DK171059B1 - Bearbejdning af affald og et ovnsystem dertil - Google Patents

Description

DK 171059 B1

Den foreliggende opfindelse angår en fremgangsmåde og et apparat i form af et ovnsystem til bearbejdning af affaldsmaterialer .

5 I de senere år er det blevet et stadigt større problem at skaffe sig af med faste og/eller flydende byaffaldsprodukter, som i reglen har en negativ økonomisk værdi. Hertil kommer, at mange giftige affaldsprodukter kun meget vanskeligt lader sig neutralisere eller tilintetgøre.

10 I USA patentskrifterne nr. 1.859.159, 3.249.551, 3.383.228, 3.957.528 og 4.112.033 omtales nogle eksempler på fremgangsmåder til at bearbejde eller behandle affald.

15 Opfindelsen har til formål at tilvejebringe en fremgangsmåde til bearbejdning af affaldsmaterialer af den art, der indbefatter organisk brændbart materiale, og som frembringer flygtige brændbare gasser ved opvarmning.

20 Opfindelsen har fortrinsvis til formål at tilvejebringe en fremgangsmåde, hvor slutproduktet kan anvendes som et materiale, der har en positiv økonomisk værdi til f.eks. produktion af beton, vejbygning eller som et porøst fyld, hvorved flygtige gasser, der er genereret og uddrevet fra affaldet 25 kan anvendes som brændstofgas i en efterfølgende forbrænding .

Desuden har opfindelsen til formål at tilvejebringe et apparat i form af et ovnsystem, der er egnet til brug ved 30 udøvelse af fremgangsmåden.

Yderligere med den foreliggende opfindelse opnåede formål fremgår af den efterfølgende beskrivelse.

35 Opfindelsen angår en fremgangsmåde af den indledningsvis omtalte art til bearbejdning af affaldsmaterialer, hvilken DK 171059 B1 2 fremgangsmåde er karakteriseret ved de i krav l's kendetegnende del angivne trin.

Bindemidlet vil blive udvalgt på basis af, at det, når det 5 brændes, vil danne et hårdt inert keramikmateriale, og det kan f.eks. være ler, skifer eller et lignende materiale med egnede kramiske egenskaber.

Det foretrækkes, at småkuglerne føres gennem en tørrer, før 10 de tilføres ovnen eller herden, idet småkuglerne fortrinsvis er tørret af en modstrøm af varm gas fra i det mindste én af ovnens eller herdens zoner.

Det foretrækkes, at materialet afkøles i en afkøler af en 15 luftstrøm, idet den i afkøleren opvarmede luft fortrinsvis tilføres tørreren for at tørre småkuglerne.

Udblæsningsgassen fra tørreren deles fortrinsvis i to strømme, idet den ene tilføres en efterbrænder og et gasrensesy-20 stem og den anden ovnens eller herdens oxidations- og/eller sintringszoner.

Det foretrækkes, at småkuglerne opvarmes til ca. 650°C i pyrolysezonen ved hjælp af en kontrolleret brænding af nogle 25 af de fra affaldet uddrevne flygtige gasser og ved hjælp af varme gasser overført fra oxidationszonerne, idet den på flygtige gasser rige, dannede strøm anvendes som brændstofgas i oxidations- og/eller sintringszonerne. Noget af brændstof-gassen kan afgives til efterbrænderen.

30

Det foretrækkes, at oxidationen af småkuglerne, der finder sted for at afbrænde de resterende flygtige gasser og det bundne carbontørstof, sker i oxidationszonen på eller under 35 1000°C, idet oxidationen og forbrændingen af noget af brænd stofgassen fra pyrolysezonen frembringer varmen i oxidations- DK 171059 B1 3 zonen. En del af den bundne carbon kan forblive i småkugleme for at fremme oppustning, hvilket formindsker s lutaggregatets vægtfylde.

5 En del af udblæsningsluften fra tørreovnen kan tilføres oxidationszonen ved hjælp af et rør, der føres gennem sin-tringszonen for at levere oxygen til oxidationszonen.

Sintringen af silikaterne sker fortrinsvis ved 1200°C ± 10 200°C i sintringszonen, idet varmen i zonen frembringes ved at brænde brændstofgas fra pyrolysezonen og ved hjælp af luft fra tørreren.

Medens det foretrækkes, at tørstoffet og gasserne i herden 15 strømmer i modstrøm, kan gasstrømmen i oxidations- og sintringszonerne løbe i medstrøm med tørstofstrømmen, hvor udblæsningsgassen fra tørreren tilføres oxidationszonen. Den varme gas tilføres dernæst sintringszonen og brænder med noget af brændstofgassen fra pyrolysezonen for at sintre 20 tørstoffet. Gassen fra sintringszonen deles i to strømme, idet den ene ledes til pyrolysezonen under frembringelse af varme og oxygen til begrænset forbrænding i den zone og den anden til gasrensesystemet.

25 Opfindelsen angår desuden et ovnsystem til bearbejdning af affaldsmaterialer, hvilket ovnsystem omfatter de i krav 7's kendetegnende del angivne midler.

Øvrige kendetegn ved apparatet er defineret i patentkrave-30 ne.

Opfindelsen skal i det følgende forklares nærmere under henvisning til tegningen, der viser mulige udførelsesformer, og på hvilken 35 fig. 1 er en skematisk oversigt over et anlæg til bearbejdning af affald, DK 171059 B1 4 fig. 2 er en skematisk oversigt over en første udførelsesform af roterovnen ifølge den foreliggende opfindelse, fig. 3 er en skematisk oversigt over en anden udførelses- 5 form af roterovnen, fig. 4 er en skematisk oversigt over en tredje udførelses form af roterovnen, fig. 5 er en skematisk oversigt over tørstof- og gasstrøm men, 10 fig. 6(a) er en graf over tørstoffets og gassens temperaturer i tørreovnen, herdens pyrolyse- og oxidations-/sin-tringszone og afkøleren, og fig. 6(b) er en graf over oxygenindholdet (02) i tørreren, herdens pyrolyse- og oxidations-/sintringzone og 15 afkøleren.

I fig. 1 er det faste byaffald 10 væltet af i en modtagebunke og er som påkrævet ført af et lamelfødebånd 11 til en grundforstøver 12. Det pulveriserede affald transporteres via en 20 transportør 13 til en separeringsmagnet 14, der fjerner stålbestanddelene i affaldet, således at de lander i en til stålstumper indrettet beholder 15. Affaldet transporteres via en transportør 16 til en anden forstøver 17 og formales og sorteres efter størrelse, før det transporteres til en 25 ikke-vist opbevaring af en transportør 18. (Det faste affald føres til en anden separeringsmagnet for at fjerne alle de resterende metalstumper ved 18a.)

Ler 19 knuses/hammermales og sigtes i en bearbejdningsenhed 30 20, før det føres til en fortørrer/forblander 21, hvor det blandes med det faste affald, der transporteres fra opbevaringsstedet af en transportør 22.

Den tørrede pulveriserede blanding af fast affald og ler 35 blandes i en blander 24 med flydende affald 25 fra en lagerbeholder 26 og tilføres en blandetromle 27 for at fremstille DK 171059 B1 5 småkugler 28, hvilke småkugler transporteres til en tørrer 29, der herefter beskrives nærmere, af en transportør 30. Småkuglerne tørres og transporteres dernæst til roterovnen 31 for at blive afbrændt som nedenfor beskrevet. Det dannede 5 aggregat afkøles og tilføres dernæst et knuse- og sigteanlæg 32, før det tilføres et ikke vist lager af en transportør 33.

I fig. 2 transporteres småkuglerne af transportøren 30 til en tilførselsbeholder 34 og føres dernæst til rotertørreren 10 29 af en skruetransportør 35.

Tørreren 29 har en tromle 36 (med indvendige gevind til at føre småkuglerne opad for at opnå en mere effektiv overføring af varme) monteret på en roterende støttekonstruktion 37. En 15 hætte 3 8 på udblæsningsenden modtager varm tør gas, der strømmer i modstrøm til småkuglestrømmen for at tørre sidstnævnte. Hætten har et med en skruetransportør 40 forbundet udløb 39, der transporterer de tørrede småkugler til en overløbsbeholder 41 ved herden 31's indløbsende. En udblæs-20 ningshætte 42 ved tørreren 29's indløbsende modtager udblæsningsgassen fra tørreren, der trækkes af en ventilator 43. Ventilatorens udløb er forbundet med en efterbrænder 44 og roterovne, der beskrives nedenfor. Efterbrænderen 44 er forbundet med en gasvasker 45 og en udblæsningsskorsten 46.

25

Småkuglerne tilføres fra overløbsbeholderen 41 indløbsenden af roterovnen 31's pyrolysezone 47.

Pyrolysezonen har et roterende rør 48 foret med ildfast 30 materiale (og løftearme for at forbedre den effektive overføring af varme) og er monteret på en roterende støttekonstruktion 49. En hætte 50 er anbragt ved pyrolysezonens indløbsende. Zonens udblæsningsende har en reduceret halsdel 51 koaksialt modtaget inden i indløbsenden af herden 31's 35 oxidationszone 52.

DK 171059 B1 6

Herden 31's oxidations- og sintringszoner 52, 53 er dannet af et andet med ildfast materiale foret rør 54 monteret på en roterende støttekonstruktion 55. Rørene 49's, 54's hældningsvinkler og omdrejningstal, og halsdelen 51, kontrollerer 5 småkuglernes og aggregatets vej gennem herden.

En hætte 56 omgiver oxidationszonen 52' s indløbsende (og pyrolysezonen 47's udblæsningsende) for at modtage udblæsningsgasser fra oxidationszonen 52.

10

En hætte 57 omgiver sintringszonen 53's udløb og fører til en udløbsende 58 for aggregatet, der leder sidstnævnte til en aggregatafkøler 59 og dernæst via afkølingsudløbet 59a og transportøren 59b til knusnings- og sigteanlægget 32.

15

Under henvisning til fig. 1, 2 og 5 beskrives det respektive tørstofs og gassernes strømme efterfølgende nærmere.

A. Tørstoffets strømmen 20

Fra blandetromlen 27 (fig. 1) kommer de ekstruderede småkug-ler 28 ind i den roterende tromletørrer 29 (via skruetransportøren 35, fig. 2), hvor det meste af vandet i småkuglerne fjernes. Vandet fordampes til en varm luftstrøm, der bevæger 25 sig i modstrømsretning til småkuglerne. Denne varme luft er frembragt ved at varme den friske luft 60 ved direkte kontakt med et varmt aggregatprodukt i aggregatkøleren 59, og dens strøm og temperatur reguleres for at opnå den nødvendige grad og tørrehastighed.

30

Småkuglerne 28 føres fra tørreren 29 via skruetransportøren 40 ind i overløbsbeholderen 41 (fig. 2), der virker som en stødpude mellem tørreren 29 og pyrolysezonen 47. Småkuglerne flyttes som påkrævet fra beholderen 41 ind i pyrolysezonen.

35 Ved hjælp af den omhyggeligt kontrollerede brænden af nogle af de flygtige gasser i småkuglerne og overføringen af varme DK 171059 B1 7 fra oxidationszonen hæver den varme gas tørstoffets temperatur til ca. 650°C, hvilket er tilstrækkeligt til at uddrive de fleste af de tilstedeværende flygtige gasser. Den dannede, på flygtige gasser rige gasstrøm aftappes via 5 hætten 50 (fig. 2) og anvendes som brændstof andetsteds i processen. En i småkuglerne resterende fugtighed uddrives ligeledes på dette trin.

Fra pyrolysezonen 47 føres småkuglerne ind i oxidationszonen 10 52, Småkuglerne kommer føst ind i oxidationszonen der, hvor de er i berøring med overskydende oxygen, og de resterende flygtige gasser og den bundne carbon oxideres. Denne oxidation og forbrændingen af noget af brændstoffet fra pyrolysezonen 47 frembringer den varme, der skal hæve tørstoffets 15 temperatur til ca. 1100°C.

Småkuglerne føres dernæst ind i herdens sintringszone 53. Yderligere brændstofgas fra pyrolysezonen 47 forbrændes her for at bringe tørstoffets temperatur op til 1200°C + 200°C.

20 Dette endelige opvarmningstrin udvirker sintring af de i småkuglerne tilstedeværende silikater, idet ønskede fysiske egenskaber tildeles det frembragte aggragat.

Det varme aggregat føres direkte fra herden ind i den lodret-25 te aggregatafkøler 59, hvor det afkøles af en modstrøm af frisk luft 60.

B. Gasstrømmen 30 Frisk luft 60 kommer ind i aggregatafkøleren 59, hvor det absorberer varme fra det varme aggregat. Denne varme luftstrøm indføres i den rå tilføringstørrer (via hætten 38, fig. 2) i modstrøm til småkuglernes strømmen. I tørreren 29 fordamper denne gasstrøm det meste af vandet fra småkuglerne, 35 idet den afkøler samtidig. Gassens strømmen og temperatur er således sat, at der opnås optimale tørrebetingelser.

DK 171059 B1 8

Udblæsningsgassen fra tørreren kontrolleres af hætten 42 (fig. 2) og deles i to strømme. En stor del går direkte ind i efterbrænderen 4 for at blive afbrændt, før gassen renses.

5 Gassen og tørstoffet strømmer i modstrøm til herdens oxida-tions-/sintringszoner. En del af den i pyrolysesektionen frembragte gas tilføres en i herdens sintringszone 53 anbragt brænder, og den resterende luft fra tørreren 29 føres ind i oxidations- og sintringszonerne. Noget af denne luft tilføres 10 den i sintringszonen anbragte brændstofgasbrænder 61 (fig.

2), hvor gastemperaturerne øges, og hvor noget af den varme, der er afgivet for at hæve tørstoffets temperaturer til den til sintring krævede, findes. Den resterende til oxidations--/sintringszonerne indførte luft tilføres oxidationszonen 15 52 gennem et rør 62 (fig. 2) , der løber langs sintringszonens 53 midte. Luften forvarmes i røret 62, og ved udstrømning til oxidationszonen 52 leverer den den nødvendige oxygen til forbrænding af de resterende flygtige gasser og den bundne carbon i de pyrolyserede småkugler, hvorved der fri-20 gives tilstrækkelig varme til at hæve tørstoffets temperatur fra pyrolysezonen til den for oxidation nødvendige. Varm gas, der forlader oxidationszonen 52, returneres delvis til pyrolysezonen 47 via halsdelen 51 (fig. 2) i modstrøm til småkuglestrømmen fra pyrolysezonen 47 til oxidationszonen 25 52 for at tilvejebringe varme og oxygen til begrænset for brænding i den del af processen, der ligger forud for oxidationszonen .

Denne strøm er således kontrolleret, at en lille smule af 30 de i småkuglerne tilstedeværende flygtige gasser forbrændes. Den ved forbrænding frigivne varme og varmeoverføringen fra den varme oxidationszonegas hæver tørstoffets temperatur tilstrækkeligt til at uddrive de fleste af de i gassstrømmen tilstedeværende flygtige gasser i pyrolysezonen. Den dannede 35 oxygenfrie, på flygtige gasser rige gasstrøm fra pyrolysezonen 47 ledes ud fra hætten 50 (fig. 2) og anvendes som DK 171059 B1 9 brændstofgas i sintringszonen 53 og efterbrænderen 44.

Resten af den fri gas fra oxidationszonen (dvs. det, der ikke går til pyrolyse) føres gennem hætten 56 direkte til 5 gasvaskeren 45.

C. Alternativ gasstrøm (som vist med stiplede linier i fig.

5) 10 Som et alternativ til ovennævnte kan gasstrømmen i oxida-tions-/sintringszonerne 52/53 løbe i medstrøm i stedet for i modstrøm til det faste affalds strøm. I dette tilfælde føres luften, der returnerer til processen fra tørreren 29, ind i herdens oxidationszone 52. Her tillader den forbræn-15 dingen af de resterende flygtige gasser og den bundne carbon i de pyrolyserede småkugler, og den absorberer den frembragte varme, der ikke optages af tørstoffet. Den varme gas føres dernæst ind i sintringszonen 53, hvor dens temperatur forhøjes yderligere under afbrænding af en del af brændstofgas-20 sen fra pyrolysezonen 47. Noget af denne varme afgives for at bringe tørstoffet op til sintringstemperaturen. Den gas, der forlader sintringszonen 53, returneres delvis til pyrolysezonen 47 for tilvejebringe varme og oxygen til begrænset forbrænding i den del af processen. Resten af gassen ledes 25 ud fra anlægget via hætten 57 til gasvaskeren 45.

Afaldets og gassernes temperatur i tørreren 29, pyrolysezonen 47, oxidations-/sintringszonerne 52, 53 og afkøleren 59 er vist med faste henholdsvis stiplede linier i fig. 6(a), 30 medens oxygenindholdet (02) i ovennævnte er vist i fig. 6(b).

DK 171059 B1 10 oxidationszonen, der føres til pyrolysezonen, tilføres hætten 71 ved pyrolysezonens udblæsningsende via et indløbsrør 72.

I udførelsesformen ifølge fig. 4 er oxidations- og sintrings-5 zonerne 52, 53 tilvejebragt i de respektive med ildfast materiale forede rør 54a, 54b monteret på de respektive roterende støtter 55a, 55b. De oxiderede småkugler transporteres fra oxidationszonen 52 ' s udblæsningsende til sintringszonen 53 1 s indløbsende via en hætte 74 og en udløbsende, 10 idet sidstnævnte modtages i en hætte 75 i sintringszonen.

De varme gasser fra sintringszonen 53, gennem kanalen 43 blandes med nogle af udblæsningsgasserne fra tørreren 29 og føres ind i oxidationszonen 52, hvorved røret 62 (fig. 2) 15 gennem sintringszonen 53 fjernes.

Det er for en fagmand indlysende, at procesvariationerne giver en eventuelt kunde en række valgmuligheder.

20 Materialet kan anvendes til produktion af beton, vejbygning eller som et meget porøst fyld.

Claims (13)

1. Fremgangsmåde til bearbejdning af affaldsmaterialer af den art, der indeholder organisk brændbart materiale, og 5 som frembringer flygtige brændbare gasser ved opvarmning, kendetegnet ved, at faste og/eller flydende affaldsprodukter blandes med et bindemiddel til dannelse af småkugler af affaldet, og efterfølgende føres småkuglerne gennem et ovn-/herdsystem, der tilvejebringer de følgende 10 behandlinger successivt: a) småkuglerne føres gennem en pyrolysezone (47) i en ovn (48) eller en herd for at generere og uddrive i det mindste en del af de flygtige gasser i affaldet, b) småkuglerne føres gennem en oxidationszone (52) i en 15 ovn (54a) eller herd, hvor oxygenet oxiderer de reste rende flygtige gasser og i det mindste en del af den bundne carbon i affaldet, c) småkuglerne føres gennem en sintringszone (53) i en ovn (54b) eller herd for at sintre de i småkuglerne 20 tilstedeværende silikater under dannelse af et fast aggregat, og hvormed de flygtige gasser fra pyrolysezonen (47) anvendes som brændstofgas til forbrænding i oxidations- og/eller sintringszonerne (54a,54b). 25

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at med henblik på at tørre småkuglerne føres de gennem en tørrer (29) opstrøms for ovn-/herdsystemet, idet småkuglerne tørres af en modstrøm af varm gas fra i det mindste 30 én af ovn-/herdsystemets zoner (54a,54b). 1 Fremgangsmåde ifølge krav 2, kendetegnet ved, at aggregatet afkøles i en afkøler (59) af en luftstrøm, idet den fra aggregatkøleren udblæste opvarmede luft tilføres 35 tørreren (29) i modstrøm til småkuglerne. DK 171059 B1 12

4. Fremgangsmåde ifølge et af kravene 1-3, kendetegnet ved, at bindemidlet er ler, skifer eller et andet silikatmateriale, der, når det brændes, danner et hårdt keramikmateriale. 5

5. Fremgangsmåde ifølge et af kravene 1-4, kendetegnet ved, at småkuglernes og gassernes strømmen i pyrolysezonen (4 7) er i modstrøm, og ved at småkuglernes og gassernes strømmen i oxidations- og sintringszonerne 10 (52,53) er i modstrøm eller medstrøm.

6. Fremgangsmåde ifølge et af kravene 1-5, kendetegnet ved, at småkuglerne opvarmes til ca. 650°C i pyrolysezonen, til ca. 1000°C i oxidationszonen (52) og sin- 15 tres ved ca. 1200°C ± 200°C i den omtalte sintringszone.

7. Ovnsystem til bearbejdning af affaldsmateriale af den i krav 1 angivn art, kendetegnet ved, at det omfatter tørreorganer (29) til tørring af småkugler af fast 20 og/eller flydende affald blandet med et bindemiddel, hvorved der er organer, som udgør en pyrolysezone (47) tilpasset til at modtage de tørrede småkugler; hvorved der er organer til opvarmning af de omtalte småkugler i den omtalte zone (47) for at generere og uddrive i det mindste en del af 25 flygtige gasser fra affaldet; hvorved der er organer, som udgør en oxidationszone (52) nedstrøms for den omtalte pyrolysezone (47), i hvilken der under driften er et miljø med et overskud af oxygen for at bringe de resterende gasformige nedbrydningsprodukter og i det mindste en del af det bundne 3 0 carbon i affaldet til at blive oxideret; hvorved der er organer, der udgør en sintringszone (53) nedstrøms for den omtalte oxidationszone (52), i hvilken silikater i småkuglerne under driften sintres til at danne et aggregat; hvorved der er tilvejebragt organer til at afgive de omtalte flygtige 35 gasser i pyrolyseovnen (47) til de omtalte oxidations- og sintringszoner (52,53), hvori de anvendes som brændstofgas, DK 171059 B1 13 idet brændstofgassen leverer brændstoffet til processen.

8. Apparat ifølge krav 7, kendetegnet ved, at organerne, der udgør pyrolysezonen (47), indbefatter et 5 første med ildfast materiale forsynet rør (48); ved at organerne, der udgør oxydations- og sintringszonerne (52,53), indbefatter et andet med ildfast materiale forsynet rør (54), og hvorved det første rør (48) er udformet med en halsdel (51), som både kontrollerer småkuglernes strømmen 10 fra pyrolysezonen (47) til oxidationszonen (52) og modstrømmen af varm gas fra oxidationszonen (52) til pyrolysezonen (47) for at tilvejebringe varme i den omtalte pyrolysezone (47) .

9. Apparat ifølge krav 8, kendetegnet ved, at det omfatter en køler (59) nedstrøms for den omtalte sintringszone (53) til afkøling af det faste aggregat.

10. Apparat ifølge krav 9, kendetegnet ved, 20 at det er indrettet til under driften at føre varm gas fra i det mindste én af zonerne (31) i ovnsystemet og/eller varm luft fra afkøleren (59) til tørreren (29) i modstrøm til småkuglernes strømmen i tørreren (29).

11. Apparat ifølge krav 7-10, kendetegnet ved, at organerne til opvarmning af pyrolysezonen (47) indbefatter organer til at tilføre varme gasser til pyrolysezonen (47) fra oxidationszonen (52).

12. Apparat ifølge krav 10 eller 11, kendeteg net ved, at apparatet indbefatter organer til at tilføre flygtig brændstofgas fra pyrolysezonen (47) til sintringszonen (53), hvori den afbrændes, og organer til tilførsel af en del af den udblæste gas fra tørreren (29) til afbræn-35 ding i sintringszonen (53). DK 171059 B1 14

13. Apparat ifølge krav 8, kendetegnet ved, at de omtalte første og andet rør (48,54) hælder nedad for at føre småkuglerne ved hjælp af tyngdekraften, hvorved rørene er roterbare omkring deres længdeakse. 5

14. Apparat ifølge krav 7, kendetegnet ved, at organerne til tilførsel af de flygtige gasser fra pyro-lysezonen (47) til de omtalte oxidations- og sintringszoner (52,53) indbefatter en første brænder (61) placeret i nær- 10 heden afgivelsesenden for sintringszonen (53) og en anden brænder (62), der strækker sig igennem sintringszonen (53) ind i oxidationszonen (52).