NL1003151C2 - Werkwijze en inrichting ter verwijdering van schadelijke stoffen, in het bijzonder dioxine. - Google Patents

Description

WERKWIJZE EN INRICHTING TER VERWIJDERING VAN SCHADELIJKE STOFFEN, IN HET BIJZONDER DIOXINE

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze ter 5 verwijdering van schadelijke stoffen, in het bijzonder dioxine, uit rookgas bijvoorbeeld gegenereerd in een afvalverbrandingsinstallatie, onder gebruikmaking van een adsorptiemiddel.

10 In tot nu toe gebruikte afvalverwerkingsinstallaties wordt huisvuil verwerkt door middel van verbranding. Onder huisvuil wordt niet alleen particulier afval verstaan, maar ook bedrijfsafval waarvan de samenstelling, in tegenstelling tot bijvoorbeeld de samenstelling van industrieel 15 afval, correspondeert met particulier afval.

Bij verbranding van huisvuil komt energie vrij in de vorm van warmte. De vrijgekomen energie wordt hetzij voor elektriciteitsopwekking, hetzij voor stadsverwarming benut.

20 De voor verbranding van huisvuil benodigde zuurstof wordt met omgevingslucht toegevoerd. De voornaamste restprodukten van het verbrandingsproces zijn slak, vliegas, rookgasrei-nigingsresidu en rookgas. 1 2 3 4 5 6 1003151

Om te voorkomen dat schadelijke stoffen die bij de verbran 2 ding vrijkomen ongecontroleerd via het rookgas in het 3 milieu terechtkomen, zijn de afvalverwerkingsinstallaties 4 voorzien van een rookgasreinigingsinstallatie. Deze 5 schadelijke stoffen zijn onder andere: koolwaterstoffen 6 (CxHy), cadmium (Cd), koolmonoxyde (CO), zoutzuur (HC1), waterstoffluoride (HF), kwik (Hg)(plus overige zware metalen), dioxine, zwaveldioxide (S0:) , stikstofoxyden (N0X) en vliegas.

2

In het algemeen wordt onder dioxine verstaan polychlorodi-benzoparadioxine (PCDD) en polychlorodibenzofuran (PCDF). Deze twee stoffen hebben de volgende structuurformule

c/x Ctt ctx CtY

PCDDS PCDFS

15

Een werkwijze voor het verwijderen van dioxine uit rookgas afkomstig van een afvalverwerkingsinstallatie is bekend uit het Europese octrooischrift No. 0 574 705 ten name van 20 Sumitomo Heavy Industries Ltd. Bij deze bekende werkwijze vindt de verwijdering van dioxine plaats door het rookgas bij een temperatuur van 90°C tot 120°C door een zogenaamde "moving bed adsorber of the cross-flow type" te leiden. Hierbij wordt actieve koolstof of actieve cokes in de 25 bovengenoemde adsorptie-inrichting ingebracht om in kontakt te komen met het eveneens daarin toegevoerde rookgas. Vervolgens wordt de actieve koolstof met daarin geadsorbeerd de dioxine door verhitting geregenereerd en daarna weer naar de adsorptie-inrichting teruggeleid.

30

Een bezwaar van de bekende werkwijze is dat deze uit economisch oogpunt onaantrekkelijk is vanwege het gebruik van een additionele adsorptie-inrichting (inclusief regeneratiemiddelen) naast de eigenlijke afvalverwerkings- 10031 51 3 installatie. Bovendien dient de aktieve koolstof na een aantal malen te zijn geregenereerd afzonderlijk te worden verwerkt. Dit maakt de bekende werkwijze niet alleen duur, doch bovendien complex. Daarom blijkt in de praktijk dat de 5 werkwijze volgens het eerdergenoemde Europese octrooi-schrift weliswaar bewerkstelligt dat dioxine uit het rookgas wordt verwijderd, doch dat dit op kostbare en inefficiënte wijze geschiedt.

10 Het is het doel van de uitvinding een economische en efficiënte werkwijze voor het uit rookgas verwijderen van schadelijke stoffen, in het bijzonder dioxine, te verschaffen en daartoe heeft een werkwijze van de in de aanhef vermelde soort als bijzonderheid dat het absorptiemiddel na 15 wassing met een wasmedium van het rookgas met dit wasmedium wordt weggevoerd voor het achtereenvolgens opvangen van het adsorptiemiddel. Hierdoor is de werkwijze volgens de uitvinding uiterst simpel en elegant, daar geen afzonderlijke adsorptie-inrichting noodzakelijk is. Bij voorkeur 20 wordt het adsorptiemiddel vóór wassing van het rookgas, in het bijzonder in de vorm van een poeder, geïnjecteerd. Dit biedt de mogelijkheid dat het adsorptiemiddel in relatief korte tijd op zeer efficiënte wijze in innig kontakt komt met het rookgas, waardoor een nagenoeg volledige adsorptie 25 van de dioxine plaats vindt. Dit innige kontakt wordt bewerkstelligd door de turbulentie van het rookgas. Verrassenderwijs is uit uitgebreid onderzoek gebleken dat aldus het leeuwendeel van de dioxine uit het rookgas wordt verwijderd. In dit verband wordt opgemerkt dat volgens de 30 uitvinding een dioxine emissie-grenswaarde wordt bereikt van minder dan 0,4 ng TEQ/m3, in het bijzonder minder dan 0,1 ng TEQ/m3.

1003151 4

Een voorkeursuitvoeringsvorm van een werkwijze overeenkomstig de uitvinding heeft als bijzonderheid dat het adsorp-tiemiddel na eerste afkoeling van het rookgas tot minder dan ongeveer 400°C, bij voorkeur minder dan 300°C, in het 5 bijzonder minder dan of gelijk aan 250°C wordt geïnjecteerd. Uitgebreide onderzoekingen hebben aangetoond dat voornamelijk in bovengenoemde temperatuurtrajecten dioxine wordt gevormd. De dioxine kan dan ook het meest efficiënt direkt na de vorming daarvan uit het rookgas worden 10 verwijderd door adsorptie aan het adsorptiemiddel.

Een verdere voorkeursuitvoeringsvorm van een werkwijze volgens de uitvinding heeft als bijzonderheid dat het adsorptiemiddel tijdens wassing van het rookgas wordt 15 geïnjecteerd. Door het innige vloeistofkontakt met de dioxine tijdens wassing van het rookgas vindt aanzienlijke adsorptie van dioxine plaats.

Een verdere voorkeursuitvoeringsvorm van een werkwijze 20 overeenkomstig de uitvinding heeft als bijzonderheid dat het adsorptiemiddel in een eerste wastrap in een althans nagenoeg zuur milieu wordt geïnjecteerd. Dit heeft als belangrijk voordeel dat andere schadelijke stoffen, zoals zware metalen, worden geadsorbeerd en derhalve uit het 25 (door wassing natte) rookgas worden verwijderd.

Een verdere voorkeursuitvoering volgens de uitvinding heeft als bijzonderheid dat het adsorptiemiddel in een tweede wastrap in een althans nagenoeg minder zuur milieu dan in 30 de eerste wastrap (onder toevoeging van een neutralisatie-middel, bij voorkeur natronloog) wordt geïnjecteerd. Het verdient de voorkeur het adsorptiemiddel eveneens in een derde wastrap, waarbij gebruik wordt gemaakt van een venturi, te injecteren. Hierbij hechten in het bijzonder 100?151 5 eventueel nog aanwezige zware metalen en dioxine (vaak nog aanwezig in een rubberen bekleding van bij de diverse wastrappen gebruikte wassers) zich aan het adsorptiemiddel.

5 Een verdere voorkeursuitvoeringsvorm van een werkwijze overeenkomstig de uitvinding heeft als bijzonderheid dat voor het adsorptiemiddel gebruik wordt gemaakt van ten minste één der stoffen uit de groep van actieve kool, bruinkool, cokes, kalk, lavasteen en puimsteen.

10

De uitvinding heeft tevens betrekking op een inrichting ter uitvoering van de werkwijze.

De uitvinding zal nader worden toegelicht aan de hand van 15 in een tekening weergegeven figuren, waarbij: figuur 1 een voorkeursuitvoering van een afvalinstallatie volgens de uitvinding schematisch weergeeft; en 20 figuur 2 een detail van figuur 1 weergeeft; en figuur 3 een actief koolinjectiesysteem volgens de uitvinding schematisch weergeeft.

25 In figuur 1 onderscheidt men een bunker 1, een verbrandingsoven 2, een stoomketel 3, een elektrofilter 4, een rookgaswasser 5, en een schoorsteen 6.

Het huisvuil 7 wordt door vuilnisauto's 8 in de bunker 1 30 gestort. Tijdens het transport in de vuilnisauto is het huisvuil al gemalen, waardoor het huisvuil enigszins gemengd is. Grof afval, zoals afgedankt meubilair, wordt in stukken gehakt in een niet weergegeven afvalverkleiner en vervolgens in de bunker gestort. In de bunker 1 wordt het i η n * < r * * V.' v 6 huisvuil 7 met behulp van grijpers 9 verder gemengd. De menging dient om het vuil in de bunker te homogeniseren voor wat betreft vochtigheidsgraad, afmeting en brandbaarheid. Met behulp van de grijpers 9 wordt het gemengde 5 huisvuil vervolgens via een vultrechter 10 op een transportband 11 gestort, die het vuil naar de verbrandingsoven 2 transporteert.

In de verbrandingsoven 2 bevinden zich zes walsrollen 12, 10 die samen een walsrooster 13 vormen. Het walsrooster 13 vormt een schuin naar beneden aflopend vlak. De walsrollen 12 hebben een doorsnede van 1,50 meter en een breedte van 3,60 meter. De draaisnelheid is regelbaar van 0,5 tot 11 omwentelingen per minuut. Tussen de walsrollen 12 bevinden 15 zich toevoeropeningen 14 voor het toevoeren van verwarmde omgevingslucht 15 aan de vuurhaard. Omgevingslucht wordt eveneens ingebracht via andere openingen rond de vuurhaard.

De walsrollen 12 transporteren het huisvuil 7 langzaam door 20 de vuurhaard, waardoor een gelijkmatige verbranding mogelijk gemaakt wordt. Het transport naar het centrum 16 van de vuurhaard toe dient om het huisvuil op te warmen en te drogen, het transport van het centrum 16 van de vuurhaard af dient om het verbrandingsresidu 17 af te voeren.

25 De temperatuur in het centrum 16 van de verbrandingsoven is circa 1000°C.

Door de snelheid van de walsrollen 12 te variëren, kan het verbrandingsproces gestuurd worden. Niet alleen kan 30 hierdoor de hoeveelheid toegevoerd huisvuil per tijdseenheid geregeld worden, maar ook de vochtigheidsgraad van het huisvuil bij verbranding, de temperatuur in de vuurhaard en de mate van verbranding van het residu. Een ander middel om het verbrandingsproces te sturen, is variëren van de 7 hoeveelheid omgevingslucht 15 die door de toevoeropeningen 14 tussen de walsrollen 12 door wordt geblazen. Het verbrandingsproces duurt ongeveer 1,5 uur. De capaciteit van de afvalverwerkingsinstallatie bedraagt ongeveer 15.000 5 kg per uur.

Door injectie van ammonia (NH3) in het eerste deel 19 van de stoomketel 3 worden bij een temperatuur van 850 tot 1.000°C de in het rookgas 18 aanwezige stikstofoxyden (NOx )voor een 10 groot deel omgezet in stikstof (N2) en water (H20) . Deze techniek staat bekend als Selectieve Niet-Katalytische Reductie (SNCR). Het verbrandingsresidu 17 bedraagt ongeveer 7 a 8% van het oorspronkelijke volume. Het verbrandingsresidu 17 wordt met behulp van een transport-15 band 20 afgevoerd. Uit het verbrandingsresidu 17 wordt met behulp van niet-getoonde magneetbanden het schroot teruggewonnen. De resterende slak 21 wordt afgevoerd met behulp van een transportband. De slak wordt onder andere toegepast als funderingsmateriaal in de wegenbouw. Het rookgas 18 dat 20 ontstaat bij de verbranding, wordt vanaf de vuurhaard 22 naar de stoomketel 3 geleid.

In de stoomketel 3 kunnen de vliegasdeeltjes, die met het rookgas 18 meegezogen worden, volledig uitbranden. In de 25 stoomketel 3 bevinden zich pijpenbundels van een warmtewisselaar 23, waarin water in stoom wordt omgezet. De opgewekte stoom wordt hetzij toegepast voor het aandrijven van een turbine met een vermogen van 15 Megawatt, hetzij voor het verwarmen van en warmtewisselaar die verbonden is met de 30 stadsverwarming. De stroming van het rookgas in de stoomketel is in hoge mate turbulent. In de stoomketel koelt het rookgas af van circa 1000°C tot 210 a 250°C.

10031 5- .

8

Aansluitend aan de stoomketel 3 wordt het rookgas 18 door een éénveldselektrofilter 4 gevoerd. Het elektrofilter 4 omvat een niet weergegeven stelsel van draden die een potentiaalverschil hebben ten opzichte van de in het 5 rookgas aanwezige vliegasdeeljes. Door dit potentiaalverschil wordt maximaal 97% van de vliegasdeeltjes aan het rookgas onttrokken. De vliegas 24 wordt verzameld in een bunker 25 en wordt afgevoerd voor toepassing in de wegenbouw. Het verdient aanbeveling om het elektrofilter 4 bij 10 zo laag mogelijke rookgastemperaturen te bedrijven, omdat in het afkoeltrajeet van de rookgassen beneden de 250°C geen dioxinevorming meer plaatsvindt. Het in het elektro-filter aanwezige vliegas heeft namelijk een versterkende invloed op het ontstaan van dioxine, die groter is bij 15 hogere temperaturen. Nadat het rookgas het elektrofilter gepasseerd is, wordt het naar de rookgaswasser 4 gevoerd, die als detail A is weergegeven in figuur 2.

Verwijzend naar figuur 2 omvat de rookgaswasser 5 een 20 wasinstallatie in één wastoren 26, waarin het rookgas 18 in drie wastrappen met behulp van een wasvloeistof 27 gereinigd wordt. De wasvloeistof bestaat voornamelijk uit water. De wastoren omvat een stalen vat, waarvan de binnenzijde bekleed is met rubber.

25

In de eerste wastrap 28 wordt het rookgas door intensief contact met de wasvloeistof afgekoeld tot een temperatuur van circa 70°C. Deze eerste wastrap noemt men de "quench". Bij deze wastrap verdampt een gedeelte van de wasvloeistof 30 en lossen de zure gassen HC1 en HF op in het water van de wasvloeistof. Ook worden metalen en het nog in het rookgas resterende vliegas in het water opgelost. NH3, dat ten gevolge van de ammoniakinjectie in het rookgas aanwezig is, wordt ook bij deze wastrap in de wasvloeistof opgenomen.

1003151 9

Door oplossing van de zure gassen is de wasvloeistof zuur (pH < 1). Het zure milieu bevordert de afscheiding van kwik (Hg) uit het rookgas. Het rookgas wordt vervolgens gevoerd naar de tweede wastrap 29.

5

Bij de tweede wastrap 29 wordt een licht zuur tot neutraal milieu gehandhaafd (pH 5 tot 7) door toevoeging van natronloog (NaOH) aan het waswater. De wasinstallatie is gevuld met een laag egelvormige contactlichamen 30, 10 waardoor het natronloog intensief met het rookgas in aanraking komt. Door het intensieve contact wordt het in het rookgas aanwezige zwaveldioxide (S02) in de wasvloeistof opgenomen. De tweede wastrap noemt men de "vullichamen wastrap".

15

Tijdens de derde wastrap 31 wordt het rookgas door een ringjet 32 gevoerd, die een plaat omvat waarin naast elkaar een aantal kanalen in de vorm van een venturi zijn aangebracht, waarin wasvloeistof wordt verstoven. Door de 20 afwisselende compressie en expansie bij het doorlopen van de venturi, condenseren resterend HC1, HF, SCt stof en zouten in de vorm van aërosolen uit het rookgas, en worden vervolgens door additioneel toegevoerd en verstoven waswater 27 meegevoerd. De neergeslagen stoffen worden met 25 behulp van de wasvloeistof weggespoeld. De derde wastrap noemt men de "ringjet wastrap".

Tussen de wastrappen zijn niet-afgeheelde druppelafschelders gemonteerd, om in het waswater opgeloste kleine 30 vliegasdeeltjes en aërosolen aan het rookgas te onttrekken. De wasvloeistof wordt voor de eerste, de tweede en de derde wastrap afzonderlijk onder in de wasser opgevangen (respectievelijk op de plaatsen aangegeven met de nummers 33, 34 i oom 51 10 en 35). Na de derde wastrap 31 gepasseerd te zijn, verlaat het gereinigde rookgas 36 de rookgaswasser 5.

Na een aantal raaien binnen dezelfde wastrap gerecirculeerd 5 te zijn, wordt de wasvloeistof via afvoerleiding 37 naar een gezamenlijke fysisch-chemische afvalwaterzuiveringsinstallatie gevoerd. De afvalwaterzuiveringsinstallatie is niet afgebeeld. In de afvalwaterzuiveringsinstallatie wordt na terugwinning van de ammoniak door middel van stoomstrip-10 pers het milieu van de zure wasvloeistof neutraal tot licht alkalisch gemaakt. Door toevoeging van neerslagvormende stoffen (Na2S) wordt in het alkalische milieu een neerslag van metaalhydroxyden gevormd. Deze neerslag wordt door vlokvorming afgescheiden. Na ontwatering in een filterpers 15 resulteert een filterkoek die voor 40% uit droge stof bestaat. De filterkoek wordt afgevoerd naar een IBC stortplaats (Isoleren Beheersen en Controleren). Het gereinigde waswater wordt na passeren van een zandfilter naar een rioolwaterzuiverings-installatie gevoerd.

20

Opnieuw refererend aan figuur 1 is de rookgaswasser 4 de laatste reinigingsstap in het reinigingstrajeet van het rookgas bij de weergegeven uitvoeringsvorm van de afvalver-werkingsinstallatie volgens de uitvinding.

25

Na de rookgaswasser 5 passeert het gereinigde rookgas 36 een zuigtrekventilator, die een onderdruk levert waarmee de stromingsweerstand van vuurhaard, ketel en rookgasreiniging wordt overwonnen.

30

Tenslotte treedt het gereinigde rookgas uit via de schoorsteen 6. De temperatuur van het rookgas is bij uittreding circa 60°C. In de schoorsteen 6 is emissiemeetapparatuur geïnstalleerd, voor het continu meten van het aandeel 100 31 5 1 11 vliegas, HCl, S02 , N0X, CO en CxHy in het gereinigde rookgas bij uittreding.

Volgens de uitvinding is voorzien in een actief koolinjec-5 tiesysteem om dioxine uit het rookgas te verwijderen, waarvan een schematisch overzicht is weergegeven in figuur 3. Met referte aan figuur 3 is voor de bevoorrading van actief kool voorzien in een silo 39 met een netto inhoud van circa 80 m3. De silo kan vanaf een vrachtwagen pneuma-10 tisch worden gevuld. Onder de uitloop van de opslagsilo is een pneumatische schuifafsluiter 40 aangebracht via welke afsluiters een tussenopslagvat 41 wordt gevuld. Ieder tussenopslagvat is voorzien van een schroefdoseerinrichting 42. De dosering geschiedt continu via van een roterende 15 doorvalsluis 43. De hoeveelheid te transporteren actief kool is op afstand regelbaar van 1 tot 20 kg per uur. Om het functioneren van de installatie vast te kunnen stellen, wordt de hoeveelheid actief kool per tijdseenheid continu geregistreerd.

20

Vanuit de roterende doorvalsluis 43 wordt met behulp van transportlucht een afgepaste hoeveelheid actief kool door een transportleiding naar een injectiepunt 44 in de afvalverwerkingsinstallatie getransporteerd. Bij het 25 injectiepunt 44 wordt het actief kool met behulp van vier niet-afgebeelde injectielansen homogeen in de rookgasstroom verdeeld. Met referte aan figuur '1 bevinden de injectie-lansen zich bij de voorkeursuitvoering van de uitvinding in het rookgaskanaal 45 na het elektrofilter 4 en circa 1,5 30 meter vóór de eerste trap 28 (quench) van de rookgaswasser. Bij een gemiddelde rookgassnelheid van circa 5 m/s bedraagt de gemiddelde verblijftijd van het actief kool in de rookgasstroom circa 0,3 seconde. Door de turbulentie van het rookgas, ondergaan de verstoven kooldeeltjes een 1003151 12 intensieve menging met het rookgas. Onder verwijzing naar figuur 3 wordt de benodigde hoeveelheid transportlucht geleverd door een niet-weergegeven persluchtinstallatie en een ventilator 46.

5

Tevens wordt vanuit de opslagsilo 39 actief kool in de wasvloeistof 27 van de rookgaswasser gedoseerd. Hiervoor is voorzien in een installatie die als volgt is opgebouwd. Onder de opslagsilo 39 is een mengvat 47 geplaatst (inhoud 10 500 1). Met behulp van een wormschroef 48 kan het actief kool in het mengvat 47 gedoseerd worden waarna het door middel van een niet getoond roerwerk wordt gemengd met bronwater. Door middel van een slangenpomp wordt het mengsel bij de voorkeursuitvoering van de uitvinding in de 15 wasvloeistof van de rookgaswasser gebracht ter plaatse van de eerste wastrap 28 (quench).

1003151

Claims (10)

1. Werkwijze ter verwijdering van schadelijke stoffen, in het bijzonder dioxine, uit rookgas, onder gebruik-5 making van een adsorptiemiddel, met het kenmerk, dat het adsorptiemiddel na wassing van het rookgas met een wasmedium daarmee wordt weggevoerd voor het achtereenvolgens opvangen van het adsorptiemiddel.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, waarbij het adsorptie middel vóór wassing van het rookgas wordt geïnjecteerd.

3. Werkwijze volgens conclusie 2, waarbij het adsorptie- 15 middel na eerste afkoeling van het rookgas tot minder dan ongeveer 400°C, bij voorkeur minder dan 300°C, in het bijzonder minder dan of gelijk aan 250°C wordt geïnjecteerd.

4. Werkwijze volgens conclusie 2 of 3, waarbij het rookgas in poedervorm wordt geïnjecteerd.

5. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies 1 tot en met 4, waarbij het adsorptiemiddel tijdens wassing 25 van het rookgas wordt geïnjecteerd.

6. Werkwijze volgens conclusie 5, waarbij het adsorptiemiddel in een eerste wastrap in een althans nagenoeg zuur milieu wordt geïnjecteerd. 30

7. Werkwijze volgens conclusie 6, waarbij het adsorptiemiddel eveneens in een tweede wastrap met een althans nagenoeg minder zuur milieu dan in de eerste wastrap wordt geïnjecteerd. inpoui I u N-’ 1

8. Werkwijze volgens conclusie 6 of 7, waarbij het adsorptiemiddel in een volgende wastrap, waarbij gebruik wordt gemaakt van een venturi, wordt geïnjec- 5 teerd.

9. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies 1 tot en met 8, waarbij voor het adsorptiemiddel gebruik wordt gemaakt van ten minste één der stoffen uit de 10 groep van actieve kool, bruinkool, cokes, kalk, lavasteen en puimsteen.

10. Inrichting ter uitvoering van een werkwijze volgens één der voorgaande conclusies 1 tot en met 9. 1003151