CZ281997A3

CZ281997A3 - Způsob zpracování organického odpadního materiálu a zařízení k jeho provádění

Info

Publication number: CZ281997A3
Application number: CZ972819A
Authority: CZ
Inventors: Douglas J. Hallett; Kelvin R. Campbell
Original assignee: Eli Eco Logic Inc.
Priority date: 1995-03-06
Filing date: 1996-03-06
Publication date: 1998-05-13
Also published as: AU697994B2; NO974026D0; HUP9801655A2; WO1996027411A1; AU4873396A; BR9607644A; EE9700198A; EA199700210A1; NZ302633A; MX9706833A; US5704557A; CN1183053A; KR19980702870A; EP0813437A1; ZA961794B; CA2214530A1; TW255004B; PL322141A1; JPH11500955A; NO974026L

Description

Způsob -a—zařízení—ηβτ zpracování organického odpadního materiálu ΰυ íů jcko

Oblast techniky

Tento vynález se týká způsobu a zařízení na oddělování relativně těkavého materiálu od netěkavého materiálu, typicky nějaké organické složky odpadního materiálu od anorganické pevné složky odpadu. Tento způsob zahrnuje mletí odpadního materiálu v částečně ponořeném kontejneru nebo plovoucího v lázni roztaveného materiálu, aby se rozdrtil materiál, typicky aglomerát, a tepelné uvolnění relativně těkavé složky jako páry z tohoto materiálu. Zařízení zahrnuje nádobu ponořenou alespoň částečně v roztavené lázni cínu pro přenos tepla z lázně do vnitřku nádoby pro desorpci nebo uvolnění relativně těkavé složky z přiváděného nezpracovaného materiálu.

Dosavadní stav techniky

Je známé likvidovat organický odpadní materiál různými prostředky. V amerických patentech číslo 4,819,571 a 5,050,511 vydaných 11. dubna 1989 respektive 24. září 1991, jejichž popisy jsou zde zahrnuty jako odkazy, je zejména popsaná redukce organických materiálů, jako jsou polychlorované bifenyly (PCB).

Při zpracování odpadů je často žádoucí odstraiíit materiál, který se nemusí likvidovat před aktuálním procesem likvidace. Například rybniční usazeniny mohou obsahovat značná množství anorganických materiálů, jako jsou kovy a silikáty, které nevyžadují likvidaci. Zpracování těchto materiálů může vyústit ve snížení množství materiálu zlikvidovaného za časovou jednotku, růstu objemu energie protože anorganické materiály energii potřebné pro spotřebovávaj i likvidaci, tepelnou reaktoru, ve zvýšených prostojích uvnitř reaktoru rozkladového pro čištění • · · ·

- 2 a/nebo z dalších důvodů. V každém případěje často výhodné oddělit organický materiál, který se má zlikvidovat, od dalších materiálů, které se zde různě nazývají jako nereaktivní nebo inertní materiály, před zavedením organických složek do rozkladového procesu. Za předpokladu, že jsou dostatečně zbavené materiálů, které jsou považované za nebezpečné složky, mohou být takovéto inertní materiály, což jsou obecně tuhé materiály, znovu využity jako čistý výplňový materiál, nebo zlikvidovány jako neregulované materiály. Pokud jsou v inertním materiálu přítomné nebezpečné anorganické složky, mohou se recyklovat za předpokladu dalšího zpracování pro znovuzískáni kovů, nebo se mohou zlikvidovat ve vhodné zavážce.

Patent US č. 4,402,274 vydaný 6. září 1983 pro Meenan a kol., jehož obsah je zde zahrnut ve formě odkazu, popisuje způsob a zařízení na zpracování bahna kontaminovaného PCB, při kterém se bahno ohřívá za použití horkého vířivého plynu při teplotě v rozsahu 850 °C až 2.500 °C, aby se z bahna polychlorované bifenyly vyloučily. Zařízení popisuje separátor, do kterého se vylévá bahno a suší se horkým vzduchem vháněným dovnitř ode dna separátoru. Jsou vydané také příbuzné patenty US č. 4,463,691 ze 7. srpna 1984, 4,685,220 z 11. srpna 1987, 4,699,721 ze 13. října 1987, 4,778,606 z 18. října 1988 a 4,793,937 z 27. prosince 1988, jejichž všechny obsahy jsou zde zahrnuty jako odkazy.

Patent US č. 5,050,511 navrhuje pro předzpracování odpadního materiálu, který má jak organické tak i anorganické složky, krok jímání písků, nebo proces zeskelnatění, v závislosti na charakteru nereakticního materiálu, který se má vytřídit.

Dnes, pokud mají vynálezci způsobu, který je zde popsaný, povědomí, pokračuje potřeba zlepšeného stupně úpravy, při kterém budou oddělovány anorganické pevné materiály od materiálů organických, a oddělování relativně ·· ····

- 3 těkavých kovů, jako je Hg, As, Cs, od relativně netěkavého anorganického materiálu.

Níže popsaný vynález tak oslovuje podobné problémy. Nejlepší způsob a zařízení pro uskutečňování vynálezu vynálezcům obecně známé jsou popsány níže. Ukazuje se, že vynález je zejména užitečný jako stupeň předběžné úpravy v rozsáhlejším procesu, při kterém se následně zpracovávají nebo likvidují škodlivé organické materiály, a je zcela v tomto kontextu, že je popsán nejlepší způsob. Je třeba však chápat, že by způsob a/nebo zařízení mohly být velmi užitečné i v situacích, kdy budou samostatné. Tak je například možné, že by se organické materiály mohly oddělovat od anorganických pevných látek a shromažďovat pro následné průmyslové nebo komerční účely či likvidaci za využití níže popsaného vynálezu.

Podstata vynálezu

Z prvního širokého hlediska je předložený vynález způsob oddělování relativně těkavé složky aglomerátů, který má jednu pevnou složku. Tento způsob zahrnuje mletí aglomerátů v kontejneru ponořeném alespoň částečně v lázni roztaveného materiálu, aby se uvolnila relativně těkavá složka jako jeho pára. Pokud je to žádoucí nebo požadované, může se uvolněná pára zachycovat.

V kontextu tohoto vynálezu je aglomerát jakýkoli materiál, který obsahuje složku, která se může, pokud se ohřeje, uvolnit v plynné formě. Takováto složka je relativně těkavá vzhledem k jakýmkoli zbývajícím složkám, které zůstávají jako zbylý pevný materiál.

Podle výhodného provedení popsaného podrobněji níže se lázeň roztaveného materiálu během zpracování aglomerátů ohřívá, aby se doplnil zdroj energie pro proces odpařování, který se vyskytuje v mlecím kontejneru.

Podle jednoho specifického hlediska vynálezu je

- 4 roztavený materiál roztavený cin.

Podle výhodného provedení způsobu je mlecí kontejner dutý válcový buben, který má centrální osu orientovanou obecně horizontálně, a mlecí stupeň zahrnuje přenášení otáčivého pohybu na buben kolem jeho osy, aby se strkal sem a tam nebo jinak pohyboval kolem materiálu, který se podle tohoto způsobu upravuje uvnitř kontejneru.

Způsob je vhodný pro zpracování odpadního materiálu zejména tehdy, kdy odpadní materiál obsahuje materiál organický. V takovém případě zahrnuje zachycovací stupeň strhávání organické páry uvolněné z odpadního materiálu v plynném proudu, přičemž tento proud je obvykle bez kyslíku. To je proto, abychom se vyhnuli oxidaci organických složek v mlýně, protože oxidace je obecně nežádoucí jak z hlediska materiálu, který se upravuje, tak i součástí zpracovacího zařízení.

Plynný proud může nebo nemusí být redukční plyn, jako je vodík, metan, etan, propan, butan, zemní plyn nebo nějaká jejich kombinace.

Tento plynný proud může být zčásti nebo úplně relativně chemicky nereaktivní plyn, jako je dusík nebo helium.

Tento proud může obsahovat vodu ve formě páry.

Podle jednoho výhodného provedení má mlecí kontejner uvnitř umístěné relativně chemicky inertní (alespoň za podmínek procesu, který se provádí) pevné částice nebo tělesa. Pohyb kontejneru způsobuje, že se tělesa pohybují dokola a podporují rozbití částic aglomerátu na relativně malé částice.

Na laboratorní úrovni bylo zjištěno, a podobné závěrečné výsledky by se mohly získat za použití výhodného provedení popsaného podrobně níže, že je možné rozbít materiály aglomerátu na rozličný stupeň, který je nezbytný pro.získání efektivního uvolnění organických složek. Ocení se, pokud snad ve zvětšeném procesu podmínky požadované pro získání podobných konečných výsledků něco změní.

S výhodou jsou pevné kousky nebo tělesa kulová a nejvýhodněji to jsou kovové koule. Tyto koule mohou mít průměr asi mezi jedním a šesti palci. Například byl nalezen způsob, při kterém mají všechny koule průměr kolem l¹/₂palce, aby pracoval tak, že podporuje rozbíjení částic bahna.

Stojí za povšimnutí, že bylo podle vynálezu zjištěno, že je možné získat částice o relativně malé a shodné velikosti.

Podle dalšího širokého hlediska zahrnuje vynález jednotku tepelné desorpce. Jedna výhodná jednotka obsahuje desorpční nádobu utěsněnou oproti okolní atmosféře pro pojmutí materiálu aglomerátu, který má relativně těkavou složku, která se má z něho tepelně desorbovat. Tato jednotka má lázeň roztaveného cínu a nádoba je pro přenos tepla z lázně na vnitřek nádoby a desorpci relativně těkavé složky z materiálu aglomerátu alespoň částečně ponořená do této lázně roztaveného cínu.

Je třeba chápat, že tepelná desorpce zahrnuje v tomto kontextu široký smysl. Relativně těkavé složky mohou být uvolňovány jako plyny s pomocí odpařování a mohly by se podporovat prostřednictvím nějaké chemické reakce, řekněme nějakou, při které se porušují chemické vazby uvnitř velkých organických molekul chemickou reakcí s vodíkem strhávajících plynů. Důležitá věc je to, že přenos tepla nebo tepelná energie napomáhají v uvolňování relativně těkavé složky materiálu, který se v jednotce zpracovává. Existují zde jiné prostředky uvolnění relativně těkavých složek, než jsou tyto dva popsané zde, které jsou podrobněji popsané níže v souvislosti s výhodnými provedeními.

U výhodného provedení jednotky je vstupní průchod, jímž jsou strhávající plyny přiváděny do nádoby, a výstupní průchod, jímž kontrolované odtékají strhávající i uvolněné plyny ven z nádoby.

- 6 orientovanou obecně, a mlecí prostředek

Jednotka může samozřejmě zahrnovat mlecí prostředek, jako pevná tělesa pro vzájemné promíchávání s materiálem v nádobě, který se zpracovává.

U tohoto výhodného provedení je nádoba dutý válcový kontejner, který má středovou osu horizontálně a otáčí se kolem ní, zahrnuje pevné koule umístěné v kontejneru pro vzájemné promíchávání s materiálem aglomerátu při rotaci kontejneru a rozbití kusů materiálu aglomerátu na menší velikosti.

Poměr horizontální délky k výšce nádoby může být například asi mezi 3 ku 1 a přibližně 10 ku 1, a poměr kolem 5 ku 1 se považuje za vhodnou.

Toto výhodné zařízení zahrnuje prostředek pro ohřívání strhávájícíh plynů před jejich vstupem do nádoby.

Toto výhodné zařízení zahrnuje násypku, která má dvojici oddělení, kde každé z oddělení je schopné připojení k podávacímu prostředku a je utěsněné oproti okolnímu prostředí a dalšímu oddělení, aby se střídavě umožňovalo přivádění materiálu z prvního z oddělení do nádoby, zatímco to je utěsněné a oddělené od druhého z oddělení i obklopujícího okolí, zatímco do druhého oddělení je plněn materiál, a plnění materiálu z druhého oddělení do nádoby, které je těsně oddělené od prvního oddělení i okolního prostředí, zatímco se materiál plní do prvního oddělení, aby se v podstatě umožnilo kontinuální přivádění zpracovávaného materiálu do desorpční nádoby.

Podle výhodného provedení je desorpční nádoba dutý válcový kontejner, který má středovou osu orientovanou obecně horizontálně a má alespoň spodní část kontejneru ponořenou do lázně roztaveného cínu.

Podle jednoho zvláštního provedení je vynález tepelný desorpční mlýn pro desorpci relativně těkavé složky aglomerátu. Tento desorpční mlýn zahrnuje otočnou desorpční nádobu, která je alespoň částečně ponořená v lázni roztaveného cínu pro přenos tepla z lázně na vnitřek nádoby, aby se podpořila desorpce relativně těkavé složky jako plynu z aglomerátu umístěného v nádobě. Existuje zde ohřívač lázně. V nádobě jsou umístěna relativně inertní pevná tělesa pro vzájemné promílání s aglomerátem, když se nádoba otáčí, aby se aglomerát fyzicky rozbil. Nádoba má vstupní průchod pro přivádění aglomerátu dovnitř, první výstupní průchod pro odchod plynů a druhý výstupní průchod pro výstup rozbitých kusů relativně netěkavých pevných složek aglomerátu, zatímco pevná tělesa zůstávají v nádobě.

Tyto a další aspekty vynálezu jsou dále popsány níže v souvislosti s výhodnými provedeními vynálezu.

Přehled obrázků na výkresech

Obrázek 1 - je půdorysný pohled na mobilní zařízení podle předloženého vynálezu, obrázek 2 - je bokorysný pohled na zařízení z obrázku 1 v částečném řezu, obrázek 3 - je pohled na konec zařízení se vstupem aglomerátu z roviny vyznačené čarou 3-3 na obrázku 2, obrázek 4 - je detail zařízení v pohledu z podobného výhodného bodu jako na obrázku 3 v částečném řezu, obrázek 5 - je detail zařízení v pohledu z podobného výhodného bodu jako na obrázku 3 v částečném řezu, obrázek 6 - je perspektivní typický detail výstupního konce zařízení v částečném řezu a obrázek 7 - je bokorysný pohled na řez části zařízení na konečnou úpravu pevných materiálů.

Příklady provedení vynálezy

Na výkresech je vyobrazené jedno výhodné provedení mobilního zařízení 10. Zařízení 10 obecně zahrnuje vstupní systém 12 odpadu, kulový mlýn 14, cínovou lázeň 16 a systém 18 regenerace pevných materiálů (viz obrázek 7) namontované

na 55-ti stopovém otevřeném nízkém podvalníku 20.

Vstupní systém 12 odpadu, umístěný na předním konci podvalníku, je rozdělený na paralelní podávači linky, kde každá linka je v podstatě stejná jako ta druhá, takže bude popisována pouze jedna. Každá linka zahrnuje jednu násypku 22, která má širokou horní stranu a úzkou základnu. Trubka 24 poskytuje spojovací průchod mezi násypkou a vnitřkem mlýna 14. Dopravník, který zahrnuje dvě dvojice prolínájících se, protisměrně se otáčejících šestipalcových (průměr asi 15,2 cm) vodorovných šneků 26, které jsou uspořádané mezi podstavou násypky a vnitřkem mlýna, tvoří prostředek pro podávání uloženého materiálu z násypky do kulového mlýna. Uspořádání je takové, že víko násypky 22 může být zavřené, aby oddělovalo vnitřek násypky od vnějšího prostředí.

Kulový mlýn 14 zahrnuje buben 28 obsahující ocelové koule 30 l¹/₂ inche (3,8 cm) . Buben je částečně ponořený do roztaveného cínu lázně 16 a je otáčen pohonnou jednotkou 32. Cín lázně je obsažený ve statickém, to jest stacionárním bubnu 34. Pohonná jednotka sestává ze dvou neznázorněných motorů, které mají převodovky, které je propojují s poháněcími řetězkami 36 připojenými přes válečkové řetězy 38 ke koaxiálním řetězkám 40 umístěným na hřídeli vystředěném v ose bubnu 28. Hořáky 42 jsou uspořádané pod cínovou lázní 16 uvnitř pece 44. Vypouštění spálených hořákových plynů se provádí komínem 46. Průchod pro přicházející plyny je zajištěný trubkou 48, která prochází horkou zónou kolem kulového mlýna pro vstup plynů do bubnu 28 na konci protilehlém konci vstupu suroviny. Průchod pro odcházení plynného materiálu je umožněný kolem trubek 24, aby se umožnil výstup plynů do trubky 50, takže plynný materiál takto z bubnu vystupuje na témže konci, na kterém vstupuje surovina. U popisovaného provedení vede trubka 50 k redukční nádobě toho typu, který je vyobrazený například v patentu US ·· ····

- 9 č. 5,050,511 a slouží pro zpracování vyvíjejícího se materiálu. Přepážka je poblíž výstupního průchodu 52 pevných materiálů opatřená zářezy 54, aby se koule 30 udržely uvnitř bubnu 28. Mezi zářezy a výstupním průchodem jsou umístěné lopatky 56 podobné lopatkám míchače cementu na nákladním autě. Systém 18 regenerace pevných materiálů zahrnuje dopravník 58 pro odstraňování pevných materiálů nebo drtí vystupujících z průchodu 52 na výstupním konci bubnu 28. Dopravník 58 poháněný motorem 60 vede do trubky 62, která vede konečně do kolového mlýna 64.

Systém 18 regenerace pevných materiálů zahrnuje vstupní otvor 66 páry. Ve směru proudu je od vstupu páry vstupní otvor 68 vody. Materiál se dále dopravuje chladící zónou 70 ochlazovanou vodou chladícího pláště 72. Mezi chladícím pláštěm a kolovým mlýnem 64 je umístěný rotační vzduchový uzávěr 74. Kolový mlýn zahrnuje lopatky 76 na hřídeli 78, který je poháněný motorem 80.

Pro začátek činnosti se do jedné z násypek 22 vloží vsázka kontaminovaného materiálu a dno násypky se utěsní, aby se vnitřek systému odizoloval od okolního prostředí. Horní strana naplněného oddílu je uzavřená a tak utěsněná oproti okolnímu prostředí i zbytku zařízení. Oddělení se pak zbaví kyslíku vehnáním dusíku neznázorněnými vstupními a výstupními ventily. Podobně jsou zbavené kyslíku i další součásti zařízení odizolované od okolního prostředí, to jest trubka 24, kulový mlýn 14, trubka 48 vstupu plynu, trubka 50 výstupu plynu i trubka 62 vedoucí ke kolovému mlýnu. Podobně je také zbavená kyslíku redukční nádoba zařízení pro rozklad organického materiálu, jako je zařízení vyobrazené v patentu US č. 5,050,511.

Cínová lázeň 16 se udržuje v roztaveném stavu při vhodné teplotě nad teplotou tavení cínu, to jest asi nad 232 °C ohříváky 42. Buben 28 se uvádí do rotace a šneky 26 je otáčeno, aby dopravovaly odpadní materiál z naložené násypky ····· · · ······ ·· · ·· ·· «· · • · · · · · · * * · · ·««··· • · · · · · ··· · ··· ♦·· ·· ·

- 10 trubkou 24 do otáčejícího se bubnu. V bubnu se odpadní materiál dostane do styku s horkými koulemi 30 a obecně se zmítá, rozbíjí od sebe, drtí na prášek nebo obecně jinak rozbíjí na relatvně malé částečky. Převod tepla z horkých koulí a stěny horkého bubnu dále způsobuje, že je organický materiál odpařován nebo jinak rozptylován do atmosféry bubnu.

Vodík se přivádí trubkou 48, která samotná prochází ohřívací zónou 82, aby vstupovala do bubnu na konci protilehlém konci vstupu surového odpadu, přičemž proud vodíku je regulován vhodným ventilem. Vodík se pak před vstupem do bubnu 28 ohřívá. Odpařený materiál uvolněný z odpadu je strháván vodíkem proudícím obecně ve směru šipek 84 a takto je orientován do výstupní trubky 50 plynu pro dopravu k reaktoru pro rozklad.

Uspořádání je takové, že na počátku jsou na vstupním konci odpadu do bubnu ohřívány a odpařovány voda a velmi těkavé sloučeniny. Méně těkavé a polotěkavé organické sloučeniny jsou odpařeny později, když teplota pevných materiálů v bubnu vzroste, v kombinaci se zvýšenou přístupností vodíku k pevným materiálům, jakmile se trochu vody vyvařilo. Dalším ohříváním se zplynují na menší plynné molekuly uhlovodíky o vysoké kolekulární hmotnosti a další relativně netěkavé organické sloučeniny, jako celulóza a polymerované uhlovodíky, které zanechávají možná nějaký zbytkový uhlík.

Nakonec se tvářejí pevné zbytky odpadního materiálu nebo zrna, která jsou vůči podmínkám uvnitř bubnu chemicky inertní. Tyto drti obecně putují k výstupnímu konci bubnu. Taková zrna procházejí případně zářezy 54, aby se dopravila otáčením lopatek 56 k průchodu 52 a nakonec spadla do dopravníku 58, který dopravuje tato zrna do kolového mlýna. Zářezy 54 jsou dostatečně malé, aby nepropouštěly jakékoli velké kusy surového materiálu, které nebyly v bubnu

dostatečně rozbity.

Dopravník 58 tvořený šnekovými a lopatkovými dopravníky je dlouhý asi čtyři stopy a dopravuje materiál do kolového mlýna. Pára se vhání skrze otvor 66. Takováto pára poskytuje do určité míry utěsnění plynu a zmenšuje rekontaminaci pevných materiálů díky protiproudu čisté páry proti kontaminovanému odparu. Vstupním otvorem 68 se několik palců proti proudu od kolového mlýna vstřikuje regulovaný proud vody. Většina z této vody je hnána po proudu a směšuje se a napomáhá vystupujícím pevným materiálům vytvořit pastovitý materiál. Tento vlhký materiál se doprauje chladící zónou 70 ochlazovanou chladícím pláštěm 72 vody. Materiál se dopravuje k rotačnímu vzduchovému uzávěru 74 a do kolového mlýna 64. Pastovitý materiál se stlačuje a shromažďuje se v kolovém mlýnu a případně se z něho vytlačuje jako relativně homogenní pasta. Kolový mlýn také napomáhá utěsnění konce výstupu pevných materiálů zařízení oproti okolnímu prostředí.

Podle jednoho alternativního provedení mohou být pevné materiály zachycovány znovu z výstupního otvoru 88 mlýna dopravníkem podobným dopravníku 58, který je chlazený vzduchem raději než vodou, a vyráběný horký vzduch se následně zavádí do vstupu spalovacího vzduchu dmýchaného pro hořáky 42 lázně cínu. Pevné materiály opouštějící dopravník by pak procházely ventilem s rotačním vzduchovým uzávěrem do prozatímní násypky. Malý proud vodního postřiku by na horkých pevných materiálech vyvářel páru, přičemž by zajišťoval další ochlazování pevných materiálů a plynový uzávěr mezi skladovací násypkou a mlýnem obráceným proudem páry ventilem s rotačním vzduchovým uzávěrem a výstupním dopravníkem pevných materiálů. Horké pevné materiály by se mohly z prozatímní skladovací násypky odstraňovat za použití trubkového řetězového dopravníku, který má řetěz s kruhovými disky, aby hnal pevné materiály do trubky a touto trubkou do • · ···· *· ········ • · · · · ♦ · • · · · ·«···» • · · · · 0 ··· · ··· 0·· 0» 0

- 12 upravující komory pevných materiálů. Trubkový řetězový dopravník by zajišťoval další stupeň plynového utěsnění vnitřku zařízení vůči okolní atmosféře tím, že by byl umístěný pod povrchem pevných materiálů. Pevné materiály by se ochlazovaly a zvlhčovaly v upravující komoře regulovaným ostřikem vody. Upravující komora by mohla být případně vybavena dalším mísícím prostředkem, jako jsou šneky, pro zajištění míšení vodní sprchy a pevných materiálů a pro lepší účinnost přenosu tepla. Vzniklá pára by se mohla vést do ochlazovací nádrže nebo uspořádání věže, ve které by pára kondenzovala na vodu a chladila by se ve výměníku tepla. Protože by upravující komora spotřebovávala pro vlhčení pevných materiálů vodu, nevytvářel by se žádný výtok z chladícího systému páry a voda by semusela přidávat. Upravené pevné materiály by opouštěly upravující komoru pomocí pokračování trubkového řetězového dopravníku ke vhodnému místu pro shromažďování v nějakém zásobníku nebo na skládce.

Když se zpracovává odpad uložený do jednoho z oddílů 22 násypky, může být další z oddílů oddělený od zbytku systému a může se nakládat odpadem nebo se může čistit. Jakmile se první vsázka přivede do bubnu, může se první oddíl uzavřít vůči systému a druhý oddíl otevřít, aby zajistil více nebo méně souvislé plnění odpadního materiálu do bubnu, i když se materiál přivádí do dvou násypek 22 střídavě po dávkách.

Proud plynného produktu z redukčního procesu, který obecně obsahuje vodík, může eventuálně působit jako zdroj strhávajícího proudu.

Bude třeba si uvědomit, že je důležité izolovat vnitřní průchody proudu vodíku od vnějšího okolí, protože vodík je s kyslíkem vysoce reaktivní.

Proces separace jako takový (to jest relativně těkavých a netěkavých materiálů), který je zde popsán, se obecně ve stavu techniky označuje jako tepelná desorpce. To je proto, «»·

- 13 že přenos tepla nebo přenos tepelné energie na odpadni materiál způsobuje, že se relativně těkavé organické složky materiálu budou oddělovat od relativně netěkavých složek, jako je například písek.

Vodík, nebo směsi obsahující podstatné koncentrace vodíku jsou vhodné strhávající plyny u procesu, který je zde popisován, protože vodík je plyn používaný pro redukci oddělených organických látek v následujícím kroku, jak je popsáno v patentu US č. 5,050,511. Bude oceněno, že redukce nastává ve vlastním desorpčním zařízení. Pro svoji malou velikost a schopnost pronikat porézními povrchy vodík napomáhá při procesu desorpce. Reaktivita vodíku dovoluje výskyt reakcí, které mohou eventuálně zvýšit desorpci organických molekul z anorganických materiálů. Vodík může také zeslabit účinek vodíkové vazby mezi molekulami nebo k povrchům, jako jsou jíly, a tak dovolit zvýšenou účinnost desorpce. Očekává se tedy, ža vodík zajistí lepší charakteristiky desorpce než dusík, helium nebo další inertní plyny.

U dalších aplikací, u kterých se jednoduše požaduje sbírat desorbovaný materiál, by mohlo být nicméně žádoucí používat jako strhávající plyny například páru, dusík nebo helium nebo jejich směsi. Samozřejmě by se neužíval ve většině situací, kdy je třeba se vyhnout oxidaci desorbovaného materiálu.

Buben popsaného provedení má asi 4 stopy (kolem 1,2 metru) v průměru a asi 20 stop (přibližně 6,1 metru) na délku a je z oceli nebo z nerezavějící oceli. Vnitřní zakřivená stěna mlýna by byla obecně tvarována tak, aby zmenšovala jakýkoli pohyb koulí rázového typu. V mnoha situacích by bylo vhodné dost koulí, aby se získaly 3 až 7 řad.

Vnitřek bubnu by mohl být dobře obložený vhodným materiálem, aby se prodloužila životnost oceli.

·* ····

- 14 Pro zeminu nebo bahno obsahující polychlorované bifenyly by byla pro desorpci pravděpodobně vhodná teplota lázně přibližně mezi 500 °C a 600 °C. Přesné pracovní podmínky, jako je teplota lázně, počet koulí, rychlost rotace bubnu, průměrná rychlost vstupu odpadního materiálu do bubnu, průměrná rychlost proudu strhávajícího plynu a doba pobytu pevných materiálů v bubnu atd. se mohou stanovit případ od případu.

Fyzické zmenšení velikosti částic a porušení organických vláken, které vyplývá z rozmělňovací činnosti koulí pohybujících se po odpadním materiálu, povede ke zlepšené desorpci organických složek z odpadů obsahujících pevné materiály nebo jinak aglomerovaných materiálů, jako jsou naplavené jíly atd. Malá velikost částic zvětšuje povrchovou plochu přístupnou pro styčný povrch pevná látka-plyn, což umožňuje zvýšenou rychlost a rozsah desorpce organických chemikálií z netěkavého materiálu.

Popsaný způsob a zařízení by mohly být zejména velmi vhodné pro předběžné zpracování dehtů obsahujících polyaromatické uhlovodíky (PAH) pro desorpci polyaromatických uhlovodíků a následující rozklad nebo další úpravu.

Další možné aplikace by zahrnovaly předběžné zpracování dalších nebezpečných organických odpadů, nebezpečných kovů, černouhelných dehtů, biologických lékařských odpadů a odpadů buničiny a papíru. Odpadní materiál může nebo nemusí obsahovat organické sloučeniny, jako jsou halogenované bifenyly, halogenované benzeny, halogenované fenoly, halogenované cykloalkany, halogenované alkany, halogenované alkeny, halogenované dioxiny a halogenované difenylenoxidy. Jak bylo zmíněno výše, mohou být polychlorované bifenyly obsažené v odpadu nebo dalších společně používaných chlorovaných organických sloučeninách, jako jsou chlorované benzeny, chlorované fenoly, chlorované cykloalkany,

·· · ·· · • · · • · · · • · · ··· · ··· ·

- 15 chlorované alkany, chlorované alkeny, chlorované dioxiny, chlorované difenylenoxidy atd.

Ocení se, že by mechanismus separace složek, ačkoliv je zde primárně popsán jako fyzikální a chemický proces desorpce, mohl zahrnovat odpařování, zplyňování a při dané redukční atmosféře také částečnou chemickou redukci samotné nebo kombinaci. Termín desorpce tak v kontextu tohoto vynálezu zahrnuje jakékoli takové prcesy, při kterých se materiál odpařuje, to jest uvolňuje v plynné formě z pevné látky.

V každém případě bylo zjištěno, že je možné získat laboratorní výsledky, které ukazují efektivitu tohoto vynálezu. Jako strhávající plyn byl použit vodík. Ve zvětšeném procesu bude primární určující proměnná postihující stupeň vyprchání pravděpodobně celková doba pobytu materiálu v mlýně a teplota ve mlýně. Výsledky v laboratorním měřítku jsou udané v Tabulce I.

···· · · ·· ···· • ·» ·· · · · • · · · · · • · · · · ··· · • · · · · • ······ · · ·

TABULKA I: SOUHRN VÝSLEDKU LABORATORNÍCH ZKOUŠEK TEPELNÉHO DESORPČNÍHO MLÝNA

typ odpadu zemina		koncentrace PCB v odpadu (ppm)	koncentrace PCB v drti (ppm)
(dehtovítá,zamaštěná) zemina		39	0,01
(suchá,písčitá,říznutá zemina	PCB	440	0,0039
(suchá,písčitá,ří žnutá sediment	PCB)	520	0,0016
(blátivý,j emný,říznutý sediment	PCB)	710	0,028
(blátivý,jemný,říznutý sediment	PCB)	790	0,0097
(blátivý,jemný,říznutý sediment	PCB)	750	0,065
(blátivý,jemný) sediment		7,3	0,0029
(blátivý,jemný) sediment		8,3	0,0066
(blátivý,jemný) sediment		8,3	0,0013
(blátivý,jemný) sediment		420	0,0017
(blátivý,jemný) sediment		420	0,012
(blátivý,jemný) sediment		2000	0,044
(blátivý,jemný)		1200	ND (0,011)

sediment (blátivý,j emný 8,3

ND (0,005) φφ ·

- 17 Jak je z Tabulky I vidět, je koncentrace PCB počátečního odpadního materiálu podstatně snížená, takže v drti zbývá po zpracování způsobem podle vynálezu zlomek milióntiny. Ukázané výsledky byly získány za použití teplot roztaveného cínu mezi 500 °C a 600 °C a době zpracování 5 až 15 minut. Když získané výsledky závisí na době pobytu materiálu, který se zpracovává, ve mlýně, teplotě uvnitř mlýna atd., je jasné, že z rozličných druhů vstupního materiálu se mohou za použití vynálezu, který je zde popsán, efektivně desorbovat značná množství materiálu PCB.

Při zpracování odpadního materiálu je primárním cílem člověka využívajícího tento vynález pravděpodobně odstranit odpařitelný materiál alespoň na míru nezbytnou pro splnění předepsaných požadavků dané lokality. Za použití popsaného způsobu a zařízení by bylo možné získat pro daný druh počátečního odpadního materiálu opakovatelné a tedy předvídatelné výsledky. Rozumí se tedy, že termín mletí zahrnuje rozbití materiálu aglomerátů na části jeho složek tak, aby to dovolilo uvolnění těkavého materiálu, avšak samozřejmě se za použití popsaného způsobu mohou rozbíjet nebo rozemílat na částice o menších velikostech i části pevného materiálu.

Podle popsaného provedení je zařízení takové, že buben je ponořený v roztaveném cínu asi v 15 % svého průměru. I toto se může měnit. Vysoká měrná hmotnost cínu způsobuje, že je to materiál vhodný pro lázeň, na které je podepřený otáčející se buben. Také vysoká tepelná vodivost, nízká viskozita, vysoké povrchové napětí a nereaktivita cínu s vodíkem z něho dělají obzvláště vhodný materiál pro lázeň.

Výška, v níž buben 28 sedí vůči bubnu 34 lázně, se může měnit podle množství cínu v bubnu 34 nebo s váhou materiálu v bubnu 28 v dané době. Omezená změna výšky je daná uspořádáním válečkového hnacího řetězu na přívodním konci suroviny a namontováním středícího hřídele 86 bubnu k • · ·· · · · ······ • · · · · · · · · · • · · « · · · • · · · ······ • · · · · · »·· · ······ ·· ·

- 18 ložisku namontovanému na vertikálním vedení 88 na konci výstupu pevných materiálů ze zařízení.

Jak bylo shora zmíněno, má cín bod tavení asi 232 °C.

Bod varu je asi 2260 °C a cín na počátku má relativně nízkou toxicitu. Je zde tedy slušně široký rozsah teoplot, při kterém může popsaný způsob fungovat, přičemž se pamatuje na zmenšenou schopnost namáhání materiálů, jako je nerezavějící ocel atd., za zvýšené teploty.

U popsaného provedení jsou dva hořáky 42, které využívají propan, zemní plyn nebo jakékoli vhodné palivo. Pro hořáky by se dokonce mohly použít produkty redukce z procesu rozkladu odpadu. Pro zajištění rovnoměrnějšího ohřívání a pro regulaci teploty plamenu by se mohly také použít různé systémy několikaplamenových hořáků, které pracují s vysokými poměru vzduchu ku palivu. Zevně bubnu jsou zde stěny, které vytvářejí pec rozdělenou na horní a spodní komoru. Spálené hořákové plyny se nejprve směrují spodní komorou pece ke konci bubnu s výstupem drti. Plyny jsou pak nasměrovány horní komorou pece tak, že ohřívají horní část bubnu, přičemž dovnitř proudí trubkou 48 rozkladové plyny a trubkou 50 vystupují rozkladové a desorbované plyny. Spálené hořákové plyny jsou nakonec vypouštěny z pece do vnější atmosféry komínem 46.

Jedno alternativní uspořádání ke vstupnímu systému 12 odpadu demonstrovanému výše je systém, který zahrnuje progresivní vývěvu dutin a kde jsou opět paralelní, v podstatě navzájem shodné plnící linky pro více nebo méně souvislé přivádění střídavě nakládaných vsázek materiálu. Příklad takových vývěv zahrnuje vývěvy dostupné u firmy Bornemann nebo Ingersoll-Dresser Pump Company z Chesapeake ve Virginii.

Protože se způsob a zařízení, které jsou zde popsané, mohou často používat s materiály, které jsou nebezpečné, pokud se uvolní do okolí, mělo by jakékoli využití vynálezu • I ·······♦ • · · · · · · • · · · · · ··· · • · · · · · ··· · ··· ··· ·· *

- 19 zahrnovat vhodná kontrolní a bezpečnostní opatření. Typicky by se například umístil na výstupu kolového mlýna jeden nebo několik monitorů schopných detekování nebezpečného materiálu s vhodným automaticky řízeným zastavením zařízení, které by bylo možné, kdyby se zjistil únik nebezpečného materiálu na výstupu.

Je třeba samozřejmě chápat, že předcházející popis zahrnuje výhodný postup, který je v této době známý vynálezcům, avšak proto, že poskytuje pochopení vynálezu a odborník znalý stavu techniky by si představil, že jsou možné odchylky od předcházejícího, je rozsah vynálezu definován v připojených nárocích.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY (Změněné)

1. Způsob oddělování relativně těkavé složky od aglomerátu, který má pevnou složku, přičemž způsob zahrnuje mletí aglomerátu v kontejneru ponořeném alespoň částečně v lázni roztaveného materiálu, aby se z něho uvolnila jako výpar relativně těkavá složka.
2. Způsob podle nároku 1, který dále zahrnuje stupeň zachycování výparu, aby se předem vyloučilo jeho vypuštění do okolí.
3. Způsob podle nároku 1, kde se roztavený materiál ohřívá pro přenos energie z lázně na vnitřek kontejneru, aby se podpořilo uvolňování relativně těkavé složky.
4. Způsob podle nároku 3, u kterého je roztavený materiál zortavený cín.
5. Způsob podle nároku 4, u kterého je kontejner dutý válcový buben, který má centrální osu orientovanou obecně horizontálně a mlecí stupeň zahrnuje otáčení bubnu kolem této osy.
6. Způsob podle nároku 5, u kterého má buben poměr délky : průměru asi mezi 3:1 a asi 10:1.
7. Způsob podle nároku 6, u kterého je tento poměr asi

5:1.
8. Způsob podle nároku 5, u kterého se buben otáčí mezi přibližně 5 a asi 30 otáčkami za minutu.

999 • 9

- se- 9. Způsob podle nároku 8, při kterém se buben otáčí tempem asi 15 otáček za minutu.

10. Způsob podle nároku 5, kde je buben z oceli nebo z nerezavějící oceli.

11. Způsob podle nároku 4, u kterého je aglomerát odpadní materiál a relativně těkavá složka zahrnuje organický materiál, přičemž zachycovací stupeň zahrnuje strhávání organického výparu uvolněného z odpadního materiálu do plynného proudu, který je v podstatě bez kyslíku.

12. Způsob podle nároku 11, u kterého zahrnuje plynný proud redukční plyn.

13. Způsob podle nároku 12, u kterého je redukční plyn vybraný z vodíku, metanu, etanu, propanu, butanu, zemního plynu nebo jejich kombinace.

14. Způsob podle nároku 13, kde je redukční plyn vodík.

15. Způsob podle nároku 12, u kterého zahrnuje plynný proud dusík, páru, helium nebo jejich kombinaci.

16. Způsob podle nároku 12, u kterého má plynný proud počáteční koncentraci vodíku alespoň kolem 50 procent.

17. Způsob podle kteréhokoli z nároků 1 až 16, při kterém jsou u dna kontejneru umístěné relativně chemicky inertní pevné částice a mlecí stupeň zahrnuje pohyb těchto částic uvnitř kontejneru, aby se tyto částice a aglomerát smíchaly, aby se aglomerát rozbíjel.

• * 4 4 4 4 ·· · ·· · · · 4 · • · 4 · · · · • 4 4 4 4 4 4 4 4 4 • 4 · · · · ··· · 444 444 44 4

- 34 18. Způsob podle nároku 5, při kterém buben obsahuje relativně chemicky inertní pevná tělesa a mlecí stupeň zahrnuje otáčení bubnu, takže se tato tělesa a aglomerát promíchávají, aby se relativně velké kusy aglomerátu rozbily na relativně malé kusy, aby se zvětšilo uvolňování relativně těkavé složky.

19. Způsob podle nároku 18, u kterého jsou pevná tělesa kulatá tělesa.

20. Způsob podle nároku 18, u kterého jsou pevná tělesa kovové koule.

21. Způsob podle nároku 20, kde koule mají průměr asi mezi jedním a šesti palci.

22. Způsob podle nároku 21, kde je průměr koulí asi l¹/^ palce.

23. Způsob podle nároku 1, u kterého zahrnuje mlecí stupeň rozbíjení aglomerátu, aby se získaly relativně malé částice shodné velikosti.

24. Způsob podle nároku 1, který zahrnuje udržování teploty v kontejneru mezi přibližně 300 °C a asi 600 °C.

25. Způsob podle nároku 24, kde je teplota mezi přibližně 500 °C a asi 600 °C.

26. Způsob podle nároku 1, při kterém má pevná složka dobu pobytu v kontejneru mezi přibližně 5 a asi 20 minutami.

• · · · • ·· ·· · · · • · · 9 9 9
9 9 9 999999

9 9 9 9 9

99 999999 9 9 9

- 62 27. Způsob podle nároku 26, kde je doba pobytu pevné složky v kontejneru mezi přibližně 10 minutami a asi 15 minutami.

28. Způsob podle nároku 1, který dále zahrnuje stupeň strhávání uvolněného výparu do plynného proudu pro přenos výparu do zpracovací zóny.

29. Způsob podle nároku 28, kde se výpar chemicky redukuje ve zpracovací zóně.

30. Způsob podle nároku 28, při kterém se ve zpracovací zóně výpar kondenzuje na kapalinu.

31. Způsob podle nároku 1, kde aglomerát zahrnuje odpadní materiál obsahující organické sloučeniny, jako jsou halogenované bifenyly, halogenované benzeny, halogenované fenoly, halogenované cykloalkany, halogenované alkany, halogenované alkeny, halogenované dioxiny, nebo halogenované difenylenoxidy, nebo chlorované organické sloučeniny včetně polychlorovaných bifenylů, chlorovaných benzenů, chlorovaných fenolů, chlorovaných cykloalkanů, chlorovaných alkanů, chlorovaných alkenů, chlorovaných dioxinů, nebo chlorovaných difenylenoxidů, nebo podobně, nebo směsi kterýchkoli z nich, a/nebo aglomerát, který obsahuje nebezpečné kovy, černouhelné dehty, biolékařské odpady nebo odpady buničiny a papíru nebo jejich směsi.

32. Jednotka tepelné desorpce zahrnující:

desorpční nádobu pro materiál aglomerátu, který má relativně těkavou složku, která se má z něho tepelně desorbovat, lázeň roztaveného cínu, přičemž nádoba je alespoň částečně ponořená v lázni roztaveného cínu pro přenos tepla • •9

- -33- z lázně na vnitřek nádoby pro desorpci relativně těkavé složky z materiálu aglomerátu, a prostředek pro mletí aglomerátu uvnitř nádoby pro zvětšení tepelné desorpce relativně těkavé složky.

33. Jednotka tepelné desorpce, která zahrnuje: desorpční nádobu pro materiál aglomerátu, který má relativně těkavou složku, která se z něho má tepelně desorbovat, a lázeň roztaveného cínu, přičemž nádoba je alespoň částečně ponořená v lázni a pohyblivá vůči lázni pro přenos tepla z lázně na vnitřek nádoby pro desorpci relativně těkavé složky z materiálu aglomerátu.

34. Jednotka tepelné desorpce podle nároku 32 nebo 33, která dále zahrnuje ohřívák lázně, který působí jako zdroj tepla pro uvedený přenos tepla.

35. Jednotka tepelné desorpce podle nároku 32, 33 nebo 34, kde je vnitřek nádoby utěsněný oproti okolní atmosféře a která dále zahrnuje prostředek pro zachycování desorbovaného plynného materiálu uvolněného z materiálu aglomerátu.

36. Jednotka tepelné desorpce podle nároku 35, u které zahrnuje zachycovací prostředek akumulační nádobu připojenou k desorpční nádobě ventilem pro převod plynného materiálu z desorpční nádoby do akumulační nádoby.

37. Jednotka tepelné desorpce podle nároku 32, 33, 34, 35 nebo 36, která dále zahrnuje prostředek pro strhávání desorbovaného plynného materiálu uvolněného z materiálu aglomerátu.

38. Jednotka tepelné desorpce podle nárouk 37, u které zahrnuje strhávací prostředek vstupní otvor do nádoby pro ···· ···· ♦ · ·· • ·· ·· « » * * · · · · · • · · ····»« • · · · · • ······ · · ·

- -34 regulovaný vstup strhávacích plynů do nádoby a výstupní otvor z nádoby pro regulovaný odchod plynného materiálu.

39. Jednotka tepelné desorpce podle nároku 32, 33, 34, 35 nebo 36, u které je uvedená desorpční nádoba dutý válcový kontejner, který má centrální osu orientovanou obecně horizontálně pro rotaci kolem této osy, a mlecí prostředek zahrnuje relativně chemicky inertní pevná tělesa umístěná v kontejneru pro vzájemné promílání s materiálem aglomerátu během rotace kontejneru, aby se kusy materiálu aglomerátu předválcovaly na manší velikosti.

40. Jednotka tepelné desorpce podle nároku 39, u které je poměr horizontální délky k výšce nádoby mezi přibližně 3 ku 1 a asi 10 ku 1.

41. Jednotka tepelné desorpce podle nároku 40, u které je tento poměr asi 5 ku 1.

42. Jednotka tepelné desorpce podle nároku 39, u které má desorpční nádoba vstupní průchod pro materiál aglomerátu u prvního axiálního konce kontejneru a výstupní průchod pro relativně netěkavé nedesorbované materiályu druhého axiálního konce kontejneru.

43. Jednotka tepelné desorpce podle nároku 42, která dále zahrnuje prostředek pro strhávání desorbovaného plynného materiálu uvolněného z materiálu aglomerátu.

44. Jednotka tepelné desorpce podle nároku 43, u které zahrnuje strhávací prostředek vstupní otvor do nádoby pro vstup strhávacího plynu do nádoby u druhého axiálního konce kontejneru a výstupní otvor z nádoby pro výstup plynného materiálu z prvního axiálního konce kontejneru.

·· ···♦

- -35- 45. Jednotka tepelné desorpce podle nároku 44, která dále zahrnuje prostředek pro ohřívání strhávacích plynů před vstupem do nádoby.

46. Jednotka tepelné desorpce podle nároku 45, která dále zahrnuje prostředek pro plnění materiálu aglomerátu do nádoby vstupním průchodem.

47. Jednotka tepelné desorpce podle nároku 46, která dále zahrnuje násypku, která má dvojici oddílů, kde každý z oddílů je schopný připojení k plnícímu prostředku, zatímco je odizolovaný od okolního prostředí i dalšího oddílu, aby střídavě umožňoval plnění materiálu aglomerátu z prvního z oddílů do desorpční nádoby, zatímco je utěsněný oproti druhému z oddílů i okolnímu prostředí a zatímco se materiál aglomerátu nakládá do druhého oddílu, a plnění materiálu aglomerátu z druhého oddílu do desorpční nádoby, zatímco je těsně odizolovaný od prvního oddílu i okolního prostředí a zatímco je materiál aglomerátu nakládán do prvního oddílu, aby tak dovolila nepřetržité plnění materiálu aglomerátu do desorpční nádoby.

48. Jednotka tepelné desorpce podle nároku 32, 33 nebo 34, u které je uvedená desorpční nádoba dutý válcový kontejner, který má centrální osu orientovanou horizontálně, a alespoň spodní část kontejneru je ponořená v lázni roztaveného cínu.

49. Jednotka tepelné desorpce podle nároku 48, u které je kontejner otočný kolem své centrální osy.

50. Jednotka tepelné desorpce podle nároku 39, uvedená pevná tělesa kulovitě tvarovaná.

kde jsou ·* *···

51. Jednotka tepelné desorpce podle nároku 50, u které jsou pevná tělesa kovové koule.

52. Jednotka tepelné desorpce podle nároku 39, u které jsou uvedená pevná tělesa kovové koule, které mají průměr mezi asi jedním a šesti palci.

53. Tepelný desorpční mlýn pro desorbování relativně těkavé složky aglomerátu, který zahrnuje:

otočnou desorpční nádobu, lázeň roztaveného cínu, přičemž nádoba je alespoň částečně ponořená v lázni pro přenos tepla z lázně na vnitřek nádoby pro podpoření desorpce relativně těkavé složky jako plynu z aglomerátu umístěného v nádobě, ohřívák pro lázeň, pevná tělesa umístěná v nádobě pro vzájemné promílání s aglomerátem, když se nádoba otáčí, aby se pevné kusy aglomerátu fyzikálně rozlámaly, a kde nádoba má vstupní průchod pro plnění aglomerátu dovnitř nádoby, nádoba má první výstupní průchod pro výstup plynu a nádoba má druhý výstupní průchod pro výstup rozbitých kusů relativně netěkavých pevných složek aglomerátu, zatímco pevná tělesa zůstávají v nádobě.