FI108046B - Menetelmä uunien poistokaasujen puhdistamiseksi ja tällöin kertyvän suodatinpölyn hyödyntämiseksi - Google Patents

Description

. 1 08046

Menetelmä uunien poistokaasujen puhdistamiseksi ja tällöin kertyvän suodatinpölyn hyödyntämiseksi

Keksintö koskee menetelmää uunien poistokaasujen 5 . puhdistamiseksi.

Keksinnön mukainen menetelmä voidaan lukea puhdistusmenetelmiin, joissa uunista tulevaan poistokaasuvirtaan sekoitetaan ensin lisäaineita ja virta puhdistetaan sitten jälleen pölyistä ja pienistä pisaroista erottimessa.

10 Tyypillisiä uunien poistokaasuja, jotka voidaan puhdistaa tämän keksinnön mukaisella menetelmällä, ovat jätteenpolttolaitosten, valu-uunien ja romunsulatusuunien poistokaasut.

Erottimina toimivat esimerkiksi kangassuodattimet, 15 letkusuodattimet, syklonit, sähköstaattisesti toimivat erottimet tai märkäerottimet.

Lisäaineet parantavat haitallisten aineiden, kuten esimerkiksi metallioksidien, happamien aineosien, orgaanisten hiilivetyjen, dioksiinien (PCDD) ja furaanien 20 (PCDF), erottumista tai vaikeuttavat määrättyjen haitallisten aineiden muodostumista.

Useimmiten lisäaineet vaikuttavat adsorboimalla haitallisia aineita, siis niin, että haitalliset aineet kerrostuvat pinnalle tai sitoutuvat pintaan, jonka omi-25 naispinta-ala on suuri. Usein lisäaineet myös muuntavat vaikuttavia aineita kemiallisesti tai salpaavat katalyyttejä, jotka johtavat haitallisten aineiden muodostumiseen.

Lisäaineet poistetaan jälleen erottimessa yhdessä poistokaasussa ennestään läsnä olleiden aineiden kanssa. 30 Monesti uunin jäljiltä kuuma poistokaasu myös jääh dytetään ennen sen saapumista erottimeen. Poistokaasuka-navaan ruiskutetaan tällöin suuttimien kautta nestettä, useimmiten vettä sisältävää emäksistä liuosta. Nesteen avulla voidaan lisäaineet myös saattaa liuenneeseen tai 35 dispergoituneeseen muotoon. Neste höyrystyy ja jäähdyttää 2 108046 siten poistokaasun hyvin nopeasti sen kriittisen lämpötila-alueen alapuolelle, jolla PCDD/PCDF-yhdisteitä muodostuu. Koska neste on emäksinen, poistokaasuvirrassa läsnä olevat happamat aineosat neutraloituvat.

5 Tunnettuja lisäaineita, joita usein lisätään keske nään yhdistettyinä joko veden kera tai pölynä, myös yhdessä aineiden kanssa, joiden kanssa ne tavanomaisesti esiintyvät, ovat aktiivihiili, kalkki (CaC03), kalsiumhydroksidi [Ca(OH)2], magnesiumyhdisteet (MgO, MgC03...), natriumkar-10 bonaatti (Na2C03) ja NH-yhdisteet.

Tunnetuissa menetelmissä on ongelmana se, että PCDD/PCDF-yhdisteiden erotusaste ei ole riittävä (esimerkiksi sen vuoksi, että kupari-, magnesium- ja kalsiumyh-disteet voivat toimia katalyytteinä PCDD/PCDF-yhdisteiden 15 muodostumisessa). Lisäämällä suuri määrä aktiivihiiltä voidaan PCDD/PCDF-yhdisteet kyllä erottaa hyvin, mutta tällöin kertyvää suodatusjäännöstä ei voida kierrättää yksinkertaisella tavalla, vaan se täytyy vaarallisena aineena käsitellä suurin kustannuksin tai toimittaa kaato-20 paikalle. Suodatusjäännöksellä, jossa aktiivihiilen osuus on suuri, saattaa lisäksi olla taipumus syttyä itsestään.

Tämä keksintö sitä vastoin perustuu päämäärään tarjota käytettäväksi menetelmä uunien poistokaasujen puhdistamiseksi, mihin liittyy hyödyllinen mahdollisuus käyttää 25 tällöin kertyvää suodatusjäännöstä raaka-aineena.

Tämä päämäärä saavutetaan lisäämällä poistokaasuun emäksisiä aineita, jotka sisältävät kationeina natriumia tai kaliumia, sitten suodattamalla ja lisäämällä tällöin kertyvä suodatusjäännös edelleen alumiiniromun sulatukses-30 sa käytettävään peittosuolaan.

Emäksisinä lisäaineina voidaan käyttää esimerkiksi natriumhydroksidia, natriumkarbonaattia, natriumvetykarbo-naattia, natriumsulfidia (Na2S), natriumsulfiittia (Na2S03) tai vastaavia kaliumyhdisteitä tai mainittujen aineosien 35 seoksia. Ne voidaan lisätä kiinteässä (pölyn) muodossa tai 3 108046 vesiliuoksen muodossa tai osaksi kiinteässä ja osaksi vesiliuoksen muodossa suuttimien kautta poistokaasukanavaan.

Lisättävien lisäaineiden emäksisen luonteen johdosta orgaaniset klooriyhdisteet, kuten esimerkiksi PCDD/ 5 PCDF-yhdisteet, tuhoutuvat tai niiden muodostuminen estetään korkeissa lämpötiloisssa.

Suodatusjäännös koostuu silloin suureksi osaksi al-kalimetallihalogenideista, erityisesti natriumin tai kaliumin kloorin, pienemmässä määrin myös fluorin, kanssa 10 muodostamista yhdisteistä, sekä reagoimattomista lisäaineista.

Kysymyksessä ovat juuri ne aineet, joita käytetään peittosuolana uusioalumiinin sulatuksessa ennen kaikkea rumputyyppisessä pyörivässä uunissa. Peittosuolan tarkoi-15 tus sulatusta edistävänä aineena on irrottaa uuniin laitettavien alumiinikappaleiden pinnalla oleva oksidikerros, vaikeuttaa alumiinisulatteen hapettumista ja absorboida tiettyjä epäpuhtauksia. Yhdessä tavanomaisessa, uusioalumiinin sulatukseen käytettävässä pyörivässä rumpu-uunissa 20 uuniin laitettavan raaka-aineen massasuhde peittosuolaan on noin 4:1. Raaka-aine koostuu alumiinista ja epäpuhtauksista; se koostuu alumiiniromusta, alumiinilastuista ja alumiinivalu-uunien alumiinipitoisesta kuonasta.

Keksinnön mukaista menetelmää voidaan esimerkiksi 25 käyttää erityisen edullisesti, silloin kun kysymyksessä on sellaisen uunin poistokaasun puhdistus, jota syntyy sulatettaessa uusioalumiini pyörivässä rumpu-uunissa. Yhden panostuksen puitteissa kertyvä suodatusjäännös voidaan yhdistää jälleen jossakin myöhemmässä panostuksessa tar-30 vittavaan peittosuolaan. Suodatusjäännöstä tarvitsee sitä : varten siirtää vain välittömällä käyttöalueella. Kun pyö rivästä rumpu-uunista, jossa uusioalumiini sulatetaan peittosuolaa käyttämällä, tuleva poistokaasu puhdistetaan tämän keksinnön mukaisesti, noin kymmenes- tai viidesosa 35 peittosuolasta (massaan perustuen) saadaan takaisin suoda- 4 108046 tusjäännöksenä. Toisin sanoen säästytään ostamasta noin . kymmenes- tai viidesosa tarvittavasta peittosuolasta.

Pyörivässä rumpu-uunissa vallitsevissa kuumennus-olosuhteissa suodatusjäännöksen mukana tulleet orgaaniset 5 yhdisteet hajoavat, joten ne eivät vaikuta haitallisesti. Muut sen mukana tulleet epäpuhtaudet, kuten esimerkiksi raskasmetallioksidit, pelkistetään alumiinin avulla metalleiksi, jotka ovat sitten alumiiniin liuenneina ja ovat siinä normaaleja toivottuja lejeeraavia alkuaineita.

10 Suodatusjäännös saadaan siis järkevään käyttöön käyttämällä sitä peittosuolana uusioalumiinin sulatuksessa eikä siitä tarvitse huolehtia suurin kustannuksin.

Ruiskutettaessa emäksiset lisäaineet poistokaasuka-navaan ainakin osaksi yhdessä vettä sisältävän liuoksen 15 kanssa, ts. suoritettaessa jäähdytys siten, poistokaasu jäähtyy nopeasti. Tällä tavalla poistokaasu voidaan jäähdyttää nopeasti sen lämpötila-alueen alapuolelle, jolla PCDD/PCDF-yhdisteitä muodostuu. Veden höyrystyessä emäksiset lisäaineet muodostavat hienon pölyn, jolla on erittäin 20 suuri ominaispinta-ala (suuri pinta-ala massayksikköä kohden) . Tämä ominaispinta-ala on suurempi kuin silloin, kun lisäaineet ovat pölyn muodossa jo poistokaasukanavaan syötettäessä. Emäksisten lisäaineiden pitoisuus vettä sisältävässä liuoksessa on 1 - 50 % kyllästyspitoisuudesta.

25 Pitoisuuden ollessa liian suuri on olemassa vaara, että suuttimet, joiden läpi liuos ruiskutetaan poistokaasukanavaan, tukkeutuvat.

Emäksisten lisäaineiden määrä suhteessa poistokaasun määrään määräytyy poistokaasun sisältämien epäpuhtauk-30 sien määrän ja laadun mukaan. Jotta saavutetaan hyvä puh-distusteho ja kertyvällä suodatusjäännöksellä on myös toivottu koostumus, ts. se sisältää ylimäärin emäksisiä aineosia, emäksisiä lisäaineita vaaditaan 0,01 - 5 g/m3poisto-kaasua (NTP) ("normaalikuutiometri"). Pitemmällä aikavä-35 Iillä vaaditaan normaalissa tapauksessa keskimäärin noin 108046 5 0,5 - 0,6 g lisäaineita riormaalikuutiometriä kohden poistokaasua .

Kuvio 1 esittää keksinnön mukaisen menetelmän pro-sessikaavioluonnosta, jossa prosessissa käsitellään käh-5 desta rumputyyppisestä pyörivästä uunista tulevaa poisto-kaasua ja lisäaineita ruiskutetaan poistokaasukanavaan sekä vettä sisältävän liuoksen että pölyn muodossa.

Kuvio 2 esittää kuvion 1 mukaista prosessia, jossa poistokaasukanavaan ruiskutetaan lisäksi vielä emulsiota. 10 Kuvio 3 esittää kuvion 1 mukaista prosessia, jossa poistokaasukanavaan ruiskutetaan lisäksi vielä synteesino-kea.

Rumpu-uunissa 1 sulatetaan alumiiniromua (tölkkejä, pakkauskalvoja, peltijätteitä...) , uunikuonia (kelluu alu-15 miinivalu-uuneissa sulatteen pinnalla) ja alumiinilastuja (ovat metallintyöstökoneiden emulsioista tahriintuneita) peittosuolan ollessa läsnä. Rumpu-uunista 1 pois johtavaan poistokaasukanavaan ruiskutetaan säiliöstä 2 pumpun 3 avulla suuttimien 4 kautta keksinnön mukaisia emäksisiä 20 lisäaineita vettä sisältävänä liuoksena.

Virtaussuunnassa hiukan sen jälkeen sijaitsevasta kohdasta poistokaasukanavaa mitataan jo jäähtyneen poisto-kaasun lämpötila. Tästä lämpötilasta riippuen syöttöpumpun 3 syöttötehoa nostetaan tai lasketaan niin, että poisto-25 kaasun lämpötila pysyy mittauskohdassa suunnilleen vakiona, ihannetapauksessa noin arvossa 200 - 220 °C.

Toisesta säiliöstä 11 puhalletaan poistokaasukanavaan keksinnön mukaisia emäksisiä lisäaineita pölyn muodossa.

30 Poistokaasu saapuu sitten letkusuodattimeen 6, jos sa suodatusjäännös erotetaan. Kertyvä suodatusjäännös sekoitetaan säiliössä 7 peittosuolan kanssa ja lisätään yhdessä sen kanssa uuden panostuksen yhteydessä jälleen rumpu-uuniin 1.

6 Ί 08046

Koska suodatusjäännös voi olla pölymäisyytensä vuoksi terveydelle vaarallinen, sitä tulisi joko siirtää ja käsitellä ainoastaan ympäröivältä ilmalta suljetuissa järjestelmissä tai se tulisi puristaa karkeammiksi kappa-5 . leiksi tai briketoida.

Yhdessä tyypillisessä käyttöesimerkissä, jota kuvaa kuvio 1, kahteen rumputyyppiseen kaasu-uuniin laitetaan kumpaankin 12 tonnin raaka-ainepanos, joka koostuu alumii-nivalu-uuneista peräisin olevista kuonista, lastuista ja 10 alumiiniromusta, joiden osuudet ovat suurin piirtein yhtä suuria, ja raaka-aine sulatetaan. Peittosuolaksi lisätään kumpaankin 3 tonnia suolaa. Molempien uunien poistokaasut kerätään yhteen kanavaan ja puhdistetaan pölyistä ja pienistä pisaroista yhteisessä letkusuodattimessa. Poistokaa-15 sun lämpötila säädetään ennen letkusuodatinta alueelle 200 - 220 °C ruiskuttamalla kaasuun 5-%:ista soodaliuosta (vettä ja Na2C03:a) kaikkiaan kolmen suuttimen kautta. Soodaliuosta tarvitaan keskimäärin 300 litraa tunnissa. Lisätään myös 2 kg natriumkarbonaattia (Na2C03)/h pölyn muodos-20 sa. Noin 4 tunnin kuluttua voidaan sulatettu uusioalumiini laskea ulos uunista. Sulatteen pinnalla kelluva peittosuo-la poistetaan erikseen.

Suodatusjäännöstä kertyy noin 1 000 kg. Suodatus-jäännös tiivistetään syöttöruuvin avulla ja sekoitetaan 25 karkeammassa muodossa myöhemmin käytettävään panostuspeit- tosuolaan niin, että seoksen massa on sama kuin alunperin käytetty peittosuolamäärä. Tämä peittosuolaerä, joka koostuu silloin uudesta suolasta ja uunin aikaisemmasta panostuksesta peräisin olevasta suodatusjäännöksestä, lisätään 30 vertailupanostusta tehtäessä, jossa käytetään yhtä suurta määrää samanlaista raaka-ainetta.

Vertailumittaukset osoittavat, että vertailtujen kahden panostuksen välillä ei ole todettavissa mitään mainittavia eroja, mitä tulee kertyvän suodatusjäännöksen, 35 suodatetun poistokaasun ("puhdistetun kaasun") ja lopuksi 108046 7 ulos otettavan käytetyn peittosuolan koostumukseen ja sulatetun uusloalumiinin laatuun. Tästä seuraa, että suodatus jäännös, joka saadaan puhdistettaessa uusloalumiinin sulatuksessa syntyvä poistokaasu, voidaan lisätä kokonai-5 suudessaan peittosuolaan saman laitoksen sisällä.

Sekoitettaessa peittosuolaan myös hankittua suodatus jäännöstä, joka on saatu aikaan keksinnön mukaisesti, on tarpeen seurata tuloksena olevaa todellisuudessa käytettävän peittosuolan koostumusta. Mitä enemmän mukaan 10 sekoitettavan suodatusjäännöksen koostumus poikkeaa peit tosuolan optimikoostumuksesta, sitä vähemmän suodatusjäännöstä saa peittosuolaan lisätä.

Vähintään 75 % tuloksena olevasta, todellisuudessa käytettävästä peittosuolasta täytyy todella olla suolaa 15 (NaCl:a tai KCl:a).

Seuraavassa taulukossa on esitetty ylärajoja eräille peittosuolan epäpuhtauksille:

Epäpuhtaus Yläraja (paino-%) 20 Oksidit yhteensä 20 2

Si02 2

CaO + MgO 5

ZnO 0,5 25 Muut oksidit yhteensä 0,5 H20 2

Rikkiyhdisteet 2

Typpiyhdisteet 2 30 Poistokaasun puhdistusta voidaan tarvittaessa vielä parantaa syöttämällä puhdistuskanavaan ennen suodatusvai-hetta muita puhdistavasti vaikuttavia lisäaineita. Kyseisten lisäaineiden on oltava sellaisia ja ne täytyy annostella siten, että ne eivät estä suodatusjäännöksen jatko-35 käyttöä peittosuolana. Aktiivihiiltä saa lisätä korkein- β 108046 taan vain noin 10 paino-% emäksisten lisäaineiden määrästä, koska muuten suodatusjäännöksestä saattaa tulla syttyvä. Epäpuhtauksina saisi esiintyä enimmillään vain 5 % kalsiumyhdisteitä, koska kalsiumyhdisteet vaikuttavat epä-5 suotuisasti peittosuolan ominaisuuksiin, ennen kaikkea siitä huolehtimiseen nykyisin tavanomaisella tavalla.

Erittäin edullisia lisäaineita ovat emulsiot, jotka koostuvat vedestä ja orgaanisista aineista, kuten esimerkiksi lastuamis- ja valssausemulsiot, joita voidaan lisätä 10 poistokaasukanavaan lämpötiloissa, joissa vesi kyllä höy-rystyy mutta orgaaniset aineet eivät pala eivätkä höyrysty. Tästä seuraa, että poistokaasun lämpötila ei saa olla emulsioiden poistokaasukanavaan ruiskutuksen ja emulsioiden sisältämän veden höyrystymisen jälkeen enää korkeampi 15 kuin noin 250 °C. Emulsiot voidaan syöttää yhdessä emäksisen jäähdytysliuoksen kanssa tai mieluummin ruiskuttaa erillisestä säiliöstä erillistä putkea pitkin (kuvio 2). Poistokaasussa olevien pölyhiukkasten pinnalle muodostuu ohuita öljykerroksia. Orgaaniset klooriyhdisteet, kuten 20 esimerkiksi PCDD/PCDF-yhdisteet, liukenevat näihin öljy-kerroksiin. Puhdistusmekanismina käytetään siis adsorption ohella myös absorptiota. Emulsiot sisältävät lisäksi yleensä aineita, jotka heikentävät poistokaasussa läsnä olevan pölyn PCDD/PCDF-yhdisteiden muodostumista kataly-25 soivia ominaisuuksia. Voidaan käyttää jäteöljyemulsioita, metallintyöstöemulsioita ja valssaamoista, erityisesti alumiinivalssaamoista, peräisin olevia emulsioita, joista on tullut käyttökelvottomia. Emulsioiden mukana poistokaasukanavaan syötettävien orgaanisten aineiden määrä voi 30 olla samaa suuruusluokkaa kuin syötettävien emäksisten aineiden määrä (massaan perustuen). Suodatusjäännökseen tällä tavalla tuodut orgaaniset aineosat eivät ole häiritseviä käytettäessä suodatusjäännöstä edelleen peittosuola-na, koska kyseisiä aineita on poistokaasusta erotetun pö-35 lyn ja lisättävän tuoreen peittosuolan vuoksi läsnä niin 108046 9 pienenä pitoisuutena, että ne eivät muodosta mitään syttyviä pölyjä.

Yksi edullinen ylimääräinen lisäaine on vielä noki, joka edullisesti muodostetaan vähän ennen kohtaa, jossa se 5 . syötetään poistokaasukanavaan (kuvio 3) . Siinä kohdassa, jossa noki lisätään, poistokaasun lämpötila ei saisi edullisesti olla enää korkeampi kuin 250 °C. Noki voidaan saada aikaan esimerkiksi nokipolttimellä, esimerkiksi asety-leeninokipolttimellä. Siten tuotettu noki on lähes puhdas-10 ta hiiltä, sillä on erittäin suuri ominaispinta-ala ja se on välittömästi muodostumisensa jälkeen myös reaktiivinen. Sillä on siten erittäin hyvät adsorptio-ominaisuudet. Noella on lisäksi se etu, että päinvastoin kuin aktiivi-hiili se on vaikeasti syttyvä, koska se on, lukuun otta-15 matta hyvin lyhyttä aikaa muodostumisensa jälkeen, kemiallisilta ominaisuuksiltaan grafiitin kaltainen.

Claims (6)

10 1 08046

1. Menetelmä uusioalumiinin tuottamiseksi, jossa menetelmässä alumiinia sisältävä jäte sulatetaan uunissa 5 peittosuolan alla, josta pääosan muodostavat NaCl ja/tai KC1, uunin poistokaasuihin lisätään poistokaasukanavassa maksimissaan 5 g emäksisiä lisäaineita normaalikuutiomet-riä kohden ja siten käsitellyistä uunin poistokaasuista poistetaan pölyt ja pienet pisarat johtamalla kaasut kan-10 gassuodattimen läpi, tunnettu siitä, että kangas-suodattimeen tällöin kerääntynyt suodatusjäännös lisätään myöhemmin käytettävään panostuspeittosuolaan.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että emäksisinä lisäaineina käy- 15 tetään natriumhydroksidia, natriumkarbonaattia, natriumve-tykarbonaattia, natriumsulfidia, natriumsulfiittia tai vastaavia kaliumyhdisteitä, jotka ruiskutetaan poistokaa-sukanavaan ainakin osaksi vettä sisältävän liuoksen muodossa, jolloin liuosta ruiskutetaan niin paljon, että ve-20 den höyrystyminen alentaa poistokaasun lämpötilan alueelle 150 - 300 °C, ja emäksisiä lisäaineita ruiskutetaan niin suuri määrä, että suodatusjäännös sisältää ylimäärin emäksisiä aineosia.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, 25 tunnettu siitä, että emäksisten lisäaineiden lisäksi poistokaasukanavaan ruiskutetaan vedestä ja orgaanisista aineista koostuvaa emulsiota (8).

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että emulsiona (8) tai orgaanisina 30 aineina emulsiossa (8) käytetään käyttökelvottomiksi tulleita, alunperin muuhun tarkoitukseen käytettyjä emulsioita tai öljyjä.

5. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että poistokaasukanavan sen alueen 35 jälkeen, jolla poistokaasu jäähdytetään ruiskuttamalla il 1 08046 kanavaan vettä sisältävää emäksistä liuosta, mutta ennen suodatinta (6) lisätään nokea (9).

* 6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että noki (9) muodostetaan lähellä 5 kohtaa, jossa se tulee poistokaasukanavaan, nokipolttimel-la (10). 108046