DK171980B1 - Fremgangsmåde til isolering af tungmetalforbindelser på fast form fra en gas-dampblanding omfattende en bærergas og tungmetalforbindelserne på dampform og et apparat til gennemførelse af fremgangsmåden - Google Patents

Description

i DK 171980 B1

Opfindelsen angår en fremgangsmåde til isolering af tungmetalforbindelser på fast form fra en gas-dampblanding omfattende en bærergas og tungmetalforbindelserne på dampform, ved hvilken de i mindst én smelteovn dannede 5 dampformige tungmetalforbindelser sammen med bæregassen ledes ud af smelteovnen og derefter desublimeres. Opfindelsen angår endvidere et apparat til gennemførelse af denne fremgangsmåde omfattende mindst en smelteovn, med mindst ét varmelegeme, hvori en bærergas sammen med damp-10 formige tungmetalforbindelser kan danne en gas- dampblanding, som kan udledes fra smelteovnen gennem mindst én ledning, der fører til mindst en køleanordning.

Det er kendt, at dampformige tungmetalforbindelser kan ledes ud af smelteovne ved hjælp af en bæregas. Hvis der 15 derefter gennemføres en afkøling af den udledte gas-dampblanding i en køleanordning desublimerer de dampformige tungmetalforbindelser og aflejrer sig i køleanordningen. Disse aflejringer skal fra tid til anden fjernes, hvilket kun kan ske ved et stort manuelt arbejde ved ud-20 skrabning. Først derefter kan dette aflejrede materiale videreforarbejdes. Denne fremgangsmåde er for omstændelig til anvendelse i en større teknisk målestok.

Formålet med opfindelsen er at afhjælpe disse ulemper. Opfindelsen, således som den er angivet i de selvstændige 25 krav, løser den opgave at angive en i stor teknisk målestok anvendelig fremgangsmåde til adskillelse af dampformige tungmetalforbindelser fra en bæregas samt et apparat, med hvilke denne fremgangsmåde kan gennemføres, og som kan drives på enkel måde.

30 De ved hjælp af opfindelsen opnåede fordele består i det væsentlige i, at der med enkle midler muliggøres en renlig adskillelse af tungmetalforbindelserne fra bæregassen uden miljøgener.

DK 171980 B1 2

Yderligere udformninger af opfindelsen er angivet i de uselvstændige krav.

Opfindelsen og de dermed opnåelige fordele forklares nærmere i det følgende under henvisning til udførelseseks-5 empierne på tegningen.

På tegningen viser: fig. 1 et blokdiagram over en første udførelsesform for fremgangsmåden ifølge opfindelsen, fig. 2 et skematisk billede af en første udførelsesform 10 for apparatet ifølge opfindelsen, fig. 3 et blokdiagram over en anden udførelsesform for fremgangsmåden ifølge opfindelsen, fig. 4 et skematisk billede af en anden udførelsesform for apparatet ifølge opfindelsen, 15 fig. 5 et blokdiagram over en tredje udførelsesform for fremgangsmåden ifølge opfindelsen, fig. 6 et skematisk billede af en tredje udførelsesform for apparatet ifølge opfindelsen, fig. 7 et blokdiagram over en fjerde udførelsesform for 20 fremgangsmåden ifølge opfindelsen, og fig. 8 et skematisk billede af en fjerde udførelsesform for apparatet ifølge opfindelsen.

I alle tegningens figurer er ens virkende elementer forsynede med samme henvisningsbetegnelser.

25 Blokdiagrammet i fig. 1 viser en første udførelsesform for fremgangsmåden ifølge opfindelsen, hvor der anvendes luft som bæregas. En smelteovn 1 er forsynet med elektri- DK 171980 B1 3 ske varmelegemer, der bestryges med luft. Tilførslen af denne blæseluft til smelteovnen 1 er antydet ved hjælp af en ledning 2. Fyldningen af smelteovnen 1 med partikler, der skal smeltes, og udledningen af smeltegodset er ikke 5 vist i fig. 1. I smelteovnen 1 tjener blæseluften som bæregas for dampformige tungmetalforbindelser, der er dannet ved smeltningen, blæseluften danner sammen med de dampformige tungmetalforbindelser en gas-dampblanding, der udledes gennem en udledningsåbning, der her er vist 10 som en ledning 3. Denne ledning 3 skal udformes med en meget lille længde for at forhindre en desublimation af de dampformige tungmetal forbindelser på ledningen 3's inder væg. Ledningen 3 indmunder i et blandeafsnit 4, i hvilket gas-dampblandingen yderligere tilføres en gas el-15 ler gasblanding, der her består af kold luft over en ledning 5. I dette blandeafsnit 4 sammenhvirvles denne kold-luft intensivt med den varme gas-dampblanding for at afkøle gas-dampblandingen. Gas-dampblandingen sammenhvirvles med en 10-100 gange større volumenmængde koldluft.

20 Ved denne intensive afkøling desublimerer de dampformige tungmetalforbindelser og danner partikler. Som desublima-tionskim for disse partikler tjener ganske små støvpartikler, som rives med fra smelteovnen 1 af dampgasblandingen, og endvidere optræder også spontan desu-25 blimation. Disse partikler hvirvles sammen med den ekstra gas eller gasblanding ind i et filter 6 og frafiltreres heri. Pilen 7 antyder udledningen af partikler, der i det væsentlige består af tungmetalforbindelser, fra filteret. Efter filteret 6 fører en ledning 8 gas- eller gasblan-30 dingen og forekommende rester af gas-dampblandingen ind i et sugetræk 9. Dette sugetræk 9 opretholder strømningen af gassen eller gasblandingen og tilvejebringer desuden et undertryk i blandeafsnittet 4. I stedet for sugetrækket 9 kan der også, som antydet med stiplede linier, an-35 vendes en blæser 12 til at transportere koldluft ind i blandeaf snittet 4. En kombination af en blæser 12 og et DK 171980 Bl 4 sugetræk 9 er også mulig. Blæseluften til bestrygning af varmelegemerne transporteres ind i ledningen 2 ved hjælp af en blæser 13. Efter sugetrækket 9 fører en ledning 14 » gassen eller gasblandingen og de forekommende rester af 5 gas-dampblandingen ind i et forbrændingsanlæg 15.

Den beskrevne fremgangsmåde kan fordelagtigt anvendes f.eks. i et affaldsforbrændingsanlæg, i hvis røggasrensningsanlæg der forekommer forholdsvis store mængder filterstøv med aflejrede tungmetalforbindelser. Dette fil-10 terstøv i partikelform smeltes i smelteovnen 1 og befries derved for tungmetalforbindelser, og samtidig formindskes voluminet af filterstøvet. Den af sugetrækket 9 udtrædende koldluft med rester af damp-gasblandingen føres tilbage til affaldsforbrændingsanlæggets ovn og renses efter-15 følgende i røggasrensningsanlægget. Ekstra røggasrensningsanlæg er således ikke nødvendigt. De udtømte tungmetalforbindelser fra filteret 6, kan føres til videreforarbejdning i en metalforarbejdende virksomhed eller til oplagring på et deponeringssted. Smeltegodset, der udta-20 ges af smelteovnen 1, er ugiftigt og kan uden problemer deponeres eller anvendes som byggemateriale.

Det er dog også muligt, som vist med en streg-prik-linie 16, at tilføre en del af de udtømte partikelformede tungmetalforbindelser fra filteret 6 til den gas eller gas-25 blanding, der tilføres gennem blandeafsnittet 4's ledning 5. I blandeafsnittet 4 tjener disse partikelformige tung-metalforbindelser som ekstra desublimationskim, og muliggør en fremskyndet desublimation af den sammenhvirvlede gas-dampblanding.

30 I blandeafsnittet 4 danner der sig et fluid bestående af de ved desublimation opståede partikler, resterne af gas-dampblandingen og den ekstra tilførte gas eller gasblanding .

5 DK 171980 B1 I fig. 2 ses et apparat, med hvilket den foran beskrevne fremgangsmåde kan gennemføres. Smelteovnen 1 er ved hjælp af et tykt isoleringslag 20 beskyttet mod varmetab. Fyldningen af ovnen og udtømningen af smeltegodset fra smel-5 ten 21 er ikke vist. Smelten 21 opvarmes ved hjælp af ét eller flere elektriske varmelegemer 22, der bestryges med luft. Den nødvendige luftstrømning til bestrygningen af varmelegemerne tilvejebringes ved hjælp af en blæser 13.

I et rum 23 oven over smelten 21 opvarmes den indstrømme-10 de luft og blander sig med de dampformige tungmetalforbindelser. Andre partikler, f.eks. filterstøvpartikler og ved smeltningen frigjorte gasser, såsom f.eks. C02 og S02 kan være tilstede i gas-dampblandingen. Denne gas-dampblanding forlader smelteovnen 1 gennem en ledning 3, 15 således som vist med en pil 24.

Denne ledning 3 skal være meget kort, for at temperaturfaldet i ledningen ikke skal føre til en desublimation af dele af gas-dampblandingen. Temperaturen i det indre af smelteovnen 1 holdes på ca. 1300 °C, og temperaturen af 20 gas-dampblandingen ved udløbet af ledningen 3 må ikke ligge under temperaturområdet på 800-900 °C. Ledningen 3 kan hensigtsmæssigt skråne nedad i retningen ind mod ovnens indre, således at eventuelle desublimationsprodukter fra denne ledning 3 kan strømme tilbage i smelten 21 og 25 sublimere på ny. Alt efter den kemiske sammensætning af smelten 21 kan tilbagestrømningen af disse desublimationsprodukter dog også være uønsket, således at der i dette tilfælde foretrækkes en hældning af ledningen 3 udad med mulighed for at opfange de udstrømmende desublimati-30 onsprodukter uden for smelteovnen 1.

Umiddelbart efter den korte ledning 3 følger et blandeaf-snit 4. Over en ledning 5 føres koldluft ind i blandeaf-snittet 4, således som antydet ved pilene 19. Denne luftstrøm opretholdes ved hjælp af et sugetræk 9. I stedet DK 171980 B1 6 for sugetrækket 9 kan luftstrømmen dog også tilvejebringes ved hjælp af en blæser 12, der er antydet med stiplede linier. Endvidere er også en kombination af et sugetræk 9 og en blæser 12 mulig. I blandeafsnittet 4 hersker 5 et forholdsvis lille undertryk, der fremmer strømningen af gas-dampblandingen gennem ledningen 3. Herved opnås, at desublimationen af de dampformige tungmetalforbindelser hovedsageligt finder sted i blandeafsnittet 4. Endvidere er isolationslaget 20 udformet med en mindre tykkel-10 se i en zone 25 i området rundt om ledningen 3, hvilket dels gør det muligt at gøre ledningen 3 kortere og dels giver plads til en strømningsfordelagtig tilførsel af koldluft gennem ledningen 5. I blandeafsnittet 4 sker der en kraftig sammenhvirvling af gas-dampblandingen og denne 15 tilførte koldluft, hvorved der opnås en intensiv køling af gas-dampblandingen. Ved hjælp af ledeplader og lignende kendte foranstaltninger kan der opnås en særlig kraftig sammenhvirvling. De dampformige tungmetalforbindelser desublimerer, hvorunder små støvpartikler, der er revet 20 med ud af smelteovnen 1, tjener som desublimationskim, og endvidere optræder der også spontan desublimation. De derved opståede partikler af tungmetalforbindelser hvirvles ind i et filter 6, hvor de frafiltreres og derefter udtømmes, som antydet ved hjælp af pilen 7. Efter filte-25 ret 6 fører en ledning 8 gassen eller gasblandingen med resterende rester af gas-dampblandingen ind i sugetrækket 9 og derfra ind i et forbrændingsanlæg 15. Hele det område af apparatet, i hvilket der optræder dampformige tungmetalforbindelser, er udformet gastæt for at forhindre 30 udslip af skadelige stoffer. Den antydede udtømning 7 er udformet støvtæt for at undgå, at partikler af tungmetalforbindelser belaster miljøet.

Filteret 6 kan være udformet som et slangefilter, som filtervæv, som elektrostatisk filter eller som en kombi-35 nation af mindst to af disse filterarter. Det elektrosta- DK 171980 B1 7 tiske filter i selvrensende udførelse egner sig især til en kontinuerlig drift. De andre to filtertyper er egnede til frafiltrering af særligt fine partikler af tungmetalforbindelser. Hvis der forekommer forholdsvis store par-5 tikler af tungmetalforbindelser er en anbringelse af en cyklon foran filteret 6 fordelagtig, idet cyklonen kan fraseparere de største partikler inden gassen eller gasblandingen indtræder i filteret 6.

Hvis en del af koldluften føres langs indervæggen af 10 blandeafsnittet 4, undgås effektivt en uønsket desublima-tion på denne indervæg, således at blandeafsnittet 4 ikke behøver at blive renset indvendigt.

Den beskrevne fremgangsmåde kan anvendes både ved en kontinuerlig og intermitterende udledning af gas-15 dampblandingen fra smelteovnen 1. Styringen af apparatet til gennemførelse af fremgangsmåden kan indrettes på en sådan måde, at begge udledningsmåder er mulige. Det er ligeledes muligt afhængigt af sammensætningen af gas-dampblandingen, der skal forarbejdes, at tilkoble og fra-20 koble tilbageførslen af partikelformede tungmetalforbindelser, som er antydet ved hjælp af den stiplede linie 16.

I fig. 3 ses et blokdiagram over en anden fremgangsmåde ifølge opfindelsen. Denne fremgangsmåde adskiller sig 25 blot fra den ved blokdiagrammet i fig. 1 viste fremgangsmåde ved, at der ikke indføres bæregas i gasform i smelteovnen 1, idet varmelegemerne ved denne smelteovn 1 ikke bestryges med gas. I dette tilfælde består bærergassen af en blanding af gasser, såsom C02, S02 og lignende forbin-30 delser, der opstår i smelteovnen 1 samtidigt med de damp-formige tungmetalforbindelser ved smeltningen af de indførte partikler. De øvrige fremgangsmådetrin er de samme som de allerede beskrevne.

ψ 8 DK 171980 B1

Fig. 4 viser apparatet svarende til fremgangsmåde, der er vist ved blokdiagrammet i fig. 3. De elektriske varmelegemer 22 bestryges ikke med luft, men i stedet er hvert varmelegeme 22 omgivet af et beskyttelsesrør 26, der ad-5 skiller det fra smelteovnen l's indre rum 23. Beskyttelsesrøret 26 består af et keramisk materiale med en stor andel AI2O3 og angribes ikke af den korrosive atmosfære i rummet 23. Beskyttelsesrøret 26 forhindrer desuden, at partikler, der ophvirvles ved indførslen af partikler i 10 smelteovnen 1, aflejrer sig på varmeelementerne 22, smelter og angriber overfladen. Beskyttelsesrøret 26 kan være udformet som en kappe, eller kan omgive det tilhørende varmelegeme 22 i form af et U-formet rør.

Ved smeltning af filterstøv opstår der altid en bæregas, 15 f.eks. en blanding af CO?, SO3 osv., fordi sådanne for bindelser altid er bestanddele af filterstøvet. Fremgangsmåden ifølge opfindelsen arbejder imidlertid også med forholdsvis små mængder bæregas, og opfindelsen omfatter således også tilfælde, hvor der, ud over de damp-20 formige tungmetalforbindelser, ikke opstår yderligere dampe eller gasser i smelten. I dette tilfælde ophobes de dampformige tungmetalforbindelser i smelteovnen l's indre rum 23, indtil de strømmer ud af sig selv, eller udledes til yderligere forarbejdning på grund af undertrykket i 25 blandeafsnittet 4.

Fig. 5 viser et blokdiagram over en tredje fremgangsmåde ifølge opfindelsen. Denne adskiller sig blot fra den ved blokdiagrammet i fig. 1 viste fremgangsmåde ved, at gassen eller gasblandingen og de resterende rester af gas-30 dampblandingen efter sugetrækket 9 over ledningen 14 føres direkte ind i et røggasrensningsanlæg 17 og renses i dette. Fig. 6 viser apparatet svarende til fremgangsmåden, der er vist ved blokdiagrammet i fig. 5. Fordelen ved denne udformning er, at der kan benyttes et allerede DK 171980 B1 9 eksisterende røggasrensningsanlæg uden at foretage yderligere investeringer til ombygning af anlægget. Navnlig affaldsforbrændingsanlæg er sædvanligvis allerede forsynede med et røggasrensningsanlæg, således at dette eksi-5 sterende røggasrensningsanlæg kan anvendes sammen med ap-paratet ifølge opfindelsen. Den forekommende frafiltrerede aske kan derfor på økonomisk måde uskadeliggøres på stedet.

Fig. 7 viser et blokdiagram over en fjerde fremgangsmåde 10 ifølge opfindelsen. Denne adskiller sig blot fra den ved blokdiagrammet ifølge fig. 3 viste fremgangsmåde ved, at ledningen 14 efter sugetrækket 9 indmunder direkte i et røggasrensningsanlæg 17. Fig. 8 viser det til blokdiagrammet i fig. 7 svarende apparat. Fordelene ved denne 15 udformning er allerede beskrevet i forbindelse med fig. 5 og 6.

EKSEMPEL 1

Ved et udførelseseksempel er det fastslået, at det i fig.

2 viste apparat er funktionsdygtigt. Samtlige volumenan-20 givelser er ved dette eksempel bestemt ved normaltryk og en rumtemperatur på 20 °C. Atmosfæren i smelteovnen l's rum 23 havde følgende sammensætning: 95% luft (stammende fra bestrygningen af varmelegemerne) 2% ved rumtemperatur kondenserede tungmetalforbindelser, især ZnCl2, PbO, PbCl2, og 31 C02, S02 osv.

Temperaturen i ovnens indre lå ved 1300 °C. Gennem led-25 ningen 3 blev der pr. time udledt ca. 0,5 m3, der indeholdt ca. 10 g tungmetalforbindelser i dampform. Gas- DK 171980 B1 10 dampblandingen indtrådte med en temperatur på ca. 800-900 °C i blandeafsnittet 4 og blev ved blanding med en 20 gange så stor mængde koldluft kølet til en temperatur på ca. 100-150 °C. Dersom der her tilføres en mængde kold-5 luft, der er 100 gange større, vil der fås temperaturer på ca. 50 °C ved enden af blandeafsnittet. Diameteren af ledningen 3 var 4 cm, og diameteren af det cylindrisk udformede blandeafsnit var 20 cm. Længden af blandeafsnittet 4 hen til filteret 6 var 1 m. Som filter anvendtes et 10 papirfilter med et areal på 0,35 nh og en porestørrelse, der var mindre end 1 |rm. Papir filteret anvendtes her for at lette den mængdemæssige bestemmelse af de frafiltrerede tungmetalforbindelser. Efter dette papirfilter var der anbragt et elektrostatisk filter. Dette filters udskil-15 lelsesgrad ligger 98% ved de optrædende partikelstørrelser. Bæregassen efter filteret havde følgende sammensætning : ca. 99,8% luft, ca. 0,2% CO2, S02 osv., og 20 mindre end 0,001% tungmetalforbindelser.

Temperaturen af bæregassen var sunket til ca. 30 °C.

EKSEMPEL 2

Ved følgende udførelseseksempel er det fastslået, at ap-paratet ifølge fig. 4 er funktionsdygtigt. I smelteovnen 25 1 indfyldtes pr. time 300 g filterstøv, hvoraf der pr.

time udtømtes 258 g direkte af smelteovnen 1 i form af smelte. Udledningen af gas-dampblandingen var pr. time 42 g, hvoraf der i filteret 6 blev opfanget 30 g pr. time i form af partikler, medens 12 g pr. time som rest af gas-30 dampblandingen blev ført ind i forbrændingsanlægget 15.

DK 171980 B1 11

Smelteovnen 1 blev herunder drevet med en temperatur på omkring 1400 °C.

Claims (11)

1. Fremgangsmåde til isolering af tungmetalforbindelser på fast form fra en gas-dampblanding omfattende en bærergas og tungmetalforbindelserne på dampform, ved hvilken de i mindst én smelteovn (1) dannede dampformige tungmetalforbindelser sammen med bæregassen i form af en gas-10 dampblanding ledes ud ad smelteovnen (1) og derefter de-sublimeres, kendetegnet ved, at gas-dampblandingen udledes gennem en relativt kort ledning (3), at gas-dampblandingen umiddelbart efter udledningen sammenhvirvles i mindst ét blandeafsnit (4) med yderlige-15 re en kølig gas eller gasblanding hvorved de dampformige tungmetalforbindelser desublimerer til dannelse af partikler, som sammen med resterne af gas-dampblandingen udgør et fluid, der føres gennem mindst ét filter (6), på hvilket partiklerne absorberes.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at bæregassen i det mindste delvist indføres i den mindst ene smelteovn (1), og at gas-dampblandingen udledes kontinuerligt eller intermitterende af den mindst ene smelteovn (1) .

3. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at gas-dampblandingen sammenhvirvles med en mindst 10-100 gange større volumenmængde gas eller gasblanding i det mindst ene blandeafsnit (4).

4. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet 30 ved, at strømningshastigheden.af gas-dampblandingen, der udledes fra den mindst ene smelteovn (1)> yderligere forøges ved hjælp af et undertryk i det mindst ene blandeafsnit (4), at dette undertryk opretholdes enten ved hjælp af mindst ét sugetræk (9), der er anbragt efter filteret 35 (6) eller ved hjælp af den gas eller gasblanding, der ved DK 171980 B1 13 hjælp af en blæser (12) blæses ind i det mindst ene blan-deafsnit (4).

5. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at en den af den ekstra gas eller gasblanding be- 5 stryger indervæggene af det mindst ene blandeafsnit (4).

6. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at udledningsledningen (3) er så kort, at hele desu-blimationen af de dampformige tungmetalforbindelser finder sted i blandeafsnittet.

7. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at gassen eller gasblandingen, sammen med resterende rester af gas-dampblandingen, føres ind i et forbrændingsanlæg (15) eller et røggasrensningsanlæg (17) efter filteret (6), og at der som røggasrensningsanlæg (17) an-15 vendes et allerede eksisterende eller et hertil nybygget røggasrensningsanlæg (17).

8. Apparat til gennemførelse af fremgangsmåden ifølge krav 1, omfattende mindst én smelteovn (1), med mindst ét varmelegeme (22), hvori en bæregas sammen med dampformige 20 tungmetalforbindelser som kan udledes fra en gas-dampblanding kan danne smelteovnen gennem mindst én ledning (3), der fører til mindst én køleanordning, kendetegnet ved, at ledningen (3) er relativ kort, at der umiddelbart efter ledningen (3) som kø-25 leanordning er anbragt et blandeafsnit (4), der kan holdes under undertryk, at der ved den nærmest ovnen beliggende ende af blandeafsnittet (4) er anbragt midler, der muliggør tilførsel af ekstra gas eller gasblanding og sammenhvirvling af denne med gas-dampblandingen, og at 30 der efter dette mindst ene blandeafsnit (4) er anbragt mindst ét filter (6). DK 171980 B1 14

9. Apparat ifølge krav 8, kendetegnet ved, at der efter det mindst ene filter (6) er anbragt ét sugetræk (9), eller at apparatet har mindst én blæser (12) til tilførsel af den ekstra gas eller gasblanding til det 5 mindst ene blandeafsnit (4), at det mindst ene filter (6) er udformet som et elektrostatisk filter, et slangefilter, et vævfilter eller som en kombination af mindst to af disse filterarter, og at filteret (6) står i forbindelse med et forbrændingsanlæg (15) eller med et røggas-10 rensningsanlæg (17).

10. Apparat ifølge krav 9, kendetegnet ved, at røggasrensningsanlægget (17) er et allerede eksisterende eller et hertil nybygget røggasrensningsanlæg (17).

11. Apparat ifølge krav 10, kendetegnet 15 ved, at det mindst ene varmelegeme (22) er aflukket mod et indre rum (23) i smelteovnen (1) ved hjælp af mindst ét beskyttelsesrør (26).