DK172050B1

DK172050B1 - Fremgangsmåde til fremstilling af et puzzolanmateriale af papirslam

Info

Publication number: DK172050B1
Application number: DK021493A
Authority: DK
Inventors: Soeren Hundeboel
Original assignee: Smidth & Co As F L
Priority date: 1993-02-26
Filing date: 1993-02-26
Publication date: 1997-09-29
Also published as: DE69403241D1; DK21493D0; DE69403241T2; EP0613867A1; EP0613867B1

Description

DK 172050 B1

Den foreliggende opfindelse angår en fremgangsmåde til fremstilling af et puzzolan-materiale af papirslam, eksempelvis hidrørende fra fremstilling af genbrugspapir, i et anlæg omfattende i det mindste et tørrings- og 5 findelingsapparat og et ovnsystem.

Ved et puzzolan-materiale forstås i denne sammenhæng et materiale af oxider som A1203, Fe203, Si02 eller lignende, som i mørtel eller beton kan reagere med Ca(0H)2 under 10 dannelse af mineraler af samme art, som dem der dannes ved sædvanlige cementmineralers reaktion med vand. De to vigtigste cementmineraler (Ca0)3Si02 og (Ca0)2Si02 reagerer begge med vand under dannelse af tobermorit-gel og Ca(0H)2.

Når et puzzolan-materiale blandes i beton, bliver det 15 muligt at nedbringe cementforbruget meget væsentligt på grund af disse forhold, hvis samme styrker ønskes opnået.

Ved fremstilling af genbrugspapir med anvendelse af returpapir som væsentligste råstof fremkommer store mængder af-20 fald i form af papirslam. Dette papirslam består hovedsagligt af cellulosefibre, tryksværte og -farve, vand og en mineralsk rest af papir fyldstof fer, og det menes at være biologisk nedbrydeligt. Alligevel er der betænkligheder ved den hidtil anvendte deponeringsmetode, der består i simpel 25 nedpløjning af papirslammet. Fremkomsten af papirslammet ved fremstilling af genbrugspapir lægger derfor en hindring i vejen for at alt indsamlet returpapir udnyttes, hvilket er uønsket, da det ud fra et økologisk synspunkt er bedre at fremstille papir af returmateriale end af træ.

30

Der er fremkommet flere forslag til at anvende papirslam ved cementproduktion på en sådan måde, at cellulosefibrene og tryksværten bortbrændes i cementanlæggets ovnsystem, mens det mineralske indhold på samme måde som kulaske 35 indblandes i cementklinkerne. I f.eks japansk patentansøgning nr. 80-2905 indleveret 14. januar 1980 beskrives en fremgangsmåde, hvor papirslammet først afvandes mekanisk, DK 172050 B1 2 det fremkomne slam dernæst tørres og granuleres, og granulatet slutteligt anvendes som brændsel i en cementovn. I dansk patentansøgning nr. 2829/90 indleveret 29. november 1990 foreslås en fremgangsmåde, hvor papirslammet blandes 5 med cementråmaterialerne i en opslemning, som efterfølgende ledes til en roterovn, der arbejder efter vådmetoden. Løsningsforslagene i begge ovennævnte skrifter indebærer den ulempe, at papirslammet, hvoraf halvdelen er vand og en fjerdedel er brændbar substans, skal transporteres fra pa-10 pirfabrikken til cementfabrikken, hvilket er økonomisk uhensigtsmæssigt. Papirslammet er endvidere vanskeligt at håndtere og kan være ildelugtende.

15 Den måske mest nærliggende måde, hvorpå et puzzolan-materiale af papirslam kan fremstilles på, vil for en fagmand være at gennemføre behandlingen i en lang roterovn, i hvilken der fyres i én ende, mens det våde papirslam indføres i den anden ende og bliver tørret og opvarmet i 20 modstrøm med røgen. Ulempen ved denne løsning er, at ildelugtende gasforbindelser kan blive udviklet fra papirslammet allerede under dettes tørring eller tidligt i opvarmningsforløbet, og disse gasser kan komme med røggassen ud af roterovnen uden at være ordentligt destrueret.

25 Foruden dette miljømæssige problem har løsningen den ulempe, at der skal anvendes brændsel, f.eks. gas eller olie til indfyring.

Et andet nærliggende løsningsforslag er at anvende et 30 traditionelt affaldsforbrændingsanlæg med rist. I et sådan anlæg er det muligt at sikre destruktion af de udviklede gasser og nedbringe forbruget af støttebrændsel. Ulempen ved denne løsning er imidlertid, at det er vanskeligt, at få renset puzzolan-produktet helt for brændbart kulstof, 35 fordi det finkornede produkt enten kun vanskeligt kan fastholdes på risten i tilstrækkelig lang tid, eller fordi det måske bager sammen til store boller, i hvilke kulstof- fet bliver spærret inde.

DK 172050 B1 3

Formålet med den foreliggende opfindelse er at angive en 5 fremgangsmåde til fremstilling af et puzzolan-materiale af papirslam, hvormed ovennævnte ulemper undgås.

Dette opnås ifølge opfindelsen ved en fremgangsmåde af den i indledningen angivne art, og som er kendetegnet ved, at 10 papirslammet indføres i en strøm af varm røggas fra anlæggets ovnsystem og sammen med denne ledes til tørrings-og findelingsapparatet, hvorfra det nu tørre og findelte papirmateriale suspenderet i røggassen ledes til en udskiller, hvori papirmaterialet udskilles fra røggasen, at det 15 udskilte, tørre papirmateriale indfyres i ovnsystemets brændkammer og materialets organiske indhold bortbrændes under udvikling af varme, ved hjælp af hvilken den mineralske rest, primært kaolin, varmebehandles i et passende tidsrum og under styret temperatur, og at det varmebehand-20 lede mineralske materiale til sidst afkøles i en køler.

Herved opnås, at papirslammets kaolinholdige uorganiske fraktion omdannes til et materiale med puzzolanegenskaber, der som tilsætningsstof kan anvendes til opberedning af 25 f.eks beton, som herved opnår forøgede styrker og større tæthed. At brændte lere, herunder varmebehandlet kaolin, besidder puzzolan-egenskaber, har været kendt og udnyttet siden oldtiden (se f.eks. Lea & Desch: The Chemistry of Cement and Concrete, Edward Arnold & Co, London 1935, p.

30 249). Da anlægget ifølge opfindelsen kan opstilles nær ved den papirfabrik, der er kilden til papirslammet, undgås endvidere en måske lang og dyr transport af papirslammet til en cementfabrik. Puzzolan-materialet fremstillet ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen vejer kun cirka en 35 fjerdedel i forhold til papirslammet, og det kan derfor for mindre omkostninger køres direkte til et betonværk eller en byggeplads.

DK 172050 B1 4

Fremstillingsprocessen ifølge opfindelsen er endvidere i sig selv C02-neutral, da den ved forbrændingen af papir-slammets organiske bestanddele dannede mængde C02 svarer til den mængde, der vil dannes ved en biologisk nedbrydning 5 ved nedpløjning. Derudover opnås det, at C02-udslippet, der er afledt af betonforbruget, reduceres, fordi den samlede mængde cement, der skal brændes pr. ton færdigbeton reduceres, når puzzolan-materialet anvendes som tilsætningsstof i betonen.

10

Slutteligt opnås, at en større mænde returpapir end hidtil kan anvendes til fremstilling af nyt papir, uden at der er deponeringsproblemer forbundet hermed.

15 Det tørre papirmateriale, der udskilles fra røggassen i udskilleren, kan indfyres direkte i ovnsystemets brændkam-mer, men for at opnå en god og styret indfyring foretrækkes det, at papirmaterialet fra udskilleren først ledes til en mellembeholder, og derfra udtrækkes og indfyres i ovnsy-20 stemets brændkammer.

I en udførelsesform for fremgangsmåden ifølge opfindelsen indfyres papirmaterialet via en brænderinstallation i en roterovn for dannelse af en flamme heri, hvorved mate-25 rialets organiske indhold bortbrændes under udvikling af varme, og den mineralske rest udfældes i roterovnen, mens den ved forbrændingen udviklede røggas ledes til en støvudskiller, hvori mineralsk støv udskilles og returneres til roterovnen, hvor det returnerede støv sammen med det øvrige 30 mineralske materiale i roterovnen ved dennes rotation ledes tilbage under flammen og dermed varmebehandles under styrede forhold, og hvorfra det varmebehandlede mineralske materiale ledes til køleren.

35 I en anden udførelsesform for fremgangsmåden ifølge opfindelsen indfyres papirmaterialet i en kalcinator via en brænder anbragt nær kalcinatorens bundindløb, op igennem DK 172050 B1 5 hvilket forbrændingsluft tilføres, hvorved materialets organiske indhold bortbrændes under udvikling af varme, og den mineralske rest varmebehandles, hvorefter det var-mebehandlede mineralske materiale suspenderet i forbrænd-5 ingsgassen ledes til en udskiller og der udskilles fra gassen og ledes til køleren.

Det mineralske, varmebehandlede materiale kan afkøles ved hjælp af køleluft, der efterfølgende anvendes som forbrænd-10 ingsluft i ovnsystemet.

Den til tørringen anvendte røggas kan være ildelugtende og indeholde forskellige skadelige organiske forbindelser, og derfor kan den recirkuleres via en ventilator til anlæggets 15 ovnsystem, hvor den sammen med frisk luft først ledes gennem køleren for afkøling af materiale og derefter ledes gennem brændkammeret, hvorved de uønskede stoffer i røggassen destrueres.

20 Det vil til stadighed være nødvendigt at forsyne anlægget med frisk luft udefra, og da anlægget ved normal drift vil være varmeproducerende, kan en del strøm af den varme røggas fra ovnsystemet udtrækkes i en mængde svarende til den tilførte friskluftmængde og ledes til et anlæg for udnyt-25 telse af spildvarme.

Den udtrukne røggas kan efterfølgende renses i en filterinstallation, hvorfra støvet ledes tilbage til ovnsystemet, mens den rensede røggas ledes ud i atmosfæren via en ven-30 tilator.

Opfindelsen skal i det følgende forklares nærmere under henvisning til tegningen, der er skematisk, og hvor 35 Fig. 1 viser en første udførelsesform for et anlæg til udøvelse af fremgangsmåden ifølge opfindelsen, og DK 172050 B1 6

Fig. 2 viser en anden udførelsesf orm for et anlæg til udøvelse af fremgangsmåden ifølge opfindelsen.

Anlæggene vist i fig. 1 og 2 omfatter begge et tørrings- og 5 findelingsapparat i form af en tørreknuser 1, der gennem en ledning 5 forsynes dels med varm røggas fra et ovnsystem 3 og dels med papirslam, fortrinsvis afvandet papirslam, fra et lager 7. Det tørre og findelte papirmateriale transporteres via en ledning 9 og ved hjælp af en ventilator 11 10 suspenderet i røggassen til en udskillecyklon 13, hvori papirmaterialet udskilles fra røggassen og ledes videre til en mellembeholder 15. Papirmaterialet udtrækkes fra mellembeholderen 15, eventuelt ved hjælp af en skruetransportør, og indfyres i anlæggets ovnsystem 3 via en brænder 15 17.

Ovnsystemet 3 i anlægget vist i fig. 1 omfatter ud over brænderen 17 en roterovn 21, en støvcyklon 23 og en planetkøler 25. Papirmaterialet indfyres via brænderen 17 i 20 roterovnen 21 på en sådan måde, at der dannes en flamme heri. Herved bortbrændes materialets organiske indhold under udvikling af varme, og en del af den mineralske rest udfældes i ovnen. Den ved forbrændingen udviklede røggas ledes til støvcyklonen 23, hvori resten af det mineralske 25 støv udskilles og returneres til roterovnen 21. I roterovnen 21 ledes det mineralske materiale som følge af ovnens rotation tilbage under flammen og varmebehandles derved under styrede forhold, f.eks så der opnås en højeste temperatur af materialet på mellem 700 og 850°C. Fra 30 roterovnen ledes det varmebehandlede mineralske materiale til køleren 25, hvori det afkøles i modstrøm med røggassen fra udskillecyklonen 13, der tilføres køleren 25 via en ledning 27 og ventilatoren 11. Produktet, der ofte nodu-liserer til mindre og større kugler som følge af bevægelsen 35 i roterovnen, skal efterfølgende underkastes en form for formaling i en formalingsmølle (ikke vist) forud for sin slutanvendelse.

DK 172050 B1 7

Ovnsystemet 3 i anlægget vist i fig. 2 omfatter ud over brænderen 17 en kalcinator 31, en støvcyklon 33 og en cyklonkøler 35. Papirmaterialet indfyres i kalcinatoren 31 via brænderen 17, der er anbragt nær dennes bundindløb 32, 5 op igennem hvilket varm forbrændingsluft tilføres fra cyklonforvarmeren 35. Herved bortbrændes materialets organiske indhold under udvikling af varme, ved hjælp af hvilken den mineralske rest varmebehandles. Det varmebe-handlede mineralske materiale ledes suspenderet i forbrænd-10 ingsgassen til støvcyklonen 33, hvori det udskilles fra gassen og ledes til køleren 35, hvori det afkøles i modstrøm med røggassen fra udskillecyklonen 13, der tilføres køleren 35 via en ledning 37 og ventilatoren 11.

I denne type anlæg får produktet ikke lejlighed til at 15 nodulisere, hvilket er en fordel, da en efterfølgende formaling herved undgås. Til gengæld skal produktet behandles ved en højere temperatur, således at et eventuelt CaC03 indhold i materialet spaltes til CaO og C02. Den frie CaO vil være acceptabel i produktet, hvis den ved kontakt 20 med vand hurtigt reagerer til Ca(0H)2. Da kalk brændt i en kalcinator næsten uden undtagelse hurtigt bliver lsskende, som erfaringen viser, undgås de problemer med ekspansionsskader i beton, der ellers opstår, når cementen indeholder fri CaO.

25

Som det fremgår af begge figurer recirkuleres røggassen fra tørreknuseren 1 ved hjælp af ventilatoren 11 og fortrinsvis med frisk luft indført via et friskluftindtag 10 til ovnsystemet 3. I ovnsystemet 3 opvarmes den recirkulerede 30 røggas til en temperatur på mellem 800 og 1000°C, hvilket er tilstrækkeligt til at destruere eventuelle ildelugtende og/eller skadelige stoffer.

Da anlægget, som tidligere nævnt, ved normal drift vil være 35 varmeproducerende, kan en delstrøm 40 af den varme røggas fra ovnsystemet 3 udtrækkes i en mængde svarende til den tilførte friskluftmængde og ledes til et anlæg 41 for 8 DK 172050 B1 udnyttelse af spildvarme. Et sådan anlæg 41 kan være beregnet til produktion af damp eller fjernvarmevand. Fra anlægget 41 ledes den nu afkølede røggas til et filter 43, så som et posefilter eller et elektrofilter, og derefter 5 via en ventilator 45 ud i atmosfæren.

10 15 20 25 30 35

Claims

1. Fremgangsmåde til fremstilling af et puzzolan-materiale af papirslam, eksempelvis hidrørende fra fremstilling af 5 genbrugspapir, i et anlæg omfattende i det mindste et tørrings- og findelingsapparat (1) og et ovnsystem (3), kendetegnet ved, at papirslammet indføres i en strøm af varm røggas fra anlæggets ovnsystem (3) og sammen med denne ledes til tørrings- og findelingsapparatet (1), hvorfra det 10 nu tørre og findelte papirmateriale suspenderet i røggassen ledes til en udskiller (13), hvori papirmaterialet udskilles fra røggasen, at det udskilte, tørre papirmateriale indfyres i ovnsystemets (3) brændkammer (21, 31) og materialets organiske indhold bortbrændes under udvikling af 15 varme, ved hjælp af hvilken den mineralske rest, primært kaolin, varmebehandles i et passende tidsrum og under styret temperatur, og at det varmebehandlede mineralske materiale til sidst afkøles i en køler (25, 35).

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at det tørre papirmateriale ledes fra udskilleren (13) til en mellembeholder (15), hvorfra det udtrækkes og indfyres i ovnsystemets (3) brændkammer (21, 31).

3. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at papirmaterialet indfyres via en brænderinstallation (17) i en roterovn (21) for dannelse af en flamme heri, at materialets organiske indhold bortbrændes under udvikling af varme, at den mineralske rest udfældes i roterovnen (21), 30 at den ved forbrændingen udviklede røggas ledes til en støvudskiller (23), hvori mineralsk støv udskilles og returneres til roterovnen (21), at det returnerede støv sammen med det øvrige mineralske materiale i roterovnen (21) ved dennes rotation ledes tilbage under flammen og 35 dermed varmebehandles under styrede forhold, og at det varmebehandlede mineralske materiale herefter ledes fra roterovnen (21) til køleren (25). 10 DK 172050 B1

4. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at papirmaterialet indfyres i en kalcinator (31) via en brænder (17) anbragt nær kalcinatorens bundindløb (32), op igennem hvilket forbrændingsluft tilføres, at materialets organiske 5 indhold bortbrændes under udvikling af varme, hvorved den mineralske rest varmebehandles, at det varmebehandlede mineralske materiale suspenderet i forbrændingsgassen ledes til en udskiller (33) og der udskilles fra gassen og ledes til køleren (35). 10

5. Fremgangsmåde ifølge krav 3 eller 4, kendetegnet ved, at det mineralske, varmebehandlede materiale afkøles ved hjælp af køleluft, der efterfølgende anvendes som forbrændingsluft i ovnsystemet (3). 15

6. Fremgangsmåde ifølge krav 3 eller 4, kendetegnet ved, at den til tørringen anvendte røggas recirkuleres via en ventilator (11) til anlæggets ovnsystem (3), hvor den sammen med frisk luft først ledes gennem køleren (25, 35) for af- 20 køling af materiale og derefter ledes gennem brændkammeret (21, 31), hvorved uønskede stoffer i røggassen destrueres.

7. Fremgangsmåde ifølge ethvert af de forgående krav, kendetegnet ved, at en delstrøm (40) af den varme røggas 25 fra ovnsystemet (3) udtrækkes i en mængde svarende til den tilførte friskluftmængde og ledes til et anlæg (41) for udnyttelse af spildvarme.

8. Fremgangsmåde ifølge krav 7, kendetegnet ved, at den 30 udtrukne røggas efterfølgende renses i en filterinstallation (43), og at støvet fra filteret (43) ledes tilbage til ovnsystemet (3), mens den rensede røggas ledes ud i atmosfæren via en ventilator (45). 35