FI83290C - Behandling av klorhaltiga material. - Google Patents

Description

83290

KLOORIPITOISTEN AINEIDEN KÄSITTELY BEHANDLING AV KLORHALTIGA MATERIAL

Esillä oleva keksintö kohdistuu menetelmään erilaisten klooripitoisten aineiden, kuten jätteiden, biolietteiden ja jopa metallirikasteiden käsittelemiseksi korkeassa i lämpötilassa ja muodostuneiden prosessikaaasujen jäähdyttä-5 miseksi polyhalogeeniaromaattisten yhdisteiden määrän minimoimiseksi syntyvissä prosessikaasuissa.

Yhdyskuntajätteiden polton yhteydessä mutta myös teollisuuden biolietteiden poltossa ja sulattoprosesseissa on 10 poltossa muodostuvat klooripitoiset ympäristömyrkyt todettu ongelmaksi. Supermyrkyiksi luokiteltavia polykloorattuja aromaattisia yhdisteitä, kuten koplanaarista PCB'tä, polykloorattuja dioksiineja ja polykloorattuja furaaneja on havaittu muodostuvan runsaasti niin kunnallisissa jätteen-15 polttolaitoksissa kuin teollisissa biomassan polttolaitoksissa. Dioksiineja on todettu myös metallisulattojen savukaasuissa. Nämä klooriyhdisteet ovat eläimille ja ihmisille supermyrkyllisiä, aikaansaavat perimävaurioita ja lienevät myös syöpää aiheuttavia. Ympäristöön myrkylliset 20 yhdisteet leviävät lähinnä lentopölyyn sitoutuneina.

On todettu, että supermyrkkyjä muodostuu sitä enemmän, mitä matalammasssa lämpötilassa ja mitä lyhyemmällä viipymäajalla poltto suoritetaan. Poltto 500 - 700 °C:ssa on todettu 25 erikoisen otolliseksi polykloorattujen dioksiinien ja furaanien muodostumiselle. Tästä onkin vedetty se johtopäätös, että polton olisi tapahduttava korkeammassa lämpötilassa ja pitkällä viipymäajalla supermyrkkyjen hajoittamiseksi. Toisaalta on myös esitetty, että jätteet voidaan hävittää 30 turvallisesti polttamalla suhteellisen alhaisissa lämpötiloissa, jos savukaasut jälkipoltetaan niin korkeassa 2 83290 lämpötilassa, että esim. dioksiini- ja furaanimyrkyt hajoavat.

Viime aikoina on todettu raskasmetalleilla olevan poltossa 5 huomattava merkitys dioksiinien muodostumisessa. Raskasmetallien on todetty katalysoivan mm. dioksiinien syntyä. Dioksiinit muodostuvat syntetisoitumalla klooriyhdisteistä hiilen, veden ja hapen läsnäollessa otollisissa lämpötiloissa esim. savukaasuissa. Onkin todettu, että suuri osa 10 lentotuhkan dioksiineista muodostuu nk. "de novo synteesillä" vasta polton jälkeen lämmönvaihtimissa ja piipussa koska dioksiinien "de novo synteesi" on suuressa määrin lämpötilasta riippuvainen ja 250 - 400 °C:een lämpötila on synteesille erikoisen otollinen. Mahdollisimman täydel-15 lisellä poltolla, korkealla polttolämpötilalla ja pitkällä viipymäajai1 a on pyritty mahdollisimman hiilettömään lentotuhkaan, jolloin synteesi estyisi. Metallien erotuksella jätteistä on myös pyritty vähentämään polykloorattujen aromaattien määrää savukaasuissa.

20

Amerikkalaisessa patenttijulkaisussa US 4,762,074 on ehdotettu myrkyllisten dioksiinien ja furaanien esiasteita sisältävien jätteiden polttoa happirikastetulla ilmalla korkeassa, vähintään 1200°C:een lämpötilassa myrkkyjen 25 hävittämiseksi. Suurella happiylimäärällä pyritään samalla pitämään korkeissa lämpötiloissa kasvava typpioksidien määrä hyväksyttävällä tasolla.

Ruotsalaisessa patenttijulkaisussa SE 453 777 on esitetty 30 menetelmä, jolla kiinteää jätettä poltetaan reaktorissa kuplivassa leijukerroksessa alle 900°C:ssa. Savukaasujen lämpötila nostetaan reaktorissa varsinaisen leijukerroksen yläpuolella vähintään 950eC:een lisäämällä sekundääri-ilmaa ja eristämällä reaktorin seinät. Savukaasujen lämpöti-35 la ylläpidetään yli 950°C:ssa hiilivetyjen ja dioksiinien hajoamisen vaatiman ajan johtamalla savukaasut jäähdyttämät-tömän kaasukanavan läpi. Kaasut jäähdytetään ennen lämmön-vaihtimia johtamalla kaasuihin ilmaa tai savukaasja.

3 83290

Amerikkalaisessa patenttijulkaisussa US 4,794,871 on esitetty kaksi- tai kolmivaiheinen menetelmä, jossa jäte ensiksi käsitellään korkeintaan 500°C:ssa pyörivässä 5 rummussa ja näin muodostunut kiinteä jäte käsitellään vähintään 500°C:ssa, edullisesti 500 - 1000eC:ssa, myrkyllisten aineiden hävittämiseksi. Savukaasut molemmista käsittelyvaiheista yhdistetään ja poltetaan niin korkeassa lämpötilassa, että myrkylliset yhdisteet kaasuissa ; häviävät 10 täydellisesti.

Esillä olevan keksinnön tarkoitus on aikaansaada yksinkertainen menetelmä polyhalogeeniaromaattisten aineiden päästöjen minimoimiseksi jätteiden ja muiden kiintoaineiden 15 käsittelyssä tai polttossa.

Keksinnön tarkoituksena on erikoisesti aikaansaada menetelmä, jolla jopa ilman erillistä loppupolttoa päästään mahdollisimman pieniin dioksiini- ja furaanipäästöihin.

20

Keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista se, että käsiteltävät aineet ensiksi käsitellään vähintään 830°C:ssa happea sisältävällä kaasulla, jolloin aineiden mahdollisesti sisältämät polyhalogeeniaromaattiset yhdis-25 teet hajoavat. Syntyneet prosessikaasut jäähdytetään nopeasti alle 250°C:een, jolloin estetään polyhalogeeniaromaattisten yhdisteiden syntetisoituminen kaasujen sisältämistä klooriyhdisteistä. Jäähdytysnopeus on edullisesti yli 1000°C sekunnissa.

30

Keksinnön mukaan yhdyskuntajätteet tai teollisuuden bioliet-teet voidaan edullisesti polttaa kiertomassatyyppisessä leijukerrosreaktorissa 830-1000 eC:ssa, jolloin jätteiden tai lietteiden sisältämät edellä mainitut supermyrkyt 35 pääasiallisesti hajoavat. Savukaasut jäähdytetään nopeasti edulliset! alle 200°C:een. Myös jäähdytys tapahtuu kiertomassatyyppisessä leijukerrosreaktorissa, jossa voidaan aikaansaada erittäin nopea jäähtyminen, jopa yli 7000eC

4 83290 sekunnissa. Savukaasut voidaan näin jäähdyttää käytännöllisesti katsoen heti alle 200°C:een. Nopealla jäähdyttämisellä alle esim. dioksiinisynteesin otollisen lämpötilavyöhykkeen 250 - 600 °C, minimoidaan polyhalogeniaromaattisten yhdis-5 teiden syntyminen. Samalla poistuu huomattava osa savukaasuissa olevista alhaisissa lämpötiloissa sulavista ja höyrystyvistä raskasmetalleista, kuten Hg, As, Zn, Cd, Pb ja Sn, ja niiden yhdisteistä kondensoitumalla kiertomassaan.

10

Keksintöä voidaan myös soveltaa muihin klooriyhdisteitä ja mahdollisesti pieniä hiili- ja happimääriä sisältäviin savukaasuihin, joissa korkeammissa lämpötiloissa muodostuu polykloorattuja aromaattisia yhdisteitä. Esimerkiksi 15 kuparisulattojen savukaasut on edullista jäähdyttää nopeasti alle kriittisen lämpötilavyöhykkeen, jossa polykloorattu-ja aromaattisia yhdisteitä syntetisoituu.

Keksintöä selostetaan seuraavassa lähemmin viittaamalla 20 oheisiin kaaviollisiin piirustuksiin, joissa kuvio 1 esittää kaaviollisesti erästä keksinnön mukaisen menetelmän suorittamiseen tarkoitettua laitetta 25 Kuviossa 1 on esitetty laite, joka käsittää kiertomassa-tyyppisen leijukerrosreaktorin 1 jätteiden polttamiseksi ja sen jälkeen sovitetun toisen kiertomassatyyppisen leijukerrosreaktorin 2 savukaasujen jäähdyttämiseksi nopeasti. Ensimmäinen leijukerrosreaktori käsittää tulipesän 30 3, jonka alaosaan on sovitettu pohjalevy 4 leijutusilman johtamiseksi reaktoriin. Jätteet syötetään tulipesään elimillä 5, jotka on sovitettu tulipesän seinään. Tulipesän yläosan seinät voivat olla nk. membraaniseiniä tulipesän lämmön talteenottamiseksi. Lämmön taiteenottamiseksi voidaan 35 tuipesään lisäksi sovittaa lämmönsiirtoelimet 6.

Savukaaasut johdetaan aukon 7 kautta syklonierottimeen 8, jossa savukaasuista erotetaan kiintoainespartikkeleita.

5 83290

Partikkelit palautetaan putken 9 kautta tulipesän alaosaan. Tulipesässä ylläpidetään leijutusilmalla suuri ylöspäin suuntautuva virtaus, joka kuljettaa mukanaan osan leijuker-roksen petimateriaalia, nk. kiertomassaa tulipesän yläosaan 5 ja aukon 7 kautta ulos tulipesästä partikkelierottimeen. Partikkelierottimesta suurin osa kiintoaineksesta palautetaan tulipesän alaosaan. Kiertomassalla lämpötila koko kiertosysteemissä tasoittuu ja pysyy lähes samana.

10 Kiertomassalla toimivassa reaktorissa siihen syötetty jäte sekoittuu hetkessä suureen petimateriaalimäärään ja jäte saavuttaa hyvin nopeasti reaktorissa vallitsevan lämpötilan vaikuttamatta oleellisesti alentavasti reaktorissa vallitsevaan lämpötilaan. Kiertomassareaktorissa polttoprosessi 15 jatkuu lisäksi koko kiertosysteemissä, jolloin poltolle saadaan pitkä viipymäaika. Reaktorissa voidaankin siksi polttaa jätettä turvallisesti alemmissa lämpötiloissa kuin esim. arinapoltossa, jossa korkealla lämpötilalla on varmistettava täydellinen poltto.

20

Kuumat savukaasut johdetaan syklonierottimesta toiseen kiertomassareaktoriin, joka käsittää sekoituskammion 10 ja partikkelierottimen 11. Sekoituskammion alaosaan on sovitettu kaasuntuloaukko 12, josta kuuma kaasu virtaa 25 sekoituskammioon samalla toimien leijutuskaasuna reaktorissa. Sekoituskammioon on lisäksi sovitettu palautusputki 13, josta jäähdytettyjä kiintoainespartikkeleita syötetään sekoituskammioon. Kylmiä partikkeleita syötetään sekoitus-kammioon niin paljon, että ne suurella määrällään nopeasti 30 jäähdyttävät savukaasut alle kriittisen klooriyhdisteiden syntetisointilämpötilavyöhykkeen.

Sekoituskammion yläosa jatkuu jäähdytysosana 14, jossa kaasut ja kiintoainespartikkelit yhdessä jäähdytetään 35 ennen partikkelien erotusta kaasuista. Partikkelit voidaan edullisesti jäähdyttää myös partikkelierottimen jälkeen erillisessä partikkelijäähdyttimessä 15. Savukaasut poistuvat reaktorista putken 16 kautta.

83290 Jäähdytysreaktori 2 voidaan sovittaa myös normaalin pyörivän polttouunin tai arinapolttouunin tai muun tyyppisen polttouunin jälkeen, kun nopea jäähtyminen supermyrkkyjen synte-5 tisoitumisen estämiseksi on toivottava.

Claims (8)

83290

1. Menetelmä erilaisten klooripitoisten aineiden kuten 5 jätteiden tai biolietteiden (tai metallioksidirikasteiden) käsittelemiseksi korkeassa lämpötilassa ja muodostuneiden prosessikaasujen jäähdyttämiseksi polyhalogeeniaromaattisten yhdisteiden määrän minimoimiseksi prosessikaasussa, tunnettu siitä, että 10. aineet ensiksi käsitellään vähintään 830 °C:ssa hap pea sisältävän kaasun läsnäollessa, niissä olevien polyhalogeeniaromaattisten yhdisteiden hajottamiseksi ja - syntyneet prosessikaasut jäähdytetään alle 250 eC:seen, jossa polykloorattujen aromaattisten aineiden kuten poly- 15 klooribifenolien, polykloorattujen dioksiinien ja furaa-nien muodostuminen kaasun sisältämistä klooriyhdisteistä hiilen ja hapen läsnäollessa on pääasiallisesti loppunut sekä että - jäähdytysnopeus on vähintään 1000°C sekunnissa. 20

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että - yhdyskuntajätteitä tai teollisuuden biolietteitä poltetaan kiertomassatyyppisessä leijukerroskattilassa 830 25 - 1000eC:ssa, jolloin jätteiden ja lietteiden sisältämät polyklooribifenyylit, polyklooratut dioksiinit ja furaanit hajoavat poltossa.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu 30 siitä, että syntyneiden prosessikaasujen jäähdytys suoritetaan kierto-massaperiaatteella toimivassa leijukerrosreaktorissa, jossa - prosessikaasuun sekoitetaan reaktorissa suuri määrä 35 lämmönsiirtimessä jäähtyneitä kiertomassapartikkeleita prosessikaasun nopeaksi jäähdyttämiseksi ja kiertomassapartikkelit erotetaan partikkelierottimessa 8 83290 jäähtyneestä prosessikaasusta ja palautetaan reaktoriin.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siltä, että kiertomassapartikkeleita jäähdytetään lämmönvaihtimessa 5 ennen niiden erottamista prosessikaasuista.

5. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kiertomassapartikkeleita jäähdytetään lämmönvaihtimessa niiden prosessikaasuista erottamisen jälkeen. ; 10

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että - metallioksideja pelkistetään hiilipitoisten aineiden ja happipitoisten kaasujen läsnäollessa yli 830 eC:n 15 lämpötilassa ja syntyneet klooripitoiset prosessikaasut jäähdytetään nopeasti polykloorattujen aromaattisten aineiden muodostumisen estämiseksi.

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, 20 että - yhdyskuntajätteitä tai teollisuuden klooria sisältäviä jätteitä tai lietteitä poltetaan yli 1000°C:ssa polykloorat-tujen aromaattisten yhdisteiden hajottamiseksi ja savukaasut jäähdytetään nopeasti alle 200°C:seen. 25

8. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että savukaasuja jäähdytetään yli 2000eC/sekunti. Patentkrav 83290