DK160645B - Fremgangsmaade og apparat til plasmapyrolytisk forvandling af affaldsmaterialer - Google Patents

Description

1 DK 160645 B

Opfindelsen vedrører en fremgangsmåde og et apparat til pyro-5 lytisk forvandling af affald ifølge indledningen til krav 1 henholdsvis 6.

En sådan fremgangsmåde beskrives skematisk af Y. H. Kiang og A. A. Metry i "Hazardous waste processing technology" (1982).

10 Derved indbringes affald i et reaktionskammer og atomiseres og ioniseres ved hjælp af en højtemperaturlysbue. Derefter rekom-bineres det atomiserede og ioniserede materiale til produktgas og partikelformet materiale. Beskrivelsen af denne fremgangsmåde er dog så skematisk, at der med de foreliggende angivel-15 ser ikke lader sig realisere en kommerciel anvendelse, som ville kunne anerkendes af de pågældende myndigheder som tilstrækkeligt pålidelig og virksom.

Endvidere kendes fra US patentskrift nr. 3 859 933 en frem-20 gangsmåde og en indretning, som forudser en efter pyrolyse af affaldet følgende forbrænding af pyrolysegasserne. Herved er det dog en mangel, at der anvendes sædvanlige, med fossile brændstoffer arbejdende ovne. Derved varer forbrændingen af giftigt affald med sædvanligvis stabile organiske molekyler 25 meget længe, så at arbejdshastigheden er meget ringe. Desuden er de tilhørende indretninger meget store. j US patentskrift nr. 3 832 519 beskriver en plasmabrænder, hvis j elektrodelængde og feltspoleantal kan ændres alt efter anven-30 delsestilfælde.

Opfindelsens opgave er frembringelse af en forbedret og kommercielt anvendelig fremgangsmåde såvel som et kompakt, transportabelt apparat til pyrolytisk affaldstilintetgørelse ved 35 hjælp af plasmalysbuer.

Denne opgave løses ved en fremgangsmåde af den art, som er an-

2 DK 160645 B

givet i den indledende del af krav 1, hvilken fremgangsmåde ifølge opfindelsen er særegen ved, at man går frem på den måde, der angives i den kendetegnende del af krav 1. Til løsning af denne opgave tjener endvidere et apparat til pyrolytisk 5 forvandling af affald, hvilket apparat er af den i indledningen til krav 6 angivne art og ifølge opfindelsen er kendetegnet ved det i den kendetegnende del af krav 6 angivne.

Fordelagtige udformninger af opfindelsen fremgår af underkra- 10 vene.

Foretrukne udførelsesformer for den foreliggende opfindelse vil blive beskrevet i det nedenstående under henvisning til tegningen, på hvilken: 15

Fig. 1 viser et diagram over den foretrukne udførelse for apparatet anvendt til pyrolytisk tilintetgørelse af affaldsmaterialer ifølge den foreliggende opfindelse, 20 fig. 2 viser et lodret snit i skrubberen, der anvendes i apparatet i fig. 1, fig. 3 viser et snit taget langs linien 3-3 i fig. 2, 25 fig. 4 viser et vertikalt snit af kulfilteret anvendt i apparatet i fig. 1, fig. 5 viser et snit langs linien 5-5 i fig. 4, og 30 fig. 6 viser et diagramformigt billede af en del af fig. 1 i større skala, som viser en anden udførelsesform for plasmabrænderen til anvendelse ved den foreliggende opfindelse.

35 Idet der henvises til tegningen angives et plasmapyrolyseappa-rat ifølge den foreliggende opfindelse generelt med henvisningsbetegnelsen 10. Hovedbestanddelene i pyrolyseapparatet 10

3 DK 160645 B

omfatter en plasmabrænder 12 til atomisering og ionisering af affaldsmateriale. En reaktionsbeholder 14 modtager det atomiserede og ioniserede affaldsmateriale, hvor det afkøles og re-kombineres til produktgas og partikelformet materiale. Disse 5 rekombinerede produkter passerer ud af reaktionsbeholderen 14 og gennem en sprøjtering 16, hvor de bratkøles og neutraliseres med en alkalisk højtryksspray. De rekombinerede produkter trækkes derefter gennem en skrubber 18, hvor produktgassen skilles fra flydende partikelformigt materiale. En tilførsels-10 ventilator 20 afgiver derefter produktgassen enten til en afbrændingsskorsten 22 til afbrænding eller til et aktivkulfilter 24. Hele plasmapyrolyseapparatet 10 er særdeles kompakt, idet det alt sammen kan passes ind i en 12,7 m flyttevognslignende nedbygget blokvogn, så pyrolyseapparatet 10 er mobilt 15 eller transportabelt til et vilkårligt sted, der har toksiske affaldsmaterialer, som skal bortskaffes.

Plasmabrænderen 12 har et par kolineære hule elektroder 26, 28, som er forbundet internt til en egnet kraftforsyning 30 20 gennem elektriske kabler henholdsvis 32, 34. Kraftforsyningen 30 er en 6-puls thyristor vandkølet 500 kW enhed og beregnet til at sluttes til en primær 480 V trefase strømforsyning fra en kommerciel stikledning. Kraftforsyningen 30 afgiver jævn- j strøm til elektroderne 26, 28 til dannelse af et variabelt 25 plasma-output på fra 200 til 500 kW.

Den plasmabue, der dannes af plasmabrænderen 12, er et højtemperaturplasma (temperaturer over 5.000°C og kan nå op til ! 50.000°C)' i modsætning til et lavtemperaturplasma, hvor en i-30 nertgas eller vakuumgas kræves for at starte og støtte plasmabuen.

Plasmabuen i plasmabrænderen 12 stabiliseres eller kollimeres ved ringformede elektromagnetiske feltspoler 36, 38, som rote- I

35 rer buen. Desuden kan et ringformet gab 40 anbragt mellem ! i elektroderne 26 og 28 via en lufttilførselsledning 44 med en egnet reguleringsventil 46 forbindes til en højtryksgasforsy-

4 DK 160645 B

ning 42, og med en hensigtsmæssig gastilførselsring kan høj-tryksforsyningen anvendes til skabelse af en hvirvelstrøm inden i plasmabrænderen 12 også for at hjælpe med at rotere eller kollimere buen. Hvirvelstrømsluften føres til plasmabræn- 3 5 deren 12 med en strømningshastighed så lav som 0,57 m /min. og med et tryk på 590 kPa. Denne luftmængde er uvæsentlig, da den er mindre end 1 eller 2% af den støkiometriske luftmængde, der kræves til forbrænding af det meste af det organiske affaldsmateriale, så fremgangsmåden er stadig i det væsentlige pyro-10 lytisk.

Elektroderne 26 og 28 og de elektromagnetiske feltspoler 36 og 38 afkøles ved at cirkulere kølevand omkring eller igennem dem i kølepassager 47, 49. Kølepassagerne 47, 49 er forbundet til 15 en koldtvandsforsyning i en opbevaringstank eller et reservoir 48 typisk på 590 1, som cirkuleres i et lukket kredsløb med typisk strømningshastighed på 160 1/min. ved et typisk tryk på 690 kPa. En egnet pumpe 50 er anbragt i en kølevandsforsyningsledning 52, og en ventil 54 er anbragt i en kølevandsre-20 turledning 56. Ventilen 54 kan anvendes til at regulere strømningshastigheden for kølevand, eller alternativt kan vandstrømningen være konstant, og en varmeveksler (ikke vist) kan inkorporeres i kølevandsreturledningen for at regulere varme-fjernelseshastigheden fra kølevandskredsen. En del af kølevan-25 det cirkuleres også gennem kølekapper på de elektriske kraftforsyningskabler 32, 34 ved hjælp af køleledninger 58 for at køle de elektriske kabler 32, 34. Til kølingen anvendes konditioneret eller deioniseret vand.

30 Konstruktionen af plasmabrænderen 12 per se anses ikke for at være en del af den foreliggende opfindelse, så den beskrives ikke mere detaljeret. Den tilgrundliggende plasmabrænder 12 kan dog fås fra The Westinghouse Electric Corporation of Pittsburgh, Pennsylvania, USA, og dens konstruktion er i det 35 væsentlige lig den, der vises i US patentskrift nr. 3.832.519 udstedt 27. august 1974.

s DK 160645 B

Affaldsmaterialet fødes til plasmabrænderen 12 gennem en af-faldsfødeledning 60 med en hastighed på ca. 4,5 1/min. Af-faldsfødeledningen 60 er forbundet til en eller flere ringformede indgangsringe 62 (kun en vist i fig. 1), der er monteret 5 koaksialt imellem, som vist i fig. 1, eller efter, som vist i fig. 6, de hule elektroder 26 og 28. Affaldsmateriale flyder gennem indgangsringen 62 for at sprøjtes direkte ind i det kolineære elektroderum, der defineres af elektroderne 26 og 28.

Det er ikke nødvendigt at forstøve eller atomisere affaldsma-10 terialet, når det kommer ind i plasmabrænderen 12.

Fig. 6 viser en anden udførelsesform, hvor indgangsringen 62 er anbragt koaksialt ved udgangsenden af elektroden 28 i nærheden af reaktionsbeholderen 14. Ved denne udførelsesform til-15 føres affaldsmaterialet stadig direkte ind i plasmabuens hals med strømmen i forhold til det ringformede gab 40, hvor buen startes for det tilfælde, at det tilgående affaldsmateriale interfererer med formationen eller dannelsen af plasmabuen.

20 Affaldsfødetilgangen omfatter to reservoirer 64 og 66. Reservoir 64 indeholder ikke-toksisk, organisk væske såsom ethanol, der fødes til plasmabrænderen 12 under starten som en indledende fødning, indtil systemet når en stabil tilstand, og også under nedlukning af pyrolysesystemet 10 for at skylle syste-25 met. Et reservoir 66 indeholder affaldsmaterialet, der skal tilintetgøres, og ved den foretrukne udførelsesform er dette i flydende eller flydendegjort form. Reservoirerne 64 og 66 er forbundet til en tregangsventil 68 gennem tilførselsledninger 70 og 72. En af faIdsfødepumpe 74 med variabel hastighed afgi-30 ver enten den ikke-toksiske, organiske væske eller affaldsmaterialet til plasmabrænderen 12 gennem affaldsfødeledningen 60, og der er desuden en lukkeventil 76 i affaldsfødeledningen 60 for at lukke for strømmen af affaldsmateriale, hvis der ! skulle opstå uheldige tilstande som beskrevet nedenfor.

Plasmabrænderen 12 er forbundet til reaktionsbeholderen 14 på hensigtsmæssig måde. Reaktionsbeholderen 14 omfatter et cylin- 35

6 DK 160645 B

drisk hus af rustfrit stål med en ildfast foring 78, og det indre volumen i reaktionsbeholderen 14 udgør et reaktionskam-mer 79 med et volumen på ca. 2 m . Den ildfaste foring 78 er dannet af spundet fibermateriale af kaolin og sælges under va-5 remærket KAOWOOL af Babcock & Wilcox Refractories of Burlington, Ontario, Canada. Det sædvanlige temperaturområde inden i reaktionsbeholderen 14 er mellem 900 og 1.200°C. Reaktionsbeholderen 14 omfatter en hul, cylindrisk del 80, der er anbragt koaksialt og i forbindelse med plasmabrænderelektroderne 26 og 10 28. Den cylindriske del 80 har en hul indre grafitcylinder 82 til at modtage og lede plasmabuen til reaktionsbeholderen 14. Kølevandspassager 84 og 86 står i forbindelse med kølevandspassager 47 og 49 i plasmabrænderen 12 for at afkøle grafitcylinderen-. 82. Den cylindriske del 80 er også pakket med KAOWOOL 15' ildfast materiale for at beskytte kølevandspassagerne.

Reaktionsbeholderen 14 omfatter også et grafithjerte eller udgangsskjold 8&r der er anbragt med aksial afstand fra grafitcylinderen 82. Dekomponerende plasmaforbindelser, der kommer 20 ud fra den cylindriske del 80, rammer grafitudgangsskjoldet 88. tfdg angsskj o 1 det 88 omfatter tværliggende udgangs åbninger 90, som står i forbindelse med det hule indre i grafitskjoldet 88 til dannelse af udgang fra reaktionsbeholderen 14. Tværliggende udgangsåbninger 90 giver tilstrækkelig turbulens til at 25 sikre, at partikelformigt eller askemateriale, der dannes i reaktionsbeholderen, passerer ud gennem reaktionsbeholderudgangen .

Området inden i plasmabrænderen 12 og grafitcylinderen 82 tje-30 ner som en "plug flow"-atomiseringszone, medens indersiden af reaktionsbeholderen tjener som en blandet rekombinationszone. Opholdstiden inden i atomiseringszonen er typisk ca. 500 mikrosekunder, og opholdstiden i reaktionszonen er typisk ca. 1 sek.

Sprøjteringen 16 er forbundet til reaktionsbeholderudgangen for at modtage produktgas og partikelformigt materiale, der 35

7 DK 160645 B

kommer ud derfra. Sprøjteringen 16 er fremstillet af rustfrit stål og har en indre hul cylindermanchet 92, i hvilken er anbragt tre ringformede rækker af indadrettede sprøjtedyser 94. Positionen langs omkredsen for hver række sprøjtedyse 94 er 5 ensartet forsat. Sprøjtedyserne 94 står i forbindelse med en ringformet kanal 96, som er fyldt med højtryksbratkølingsvæske til dannelse af en ensartet tåge af små dråber med mikronstør-relse til at bratkøle produktgassen og partikelformigt materiale, der passerer gennem sprøjteringen 16. Den indre diameter 10 i den indre manchet 92 er ca. 10,5 cm, og den indre manchet 92 er ca. 25,5 cm lang.

Den ringformede sprøjteringskanal 96 er med en bratkølingsvandledning 108 forbundet til et reservoir 98 med højtryks-15 bratkølingsvand. Reservoiret 98 er typisk en 136 liter tank og er forsynet med en drikkevandstilførsel 100 gennem en egnet ventil 102. Der kan, om ønsket, udføres et (ikke vist) luftgab før ventilen 102 for at isolere pyrolyseapparatet 10 fra drikkevandsforsyningen. Bratkølingsvandet i reservoiret 98 føres 20 til sprøjteringen 16 under anvendelse af en 45 1/min. og 1,034 kPa pumpe 104 med variabel hastighed. En del af denne strøm af bratkølingsvand kan anvendes til køling af thyristoren i kraftforsyningen, før den genforenes med hovedstrømmen, selvom dette ikke er vist i fig. 1. En ventil 106 anbragt i bratkø-25 lingsvandledningen 108 opretholder strømmen af bratkølingsvand ved en hastighed på ca. 20-40 1/min.

Der er anbragt et baseforsyningsreservoir 110 for tilsætning af basisk materiale til bratkølingsvandet, der fødes til 30 sprøjteringen 16. Basereservoiret 110 er typisk en 250 liters tromle med flydende natriumhydroxid eller kaustisk soda. En 9 1/min. og 1,034 kPa pumpe 112 med variabel hastighed afgiver den kaustiske soda gennem en egnet ventil 114 til bratkølingsvandforsyningsledningen 108. Der tilføres tilstrækkeligt na-35 triumhydroxid til bratkølingsvandet til at neutralisere eventuelle sure gasser, der kommer ud fra reaktionsbeholderen 14, og til dette formål styres pumpens 112 ydelse af en pH-sensor j il f

8 DK 160645 B

(ikke vist), der registrerer pH-værdien i det bratkølingsvand, der kommer ind i skrubberen 18. Udtrykket "neutraliserer" skal med hensyn til denne beskrivelses formål betyde en pH-værdi typisk mellem 5 og 9.

5

Skrubberen 18 er vist med en central indgangsåbning 116 (se fig. 2), der er forbundet til udgangen på sprøjteringen 16 ved hjælp af en hensigtsmæssig ledning 118. Skrubberen 18 er en cylindrisk tank af rustfrit stål, typisk ca. 60 cm i diameter 10 og 1 m høj, og har et centralt lodret rør 120, ca. 12 cm i diameter og 70 cm langt, der står i forbindelse med indgangen 116. En pladegitterkurv 122 anbragt inden i skrubberen 18 har en fast bundplade 124 med et flertal af krumme skovlblade 126, der strækker sig radialt, således at strømningen af rekombine-15 rede produkter ned gennem det centrale indgangsrør 120 rammer bundpladen 124 og skovlbladene 126, hvorved det tvinges til at strømme i en hvirvel mod uret. På denne måde skabes trykforskelle hen over pladegitterkurvens vægge, så at strømningen derigennem bevirker, at væske og partikelformigt materiale ad-20 skilles fra produktgassen i de rekombinerede produkter. I denne betydning er skrubberen 18 en mekanisk skrubber. Produktgassen fortsætter strømningen opad og ud gennem en rørbøjning 130 anbragt i området for hvirvelstrømningen. Rørbøjningen 130 danner en skrubberudgang 132, der gennem en egnet ledning 134 25 (se fig. 1).fører til sugesiden på tilførselsventilatoren 20.

Skrubberen 18 har en nedre sump 136, hvor væske og partikel-formigt materiale samles for at blive ført væk ved hjælp af en drænpumpe 138 for at blive afleveret gennem en udløbsledning 30 140 til en kloak eller opbevaringstank til yderligere behand ling. En væskeniveaukontrol 144 er monteret på skrubberens 18 sump for at styre pumpen 138, og en tregangsventil 146 er anbragt for, om ønsket, at føre væsken og det partikel formede materiale til en prøveledning 148.

35 3

Indførselsventilatoren 20 har typisk en ydelse på 21,2 m /min. og suger kontinuerligt fra skrubberen 18 og reaktionsbeholde

9 DK 160645 B

ren 14 for at holde mellem atmosfærisk og svagt undertryk i systemet.

Produktgas fra skrubberen 18 passerer gennem tilførselsventi-5 latoren 20 og afgives til en tregangsventil 150. Under normal drift passerer produktstrømmen gennem ventilen 150 til afbrændingsskorstenen 22, hvor den tændes elektrisk. Gassen består hovedsagelig af hydrogen, carbonmonoxid og nitrogen, så den brænder med ren flamme og en temperatur på ca. 1800-2100*0.

10 Afbrændingsskorstenen tjener som en luftforureningskontrolindretning til afbrænding af brændselsgas og eventuelle andre sporprodukter.

Produktgassen kan alternativt anvendes som brændselsgas snare-15 re end at brændes af i en fakkel. Produktgassen, som afgives til afbrændingsskorstenen 22, prøves med en hensigtsmæssig sensor 152, som er forbundet til produktgasanalyseudstyr 154, som det vil blive beskrevet nedenfor.

20 Kulfilteret 24 er forbundet til tregangsventilen 150 gennem en tilførselsledning 156, som fører til en indgang 158 på kulfilteret 24 (se fig. 4). Kulfilteret 24 omfatter en rektangulær kasse eller hus 160, ca. 60 cm i kvadrat og 30 cm i tykkelse, med en udgang 162, som står i forbindelse med et udgangsrør 25 164. Kulfilteret 24 omfatter et centralt afskærmet rum 166, ca. 15 cm tykt, fyldt med aktivt kul 168. I det tilfælde at der er et afbrud i den elektriske kraft eller et tab af plasmabuen, omleder tregangsventilen 150 produktgasstrømmen fra afbrændingsskorstenen 22 til kulfilteret 24 for at blokere for 30 den potentielle frigørelse af eventuelle spor af ikke-til- ; intetgjort toksisk materiale i produktgassen.

Produktgasanalyseudstyret 154 er tilvejebragt for at sikre, at effektiviteten af plasmapyrolyseapparatets 10 affaldstilintet-35 gørelse er tilstrækkeligt høj, så at eventuelle spor af toksiske eller farlige materialer i produktgassen vil være langt under de grænser, der fastsættes af de besluttende myndighe-

1? DK 160645 B

der, selvom det formodes, at afbrændingen i afbrændingsskorstenen 22 tilintetgør sådanne eventuelle farlige spormaterialer. For det tilfælde at niveauet for farlige spormaterialer, der detekteres i produktgassen, ligger over de grænser, der 5 fastsættes af en særlig besluttende myndighed, vil produktgas-analyseudstyret 154 bestemme dette og automatisk lukke for af-faldsfødestrømmen, indtil driftsparametrene i plasmapyrolyse-apparatet 10 er ændret hensigtsmæssigt for at bringe niveauet for farlige spormaterialer inden for de foreskrevne grænser.

10

Produktgasanalyseudstyret 154 omfatter et massespektrometer i form af en Hewlett-Packard 5792A gaschromatograf koblet til en Hewlett Packard 5970A masseselektivdetektor. En prøveteknik er at udtage en 100 liters prøve af produktgassen og føre den 15 gennem en varmesporet ledning til et partikelfilter til fjernelse af eventuelt carbon. Den rensede gas føres derefter igennem en absorber med en opfangningseffektivitet på ca. 99%. Absorberen opvarmes derefter hurtigt til frigørelse af fanget organisk materiale. En nitrogenstrøm bærer det organiske mate-20 riale til massespektrometeret til analyse. Massespektrometeret scanner op til seks specifikke masser svarende til sådanne ioner, hvis nærværelse enten indikerer graden af tilintetgørelse af toksisk affald eller dannelsen af mulige nye toksiske forbindelser. Hvis koncentrationen af disse kemiske forbindelser 25 overskrider de forud fastsatte grænser, der afgøres af de besluttende myndigheder, stoppes affaldstilførslen til plasmabrænderen. Hvis koncentrationsgrænserne ikke overskrides, gentages analysecyklusen automatisk.

30 I tilfælde af at der kunne være farlige spormaterialer i produktgassen, hvilke ikke specifikt scannes, vil massespektrometeret også scanne for forbindelser, som har en atommasse mellem 200 og 450. Dette kan udstrækkes til et område fra 10 til 600, hvis det kræves af den pågældende besluttende myndighed.

35 Hvis der detekteres ukendte forbindelser med en atommasse, som er ækvivalent til massen for en farlig kemisk forbindelse og i en mængde over de af de besluttende myndigheder fastsat græn-

11 DK 160645 B

se, stoppes tilforslen af affaldsmateriale til plasmabrænderen også, og den automatiske nedlukningsprocedure som beskrevet nedenfor iværksættes.

5 Udover overvågning af produktgassen for farlige materialer er der også tilvejebragt et gasschromatografisk anlæg til online- analyse af sådanne materialer som hydrogen, vand, nitrogen, methan, carbonmonoxid, carbondioxid, ethylen, ethan, acetylen, propan, propylen, 1-buten og hydrogenchlorid. Analysen 10 for hydrogenchlorid sammen med analysen for flydende partikel-formet materiale fra skrubberen 18 vil for eksempel bestemme neutraliseringseffektiviteten af den sure gashydrogenchlorid ved sprøjteringen 16.

15 Der henvises igen til fig. 1: Luftforsyningen 42 leverer også luft til afblæsning af vandledningerne, der styrer tregangsventilen 150 og sætter kølevandsreservoiret 48 og bratkølingsvandreservoiret 98 under tryk. Luftforsyningen 42 omfatter en 3 2,0 m /min., 8800 kPa kompressor med en 550 liters tryktank, 20 der føder en luftsamlekasse 170. Konventionelle luftfiltre, lufttørrere og trykregulatorer (ikke vist) anvendes. Tregangsventilen 150 betjenes ved hjælp af en luftledning 172 og en hensigtsmæssig styreventil 174. Tregangsventilen 150 og styreventilen 174 er indstillet således, at produktgassen under 25 normal operation afgives til afbrændingsskorstenen 22, men i tilfælde af detektering af uønskede materialer i produktgassen og nedlukning eller kraftudfald betjener styreventilen 174 j tregangsventilen 150 for at føre produktgassen gennem kulfil- i teret 24. ! 30

Trykluftledninger 176 og 178 forsynet med ventiler henholdsvis 180 og 182 til afblæsning af henholdsvis bratkølingsvandforsy- ! ningsledningen 108, kølevandsforsyningsledningen 52 og kølevandsreturledningen 56 med henblik på vedligeholdelse. !

35 I

I tilfælde af kraftudfald eller lignende fejlfunktion er det ønskeligt at bevare strømmen af plasmabrænderkølevandet og og- j i i i i

12 DK 160645 B

så af bratkølingsvandet. Kølevandsstrømmen opretholdes ved at sætte kølevandsreservoiret 48 under tryk under anvendelse af en luftledning 184 og en ventil 186. Ventilen 54 lukker, og en dræneringsventil 188, der fører til en kloak eller opbeva-5 ringstank, åbnes, så at kølevandsreservoiret, der er under tryk, bevirker, at strømmen af kølevand fortsætter med en reduceret hastighed i kølevandsforsyningsledningen 52. Dræne-ringsventilen 188 styrer strømmen af kølevand, og denne strøm varer i ca. 20 min., hvilket er tilstrækkeligt til at afkøle 10 nøglekomponenterne efter nedlukning for at muliggøre, at vedligeholdelsesoperationer foregår.

Bratkølingsvandreservoiret 98 sættes under tryk under anvendelse af en luftledning 190 og en ventil 192. I tilfælde af 15 kraftudfald eller lignende fejlfunktion lukker ventilen 102, ogr ventilen 106 åbnes, så at strømmen af bratkølingsvand fortsætter ind i sprøjteringen 16 for at bratkøle alle de re-kombinerede produkter, der passerer gennem sprøjteringen 16, og som kan dannes, efter at plasmabrænderen 12 stopper funk-20 tionen. Det skal bemærkes, at inertien i tilførselsventilatoren 20 får den til at fortsætte funktionen i en kort periode på ca. 1 min. til at evakuere reaktionsbeholderen 14, sprøjteringen 16 og skrubberen 18, selv i tilfælde af kraftudfald.

25 Plasmapyrolyseapparatet 10 er tilstrækkeligt kompakt til, at det kan anbringes inden i en lukket 13,7 m selvkørende flyttevognslignende blokvogn. Desuden kan et fuldt instrumenteret og overvågningsudstyret kontrolrum også anbringes inden i vognrummet, så at hele systemet er mobilt og let kan transpor-30 teres til det sted, hvor affaldsmaterialet skal bortskaffes. Alt hvad der kræves er, at apparatet forbindes til en hensigtsmæssig kraftforsyning, drikkevandsforsyning og kloakafløb eller opbevaringstank som ønsket. Hvis det ønskes at anvende produktgassen som brændselsgas i stedet for at afbrænde det i 35 afbrændingsskorstenen, kan en hensigtsmæssig forbindelse til dette formål naturligvis udføres til at optage produktgassen.

13 DK 160645 B

Før anvendelse af plasmapyrolyseapparatet 10 er det nyttigt omend frivilligt at forudse, hvilke rekombinerede produkter der vil dannes i reaktionsbeholderen 14 for et givet affaldsmateriale, der skal tilintetgøres. Da plasmabrænderen 12 fak-5 tisk fuldstændigt atomiserer og ioniserer affaldsmaterialet, kan de nye forbindelser, der dannes i reaktionsbeholderen 14 som et resultat af rekombinationen af disse atomer og ioner, forudses på basis af kinetisk ligevægt. Minimeringen af Gibbs fri energi anvendes til at bestemme ligevægtskoncentrationerne 10 af produktforbindelserne for en række udvalgte temperaturer og tryk. For det tilfælde at eventuelle uønskede produkter forudses at rekombinere i reaktionsbeholderen 14, kan affaldstilførselstilgangen eller funktionsbetingelserne ændres for at undgå dannelsen af disse uønskede produkter. Hvis for eksempel 15 carbontetrachlorid er det affaldsmateriale, der skal tilintetgøres, er det for eksempel muligt at producere phosgengas under visse temperatur- og trykbetingelser. Dette kan imidlertid undgås ved simpelthen at tilsætte et andet carbonhydrid til fødeaffaldsmaterialet. Det er også kun nødvendigt at sætte 20 vand til affaldsmaterialefødestrømmen for at forøge den mængde hydrogen, der er tilgængelig for rekombinering. Et andet eksempel på et uønsket produkt er flussyre, der dannes i reaktionsbeholderen 14, som det kan ske, hvis et carbonfluorid er affaldsmateriale. Yderligere eksempler på uønskede produkter 25 og minimering og eliminering af samme ved ændring af indholdet af affaldsfødematerialet eller driftsbetingelserne vil være indlysende for en fagmand.

Udover at forudsige sammensætningen af de rekombinerede pro-30 dukter, der skal dannes i reaktionsbeholderen 14, er det også nyttigt at forudsige ændringen i enthalpi mellem affaldsmaterialet, der skal tilintetgøres, og de rekombinerede produkter.

Dette muliggør en forudsigelse med hensyn til den plasmaenergi, der kræves for at tilintetgøre affaldet. Dette kan på sin 35 side anvendes til at beregne begyndelsesindstillingen for spænding og strømstyrke til plasmabrænderen. Det vil være klart, at enthalpien for de rekombinerede produkter er en i'

14 DK 160645 B

funktion af temperaturen og trykket i reaktionsbeholderen 14, og at dette kan ændres ved at ændre tilførselshastigheden for affaldsmateriale eller krafttilførslen til plasmabrænderen. Begyndelsesindstillingen for affaldsmaterialefødehastigheden 5 og plasmabrænderkrafttilførslen kan følgelig forudsiges til opnåelse af de ønskede resultater.

Det vil også være klart, at det er en lille mængde hvirvelstrømsluft, der sprøjtes ind i plasmabrænderen 12 gennem luft-10 tilførselsledningen 44. Tilførslen af denne hvirvelluft bør tages i betragtning ved beregningen af den enthalpiændring, der sker i systemet. Mængden af hvirvelstrømsluft, der sprøjtes ind i plasmabrænderen, er relativt ubetydelig, idet den højst udgør 1-2% af den støkiometriske mængde oxygen, der kræ-15 ves til forbrænding af affaldsmaterialet. Af denne årsag betragtes affaldstilintetgørelsen ifølge den foreliggende opfindelse og til denne ansøgnings mål som værende pyrolytisk. Det vil også være klart, at varmetabene i plasmabrænderen og reaktionsbeholderen kan tages i betragtning ved indstilling af be-20 gyndelsesspændingen og -strømmen til plasmabrænderen.

Ved drift kan der, efter at forudsigelserne med hensyn til re-kombinerede produkter er udført, og indstilling af affaldsmaterialet er foretaget, således at uønskede produkter modvir-25 kes, udføres ændringer i enthalpiforudsigelserne for at bestemme begyndelsesindstillingen af plasmabrænderkraft og affaldsmaterialef ødehastighed. Lufttilførslen 42 gøres klar til at sætte bratkølingsvandreservoiret 98 og kølevandsreservoiret 48 under tryk (efter at disse reservoirer er fyldt med vand).

30 Kølevandspumpen 50, bratkølingsvandpumpen 104 og skrubberdræ-neringspumpen 138 tilsluttes. Der sættes strøm på plasmabrænderen, og hvirvelstrømslufttilførselsledningen 44 åbnes. Basetilførselspumpen 112 tilsluttes derefter, og en passende tilførselshastighed for kaustisk soda sættes til bratkølingsvan-35 det. Affaldsfødestrømmen til plasmabrænderen sættes derefter igang fra det organiske væskereservoir 64. Der foretages indstillinger med hensyn til plasmahvirvelstrømsluft, affaldsfø-

is DK 160645 B

destrøm og basefødestrøm i det nødvendige omfang. Når der i plasmapyrolyseapparatet 10 er opnået stabil tilstand, hvilket kun tager ca. 3 min., skiftes affaldsfødestrømmen over til affaldsmaterialet i affaldsmaterialereservoiret 66.

5

Det vil være klart fra det ovenstående, at affaldsmaterialet, der fødes ind i plasmabrænderen 12, underkastes en højtemperaturpi asmabue (over 5000°C) for at blive atomiseret og ioniseret. Det atomiserede og ioniserede affaldsmateriale passerer 10 herefter gennem grafitcylinderen 82 ind i reaktionskammeret 79, hvor det rekombineres til rekombinerede produkter, herunder produktgas og partikelformet materiale. Dette sker ved en temperatur mellem 900 og 1200®C i overensstemmelse med den forudsagte ændring i enthalpi for sluttilstanden af reaktions-15 produkterne i reaktionskammeret 79. I denne betydning og for den foreliggende ansøgnings mål afkøles det atomiserede og ioniserede affaldsmateriale i reaktionskammeret 79 til dannelse af de rekombinerede ligevægtsprodukter. Det vil være klart, at nogle af rekombinationsreaktionerne i reaktionskammeret 79 vil 20 være endotherme, og nogle vil være exotherme, så at alt det atomiserede og ioniserede affaldsmateriale ikke kan "afkøles" i bogstavelig betydning i reaktionskammeret 79. Udtrykket "afkøling" skal her gælde alle de reaktioner og kombinationer, lige meget hvilke, der sker for det atomiserede og ioniserede 25 affaldsmateriale i reaktionskammeret 79.

De rekombinerede produkter i reaktionskammeret 79 føres derefter ud af reaktionsbeholderen 14 og gennem sprøjteringen 16, hvor de bratkøles til en temperatur på ca. 80°C og neutralise-30 res ved at besprøjte dem med den basiske, forstøvede tåge. De bratkølede, rekombinerede produkter føres derefter ind i skrubberen 18, og produktgassen ekstraheres og efterlader flydende partikelformet materiale såsom salte og carbon i opløsning. Denne opløsning pumpes derefter væk til en drænerings- ! 35 eller opbevaringstank, og produktgassen føres ved tilførselsventilatoren 20 til afbrændingsskorstenen 22, eller det anvendes som brændselsgas.

16 DK 160645 B

Som nævnt ovenfor er trykket i reaktionskammeret 79 atmosfærisk eller lidt derunder på grund af tilførselsventilatoren 20, der trækker de rekombinerede produkter ud af reaktionsbe-5 holderen 14. Temperaturen i reaktionskammeret 79 kan styres ved at indstille krafttilførslen til plasmabrænderen 12 eller fødehastigheden på affaldsmaterialet.

I det tilfælde at det er ønsket at nedlukke plasmapyrolyseap-10 paratet 10, aktiveres tregangsventilen 68 straks til at skifte over til ikke-farlig organisk flydende væske til skylning af apparatet. Dette kan også ske, hvis en vilkårlig af de andre driftsparametre i apparatet kommer uden for deres normale driftsområder. Efter at apparatet er skyllet med ikke-giftig 15 organisk væske, stoppes den organiske væske, kraften slås fra plasmabrænderen, og plasmahvirvelluften slukkes. Når temperaturen i reaktionskammeret 79 når et acceptabelt niveau, slukkes tilførselsventilatoren 20 samt strømmen af bratkølingsvand til sprøjteringen 16. Når temperaturen inden i plasmabrænderen 20 12 har nået et passende niveau, lukkes kølevandspumpen 50, og derefter kan luftforsyningskompressoren 42 lukkes, hvis det ønskes.

I tilfælde af kraftudfald eller tab af plasmabuen i plasma-25 brænderen 12 eller detektering af uacceptable materialer i produktgassen i afbrændingsskorstenen 22 eller udfald af tilførselsventilatoren 20 eller udfald af plasmakølevandsstrømmen, lukker lukkeventilen 76 straks for at stoppe tilførslen af affaldsmateriale. Hvirvelstrømsluftstrømmen til plasmabræn-30 deren stoppes også for at forøge opholdstiden inden i reaktionskammeret 79 for de rekombinerede produkter.

Det skal bemærkes, at under alle drifts- og nedlukningsbetingelser er trykket i vandkølingsdelen langt større end trykket 35 i affaldsfødedelen, i hvirvelstrømsluftdelen eller i reaktionsbeholderen. Således bliver vandreservoiret ikke forurenet med affaldsmaterialet, hvis der opstår læk på vand- eller af-

1’ DK 160645 B

faidstilførslen.

Når de foretrukne udførelsesformer for opfindelsen er beskrevet, vil det være klart, at der kan udføres forskellige modi-5 fikationer til fremgangsmåden og det beskrevne apparat. For eksempel er det ikke nødvendigt at tilføre affaldsmaterialet direkte til halsen på buen i plasmabrænderen. Affaldsmaterialet kan indføres i reaktionskammeret, og plasmabuen indføres i kammeret for at ramme affaldsmaterialet. Dette vil imidlertid 10 reducere opholdstiden for affaldsmaterialet i plasmabuen, så det er ikke så effektivt for nogle affaldsmaterialer. Ved den foretrukne udførelsesform er der brugt flydende affaldsmaterialer eller flydendegjorte affaldsmaterialer. Der kan imidlertid udføres egnede modifikationer til affaldsfødedelen for at 15 tilpasse faste stoffer eller sammensatte væsker og faste stoffer. Dette kunne endog omfatte uorganisk materiale. Plasmabuen vil simpelthen smelte og afslagge eller fordampe det uorganiske materiale og tillade den farlige organiske bestanddel at tilintetgøres som beskrevet ovenfor uden nogen reduktion i ef-20 fektiviteten. Et almindeligt eksempel på et sådant sammensat materiale er PCB-fyldte kapacitorer.

Det vil være klart for fagmanden, at det i fig. 1 viste plas-mapyrolyseapparat kun er vist skematisk eller som en diagram-25 form af apparatet. Yderligere ventiler, forskellige typer ventiler, forskellige temperatur-, tryk og flowsensorer og andre sædvanlige processtyringskomponenter kan anvendes i en aktuel installation.

30 Det er ikke nødvendigt at udføre forudsigelserne med hensyn til de forventede rekombinerede produkter eller ændringen i enthalpi som beskrevet ovenfor før anvendelse af plasmapyroly-seapparatet 10. Apparatet kan gøres operationelt til stabile tilstande under anvendelse af et ikke-toksisk eller ufarligt 35 affaldsmateriale, og derefter kan det toksiske affald sættes i stedet og vil nedbrydes, eller overvågningsapparatet vil automatisk nedlukke apparatet.

18 DK 160645 B

Endelig er det ikke væsentligt, at produktgas analyse eller analyse for flydende partikelformet materiale udføres, især hvis plasmapyrolyseapparatet 10 anvendes til behandling af 5 kendte affaldsmaterialer på regulær eller konsistent basis. Overvågnings- og analyseproceduren er primært tilvejebragt for at tilfredsstille besluttende myndigheder, som ofte kræver over',fejlsikre" operationer ved vurderingen af ny teknologi.

10 Fra det ovenstående vil det fremgå, at plasmapyrolyseaffalds-destruktionsapparatet ifølge den foreliggende opfindelse er et simpelt, kompakt og mobilt apparat, som er i stand til at fungere kommercielt inden for acceptable miljøgrænser for mange farlige eller toksiske, kemiske affaldsmaterialer, og for de 15 materialer, der ikke kan tilintetgøres inden for acceptable miljømæssige grænser, er apparatet i stand til at bestemme dette, før eventuelt toksisk materiale er frigjort til miljøet.

Claims (9)

19 DK 160645 B

1. Fremgangsmåde til pyrolytisk forvandling af affald, ved hvilken affaldet atomiseres og ioniseres ved hjælp af en høj- 5 temperaturpiasmalysbue, det atomiserede og ioniserede materiale afkøles i et reaktionskammer til dannelse af rekombinerede produkter som produktgas og partikelformet materiale, og de rekombinerede produkter føres bort fra reaktionskamret, kendetegnet ved 10 - indbringning af affaldet direkte i plasmalysbuen og i enheder af plasmaen i reaktionskamret, - bratkøling af de rekombinerede produkter med en fint fordelt 15 basisk sprøjtetåge til neutralisering af de rekombinerede produkter og til befugtning af det partikelformede materiale, - udskilning af produktgassen fra de faste rekombinerede pro- 20 dukter, og - afbrænding af den udskilte produktgas.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, 25 at temperaturen i reaktionskamret indstilles ved indstilling af indgangseffekten i plasmalysbuen eller ved indstilling af affaldets tilførselshastighed.

3. Fremgangsmåde ifølge krav 2, kendetegnet ved, 30 at temperaturen i reaktionskamret indstilles til en værdi mellem 900“C og 1.200eC.

4. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at sammensætningen af de rekombinerede produkter indlednings- 35 vis forudsiges, og sammensætningen af affaldet, der skal til-intetgøres, ændres, såfremt der forudsigeligt frembringes uønskede produkter.

20 DK 160645 B

5. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at der i reaktionskamret i det væsentlige holdes atmosfæretryk. 5

6. Apparat til brug ved udøvelse af den i krav 1 omhandlede fremgangsmåde til pyrolytisk forvandling af affald, hvilket apparat har 10. en plasmabrænder (12) med mindst en elektrode (26, 28); - en spændingskilde (30), som til frembringelse af plasmalys-buen er forbundet med den mindst ene elektrode (26, 28); 15. en reaktionsbeholder (14), som er forbundet med plasmabræn deren (12) og har et med en ildfast udforing (78) forsynet reaktionskammer (79) til optagelse af plasmalysbuen; - en indretning til indbringning af affald i plasmalysbuen, 20 hvilket affald bliver atomiseret og ioniseret der og bliver rekombineret i reaktionskamret (79) til reaktionsprodukter; og med - en udgang i reaktionsbeholderen (14) til fjernelse af de re- 25 kombinerede produkter fra reaktionsbeholderen (14), kendetegnet ved - en indretning til stabilisering af plasmalysbuen mellem de hule, kolineære elektroder (26, 28); 30 - en køleindretning til afkøling af elektroderne (26, 28); - en sprøjtering (16), der står i forbindelse med reaktionsbeholderens (14) udgang; 35 - en forrådsbeholder (110) til under tryk stående basisk væske, som står under tryk med sprøjteringen (16) og tjener

21 DK 160645 B til bratkøling og neutralisering af de rekombinerede produkter; - en skrubber (18), der er forbundet til sprøjteringens (16) 5 udgang og tjener til separering af produktgas og befugtet, partikelformet materiale i de rekombinerede produkter; og af - en med skrubberen (18) forbundet indretning til fjernelse af det befugtede, partikelformede materiale og af produktgas- 10 sen.

7. Apparat ifølge krav 6, kendetegnet ved, at reaktionsbeholderen (14) har en koaksialt anbragt, med plasmabrænderens (12) elektroder (26, 28) samvirkende, hul grafitcy- 15 linder (82) til optagelse af den fra plasmabrænderen (12) udtrædende plasmalysbue.

8. Apparat ifølge krav 6, kendetegnet ved, at indretningen til fjernelse af befugtet, partikelformet materiale 20 og produktgas fra skrubberen (18) har en indførselsventilator (20), med hvilken produktgassen transporteres ud af skrubberen (18).

9. Apparat ifølge krav 8, kendetegnet ved en over-25 vågningsindretning (152, 154) til overvågning af sammensætningen af den af indførselsventilatoren (20) leverede produktgas, hvilken er forbundet med en aflukningsventil (76) i en ledning (60) til tilførsel af affaldet for at afbryde tilførslen af affaldsmateriale, såfremt der i produktgassen konstateres et 30 indhold af farlige komponenter over en forudbestemt grænse. j