NO139064B

NO139064B - Fremgangsmaate til fluidiseringsskikt-forbrenning

Info

Publication number: NO139064B
Application number: NO751458A
Authority: NO
Inventors: Elliott John Roberts; Peter Allen Angevine
Original assignee: Dorr Oliver Inc
Priority date: 1974-04-24
Filing date: 1975-04-23
Publication date: 1978-09-18
Also published as: IT1030440B; GB1466011A; AU7835275A; DK174975A; JPS50139577A; DE2514046A1; SE7502503L; NO139064C; JPS6055722B2; FR2268758B1; BE826420A; CA1012005A; EG11670A; US3907674A; FR2268758A1; NL7503189A; NO751458L

Description

Den foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte til i nærvær av svovel eller svovelholdige forbindelser å forbrenne en strøm av vannholdig brennbart organisk avfallsmateriale som er forurenset med minst ett alkali-metallklorid, i et fluidisert skikt.

Fluidiseringsskikt-reaktorer har med hell vært benyttet til forbrenning av brennbare avfallsstrømmer, f.eks. kloakkslam og avfall fra oljeraffinerier. I disse reaktorer bæres et skikt av inerte partikler, f.eks. sand, på en gassfordelingsplate. Luft eller en annen gass føres gjennom fordelingsplaten for å "fluidi-

sere" de inerte partikler. Til å begynne med, men etter at skikt-temperaturen er hevet til et passende nivå, blir brennstoff sprøytet inn i skiktet og antent for å varme opp skiktet til driftstemperatur, og deretter tilføres det brennbare avfall. Avfallet undergår forbrenning under utvikling av en betydelig varmemengde som gjør det mulig å redusere mengden av tilført brennstoff, og som i noen tilfeller kan gjøre det unødvendig med hjelpebrennstoff.

Hensikten med fluidiseringsskikt-brennere er fullstendig å rorbrenne de organiske stoffer i en tilført strøm av avfall, idet der som en rest bare etterlates en inert aske, og å utføre denne forbrenningsreaksjon på en måte som ikke frembringer frastøtende lukter. Luktfri forbrenning oppnås ved fullstendig oksydasjon av de organiske stoffer og krever i praksis temperaturer på minst ca. 700-800° C, avhengig av prosenten av overskuddsluft.

Ved drift av visse fluidiseringsskikt-installasjoner er det funnet at de organiske avfallsstrømmer er forurenset med klorider. Dette er særlig fremtredende i installasjoner som har tilknytning til beboelsessentre og raffinerier langs kysten. Grunnvannet nær kysten er ofte saltholdig og trenger seg uunngåelig inn i kloakk-ledningene. Saltene i sjøvann inneholder ca. 75-85% NaCl, små mengder CaS04, MgCl2 og MgS04 og mindre mengder av andre salter. Visse industrielle avfallsstoffer inneholder klorider som er tilstede som en naturlig følge av reaksjoner som benyttes til fremstilling av handelsprodukter. Ballastvann fra tankskip er et annet avfallsmateriale som inneholder både organiske stoffer og klorider. Slike klorid-forurensede avfallsstrømmer eller slam er vanskelige å forbrenne fordi klorider generelt, f.eks. alkali-metallklorider, har lave smeltepunkter og gir opphav til dannelsen av lavtsmeltende eutektiske stoffer ved de nødvendige forbrenningstemperaturer, noe som bevirker at asken blir klebrig. Når et slikt forhold oppstår i fluidiseringsskikt-enheter, defluidiseres skiktet.

I denne forbindelse skal det forstås at benevnelsen "alkali-metall" primært refererer seg til stoffene natrium og kalium,

som vanligvis finnes i det inngående avfallsmateriale som den foreliggende oppfinnelse befatter seg med.

Natrium- og kaliumklorider har betydelige damptrykk ved temperaturer over 800°C og kan derfor fordampes ved en passende økning av temperaturen i brenneren over kloridenes "duggpunkt" eller metningstemperatur som selvfølgelig vil være en funksjon av konsentrasjonen av kloridene i avfallsstrømmen. Kloridene i avgassene behandles deretter i en gassvasker. Som følge av dette blir de oppløst i gassvaskevannet og kan deretter føres bort separat. Da dette er en forholdsvis enkel fremgangsmåte til å fjerne og bli av med kloridene, ville det være meget ønskelig om en slik fremgangsmåte kunne benyttes. Uten at forsiktighet utøves, vil imid-lertid forholdsvis ikke-flyktige alkali-metallsu-lfater, dvs. Na2S04 og K2S04, akkumuleres i. skiktet og sluttelig bevirke defluidisering, fordi disse forbindelser eller blandinger av dem med NaCl har smeltepunkter som ligger i det temperaturområde som kreves for fordampning (for rent Na2S04 er smeltepunktet 885°C). Svovel forekommer naturlig i sjøvann, som angitt ovenfor, i enkelte avfallsstrømmer og i olje som kan benyttes som. hjelpebrennstoff.

Det er tidligere blitt foreslått å omforme alle alkali-metaller til sulfater, føre vekk kloret som HC1 og arbeide godt under fordampningstemperaturene for alkali-metallkloridene, f.eks.

i temperaturområdet 620°C-787°C. I noen tilfeller fører imidler-tid nærværet av visse andre elementer i avfallsstrømmen, f.eks. magnesium, til lavtsmeltende eutektiske stoffer som vil bevirke defluidisering.

Til forbrenning av kloridholdige organiske avfallsstrømmer foreligger der følgelig et virkelig behov for en fluidiseringsskikt-prosess mpd et større anvendelsesområde enn de fremgangsmåter som for tiden er tilgjengelige.

En hensikt med den foreliggende oppfinnelse er, i en fremgangsmåte til fluidiseringsskikt-forbrenning av kloridholdige brennbare avfallsstrømmer og fordampning av alkali-metallklorider,

å forhindre dannelsen av ødeleggende mengder av lavtsmeltende eutektiske stoffer i skiktet og således bibeholde fluidiseringen av dette.

En annen hensikt med oppfinnelsen er, i en fremgangsmåte til fluidiseringsskikt-forbrenning av tilført kloridholdig avfall, å oppnå fordampning av kloridforbindelser under forhindring av akkumulering av alkali-metallsulfater i skiktet og unngåelse av dannelse av klebrig natrium- og kaliumsilikatglass i skiktet.

Andre hensikter og fordeler vil fremgå for fagfolk på området fra den følgende beskrivelse i forbindelse med tegningen, som viser et oppriss, delvis i snitt, av en fluidiseringsskikt-forbrennings-ovn som fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan utføres i.

Generelt sagt går den foreliggende oppfinnelse ut på at der

i en fluidiseringsskikt-reaktor som arbeider med en brennbar vannholdig avfallsstrøm«eller et slam inneholdende alkali-metallklorider ved en forhøyet temperatur og i nærvær av svovelholdige forbindelser, tilføres en kilde for silisiumdioksyd og et metalloksyd for omsetning med alkali-metallholdige forbindelser som finnes i reaktoren, for å forhindre dannelse av klebrig alkali-metall-silikatglass eller, dersom slikt glass dannes, å omforme dem til høytsmeltende krystallinske silikatforbindelser.

Nærmere bestemt går oppfinnelsen ut på en fremgangsmåte som angitt i krav 1.

Således kan SiC>2 og minst ett metalloksyd fra gruppen bestående av CaO, MgO, A12C>3 og Fe2°3 tilføres direkte til en kloridholdig avfallsstrøm før denne tilføres fluidiseringsskiktet. Alternativt kan silisiumdioksydet og metalloksydet sprøytes inn i skiktet hver for seg. For eksempel kan pulverisert sand og lesket kalk Ca(OH)2 benyttes. Istedenfor kalk eller som erstatning for en del av kalken kan et eller flere av metalloksydene MgO, A1203 r eller Fe 2O .^benyttes som avglassingsmidler enten for å hindre dannelse av klebrige silikater eller for å omsettes med slike silikater for å danne høytsmeltende ikke-klebrige silikater. Forskjellige kilder for disse oksyder kan benyttes så lenge de er passende oppdelt. I noen tilfeller er det mulig å velge fremgangsmåten til konsentrasjon av avfallet slik at man bruker stoffer som senere vil være nyttige under forbrenningsoperasjonen. F.eks. vil der i et filtreringstrinn kunne benyttes et diatomé-filterhjelpe-middel som senere kan tjene som en kilde for minst en del av silisijumoksydet i forbrenningstrinnet. På lignende måte vil alun-fnokker (Al(0H>3) kunne benyttes til oppsamling av oljedråper, og dette kan tjene som en kilde for minst en del av det Al^ O^ som trenges for å beskytte skiktet mot defluidisering.

Tilsetning av kaolin eller leire er et noe spesielt tilfelle av den foreliggende oppfinnelse. Leirer er vannholdige aluminium-silikater med et Si02/Al203-molekylforhold som stort sett ligger i området 2-3, og er åpenbart en bekvem kilde for både siTisiumoksyd og aluminiumoksyd i en særdeles findelt tilstand, idet den gjennom-snittlige partikkelstørrelse er i størrelsesorden 1 um. Virkemåten av leiretilsetningen er ikke helt klarlagt, men der er sterke indisier som taler for at leiren omsettes "i flukt" ("in flight") direkte med alkall-metallkloridet for å danne krystallinske natrium-aluminiuir-silikater som ikke smelter ved reaktorens driftstemperatur. Det ødeleggende alkali-metallsulfat dannes således ikke i større utstrekning, og svovelet fjernes fra reaktoren med avløpsgassene nesten sikkert enten som S02~gass eller som fine støvpartikler av CaSO^. Brukte bleke-leirer fra raffineriprosesser kan være en mulig kilde for faste leirepartikler for en slik anvendelse.

Når fremgangsmåten ses under ett, skal det forstås at en stor andel av det alkali-metallklorid som forekommer i det tilførte materiale, vil fordampe ved den høye temperatur i reaktoren og forlate reaktoren som andeler av avløpsgassene. Den foreliggende oppfinnelse beskjeftiger seg særlig med den andel av alkali-metallkloridene som istedenfor å forlate reaktoren med en gang i gassfase er tilbøyelig til å reagere med de bestanddeler som finnes i reaktoren, for å danne skadelige produkter. Det er funnet at noe av alkali-metallet i det tilførte materiale er tilbøyelig til å reagere med svovelholdige forbindelser for å danne uønskede alkali-metallsulf ater i skiktet.

I den følgende diskusjon benyttes Na som en representant for alkali-metaller, men det må være klart at lignende reaksjoner forekommer med kalium, og at natrium pluss natriumekvivalenten av kalium er underforstått alle steder hvor Na er nevnt.

Ved uførelse av en side av prosessen ifølge oppfinnelsen er det først nødvendig å sikre at der tilføres tilstrekkelig meget Si02 i reaktiv form til skiktet til å hindre at Na2S04 samler seg

på skiktet. D^tte kan i noen grad være avhengig av konsentrasjonen av sulfat i det tilførte materiale og av svovel i de organiske stoffer. Reaksjonsmekanismen for dannelsen av Na2S04 er:

eller

Det Na2SQ4 som dannes, omsettes deretter med SiO som følger:

Regnet på vanninnholdet av avfallet vil generelt 0,5-3 vekt-' prosent av Si02 være tilstrekkelig. I tilfeller hvor klorid-innholdet av det tilførte materiale er meget lavt, kan selv mengder av Si02 på mindre enn 0,5% være effektive. Det Na20<*>3Si02-glass som dannes som vist ovenfor, <p>g andre natriumsilikat-forbindelser som deretter dannes er i denne beskrivelse betegnet som "vannuopp-løselige", da de ikke oppløses merkbart ved den analytiske lute-metode med kaldt vann som benvttes. Det Na2 ^SO4- og NaCl som måtte foreligge, oppløses uten videre i kaldt vann og kan bestemmes i filtratet fra den uopppløselige rest. Analysering av denne rest for totalt natriuminnhold gir så et mål for det vann-uoppløselige natrium i skiktet.

Dernest tilsettes tilstrekkelig metalloksyd til å gi de følgende forholdstall, basert på den totale tilsetningsmengde av vann-uoppløselig natrium til skiktet: Av Al203 tilsettes en mol pr. to mol Na, hvilket gir et vektforhold mellom Al2°3 oc? Na på 2»22 svarende til Na20"Al203"6Si02 (albitt) eller Na20<*>Al203<*>2Si02 (nefelin).

Av Fe203 tilsettes en mol pr. to mol Na, hvilket gir et vektforhold mellom Fe203 og Na på 3,48 svarende til Na20<*>Fe203"4Si02 (ægirin).

Av CaO tilsettes tre mol pr. to mol Na, hvilket gir et vekt-forhpld mellom CaO og Na på 3,65 svarende til Na20"3CaO"6Si02 (devitritt), skjønt to mol kan være tilstrekkelig i visse tilfeller, noe som gir et vektforhold på 2,43 svarende til Na20"2Ca0"3Si02.

Av MgO tilsettes to mol pr. to mol Na, hvilket gir et vektforhold mellom MgO og Na på 1,74 svarende til Na20"2MgO*6Si02.

Da noen metalloksyder ikke deltar i reaksjoner i skiktet på grunn av partikkelstørrelsen eller "overføring" ("carry-over")

(fjerning som støy), kan det være nødvendig å tilføre mer enn disse mengder for å sikre at de mengder av disse oksyder som holdes tilbake av skiktet for omsetning, danner de ovenstående'forhold mefl det uoppløselige Na som tilføres skiktet. Videre kan de ovennevnte forhold ikke være riktige når blandinger foreligger.

I et forsøk hvor det væskeformede materiale som ble forbrent, inneholdt betydelige mengder av Ca og Mg, var f.eks. forholdet mellom Al203 og Na i skiktet 3,7 istedenfor 2,2. Det skyldtes at noe Ai203 var knyttet til CaO som CaO•A1203•2Si02 (anortitt) og noe forelå som MgO*Al203 (spinell).

Noe uoppløselig Na kan fikseres ved direkte omsetning mellom det innkommende NaCl og tilsetningene:

På dertne måte kan mer Na bli gjort ikke-oppløselig enn det som svarer til det SO^ som forekommer i det. tilførte materiale. Leddet 3Si0'2 som forekommer i den ovenstående ligning,, er tilnærmet,

da reaksjonen er tilbøyelig til å gi'et glass med varierende, silisiumoksyd-innhold. Mer Si02 ehh dette kan være nødvendig pr. mol Na20 fordi de forbindelser som dannes med CaO, MgO, A1203 og Fe203,* f.eks. Na20*3CaO-6Si02, kan bære mer si°2 enn tre m°l pr. mol Na20. Noe Si02 kan komme fra det begynnelsesskikt av sand som vanligvis anvendes. Men når et fullstendig kjemisk skikt er etablért, dvs. når all den opprinnelige sand enten er fjernet fra skiktet eller er dekket méd andre forbindelser, slik at Si02

ikke omsettes méd andre skiktbéstanddeler, må alt det .nødvendige Si02 tilføres på eh eller annen måte. Det skader ikke å tillate noe Na2S04# f<.e>ks. opp til 2 vektprosent, å samles midlertidig på skiktet dersom der tilføres for lite Si02, . men mer SiQ2 må da

tilføres for å bryte opp det ansamlede Na2S04 eller i det minste stoppe oppbyggingen, idet altfor mye Na2S04 (som vil føre kanskje opp til 25 vektprosent NaCl med seg) vil bevirke defluidisering. Selv dm temperaturen på reaktorgassene er over duggpunktet for NaCl, inneholder det Na2S04 som befinner seg i skiktet, NaCl, fordi Na2S04 reduserer damptrykket for NaCl i den smeltede blanding.

Den nødvendige driftstemperatur ligger"generelt i området 850-950°C, avhengig av konsentrasjonen av det natriumklorid som foreligger, og av reaktiviteten for de tilførte oksyder, men kan være så lav som 800°C eller så høy som 1000°C eller noe høyere.

Når det gjelder tilsétningen av leire, menes det at det innmatede NaCl til å begynne med når man har et nytt sandskikt, reagerer med sand og vanndamp (som beskrevet ovenfor) for å gi et klebrig glass (Na203*3Si02) som leirepartikler fester seg til. Der finner da sted en reaksjon mellom leirepartiklene, glasset og sanden som følger:

(albitt) + 02 f.

Det er også funnet at "under flukt"-absorbsjon av natrium kan finne

sted uten noen som helst kontakt med selve sandskiktet:

(II) 2NaCl + H20 + Al203-2Si02 »Na20•A1203•2Si02 (nefelin) + 2HC1.

Albitt eller albitt pluss nefelin, som er krystallinské forbindelser med høyt smeltepunkt, dekker sandpartiklene i skiktet i en tykkelse på noen få^ini, noe som effektivt forsegler SiOj-skiktpartiklene og gjør dem hovedsakelig inerte etter en forholdsvis kort drifts-periode. Reaksjonen skrider da frem ifølge ligning II ovenfor,

idet det produserte nefelin forekommer i form av støv som overføres til <jassvaskeren. Som nevnt ovenfor vil det svovel som finnes i reaktoren, fjernes enten som SOj-gass eller som fint CaSO^-støv.

Normalt vil leiren eller den annen tilsetning blandes med avfallet før innsprøyting i reaktoren. Dette sikrer den maksimale utnyttelse av tilsetningen.

Som vist på tegningen omfatter reaktoren 20 en ytre mantel

10 som er lukket oventil av et lokk 12. Inne i mantelen 10 er reaksjonskammeret 14 skilt fra blestkammeret 16 ved en fordelingsplate 18. En pumpe 21 tilfører fluidiseringsgass til blestkammeret 16 gjennom en kanal 23. En kort nedoverrettet avløpskanal 25 fører avløpsgassene til en venturi-gassvasker 65.

I reaktoren 20 bæres et skikt 31 av -findelte faste partikler

på den hovedsakelig horisontale fordelingsplate 18. Den på tegningen viste reaktor er beregnet på innføring av et innmatingsmateriale som egner seg for pumping, f.eks. delvis avvannet aktivert kloakkslam eller raffineri-avfallsstoffer. Pumpen 33 fører det tilførte avfall fra en ledning 35 inn i en ledning 37 som er forbundet med et ringformet fordelingsrør 39 som omgir reaktormantelen 10. En flerhet av matedyser 41 er anordnet rundt omkretsen av reaktoren 20

og strekker seg gjennom kapselen 10 for direkte innsprøyting av avfallet i fluidiseringsskiktet 31. Alternativt kan matedyser 41 være anordnet like over overflaten av det utvidede fluidiserte skikt,

slik at avfallet faller ned på overflaten av skiktet.

Hver matedyse 41 er forbundet med det ringformede fordelingsrør 39

via et materør 43, som dysen får tilført avfallsmateriale gjennom. Der er også anordnet et antall av brennstoffdyser 45 som er plasert rundt omkretsen av reaktormantelen 10 for direkte innsprøyting av hjelpebrennstoff i fluidiseringsskiktet. Et utløpsrør 47 er anordnet for å tillate uttapping av overskytende skiktmateriale. Fprdelingsflaten 18 omfatter en flat stålplate med en rekke åp-ninger, perforeringer eller hull (ikke vist) for å gi

fluidiseringsgass adgang til reaksjonskammeret 14. På et nivå like over oversiden av det ekspanderte fluidiserte skikt 31 rager en flerhet av luftinnsprøytningsrør 51 gjennom reaktormantelen 10 for å tillate innsprøyting av sekundærluft i en sone like over skiktet.

Disse luftinnsprøytningsrør 51 forsynes med trykkluft fra et til-førselsrør (bustel pipe) (ikke vist) som omgir reaktormantelen 10.

Et innløp 55 er anordnet for tilførsel av ytterligere sand til

skiktet etter behov.

Som nevnt ovenfor forlater avløpsgassene reaksjonskammeret 14 gjennom avløpskanalen 25 som kan være forsynt med en rengjørings-

apning (ikke vist). Avløpskanalen gjøres så kort som mulig, idet gassen avkjøles hurtig og der kan forventes kondensering av minst noen av de fordampede bestanddeler. Jo lengre avløpskanalen er, desto større vil avsetningene sannsynligvis være, og ansamlinger av ' slike avleiringer må før eller senere fjernes med følgende dødtid. Gassene strømmer inn i venturi-gassvaskeren 65 og kommer der i

berøring med vaskevann tilført gjennom en ledning 67. Støvpartikler i gassene samles opp av vannet, mens de oppløselige kloridfor-

bindelser oppløses i vannet. Gassene og væsken fra venturi-gassvaskeren 65 strømmer deretter gjennom en ledning 69 til en væske/gass-separator 71, hvor væske strømmer til bunnen av separatoren 71 og unnslipper gjennom en ledning 73 for bortføring,

og gassen unnslipper gjennom en skorsten 75.

De avfallsmaterialer som prosessen ifølge oppfinnelsen kan

arbeide med, kan inneholde opptil 19 000 ppm klorid (sjøvann med full styrke) eller mer, selv om dette kan kreve temperaturer over 1000°C. Det skal forstås at Fe203~tilsetningen ikke

skal benyttes for tilførselsmaterialer inneholdende meget over 5000 ppm klorid. Denne begrensning skriver seg fra den observasjon at ved 10 000 ppm klorid kreves der en temperatur på 950°C for fordampning av kloridet, mens et eutektisk materiale mellom Si02,

Fe203 og ægirin (Na20«Fe203•4Si02) dannes ved ca. 955 C. For7 siktighet tilsier at der gis rikelig rom for denne temperatur under virkelig drift, noe som best oppnås ved ikke å forsøke å påtvinge Fe203-tilsetningen ved behandlingen av innmatningsmaterialer som inneholder kloridmengder i den øvre ende av skalaen.

Mens visse av metalloksydene kan benyttes sammen, har det

ingen hensikt å tilsette A12C<3 og CaO sammen, idet disse har en. tendens til å reagere med hinannen under dannelse av CaO•Al203-2Si02 heller enn å gi den ønskede reaksjon, og der på den måte fås tap av tilsetningene.

I den hensikt å gi fagfolk på området en bedre forståelse av oppfinnelsen gjengis følgende eksempler:

Eksempler

Prøver utføres på simulerte organiske avfallsstrømmer som inneholder en saltopplø<p>ning som tilnærmet svarer til sjøvann når det gjelder ibneahdeléné, men som grovt regnet inneholder en fjerdedel eller en halvdel av det normale innhold av salter i sjøvann av full styrke. I prøvene benyttes propan som en.erstat- . ning for den organiske1 komponent av avfallsstrømmen og som hjelpebrennstoff. Prøvene utføres i en fludiseringsskiktreaktor med en innvendig diameter på 30 cm, idet reaktorveggene oppvarmes utenfra for å simulere varmetapet fra en stor enhet.; Saltoppløsningen med og uten tilsetninger innføres på toppen av fluidiserin<g>sskiktet.

I alle tilfeller er fluidiseringsskiktet silisiumoksyd-sand med en partikkelstørrelse i området fra 48 masker (0,3 mm) opp til 6 masker (3,3 mm). Dette størrelsesområde er valgt fordi den fri-romshastighet som benyttes, er ca. 0,9 m/s ved bunnen av skiktet og ca. 1,5 m/s ved toppen (som følge av det fordampede vann). Fluidiserende luft tilføres i en mengde på 1,07 Nm 3 /min og p"ropan i en mengde på 0,035 Nm 3/min. Tilførsélsmengden-av det vannhpldige innmatingsmateriale er tilnærmet 0,36 kg/min.

I en første prøve blir der til fluidiseringsskiktreaktoren ikke tilsatt noe avglassingsmiddel. Finmalt kvarts (-325 masker) tilsettes det innmatede simulerte sjøvann inneholdende 5000 ppm klorid for å bringe Si02-konsentrasjbnen opp til 1,25%. Skiktet drives ved 900°C og defluidiserer etter 1 h times drift.

Analyse av skiktmaterialet etter prøven viser bare 13 ppm vann-oppløselig natrium, men 520 ppm vannuoppløselig natrium, mens begynnelsessanden bare hadde 194 ppm Na. Skiktet har således samlet opp 326 ppm Na, nok til å danne ca. 0,3% glassfase, og dette er tilstrekkelig til å defluidisere skiktet.

En annen prøve ved 788°C uten noe tilført fint silisiumoksyd defluidiserer etter ca. to timer.

Eksempel 1

CaO som avglassingsmiddel.

Under drift ved 900°C viser en 5000 ppm kloridoppløsning inneholdende 0,5% Ca(0H)2 dg 0,6% findelt silisiumoksyd ingen oppbygging av oppløselig natrium på skiktet etter 24 timer. Det opprinnelige sandskikt var blitt kondisjonert i fire timer med 1% Ca(0H)2 i saltoppløsningen før 24 timers-prøven, og der var ingen

1 D akkumulering av oppløselig natrium, idet SiC^-innholdet i sandskiktet øyensynlig skaffet tilstrekkelig Si02 til å bryte opp det Na2S04

som ble dannet under kondisjoneringen.

Etter 4 timer er mengden av uoppløselig natrium 0,12% og etter

28 timer 0,69%. Men der finnes også uoppløselig Ca på skiktet, henholdsvis 0,22% og 1,3% i de to prøver, noe som gir et Ca/Na-forhold på 1,83 resp. 1,88. Disse forhold svarer til molforholdene 2,11 og 2,16 mellom CaO og Na_0.

Driften fortsettes i ytterligere 24 timer ved 875 C med de

samme 5000 ppm Cl, 0,5% Ca(0H)2 og 6% Si02 og deretter i enda 24

timer med 0,75% Ca(0H>2 og 0,9% Si02. Oppløselig Na bygger seg stadig opp på skiktet under denne periode, og der fås 2 670 ppm Na, 358 ppm Cl og- 5016 ppm S04 ved slutten av de 48 timer.

0,8% Na2S04 + NaCl foreligger således som en smeltet saltblanding. Under disse betingelser hadde skiktet ikke defluidisert, men det er klart at defluidisering er uunngåelig med den kontinuerlige økning av oppløselig natrium.

Tilsynelatende blir det dannede Na2S04 dekomponert av det tilførte silisiumoksyd eller av sandskiktet ved 900°C, men ikke ved 875°C. Det uoppløselige Na bygget seg opp kontinuerlig under de siste 48 timer, skjønt med en avtagende hastighet, men også Ca bygget seg opp, og det endelige vektforhold mellom Ca og Na er 2,08.

Denne prøve viser at 875°C er en driftstemperatur som er

for lav for denne kombinasjon av innmatingsmateriale og tilsetninger, T^°ns 900°C er tilstrekkelig til at Si02 kan bryte opp Na2S04 med

cn innmatningsoppløsning med 5000 ppm klorid. Den viser også at et Ca/Na-molforhold på like over 2:1 er tilstrekkelig til å hindre en klebrig fase fra å danne seg ved prøvetemperaturene.

Eksempel 2

Fe203 som avglassingsmiddel.

Et sandskikt som hadde vært brukt i en annen prøve hvor 'der

ble tilført en 5000 ppm's kloridoppløsning med 1,25% Si02 og 1,25% Fe203, først ved 850°C i 52 timer og deretter ved 900°C i 52

timer, ble drevet ved 900°C med denne samme blanding i nye 28

timer. Oppløselig Na avtok fra 600 ppm til 250 ppm i denne periode. Uoppløselig Na forelå i en mengde på 0,8% og Fe203 i en mengde på

4,7%.

I den neste prøveperiode ble saltoppløsningen innmatet uten

Si02 eller Fe203. Etter 24 timer hadde oppløselig Na bygget seg

opp til 0,16%, så 0,6% Si02 ble tilført innmatningsstrømmen. Dette bremset markert oppbyggingen av oppløselig Na, men etter nye 10 timer defluidiserte skiktet. Ved starten av 10 timers-perioden var mengden av uoppløselig Na 1,18% og ved slutten 1,48%. Ved starten var mengden av Fe 3,26% og ved slutten 3,46%, noe som ga Fe/Na-vektforhold på 2,76 resp. 2,34. Vektforholdet mellom Fe og Na for Na20«Fe203•4Si02 (ægirin) er 2,43, og det syntes således som om skiktet defluidiserte så snart mengden av Fe sank under dette punkt og tillot noe glassfase av "natriumsilikat å danne seg.

Fra denne prøve kan der dras to slutninger: For det første at Si02 er nødvendig for å hindre oppbygging av vannoppløselige Na-salter, og for det annet at tilstrekkelig jernoksyd må tilføres for å oppnå et forhold mellom Fe og oppløselig Na som er høyt nok (2,43 eller mer) for å binde alt Na som ægirin.

Eksempel 3

A1203 som avglassingsmiddel.

Under drift ved 900°C med en 5000 ppm's kloridoppløsning inneholdende 1,5% kaolin, ble der ikke observert noen oppbygging av oppløselige salter på 21 timer, og skiktet forble fluidisert over hele perioden. Ved slutten av denne periode er vektforhpldet mellom A1203 og Na på skiktet 5,6, svarende til såvidt over 2 mol Al2°3

pr. mol Na20.

Temperaturen økes til 950°C, konsentrasjonen av salter økes til 10 000 ppm, mengden av kaolintilsetning fordobles (3%), og prøven fortsetter i ytterligere 6 dager uten defluidisering eller oppbygging av oppløselige salter (Na2S04 pluss NaCl). Oppfanging i skiktet av uoppløselig natrium er bemerkelsesverdig lav, antall klorioner er lavere enn 10 ppm, og med hensyn til S<+6> ble der oppdaget bare spormengder. Skiktsammensetningen er meget stabil etter den første dag eller så med drift, idet bare små mengder av aluminiumoksyd og natrium forekommer i skiktet, og Al203/Na-forholdet er 3,7. -o Eksempel 4

MgO + CaO som avglassingsmidler.

I en annen serie blir prøven startet ved 850°C uten Si02 (unntatt i sandskiktet) og 2% Ca(OH)2 + Mg(OH)2 (lesket dolomitt-kalk) tilsatt 5000 ppm's Cl-oppløsningen. Oppløselig Na akkumulerer^ raskt, og etter 30 timer tilsettes også 1,25% fint Si02- Mengden av oppløselig Na øker fremdeles raskt, og ved slutten av ytterligere 26 timer økes temperaturen derfor til 900°C. Ved slutten av nye 44 timor er skiktet fremdeles i fluidisert tilstand, og mengden av oppløselig Na har avtatt i merkbar grad, men er ikke redusert helt til null.

Innholdene av Ca og Mg i skiktet ved slutten av prøven er henholdsvis ca. 5% og 2% med bare 0., 17% uoppløselig Na, en klar indikasjon på at langt mer CaO + MgO enn nødvendig er tilført. Dette bekreftes av det faktum at en tykk flakavfleiring hadde akkumulert seg på reaktoren ved slutten av 100 timers-prøven.

De ovenstående eksempler viser tydelig at fluidiseringsskikt-forbrenning av avfallsstrømmer eller slam forurenset med alkali-metallklorider er fullstendig gjennomførbart under betingelser hvor alkali-metallklorider fordampes. Tilsetningene som kreves i prosessen, er generelt tilgjengelige i billige former, særlig sand og leire. Da avfallsstrømmer av forskjellig opprinnelse vil variere meget i sammensetning, vil mengden av de tilsetninger som innføres i et bestemt tilfelle, være avhengig av denne sammensetning.

F.eks. vil avfallsstrømmer ofte inneholde små mengder sand og ett eller flere metalloksyder. Når først den typiske sammensetning av avfallsstrømmen er analysert, kan den riktige mengde tilsetninger beregnes i henhold til den foreliggende oppfinnelse. En viss justering av tilsetningen kan være nødvendig fra tid til annen for c å ta hensyn til variasjoner i sammensetningen av det tilførte materiale.

Skjønt den foreliggende oppfinnelse er blitt beskrevet i forbindelse med foretrukne utførelsesformer, vil det forstås at modifikasjoner og variasjoner kan benyttes uten at man går ut over oppfinnelsens idé og ramme, slik fagfolk uten videre vil forstå. Slike modifikasjoner bg variasjoner anses å ligge innenfor rammen av oppfinnelsen og de tilhørende krav.

Claims

1. Fremgangsmåte til i nærvær av svovel eller svovelholdige forbindelser å forbrenne en strøm av vannholdig brennbart organisk avfallsmateriale som er forurenset med minst ett alkali-metallklorid, i et fluidisert skikt, karakterisert ved (1) at et skikt av partikkelformet materiale fluidiseres i et reaksjonskammer ved at en oppadgående strøm av luft føres gjennom skiktet,

(2) at det fluidiserte skikt holdes på en temperatur i området fra ca. 800°C til ca. 1000°C for å brenne det organiske materiale og fordampe en vesentlig del av alkali-metallkloridet, (3) at enten (a) findelt Si02°9 minst ett findelt metalloksyd valgt blant CaO, MgO., A1203 og Fe203 eller (b.) findelt Si02 og Al203 i form av leire innføres i reaksjonskammeret for å omsettes med alkali-metallet for dannelse av krystallinske alkali-metall-forbindelser, og (4) at de gassformede og faste reaksjonsprodukter føres ut av reaksjonskammeret for avhending eller ytterligere behandling.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at det fluidiserte skikt holdes på en temperatur i området fra ca. 850°C til ca. 950°C.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 2, karakterisert ved at det fluidiserte skikt består av sand.

4. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at Si02 føres inn i reaksjonskammeret i en effektiv mengde på opptil 3 vektprosent regnet på vanninnholdet i det brennbare avfall.

5. Fremgangsmåte som angitt i krav 4, karakterisert ved at det nevnte Si02 har en gjennomsnittlig korn-størrelse på -325 masker.

6. Fremgangsmåte som angitt i krav 5, karakterisert ved at A1203 tilsettes i en slik mengde at vektforholdet mellom Al2°3°9 Na er minst 2. ,22, idet Na er det vannuoppløselig natrium i det fluidiserte skikt.

7. Fremgangsmåte som angitt i krav 5, karakterisert ved at Fe203 tilsettes i en slik mengde at vektforholdet mellom Fe203 og Na er minst 3,48, idet Na er det vann-uoppløselige natrium i det fluidiserte skikt.

8. Fremgangsmåte som angitt i krav 5, karakterisert ved at CaO tilsettes i en slik mengde at vektforholdet mellom CaO og Na er minst 2,43, idet Na er det vanhuopp-løselige natrium i det fluidiserte skikt.

9. Fremgangsmåte som angitt i krav 8, karakterisert ved at CaO tilsettes i en slik mengde at vektforholdet mellom CaO og Na er minst 3,65, idet Na er det vann-uoppløselige natrium i det fluidiserte skikt.

10. Fremgangsmåte som angitt i krav 5, karakterisert ved at MgO tilsettes i en slik mengde at vektforholdet mellom MgO og Na er minst 1,74, idet Na er det vann-uoppløselige natrium i det fluidiserte skikt.

11. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at leire først tilsettes avfallsstrømmen for blanding med denne, hvoretter blandingen av leiren og avfalls-strømmen føres inn i reaksjonskammeret.