nachgeschalteten Separatoren wieder.

Die Peripheriegeräte umfassen je eine Hochdruckpumpe für das Oxidationsmittel 20, für das zu behandelnde Abwasser 21, den vorgenannten Hilfsbrennstoff 22, das Spaltwasser 23 und das Schwitzwasser 24, wobei der Oxidationsmittel-, Spaltwasser- und Schwitzwasserfluss durch je einen Vorwärmer 25, 26 bzw. 27 vor Eintritt in den Reaktor temperierbar sind. Wie schematisch dargestellt können optional das Oxidationsmittel, das zu behandelnde Abwasser sowie der Hilfsbrennstoff bereits vor Eintritt in den Reaktor gemischt werden und über eine einzige Zufuhrleitung 28 anstelle der vorgenannten koaxial ineinander angeordneten Zufuhrrohre in das Innenvolumen des Reaktors eingeleitet werden. Außerdem kann in einer bevorzugten Ausführungsform die Reaktonswärme im Reaktorablauf 9 zur Vorwärmung der vorgenannten Ausgangsfluide genutzt werden. In 2 ist beispielhaft der Vorwärmer 27 als Kreuzstromwärmetauscher zur Temperierung des Schwitzwasserstroms konzipiert. Der Reaktionsproduktstrom wird dabei abgekühlt. Weitere Temperaturminderung kann mit einem nicht dargestellten nachgeschalteten Kühler oder Wärmeüberträger erfolgen.

Der noch unter Druck stehende Reaktionsproduktstrom 29 (vgl. auch 1) wird zunächst einem Fest-Flüssig/Gas-Separator 30 zur Abspaltung der festen Reaktionsprodukte 31 von der Gas/Flüssigphase 32 zugeführt. Die Gas/Flüssigphase wird einem zweiten Gas-Flüssig-Separator 33 zugeführt, in dem im Rahmen des Ausführungsbeispiels eine Abtrennung des Kohlendioxids 34 (CO2) und den Restgasen 35 (Abgas) und einer flüssigen, wässrigen Phase 36 erfolgt. Dabei kommt vorzugsweise ein Gas-Flüssig-Separator zur Anwendung, der – wie auch schematisch in 2 wiedergegeben – unten einen Ablass für die wässrige Phase, im mittleren bis oberen Teil einen Auslass für das CO2 und oben einen Ausgang für die Gasphase (Restgase) besitzt und innen mit einer geeigneten Packung beschickt ist, etwa metallische Ringe. Zwischen den beiden genannten Separatoren kann eine erste Druckminderung eingebaut sein, die eine weitere Abkühlung bewirkt und andererseits einen geeigneten Druck einstellbar macht, der das CO2 flüssig hält und eine genügend große Dichtedifferenz zum Wasser bestehen lässt, so dass eine optimale Ausbeute an abgetrenntem CO2, das dann z.B. in Druckflaschen aufgefangen werden kann, erreicht wird.

Bevorzugte Betriebsparameter zum Betrieb der vorgenannten Vorrichtung, speziell der beschriebenen Ausführungsformen, sind ein Druck in der Reaktionszone von 25 MPa (250 bar) und eine Reaktionstemperatur zwischen 700 bis 800°C. Bevorzugte Massenstromverhältnisse (in kg/h) bei einem Betrieb liegen bei 100:10:50:10:1 für die Massenströme (in 1 und 2 dargestellt durch Pfeile) von Schadstoff (Feed) zu Hilfsbrennstoff zu Sauerstoff zu Schwitzwasser zu Spaltwasser.

Eine Zufuhr von Sauerstoff als bevorzugtes Oxidationsmittel erfolgt zwischen 350 und 650°C, bevorzugt bei ca. 600°C, von Schwitzwasser zwischen 200 und 500°C, bevorzugt zwischen 300 und 400°C, von Spaltwasser zwischen 400 und 700°C, bevorzugt bei ca. 600°C, zum Zünden der Reaktion und danach typischerweise zwischen 10 und 80°C, bevorzugt bei Raumtemperatur (25°C) sowie von Schadstoffstoff mit oder ohne Hilfsbrennstoff zwischen 10 und 500°C, bevorzugt bei Raumtemperatur statt. Zur Kontrolle der Reaktorinnentemperatur sollte der organische Schadstoffanteil maximal 10% Kohlenstoff enthalten.

1
Reaktor
2
Rohrsegment
3
Boden
4
Deckel
5
Innnenvolumen
6
Innenwandung
7
Oxidationsmittelzufuhr
8
Schadstoffzufuhr
9
Reaktorablauf
10
Rohrwandungsabschluss
11
Kartusche
12
äußere Wandung
13
innere Wandung
14
Schwitzwasservolumen
15
Schwitzwasserzufuhr
16
Reaktionszone
17
Spaltwasservolumen
18
Spaltwasserzufuhr
19
Schwitzwasserfilm
20
Hochdruckpumpe für das Oxidationsmittel
21
Hochdruckpumpe für das Abwasser
22
Hochdruckpumpe für den Hilfsbrennstoff
23
Hochdruckpumpe für das Spaltwasser
24
Hochdruckpumpe für das Schwitzwasser
25
Vorwärmer für den Oxidationsmittelfluss
26
Vorwärmer für den Spaltwasserfluss
27
Vorwärmer für den Schwitzwasserfluss
28
Zufuhrleitung
29
Reaktionsproduktstrom
30
Fest-Flüssig/Gas-Separator
31
Feste Reaktionsprodukte
32
Gas-/Flüssigphase
33
Gas-Flüssig-Separator
34
Kohlendioxid
35
Restgas
36
wässrige Phase


Anspruch[de]
Vorrichtung zur Behandlung von organischen Substanzen in einer überkritischen wässrigen Lösung in einem Reaktor (1), in dem eine Innenwandung (6) ein Innenvolumen (5) umschließt,

wobei

in das Innenvolumen eine hohlwandigen Kartusche (11) mit einer fluiddichten äußeren Wandung (12) und einer fluiddurchlässigen inneren Wandung (13) angeordnet ist, wobei sich zwischen einer inneren und einer äußeren Wandung ein Schwitzwasservolumen (14) mit einer Schwitzwasserzufuhr (15) erstreckt, die innere Wandung eine Reaktionszone (16) umschließt, die mit einer Oxidationsmittelzufuhr (7), einer Schadstoffzufuhr (8) sowie einen Reaktorablauf (9) versehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Innenvolumen und die Kartusche rotationssymmetrisch um eine vertikale Symmetrielinie angeordnet sind. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei die innere und die äußere Wandung (13, 12) als koaxial zueinander angeordnete rohrförmige Flächen und der Kartuschenhohlraum (14) als Ringspaltvolumen mit zwei Enden gestaltet sind. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei der Reaktorablauf (9) an einem Ende und die Oxidationsmittelzufuhr (7) und die Schadstoffzufuhr (8) am anderen Ende des Innenvolumens (5) angeordnet sind. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei das eine Ende unten und das andere Ende oben am Innenvolumen angeordnet ist. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei die Schwitzwasserzufuhr (15) in den Kartuschenhohlraum (14) an einem Ende einmündet, der Kartuschenhohlraum am anderen Ende verschlossen ist sowie die Schwitzwasserabfuhr aus den Kartuschenhohlraum (14) durch die innere Wandung (13) gebildet wird. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei sich zwischen äußerer Wandung (12) und der Innenwandung (6) ein Spaltwasservolumen (17) mit einer Spaltwasserzufuhr (18) befindet. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Spaltwasserzufuhr (18) nahe dem einen Ende in das Spaltwasservolumen (17) ausmündet und am anderen Ende des Spaltwasservolumens ein Spalt zwischen Kartusche (11) und Innenwandung (6) vorliegt. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei die Kartusche (11) von unten in das Innenvolumen (5) eingesetzt ist.






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