SE458472B

SE458472B - Reclaiming mercury from scrap contg. polymers

Info

Publication number: SE458472B
Application number: SE8206846A
Authority: SE
Inventors: Aa Sikander; Aa Bjoerkman; G Joensson
Original assignee: Lumalampan Ab
Priority date: 1981-12-01
Filing date: 1982-11-30
Publication date: 1989-04-03
Also published as: SE8206846D0; SE8206846L

Abstract

The scrap is first heated to ca. 200 deg. C. and a soft vacuum with a limited addn. of inert gas in a chamber (a), so gases evolved by the polymers are driven into a final combustion chamber (b) while the temp. in chamber (a) is raised to 415 deg. C., and finally to 510 deg. C. Pulsed inert gas is then fed into chamber (a). Chamber (b) contains a burner, which is fed with either a C3H8/C4H10/air mixt. producing a chamber temp. of 1500 deg. C., or O2 and H2 producing a chamber (b) temp. of 2000 deg. C. Chamber (b) is pref. followed by a cooler in which the Hg condenses, and then by a cold trap and a vacuum pump. A controller operates valves to provide the inert gas pulses. Used in treatment of all types of scrap, esp. spent batteries contg. Hg or its cpds.

Description

458 472 Av ovanstående framgår, att det finns en mängd förbrännings- anläggningar, där det är önskvärt att minska förorenings- halten i utgående avgaser. Bara vid förbränning av hushålls- avfall kan i avgaserna spàras ett femtiotal ämnen härrörande från olika plastmaterial. Det stora flertalet av dessa går att med det uppfunna sättet förbränna till vattenånga och koldioxid. Ändamålet med uppfinningen är att erbjuda ett sätt och en anordning för att genom efterbränning överföra oförbrända komponenter i avgaser från förbränningsanläggningar till oskadliga ämnen. 458 472 It appears from the above that there are a number of incineration plants where it is desirable to reduce the pollution content in outgoing exhaust gases. Only when incinerating household waste can about fifty substances originating from different plastic materials be traced in the exhaust gases. The vast majority of these can be burned to water vapor and carbon dioxide with the invented method. The object of the invention is to provide a method and a device for transferring unburned components in exhaust gases from combustion plants to harmless substances by afterburning.

Det kan till belysning av uppfinningen vara tjänligt att studera sättet för efterbränning av avgaser från hushålls- sopor.In order to illustrate the invention, it may be useful to study the method for afterburning exhaust gases from household waste.

För konstruktion och dimensionering av en efterbrännkammare för denna användning är det nödvändigt att ha kännedom om vilka sönderfallsprodukter som bildas, och i vilka mängder dessa kommer att förbrännas per tidsenhet. En beräkning grundad på, att 1 kg polyetenplast sönderdelas i en för- bränningsugn och till största delen övergår i 1-hexen, 1-penten, propan och propen göres med hjälp av nedanstående formel. Enligt denna bestäms den termiska sönderfallshastig- heten för polyetenpolymerer i vakuum, och en grov uppskatt- ning göres av polyetenplastens sönderfall under de förhål- landen som råder i förbränníngsugnen.For the design and dimensioning of an afterburning chamber for this use, it is necessary to have knowledge of which decomposition products are formed, and in what amounts these will be burned per unit time. A calculation based on 1 kg of polyethylene plastic decomposing in an incinerator and for the most part being converted into 1-hexene, 1-pentene, propane and propylene is made using the formula below. According to this, the thermal decomposition rate of polyethylene polymers in vacuum is determined, and a rough estimate is made of the decomposition of the polyethylene plastic under the conditions prevailing in the incinerator.

K = A x é' RT (å) hastighetskonstanten (S_1) Arrheniusfaktor (S_1) = aktiveringsenergi (kJ x molfi) ” gaskonstant (8,314 J x OK x mol-1) temperatur (OK) 8921M99? lll! - 458 472 Genom en sådan beräkning och experimentella försök har man funnit, att polyetenplasten sönderfaller i vakuum med ca 1% per minut vid 415°C. Det tar således ungefär en och en halv timme att sönderdela 1 kg polyetenplast vid en temperatur av 41s°c. unaer verkliga förhållanden skulle processen 1 för- bränníngsugnen orsaka ett sönderfall av 10-15 g polyeten per minut, motsvarande en gasmängd av 6-91/min. För efterbrän- ning av denna gas och för att upprätthålla en temperatur av 1500-2000°C i efterbrännkammarens flamma i kombination med att kunna bibehålla en sluten flamvolym, ur vilken den avgivna gasmängden från avfallschargen ej kan uttränga utan fullständig förbränning, fordras det följande gasmängder till efterbrännkammarens brännare: Gasol 0,2 - 0,3 m3/h (NTP) Luft s - s m3/h (NTF) Brännarens utformning för säkerställande av nämnda slutna flamma, i vilken fullständig omsättning mellan avgaser och bränngaser uppnås, beskrivs nedan.K = A x é 'RT (å) velocity constant (S_1) Arrhenius factor (S_1) = activation energy (kJ x molfi) ”gas constant (8.314 J x OK x mol-1) temperature (OK) 8921M99? lll! - 458 472 Through such a calculation and experimental experiments it has been found that the polyethylene plastic decomposes in vacuum at about 1% per minute at 415 ° C. Thus, it takes about one and a half hours to decompose 1 kg of polyethylene plastic at a temperature of 41 ° C. Under real conditions, the process in the incinerator would cause a decomposition of 10-15 g of polyethylene per minute, corresponding to a gas volume of 6-91 / min. For afterburning of this gas and to maintain a temperature of 1500-2000 ° C in the flame of the afterburner in combination with being able to maintain a closed flame volume, from which the amount of gas emitted from the waste charge cannot escape without complete combustion, the following amounts of gas are required to the afterburner burner: LPG 0.2 - 0.3 m3 / h (NTP) Air s - s m3 / h (NTF) The design of the burner to ensure said closed flame, in which complete conversion between exhaust gases and fuel gases is achieved, is described below.

Uppskalning av efterbrännkammaren är inte möjlig hur långt som helst, utan vid behov av mycket stor kapacitet får flera efterbrännkammare parallellkopplas.Upscaling of the afterburner is not possible at all, but when a very large capacity is required, several afterburners may be connected in parallel.

Efterbrännkammarens brännare kan styras av i och för sig kända, jonanalyserande avkänningsorgan placerade i utloppet från efterbrännkammaren, vilka reglerar val av eventuell bränngasinblandning, då temperaturen måste höjas för att nå fullständig förbränning, exempelvis gasol i luft alternativt vätgas i luft. Normalt förínställs temperaturomràdet i efterbrännkammaren utifrån empirisk kännedom om från ' - förbränníngsanläggningen kommande avgasers sammansättning och därav beroende inblandning/överskott av exempelvis syrgas i genom brännaren tillförda bränngaser. 458 4-72 För uppnående av uppfinningens ändamål har den givits de särdrag som framgår av efterföljande patentkrav.The afterburner burner can be controlled by per se known, ion analyzing sensing means located in the outlet of the afterburning chamber, which regulate the choice of any fuel gas mixture, as the temperature must be raised to reach complete combustion, for example LPG in air or hydrogen in air. Normally, the temperature range in the afterburning chamber is set on the basis of empirical knowledge of the composition of the exhaust gases coming from the incineration plant and the consequent admixture / excess of, for example, oxygen in combustion gases supplied through the burner. 458 4-72 In order to achieve the object of the invention, it has been given the features which appear from the appended claims.

En utföríngsform av anordningen enligt uppfinningen beskrivs i det följande med hänvisning till bifogade ritning, där i fig. 1 en utföringsform av efterbrânnkammaren visas i ett längdsnitt.An embodiment of the device according to the invention is described in the following with reference to the accompanying drawing, where in Fig. 1 an embodiment of the afterburner is shown in a longitudinal section.

En efterbrännkammare 1, som kan vara försedd med kylflänsar 2, eller omgivas av en kylmantel, innehåller en flamskål 3 av högeldfast material. Flamskàlen 3 är utformad med en nära halvsfärísk gavel 4, som övergår i en cylindrisk mantelyta . Genom flamskàlens 3 cylindriska mantelyta 5, på visst avstånd från gaveln 4, är upptagna ett antal hål 6 för kommunikation mellan flamskálens 3 inre och den utanför- liggande delen av efterbrännkammaren 1. Flamskålen 3 är runt sin cylindriska mantelyta 5 från gaveln 4 vända kant 7 avtätad utåt mot efterbrännkammarens 1 vägg medelst en eller flera av keramiskt eller dylikt packningsmaterial utförda tätningar 8. Insidan av dessa tätningar ligger an mot ett flamrör 9 anslutet till en brännares 10 dysa 11.An afterburning chamber 1, which may be provided with cooling fins 2, or surrounded by a cooling jacket, contains a flame bowl 3 of highly refractory material. The flame bowl 3 is formed with a near hemispherical end 4, which merges into a cylindrical mantle surface. Through the cylindrical mantle surface 5 of the flame bowl 3, at a certain distance from the gable 4, a number of holes 6 are taken up for communication between the interior of the flame bowl 3 and the outer part of the afterburner 1. The flame bowl 3 is around its cylindrical mantle surface sealed outwards against the wall of the afterburning chamber 1 by means of one or more seals 8 made of ceramic or similar packing material. The inside of these seals abut against a flame tube 9 connected to the nozzle 11 of a burner 10.

Brännaren 10 består, förutom av flamröret 9 och dysan 11, av ett inre brännarrör 12 och ett yttre brännarrör 13. Det yttre brännarröret 13 omges av ett värmeisolerande material 14 av erforderlig värmeresistens, som är fixerat av en mantel 15.The burner 10 consists, in addition to the flame tube 9 and the nozzle 11, of an inner burner tube 12 and an outer burner tube 13. The outer burner tube 13 is surrounded by a heat-insulating material 14 of required heat resistance, which is fixed by a jacket 15.

Mellan yttre och inre brännarrören förlöper ett uppvärm- ningsorgan 16, företrädesvis utformat såsom minst ett elektriskt motstàndselement. Axiellt genom det inre brännar- röreta12 sticker en brännarlans 17 för tillförsel av bränn- gas, exempelvis luft, syre alt. ettdera blandat med gasol, till dysan 11. Brännarlansen 17 avslutas vid sitt inträde i dysan 11 av ett munstycke 18, företrädesvis utformat med tantentiellt riktade utlopp för bränngasen. - -~ 458 472 Brännarens 10 mantel 15 är medelst skruvförband 19 ansluten till efterbrännkammarens 1 hölje. Pà motsvarande vis är medelst skruvförband 20 en bakgavel 21 anbringad vid manteln . I bakgaveln 21 förefinns genomförningar 22 för uppvärm- ningsorganet 16. Innanför bakgaveln 21 och mellan yttre och inre brännarrören och kring ingàngspartierna av uppvärm- ningsorganet 16 förefinns en värmehärdig tätningspackning 23. Likaledes är en tätning 23' utförd mellan brännarlansen 17 och inre brännarröret 12 mot bakgaveln 21.Between the outer and inner burner tubes extends a heating means 16, preferably designed as at least one electrical resistance element. Axially through the inner burner pipe network 12, a burner lance 17 for supplying fuel gas, for example air, oxygen or the like, protrudes. either mixed with LPG, to the nozzle 11. The burner lance 17 is terminated upon its entry into the nozzle 11 by a nozzle 18, preferably formed with tantentally directed outlets for the combustion gas. ~ - 458 472 The jacket 15 of the burner 10 is connected by means of screw connections 19 to the casing of the afterburning chamber 1. Correspondingly, by means of screw connections 20 a rear end 21 is attached to the jacket. In the rear end 21 there are penetrations 22 for the heating means 16. Inside the rear end 21 and between the outer and inner burner tubes and around the entrance portions of the heating means 16 there is a heat-resistant sealing gasket 23. Likewise a seal 23 'is formed between the burner lance tube 17 and the inner bakgavel 21.

Vid drift tillföres efterbrännkammaren 1 de avgaser som skall "efterbrännas" eller oxideras, framförallt till vattenånga och koldioxid, genom ett inloppsrör 24, vilket står i förbindelse med ett utrymme 25 mellan yttre 13 och inre 12 brännarrören. Då avgaserna tränger fram i detta utrymme bringas de i kontakt med uppvärmningsorganen 16, vilka lämpligen är anordnade till bildande av ett sicksack- format genomlopp. Härvid kan, om brännarens längd anpassats därför och uppvärmningsorganen valts av högtemperaturtåligt motståndsmaterial, exempelvis kiseloxinitridtäckt värmespi- ral, avgaserna värmas till väsentligt över 1000°C.In operation, the afterburning chamber 1 is supplied with the exhaust gases to be "afterburned" or oxidized, in particular to water vapor and carbon dioxide, through an inlet pipe 24, which is connected to a space 25 between the outer 13 and the inner 12 of the burner pipes. When the exhaust gases penetrate into this space, they are brought into contact with the heating means 16, which are suitably arranged to form a zigzag-shaped passage. In this case, if the length of the burner is adapted accordingly and the heating means are selected from high-temperature-resistant resistance material, for example silicon oxynitride-covered heating coil, the exhaust gases can be heated to substantially above 1000 ° C.

De sålunda upphettade avgaserna lämnar utrymmet 25 genom ett eller flera hål 26 i det inre brännarröret 12. Dessa háls kanter är inrättade till styrning av avgaserna mot brännar- lansen 17, och då företrädesvis så, att avgaserna bringas att rotera runt brännarlansens 17 munstycke 18. Denna rota- tion förstärks av att bränngaserna strömmar ut genom de tangentiella utloppen i munstycket 18. Härigenom uppnås en mycket god omsättning gaserna emellan.The exhaust gases thus heated leave the space 25 through one or more holes 26 in the inner burner tube 12. These edges of the neck are arranged to guide the exhaust gases towards the burner lance 17, and then preferably so that the exhaust gases are caused to rotate around the nozzle 18 of the burner lance 17. This rotation is enhanced by the flue gases flowing out through the tangential outlets in the nozzle 18. This results in a very good circulation between the gases.

Bränngaserna, som tillföres genom brännarlansen 17, har_en sammansättning som väljes med avseende på sammansättningen hos de avgaser som skall efterbrännas. Sålunda kan i vissa fall luft komma ifråga, i andra ren syrgas. Skulle de i av- gaserna ingâende ämnena endast kunna förbrännas endotermt, 458 472 i inblandas i bränngasen exempelvis gasol i erforderlig grad.The combustion gases supplied through the burner lance 17 have a composition selected with respect to the composition of the exhaust gases to be afterburned. Thus, in some cases air may come into play, in others pure oxygen. Should the substances contained in the exhaust gases only be able to be burned endothermically, 458 472 in be mixed into the fuel gas, for example LPG to the required degree.

Då avgaser och brânngaser under intensiv blandning reagerar under temperaturförhöjning upp till en flamtemperatur av 1500-2000°C ökar dessas volym, vilket föranlett att dysan 11 gjorts utkonad. Från denna fortsätter gasen som en homogen flamma genom det lämpligen av högeldfast material utförda flamröret 9. Detta mynnar i flamskàlen 3, och gasflamman stöter emot dennas gavel 4, varvid den omlänkas 180° och tränger, med ökad hastighet, ut i den ringspalt som bildas mellan flamrörets 9 utsida och flamskàlens 3 cylindriska del . I ringspalten har flamman brunnit ut, och de resterande gaserna tränger genom hålen 6 ut i Själva efterbrännkamma- ren. vid den volymökning gaserna härvid genomgår, sjunker temperaturen markant, dock återstår betydande värmemängder, som kan avges till omgivningen medelst visade kylflänsar 2, alternativt till ett medium i en omgivande kylmantel. Även värmeàterföring till tidigare processteg är möjlig.When exhaust gases and combustion gases during intensive mixing react during temperature rise up to a flame temperature of 1500-2000 ° C, their volume increases, which has caused the nozzle 11 to be decanted. From this the gas continues as a homogeneous flame through the flame tube 9, which is suitably made of high-strength material. This opens into the flame shell 3, and the gas flame abuts its end 4, which is deflected 180 ° and penetrates, at increased speed, into the annular gap formed between the outside of the flame tube 9 and the cylindrical part of the flame shell 3. In the annular gap, the flame has burned out, and the remaining gases penetrate through the holes 6 into the Afterburner itself. with the increase in volume of the gases, the temperature drops markedly, however, significant amounts of heat remain, which can be emitted to the environment by means of cooling fins 2 shown, or alternatively to a medium in a surrounding cooling jacket. Heat transfer to previous process steps is also possible.

Slutligen avledes de urbrända gaserna genom en utloppsled- ning 27. Denna kan, såsom schematiskt antytts vid 28, vara omgiven av organ för värmeátervinning eller för kylning.Finally, the burned-out gases are diverted through an outlet line 27. This can, as schematically indicated at 28, be surrounded by means for heat recovery or for cooling.

Skulle av säkerhetsskäl befinnas vara lämpligt, kan utlopps- ledningen 27 dragas till en scrubber, gastvätt eller annan anordning för slutbehandling av de urbrända gaserna. Detta kan vara önskvärt vid risk för nitrösa gaser.Should it be found suitable for safety reasons, the outlet line 27 can be drawn to a scrubber, gas scrubber or other device for final treatment of the burned-out gases. This may be desirable at risk of nitrous gases.

För att säkerställa ett bestämt gasflöde genom anordningen kan en undertrycksgivare anslutas till utloppsledningen 27.To ensure a certain gas flow through the device, a negative pressure sensor can be connected to the outlet line 27.

Medelst steglös varvtalsreglering på denna kan för olika gasflöden från den före efterbrännkammaren befintliga förbêänningsanläggningen avpassad gashastighet erhållas._ Fläktens hastighet kan inställas manuellt, eller styras av vilka som helst sofistikerade regleringsanordningar med avkänningsorgan placerde på tjänliga ställen i eller i anslutning till efterbrännkammaren.By stepless speed control on this, a gas velocity adapted for different gas flows from the pre-combustion chamber located before the afterburning chamber can be obtained. The fan speed can be set manually, or controlled by any sophisticated control devices with sensing means located in or near service points.

Claims

_ 7 4 4ss 472 Patent claims

A device for afterburning exhaust gases from combustion plants, comprising an afterburning chamber (1), in which a burner (10) is inserted, opposite which a height-adjustable bowl (3) for capturing and deflecting the flame of the burner (10) is located, wherein channels (17, 25) for supplying to the afterburning chamber (1) of combustion gases respectively of exhaust gases for afterburning pass through the burner (10), and that from the afterburning chamber (1) leads an outlet (27) to the atmosphere, characterized in that in the inlet duct (25 ) for exhaust gases there are heating means (16), that the supply duct (25) concentrically surrounds the duct for supplying fuel gases designed as burner lance (17), and that the inner pipe (12) of the supply duct (25) is formed with holes (26). , the edges of which are arranged to direct the exhaust gas stream tangentially towards a nozzle (17) of the burner lance (17), which also has a tangentially directed outlet 1 and for the forced mixing of the two gas streams.

Device according to Claim 1, characterized in that the afterburning chamber (1) is surrounded, at least in part, by excess heat dissipating means (2).