NO157876B - Fremgangsmaate og apparat for gjennomfoering av varmebehandling. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen gjelder en framgangsmåte for

termisk behandling av pump- eller blåsbare

materialer/stoffer, særlig med tanke på pyrolyse av avfallsprodukter, hvor materialet/stoffet pumpes eller blåses inn i et varmekammer med ei høgtemperatursmelte, fortrinnsvis ei metallsmelte og hvor varmekammeret til-

føres den nødvendige termiske energi ved elektrisk utladning fra elektroder.

En rekke kjemiske forbindelser er særs stabile eller de har stabile spaltningsprodukter. De fleste av disse forbindelsene kan imidlertid brytes ned til enkle kjemiske komponenter ved å holde utgangsmaterialene ved høy temperatur over lengre tid. Et eksempel på dette er destruksjon av forskjellige typer avfall, f.eks. fra plastproduksjon.

For dette er kjent pyrolyseanlegg med metall-

bad, hvor substansen som skal varmebehandles hhv.

destrueres føres inn på metallbadet og blir oppvarmet av og i dette, idet oppvarmingen skjer ved hjelp av elek-

troder med elektrisk utladning over metallbadet. En slik framgangsmåte vil ikke gi høy nok temperatur eller lang nok oppholdstid for de mest krevende

varmebehandlings- hhv. destruksjonsoppgaver.

Oppfinnelsens formål:

Hovedformålet med oppfinnelsen er å skape en framgangsmåte hhv. et apparat for varmebehandling av substanser som kan pumpes eller blåses, hvor det oppnås en forutbestemt høy temperatur og en tilstrekkelig oppholdstid i varmesonen for en gitt substans. Dessuten er det et formål å skaffe en framgangsmmåte og et apparat hvor varmebehandlingen kan skje uten tilsetning av oksydasjonsmiddel, og hvor det er enkelt å samle opp gass og andre pyrolyseprodukter som oppstår ved varmebehandlingen.

Oppfinnelsens prinsipp:

Ifølge oppfinnelsen kan dette oppnås ved å gjennomføre framgangsmåten slik det er angitt i patentkrav

Ved enden av elektrodene hvor den elektriske bueutladningen skjer, skal temperatuen være typisk 5000°-12000° K, og materialet som skal destrueres,

tvinges til å passere gjennom dette området. Lang oppholdstid ved høy temperatur sikres ved at produktene fra varmebehandlingen/pyrolysen i elektrodeområdet tvinges gjennom et smeltebad, som bidrar til en avsluttende, katalytisk spaltning av særlig stabile organiske forbindelser.

I patentkrav 2 er det angitt et apparat for gjennomføring av framgangsmåten i samsvar med oppfinnelsen. I de øvrige, uselvstendige kravene er det angitt fordelaktige trekk ved dette apparatet.

Varmebehandlingen ved apparatet ifølge oppfinnelsen kan skje uten tilsetning av oksydasjonsmiddel. Dermed reduseres de gassmengdene som må etterbehandles. Eventuelle verdielementer i restgassen vil følgelig fore-ligge i mer konsentrert og lettere utnyttbar form enn det som har være tilfelle tidligere, ved forbrenningsprosesser.

Ved destruksjon av ikke halogenholdige organiske materialer vil pyrolyseproduktene bestå av karbon (Carbon Black), H2, CO samt mindre mengder N2 Carbon Black vil følge med gassen ut.

Ved destruksjon av halogenholdige avfalls-stoffer fra plastproduksjon, vil pyrolyseproduktene inneholde karbon (Carbon Black),og mindre mengder metall halogenider som kan filtreres fra gassen.

Gassen kan typisk bestå av 60-96% HC1, 1-30% CO, 1-5% H samt 2-0% N , alt regnet på vektbasis.

Denne gassblandingen er et velegnet utgangspunkt for fram-stilling av teknisk saltsyre på kjent måte.

I noen tilfeller kan materialene som skal varmebehandles inneholde tungmetaller. Ved destruksjon vil hoveddelen av de vanligste tungmetallene bli igjen i metallbadet. Metallbadet må derfor fra tid til annen raffineres på kjent måte for å fange opp tungmetallene i en slaggsmelte.

Enkelte typer organiske materialer, som f.eks. dioksiner og polyklorerte bifenyler, er vanskelig å destruere fullstendig ved rene forbrenningsprosesser, idet temperaturen gjerne må være fra 1200-1800°C dersom én ønsker fullstendig destruksjon.

Framgangsmåten og apparatet ifølge oppfinnelsen gjør det mulig å foreta en destruksjon av slike stoffer uten tilførsel av brennstoffer samtidig med at destruksjonstemperaturen kan velges uavhengig av brenn-verdien i materialet. Dette betyr bl.a. at gassmengden som dannes ved destruksjonen blir lavere enn ved andre kjente framgangsmåter.

Eksempler:

Oppfinnelsen vil nedenfor blir beskrevet nærmere med henvisning til tegningene, hvor figur 1 illustrerer et vertikalsnitt i skjematisk gjen-givelse av de sentrale delene av et apparat for gjennom-føring av framgangsmåten ifølge oppfinnelsen,

fig. 2A og 2B viser hhv. et vertikalsnitt og et horison-talsnitt gjennom en alternativ utførelsesform, mens fig. 3 viser en ytterligere alternativ utførelsesform i vertikalsnitt.

I fig. 1 er det vist en lukket, termisk isolert beholder 11 for ei metallsmelte 12. I beholderens lokk 13 er det en åpning med en rørstuss 14 for uttak av gass, og en sentral åpning for gjennomføring av et elektroderør 15. Elektroderøret 15 er ført ned i metallsmelta 12, i eksempelet omtrent halvveis ned i denne. Sentralt i elektroderøret 15 er det plassert en stavformet elektrode 16.

Elektrodeparet 15-16 danner en enhet og kan f.eks. være utformet som beskrevet i norsk patentskrift 141183. Det kan også brukes andre varmekilder basert på elektroder som gir tilstrekkelig høy temperatur, og hvor det er mulig å bygge elektrodene inn i et kammer, og hvor avgassene i fra brennerenheten tvinges til å stige opp gjennom et metallbad.

I eksempelet er den øvre del av rørelektroden 15 festet til en nedre elektrodeholder 17 som tilføres kjølemedium, fortrinnsvis vann, og elektrisk strøm via en kombinert kjølemedium- og strømleder 18.

Den koaksialt plasserte stavelektroden 16 er festet til øvre elektrodeholder 19 som og har kombinert tilførsel av kjølemedium og elektrisk strøm 20.

Øvre elektrodeholder 19, og nedre elektrodeholder 17 er elektrisk isolert fra hverandre.

Øvre elektrodeholder kan og være utstyrt med en anordning som kan forskyve den sentrale stavelektrode kontinuerlig i aksiell retning i forhold til den ytre rør-elektroden. Denne er imidlertid ikke vist i fig. 1.

Mellom rørelektroden 15 og stavelektroden 16 finnes et ringrom 21. Inn i ringromraet 21 blir det i skillet mellom øvre og nedre elektrodeholder ført en eller flere tilførselsledninger, i eksempelet to stykker 22 og 23, for tilførsel av det materialet som skal varmebehandles, og som tilføres fra et innløpsrør 24. Innløps-røret 24 kan være koblet til en doseringsenhet som pumper eller blåser styrte mengder materiale inn i ringrommet. Ved denne innblåsingen vil det dannes et

gassrom i den nedre delen av ringrommet 21 i rørelektroden 15. Dette gassrommet strekker seg ned i metallbadet 12, og blir holdt oppvarmet av den elektriske utladningen som finner sted ved enden av elektrodene. Varmebehandlingen, f.eks. destruksjonen, av det tilførte materialet vil starte i dette området. Tilført gass sammen med gass som

5

utvikles under oppvarmingen vil vike unna ned i metallbadet 12, og strømme opp på yttersida av rørelektroden 15.

For å spre utstrømmende gass over en større del av metallbadet 12, og dessuten gi lengre kontakttid mellom materialet og det varme metallbadet, er det utvendig på rørelektroden 15 i avstand fra denne, plassert et rør 25 opphengt i lokket 13, med den frie enden 26 senket ned i metallbadet. Enden 26 danner således et ringrom 27 rundt på rørelektroden 15. Fra dette ringrommet fører det radiale åpninger 28, f.eks. fire ut fra klokkka 25 i metallbadet. Ved tilførsel av gass i metallbadet 12 vil den midlere spesifikke vekt av metallbadet bli redusert i bobleområdet sammenholdt av metallsmelta uten bobler. Denne tetthetsforskjellen medfører at metallbadet settes i sirkulasjon, noe som fører til økt kontakttid mellom gass og smelte.

For å redusere metallsprut er uttaket for pyrolyseprodukter gjennom rørstussen 14 forsynt med en stoppeplate 29 plassert på en sentral bærer 30.

Den intime blandingen som enden 26 gir mellom gass og smelte kan ogs oppnås på andre konstruktive måter. Et eksempel på en slik utforming er gitt i fig.2A og B, som viser en lukket, termisk isolert beholder 31 for ei metallsmelte 32. I beholderens lokk 33 er det en rørstuss 34 for uttak av gass, og en åpning for gjennomføring av brennerenheten 35. Brennerenheten 35 med tilførsels-ledninger for materialet som skal varmebehandles, er beskrevet i forbindelse med fig.l. Brennerenheten er i dette tilfellet plassert i et gasstett kammer 36. Kammeret 36 kan være en del av beholderen 31 adskilt fra resten av beholderen med en vertikal skillevegg 37 som som er ned-senket i metallsmelta 32. I skilleveggen 37 er det spalter 38 for at gass og smelte skal sirkulere i beholderen 31. Da kammeret 36 er gasstett, blir spaltningsproduktene fra brennerenheten 35 tvunget til å passere gjennom spalte 38 i skilleveggen 37 da uttaket for gass 34 befinner seg utenfor kammeret 36. Kammeret 36 med brennerenheten 35 kan plasseres på forskjellig sted i beholderen. Skilleveggen kan ha andre konstruktive utforminger enn den som er vist.

I fig. 3 er det vist eksempel på en tredje utførelsesform med skillevegg uten perforering.

Det er gitt nærmere opplysninger om materialer og dimensjonering, da dette er forhold som vil kunne fast-legges på fagmessig basis, og tilpasses de forskjellige bruksområder.

Alternative løsninger:

Utførelsesformen som er vist kan modifiseres på forskjellige måter. F.eks. kan den viste elektrode-brenneren byttes ut med en annen form for elektrodesystem hvor klokka 25, som er montert på rørelektoden 15 for å gi spredning opg økt oppholdstid på

gassen i metallbadet, og hvor prinsippet ofte betegnes som "mammutpumpe", både kan utelates og gjøres mer omfattende. Den intime blandingen som skjørtet 26 gir mellom gass og smelte kan og oppnås på andre konstruktive måter. Et eksempel på en slik utforming er gitt i fig. 2.

Claims (4)

1. Framgangsmåte for varmebehandling av pump- eller blåsbare materialer/stoffer, særlig for pyrolyse av avfallsmaterialer, hvor substansen som skal behandles pumpes eller blåses inn i et varmekammer med ei høgteraperatursmelte, særlig metallsmelte, og hvor termisk energi tilføres ved lysbueutladning mellom elektriske elektroder, karakterisert ved at substansen føres inn i den elektrisk ledende gassen i lysbueutladningen og at spaltningsproduktene fra denne varmebehandlingen tvinges til å passere gjennom smelta.

2. Apparat for gjennomføring av framgangsmåten i samsvar med patentkrav 1, med en lukket beholder (11), som opptar ei høgtemperatursmelte (12) og er forsynt med et innføringsrør for tilførsel av materiale som skal varmebehandles, og elektroder for tilførsel av termisk energi, karakterisert ved at en rørformet elektrode (15) som på i og for seg kjent måte er utformet for tilførsel av materialet, og som har den åpne enden rettet ned mot eller i smelta, og eventuelt organer (25) plassert ved den rørformete elektroden for å skape bevegelse, særlig sirkulasjon i smelta og spredning av spaltningsproduktene i smelta.

3. Apparat i samsvar med krav 2, karakterisert ved at den rørformete elektroden (15) er omgitt av et rør (25) med åpning vendt nedover, fortrinnsvis med sideveis gjennomstrømnings-åpninger (28) under badnivå.

4. Apparat i samsvar med krav 2, karakterisert ved at den rørformete elektroden (15) er ført ned i et kammer i beholderen, som er adskilt fra resten av smelta med en skillevegg, som eventuelt kan være perforert under badnivå med uttaket for spaltingsprodukter fra beholderen plassert utenfor denne skilleveggen.