DK155438B - Fremgangsmaade til reduktion af miljoeskadelige komponenter i roeggas, og et produkt til udoevelse af fremgangsmaaden - Google Patents

Description

DK 155438 B

5 Denne opfindelse angår en fremgangsmåde til reduktion af indholdet af miljøskadelige gasser i røggas og et tilsætningsmiddel til udøvelse af fremgangsmåden.

Det er kendt, at røggas fra afbrænding af organiske 10 materialer i form af regulære brændsler og/eller af affald ud over vand(damp) og kuldioxid ofte tillige indeholder miljøskadellige gasarter som for eksempel svovloxider som svovldioxid og svovltrioxid, chlor-holdige gasser som chlorbrinte og nitrøse gasarter i 15 form af nitrogenoxider i forskellige oxidationstrin.

Til miljøskadelige røggaskomponenter regnes også kulbrinter. Under særlige forbrændingsforhold kan der dannes så skadelige stoffer som dioxiner, særligt i forbindelse med affaldsforbrænding, hvor brændslet 20 kan indeholde større mængder chlorforbindelser for eksempel i form af polyvinylchlorid. Der udføres o-veralt mange forsøg og arbejdes med teoretiske modeller i bestræbelserne på at reducere atmosfærens forurening med disse stoffer i det moderne tekniske sam-25 fund.

Der kendes flere fremgangsmåder til reduktion af indholdet af forskellige af de ovenfor nævnte stoffer i røggas. Svovloxidindholdet kan med kendt teknik for 30 eksempel reduceres både ved våd- og tørbehandling af røggasser med calcium- og/eller magnesiumholdige produkter. Disse fremgangsmåder kan give gode resultater med en tålelig økonomi i store forbrændingsanlæg, for eksempel i termiske elkraftværker.

Indholdet af chlorbrinte - og dermed risiko for dannelse af dioxiner - forekommer ofte i forbindelse med 35

DK 155438 B

2 affaldsforbrænding. Man har nu viden om, at en styring af forbrændingen således, at forbrændingstemperaturen hæves, reducerer indholdet af disse komponenter drastisk, og at en tilsætning af et basisk mate-5 riale, der kan binde chloret kan virke fordelagtigt.

I de senere år er man blevet mere og mere opmærksom på, at indholdet af nitrøse gasser i røggas ikke som tidligere antaget blot er en gødningsmæssig fordel; 10 men at disse gasser i de mængder, som produceres i store, moderne forbrændingsanlæg virker meget miljøskadeligt, for eksempel fordi de er stærkt korrosionsfremmende. Opfinderen af denne opfindelse har ingen kendskab til nogen teknisk fremgangsmåde, der 15 tilstrækkeligt billigt og sikkert kan nedbringe ind holdet af nitrøse gasser i røggassen fra store forbrændingsanlæg, men antager, at det er sandsynligt, at der i mange lande meget snart stilles miljøkrav til disse anlæg om reduktion i udslippet af nitrogen-20 oxider i atmosfæren.

Det er derfor formålet med denne opfindelse at frembringe en fremgangsmåde til nedbringelse af indholdet af nitrøse gasser i røggas, særligt i røggas fra 25 større forbrændingsanlæg, herunder anlæg til forbræn ding af affald. Den nye fremgangsmåde skal kunne anvendes sammen med andre fremgangsmåder til reduktion af indholdet af andre af de ovenfor nævnte, miljøskadelige røggaskomponenter og/eller i sig selv frem-30 bringe en sådan reduktion. Formålet er også at anvise et tilsætningsmateriale til brug ved udøvelse af fremgangsmåden.

Formålet opfyldes ifølge opfindelsen med en frem-35 gangsmåde, der er ejendommelig ved, at forbrændingsprocessen ud over brændsel og forbrændingsluft tilføres et basisk reagerende materiale med stort indhold 3

DK 15 5 4 3 8 B

af hydroxid og/eller oxid af jordalkali- eller alkalimetal med en mikroskopisk opsprækket overfladestruktur, i hvilken der er opsuget en brændbar olie således, at vægtforholdet mellem den basiske kompo-5 nent og oliekomponenten i tilsætningsmaterialet er mellem 1:6 og 3:2.

Et materiale, som er egnet til udøvelse af fremgangsmåden er ifølge opfindelsen ejendommeligt ved, at in-10 deholde dels olie og dels calcium og /eller magnesium i form af hydroxid og/eller oxid, idet vægtforholdet mellem olie og jordalkalimetal omregnet til calciumhydroxid er mellem 1:6 og 3:2.

15 Ejendommeligheder ved særligt fordelagtige udførelsesformer fremgår af underkravene.

Fordelen ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen er, at man ved dens anvendelse får reduceret indholdet af 20 nitrogenoxider i røggassen fra forbrændingsanlæg. Reduktionen kan være så meget som til en trediedel eller mindre. Udøvelse af fremgangsmåden medfører samtidig en reduktion af indholdet af svovloxider i røggassen på tilsvarende måde, som det er kendt, når man 25 under forbrænding tilfører basiske materialer i form af calcium- og/eller magnesiumforbindelser, for eksempel magnesia til en forbrændingsproces. Hvor man ved tilsætning af basiske mineraler til forbrændingsprocesser hidtil har foretrukketanvendelse af magne-30 siumholdige mineraler, fordi disse ikke i samme grad som calciumholdige produkter fremmer dannelse af letsmeltelig slagge, kan man ifølge opfindelsen med fordel anvende calcium, der under afprøvningen af opfindelsen ikke har vist tegn på slaggedannelse i for-35 brændingskammeret..

Det er fordelagtigt at anvende et tilsætningsmiddel, 4

DK 15 5 4 3 8 B

der ud over de to nødvendige hovedkomponenter indeholder andre materialer, fordi man derved kan udnytte billigere råvarer til fremstillingen af tilsætningsmaterialet, og/eller fordi man hertil kan vælge olie-5 affaldsprodukter, hvis bortskaffelse i sig selv er et problem. En anden mulighed er, at man kan kombinere tilsætningsmaterialet ifølge opfindelsen med et andet tilsætningsmateriale med en anden eller supplerende effekt på forbrændingens forløb, for eksempel tilsæt-10 ning af magnesia af hensyn til yderligere reduktion af røggassenes indhold af svovloxider. Ved en sådan kombination af flere tilsætningsmidler til et materiale er det muligt at reducere doseringen til at omfatte et enkelt materiale.

15

Af hensyn til opnåelse af en nøjagtig dosering og en indføring af tilsætningsmaterialet på et bestemt sted i brændzonen er det fordelagtigt at vælge et pulverformet tilsætningsmateriale og at benytte den i sig 20 selv kendte indblæsningsteknik til indføringen.

Ved forbrænding af affald har det vist sig, at man man med fremgangsmåden ifølge opfindelsen kan opnå en forøgelse af forbrændingstemperaturen og dermed opnå 25 en reduktion af røggassens indhold af chlorbrinte og kulbrinter, såfremt tilsætningsmaterialet indeholder mindst 25% brændbare olier.

Det er økonomisk fordelagtigt at holde doseringen af 30 tilsætningsmaterialer på et så lavt niveau som teknisk muligt. En dosering af tilsætningsmateriale, der tilfører indtil 2 kg calciumhydroxid eller tilsvarende mængde anden jordalkaliforbindelse per 100 kg affald, er ved afbrænding af sædvanligt renovations-35 affald tilstrækkelig til at reducere røggassens indhold af nitrogenoxider til omkring en trediedel eller mindre under samtidig opnåelse af en meget væsentlig

DK 155438 B

5 reduktion i indholdet af andre miljøskadelige røggaskomponenter .

Opfindelsen er ikke baseret på eller formulerer nogen 5 videnskabelig teori, og dens kemiske begrundelse kan ikke gives. Det antages dog, at den særlige struktur i tilsætningsmaterialet, der ved mikroskopisk undersøgelse har vist sig at indeholde hydroxider og/eller oxider af jordalkalimetaller med mikroskopiske revner 10 og en på denne store overflade opsuget oliefilm, er af afgørende betydning. Det antages, at hydroxider og oxider af alkalimetalsalte, der kemisk kan reagere tilsvarende fordelagtigt med de miljøforurenende røggaskomponenter, kan bringes i samme olieaktiverede 15 form som de afprøvede hydroxider og oxider af jordal-kalimetallerne og også fremkalde tilsvarende reduktion af i hvert fald de nitrøse røggaskomponenter.

Fremgangsmåden ifølge opfindelsen og udøvet under an-20 vendelse af calciumhydroxid som basisk mineral har på overraskende måde fungeret uden at give anledning til slaggedannelse under de udførte forsøg. Man kan som teknisk hypotese herfor antage, at forbrændingen af oliefilmen på mineralkornene med de mikroskopiske 25 revner er så intensiv, at den resulterer i en fordampning eller ekstraordinær stor findeling af mineralkornene, som bevirker, at metaljonerne i hidtil ukendt omfang kan reagere med de nitrøse gasser, fjerne disse fra røggassen og samtidigt forhindre den 30 slaggedanneIse, der sædvanligvis forekommer ved an vendelse af calciummineral. Hvad enten denne hypotese måtte vise sig at være rigtig, eller om der er andre årsager til, at fremgangsmåden i denne udførelsesform har vist de beskrevne resultater, er udførelsesformen 35 fordelagtig i forbindelse med affaldsforbrænding.

Tilsætningsmaterialet ifølge opfindelsen er fordelag-

DK 155438 B

6 tigt, fordi det muliggør udøvelse af fremgangsmåden.

Om den udførelsesform for tilsætningsmaterialet, som er baseret på spildolie, skal det bemærkes, at et omtrent identisk materiale kendes fra Tyskland. I 5 tidsskriftet "Markt und Betrieb" nr 32, november 1980 beskrives et materiale af denne art, og det oplyses, at dette materiale af firmaet "Meissner Grundbau" er blevet anvendt til vejbygning. Fordelene ved materialet angives at være, at det på en gang frembyder 10 en løsning på anbringelse af olieaffald fra raffinaderier og er et fordelagtigt billigt materiale til det valgte vejbygningsformål.

Opfindelsen skal nedenfor illustreres yderligere ved 15 en detaljeret beskrivelse af et eksempel på en fordelagtig udførelsesform.

Eksempel på tilsætningsmidlet til udøvelse af fremgangsmåden ifølge opfindelsen.

20

Et spildolieprodukt indeholdende 56 % olie, hvoraf mere end 10 % var fraktioner med destillationstemperatur på over 110°C, et vandindhold på 16 vægtprocent og resten diverse mineralske urenheder blandt 25 andet svovl hidrørte fra en olietank på et olieraffinaderi blev efter intensiv omrøring med en snegl i et snegltransportanlæg i en mængde på 1000 kg anvendt til læskning af 615 kg brændt kalk med et indhold på 96,5% CaO, idet det pulveriserede, brændte kalk blev 30 tilsat til den vandblandede olie under omrøring. Under læskningen af kalken blev der tilsat ekstra vand, tilstrækkeligt til dels at sikre færdiggørelse af omdannelsen af calciumoxid til calciumhydroxid, og del til at erstatte fordampet vand. Behandlingen blev 35 styret således, at temperaturen fik lov at stige fra råvarernes opbevaringstemperatur (5 - 10°C) til vandets kogepunkt og blev holdt på disse 100°C under

DK 155438 B

7 læskningsprocessen. Under læskningen skiftede blandingen under den stadige omrøring karakter fra at være en væske til at blive et tørt, brunligt pulver. En analyse af dette pulver viste et olieindhold på 34 5 vægtprocent og et indhold af calcium, der omregnet til calciumhydroxid svarede til 48 vægtprocent. Restindholdet i det brunlige pulver var mineralske urenheder, hovedsageligt stammende fra den anvendte spildolie, og ubetydelige mængder fra urenheder i 10 kalken. Der blev af andre spildolieprodukter med samme type olie, men med varierende mængde urenheder fremstillet tilsvarende pulvere med mellem 50 og 65% olieindhold og med mellem 30 og 50% calciumhydroxid-indhold. Doseringen af vand blev hver gang baseret på 15 en mindre prøvelæskning, således at det kunne sikres, at der blev doseret netop tilstrækkeligt til læskningens gennemførelse og til dækning af det ikke beregnelige fordampningstab. Produktet kan betegnes som olieaktiveret kalk. Der blev udtaget en prøve ved 20 blanding af materiale fra flere produktioner, og delmængderne blev valgt, så den samlede prøve havde et calciumhydroxidindhold på 40%. Denne prøve blev anvendt som tilsætningsmateriale ved forbrænding af affald. Forsøget beskrives nærmere nedenfor.

25 I et affaldsforbrændingsanlæg til forbrænding af almindelig byrenovation blev der installeret indblæs-ningsapparatur til indblæsning af pulverformet tilsætningsmateriale på forskellige steder i forbræn-30 dingszonen. Forbrændingsanlæget forbrændte konstant cirka 4000 kg affald i timen. Under normal drift, det vil sige uden nogen tilførsel af tilsætningsmidler til regulering af røggassens kemiske sammensætning, var røggasanalysen den, der fremgår af kolonne 1 i 35 tabellen.

Under et første forbrændingsforsøg blev der i brænd-

DK 155438 B

8 zonens forreste del, det vil sige på det sted, hvor affaldet antændes, fordi temperaturen er steget til over brændslets antændelsestemperatur, indblæst olieaktiveret kalk af den ovenfor beskrevne type. Den 5 tilførte mængde tilsætningsmateriale var 100 kg per time, hvilket svarer til, at der blev tilført 40 kg calciumhydroxid per time, hvilket igen er 1% af den forbrændte affaldsmængde på 4000 kg i timen. Røggasanalysen fra dette forsøg er opført i kolonne 2 i 10 tabellen.

Et andet forbrændingsforsøg blev gennemført på samme anlæg og med samme brændsel tilført i samme mængde.

Der blev i dette andet forsøg doseret 150 kg olie-15 aktiveret kalk pr. time med samme analyse, som det i det første forsøg anvendte, alle øvrige styringsparametre var ens i de to forsøg. Analyseresultaterne fra forsøg 2 er opført i kolonne 3 i tabellen.

20 Resultaterne af emissionsmålinger er analyser af røg gassen fra affaldsforbrændingsanlæg af type "Bruun & Sørensen", idet røgprøverne er udtaget efter det installerede FLS-elektrofilter. Forbrændingshastigheden var 4000 kg affald per time.

25

Det ses klart af. eksemplet, at fremgangsmåden ifølge opfindelsen på afgørende måde er i stand til at reducere indholdet af nitrøse gasser i røggassen fra et forbrændingsanlæg. Reduktionen er sket samtidigt med, 30 at der er opnået en reduktion af svovloxidindholdet, af chlorbrinteindholdet og af kulbrinteindholdet. Fremgangsmåden ifølge opfindelsen frembringer altså også en særdeles ønsket effekt på indholdet af disse komponenter.

DK 155438 B

9

TABEL

Måling nr. 123 Røgkanal mm ø 930 930 930 5 Røghastighed m/s 22,7 22,6 20,3 Røgtemperatur °C 254 252 239 Røgmængde m3/h 55.510 55.330 49.530 H20-indhold vol% 15,1 15,6 15,9 10 H20-mængde kg/m3n 0,143 0,149 0,153

Støvemission kg/h 0,83 0,67 0,54 02-indhold vol% i tør røg 15,5 15,0 14,0 15 C02-indhold vol% i tør røg 5,4 5,9 6,9 CO-indhold ppm i tør røg 40 20 0 S02-rate kg S02/h 3,13 1,52 1,90 S02-konc. mg S02/m3n tør, 20 0°C, 1013 mbar 166 74 86 HCl-rate kg HCl/h 10,4 6,8 6,9 HCl-konc. mg HCl/m3n tør 0°C, 1013 mbar 554 329 312 25 N-oxider, NO + N02-rate kg NO + NOz/h 3,17 2,12 1,17 NO + N02-konc mg N0+N02/m3n tør, 0°C, 30 1013 mbar 168 103 53 CHn-rate kg CHn/h 5,9 <1,6 <1,7 CHn-konc. mg CHn/m3n tør 0°C, 1013 mbar 308 <77 <77 10 DK 1 55438 Β

Det skal bemærkes, at det olieaktiverede kalk af den ovenfor beskrevne type, da det blev undersøgt i mikroskop, viste sig at indeholde små krystaller af calciumhydroxid, hvis overflade havde mikroskopiske 5 sprækker, og at disse sprækker i vid udstrækning var fyldt med opsuget olie, der også dækkede regulære krystalflader. Et materiale med tilsvarende struktur og helt samme effekt er blevet fremstillet på basis af almindelig brændselsolie tilsat 30% vand og deref-10 ter under tilsætning af pulveriseret, brændt kalk anvendt til læskning, hvorunder den støkiometrisk overskydende mængde af vand fordampede. Tilsætningsmidlet er derfor ikke begrænset til et materiale fremstillet af spildolie fra olietanke på raffinaderier.

15

Da der ved forbrænding af fossile brændsler i varmeanlæg og kraftværker dannes nitrøse gasser af helt samme art som ved forbrænding af affald, og da det også er muligt i sådanne anlæg at udøve fremgangsmå-20 den ifølge opfindelsen, således at man tilfører det olieaktiverede tilsætningsmateriale, og bringer dette til reaktion i forbrændingsprocessen under tilsvarende betingelser, antages det, at fremgangsmåden ifølge opfindelsen også kan eftervises at give fordelagtige 25 resultater i sådanne anlæg.

Opfindelsen er derfor ikke begrænset til anvendelse i forbindelse med forbrænding af affald, som beskrevet i eksemplet, men dækker, som defineret i patentkrave-30 ne, også forbrænding af andre brændsler, også i andre anlæg end affaldsforbrændingsanlæg.

Claims (5)

1. Fremgangsmåde til reduktion af de ved forbrænding i forbrændingsanlæg dannede, nitrøse gasser, 5 kendetegnet ved, at forbrændingspro cessen ud over brændsel og forbrændingsluft tilføres et basisk reagerende materiale, der indholder hydroxid og/eller oxid af jordalkali- og/eller alkalimetal med en mikroskopisk opsprækket overfladestruktur, i 10 hvilken der er opsuget en brændbar olie således, at vægtforholdet mellem den basiske komponent og oliekomponenten i tilsætningsmaterialet er mellem 1:6 og 3:2.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendeteg net ved, at der som tilsætningsmateriale benyttes et materiale, der indeholder et reaktionsprodukt frembragt ved læskning af brændt kalk (CaO) i en blanding af et olieprodukt og vand således, at reak-20 tionsproduktet er blevet et pulverformet materiale med et olieindhold på fra 10 til 40 vægtprocent og et Ca(0H)2 indhold på fra 30 til 70 vægtprocent, indtil cirka 15% vand og resten urenheder indført med råvarerne og/eller tilblandede, andre forbrændingstil-25 sætningsmidler.

3. Fremgangsmåde ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at der vælges et pulverformet tilsætningsmateriale, og at dette tilføres forbræn- 30 dingsprocessen ved indblæsning i forbrændingsanlægets brændzone.

4. Fremgangsmåde ifølge et af de foranstående krav og udøvet på et anlæg under afbrænding af affald, 35 kendetegnet ved, at der anvendes til sætningsmateriale i en sådan mængde, at der tilføres indtil 2 kg calciumhydroxid eller dermed ækvivalent DK 155438 B mængde anden jordalkali- eller alkaliforbindelse per 100 kg affald.

5. Tilsætningsmateriale til brug ved udøvelse af 5 fremgangsmåden ifølge et af foranstående krav og især til anvendelse i forbindelse med affaldsforbrænding og indeholdende, dels olie og dels hydroxid og/eller oxid af et jordalkali- og eller et alkalimetal i form af krystaller med mikroskopiske sprækker, hvori der 10 er opsuget olie, og at vægtforholdet mellem olie og jordalkalimetal omregnet til calciumhydroxidækvivalenter er mellem 1:6 og 3:2, at det har pulverform og indeholder mindst 30 vægtprocent calcium- eller magnesiumhydroxid og at det indeholder andre brændba-15 re og/eller ikke-brændbare komponenter, der i det mindste delvis er slampartikler eller andre produkter, der typisk forekommer i spildolie fra raffinaderier og tankskibe, og som kan omfatte svovlpartikler, eller i brugt smøreolie såsom brugt motorolie, der 20 normalt indeholder partiker af metal og metaloxider, kendetegnet ved, at indeholdet af olie er større end 25 vægtprocent, således at tilsætningsmaterialet i sig selv har en brændværdi, der er tilstrækkelig til at hæve forbrændingsprocessens 25 forbrændingstemperatur.