NO314032B1 - Fremgangsmåte for oksidasjon av konsentrerte v¶sker som inneholder oksiderbare organiske bestanddeler - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for oksidasjon ved i det vesentlige over-atmosfærisk trykk av i det vesentlige alle organiske bestanddeler til stede i et konsentrat som er blitt tilveiebragt ved fordampning av spillvæsker. Oksidasjonen finner sted ved en tilstrekkelig høy temperatur med en gass, i hvilken den største bestanddel er oksygen, resulterende i et lite volum av eksosgass med høyt innhold av karbondioksid og en løsning av uorganiske salter, fra hvilken tungmetaller som er til stede i spillvæsken skilles ut som fast fase.

I dag streber industrien med å minimere sin miljøpåvirkning. En del av denne påvirkning er utslipp av forurenset avløp til vannveier og utslipp av forurensede gasser til omgivelsesluften.

Avløpet inneholder organiske stoffer i små konsentrasjoner og uorganiske ioner, avledet fra råmaterialer og fra kjemikalier innført til prosessen. Organisk stoff sedimenteres eller nedbrytes i de mottagende vannsystemer, og således forbrukes oksygenet i vannet. En del av de organiske stoffer tas opp av levende organismer. Noen av disse stoffer kan akkumuleres i levende vev og videre i næringskjeden. Noen av stoffene er giftige. Hovedmengden av det uorganiske materiale er oppløste salter, hvilke er til stede i store mengder i de mottagende vannsystemer. Ett av disse er natriumklorid som finnes i 3 kg pr. m<3> i Østersjøen og omkring 30 kg pr. m<3> i havene. Imidlertid kan de uorganiske stoffer også innbefatte små mengder metall ioner, som anses å være skadelige. Disse er hovedsakelig tungmetaller, slik som sink, mangan, kobber og kadmium.

Gassene dannet ved forbrenningsprosessene inneholder vanligvis store mengder karbondioksid og ofte svovel- og nitrogenoksider. Nylig er stor oppmerksomhet blitt rettet mot pyrolyserestene i gassene, dvs. de såkalte polyaromatiske hydrokarboner. Noen klor-organiske stoffer som finnes i av-løpsgassene anses å være miljømessig skadelige selv i meget lave konsentrasjoner.

Avløp som beskrevet ovenfor dannes ved ulike prosesser, for eksempel i næringsmiddelindustrien, i kjemisk industri og i skogsindustrien. Noen av disse væsker er meget konsentrerte og inneholder store mengder verdifulle kjemikalier, slik at de fordampes og brennes for kjemikaliegjenvinning. Det er velkjent at dette er tilfellet med kokevæsker for tremasse. Imidlertid er avløp fra tremasseblekingsanlegg så fortynnet at de for tiden hverken fordampes eller forbrennes, selv om en slik fremgangsmåte er kjent, for eksempel som beskrevet i finsk patentskrift nr. 85293, som herved innbefattes som referanse.

Tilsvarende spillvann produseres også ved andre prosesser innen trebearbeidingsindustrien, for eksempel ved avbarking, ved termomekanisk massefremstilling for fremstilling av TMP- eller CTMP-tremasse, og ved kjemisk koking av strå eller andre årlige planter, slik som bagasse og ulike typer gress.

Vanligvis inneholder disse avløp mindre enn 10 % oppløst materiale - ofte mindre enn 1 % - og det uorganiske materiale utgjør vanligvis omkring 10 til 50 % av den totale mengde oppløst materiale.

Avløpsvann slippes ut til elver, innsjøer og hav. I land med strenge miljøregler og forskrifter gjøres dette etter ekstern biologisk behandling i utluftede laguner eller aktiverte slamanlegg. I disse anlegg kan det organiske materiale til en viss grad, men ikke fullstendig, dekomponeres eller gjøres fast for separasjon. Det oppløste uorganiske materiale, særlig tungmetaller, forblir urørt. I prinsippet kan tungmetaller separeres fra avløpet ved hjelp av kjemisk utfelling. Ved meget lave konsentrasjoner av det uorganiske materiale kan imidlertid en fullstendig utfelling ikke oppnås, og separa-

sjonen av utfelt materiale fra store væskemengder er vanskelig.

I dag er fordampningsutstyr for konsentrasjon av selv store avløpsmengder kommersielt tilgjengelig. Når avløpet inneholder salter med begrenset løselighet, finner en krystallisasjon av disse salter sted når væskene fordampes til et høyt faststoffinnhold. Som et resultat blir overflatene som overfører varme på fordampningsutstyret tilsmusset, og fordampningskapasiteten reduseres. Denne tendens blir stadig tydeligere desto høyere den tilsiktede konsentrasjon er av fordampet væske. Ved fordampning separeres avløpet i et kondensat og et konsentrat. Kondensatet kan anvendes på ny i prosessen enten slik det er eller etter ytterligere rensing. Konsentratet, som inneholder hovedmengden av det organiske materiale i avløpet og nær alt det uorganiske materiale, påkrever avhending. Den beste måte å gjøre dette på er å oksidere det organiske materiale fullstendig til karbondioksid og vanndamp og å skille ut de skadelige metaller fra den uorganiske forbrenningsrest.

Det finnes utstyr utformet for forbrenning av konsentrater som er særlig vanskelige å behandle. Kommersielle anlegg er tilgjengelige i mange land, for eksempel slik som det som opereres av Ekokem Oy i Finland. Det er også noen industrielle foretak som har sine egne forbrenningsanlegg for avhending av farlig avfall. Karakteristisk for disse installasjoner er at de opereres ved atmosfærisk trykk og gjør bruk av luft som oksidasjonsmiddel. For å oppnå en fullstendig oksidasjon av alt organisk materiale, er en forbrenningstemperatur på minst 800 °C påkrevet, med en oppholdstid på flere sekunder i forbrenningskammeret. Ved forbrenning av væsker med høyt askeinnhold kan den nødvendige forbrenningstemperatur oppnås bare ved anvendelse av tilsatsbrennstoff, selv om væskene er blitt fordampet til et høyt faststoffinnhold. Disse typer forbrenningsovner markedsføres av for eksempel Ahlstrom Corporation og John Zink Company Ltd.

Luft inneholder kun ca. 21 % oksygen, og hovedmengden av det resterende er inert nitrogen, hvilket utgjør en ballast for forbrenningen. Med denne ballast behøves en vesentlig mengde energi for å øke temperaturen over 800 °C. Dette er hovedgrunnen til hvorfor ovnene behøver fossilt brensel, for eksempel naturgass eller brenselolje, for å oppnå og å opprettholde den nødvendige temperatur i forbrenningskammeret. Det fossile drivstoff påkrever selvfølgelig også forbrenningsluft, hvilket ytterligere øker mengden av inert nitrogen som skal føres gjennom forbrenningskammeret og den påfølgende avløpsgassledning.

Det spesifikke volum til gasser er høyt ved høye temperaturer og atmosfærisk trykk. Som et resultat blir forbrenningskammeret meget stort og anordningene som behøves for å rense og transportere gassen blir store og dessuten kostbare. Av denne grunn har ikke behandlingen av fortynnet avløp ved fordampning og forbrenning blitt en vanlig metode i prosessindustrien.

Det er vanlig kjent at volumet til gass ved en viss temperatur avtar ettersom trykket økes. Dette faktum nyttiggjøres for eksempel i forgassingsanlegg, som beskrevet i publikasjonene WO-93/022 og WO-93/09205. Imidlertid vedrører disse fremgangsmåter for å forgasse organisk materiale under reduserende betingelser, og ikke fullstendig oksidasjon av dette materiale.

Målet med den foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en ny og forbedret fremgangsmåte for å behandle forkonsentrerte avløpsvæsker ved fullstendig oksidasjon av i det vesentlige alt organisk materiale i væsken til karbondioksid og vanndamp, slik at alle skadelige metaller samtidig kan skilles ut på en enkel måte fra den uorganiske forbrenningsrest. Dette oppnås med utstyr som er vesentlig mindre og mindre kostbart enn utstyret som nå anvendes.

I denne kontekst anvendes følgende begreper:

"sluttkonsentrat'1, en væske som når den tilføres kontinuerlig gjennom en forstøvningsdyse inn i et trykksatt reaksjonskammer for i det vesentlige fullstendig oksidasjon av alt organisk materiale i konsentratet med sterkt oksygenanriket gass, alternativt ren oksygen, gir en reaksjonstemperatur på minst 800 °C,

"fødekonsentrat", en væske som kontinuerlig tilføres til en direktekontaktevaporator, og fordampes deri for å danne "sluttkonsentrat",

"slagg", den uorganiske rest som etterlates etter fullstendig oksidasjon av " sluttkon sen tratet",

"smeltet slagg", slagg som i det vesentlige er i væskefase,

"saltlake", en løsning som er dannet når slagg oppløses i vann,

"fast rest", den uløselige del av "slagg" når denne er løst i vann,

"gass", gassen omfatter de gassformige reaksjonsprodukter som dannes når sluttkonsentratet oksideres i det trykksatte reaksjonskammer, vanndampen dannet

av "sluttkonsentrat"-dampen, overskuddet av oksygen anvendt i rekasjonskammeret og inertgassen som muligens finnes med oksygenet.

I henhold til den foreliggende oppfinnelse tilveiebringes en fremgangsmåte for oksidasjon av konsentrerte væsker som inneholder oksiderbare, organiske bestanddeler, og fremgangsmåten er særpreget ved at den omfatter en kombinasjon av de følgende trinn, alle utført ved overatmosfærisk trykk: (a) å bringe et råstoff av den konsentrerte væske i direkte kontakt med en varm gass for å varme og fordampe væsken for å produsere et oksiderbart sluttkonsentrat ved en temperatur nær dets kokepunkt, og å kjøle den varme gass til en temperatur som ikke er mer enn 100 °C høyere enn sluttkonsentratets kokepunkt ved det rådende overatmosfæriske trykk, (b) å oksidere sluttkonsentratet ved en temperatur på minst 800 °C med en slik mengde gass som inneholder minst 60 volum% oksygen at der er et overskudd av oksygen i forhold til det teoretiske for full oksidasjon, resulterende i en suspensjon av varm gass og smeltet slagg, og

(c) å skille den smeltede slagg fra den varme gassen og oppløse den i vann.

I en fordrukken utførelsesform for utøvelse av den foreliggende oppfinnelse gjennomføres fremgangsmåten ved et overatmosfærisk trykk på minst 100 kPa, fortrinnsvis fra 900 til 1100 kPa. Det er vesentlig at oksidasjon gjennomføres med trykksatt gass som inneholder et overskudd av oksygen i forhold til mengden som teoretisk behøves for fullstendig å oksidere alt organisk materiale i sluttkonsentratet. Det foretrukne oksygeninnhold til den trykksatte gass er nær 100 volum%, men den trykksatte gass kan være forurenset av andre gasser, for eksempel nitrogen, karbonmonoksid eller karbondioksid. Innholdet av organisk materiale i fødekonsentratet velges slik at sluttkonsentratet vil nå et innhold av faste stoffer som gjør det mulig å holde en tilstrekkelig reaksjonstemperatur, minst 800 °C, fortrinnsvis 1000 °C, i reaksjonskammeret. Ved denne temperatur er slaggen i smeltet tilstand.

I henhold til den foreliggende oppfinnelse skilles smeltet slagg fra gassen før den bringes i kontakt med fødekonsentratet som skal ha øket innhold av tørre, faste stoffer. Smeltet slagg skilles fra gassen fortrinnsvis ved gravitasjonskraft og/eller sentrifugalkraft, etter at den smeltede slagg er bragt i kontakt med vann. Tungmetaller som finnes i slaggen vil danne uløselige salter, hovedsakelig karbonater, hvilke kan skilles fra saltlaken som ble dannet når slaggen ble bragt i kontakt med vann.

I henhold til en foretrukken utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse, får den smeltede slagg flyte ned en smal passasje til en slaggoppløsningsbeholder med omrøring, hvor vann bringes inn i slike mengder at dampen som dannes vil være tilstrekkelig til å hindre varm gass fra å trenge inn i oppløsningsbeholderen.

Den foreliggende oppfinnelse vil heretter bli beskrevet i nærmere detalj med henvisning til den vedlagte tegning. Tegningen illustrerer en anordning som er særlig egnet for utførelse av fremgangsmåten ifølge denne oppfinnelse, vist skjematisk fra siden.

På den vedlagte figur angir henvisningstall 1 et reaksjonskammer som er satt under et overatmosfærisk trykk på minst 100 kPa, fortrinnsvis ca. 1000 kPa absolutt trykk. Det ytre skall på reaksjonskammeret er en trykkbeholder 2 som inneholder vann med et trykk som svarer til det i reaksjonskammeret 1. Det er derfor ingen vesentlig trykkforskjell over veggen til reaksjonskammeret 1.1 reaksjonskammer 1 finnes en brenner 3, til hvilken sluttkonsentratet som skal oksideres pumpes, gjennom ledning 12. Oksygen føres til brenner 3 med kompressor, gjennom ledning 13. Hvis oksygenet har et tilstrekkelig trykk i lagringstanken, er kompressoren unødvendig. Oksygenet kan være forurenset med andre gasser, for eksempel nitrogen. I det sistnevnte tilfelle er det laveste oksygeninnhold i gassen 60 volum%.

I reaksjonskammer 1 opprettholdes en minimumstemperatur på 800 °C, fortrinnsvis ca. 1000 °C, slik at fullstendig oksidasjon av det organiske materiale gjennomføres og alle uorganiske stoffer smelter slik at de danner en smeltet slagg. Noen smeltede slaggpartikler treffer de indre overflater på reaktoren og strømmer ned på disse. De indre vegger på reaktoren, bygd av et egnet metall, kan utstyres med ildfast, flammesikkert materiale. I henhold til en foretrukket utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse er imidlertid den indre reaktorvegg ikke utstyrt med noe ildfast materiale, men reaktorveggen kjøles effektivt med vann, hvilket medfører at slagg hefter til veggen og danner et fast lag, hvilket reduserer varmeoverførselen gjennom veggen og beskytter metallet mot korrosjon.

Fordi skallet på reaksjonskammeret nesten ikke er utsatt for spenning, kan det utformes relativt fritt. Den nedre del kan bygges med passasje 4, gjennom hvilken gassen og den smeltede slagg kan strømme. Med en hensiktsmessig utformet nedre del på reaksjonskammeret, holdes en stor andel av den smeltede slagg på de indre vegger på kammeret og skilles derved fra gassen. På grunn av den store forskjellen i tetthet mellom slaggen og gassen, kan smeltede slaggdråper som er suspendert i gassen skilles fra ved å endre strømningsretningen på gassen, for eksempel ved å la gassen strømme gjennom den oppadstigende kanal 5, samtidig som slaggen på grunn av gravitasjonen strømmer nedover gjennom kanal 6. Kanal 6 leder til slaggoppløsningsbeholder 14. Ettersom det er en åpen passasje mellom reaksjonskammer 1 og slaggoppløsningsbeholder 14, er trykkene i disse beholderne like.

Gassen og den smeltede slagg separeres ved en temperatur som ikke er vesentlig forskjellig fra reaksjonstemperaturen inne i reaktor 1. Den varme gass ledes til kontaktanordning 7, i hvilken innholdet av de faste stoffer i fødekonsentratet som er pumpet inn gjennom ledning 8, økes ved å bringe det i direkte kontakt med den varme gassen. En utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse er at konsentratet sprøytes inn i anordningen gjennom dyse 9. Inne i kontaktanordningen 7 finner en intensiv blanding av gass og fødekonsentrat sted. I kontaktanordning 7 avkjøles gassen til en temperatur nær temperaturen til sluttkonsentratet ved utløpet av kontaktanordning 7. Saltdampene som finnes i den varme gassen går over til fast stoff i kontaktanordning 7 og er i stor grad fanget inn av konsentratet. En del av energien som frigjøres når gassen avkjøles vil varme opp konsentratet til kokepunktet som svarer til det rådende trykk, og overskuddsenergien som frigjøres vil medføre fordampning av vann fra fødekonsentratet. Denne damp blandes med gassen som er blitt avkjølt.

Væskefasen separeres fra gassen i anordning 10. Sluttkonsentratet som således er skilt ut samles i trykkbeholder 11 som virker som en buffertank som balanserer konsentrasjonsvariasjoner. Sluttkonsentratet som er blitt varmet til kokepunktet pumpes deretter fra denne tank til brenner 3 i reaksjonskammeret via ledning 12.

Den smeltede slagg strømmer gjennom kanal 6 ned til trykkbeholder 14, til hvilken vann ledes via ledning 15. Væsken i beholder 14 omrøres, for eksempel med impeller 16 i oppløsningsbeholderen. Strømmen av innkommende vann og dets temperatur justeres slik at en viss mengde damp frigjøres når den smeltede slagg oppløses i saltlaken i beholder 14. Dampen strømmer opp gjennom kanal 6 og hindrer den varme gassen fra å trenge inn i beholder 14. Denne damp blandes med den varme gass i kanal 6. På denne måte vil ikke temperaturen i beholder 14 overskride temperaturen til den mettede damp som frigjøres fra saltlaken. Dette gjør materialvalget for trykkbeholder 14 enklere.

For å stabilisere saltinnholdet og volumet av væske i beholder 14, tas saltlake ut via ledning 17. Noe materiale som finnes i saltlaken er ikke enkelt å løse. Vanligvis er saltløsningen alkalisk ettersom en del av det anioniske organiske materiale er fjernet ved oksidasjon og det korresponderende kationiske materiale til stede i slaggen har reagert med karbondioksid i gassen og dannet karbonater. Dersom dette ikke finner sted, kan for eksempel natriumkarbonat eller natriumsulfid bringes inn med innkommende vann gjennom ledning 15. Tungmetaller som finnes i slaggen danner praktisk talt uløselige karbonater og sulfider, en fast rest. De kan derfor fjernes som en fast fase fra saltløsningen. Dette gjøres for eksempel med filter 18 eller en sentrifuge. Om nødvendig kan saltlaken kjøles ned før den faste fase skilles fra. Saltlaken, fra hvilken den faste rest er fjernet, kommer deretter ut som strømning 19, mens den faste rest 20 fjernes separat for videre behandling.

Den avkjølte avgass som strømmer ut fra anordning 10 via ledning 23 består hovedsakelig av karbondioksid og vanndamp. Den inneholder også en viss mengde oksygen som er nødvendig for å opprettholde et oksiderende miljø i alle deler av utstyret. Gassen i ledning 23 inneholder også en viss mengde dråper av konsentrat ettersom separasjonen av sluttkonsentratet fra den avkjølte gass i anordning 10 er ufullstendig.

Vanndampen i avgassen i ledning 23 kommer delvis fra den fuktige rest i sluttkonsentratet som er blitt ført til brenner 3, dels fra reaksjonen mellom oksygen og hydrogen som er til stede i organisk materiale i sluttkonsentratet, og dels fra trykkbeholder 14. Den direkte fordampning av konsentrat i kontaktanordning 7 øker også mengden av vanndamp i avgassen.

Ved å kjøle den utgående gass, kan det meste av vanndampen kondenseres og fjernes i flytende tilstand. Dråper av innfanget konsentrat i kondensatet kan også skilles fra, hvilket renser gassen. Samtidig reduseres gassvolumet vesentlig. Kondensasjon av vanninnholdet i avgassen illustreres på den vedlagte figur ved varmevekslerne 21 og 22, til hvilke gassen føres via ledning 23. Kaldt vann pumpes via ledning 24 gjennom varmevekslerne 21 og 22, fortrinnsvis i motstrømsretningen vist på Figuren. Vannet varmes og fordampes i varmevekslerne og slippes ut som lavtrykksdamp gjennom ledning 25. Det potensielt noe forurensende kondensat slippes ut via ledning 26. Kvaliteten på konsentratet bestemmer om det kan anvendes som prosessvann eller om det for eksempel bør kombineres med spillvæsken, hvorfra konsentratet skriver seg, og resirkuleres til utstyret som her er beskrevet.

Den avkjølte gass slippes ut fra varmeveksler 22 via ledning 27. Dens hovedkomponent er nå karbondioksid. Den inneholder også overskuddsoksygen og muligens noen spor av organisk forurensning. Gassvolumet er lite på grunn av overtrykket og den lave temperatur etter avkjøling. Om nødvendig kan gassen fremdeles føres gjennom adsorpsjonsanordning 28, for eksempel gjennom en innsats med aktivt kull, før den anvendes som ren karbondioksid et annet sted i prosessen, eller slippes ut i atmosfæren via en trykkavlastningsventil og utløp 29.

Eksempel

En foretrukken utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse beskrives i det følgende eksempel. Samtidig poengteres fordelene med oppfinnelsen fremfor kjent teknologi.

En tremassefabrikk med en daglig produksjon på 1000 tonn bleket tremasse av bløtt tre kan anses vanlig for moderne tremasseindustri. I fabrikken anvendes klordioksid og kaustisk soda som kjemikalier for bleking. Under □lekeprosessen slippes det ut omtrent 20 kg organiske stoffer pr. tonn fremstilt tremasse. Restene av blekekjemikaliene, ytterligere 20 kg salter pr. tonn tremasse, slippes også ut. Saltet er hovedsakelig natriumklorid. En del av natriumet er bundet til organiske syrer som er blitt dannet under blekeprosessen. Disse stoffer overføres inn i avløpet fra blekefabrikken. For dette avløp er det vanlig med et kjemisk oksygenbehov (COD) på 22 kg pr. tonn tremasse.

For å oppnå en fullstendig oksidasjon av alt organisk materiale - innbefattende klorert organisk materiale - må oksidasjonen finne sted med et overskudd av oksygen ved en temperatur på omkring 1000 °C. Med den foreliggende opp-

finnelse kan dette gjennomføres på følgende måte:

Spillvæske 8 forventes å ha oppnådd et innhold av faste stoffer på ca. 35 % ved fordampning. Den pumpes deretter til anordning 7, i hvilken vanndamp fordampes fra konsentratet. Overtrykket i anordningen er 10 bar. Konsentratet i oppsamlingsbeholder 11 når deretter temperaturen 180 °C med et innhold av faste stoffer på ca. 42 %. Innholdet av faste stoffer - av hvilke halvparten er oksiderbart organisk materiale og resten uorganiske stoffer - er tilstrekkelig til å opprettholde en reaksjonstemperatur på 1000 °C i reaksjonskammeret, gitt at ren oksygen anvendes for oksidasjonen. Det antas at et overskudd på 3 % oksygen anvendes i reaktoren.

I dette tilfelle bringes 0,253 kg/s oksygen 13 til reaktoren for å oppnå i prinsippet fullstendig oksidasjon. Reaksjonsproduktene som dannes utgjøres av 0,258 kg/s uorganisk smeltet slagg og 1,090 kg/s gass som består av karbondioksid, vanndamp og overskuddsoksygen. Ved en temperatur på 1000 °C og med et overatmosfærisk trykk på 10 bar, er strømningshastigheten til gassen gjennom reaktorutløpet 0,515 m<3>/s. Med en gasshastighet på 10 m/s er strømningstverrsnittet 5,15 dm<2>, som svarer til et rør med en indre diameter på omkring 250 mm.

Strømmen av smeltet slagg gjennom reaktorutløp 4 er omtrent 0,215 dm<3>/s. Med en strømningshastighet på 1 m/s, fyller den smeltede slagg et strømningstverrsnitt på omtrent 0,02 dm<3>, hvilket er under 1 % av det for gassen. Gasstettheten i denne tilstand er omtrent 2,11 kg/m , mens tettheten av den flytende slagg er omtrent 1,200 kg/m . Separasjonen av smeltet slagg fra gassen er derfor ikke vanskelig.

I tilfellet hvor et saltkonsentrat på omtrent 35 % holdes i oppløsn in gsbeholderen 14, må en vannmengde på 0,92 kg/s tilføres via ledning 15. Av vannet som er tilsatt, fordampes omtrent 0,17 kg/s når den varme slagg avkjøles og oppløses i vann. Ved et overtrykk på 10 bar når dampen en temperatur på ca. 180 °C, og strømningshastigheten er 0,038 m /s. Dersom en indre diameter på 100 mm velges for ledning 6, er hastigheten av dampen som strømmer oppover i passasjen omtrent 5 m/s, hvilket er tilstrekkelig til å hindre varm gass fra å trenge inn i beholder 14. Dersom oppløsningsbeholder 14 er utformet for en oppholdstid på 15 minutter, er det nødvendige saltlakevolum i denne beholder omtrent 0,7 m .

Etter direkte fordampning i anordningen 10 inneholder avgassen til varmeveksleren 21 ca. 0,355 kg/s karbondioksid, 0,0075 kg/s oksygen og 1,151 kg/s vanndamp. Den totale strømningshastighet til gassen ved et overtrykk på 10 bar og temperatur 180 °C, er 0,272 m<3>/s. Dersom den indre diameter for røret velges til 200 mm, vil strømningshastigheten til gassen være ca. 8,5 m/s. Damptrykket i gassen er høyt, omkring 886 kPa, hvilket gjør det mulig å kondensere en vesentlig del av vanndampen fra avgassen 23. Dersom gassen kjøles til 100 °C i varmeveksler 21, vil mer enn 98 % av dampen kondenseres og den totale avgasstrøm blir omtrent 0,380 kg/s. Avgasstrømmen ved 10 bar overtrykk er omtrent 20 dm /s, og denne kan transporteres i et rør med en indre diameter på 80 mm.

For sammenligning og for å påpeke fordelene med oppfinnelsen fremfor den kjente teknologi, utføres den samme beregning for tilfellet hvor inndampet avløp fra den samme antatte blekefabrikk forbrennes på konvensjonell måte.

Med konvensjonell teknologi ville konsentratet avhendes i en atmosfærisk forbrenner med luft som oksygenkilde. Det er sannsynlig at spillvæsken ville inndampes til et innhold av faste, tørre stoffer større enn 35 %, hvilket - som beskrevet i eksemplet ovenfor - ville være tilstrekkelig i henhold til den foreliggende oppfinnelse. La oss anta at konsentratet inndampes til et innhold av tørre, faste stoffer på 50 % før det innføres i forbrenneren.

For å nå en forbrenningstemperatur på 1000 °C, behøves tilsatsbrennstoff i forbrenneren. På grunn av nitrogenballasten i forbrenningsluften, behøves ca. 0,6 kg olje for hvert kilo tørre, faste stoffer i konsentratet. Fordi gassene er ved atmosfærisk trykk, kan ikke vanndamp kondenseres fra avgassen ved temperaturer høyere enn 100 °C, og således anvendes for fremstilling av damp under trykk. Gitt at ingen store mengder av vann av dårlig kvalitet produseres, slippes vanndampen ut med gassene, hvilket er tatt i betraktning ved beregning av verdiene i tabellen nedenfor.

Den følgende tabell gir data for sammenligning av konsentratoksidasjon slik den gjennomføres med den foreliggende oppfinnelse og slik den gjennomføres med kjent teknologi. Tallene henviser til eksemplet med tremassefabrikkens blekeanlegg beskrevet tidligere.

Sammenligning mellom oppfinnelsen og kjent teknologi.

Som det kan ses gjør den foreliggende oppfinnelse det mulig å oksidere konsentratet ved den nødvendige reaktortemperatur på 1000 °C med et lavere innhold av tørre, faste stoffer i tilførselskonsentratet. I dette eksempel av opp-

finnelsen er oksidasjonen utført med ren oksygen. Den nye fremgangsmåte gjør det dessuten unødvendig å anvende noe tilsatsbrennstoff, i motsetning til konvensjonelle fremgangsmåter. Mengdene av oksygen ved den nye teknologi og brenselolje ved den kjente teknologi er nesten like. Ettersom prisen på oksygen per kilo er omtrent halvparten av prisen på brenselolje per kilo, vil driftskostnadene med den nye teknologi være vesentlig mindre enn dem for konvensjonelle fremgangsmåter.

Den foreliggende oppfinnelse leder til et vesentlig mindre utstyrsvolum, som det kan ses ved sammenligning mellom de nødvendige reaktorvolum. I henhold til den foreliggende oppfinnelse er reaktorvolumet mindre enn 5 % av forbrennings-kammervolumet i konvensjonelle forbrennere, med tilsvarende designverdier. Forskjellen mellom avgassvolumene er også bemerkelsesverdig. Dette reflekteres i størrelsen og kostnaden til utstyret for å transportere og rense avgassen.

Claims (12)

1. Fremgangsmåte for oksidasjon av konsentrerte væsker som inneholder oksiderbare, organiske bestanddeler, karakterisert ved at den omfatter en kombinasjon av de følgende trinn, alle utført ved overatmosfærisk trykk: (a) å bringe et råstoff av den konsentrerte væske (8) i direkte kontakt (7) med en varm gass (5) for å varme og fordampe væsken for å produsere et oksiderbart sluttkonsentrat (11) ved en temperatur nær dets kokepunkt, og å kjøle den varme gass til en temperatur som ikke er mer enn 100 °C høyere enn sluttkonsentratets kokepunkt ved det rådende overatmosfæriske trykk, (b) å oksidere (1) sluttkonsentratet (11) ved en temperatur på minst 800 °C med en slik mengde gass (13) som inneholder minst 60 volum% oksygen at der er et overskudd av oksygen i forhold til det teoretiske for full oksidasjon, resulterende i en suspensjon av varm gass (5) og smeltet slagg (6), og (c) å skille den smeltede slagg (6) fra den varme gassen og oppløse den i vann (15).

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den utøves ved et trykk som er minst 100 kPa over atmosfærisk trykk, fortrinnsvis ved 900-1100 kPa.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 og 2, karakterisert ved at den omfatter oksidasjon med en gass (13) som inneholder en mengde oksygen som teo retisk er tilstrekkelig til fullstendig å oksidere alt organisk materiale i sluttkonsentratet til karbondioksid og vann.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1 og 2, karakterisert ved at den omfatter å skille den smeltede slagg og den varme gass ved gravitasjon og/eller sentrifugalkraft.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 4, karakterisert ved at den fraskilte smeltede slagg ledes til å strømme gjennom en åpen kanal (6) inn i en omrørt (16) beholder (14), og vann tilføres til beholderen (14) i slik mengde at dampen som dannes når smeltet slagg avkjøles med vann er tilstrekkelig til å forhindre noen vesentlig mengde varm gass fra å trenge inn i beholderen (14) gjennom kanalen (6).

6. Fremgangsmåte ifølge krav 5, karakterisert ved at den omfatter å innbefatte karbonationer i vannet i beholderen (14) for å danne uløselige karbonater med metallene som finnes i den smeltede slagg.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 5, karakterisert ved at den omfatter å innbefatte sulfidioner i vannet (16) til beholderen (14) for å danne uløselige sulfider med metallene som finnes i den smeltede slagg.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 6 eller 7, karakterisert ved at en fast rest (20), omfattende de uløselige karbonater og/eller sulfider, skilles fra saltlaken (19) ved filtrering (18) eller ved anvendelse av sentrifugalkraft.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 1 og 2, karakterisert ved at den avkjølte gass (23) videre kjøles indirekte (21, 22) til en temperatur som fortrinnsvis er under 100 °C for å kondensere vanndamp fra avgassen (27) og vesentlig å redusere dens volum.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 9, karakterisert ved at kjølingen bevirkes med kokende vann, som således danner damp som tas ut gjennom en ledning (25).

11. Fremgangsmåte ifølge krav 9, karakterisert ved at avgassen etter avkjøling (27) ledes gjennom et adsorpsjonsmedium (28), fortrinnsvis aktivt kull, for å fjerne mulige spor av organisk materiale.

12. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den oksygenholdige gass (13) som anvendes for oksidasjon er avgass fra andre prosesser, for eksempel et osonblekingstrinn i tremassefabrikken.