DE2732630C2

DE2732630C2 -

Info

Publication number: DE2732630C2
Application number: DE2732630A
Authority: DE
Inventors: Charles F. Von Ramsey N.J. Us Dreusche Jun.
Original assignee: Nichols Engineering & Research Corp Belle Mead Nj Us
Current assignee: Nichols Engineering & Research Corp Belle Mead Nj Us
Priority date: 1976-07-19
Filing date: 1977-07-19
Publication date: 1988-01-14
Also published as: US4046086A; CA1104763A; GB1577532A; FR2359372A1; FR2359372B1; DE2732630A1; JPS5331378A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Behandlung von Alkalimetalle enthaltendem Abfallmaterial nach den Oberbegriffen des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 5. Die Erfindung eignet sich insbesondere neben anderen möglichen Anwendungsfällen für die Behandlung von Abwasserschlamm, städtischem, industriellem oder kommunalem Müll, Abfall oder anderem Unrat.

Die Behandlung von Abfallmaterial, das Alkalimetalle, wie Natrium und Kalium, enthält in einem Ofen ist deshalb erwünscht, um das Volumen des Materials zu verringern, flüchtige Bestandteile freizusetzen und das Material in einen stabilen nicht verwesenden organischen Zustand zu überführen, so daß es sich z. B. für die Landausfüllung eignet. Bislang wurden Versuche vorgenommen, um den in solchem Abfallmaterial enthaltenden Kohlenstoff bei einer niedrigen Temperatur zu verbrennen, doch haben sich aufgrund der Bildung von Schlacke im Ofen Schwierigkeiten ergeben, da die Schlacke an der Ofenauskleidung anschmilzt und diese angreift und ferner auch bei mehrherdigen Öfen zu Schwierigkeiten bei der Umrührung führt.

Aus der US-PS 39 58 920 ist ein Verfahren zum Betrieb eines Verbrennungsofens mit mehreren Herden bekannt. Dabei wird das zu verbrennende Material an einem Ende des Ofens eingegeben und am anderen Ende des Ofens abgegeben, und gleichzeitig wird Luft zugeführt, und die Verbrennungsgase werden im Gegenstrom zu dem zu verbrennenden Material eingeführt. In einem solchen Ofen liegen eine Trocknungszone, eine Verkohlungs- und Verbrennungszone für flüchtige Bestandteile und eine Verbrennungszone für festen Kohlenstoff vor. Der Ofen ist so ausgelegt, daß er mit einer Temperatur an den Herden in der Verbrennungszone zwischen etwa 649 bis 1038°C betrieben werden kann, wobei die Maximaltemperaturen aber so festgelegt sind, daß sie zwischen Umgebungstemperatur und der Maximaltemperatur, welche der Ofen aushält, liegen können. Bei einem Verfahren der vorgenannten Art ist das Auftreten von Schlacke mit den entsprechenden, dadurch verursachten Störungen nicht immer auszuschließen.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, bei einem Verfahren der vorgenannten Art das Auftreten von Schlacke zu unterbinden und eine deponierfähige inerte Asche zu erzeugen.

Diese Aufgabe wird durch die in den Kennzeichen der Patentansprüche 1 bzw. 5 angegebenen Merkmale gelöst.

Vorzugsweise wird die Temperatur unter etwa 704°C gehalten. Ferner wird gemäß einer Weiterbildung der Erfindung die Temperatur im Bereich von 649°C bis 760°C und vorzugsweise zwischen 649°C und 704°C gehalten.

Bei den Alkalimetallen handelt es sich meistens um Natrium und Kalium. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird die Behandlung in der Verbrennungszone für den festen Kohlenstoff vor der Verbrennung von sämtlichem festen Kohlenstoff beendet.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert, wobei die Zeichnung eine schematische in Axialrichtung teilweise geschnittene Ansicht von einem System zur Behadnlung von Alkalimetalle enthaltendem Abfallmaterial in einem Ofen mit gesteuerter Atmosphäre wiedergibt.

Die Zeichnung gibt einen Ofen mit einer Vielzahl von Herden wieder, und dieser Ofen eignet sich zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Der in der Zeichnung mit 10 allgemein angedeutete Ofen hat eine zylindrische Gestalt. Der Ofen ist aus einem rohrförmigen äußeren Stahlgehäuse aufgebaut, das mit feuerfestem Stein oder einem anderen ähnlichen wärmebeständigen Material ausgekleidet ist. Der Ofen ist mit einer Vielzahl von Brennerdüsen 16 versehen, wobei eine oder mehrere Düsen an einem oder mehreren Herden, je nach Bedarf, für den anfänglichen Anlaufbetrieb und zur Steuerung der Temperaturen in den verschiedenen Zonen des Ofens zur Vornahme der gewünschten speziellen Behandlung vorgesehen sind. Irgendeine geeignete Brennstoffart kann diesen Brennern zugeführt werden.

Das Innere des Ofens 10 ist durch Herdböden 20 und 22 in eine Vielzahl von vertikal ausgerichteten Herden unterteilt, wobei die Anzahl der Herde entsprechend dem speziellen durchzuführenden Verfahren ausgewählt wird. Jeder Herdboden besteht aus einem feuerbeständigen Material und hat vorzugsweise eine leicht bogenförmige Gestalt, so daß er im Ofen selbsttragende Eigenschaften besitzt. Nahe dem äußeren Gehäuse des Ofens sind äußere Fallöcher 24 und nahe der Ofenmitte an abwechselnden Herdböden 22 zentrale Fallöcher 26 ausgebildet.

Bei dem in der Zeichnung dargestellten System erstreckt sich eine drehbare zentrale Welle 28 axial durch den Ofen 10. Die Welle ist bei 30 von einer oberen Lagereinrichtung und bei 32 von einer unteren Lagereinrichtung gehalten. Diese zentrale Antriebswelle wird von einem Elektromotor und einem Zahnradantrieb 34 in Drehbewegung versetzt. Eine Vielzahl von in Abstand voneinander liegenden Rührarmen 36 ist an der zentralen Welle 28, wie bei 38 angedeutet, befestigt und erstreckt sich in jedem Herd über den Herdboden nach außen. An den Rührarmen sind Rührzähne 40 ausgebildet, die sich bis nahe dem Herdboden nach unten erstrecken. Die Rührzähne liegen in bezug auf die Längsachse der betreffenden Rührarme geneigt, so daß bei der Umlaufbewegung der Rührarme 36 infolge Drehung der zentralen Welle 28 die Rührzähne 40 kontinuierlich durch das auf den betreffenden Herdboden in Behandlung befindliche Material schüren und es allmählich in Richtung auf die Fallöcher 24 und 26 in den Herdboden drücken.

Das zu behandelnde Material gelangt über einen Einlaß 42 in das obere Ende des Ofens und läuft durch diesen in grundsätzlich serpentinenförmiger Weise abwechselnd nach innen und nach außen über die Herde nach unten und wird am unteren Ende es Ofens, wie bei 44 angedeutet, abgegeben. Das Material kann dann zu einer Lösch- oder Abschreckeinrichtung (nicht gezeigt) gebracht werden.

Der Ofen ist effektiv in drei Zonen unterteilt. Diese Zonen sind jedoch nicht scharf gegeneinander abgegrenzt, sondern ändern sich je nach den Eigenschaften des zu behandelnden Materials. So stellt die erste oder obere Zone 46, bestehend aus den ersten Herden, eine Trocknungszone, und die zweite Zone 48, bestehend aus den nächsten Herden, eine Verkohlungs- oder Verbrennungszone für flüchtige Bestandteile dar. Die dritte Zone 50 ist eine Verbrennungszone für festen Kohlenstoff.

Die Abgase aus dem Ofen werden von einem Auslaß 52 am oberen Ende des Ofens abgegeben und können anderen Behadnlungsvorrichtungen, z. B. einem Naß-Skrubber, zugeleitet werden.

Wie eingangs erwähnt, wird die Umwandlung von organischem oder Kohlenstoff enthaltendem Abfall in eine Form gewünscht, die sich z. B. für Zwecke wie die Landausfüllung, eignet. Bei vielen Anlagen enthält derartiges Abfallmaterial geringe Mengen an Alkalimetallen, z. B. Natrium und Kalium, die für die Behandlung in einem Ofen besonders schwierig sind. Um das Abfallmaterial in eine verwendbare Form zu reduzieren, werden daher die flüchtigen Bestandteile in der Zone 48 weggebrannt und wird der Kohlenstoff verkohlt. Bislang wurde versucht, die Kohlenstoffabfallprodukte bei niedrigen Temperaturen zu verbrennen, jedoch war dies wegen der Bildung von Schlacke, die an der Steinausmauerung des Ofens anhaftete, mit Schwierigkeiten verbunden. In Anbetracht dieser Probleme wurde eine ausgiebige Analyse der mit der Schlackenbildung verbundenen Faktoren durchgeführt und ein Verfahren und eine Vorrichtung gefunden, die ohne die Bildung von Schlacke zu den gewünschten Ergebnissen führen. Gewöhnlich wurde bislang die Temperatur von einem Herd in der Luft-Gas-Zone in wesentlichem Abstand oberhalb des Bettes gemessen. Erfindungsgemäß wurde jedoch festgestellt, daß die Thermoelemente in einer solchen Zone zwar eine zufriedenstellende Temperatur anzeigen, die wirkliche Temperatur im Bett jedoch häufig wesentlich höher ist, was Schlackenbildung verursacht. Bislang wurden die bekannten Anlagen mit einem wesentlichen Luftüberschuß betrieben, um den Arbeitsprozeß infolge des damit verbundenen Dämpfungseffektes abzukühlen. Erfindungsgemäß wurde jedoch festgestellt, daß der Luftüberschuß noch das Problem verstärkt, da, obschon die Luft-Gas-Zone gekühlt werden kann, der zugeführte Sauerstoff an der Bettoberfläche in Wirklichkeit die Verbrennungsrate erhöht und an lokalen Zonen an der Bettoberfläche ein Überhitzung eintritt.

Erfindungsgemäß ist daher die Temperaturmeßvorrichtung oder das Thermoelement direkt nahe der Bettoberfläche, wie bei 54 in der Zeichnung angedeutet, angebracht. Der Ofen wird so betrieben, daß ein Mangel an Sauerstoff vorliegt. Je nach Notwendigkeit sind dabei eine oder mehrere Luftdüsen 56 an bestimmten Herden vorgesehen. Der Luftdurchsatz durch jede Düse wird von einem Steuerglied 58 gesteuert, das ein Eingangssignal von dem Temperaturfühler 54 erhält. Bei Betrieb wird an jedem aufeinanderfolgenden Herd dessen Temperatur durch den Temperaturfühler bestimmt, und das Steuerglied erlaubt nur einen solchen Zutritt von Luft zum Herd, wie er zur Aufrechterhaltung der gewählten Temperatur notwendig ist.

Ferner wurde festgestellt, daß eine gewisse maximale und minimale Temperaturgrenze zur Erzielung der gewünschten Ergebnisse kritisch ist. So hat sich gezeigt, daß die maximale Temperatur in der Größenordnung von 760°C liegt, und vorzugsweise wird die maximale Temperatur unterhalb 704°C gehalten. Um die flüchtigen Bestandteile zu entfernen, liegt die minimale Temperatur in der Größenordnung von 649°C.

Beispiel 1

Das Material war eine schwarze Lauge oder Ablauge mit einer Viskosität, die nur mäßig größer als Wasser war. Das spezifische Gewicht betrug 1,25. Beim Stehenlassen setzt sich das Material nicht ab. Die Probe enthielt 38% Feststoffe, bei denen es sich in gleichen Teilen um NaOH und orgnaische Substanzen handelte.

150 cm³ der Lauge wurden eingedampft und bei 649°C in großen bedeckten Tiegeln carbonisiert. Die Ausbeute betrug 47 g eines schwarzen Feststoffes. 47 g Feststoff wurden mit Wasser vermischt, wobei ein Kohlenstoffrückstand von 2,7 g erhalten wurde, was zeigt, daß 44,3 g lösliche Salze vorlagen. Das Gewicht des Kohlenstoffrückstandes ist nicht wesentlich, da es ohne weiteres möglich ist, daß ein Teil des festen Kohlenstoffs oxidiert war. Das Gewicht der löslichen Substanz entspricht 19% NaOH im Ursprung, umgewandelt in Na₂CO₃. Verschiedene andere Proben wurden bei Temperaturen von 649°C bis 816°C carbonisiert. Eine Carbonisierung oberhalb 760°C führte zu einer teilweisen Verschmelzung in den Tiegeln.

Beispiel 2

Es wurde das gleiche Material wie bei Beispiel 1 verwendet. Das Material wurde mit folgenden Ergebnissen carbonisiert.

Beispiel 1 zeigt, daß zufriedenstellende Ergebnisse in einem Temperaturbereich von 649°C bis 760°C erhalten werden und daß oberhalb 760°C eine teilweise Verschmelzung eintritt. Beispiel 2, Läufe 1 und 2, zeigt zufriedenstellende Ergebnisse bis zu einer Temperatur von 732°C bis 746°C. Bei Lauf 1 ist jedoch anzumerken, daß bei einer Temperatur von 732°C ein leichtes Anhaften von Na₂CO₃ an den Rührarmen beobachtet wurde. Lauf 3 zeigt nichtzufriedenstellende Ergebnisse bei einer Temperatur von 799°C, da ein Zerkleinern der großen Partikel aus der Hochtemperaturverschmelzung notwendig war, um eine gute Umrührung sicherzustellen.

Des weiteren wurde festgestellt, daß es erwünscht ist, den Betrieb zu beenden, bevor der gesamte feste Kohlenstoff in der Verbrennungszone 50 für den festen Kohlenstoff weggebrannt worden ist. Das heißt, es ist notwendig, das Verkohlen und Verbrennen der flüchtigen Bestandteile in Stufe 48 abzuschließen und einen Eingang in die Verbrennungsstufe 50 für den festen Kohlenstoff vorzunehmen, doch sollte der Vorgang abgeschlossen sein, bevor sämtlicher fester Kohlenstoff verbrannt ist, damit überschüssiger freier Sauerstoff nicht direkt nahe der Oberfläche des Bettes erscheint.

Claims

1. Verfahren zur Behandlung von Alkalimetalle enthaltendem Abfallmaterial in einem Gegenstromofen, bei dem das zu behandelnde Abfallmaterial an einem Ende des Ofens eingegeben und das behandelte Material am anderen Ofenende abgegeben wird, wobei gleichzeitig Luft zugeführt wird und die Verbrennungsgase in Gegenstromrichtung in bezug auf das in Behandlung befindliche Material strömen und an dem einen Ende des Ofens ausgestoßen werden, wobei der Ofen Behandlungsstationen hat, die vom einen Ende des Ofens aufeinanderfolgend eine Trocknungszone, eine Verkohlungs- und Verbrennungszone für flüchtige Bestandteile und eine Verbrennungszone für festen Kohlenstoff umfassen, dadurch gekennzeichnet, daß dem Ofen in der Verbrennungszone für den festen Kohlenstoff und in der Verkohlungs- und Verbrennungszone für flüchtige Bestandteile Luft in einer Menge unterhalb der für die vollständige Verbrennung theoretisch erforderlichen zugeführt und daß im Ofen direkt nahe der Oberfläche des in Behandlung befindlichen Materialbettes eine maximale Temperatur unterhalb 760°C aufrechterhalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur im Bereich von 649°C bis 760°C gehalten wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur unterhalb einer Temperatur von 704°C gehalten wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung in der Verbrennungszone für festen Kohlenstoff vor der Verbrennung des gesamten festen Kohlenstoffs beendet wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bestehend aus einem mehrherdigen Ofen mit einer Vielzahl von vertikal voneinander beabstandeten Herden, einer drehbaren, sich durch die Mitte des Ofens und durch jeden Herd erstreckenden zentralen Welle, einer Vielzahl von an der zentralen Welle befestigten und in Abstand voneinander befindlichen Rührarmen, die sich radial nach außen über jeden Herd erstrecken, wobei abwechselnde Herde nahe der zentralen Welle angeordnete Fallöcher und die anderen Herde nahe deren äußeren Umfängen angeordnete Fallöcher aufweisen, und ein oberer Materialeinlaß und ein unterer Materialauslaß sowie ein oberer Abgasauslaß am Ofen und an aufeinanderfolgenden Herden im Ofen Einrichtungen zur Bestimmung der Temperatur an jedem Herd vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß Temperaturfühler (54) die Temperatur nahe der Bettoberfläche messen und Einrichtungen zur Aufrechterhaltung einer maximalen Temperatur eine Luftzuführung (56) und eine Steuereinrichtung (58) umfassen, wodurch jedem Herd nur soviel Luft zugeführt wird, daß die Temperatur in dem Herd unter 760°C bleibt.