FI85419C - Behandling av gaser som innehaoller halogenfoereningar. - Google Patents

Description

8541 9

HALOGENIYHDISTEITÄ SISÄLTÄVIEN PROSESSIKAASUJEN KÄSITTELY BEHANDLING AV GASER SOM INNEHÄLLER HALOGENFÖRENINGAR

Esillä oleva keksintö kohdistuu menetelmään erilaisten halogenoituja hiilivety-yhdisteitä sisältävien aineiden, kuten jätteiden, biolietteiden ja jopa metallirikasteiden käsittelemiseksi korkeassa lämpötilassa ja muodostuneiden 5 prosessikaasujen jäähdyttämiseksi ympäristöhaitallisten polyhalogeeniyhdisteiden, kuten dioksiinien ja furaanien, määrän minimoimiseksi polttoprosessin päästöissä.

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

On todettu, että supermyrkkyjä muodostuu sitä enemmän, mitä matalammasssa lämpötilassa ja mitä lyhyemmällä viipymäajalla 25 poltto suoritetaan. Poltto 500 - 700 °C:ssa on todettu erikoisen otolliseksi polykloorattujen dioksiinien ja furaanien muodostumiselle. Tästä onkin vedetty se johtopäätös, että polton olisi tapahduttava korkeammassa lämpötilassa ja pitkällä viipymäajalla supermyrkkyjen hajoittamiseksi. 30 Toisaalta on myös esitetty, että jätteet voidaan hävittää turvallisesti polttamalla suhteellisen alhaisissa lämpöti- 2 β 5 419 loissa, jos savukaasut jälkipoltetaan niin korkeassa lämpötilassa, että esim. dioksiini- ja furaanimyrkyt hajoavat.

5 Viime aikoina on todettu raskasmetalleilla olevan poltossa huomattava merkitys dioksiinien muodostumisessa. Raskasmetallien on todetty katalysoivan mm. dioksiinien syntyä. Dioksiinit muodostuvat syntetisoitumalla klooriyhdisteistä hiilen, veden ja hapen läsnäollessa otollisissa lämpötilois-10 sa esim. savukaasuissa. Onkin todettu, että suuri osa 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-15 alue on synteesille erikoisen otollinen. Mahdollisimman täydellisellä poltolla, korkealla polttolämpötilalla ja pitkällä viipymäajalla on pyritty mahdollisimman hiilettömään lentotuhkaan, jolloin synteesi estyisi. Metallien erotuksella jätteistä on myös pyritty vähentämään polykloo-20 rattujen aromaattien määrää savukaasuissa.

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

30 Ruotsalaisessa patenttijulkaisussa SE 453 777 on esitetty menetelmä, jolla kiinteää jätettä poltetaan reaktorissa kuplivassa leijukerroksessa alle 900°C:ssa. Savukaasujen lämpötila nostetaan reaktorissa varsinaisen leijukerroksen yläpuolella vähintään 950°C:een lisäämällä sekundääri-35 ilmaa ja eristämällä reaktorin seinät. Savukaasujen lämpötila pidetään yli 950°C:ssa hiilivetyjen ja dioksiinien hajoamisen vaatiman ajan johtamalla savukaasut jäähdyttämät- 3 85419 tömän kaasukanavan läpi. Kaasut jäähdytetään ennen lämmön-vaihtimia johtamalla kaasuihin ilmaa tai savukaasuja.

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

Ruotsalaisessa patenttihakemuksessa SE 8406090-4 on esitetty 15 menetelmä, jonka mukaan ympäristöhaitalliset jätteet, jotka sisältävät kloorattuja hiilivetyjä, poltetaan alistö-kiometrisesti vähintään 1200°C:ssa. Poltto tapahtuu plasma-poltolla. Patenttihakemuksen mukaan myrkyllisten aineiden uudelleen muodostuminen voidaan estää siten, että savu-20 kaasut, jotka on ensiksi jäähdytetty 350 - 700°C:een, johdetaan kosketukseen kalkin kanssa kloorin erottamiseksi kaasuista. Kloorierotus tapahtuu edullisesti siten, että kaasut johdetaan kalkilla täytetyn pystyreaktorin läpi. Matalissa lämpötiloissa polyklooratut aromaatit kuitenkin 25 syntyvät nopeasti ennen kuin kloori on ehtinyt sitoutua kalkkiin, joten menetelmällä ei päästä toivottuun tulokseen.

Esillä olevan keksinnön tarkoitus on aikaansaada yksinker-30 täinen menetelmä polyhalogenoitujen hiilivety-yhdisteiden päästöjen minimoimiseksi jätteiden ja muiden kiintoaineiden käsittelyssä tai poltossa.

Keksinnön tarkoituksena on erikoisesti aikaansaada menetel-35 mä, jolla estetään polyhalogenoitujen johdannaisten uudelleen syntyminen polttoprosessien prosessikaasuissa ja jolla päästään mahdollisimman pieniin dioksiini- ja fu-raanipäästöihin.

4 «5419

Keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista se, että käsiteltävät aineet ensiksi kuumennetaan tai poltetaan happea sisältävän kaasun läsnäollessa niin, että aineiden mahdollisesti sisältämät ympäristöhaitalliset halogenoidut 5 hiilivety-yhdisteet hajoavat ja että syntyneet prosessi-kaasut jäähdytetään nopeasti halogenoitujen hiilivety-yhdisteiden uudelleenmuodostumiselle otollisen lämpötila-alueen 250 - 400°C ohi, eli kaasut jäähdytetään alle 250°C:-een, jolloin vältetään mainittujen ympäristöhaitallisten 10 yhdisteiden, kuten polyklooribifenolin, dioksiinien ja f uraanien, syntetisoituminen kaasujen sisältämistä klooriyhdisteistä. Jäähdytysnopeus on edullisesti yli 1000eC sekunnissa.

15 Keksinnön erään sovellutusmuodon mukaan yhdyskuntajätteet tai teollisuuden biolietteet voidaan edullisesti polttaa kiertomassatyyppisessä leijukerrosreaktorissa 830-1000 eC:ssa, jolloin jätteiden tai lietteiden sisältämät edellä mainitut supermyrkyt pääasiallisesti hajoavat. Savukaasut 20 jäähdytetään nopeasti edullisesti alle 200°C:een. Jäähdytys tapahtuu kiertomassatyyppisessä leijukerrosreaktorissa, jossa voidaan aikaansaada erittäin nopea jäähtyminen, jopa yli 2000°C sekunnissa. Savukaasut voidaan näin jäähdyttää käytännöllisesti katsoen heti alle 250°C:een. Nopealla 25 jäähdyttämisellä alle esim. dioksiinisynteesille otollisen lämpötilavyöhykkeen 250 - 600 °C, minimoidaan polyhalo- geniaromaattisten yhdisteiden syntyminen. Kiertomassaan voidaan lisätä aineita, jotka joko reagoivat savukaasujen sisältämien kloori-, fluori- ja rikkiyhdisteiden kanssa tai 30 absorboivat näitä yhdisteitä, niiden poistamiseksi kaasuista. Samalla voidaan erottaa huomattava osa savukaasuissa olevista alhaisissa lämpötiloissa sulavista ja höyrystyvistä raskasmetalleista, kuten Hg, As, Zn, Cd, Pb ja Sn, ja niiden yhdisteistä kondensoimalla ne jäähdytysreaktorissa 35 kiertomassaan. Partikkeleita voidaan poistaa joko jatkuvasti tai aika ajoin jäähdytysreaktorin kierrosta haitallisten tai talteenotettavien aineiden poistamiseksi kierrosta.

5 85419

Uusia partikkeleita lisätään vastaavasti kiertomassan ylläpitämiseksi.

Keksinnön erään toisen sovellutusmuodon mukaan voidaan 5 esim. polttoprosesseissa, joissa lajittelemattomia ympäris-töhaitallisia jätteitä poltetaan arinapoltolla ja syntyneet prosessikaasut ensiksi kuumennetaan vähintään 1-2 sekunnin ajan > 1000°C:ssa ympäristöhaitallisten kloorattujen hiilivetyjen hajoittamiseksi, prosessikaasut tämän jälkeen 10 jäähdyttää siten, että jäähdytys kriittisellä lämpötila-alueella 250 - 400°C tapahtuu nopeasti, > 1000°C/sekunti. Savukaasut voidaan heti jäähdyttää polttouunin lämpötilasta alle 250°C:een tai vaiheittain siten, että kaasut ensiksi jäähdytetään lähelle kriittistä lämpötilaa ja sen jälkeen 15 nopeasti yli kriittisen lämpötilan.

Savukaasujen nopea jäähdytys suoritetaan edullisesti kiertomassatyyppisessä leijukerrosreaktorissa. Savukaasut voidaan ennen johtamista leijukerrosreaktoriin jäähdyttää 20 noin 400 - 600°C:een tavanomaisessa jätelämpökattilasssa lämmön talteenottamiseksi. Leijukerrosreaktoriin, jossa nopea jäähdytys aikaansaadaan voidaan lisätä kalkkia tai muuta reagenssia savukaasujen epäpuhtauksien sitomiseksi.

25 Kaasujen esi-jäähdytys voidaan halutessa myös suorittaa toisessa kiertomassatyyppisessä leijukerrosreaktorissa, joka on sovitettu heti polttouunin perään. Tässä ensimmäisessä leijukerrosreaktorissa voidaan erottaa kaasujen sisältämä rikki korkeammassa lämpötilassa kuin loppujäähdy-30 tysreaktorissa.

Raskasmetalleja sisältävien kaasujen jäähdytys voidaan järjestää niin, että raskasmetallit erotetaan sopivassa lämpötilassa ensimmäisessä leijukerrosreaktorissa ja tässä 35 tapauksessa rikki vasta toisessa jäähdytysreaktorissa, jolloin sekä metallit että rikki saadaan erikseen tal-teenotettua.

6 85419

Saavukaasut jäähdytetään keksinnön mukaan edullisesti alle 200°C:een, esim 180°C:een, jolloin kaasut voidaan johtaa letkusuotimelle lopullista puhdistusta varten.

5 Keksintöä voidaan myös soveltaa muihin klooriyhdisteitä ja mahdollisesti pieniä hiili- ja happimääriä sisältäviin savukaasuihin, joissa korkeammissa lämpötiloissa muodostuu polykloorattuja aromaattisia yhdisteitä. Esimerkiksi kuparisulattojen savukaasut on edullista jäähdyttää nopeas-10 ti alle kriittisen lämpötila vyöhykkeen, jossa polykloorattu-ja aromaattisia yhdisteitä syntetisoituu.

Keksintöä selostetaan seuraavassa lähemmin viittaamalla 15 oheisiin kaaviollisiin piirustuksiin, joissa kuvio 1 esittää kaaviollisesti erästä keksinnön mukaisen menetelmän suorittamiseen tarkoitettua laitetta kuvio 2 esittää kaaviollisesti erästä toista keksinnön 20 mukaisen menetelmän suorittamiseen tarkoitettua laitetta.

Kuviossa 1 on esitetty laite, joka käsittää kiertomassa-tyypp.isen leijukerrosreaktorin 1 jätteiden polttamiseksi ja sen jälkeen sovitetun toisen kiertomassatyyppisen 25 lei jukerrosreaktorin 2 savukaasujen jäähdyttämiseksi nopeasti. Ensimmäinen leijukerrosreaktori käsittää tulipesän 3, jonka alaosaan on sovitettu pohjalevy 4 leijutusilman johtamiseksi reaktoriin. Jätteet syötetään tulipesään elimillä 5, jotka on sovitettu tulipesän seinään. Tulipesän 30 yläosan seinät voivat olla nk. membraaniseiniä tulipesän lämmön talteenottamiseksi. Lämmön talteenottamiseksi voidaan tulipesään lisäksi sovittaa lämmönsiirtoelimet 6.

Savukaasut johdetaan aukon 7 kautta syklonierottimeen 8, 35 jossa savukaasuista erotetaan kiintoainespartikkeleita. Partikkelit palautetaan putken 9 kautta tulipesän alaosaan. Tulipesässä ylläpidetään leijutusilmalla suuri ylöspäin suuntautuva virtaus, joka kuljettaa mukanaan osan leijuker- 7 ci 5 41 9 roksen petimateriaalia, nk. kiertomassaa tulipesän yläosaan ja aukon 7 kautta ulos tulipesästä partikkelierottimeen. Partikkelierottimesta suurin osa kiintoaineksesta palautetaan tulipesän alaosaan. Kiertomassalla lämpötila koko 5 kiertosysteemissä tasoittuu ja pysyy lähes samana.

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

Kuumat savukaasut johdetaan syklonierottimesta toiseen kiertomassareaktoriin, joka käsittää sekoituskammion 10 20 ja partikkelierottimen 11. Sekoituskammion alaosaan on sovitettu kaasuntuloaukko 12, josta kuuma kaasu virtaa sekoituskammioon samalla toimien leijutuskaasuna reaktorissa. Sekoituskammioon on lisäksi sovitettu palautusputki 13, josta jäähdytettyjä kiintoainespartikkeleita syötetään 25 sekoituskammioon. Kylmiä partikkeleita syötetään sekoitus-kammioon niin paljon, että ne suurella määrällään nopeasti jäähdyttävät savukaasut alle kriittisen klooriyhdisteiden syntetisointilämpötilavyöhykkeen.

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

Jäähdytysreaktori 2 voidaan sovittaa myös normaalin pyörivän polttouunin tai arinapolttouunin tai muun tyyppisen poltto- 8 85419 uunin jälkeen, kun nopea jäähtyminen supermyrkkyjen syntetisoi tumisen estämiseksi on toivottavaa.

Kuviossa 2 on esitetty kiertomassatyyppinen savukaasuja 5 jäähdyttävä leijukerrosreaktori 2 sovitettuna jätteiden polttouunin 17 perään. Jätteet syötetään uunin tulipesään 18 aukosta 19. Jätteet valuvat arinaa 20 pitkin tulipesän alaosaan ja palavat. Ilmaa syötetään arinan läpi tulipesään. Savukaasut nousevat ylöspäin uunikuilussa 21, johon voidaan 10 sovittaa lisäpolttimet täydellisen palamisen ja ympäristö-haitallisten aineiden hajoamisen varmistamiseksi.

Uunikuilun yläosaan on sovitettu jäähdyttävä leijukerros-reaktori 2, joka nopeasti pystyy jäähdyttämään savukaasut 15 yli kriittisen lämpötila-alueen 250 - 400°C.

Keksintöä ei ole tarkoitus rajoittaa edellä esitettyihin sovellutusmuotoihin vaan voidaan muunnella ja soveltaa patenttivaatimusten määrittelemän keksinnöllisen ajatuksen 20 puitteissa. Uunikuilusta savukaasut voidaan esim. johtaa ensiksi tavanomaiseen konvektio-osaan, lämmön talteenottami-seksi, ja vasta sen jälkeen jäähdyttävään leijukerrosreakto-riin. Tai polttouunin jälkeen voidaan sovittaa kaksi peräkkäistä leijukerrosreaktoria kaasun jäähdyttämiseksi 25 vaiheittain.

Claims (13)

1. Menetelmä erilaisten halogenoituja hiilivety-yhdisteitä 5 sisältävien aineiden, kuten jätteiden, biolietteiden tai metallioksidirikasteiden käsittelemiseksi korkeassa lämpötilassa ja muodostuneiden prosessikaasujen jäähdyttämiseksi ympäristöhaitallisten polyhalogeeni yhdisteiden, kuten dioksiinien ja furaanien, määrän minimoimiseksi poltto-10 prosessin päästöissä, tunnettu siitä, että - aineet ensiksi kuumennetaan tai poltetaan happea sisältävän kaasun läsnäollessa niin, että aineiden mahdollisesti sisältämät ympäristöhaitalliset halogenoidut hiilivety-yhdisteet hajoavat ja 15. syntyneet prosessikaasut jäähdytetään nopeasti halo- genoitujen hiilivety-yhdisteiden uudelleenmuodostumiselle otollisen lämpötila-alueen 250 - 400°C ohi, eli kaasut jäähdytetään nopeasti alle 250 °C:een, jolloin vältetään mainittujen ympäristöhaitallisten yhdisteiden, kuten 20 dioksiinien ja furaanien, syntetisoituminen kaasujen sisältämistä klooriyhdisteistä sekä - jäähdytysnopeus on vähintään 300°C sekunnissa.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu 25 siitä, että syntyneiden prosessikaasujen jäähdytys suoritetaan kierto-massaperiaatteel la toimivassa lei j ukerrosreaktorissa, jossa - prosessikaasuun sekoitetaan reaktorissa suuri määrä 30 lämmönsiirtimessä jäähtyneitä kiertomassapartikkeleita prosessikaasun nopeaksi jäähdyttämiseksi ja kiertomassapartikkelit erotetaan partikkelierottimessa jäähtyneestä prosessikaasusta ja palautetaan reaktoriin.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kiertomassapartikkeleita jäähdytetään lämmönvaihtimessa ennen niiden erottamista prosessikaasuista. 10. ii 5 419

4. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kiertomassapartikkeleita jäähdytetään lämmönvaihtimessa niiden prosessikaasuista erottamisen jälkeen.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että - yhdyskuntajätteitä tai teollisuuden biolietteitä poltetaan kiertomassatyyppisessä leijukerroskattilassa 830 - 1000°C:ssa, jolloin jätteiden ja lietteiden sisältämät 10 polyklooribifenyylit, polyklooratut dioksiinit ja furaanit hajoavat poltossa.

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 15. yhdyskuntajätteitä tai teollisuuden klooria sisältäviä jätteitä tai lietteitä poltetaan yli 1000eC:ssa halogenoitu-jen hiilivety yhdisteiden hajottamiseksi.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen menetelmä, tunnettu 20 siltä, että jätteitä ja lietteitä poltetaan arinapolttona.

8. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että prosessikaasut jäähdytetään ensiksi jätelämpö-kattilassa niin, että kaasujen lämpötila jää yli 400eC:een 25 ja sen jälkeen nopeasti yli kriittisen lämpötila-alueen 250-400°C kiertomassatyyppisessä leijukerrosreaktorissa.

9. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että prosessikaasut jäähdytetään ensiksi ensimmäi- 30 sessä kiertomassatyyppisessä leijukerrosreaktorissa niin, että kaasujen lämpötila jää yli 400 °C:een ja sen jälkeen toisessa kiertomassatyyppisessä leijukerrosreaktorissa lämpötila-alueen 250 - 400°C yli.

9 85419

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ensimmäisessä leijukerrosreaktorissa otetaan talteen rikkiyhdisteitä lisäämällä reaktoriin rikkiä absorboivaa ainetta. 11 8 5 41 9

11. Patenttivaatimuksen 9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ensimmäisessä leijukerrosreaktorissa otetaan talteen raskasmetalleja ja toisessa leijukerrosreaktorissa 5 rikkiä.

12. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että - metallioksideja pelkistetään hiilipitoisten aineiden 10 ja happipitoisten kaasujen läsnäollessa yli 830 eC:n lämpötilassa ja syntyneet klooripitoiset prosessikaasut jäähdytetään nopeasti polykloorattujen aromaattisten aineiden muodostumisen estämiseksi.

13. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että savukaasuja jäähdytetään yli 2000°C/sekunti. i2 8 5 4 1 9