PL197751B1 - Sposób obróbki szlamu oraz urządzenie do obróbki szlamu - Google Patents

Abstract

1. Sposób obróbki szlamu, posiadaj acego cz esc ciek la oraz wymieszane z ni a cz astki zawieraj ace metal, które to cz astki zawieraj a metal, tlenek metalu lub wodorotlenek metalu, znamienny tym, ze rozpyla si e szlam, nast ep- nie doprowadza si e rozpylony szlam do p lomie- nia palnika w piecu, doprowadza si e ciek l a cz esc szlamu do parowania za pomoc a p lomie- nia przy równoczesnym utrzymywaniu p lomie- nia za pomoc a oddzielnego doprowadzania paliwa oraz doprowadza si e co najmniej cz esc cz astek zawieraj acych metal do stopienia za pomoc a p lomienia. PL PL PL PL PL PL PL PL

Description

(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (21) Numer zgłoszeni: ³⁶³⁵⁴¹ (²²) Data z^głoszema: 2^02.2002 (86) Data i numer zgłoszenia międzynarodowego:

21.02.2002, PCT/SE02/00303 (87) Data i numer publikacji zgłoszenia międzynarodowego:

29.08.2002, WO02/66895 PCT Gazette nr 35/02 (11) 197751 (13) B1 (5) ) Itidil.

F23G 7/04 (2006.01) (54)

Sposób obróbki szlamu oraz urządzenie do obróbki szlamu

	(73) Uprawniony z patentu: AGA AKTIEBOLAG,Lidingó,SE
(30) Pierwszeństwo:
22.02.2001,SE,0100597-4	(72) Twórca(y) wynalazku:
	Joachim von Scheele,Taby,SE
(43) Zgłoszenie ogłoszono:	Mats Johansson,Lidingo,SE
29.11.2004 BUP 24/04	Lennart Rangmark,Alvsjo,SE
(45) O udzieleniu patentu ogłoszono:	(74) Pełnomocnik:
30.04.2008 WUP 04/08	Górczak Jolanta, JAN WIERZCHON & PARTNERZY, Biuro Patentów i Znaków Towarowych

(57) 1i Sposób obróbki szlamu, posiadającego część ciekłą oraz wymieszane z nią cząstki zawierające metal, które to cząstki zawierają metal, tlenek metalu lub wodorotlenek metalu, znamienny tym, że rozpyla się szlam, następnie doprowadza się rozpylony szlam do płomienia palnika w piecu, doprowadza się ciekłą część szlamu do parowania za pomocą płomienia przy równoczesnym utrzymywaniu płomienia za pomocą oddzielnego doprowadzania paliwa oraz doprowadza się co najmniej część cząstek zawierających metal do stopienia za pomocą płomienia.

PL 197 751 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób obróbki szlamu oraz urządzenie do obróbki szlamu. W szczególności, przedmiotem wynalazku jest sposób i urządzenie do obróbki szlamu posiadającego część ciekłą oraz wymieszane z nią cząstki zawierające metal, które to cząstki zawierają metal, tlenek metalu lub wodorotlenek metalu.

Szlam lub zawiesina zawierająca materiały odpadowe wymieszane w nim stanowi problem w dzisiejszym przemyśle. W przemyśle metalurgicznym nie ma żadnego odpowiedniego sposobu obrabiania szlamu z koksowni, wielkich pieców, konwertorów i walcowni, np. zanieczyszczonych olejem zgorzelin i wodorotlenków z trawienia. W większości przypadków materiały takie składuje się w pewnym pośrednim magazynie lub wywozi się na wysypisko. Inną dziedziną, w której występuje problem odzyskiwania materiałów, jest przemysł petrochemiczny, gdzie powstaje produkt odpadowy w postaci szlamu.

Istnieje coraz większy nacisk ze strony władz i odbiorców, by znaleźć nowe rozwiązania. Wcześniejsze rozwiązanie polegające na wywożeniu na wysypisko nie może już być realizowane i w wielu krajach jest nielegalne. Istniejące sposoby przetwarzania i odzyskiwania są drogie.

Z ekonomicznego i środowiskowego punktu widzenia często preferowanym rozwiązaniem wymienionego wyżej problemu z materiałami odpadowymi jest odzyskiwanie. Jednakże odzyskiwanie często oznacza pewnego rodzaju proces zewnętrzny związany z transportowaniem do oczyszczalni, przy czym procesy te są oddzielone od normalnego łańcucha procesów technologicznych.

Znanym rozwiązaniem tych problemów jest paletyzacja lub brykietowanie materiału odpadowego w celu późniejszego wprowadzenia do pieca. Jednakże rozwiązanie takie wiąże się z problemem dodatkowych kosztów na oddzielne urządzenie do suszenia i następnie paletyzacji materiału odpadowego.

Opis patentowy DE 24 60 799 ujawnia sposób spalania oleju zawierającego cząstki metalu. Celem tego sposobu jest likwidowanie oleju bez uwalniania niepożądanych cząstek do spalin. Spalanie oparte jest wyłącznie na energii dostarczanej przez sam olej.

Opis patentowy DE 42 41 283 ujawnia proces gazyfikacji, w którym odzyskuje się cząstki. Nie stosuje się tu oddzielnego zasilania paliwem.

Opis patentowy CH 461 009 A ujawnia palnik stosowany do olejów zawierających cząstki, w którym dodatkowe paliwo jest stosowane w przypadku, gdy olej nie może podtrzymywać spalania.

Opis patentowy DE 2 409 097 A ujawnia urządzenie do rozdrabniania materiałów poddawanych pompowaniu.

Celem przedmiotowego wynalazku jest opracowanie sposobu oraz urządzenia do obróbki szlamu, a zwłaszcza sposobu i urządzenia do obróbki szlamu zawierającego wymieszane w nim cząstki zawierające metal, tlenek metalu lub wodorotlenek metalu, z uniknięciem lub przynajmniej z ograniczeniem wymienionych wyżej wad znanych procesów.

Według wynalazku, sposób obróbki szlamu, posiadającego część ciekłą oraz wymieszane z nią cząstki zawierające metal, które to cząstki zawierają metal, tlenek metalu lub wodorotlenek metalu, charakteryzuje się tym, że rozpyla się szlam, następnie doprowadza się rozpylony szlam do płomienia palnika w piecu, doprowadza się ciekłą część szlamu do parowania za pomocą płomienia przy równoczesnym utrzymywaniu płomienia za pomocą oddzielnego doprowadzania paliwa oraz doprowadza się co najmniej część cząstek zawierających metal do stopienia za pomocą płomienia.

Korzystnie, prowadzi się dodatkowy etap, w którym odzyskuje się cząstki zawierające metal w fazie ciekłej lub stałej.

Korzystnie, palnikiem jest palnik tlenowo-paliwowy.

Korzystnie, palnikiem jest palnik plazmowy.

Korzystnie, zawartość metalu w szlamie wynosi co najmniej 5%, korzystniej co najmniej 20%, a najkorzystniej co najmniej 50%.

Korzystnie, szlamem jest produkt odpadowy z procesu technologicznego.

Korzystnie, płomień jest utrzymywany głównie przez energię zawartą w szlamie.

Według wynalazku, urządzenie do obróbki szlamu, charakteryzuje się tym, że zawiera zbiornik szlamu, palnik mający podczas swego działania płomień, oraz urządzenie zasilające włączone pomiędzy zbiornik a palnik w celu doprowadzania szlamu ze zbiornika do palnika, przy czym palnik posiada doprowadzający paliwo przewód do utrzymywania płomienia, rurę doprowadzania szlamu do płomienia, oraz rozpylacz do rozpylania szlamu.

PL 197 751 B1

Nieoczekiwanie stwierdzono, że mokry materiał można doprowadzać bezpośrednio do płomienia palnika, gdzie następuje odparowanie, a cząstki zawierające metal ulegają stopieniu.

Proces według wynalazku pozwala zatem na wyeliminowanie oddzielnego etapu suszenia, bowiem mokry materiał jest doprowadzany bezpośrednio do pieca. A zatem, unika się kosztów na dodatkowe wyposażenie i skraca się czas obróbki.

Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania uwidoczniono na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat urządzenia według wynalazku do obróbki szlamu i innych mokrych materiałów odpadowych, fig. 2 przedstawia przekrój palnika, zaś fig. 3 przedstawia widok z przodu palnika pokazanego na fig. 2.

Określenie „szlam” zasadniczo oznacza materiał dostarczany do urządzenia. Jednakże należy zauważyć, że obejmuje ono inne materiały, takie jak zawiesinę, muł lub osad zawierający cząstki węgla, łącznie z koksem, węglem odbarwiającym itd. oraz resztki naftowe, odpady z produkcji ropy naftowej, z rafinerii i przemysłu petrochemicznego, osad ściekowy, itd. Ponadto, w korzystnym przykładzie wykonania zawartość metalu w szlamie wynosi co najmniej 5%, korzystniej co najmniej 20%, a najkorzystniej co najmniej 50%.

Na fig. 1 przedstawiono cały schemat urządzenia 10 do obrabiania szlamu i innych mokrych materiałów odpadowych. Urządzenie to jest zbudowane wokół palnika 20 zamontowanego w bocznej ścianie pieca 30. Palnik ten jest tak zwanym palnikiem paliwowo-tlenowym, a więc jest zasilany paliwem poprzez pierwszy zasilający przewód 21 i tlenem poprzez drugi zasilający przewód 22. Pod określeniem tlen rozumiany jest tu gaz o zawartości O2 większej niż 21%, a korzystnie tak zwany tlen techniczny o zawartości O2 w przybliżeniu 90-100%.

Szlam jest doprowadzany do palnika poprzez trzeci zasilający przewód 23. Ten trzeci zasilający przewód 23 jest dołączony do urządzenia doprowadzającego 40. To doprowadzające urządzenie 40 zawiera zbiornik 42, do którego doprowadzany jest mokry materiał początkowy w postaci szlamu. Szlam ten jest kierowany ze zbiornika 42 do urządzenia zawierającego zasilającą pompę 45 napędzaną silnikiem 46. Za pomocą zasilającej pompy 45 szlam jest przemieszczany do palnika 20 z prędkością określoną przez prędkość pompy zasilającej.

Palnik 20 jest również zasilany odpowiednim medium przeznaczonym do rozpylania szlamu, takim jak tlen lub inny gaz itd. To medium rozpylające jest doprowadzane do palnika ze źródła (nie pokazano) poprzez wlot 25.

W przykładowym urządzeniu, pokazanym na fig. 1, piec 30 jest oddzielnym zespołem posiadającym wylot 32 przy swej dolnej części do wyprowadzania cząstek zawierających roztopiony metal, uzyskanych przez obróbkę szlamu. Piec zawiera również w swej górnej części wylot 34 do wyprowadzania spalin wytworzonych przez parowanie i spalanie szlamu podczas działania urządzenia. Na dnie pieca gromadzi się wsad 36 pochodzący z materiału doprowadzanego do pieca 30 poprzez palnik.

Pierwszy przykład wykonania palnika 20 zostanie opisany bardziej szczegółowo poniżej w odniesieniu do fig. 2 i 3, przy czym na fig. 2 przedstawiono przednią część palnika w przekroju, a na fig. 3 przedstawiono palnik w widoku z przodu. Palnik ten jest przeznaczony do używania z paliwem gazowym, takim jak propan, gaz ziemny lub butan, albo z olejem opałowym.

Palnik 20 ma główną część 24, do której dołączone są pokazane na fig. 1 zasilające przewody 21-23 i 25. Ta główna część 24 ma przekrój zasadniczo kołowy, jak pokazano na fig. 3, gdzie bardziej szczegółowo widać konfigurację zasilających przewodów 21-23. Paliwo jest doprowadzane poprzez pierwszy zasilający przewód 21 w postaci sześciu równo odległych rur 21a-f usytuowanych w stałej odległości od środkowej osi głównej części 24. Tlen jest doprowadzany poprzez pierścieniową zewnętrzną część 22 i dzięki temu otacza paliwo doprowadzane przewodami 21a-f. Wreszcie szlam jest doprowadzany przewodem 23, który jest umieszczony współosiowo w palniku.

W rurze 23, przeznaczonej do szlamu, umieszczone jest rozpylające urządzenie 26. Działa ono w następujący sposób. Medium rozpylające, takie jak tlen,jest doprowadzane do palnika w miejscu 25 poprzez wiele rur. Rury te kończą się w środkowej rurze 23 dla szlamu i są dołączone do niej pod pewnym kątem, na skutek czego szlam opuszczający rurę 23 jest rozpylany lub rozdzielany.

Jak już wspomniano, palnik 20 jest zamontowany w bocznej ścianie pieca 30. W korzystnym przykładzie wykonania palnik może być przechylany, to znaczy może być ustawiany pod różnymi kątami względem poziomu i pionu. Te różne kierunki mogą być wykorzystywane do uzyskania żądanych właściwości procesu spalania.

PL 197 751 B1

Poniżej opisany zostanie szczegółowo sposób obrabiania szlamu.

Początkowo szlam jest doprowadzany do zbiornika 42 zasilającego urządzenia 40. Szlam ten ma wymieniony powyżej charakter, to znaczy zawiera ciecz, w której wymieszane są cząstki zawierające metal. Te cząstki zawierają metal, tlenek metalu lub wodorotlenek metalu.

Szlam jest transportowany z pojemnika do zasilającej pompy 45, która doprowadza ten szlam do palnika 20. Prędkość, z jaką szlam jest doprowadzany do palnika, jest określona przez prędkość zasilającej pompy 45.

Działanie paliwowo-tlenowego palnika 20 jest sterowane przez ilość paliwa i tlenu doprowadzanych przez odpowiednio pierwszy i drugi zasilający przewód 21 i 22. Te przewody zasilające są dołączone do źródeł paliwa i tlenu (nie pokazano), jak to jest znane. Do palnika poprzez wlot 25 dołączone jest również źródło medium rozpylającego.

Działanie palnika 20 zostanie teraz opisane bardziej szczegółowo na podstawie fig. 2 i 3, przedstawiających palnik gazowy lub olejowy. Szlam doprowadzany jest środkowym zasilającym przewodem rurowym 23 z prędkością, która jest sterowana przez pompę zasilającą. Przed dojściem do płomienia 27, powstającego z mieszanki tlenu z paliwem i ewentualnie z paliwa zawartego w szlamie, szlam ten jest rozpylany za pomocą rozpylacza 26. W pewnych przypadkach spalanie może być podtrzymywane przez energię zawartą w szlamie i w takich przypadkach paliwo dostarczane zasilającym przewodem 21 jest wykorzystywane głównie do zapoczątkowania spalania. Szlam wychodzący z przedniej części palnika jest zatem podzielony na niewielkie fragmenty, co umożliwia sprawne nagrzewanie szlamu.

Paliwo jest doprowadzane zasilającymi przewodami rurowymi 21a-f (patrz fig. 3), natomiast osłona tlenowa jest doprowadzana poprzez pierścieniowy zasilający obszar 22. Mieszanka tlenu z paliwem daje w wyniku płomień 27, którego właściwości, takie jak długość, temperatura itd., są kontrolowane przez prędkość doprowadzania paliwa i tlenu. Im większa jest zawartość tlenu, tym wyższa jest temperatura, przy czym teoretycznie osiągalna temperatura płomienia wynosi w przybliżeniu 1500°C lub więcej. Tak więc szlam jest wprowadzany w środkową część płomienia.

Jak pokazano na fig. 2, zawierające metal cząstki szlamu wprowadzonego w płomień zbrylają się, tworząc bryłki większe niż cząstki znajdujące się w szlamie. Proces aglomeracji jest sterowany za pomocą kilku parametrów, z których można wymienić: temperaturę i prędkość płomienia 27, zawartą energię i gęstość wprowadzanego szlamu, właściwości stechiometryczne, to znaczy stosunek utleniającego gazu do dodanego paliwa, zawartość tlenu w gazie utleniającym, prędkość doprowadzania tlenu i dodanego paliwa, prędkość wprowadzania szlamu i jego właściwości, czas przebywania szlamu w płomieniu oraz właściwości i konstrukcję palnika, np. przechylanie.

Wilgoć jest odparowywana ze szlamu na skutek wysokiej temperatury płomienia wytwarzając spaliny wznoszące się w piecu 30 i następnie uchodzące poprzez wylot 34 spalin. Utworzone bryłki i kropelki spadają na dno pieca 30, gdzie zostają dodane do wsadu 36. Wsad ten jest następnie wykorzystywany w fazie ciekłej lub stałej w stanie po wytworzeniu. Alternatywnie wsad jest zawracany do procesu.

Opisano korzystny przykład realizacji sposobu i urządzenia według wynalazku. Fachowiec zauważy, że można wprowadzać zmiany w zakresie określonym przez załączone zastrzeżenia patentowe. Chociaż przedstawiono tlenowo-paliwowy palnik 20, można stosować inne konwencjonalne palniki, takie jak palniki plazmowe lub w pewnych przypadkach palniki powietrzno-paliwowe o dużej sprawności cieplnej.

Ponadto przedstawiono oddzielny piecowy zespół 30. Sposób według wynalazku równie dobrze nadaje się do stosowania w innych rodzajach pieców, takich jak elektryczne piece łukowe, piece indukcyjne, piece płomienne, piece ogrzewane elektrycznie, wielkie piece, żeliwiaki i konwertory itd.

Ponadto w opisanym przykładzie wykonania palnik jest umieszczony w bocznej ścianie pieca. Należy jednak zauważyć, że możliwe są inne odpowiednie położenia, takie jak w górnej części pieca. Ponadto możliwa jest konfiguracja z więcej niż jednym palnikiem. Możliwe jest wtedy wprowadzanie rozpylonego szlamu np. pomiędzy płomienie trzech palników.

W opisanym przykładzie realizacji szlam jest doprowadzany do pieca za pomocą pompy zasilającej. Jednakże szlam może być doprowadzany do pieca również w swobodnym przepływie itd.

Przedstawiono specyficzną konstrukcję palnika. Należy zauważyć, że można stosować dowolną odpowiednią konstrukcję palnika z inną liczbą rur itd.

Opisano oddzielny wlot medium rozpylającego. Należy zauważyć, że to samo źródło tlenu można wykorzystywać zarówno do rozpylania jak i do zasilania palnika tlenem.

PL 197 751 B1

Claims (8)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób obróbki szlamu, posiadającego część ciekłą oraz wymieszane z nią cząstki zawierające metal, kkbae ks zaązkki anwieazją meknl, tlenek meknlu luk wsasóbklgeek meknlu, znamienny tym, że asapyln zię zalnm, enztśoeie asoóswnaan zię asapylsey zalnm as ołsmieein onleikn w piecu, dsOóswnaan zię ciekłą caśćć zalnmu as onóswnein an osmscą ołsmieein oaay óbwescaezeym utaaymywneiu ołsmieein an osmscą saaaieleeos asoóswnaanein onliwn sana asoóswnaan zię cs enjmeiej caśćć caąztek anwieónjących metnl as ztsoieein an osmscą ołsmieein.
2. 2. Spcszto wwełuu 0^^0. P, cr^^r^i^r^r^yy tym, Zż zoawyaal się Zobatkowy ^£^ζ^, w Stóram obaazkuje zię caąztki anwieónjące metnl w fnaie ciekłej luk ztnłej.
3. 3. Poszbk weaług anztóa. 1, znamienny tym, że onleikiem jezt onleik tleesws-onliwswy.
4. 4. Poszbk weaług anztóa. 1, znamienny tym, że onleikiem jezt onleik olnamswy.
5. 5. Sposób według zastka. 1, znamienny tym, że zawartość w szlamie w^^nc^^ż co najmeiej 5%, ksaayzteiej cs enjmeiej 20%, n enjksóayzteiej cs enjmeiej 50%.
6. 6. Spoi^ wweług saatka. 0 olbo 0, oznmieenn tt^m, Zż szlamum j jeZ soóbuUł obaoaowy z poas cezu techeslsoicaeeos.
7. 7. Spobób wyeługzaatra. Z ,zznmieenY ttyn, zż płomieej ptkaamuwyae płówyiepoaae oneń gię anwnrtą w zalnmie.
8. 8. UraęCaakiePo obróbki ozlamii, zzrmieenrtym. żż zawiera zaiomik (44) ozlamii, oolnik (20) mnjący osacanz zweos aainłnein ołsmień (07), sana uóaąaaeeie anzilnjące (45, 46) włącasee osmięaay akisaeik n onleik w celu asoóswnaanein zalnmu ae akisaeikn as onleikn, oaay caym onleik oszinan asoaswnaanjący onliws oaaewba (01) as utaaymywnein ołsmieein, auaę (03) asoóswnaanein zalnmu as ołsmieein, sana asaoylnca (05, 06) as asaoylnein zalnmu.