SE435394B - Forfarande for hogtemperaturbehandling av gaser fran pyrolys av avfall - Google Patents

Description

20 25 30 35 7811737-*1 2 tiell förbränning. Den oorganiska delen i återstoden smälter under dessa betingelser och uttages vid den nedre änden av det andra förfaringssteget. De krackade gaserna tillföres efter en H28-frånskiljning i en ab- sorbator till en panna.

Till grund för uppfinningen ligger uppgiften att utveckla ett förfarande för högtemperaturbehandling av gaser från pyrolys av avfall, vilket förfarande ut- märkes av en enkel, störningsfri drift och ger en pyro- lysgas med en helt ringa halt av organiska skadliga beståndsdelar och ett högt värmevärde.

Denna uppgift löses enligt uppfinningen genom kom- binationen av följande åtgärder: a) högtemperaturbehandlingen av gaserna sker i en av gaserna fritt genomströmmad tom reaktor genom en partiell, understökiometrisk förbränning av gaserna, b) . uppehâllstid för gaserna i reaktorn på från 0,5 till temperaturen i reaktorn väljes så hög att vid en 4 s en föreskriven halt av organiska skadliga be- ståndsdelar i de krackade gaserna ej överskrides, avkylningen av gaserna sedan de lämnat reaktorn sker med en avkylningshastighet på minst l25°C/s, före- trädesvis mellan 200 och 500°C/s.

Genom att man enligt föreliggande förfarande und- C) viker en kolbädd för högtemperaturbehandlingen av des- tillationsgaserna bortfaller alla de nackdelar, som är förbundna med förslaggningsrisken hos en sådan bädd.

Krackningstemperaturen kan därmed väljas fritt och in- ställas så att krackningsmålet bäst uppnås.

Vid de många försök, som ligger till grund för uppfinningen, visade det sig överraskande, att krack- ningen av de i gaserna ingående långkedjiga organiska beståndsdelarna kan ske på ett lika enkelt som verksamt sätt under användning av en av gaserna fritt genomström- mad, genom partiell förbränning av gaserna direkt upp- värmd reaktor, så länge krackningstemperaturen och uppe- hållstiden väljes på lämpligt sätt. Mellan kracknings- 10 l5 20 30 35 7811737-1 3 _ temperaturen och resthalten av organiska skadliga be- ståndsdelar i de krackade gaserna uppstår härvid ett omvänt samband: ju högre krackningstemperaturen väl- jes desto lägre ligger halten organiska skadliga be- stándsdelar i de krackade gaserna.

Ett annat samband, som är väsentligt för föreliggan- de förfarande, ràder mellan krackningstemperaturen och gasernas uppehàllstid i reaktorn: för att upprätthålla den föreskrivna halten av organiska skadliga bestånds- delar i de krackade gaserna kan krackningstemperaturen sättas lägre ju längre uppehàllstiden väljes.

Av olika skäl (särskilt vad beträffar anläggnings- och driftskostnaderna) är i och för sig en så låg krack- ningstemperatur som möjligt eftersträvansvärd. Vid läg- re krackningstemperatur och motsvarande längre uppe- hàllstid kan man konstatera en särskilt hög halt omätta- de kolväten i de krackade destillationsgaserna. Vid en sådan hög halt omättade kolväten och motsvarande längre uppehàllstid kan dessa kolväten polymerisera, vilket på nytt leder till en hög andel kolväten med lång kedja. För att undvika detta uppgår gasernas uppe- hållstid i reaktorn till högst 10 s och man föredrar en uppehållstid mellan 0,5 och 4 s. vid krackningsförloppet bildas vidare radikaler, som har en tendens att förena sig med de omättade kol- vätena, vilket vid tillräcklig uppehàllstid leder till att kolväten med lång kedja bildas. För att möta denna fara är det lämpligt att genom avkylning så snabbt som möjligt "frysa in" det vid krackningen uppkomna till- ståndet. Härvid omsätts radikalerna med det väte, som står till förfogande, till metan. Vid förfarandet en- ligt uppfinningen avkyles därför gaserna sedan de läm- nat reaktorn snabbt, nämligen med en avkylningshastig- het på minst 12s°c/S, företrädesvis mellan zoo och soo°c/S. l Krackningstemperaturen och uppehàllstiden för des- tillationsgaserna i reaktorn väljes lämpligen så att 7811737~4 10 15 20 25 30 35 4 . de krackade gaserna á ena sidan uppvisar en högsta halt av mättade kolväten (m4, cznö, c3H8 etc) een a anara sidan högst den i förväg bestämda halten av organiska skadliga beståndsdelar. Värmevärdet för de krackade gaserna ligger därvid i allmänt högre ju lägre krack- ningstemperaturen väljes.

Utgår man exempelvis ifrån att den maximala före- skrivna halten skadliga beståndsdelar i de krackade gaserna vid införandet av dessa gaser i tvättvatten motsvarar en förbrukning av 300 mg kaliumpermangat per liter tvättvatten, har det visat sig optimalt inom ra- men för föreliggande uppfinning om vid en uppehållstid av gaserna i reaktorn på ca 0,5 s, krackníngstemperaturen ligger mellan lzso een l3so°c; vla en uppehalletia pa aa z e mellan szo een llso°c een vid en uppehalletia på 3 e mellan 900 och loco°c. ' För ggnomförande av förfarandet enligt uppfinningen användes lämpligen en rörformad reaktor, vars vägg be- står av minst 60%, företrädesvis 60 till 80% kiselkar- bid och högst 40%, företrädesvis l0 till 30% aluminium- oxid. Detta material har den nödvändiga slitstvrkan och korrosionsbeständigheten för att stå emot det ero- derande och korroderande inflytandet av de med fasta partiklar och oorganiska skadliga ämnen anrikade gaser- na. Den förhållandevis låga halten aluminiumoxid (Al2O3) förklas av att aluminiumoxid vid hög temperatur kataly- tiskt gynnar bildning av blàsyra ur metan och ammoniak (båda föreningarna ingår i torrdestillationsgaserna).

Tätheten för de för reaktorväggen använda kisel- karbid-aluminiumoxidmaterialet ligger lämpligen mellan 1,7 och 2,1 kg/liter, företrädesvis mellan 1,8 och 2,0 kg/liter.

Uppvärmningen av reaktorn och därmed uppnåendet av den nödvändiga krackningstemperaturen sker som nämnts genom en partiell, understökiometrisk förbränning av gaserna. Temperaturstyrningen sker härvid genom en mot- svarande dosering av luft eller rent syre. Upphettningen 10 15 20 30 35 7811737-1 S av avfallet i roterugnen sker lämpligen vid en tempera- tur mellan 450 och 650°C, företrädesvis mellan 500 och soo°c.

Enligt en lämplig utföringsform av uppfinningen avstoftas gaserna från roterugnen i en cyklon före in- förandet i reaktorn, varvid gaserna kyles efter utträ- det ur reaktorn och ur de kylda gaserna avskiljes ingåen- de sot liksom härtill adsorptivt bundna ämnen, särskilt klorider, cyanider, sulfider och organiska föreningar.

Vid de försök, som ligger till grund för uppfin- ningen, har det nämligen visat sig, att i de orenade gaserna (som lämnar roterugnen) finns avsevärda mängder stoft och organiska beståndsdelar, som kan leda till en avfallsvattenbelastning. Inför man då såsom första reningssteg en cyklon mellan roterugnen och kracknings- reaktorn för avstoftning av gaserna, så avskilfies redan här en stor del av stoftet och de organiska bestånds- delarna. Resten av de i cyklonen ej avskilda förore- ningarna i gaserna liksom den vid krackningen bildade blåsyran och den i allmänhet mycket låga halten icke krackade kolväten med lång kedja, som kan uppstå vid våtreningen, såsom organiska skadliga ämnen i tvätt- vattnet, kan sedan sänkas avsevärt ytterligare genom att det vid krackningen bildade sotet före våtreningen eller någon annan typ av efterbehandling avskiljes från gaserna. Sotet, som består av rent kol och vätefattiga kolväten med långa kedjor, bildar en adsorptiv bind- ning till de oorganiska skadliga ämnena, såsom HCl, NH3, H2 fenol, tjära, olja, vilken bindning är starkare ju lägre S och de organiska skadliga ämnena, såsom HCN, adsorptionstemperaturen är.

För att få en så stark adsorptiv bindning som möj- ligt av de i de krackade gaserna ingående skadliga be- ståndsdelarna till sotet avkyles gaserna före sotavskilj- ningen till en temperatur strax över sin daggpunkt.

Därigenom undvikes å ena sidan att de skadliga bestånds- delarna går i lösning och å andra sidan är adsorptions- _ 781173741 10 15 20 25 30 35 6 _ förmågan starkast vid denna låga temperatur. Gasernas daggpunkt bestämmes av gassammansättningen och kan där- för ändras vid variationer i sammansättningen hos det avlämnade avfallet. I allmänhet ligger den adsorptions- temperatur, som ej skall underskridas, mellan 160 och i l80°C. Uppåt begränsas temperaturen genom den adsorp- tiva bindningen av de skadliga beståndsdelarna till sotet vilken bindning blir allt mindre och i allmänhet är ett avskiljande av sot ur gasströmmen över 450°C ej klokt. I Kylningen av gaserna efter krackningen kan ske såväl direkt (insprutningskylning) som indirekt (strål- ningsvärmeväxlare eller konvektiv värmeväxlare). Lämp- ligen avkyles gaserna först i'en strålningsvärmeväxlare till en temperatur på ca 500-700°C. Om det kännbara värmet från gaserna kan användas sker den ytterligare avkylningen i en konvektiv värmeväxlare; i annat fall väljes insprutningskylning. För avskiljande av sotet från gaserna kommer exempelvis cykloner, elektrofilter, filterdukar, filter för avskiljande av fasta partiklar osv i fråga.

Genom en sådan inskjuten partiell självrening av gaserna avlastas den efterföljande våtreningen i hög grad och kan därför genomföras på ett väsentligt mera ekonomiskt sätt. Lämpligen kan gaserna efter sotavskiljan- det och före gastvättningen renas absorptivt. I ett första reningssteg föres gaserna lämpligen genom ett surt absorptionsmedel, exempelvis aluminiumoxid, varvid resten av organiska skadliga beståndsdelarna och de basiska delarna av oorganiska skadliga ämnen avlägsnas. lI ett andra steg föres gaserna över ett basiskt absorp- tionsmedel, t ex kalciumoxid, magnesiumoxid, järnoxid osv, varigenom de sura komponenterna i de skadliga be- ståndsdelarna, såsom HCl, HCN, H25 bindes. Också då gaserna går igenom absorptionsmedlen måste beaktas att daggpunkten ej underskrides. Lämpligen föres därför gaserna efter sotavskiljandet direkt till absorptions- 10 20 25 30 35 m 1 rav- 1 7 . medlet. Under vissa omständigheter kan en mellanliggan- de uppvärmningsanordning erfordras.

Den förklarade självreningseffekten av gaserna genom adsorptiv bindning av de skadliga beståndsdelarna kan ytterligare förbättras genom införande av finkor- Q nigt kol (t ex finfördelat aktivt kol) i gaserna.

Uppfinningen belyses närmare i det följande med hjälp av ett på ritningen schematiskt àskådliggjort utföringsexempel. Ritningen visar flödesschemat för en pyrolyspilotanläggning med en genomströmning på ca 500 kg avfall per timme.

Avfallet (industri-/verkstadsavfall, hushållsavfall och/eller organiskt miljöfarligt avfall) krossas i en kross till ungefär en handflatas storlek och införes sedan tillsammans med organiskt slam via ett gastätt slussystem i en indirekt uppvärmd roterugn (längd 9 m, tvärsnitt 0,8 m). Denna roterugn kan valfritt värmas med naturgas och/eller torrdestillationsgas. Vid star- ten värmes roterugnen med naturgas: bildas sedan till- räckligt mycket torrdestillationsgaser sker en omställ- ing av uppvärmningen till sådana. Roterugnen är upp- delad i 6 av varandra oberoende zoner, som skall upp- värmas, varigenom det blir möjligt att anpassa det olika värmebehovet i de enskilda zonerna. "ppehållstiden av godset i roterugnen kan förändras genom inställning av varvtalet och/eller lutningen av ugnen inom ett brett område.

De ràgaser som uttas ur ugnen avstoftas först i en cyklon och föres sedan till krackningsreaktorn i och för krackning av kolvätena med lång kedja. Denna krackningsreaktor är rörformig med en hög på 6,6 m, en ytterdiameter på 1000 mm och en innerdiameter på 470 mm. Vid övre änden av denna av gaserna uppifrån och nedåt genomströmmade rörformiga reaktor är brännare respektive lufttillförsel anordnad.

Krackningsreaktorn står via en förhållandevis kort förbindelseledning (2,5 m längd, 0,25 m diameter) i 7811737-1 10 15 20 25 30 8 förbindelse med en indirekt luftkylare.

Därefter när gaserna en sotavskiljare, vari sotet och adsorptivt bundet.oorganiskt skadligt material av- lägsnas. Därefter följer en absorptiv rening av gaserna innan våtrening sker i en tvättanordning. Det härvid u erhållna avfallsvattnet tillföres ett reningsverk. De renade gaserna lämnar tvättanordningen med en tempera- tur på ca 80°C.

En suganordning upprätthåller tryckfallet vid gas- reningen och komprimerar gaserna för áterförande till roterugnen liksom till krackningsreaktorn vid ca 400 mm vattenpelare. I övrigt tillföres de renade gaserna en angråning för strömalstring respektive någon annan ex- tern användning. ' z ~ Beroende på temperaturen och uppehållstiden för gaserna i krackningsreaktorn erhålles för samma avfalls- . sammansättning olika analyser för de renade gaserna, å såsom belyses av följande båda exempel: É ßxnmpsr 1 . § Krackningstemperatur ca l200°C É Uppehållstid ca 2 s š xMNo4-förbrukning ca 120 mg/liter § (för införande av avloppsvatten avloppsvatten å innehållande resthalten skadliga ä beståndsdelar i en recipient) | Sammansättning hos den renade : pyrolysgasen E H2 25 vo1% § N2 56 Vol% CO l2 V0l% C02 5 VOl% Cnfim 2 VOl% värmeväraet uppgår till 1205 kcal/Nm3.

EXEMPEL 2 Krackningstemneratur ca 90000 Uppehállstid Ca 4,5 S 10 KMN04-förbrukning H2 Nz CÛ coz C H Hm 1811737-1 ca 160 mg/liter avloppsvatten 20,5 Vol% 55 Vol% 8 Vol% 12 V0l% 6,5 Vol% Värmevärdet uppgår till 1418 kcal/Nm3.

Med uttrycket "avfall" avses i detta sammanhang samtliga organiska avfallsämnen, såsom hushållsavfall, industriavfall och verkstadsavfall, organiskt miljö- farligt avfall, återstoder i tankar, oljeslam, olje- förorenad jord, plast, ringar etc, vidare âterstodcr från textil- och cellulosafabtiker.

Claims (10)

7811737-1 15 20 25 30 10 PATENTKRAV

1. Förfarande för att underkasta gaser som alstrats genom pyrolys av avfall av alla slag i en roterugn vä- V sentligen i frånvaro av luft en högtemperaturbehandling i och för krackning av de däri ingående långkedjiga organiska beståndsdelarna, k ä n n e t e c'k n a t av kombinationen av följande åtgärder: a) högtemperaturbehandlingen av gaserna sker i en av - gaserna fritt genomströmmad tom reaktor genom en partiell, understökiometrisk förbränning av gaserna; b) temperaturen i reaktorn väljes så hög att vid en uppehällstia för gaserna freaktorn på från 0,5 till 4 s en föreskriven halt av organiska skadliga bestånds- delar i de krackade gaserna ej överskrides,. c) avkylningen av gaserna sedan de lämnat reaktorn sker med en avkylningshastighet på minst 125°C/s, före- trädesvis mellan 200 och SOOOC/s.

2. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k - n a t därav, att krackningstemperaturen och uppehålls- tiden för gaserna i reaktorn väljes så att de krackade gaserna å ena sidan uppvisar en maximalhalt mättade kolväten och å andra sidan högst den föreskrivna halten av organiska skadliga beståndsdelar.

3. Pörfarande enligt krav 1 eller 2, k ä n n e - t e c k n a t därav, att krackningstemperaturen vid en uppehållstid för gaserna i reaktorn på 0,5 s ligger mellan 1250 och 13so°c, och vid en uppenàllstla på 2 s ligger mellan 920 och 1150°C och vid en uppehållstid på 3 s ligger mellan 900 och 1000°C.

4. Förfarande enligt något av kraven 1-3, k ä n n e - t e c k n a t därav, att den maximala föreskrivna hal- ten organiska skadliga beståndsdelar i de krackade gaser- na vid införande av dessa gaser i tvättvatten motsvarar en förbrukning av 300 mg kaliumpermanganat per liter tvättvatten. 10 20 25 7a117z7+1 11

5. Förfarande enligt något av kraven 1-4, k ä n - n e t e c k n a t därav, att före införandet i reaktorn avstoftas gaserna från roterugnen i en cyklon och att efter utträdet ur reaktorn kyles gaserna i en indirekt luftkylare snabbt till en temperatur under 700°C och därefter underkastas en gastvättning.

6. Förfarande enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a t därav, att ur de kylda gaserna avskiljes i gaserna in- gående sot liksom härtill adsorptivt bundna ämnen, sär- skilt klorider, cyanider, sulfider och organiska förening- ar;

7. Förfarande enligt krav 6, k ä n n e t e c k - n a t därav, att gaserna före sotavskiljningen avkyles till en temperatur strax över_sin daggpunkt.

8. Förfarande enligt krav 6, k ä n n e tre c k - n a t därav, att gaserna företrädesvis omedelbart efter sotavskiljandet och före en gastvättning renas absoptivt, varvid ett första reningssteg innehåller ett surt absorp- tionsorgan och ett andra reningssteg ett basiskt absorp- tionsorgan och varvid temperaturen under den absorptiva reningen hålles över daggpunkten.

9. Förfarande enligt något av kraven 5-8, k ä n - n e t e c k n a t därav, att i gaserna dessutom införes finkornigt kol för adsorptiv bindning av skadliga ämnen.

10. Förfarande enligt nagot av krav 1-9, k ä n - n e t e c k n a t därav, att upphettningen av avfallet i roterugnen sker vid en temperatur mellan 450 och 650°C, företrädesvis mellan 500 och 600°C.