CZ20032257A3 - Způsob a zařízení pro úpravu kalu - Google Patents

Description

Oblast techniky

Předkládaný vynález se týká obecně způsobu a zařízení pro úpravu kalu, přičemž zejména se týká způsobu a zařízení 5 pro úpravu kalu majícího v sobě přimíchané částice zahrnující kov, oxid kovu nebo hydroxid kovu.

I Dosavadní stav techniky

Kal nebo kaše, mající v sobě přimíchané odpadní materiály, představuje pro současný průmysl problém. V kovozpracujícím průmyslu neexistuje žádný vhodný způsob úpravy kalu z koksoven, vysokých pecí, konvertorů a válcovacích stolic, který obsahuje například olejem znečištěné okuje a hydroxidy z moření. Ve většině případů 15 jsou' tyto materiály ukládány do nějakých meziskladů nebo odváděny pro zavezení zeminou. Další oblastí, ve které je rovněž aktuální problém s opětovným získáváním materiálů, jepetrochemický průmysl, ve kterém se vytváří odpadní produkt ve formě kalu.

Tlak veřejnosti, regulačních orgánů a zákazníků na nalézání nových řešení se nepřetržitě zvyšuje. Dřívější řešení se zavážením zeminou není již proveditelným a možným . řešením a v mnoha zemích je dokonce nezákonné. Existující techniky konverze a opětovného získávání jsou velmi nákladné.

Z ekonomického hlediska a z hlediska životního prostředí je opětovné získávání či využití materiálu často výhodným řešením pro výše zmiňovaný problém péče o odpadní materiály. Toto obnovování zdrojů ale často znamená provádění nějakého typu vnějšího zpracování, což má za následek • · • · transport do provozoven a k procesům, které jsou mimo obvyklý řetězec zpracování.

Známé řešení těchto problémů je tabletování nebo briketování odpadního materiálu pro následné plnění do pece.

Toto řešení je ale spojeno s problémem dodatečných nákladů na samostatnou provozovnu pro sušení a následné tabletování odpadního materiálu.

Patentový dokument DE 24 60 799 popisuje způsob spalování oleje obsahujícího kovové částice. Cílem popisovaného postupu je destrukce oleje při současném vyloučení nežádoucích vypouštěných částic. Hoření spoléhá výhradně na energii dodanou samotným olejem.

Patentový dokument DE 42 41 283 popisuje způsob 15 zplynování, ve kterém jsou opětovně získávány či obnovovány částice. Není zajišťován samostatný palivový zdroj.

Cílem předkládaného vynálezu je navrhnout zlepšený ......- způsob· a zařízení pro úpravu kalu, přesněji tedy způsob a · ·'·· zařízení pro úpravu kalu majícího v sobě přimíchané částice· zahrnující kov, oxid kovu nebo hydroxid kovu, přičemž budou vyloučeny nebo alespoň omezeny výše zmiňované nevýhody známých technik.

Podstata vynálezu

Předkládaný vynález je založen na zjištění, že vlhký materiál může být přiváděn přímo do plamene hořáku, přičemž se provádí odpařování a jsou taveny částice obsahující kov.

Podle prvního aspektu předkládaného vynálezu je navržen způsob úpravy kalu, který je definován v připojeném

Ω patentovém nároku 1.

Je tedy navržen způsob úpravy kalu, přičemž tento kal má kapalnou část a v ní promíchané částice obsahující kov, přičemž tyto částice zahrnují kov, oxid kovu nebo hydroxid kovu, který zahrnuje následující kroky:

a) rozprašování kalu;

b) přivádění rozprašovaného kalu do plamene hořáku umístěného v peci;

c) odpařování kapalné části uvedeného kalu prostřednictvím uvedeného plamene při současném udržování tohoto plamene prostřednictvím samostatného přívodu paliva; a

d) roztavení alespoň části uvedených částic obsahujících kov prostřednictvím uvedeného plamene.

Podle druhého aspektu předkládaného vynálezu je η η y r 7 q η n v m γ~ Ί 7 o n i ta. <a i in r a τγπ V ci 1 η V- 4- ω v~ ó, -ΐ ° 1Π O V Δ ΓΊ. O V připojeném patentovém nároku 8.

Je tedy navrženo zařízení pro úpravu kalu, které zahrnuje:

. - kontejner pro kal mající kapalnou část a v ní promíchané částice obsahující kov, přičemž tyto částice zahrnují kov, oxid kovu nebo hydroxid kovu;

hořák mající plamen během svého provozu, přičemž tento hořák má:

palivové přívodní potrubí pro udržování uvedeného plamene, přívodní potrubí pro přivádění kalu k uvedenému plameni, a rozprašovací uspořádání pro rozprašování uvedeného kalu; a podávač zapojený mezi uvedený kontejner a uvedený hořák• ·

pro přivádění kalu z uvedeného kontejneru do uvedeného hořáku.

Se způsobem a zařízení podle předkládaného vyná-lezu jsou problémy dosavadního stavu techniky překonány nebo alespoň omezeny. Namísto toho, aby byl vyžadován samostatný krok sušení, je vlhký materiál upravován přímo v peci, čímž je dosaženo úspor nákladů na'speciální vybavení a je rovněž dosaženo kratší doby úpravy.

Předkládaný vynález bude nyní v následujícím popisu popsán prostřednictvím příkladu ve spojení s odkazy na připojené výkresy.

Přehled obrázků na výkresech

15	Obr. 1	znázorňuje schematický náčrtek zařízení, podle předkládaného vynálezu pro úpravu kalu a jiných vlhkých odpadních materiálů;
	.....Obr.2	znázorňuje pohled v řezu na hořák použitý ve způsobu podle předkládaného vynálezu; a
20	Obr. 3	znázorňuje schematický pohled z předu na hořák podle obr. 2.

Příklady provedení vynálezu

Níže bude poskytnut detailní popis způsobu a zařízení 25 podle předkládaného vynálezu. V následujícím popisu je termín kal použit pro materiál přiváděný do zařízení. Je ale zcela zřejmé, že tento termín zahrnuje další materiály, jako jsou kaše, rmuty, slizy, bláta zahrnující uhlík obsahující částice, včetně koksu, uhlí a tak dále, a olejových zbytků,

3Q odpady z výroby surové nafty, rafinérií a petrochemických průmyslů, kanalizační splašky, a tak dále. Ve výhodném

provedení je obsah kovu v kalu alespoň 5%, zvláště výhodně alespoň 20% a nejvýhodněji alespoň 50%.

Nejprve bude popsáno zařízení ve spojení s obr. 1, na kterém je znázorněno celkové schéma zařízení pro úpravu kalu a dalších vlhkých odpadních materiálů, které je na obrázku označeno obecně jako zařízení 10. Zařízení 10 je sestaveno kolem hořáku 20 nainstalovaného v boční stěně pece 30.

Hořákem je tak zvaný kyslikový-palivový hořák a je tudíž zásobován palivem skrz první přívodní potrubí 21 a kyslíkem skrz druhé přívodní potrubí 22 . Kyslíkem je v daném kontextu míněn plyn s obsahem O₂ překračujícím 21 % a výhodně tak zvaný technický kyslík mající obsah O₂ přibližně 90 až 100 %.

Kal je přiváděn k hořáku skrz třetí přívodní potrubí 23. Třetí přívodní potrubí 23 je spojeno s podávačem 40. Podávač 40 zahrnuje kontejner 42., do kterého je.přiváděn vlhký počáteční materiál ve formě kalu. Kal je veden z kontejneru 42 do uspořádání zahrnujícího podávači čerpadlo 4 5 poháněné motorem 45. Prostřednictvím podávacího čerpadla 4 5 je kal posouván k hořáku 20 s dávkováním předem stanoveným rychlostí podávacího čerpadla.

Hořák 20 je rovněž zásobován vhodným médiem pro rozprašování kalu, jako je kyslík nebo jiný plyn, a tak dále. Toto rozprašovací médium je přiváděno k hořáku ze zdroje (není znázorněn) skrz vstup 25.

V příkladném zařízení znázorněném na obr. 1 je pec 30 samostatnou jednotkou mající výstup 32 v blízkosti své spodní části pro vypouštění roztavený kov obsahující částice, opětovně získané úpravou kalu. Pec rovněž zahrnuje výfukový výstup 34 ve své horní části pro vypouštění výfukových plynů

vytvářených z odpařování a spalování kalu během hoření. U dna pece je shromažďována navážka 36, zbývající z materiálu přiváděného do pece 30 skrz hořák.

První provedení hořáku 20 bude nyní podrobněji 5 popsáno mze ve spojeni s odkazy na obr. 2 a obr. 3, přičemž obr. 2 je pohled v řezu na přední část hořáku a obr. 3 je pohled z předu. Hořák je upraven pro použití s palivem v podobě plynu, jako je propan, zemní plyn nebo butan, nebo v podobě oleje.

Hořák 20 zahrnuje hlavní část 24 , ke které jsou připojena přívodní potrubí 21, 22 a 23 a vstup 25, jak je znázorněno na obr. 1. Tato část 24 je vytvořena se v podstatě kruhovým průřezem, viz obr. 3, na kterém je detailněji patrné uspořádání přívodních potrubí 21, 22 a 2 3 . Palivo se přivádí skrz první přívodní potrubí 21, v podobě šesti ekvidistantních trubek 21a, 2lb, 21c, 21d, 2le a 2lf uložených v konstantní vzdálenosti od centrální osy hlavní části 2 4 . Kyslík se přivádí skrz druhé přívodní potrubí 22 v podobě prstencové vnější části, takže obklopuje palivo přiváděné skrz trubky 21a, 2lb, 21c, 21d, 2le a 21f. Nakonec se kal přivádí skrz třetí přívodní trubku 2 3, která je souose uložena uvnitř hořáku.

V potrubí 23 pro kal je vytvořeno rozprašovací 25 uspořádání 2 6. To funguje následujícím způsobem. Rozprašovací médium, jako je kyslík, je přiváděno do hořáku ve vstupu 25 skrz množství trubek. Tyto trubky končí v centrálním potrubí 23 pro kal a spojují se s ním pod úhlem, čímž rozprašují nebo rozdělují kal opouštějící potrubí 23.

»· ·»

Jak již bylo zmiňováno, hořák 20 je namontován v boční stěně pece 30. Ve výhodném provedení může být hořák naklopen, to jest může být umístěn v jiných úhlem vzhledem k horizontální a vertikální rovině. Různé orientace mohou být použity pro dosažení požadovaných charakteristik pro proces hoření.

V následujícím popisu bude podrobněji popsán způsob úpravy kalu podle vynálezu.

Nejprve se kal přivádí do kontejneru 42 podávače 40. Kal má výše zmiňovaný charakter, to znamená, že má kapalnou část a kov obsahující částice přimíchané do této kapalné části. Kov obsahující částice zahrnují kov, oxid kovu nebo hydroxid kovu.

Kal se převádí z kontejneru a do podávacího čerpadla

45, přičemž je pak je transportován k hořáku 2 0 prostřednictvím čerpadla 4 5. Dávkování, se kterým je kal přiváděn k hořáku, je stanoveno rychlostí podávacího čerpadla 45.

θ Činnost kyslikového-palivového hořáku 20 je řízena prostřednictvím množství paliva a kyslíku přiváděných skrz první a druhé přívodní potrubí 21 respektive 22. Přívodní potrubí jsou spojena se zdroji paliva a kyslíku (nejsou znázorněny), jak je běžné. Zdroj rozprašovacího média je rovněž spojen s hořákem prostřednictvím vstupu 25.

Nyní bude podrobněji popsána činnost hořáku ve spojení s. odkazy na obr. 2 a obr. 3, které ilustrují plynový nebo olejový hořák. Kal je přiváděn skrz centrální přívodní potrubí 23 s dávkováním, které je řízeno prostřednictvím podávacího čerpadla. Před dosažením plamene 27, vytvářeného ft · ft

směsí kyslíku a paliva a případně paliva obsaženého v kalu, je kal rozprašován prostřednictvím rozprašovacího uspořádání 26. V některých případech může být spalování udržováno prostřednictvím energie obsažené v kalu a v těchto případech je palivo, přiváděné skrz přívodní vedení 21, použito hlavně pro spuštění spalování. Kal opouštějící přední část hořáku je tedy rozdělován na malé části, což umožňuje jeho efektivní ohřívání.

Palivo se přivádí v přívodních trubkách 21a, 2lb, θ 2lo, 21d, 2le a 21f, viz obr. 3, zatímco je současně skrz prstencovou přívodní oblast, tvořenou přívodním potrubím 22, přiváděn kyslíkový obal. Směs paliva a kyslíku pak vytváří plamen 27 mající vlastnosti, jako je délka, teplota, a tak dále, které jsou řízeny přívodní rychlostí paliva a kyslíku.

Cím větší je obsah kyslíku, tím větší je dosažená teplota, což potom poskytuje teoretickou teplotu plamene přibližně 1500 °C nebo větší. Kal se tedy vstřikuje do centrální části plamene.

Jak je patrné na obr. 2, -kov obsahující částice kalu, vstřikovaného do plamene, se shlukují, což vytváří shluky větší velikosti, než jsou částice obsažení v kalu. Proces shlukování je řízen prostřednictvím několika parametrů, z nichž je možné zmínit: teplotu a rychlost plamene 27 , obsah energie nebo energetickou hustotu vstřikovaného kalu, stechiometrii, to jest poměr oxidujícího plynu ku přidávanému palivu, obsah kyslíku v oxidujícím plynu, přívodní rychlost kyslíku a přidávaného paliva, rychlost vstřikování kalu a jeho vlastnosti, dobu postupu kalu v plameni, a vlastnosti a uspořádání hořáku, jako je naklonění.

Vlhká část kalu se odpařuje vysokou teplotou plamene, což má za následek výfukové plyny stoupající skrz pec 30 a následně ji opouštějící skrz výfukový výstup 34 . Vytvořené shluky a kapíčky padají ke dnu pece 30, kde jsou přidávány k navážce 3 6. Navážka se následně použije v kapalné nebo tuhé fázi, tak jak je. Alternativně se navážka vrací do procesu.

Výše bylo popsáno výhodné provedení způsobu a zařízení podle předkládaného vynálezu. Osoba v oboru znalá snadno nahlédne, že toto provedení může být široce měněno v 'θ rozsahu připojených patentových nároků. Tak například, ačkoliv byl znázorněn a popsán kyslikový-palivový hořák 20, mohou být samozřejmě použity i jiné běžné hořáky, jako jsou plazmové hořáky nebo v některých případech vzduchové-palivové hořáky mající vysokou tepelnou účinnost.

Dále byla znázorněna a popsána pec 30 jako samostatná jednotka. Způsob podle předkládaného vynálezu je ale stejně tak aplikovatelný pro jiné typy pecí, jako jsou pece s elektrickým obloukem, indukční pece, plamenné pece, pece s elektrickým ohřevem, šachtové (vysoké) pece, kuplovny a konvertory, a tak dále.

V popisovaném provedení je také hořák umístěn v boční stěně. Lze ale snadno nahlédnout, že jsou možné i jiné vhodné polohy, jako například v horní části pece. Rovněž je možné uspořádání s více než jen jedním hořákem. Potom je možné vstřikovat rozprašovaný kal například mezi tři plameny hořáků.

V popisovaném provedení se kal přivádí do pece prostřednictvím podávacího čerpadla. Kal, přiváděný do pece, by ale rovněž mohl být volně tekoucí, a tak dále.

• ·

Bylo ilustrováno a popsáno specifické uspořádání hořáku. Je ale zcela zřejmé, že může být použito jakékoliv vhodní uspořádání hořáku, mající například jiný počet potrubí, a tak dále.

Byl popsán samostatný vstup pro rozprašovací medium Je ale zcela jasně patrné, že stejný zdroj kyslíku může být použit jak pro rozprašovací médium tak i pro zásobování hořáku.

Zastupuje :

Claims (6)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob úpravy kalu, přičemž tento kal má kapalnou část a v ní promíchané částice obsahující kov, přičemž tyto částice zahrnují kov, oxid kovu nebo hydroxid kovu, vyznačující se tím, že zahrnuje následující kroky:

   a) rozprašování kalu;

   b) přivádění rozprašovaného kalu do plamene hořáku umístěného v peci;

   c) odpařování kapalné části uvedeného kalu prostřednictvím uvedeného plamene při současném udržování tohoto plamene prostřednictvím samostatného přívodu paliva; a

   d) roztavení alespoň části uvedených částic obsahujících kov prostřednictvím uvedeného plamene.

   ]_5 2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že navíc dále zahrnuje krok:

   e) opětovného využití uvedených částic obsahujících kov v kapalné nebo tuhé fázi..

   3. Způsob podle nároku 1 nebo, vyznačující se tím, že
2. 2 0 uvedeným hořákem je kyslikový-palivový hořák.
3. 4. Způsob podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že uvedeným hořákem je plazmový hořák.
4. 5. Způsob podle kteréhokoliv z nároků 1 až 4, vyznačující

   25 se tím, že obsah kovu v uvedeném kalu je alespoň 5%, výhodně alespoň 20%, a zvláště výhodně alespoň 50%.
5. 6. Způsob podle kteréhokoliv z nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že uvedený kal je odpadním produktem procesu.

   ···· ·· φ · • · · · ♦ » · • ··· · • · ·♦·· ·· · •ί

   Ί. Způsob podle kteréhokoliv z nároků 1 až 6, vyznačující se tím, že uvedený plamen se udržuje převážně energií obsaženou v uvedeném kalu.
6. 8. Zařízení pro úpravu kalu, vyznačující se tím, že 5 zahrnuje:

   kontejner (42) pro kal mající kapalnou část a v ní promíchané částice obsahující kov, přičemž tyto částice zahrnují kov, oxid kovu nebo hydroxid kovu;

   hořák (20) mající plamen (27) během svého provozu, přičemž tento hořák má:

   palivové přívodní potrubí (21) pro udržování uvedeného plamene, přívodní potrubí (23) pro přivádění kalu k uvedenému plameni, a 15 rozprašovací uspořádání (25, 26) pro rozprašování uvedeného kalu; a

   - . podávač (45, 46) zapojený mezi uvedený kontejner a uvedený hořák pro přivádění kalu z uvedeného kontejneru do uvedeného hořáku.