HU210792B - Process and furnace for treating meltable waste products - Google Patents

Description

A találmány tárgya továbbá kemenceelrendezés szilíciumoxid alapú hulladék kezelésére, amely felső részt (13) és alatta elhelyezett olyan olvasztótégelyt (11) tartalmaz, amelynek nyitható alja (10) van, és az

HU 210 792

A leírás terjedelme: 6 oldal (ezen belül 1 lap ábra)

HU 210 792 Β olvasztótégely (11) hulladékbevezetó csövei (9) és olvadékot elvezető kimenettel, a felső rész (13) gázelvezető kimenettel van ellátva.

Az elrendezés lényege, hogy a felső rész (13) legalább egy fűtőelemmel (19) van ellátva, a hulladékbevezető cső (9) kimenete az olvasztótégely (11) alja (10) közelében van, az olvadékot elvezető cső (14) bemenete a hulladék bevezető cső (9) kimenete fölött van kiképezve, a kemence felső része (13) egy szívókamrát (15) képez, amely a kemence tetején a hulladék gázok elvezetésére kiképzett szívóvezetékhez (16) van csatlakoztatva, továbbá célszerűen a fürdő fölött egy öblítőgázt bevezető gázbevezető elem (20) is el van helyezve.

A találmány tárgya eljárás és kemenceelrendezés olyan megolvasztható hulladékok, előnyösen mérgező vagy enyhén radioaktív hulladékok kezelésére, amelyeknek nagy a kovasav illetőleg szilíciumdioxid-tartalmuk. Ilyen anyag lehet például az üveg vagy a krizotil, amely utóbbi a szerpentinazbeszt egyik szálas formája, és a természetben található azbeszt legnagyobb részét ilyen anyag képezi. A fenti hulladékok kovasav tartalmú földet, agyagot, szennyezett laboratóriumi lombikokat, egyéb üvegtermékeket, üvegszálakat vagy gyapjúszálakat is tartalmazhatnak. Ezek az anyagok megtalálhatók az épületek tűzálló szigetelésében vagy laboratóriumok, gyárak vagy atomerőművek kifolyóiban, továbbá ilyen jellegű anyagok találhatók még nukleáris létesítmények vagy a különféle vegyigyárak ventilációs szűrőiben is, amely utóbbiakat igen gyakran cserélni is kell.

Manapság a hulladéknak magas hőmérsékleten történő megolvasztását tartják az egyik legjobb módszernek arra, hogy megfelelően lehessen a terjedelmét úgy módosítani, hogy kisebb geometriai alakzatot vegyen föl, és így üvegszerűen lehet tömöríteni, és teljes egészében semlegesíteni lehet a szilárd és gáznemű mérgező szennyeződéseket. A jelenleg használatos technológia azért nem teljes mértékben kielégítő, mert az ilyen hulladékok csak igen magas, agyag esetében például 1700 °C körüli hőmérsékleten olvaszthatok csak meg, ami azt jelenti, hogy azok a berendezések, amelyeket erre a célra fel lehet használni rendkívül költségesek, mitöbb nemcsak maguk a berendezések költségesek, hanem a működtetésük is. Ezen túlmenően pedig a keletkező aeroszolok még kölcsönhatásba is léphetnek a tisztító rendszerrel. Végül megjegyezzük azt, hogy ezeknél az eljárásoknál a keletkező salak sok esetben odaheged a kemence aljához, ahonnan ezt nagyon nehéz leválasztani, sőt sok esetben a kemence alját ki kell cserélni.

A DE 3 204 204 sz. közzétételi irat például egy olyan megoldást ismertet, amely radioaktív hulladékok kezelésére szolgál. Ennél a megoldásnál úgy járnak el, hogy a hulladékot olyan adalékanyaggal keverik, amellyel megolvasztás után üvegszerű elegyet képez. A keletkező gázokat elvezetik, maga az olvasztótégely pedig egyúttal a hulladék végső tárolóhelye is, amelyet, ha a hulladék kihűlt, cementtel fednek le.

Ennek a megoldásnak is hiányossága, hogy csak az olvasztótégellyel együtt lehet a hulladékot eltemetni, mitöbb még az elektródák is, amelyeket a fűtéshez használnak az olvasztótégelyben maradnak. Folyamatos hulladékkezelésre ez a megoldás nem alkalmas.

A találmánnyal célul tűztük ki olyan eljárás és kemenceelrendezés kidolgozását szennyezett megolvasztható hulladékok kezelésére, amely az előbbiekben említett hátrányokat többé kevésbé kiküszöböli, és a kemenceelrendezésnek sem az előállítása, sem pedig az üzemeltetése nem költséges, a kezelt hulladékanyag mégis olyan kompakt egységet képez, amelynek a mechanikai szilárdsága igen jó, továbbá a hulladékgázok a tisztításkor az aeroszollal nem lépnek kölcsönhatásba.

A találmány szerinti eljárás és kemenceelrendezés kidolgozásához azon felismerés vezetett, miszerint felismertük, hogy a korábbi megoldásoktól eltérően, nincs szükség arra, hogy a hulladékot magas hőmérsékleten megolvasszuk, mivel a bevezetőben említett hulladék alacsonyabb hőmérsékleten is megolvad, ha megfelelő eutektikus fürdőben van oldva. Ez azt is jelenti, hogy az olvadékot könnyű önteni, nem tapad meg a kemence olvasztótégelyének az alján, így az eljárás későbbi lépésében nem lesz szükség arra a rendkívül nehéz műveletre, amit a kemence aljának állandó tisztítása jelent.

A találmány tehát eljárás szilíciumoxid alapú, célszerűen radioaktív üveg és/vagy krizotil alapú, 1200 °C-nál magasabb hőmérsékleten megolvadó hulladék kezelésére, célszerűen olvasztótégelyben, ahová a hulladékot és adalékanyagot bevezetjük, megolvasztjuk, a keletkező gázokat pedig elvezetjük.

Az eljárás lényege, hogy a hulladékot először 2 mm-nél kisebb szemcseméretűre őröljük, ezután olyan folyatószert adunk hozzá, amely a hulladékkal olyan eutektikumot képez, amelynek olvadáspontja 1100 °C alatt van, a hulladék és folyatószer keverékét azután hordozógáz segítségével olyan fürdő alsó részébe visszük, ahol a hőmérséklet kisebb, mint 1100 °C, a fürdőben a szilárd hulladékot pirolizáljuk, koncentráljuk, a gázok elvezetjük, majd a fürdőt tartályokba töltjük, és ott hagyjuk megszilárdulni.

Célszerű, ha a hulladéknak és a folyatószemek a kémiai összetétele legalább 90%-ban azonos a fürdő összetételével.

Előnyös az, ha a hordozógáznak a hajtónyomása éppen hogy csak nagyobb, mint az a nyomás, amely megfelel az olvadt fürdő által képezett legnagyobb folyadékoszlop nyomásnak. Ilymódon kevesebb gázra van szükség.

Annak érdekében, hogy a kemence hőmérsékletét

HU 210 792 B megfelelő értéken tartsuk, előnyös az, ha az olvadt fürdőnek mindig csak egy részét vezetjük el tartályokba.

Ugyancsak előnyös, ha a fürdő magasságát legalább 30 cm-rel a hulladékbevezető szint fölött, a fürdő hőmérsékletét pedig 1000-1100 °C-ra állítjuk be. Ez az érték elegendő ahhoz, hogy a hulladék a fürdőben oldódjon, és hogy a hulladékban lévő szerves anyagok pirolízise bekövetkezzen.

Jó eredményeket értünk el a találmány szerinti eljárás azon foganatosítási módjával, amikor a fürdő tömegét az óránként beáramló hulladék tömegének 6-10szeresére választottuk.

Előnyös továbbá, ha fürdő össztömegét az óránként elvezetett tömeg-rész 2-6-szorosára választjuk.

Ugyancsak előnyös a találmánynál, ha a fürdő fölött öblítőgázt vezetünk be, amely a különféle mérgező aeroszolokat magával szívja.

A fürdő előnyösen szilíciumoxid alapú fürdő, adott esetben ugyanazokból vagy hasonló vegyelemekből áll, mint amilyenek a hulladékban vannak, és amelyeket kezelni kívánunk.

Adott esetben a fürdőben és a hulladékban lévő különböző anyagok aránya is ugyanaz lehet. Az olvasztható adalékanyagok illetőleg a folyatószer lehet például B₂O₃, Na₂O vagy borax, amelyet azért adagolunk a fürdőhöz, hogy a fürdő olvadáspontja alacsonyabb legyen, illetőleg hogy a keverék eutektikus olvadáspontját beállítsuk.

Ha a fürdő összetétele legalább 90%-ban megegyezik a hulladék összetételével, úgy viszonylag homogén a kemencében lévő anyagösszetétel.

A találmány tárgya továbbá kemenceelrendezés szilíciumdioxid alapú megolvasztható hulladék kezelésére, amely felső részt és alatta elhelyezett olyan olvasztótégelyt tartalmaz, amelynek nyitható alja van, és az olvasztótégely hulladékbevezető csővel, olvadékot elvezető kimenettel és a felső rész gázelvezető kimenettel van ellátva.

A kemenceelrendezés lényege, hogy a felső rész legalább egy fűtőelemmel van ellátva, a hulladékbevezető cső kimenete a kemencetégely alja közelében van, az olvadékot elvezető cső bemenete a hulladékbevezető cső kimenete fölött van kiképezve, az olvasztótégely felső része egy szívókamrát képez, amely a kemence tetején a hulladékgázok elvezetésére kiképezett szívóvezetékhez van csatlakoztatva, továbbá célszerűen a fürdő fölött egy öblítőgázt bevezető gázbevezető elem is el van helyezve.

A találmány szerinti eljárást és az eljárást megvalósító kemenceelrendezést a továbbiakban a mellékelt 1. ábra segítségével, valamint példákkal ismertetjük részletesebben.

Az 1. ábrán látható a találmány szerinti eljárást megvalósító kemenceelrendezés egy példakénti kiviteli alakja.

A kemenceelrendezés tartalmaz egy, - a példakénti kiviteli alaknál kriogén - keverőt, amely egy 1 aprító és zúzó egységből, és ennek kimenetére csatlakoztatott 2 granulátorból áll, amely itt -120 °C-on működik. A 2 granulátor 3 csővezetékkel van egy első 4 mérőegységhez csatlakoztatva. Ezen van a hulladék a 2 granulátorból az első 4 mérőegységhez elvezetve. Az első 4 mérőegység egy 7 csővezetékbe van csatlakoztatva, amelybe egy második 5 mérőegység is csatlakoztatva van. A 7 csővezeték egyik vége, a bemenete, levegő tápforrásra, másik vége, a kimenete egy 8 keverő ciklon bemenetére van csatlakoztatva. A második 5 mérőegységhez egy további 6 csővezeték is csatlakoztatva van, amelyen keresztül különféle adalékanyagok vezethető be. A 8 keverő ciklon kimenete van a kemence hulladék-bemenetére elvezetve, amelyet itt egy hulladékbevezető 9 cső bemenete képez, amely a kemence 13 felső része falán van átvezetve, kimenete pedig a kemence 11 olvasztótégelyének 10 aljához közeli tartományba nyúlik. Maga a kemence tűzálló anyagból kialakított két különálló részből áll. Az egyik részt a 11 olvasztótégely képezi, amelynek 10 alja a kemence alja, és amely tűzálló acélból van kialakítva, és el van látva 12 fűtőelemmel, a másik részt a 13 felső rész képezi, amely a fürdő szintje fölött van és tűzálló anyagból van kialakítva.

A 11 olvasztótégely 10 alján keresztül egy olvadékot elvezető 14 cső van, amelynek bemenete a 11 olvasztótégely 10 aljától kb. 400 mm magasságban helyezkedik el.

A13 felső rész egy 15 szívókamrát is képez, amelynek kimenete 16 csővezetéken át van egy 17 hutőegység bemenetéhez csatlakoztatva, amely levegővel működik, és amelynek még egy további bemenete is van, amelyhez egy 18 csővezeték van csatlakoztatva, amelyen át hűtőlevegőt lehet bevezetni. A15 szívókamra el van látva még egy 19 fűtőelemmel, valamint egy a fürdő fölött elhelyezett öblítőgázt bevezető 20 gázbevezető elemmel, amelynek az a szerepe, hogy a gázokat a 16 csővezetékbe kényszerítse.

A 17 hütőegység 21 csővezetéken keresztül egy igen jó minőségű és jó hatásfokú 22 szűrő bemenetére van elvezetve, amelynek szerepe az aeroszol csökkentése. A 17 hűtőegység egy további, hűtőlevegőt bevezető bemenettel is el van látva, amelyre egy 18 csővezeték van csatlakoztatva. A 22 szűrő kimenete azután egy 23 csővezetéken keresztül van egy 24 ventilátorra csatlakoztatva, és az van azután a 25 kéménybe bekötve.

A találmányt a továbbiakban konkrét példák segítségével ismertetjük részletesebben.

1. példa

Az eljárással nagyon jó hatásfokú szellőzőszűrőket kezeltünk. Ezeket általában úgy készítik el, hogy egy fémkereten van a szűrőközeg, általában üvegszálakból, amelyek akrilgyantával vannak egymáshoz kötve. Miután a fémkeretet eltávolítottuk, elvégeztük a kriogén aprítást -120 °C-on az 1 aprító és zúzó egységben és a 2 granulátorban. A 2 granulátorból kijövő porszerű anyag szemcsemérete már 1 mm alatti. Ezt az anyagot elvezettük az első 4 mérőegységbe, amely ezt az anyagot szakaszos üzemmódban adagolta tovább, mégpedig 500 g-ot percenként. Az anyag-adagokat a 7 csóveze3

HU 210 792 Β tékbe vezettük, miközben a második 5 mérőegységből 390 g adalékanyagot adagoltunk percenként a 7 csővezetékbe. A levegő áramlási sebessége 3 normál m³/óra volt a 7 csővezetékben.

A kemence tűzálló acélból készült, a 11 olvasztótégelyben az olvadt fürdő átmérője 500 mm, magassága 1000 mm, kapacitása kb. 196 liter volt. A kezelés kezdetén a fürdő magassága 400 mm volt, amely 78 liternek és kb. 195 kg anyagnak felel meg. Ezt a tömeget állandóan 1000 ’C környékén tartottuk. Az olvadékelvezető 14 cső bemenete a 11 olvasztótégelyben 400 mm magasságban volt a 11 olvasztótégely 10 aljától mérve, a hulladékbevezető 9 cső kimenete pedig 100 mm-re volt beállítva all olvasztótégely 10 aljától. A 15 szívókamra átmérője 900 mm, magassága 700 mm, térfogata kb. 450 liter volt. A 20 gázbevezető elemen keresztül 100 normál m³ levegőt vezettünk be öblítőgázként óránként azért, hogy a kezelés során keletkező gázokat hígítsuk. Ezek a gázok elsősorban széndioxidból és vízgőzből álltak.

A levegővel működő 17 hűtőegység kimeneténél a gáz hőmérséklete a bemeneti 1100 °C-ról 100 ’C alá csökkent úgy, hogy levegővel hígítottuk. Ebből a célból a 18 csővezetéken keresztül 560 normál m³/óra levegőt vezettünk be. Ennek a levegőnek a hőmérséklete 20 ’C volt. A 17 hűtőegységből a 21 csővezetéken elvezetett levegő hőmérséklete kb. 60 ’C lett.

Maga a fürdő 60 tömeg% SiO₂, 40 tömeg% B₂O₃ és Na₂O keverékét tartalmazta, amelynek olvadáspontja 900 ±20 ’C. Működés közben a fürdő hőmérsékletét 1000±50 ’C értéken tartottuk.

A hulladékbevezetés sebessége 30 kg/óra, a fürdő térfogatának a változása óránként 14 liter volt, és a fürdőből szakaszosan - minden 8 órában - 115 liter anyagot vezettünk el.

Az elvezetett anyag, azaz üveg kémiai összetétele az idő függvényében változott. 8 órás kezelés után az üveg analízise azt mutatta, hogy benne 58 tömeg% SiO₂ és 42 tömeg% Na₂O és B₂O₃ található. A fürdőt úgy regeneráltuk, hogy minden 8 órában 3,5 kg SiO₂-t adtunk hozzá.

A hulladékgázok olyan CO₂-ot tartalmaztak, amely a folyatószerben lévő karbonátokból, a szerves anyagok pirolíziséből, valamint a levegőből származott. A hulladékgáz összetétele a következő volt:

CO₂: 5 normál m³/óra

H₂: 6 normál m³/óra levegő: 655 normál m³/óra.

A készülékből azonban csak olyan gáz távozott, amelynek 98%-a 20 ’C-os levegő volt. Minden egyéb szennyeződés a kiöntött üvegben vagy pedig a 22 szűrőn akadt fenn.

Mind ez ideig nem voltak megfelelő módszerek arra, hogy ezeket a ventilációs szűrőket megfelelően csomagolják. Lényegében csak annyit tettek, hogy eredeti csomagolásukban meghagyták és speciális tartályokba helyezve betonnal befedték. Ez azt is jelentette, hogy igen nagy térfogatot foglaltak el, azaz a térkitöltési tényezőjük rendkívül nagy volt, mivel egy ilyen beton szűrőblokk 1 m³-ében csak 50 kg üvegszál van.

A találmány szerinti eljárás alkalmazásával a térfogat kb. a 45-ödére csökkent, olyan kompakt nem kimosható csomagolásban, amelynek igen jók a szilárdsági és mechanikai paraméterei.

2. példa

A krizotilt általában épületek tűzbiztonságának fokozására illetőleg laboratóriumi és nukleáris erőművek szennyvíz elvezető állomásain alkalmazzák. Ezt kezeltük a találmány szerinti eljárással az 1. példában leírtakhoz hasonlóan. Az eltérés az volt, hogy az első 4 mérőegységből 330 g alaphulladékot továbbítottunk percenként a 7 csővezetékbe, míg a második 5 mérőegységből 215 g olvasztható adalékanyagot továbbítottunk percenként a 7 csővezetékbe, ahol a levegő áramlási sebességét 3 normál m³ /óra értékre állítottuk be, és a levegő nyomás alatt álló levegő volt.

A 20 gázbevezető elemen keresztül hígító gázként 100 normál m³/óra levegőt vezettünk be.

A 23 csővezetéken 650 normál m³/óra 20 ’C-os levegőt vezettünk el. A 17 hűtőegységből távozó hulladék gáz hőmérséklete kb. 60 ’C volt.

A fürdő 52 tömeg% SiO₂, 18 tömeg% MgO és 30 tömeg% B₂O₃, Na₂O keverékét tartalmazta. A fürdő olvadáspontja 950±20 ’C volt. A kemence működési hőmérséklete 1000±30 ’C. A fürdő térfogatának a változása 33 kg/órás anyagbeáramlási sebességnél 10 liter/óra volt, és 80 liter anyagot vezettünk el a fürdőből 8 óránként. Az elvezetett anyag, azaz a kiöntött üveg összetétele lényegében nem változott az idő folyamán. A kiöntött üvegnek az analízise 8 órás kezelés után megegyezett a kiindulási fürdő kémiai összetételével. A távozó anyagban 5 normál m³/óra CO2, 5 normál m³ H2O és 650 normál m³/óra levegő volt.

A kemence elrendezésből távozó gáz a 20 ’C-os hőmérsékletű volt és 98%-ban levegőt tartalmazott, ez jutott ki azután az atmoszférába. A szennyező anyagok vagy a 14 csövön elvezetett öntött üvegben maradtak, vagy a speciális 22 szűrőn fennakadtak. A szennyezett krizotil csomagolására mind ez ideig nem voltak megfelelő módszerek, a nagy hőmérséklettű olvasztást plazmaívvel végezték 2400 ’C-on, de a beruházási és működési költségek rendkívül magasak voltak, és a biztonság sem volt megfelelő.

A találmány szerinti eljárást alkalmazva az eredetileg 300 liter térfogatú fenti tűzálló adalékanyagok így egy 150 kg-os öntött „üveggé” lettek átalakítva, amelynek az össztérfogata kb. 45 liter lett.

A találmány szerinti eljárással tehát a kezdeti térfogatot a negyedére csökkentettük egy viszonylag olcsó elrendezéssel, olyan csomagolásban, amely nem oldódik, és nem mosható ki, és amelynek nagyon jók a mechanikai paraméterei is.

Claims (8)

SZABADALMI IGÉNYPONTOK

1. Eljárás szilíciumoxid alapú, célszerűen radioaktív üveg és/vagy krizotil alapú, 1200 ’C-nál magasabb hőmérsékleten megolvadó hulladék kezelésére, célsze4

HU 210 792 Β rűen olvasztótégelyben, ahová a hulladékot és adalékanyagot bevezetjük, és megolvasztjuk, a keletkező gázokat pedig elvezetjük azzal jellemezve, hogy a hulladékot először 2 mm-nél kisebb szemcseméretűre őröljük, ezután olyan folyatószert adunk hozzá, amely a hulladékkal olyan eutektikumot képez, amelynek olvadáspontja 1100 °C alatt van, a hulladék és folyatószer keveréket azután hordozógáz segítségével egy olyan fürdő alsó részébe visszük, ahol a hőmérséklet kisebb, mint 1100 °C, a fürdőben a szilárd hulladékot pirolizáljuk, koncentráljuk, a gázokat elvezetjük, majd a fürdőt tartályokba töltjük, és hagyjuk ott megszilárdulni.

2. Az 1. igénypont szerinti eljárás azzal jellemezve, hogy a hulladéknak és a folyatószemek a kémiai összetétele legalább 90%-ban azonos a fürdő összetételével.

3. Az 1. igénypont szerinti eljárás azzal jellemezve, hogy a hordozógáz hajtónyomását nagyobbra választjuk, mint az olvadt fürdő által képezett legnagyobb folyadékoszlop nyomása.

4. Az 1. igénypont szerinti eljárás azzal jellemezve, hogy az olvadt fürdőnek mindig csak egy részét vezetjük el.

5. Az 1. igénypont szerinti eljárás azzal jellemezve, hogy a fürdő szintjét a hulladék bevezető szintjénél legalább 30 cm-el magasabban tartjuk, a fürdő hőmérsékletét pedig 1000-1100 °C-ra állítjuk be.

6. Az 1. igénypont szerinti eljárás azzal jellemezve, hogy a fürdő össztömeget az óránként elvezetett tömeg-rész 2-6-szorosára választjuk.

7. Az 1. igénypont szerinti eljárás azzal jellemezve, hogy a fürdő fölött öblítőgázt vezetünk be.

8. Kemenceelrendezés szilíciumoxid alapú, célszerűen pedig radioaktív üveg és/vagy krizotil alapú megolvasztható hulladék kezelésére, amely felső részt (13) és alatta elhelyezett olyan olvasztótégelyt (11) tartalmaz, amelynek nyitható alja (10) van, és az olvasztótégely (11) hulladékbevezető csővel (9) és olvadékot elvezető kimenettel, a felső rész (13) gázelvezető kimenettel van ellátva azzal jellemezve, hogy a felső rész (13) legalább egy fűtőelemmel (19) van ellátva, a hulladékbevezető cső (9) kimenete az olvasztótégely (11) alja (10) közelében van, az olvadékot elvezető cső (14) bemenete a hulladékbevezető cső (9) kimenete fölött van kiképezve, a kemence felső része (13) egy szívókamrát (15) képez, amely a kemence tetején a hulladékgázok elvezetésére kiképezett szívóvezetékhez (16) van csatlakoztatva, továbbá célszerűen a fürdő fölött egy öblítőgázt bevezető gázbevezető elem (20) is el van helyezve.