SE462505B - Saett och anordning foer avfallsdestruktion genom plasmapyrolys - Google Patents

Description

10 #0 462 505 2 rekombinerade produkterna på ett enkelt och kostnadseffektivt sätt med tillräckligt hög effektivitet för att anses miljömässigt säkert.

En aspekt av uppfinningen avser ett sätt för pyrolytisk destruktion av avfallsmaterial, vilket innefattar stegen att utsätta avfallsmaterialet för en plasmabåge med hög temperatur för att atomisera och jonisera avfallsmaterialet.

Det atomiserade och joniserade avfallsmaterialet kyls därefter i en reaktions- kammare för att bilda rekombinerade produkter inbegripande produktgas och partikelformigt material. Man snabbkyler de rekombinerade produkterna med alkalisk finfördelad spray för att neutralisera dem och fukta det partikelformiga materialet. Produktgasen uttas från de rekombinerade produkterna, och den uttagna produktgasen bränns.

En annan aspekt av uppfinningen avser en anordning för pyrolytisk destruktion av avfallsmaterial. Anordningen innefattar en plasmabrännare, som innehåller minst två samlinjära ihåliga elektroder och organ för stabilisering av en plasmabåge mellan dem. Ett kraftaggregat är anslutet till elektroderna för att bilda plasmabågen, och kylorgan är anordnade för kylning av elektroderna. Ett reaktionskärl är anslutet till plasmabrännaren och har en med eldfast material fodrad reaktionskammare f mottagning av plasmabågen. Organ är anordnade plasmabâgen för att atomiseras och joniseras och därefter rekombineras till rtnombinerade produkter i reaktionskammaren. Reak- tionskärlet innefattar ett utlopp för avlägsnr-vzde av de rekombinerade produkter- för införing av avfallsmater na därifrån. En sprayring kommunicera med reaktionskärlets utlopp. Ett trycksatt förråd av alkalisk fluid är förbundet med och kommunicerar 'ned sprayringen för snaiwkylning och neutralisation av de rekombinerade produkter- na. En skrubber kommunicerar med sprayringens utlopp för att separera produktgas från flytande partikelformigt material i de rekombinerade produkter- na, och organ är kopplade till skrubbern för eliminering av det flytande partikelformiga materialet och produktgasen därifrån.

Föredragna utföringsformer av uppfinningen kommer nu att beskrivas i form av exempel, med hänvisning till de bifogade ritningarna, i vilka: Figur 1 är en schematisk vy av en föredragen utföringsform av en anordning som används för pyrolytisk destruktion av avfallsmaterial enligt föreliggande uppfinning; Figur 2 är en vertikal sektionsvy av en skrubber som används i anord- ningen enligt Figur l; Figur 3 är en sektionsvy tagen längs linjerna 3-3 i Figur 2; Figur 4 är en vertikal sektionsvy av ett kolfilter som används i anord- ningen i Figur l; Figur 5 är en sektionsvy tagen längs linjerna 5-5 i Figur 4; och Figur 6 är en schematisk vy en del av Figur 1 i förstorad skala som visar 3 462 505 en annan utföringsform av en plasmabrännare använd vid föreliggande uppfinning.

Med hänvisning till ritningarna anges plasmapyrolyssystemet enligt föreliggande uppfinning allmänt med hänvisningssiffran 10. Huvudkomponenterna i pyrolyssystemet 10 innefattar en plasmabrännare 12 för atomisering och jonisering av avfallsmaterial. Ett reaktionskärl 11+ mottar det atomiserade och joniserade avfallsmaterialet, där det kyls och rekombineras till produktgas och partikelformigt material. Dessa rekombinerade produkter lämnar reaktionskärlet 14 och passerar genom en skrubber 16, där de snabbkyls och neutraliseras med en alkalispray med högt tryck. De rekombinerade produkterna tas sedan genom en skrubber 18, där produktgasen separeras från flytande partikelformigt material.

En utsugningsfläkt 20 avger därefter produktgasen antingen till en flamskorsten 22 för bränning, eller till ett aktivt kolfilter 24. Hela anordningen för plasmapyrolyssystemet 10 är mycket kompakt och kan helt installeras i en 13,7 meters trailer av transportbilstyp och med nedsänkbar ram, vilket gör pyrolyssy- stemet 10 rörligt eller transportabelt till någon godtycklig plats med giftiga avfallsmaterial som skall förstöras.

Plasmabrännaren 12 har tvâ samlinjära ihåliga elektroder 26, 28, som på insidan är förbundna med något lämpligt kraftförsörjningsaggregat 30 via varsin elektrisk kabel 32, 34. Kraftförsörjningsaggregatet 30 är en vattenkyld sexpulsty- ristorenhet med 500 kW märkeffekt och är avpassad att anslutas till primär 480 volts trefaseffektmatning från någon kommersiell servisledning. Kraftförsörj- ningsaggregatet 30 avger direktströmseffekt till elektroderna 26, 28 för att åstadkomma en variabel plasmauteffekt från 200 till 500 kW.

Den plasmabâge som alstras av plasmabrännaren 12 är ett högtempera- tursplasma (temperaturerna ligger över 5.000°C och skulle kunna nå upp till 50.000°C) i motsats till ett lågtemperatursplasma, där en inert gas eller ett vakuum krävs för att initiera och upprätthålla plasmabâgen.

Plasmabågen i plasmabrännaren 12 stabiliseras eller kollimeras av ringformiga elektromagnetiska fältspolar 36, 38 som roterar bågen. Dessutom kan ett ringformigt gap 140, som är anordnat mellan elektroderna 26, 28, via en lufttillförselledning 44 med en lämplig reglerventil 46 anslutas till ett högtrycks- gasförråd 42, och med en lämplig gasinsläppningsring kan man använda högtrycksluftförrådet för att skapa en virvel inuti plasmabrännaren 12 för att också hjälpa till att rotera eller kollimera hågen. Virvelluft tillförs till plasmabrännaren 12 med så låg flödeshastighet som 0,57 kubikmeter per minut och vid ett tryck av 690 kPa. Denna luftmängd saknar betydelse, eftersom den är mindre än l eller 296 av den stökiometriska luftmängd som krävs för förbränningen av de flesta organiska avfallsmaterial, varför metoden fortfarande väsentligen är pyrolytisk. 462 505 4 Elektroderna 26, 28 och de elektromagnetiska fältspolarna 36, 38 kyls av cirkulerande kylvatten omkring eller genom dem i kylkanaler 47, 49. Kylkanaler- na 47, 49 är anslutna till ett kylvattenförråd i en uppsamlingstank eller behållare 48, typiskt på 590 liter, som cirkuleras i en sluten krets med en typisk hastighet om 160 liter per minut vid ett typiskt tryck av 690 kPa. En lämplig pump 50 är placerad i kylvattentillförselledningen 52, och en ventil 54 är anordnad i kylvattenreturledningen 56. Ventilen 54 kan användas för att reglera hastigheten på kylvattenflödet, eller alternativt kan vattenflödet vara konstant och en värmeväxlare (ej visad) kan införlivas i kylvattenreturledningen för att reglera hastigheten på värmebortföringen genom kylvattenkretsen. En del av kylvattnet cirkuleras även genom kylmantlar på kraftförsörjningsaggregatets elektriska kablar 32, 34 med kylledningar 58 för att kyla de elektriska kablarna 32, 34.

Konditionerat eller avjoniserat vatten används för kylningen.

Konstruktionen av själva plasmabrännaren 12 anses inte ingå i före- liggande uppfinning, varför den inte kommer att beskrivas närmare. En standrad- plasmabrännare 12 kan dock erhållas från Westinghouse Electric Corporation i Pittsburgh, Pennsylvania, USA, och dess konstruktion är huvudsakligen lika den som visas i US-patentet 3 832 519 (meddelat den 27 augusti 1974).

Avfallsmaterial matas till plasmabrännaren 12 via en avfallsmatarledning 60 med en hastighet på ungefär 4,5 liter per minut. Avfallsmatarledningen 60 är ansluten till en eller flera ringformiga ínloppsringar 62 (endast en visas i Figur 1), som är koaxialt anordnade, mellan, som i Figur 1, eller efter, som i Figur 6, de ihåliga elektroderna 26, 28. Avfallsmaterial strömmar genom inloppsringen 62 för att injiceras direkt i det samlinjära elektrodutrymme som avgränsas av elektroderna 26, 28. Det är inte nödvändigt att spraya eller finfördela avfallsmaterialet när det kommer in i plasmabrännaren 12.

Figur 6 visar en annan utföringsform, där inloppsringen 62 är koaxialt belägen vid elektrodens 28 utloppsände intill reaktionskärlet 14. I denna utföringsform matas avfallsmaterialet fortfarande direkt in i plasmabâgens hals men nedströms det ringformiga gapet 40, där bågen initieras, om inträdet av avfallsmaterialet stör bildningen eller alstringen av plasmabâgen.

Avfallsmatningsförrådet innefattar två behållare 64 och 66. Behållaren 64 innehåller en icke-toxisk organisk vätska, såsom etanol, som tillförs till plasmabrännaren 12 under starten som förmatning, tills systemet uppnår stabilt tillstånd, och även vid avstängning av pyrolyssystemet 10 för spolning av systemet. Behållaren 66 innehåller det avfallsmaterial som skall förstöras, och i en föredragen utföringsform är detta i flytande eller kondenserad form.

Behållarna 64, 66 är anslutna till en trevägsventil 68 via tillförselledningar 70, 72. En matarpump 74 med variabel hastighet tillför antingen den icke--toxiska 462 505 organiska vätskan eller avfallsmaterialet till plasmabrännaren 12 via en avfallsmatarledning 60, och en ytterligare avstängningsventil 76 är anordnad i avfallsmatarledningen 60 för avstängning av flödet av avfallsmaterial, om ogynnsamma betingelser skulle uppstå, såsom beskrivs närmare nedan.

Plasmabrännaren 12 är ansluten till reaktionskärlet 14 på något lämpligt sätt. Reaktionskärlet 14 innefattar ett cylindriskt hölje av rostfritt stål med en eldfast infodring 78, och innervolymen hos reaktionskärlet 14 bildar en reaktions- kammare 79 med en volym på ungefär 2 kubikmeter. Den eldfasta infodringen 78 är bildad av spunnet kaolinfibermaterial och säljs under varumärket KAOWOOI. av Babcock óc Wilcox Refractories, Burlington, Ontario, Kanada. Det vanliga temperaturintervallet inuti reaktionskärlet 14 är mellan 900 och 1.200°C.

Reaktionskärlet 14 innefattar ett ihåligt cylindriskt element 80, som är koaxialt anordnat för att kommunicera med plasmabrännarelektroderna 26, 28. Det cylndriska elementet 80 har en ihålig inre grafitcylinder 82 för att motta och rikta plasmabâgen in i reaktionskärlet 14. Kylvattenkanaler 84, 86 kommunicerar med kylvattenkanalerna 47, 49 i plasmabrännaren 12 för att kyla grafitcylindern 82. Det cylindriska elementet 80 är också packat med eldfast KAOWOOL- material för att skydda kylvattenkanalerna.

Reaktionskärlet 14 innefattar även en grafithärd eller utloppsskärm 88 anordnad axiellt på avstånd från grafitcylindern 82. Sönderfallande plasma- specier, som kommer ut ur det cylindriska elementet 80, stöter emot grafit- utloppsskärmen 88. Utloppsskärmen 88 innefattar tvärgâende utloppsöppningar 90, som kommunicerar med grafitskärmens 88 ihåliga centrum för att bilda reaktionskärlets 14 utlopp. De tvärgående utloppsöppningarna 90 skapar tillräck- lig turbulens för att säkerställa att partikelformigt material eller askmaterial som bildas i reaktionskärlet passerar ut genom reaktionskärlets utlopp.

Området inuti plasmabrännaren 12 och grafitcylindern 82 tjänstgör som en atomiseringszon med pluggflöde, medan reaktionskärlets insida tjänstgör som en blandad rekombinationszon. Uppehållstiden inuti atomiseringszonen är typiskt sett ungefär 500 mikrosekunder, och uppehållstiden inuti rekombinationszonen är typiskt sett ungefär 1 sekund.

Sprayringen 16 är ansluten till reaktionskärlets utlopp för att motta produktgas och partikelformigt material som lämnar detsamma.Sprayringen 16 är utformad av rostfritt stål och har en inre ihålig cylindrisk hylsa 92, i vilken tre ringformiga rader av inåtriktade spraymunstycken 94 är anordnade. Det perifera läget för varje rad av spraymunstycken 94 är likformigt anordnade i zig-zag.

Spraymunstyckena 94 kommunicerar med en ringformig kanal 96, som är fylld med snabbkylningsvätska under högt tryck. Spraymunstyckena 94 finfördelar denna snabbkylningsvätska till en homogen spray av mikrometerstora droppar för 462 505 6 snabbkylning av den produktgas och det partikelformiga material som passerar genom sprayringen 16. Innerhylsans 92 innerdiameter är ungefär 10,5 cm, och innerhylsan 92 är ungefär 25,5 cm lång.

Sprayringens ringformiga kanal 96 är ansluten till en behållare 98 med 136 liters tank och matas av en hushâllsvattenledning 100 via någon lämplig ventil 102. Om så snabbkylvatten under högt tryck. Behållaren 98 'är typiskt en önskas kan ett luftgap (ej visat) vara anordnat före ventilen 102 för att isolera pyrolyssystemet 10 från hushâllsvattenl» 'lningem Snabbkylvattnet i behållaren 98 tillförs till sprayringen 16 med användning av en pump 104 med variabel hastighet och med en märkkapacitetpå 45 liter per minut och 1.034 kPa. En del av detta snabbkylvattenflöde kan användas för att kyla tyristorn i kraftförsörj- ningsaggregatet, innan det återförenas med huvudflödet, även om detta int» visas i Figur l. En ventil 106 anordnad i snabbkylvattentíllförselledningen 108 håller snabbkylvattenflödet vid en hastighet på ungefär 20 till 40 liter per minut.

En alkaliförrådsbehâllare 110 är anordnad för att tillföra alkaliskt material till det snabbkylvatten som matas till sprayringen 16. Alkalibehâllaren 110 är typiskt en 250 liters trumma med flytande natriumhydroxid eller kaustik soda. En pump 112 med variabel hastighet och med en märkkapacitet på 9 liter per minut och 1.034 kPa avger den kaustika sodan via en lämplig ventil 114 till tillförselledningen 108 för snabbkylvatten. Tillräckligt med natriumhydroxid tillförs till snabbkylvattnet för att neutralisera alla eventuella sura gaser som avges från reaktionskärlet 14, och för detta ändamål regleras utflödet från pumpen 112 av en pH-sensor (ej visad), som övervakar pH-värdet på det snabbkylvatten som uppträder i skrubbern 18. Uttrycket "neutralisera" är för syftena i denna beskrivning avsett att betyda ett pi-l som typiskt ligger mellan 5 och 9.

Skrubbern 18 visas med ett centralt inlopp 116, som är ansl: *t till sprayringens 16 utlopp via en lämplig ledning 118. Skrubbern 18 är en c xdrisk tank av rostfritt stål med typiskt ca 60 cm diameter och l m höjd och har ett centralt vertikalt rör 120 med ca 12 cm diameter och 70 cm längd som kommunicerar med inloppet 116. En korg 122 av sträckrnetall anordnad inuti skrubbern 18 har en massiv bottenplatta 124 med ett flertal radiellt anordnade krökta skovar 126, så att flödet av rekombinerade produkter ned genom det centrala inloppsröret 120 stöter emot bottenplattan 124 och skovlarna 126, så att det tvingas att strömma i ett moturs virvelflöde. Korgen 122 av sträckmetall har två perifera metallplâtsbafflar 128 anordnade med vertikalt mellanrum till varandra. Pâ detta sätt skapas tryckskillnader tvärs över sträckmetallkorgens väggar, så att flödet därigenom tvingar flytande och partikelformigt material att separeras från produktgas i de rekombinerade produkterna. I denna mening är 40 7 462 505 skrubbern 18 en mekanisk skrubber. Produktgasen fortsätter att strömma uppåt och ut genom ett knärör 130 anordnat i virvelflödets väg. Knäröret 130 bildar ett skrubberutlopp 132, som är anslutet genom en lämplig ledning 134 (se Figur 1) som leder till utsugningsflâktens 20 sugsida.

Skrubbern 18 har en undre sump 136, där vätska och partikelformigt material ackumuleras för att avtappas medelst en avloppspump 138 och via en utloppsledning 140 avges till en avloppsledning eller en uppsarnlingstank för ytterligare behandling. En vätskenivåregleranordning 144 är anordnad i skrub- berns 18 sump för att styra pumpen 138, och en trevägsventil 146 är anordnad för att leda det flytande och partikelformiga materialet till en provtagningsledning 140 om så önskas.

Utsugningsfläkten 20 har typiskt en nominell kapacitet på 21,2 kubik- meter per minut och suger kontinuerligt på skrubbern 18 och reaktionskärlet 14 för att upprätthålla atmosfärstryck till lätt negativt tryck i systemet. Produkt- gas från skrubbern 18 passerar genom utsugningsfläkten 20 och avges till en trevägsventil 150. Vid normal drift passerar produktgasflödet genom ventilen 150 till flamskorstenen 22, där den tänds elektriskt. Gasen är huvudsakligen väte, kolmonoxid och kväve, varför den brinner med en ren flamma vid en temperatur på ca 1.800 till 2.100°C. Flamskorstenen tjänstgör som en regleranordning för luftföroreningar genom att den förbränner bränslegas och alla som helst andra spårprodukter. Alternativt kan produktgasen användas som bränslegas istället för att förbrännas i en flamma. Prov av den till flamskorstenen 22 avgivna produktgasen uttas medelst någon lämplig sensor 152, som är förbunden med produktgasanalysutrustning 154, såsom kommer att beskrivas närmare nedan.

Kolfiltret 24 är kopplat till trevägsventilen 150 via en inmatningsledning 156, som leder till ett inlopp 158 i kolfiltret 24. Kolfiltret 24 innefattar en rektangulär låda eller rektangulärt hölje 160 om ungefär 60 kvadratcentimeter och 30 centimeters tjocklek med ett utlopp 162, som kommunicerar med ett ventilationsrör 164 (se Figur 1). Kolfiltret 24 innefattar en central, av nät avgränsad avdelning 166, som är ca 15 centimeter tjock och fylld med aktivt kol 168. För den händelse att det sker ett avbrott i den elektriska strömmen eller en förlust av plasmabågen, avleder trevägsventilen 150 produktgasflödet från flamskorstenen 22 till kolfiltret 24 för att blockera potentiellt utsläpp av något som helst spår av oförstört giftigt material i produktgasen.

Produktgasanalysutrustningen 154 är anordnad för att säkerställa, att avfallsdestruktionseffektiviteten för plasmapyrolyssystemet 10 är tillräckligt hög för att alla giftiga eller miljöfarliga spårmaterial i produktgasen skall ligga väl under de gränser som satts av de kontrollerande myndigheterna, även om det antas att förbränningen i flamskorstenen 22 förstör alla sådana miljöfarliga spårmaterial. För den händelse att den nivå av miljöfarliga spårmaterial som 462 505 8 detekteras i produktgasen ligger över de gränser som satts av någon speciell kontrollerande myndighet, bestämmer produktgasanalysutrustníngen 154 detta och stänger automatiskt av avfallsinmatningsflödet, tills driftsparametrarna för plasmapyrolyssystemet 10 ändrats ändamålsenligt för att föra nivån av miljöfar- liga spârmaterial inom de föreskrivna gränserna.

Produktgasanalysutrustningen 154 innefattar en masspektrometer i form av en Hewlett-Packard 5792A gaskromatograf kopplad till en Hewlett-Packard 5970A selektiv massdetektor. En provtagningsteknik är att utta ett 100 liters prov av produktgasen och föra densamma via en uppvärmd ledning till partikelformigt filter för att avlägsna allt kol. Den renade gasen förs sedan genom en absorbator med en infångningseffektivitet på ca 9996. Absorbatorn upphettas därefter snabbt för frigöring av infångade organiska substanser. En kvävgasström för de organiska substanserna till masspektrometern för analys.

Masspektrometern avsöker med avseende på upp till sex specifika massor svarande mot de joner, vars närvaro antingen indikerar graden av destruktion av giftigt avfall eller bildningen av eventuella nya giftiga föreningar. Om koncentrationerna av dessa kemikalier överstiger de förutbestämda gränser som satts av den kontrollerande myndigheten, stoppas avfallsmatningen till plasma- brännaren. Om koncentrationsgränserna inte överstigs, upprepas analyscykeln automatiskt.

För den händelse att det skulle kunna finnas farliga spårmaterial i produktgasen, som man inte har speciell avsökning för, avsöker masspektrome- tern även med avseende på föreningar med en atomvíkt mellan 200 och 450.

Detta kan utsträckas till ett intervall 10 till 600, om så krävs av den speciella kontrollerande myndigheten. Om okända föreningar påvisas som har en atomvikt ekvivalent den för en riskabel kemikalie och i en mängd över de gränser som satts av den kontrollerande myndigheten, så stoppas också matningen av avfallsmaterial till plasmabrännaren, och automatiska avstängningsprocedurer initieras såsom beskrivs närmare nedan.

Förutom att övervaka produktgasen med avseende på riskmaterial är även ett gaskromatografiskt system anordnat för direkt analys av sådana ämnen som väte, vatten, kväve, metan, kolmonoxid, koldioxid, eten, etan, acetylen propan, propen, l-buten och väteklorid. Exempelvis bestämmer analysen med avseende på väteklorid i förening med en analys av flytande partikelformigt material från skrubbern 18 effektiviteten för neutralisationen av den sura vätekloridgasen medelst sprayringen 16.

Med hänvisning åter till Figur 1 tillför luftförrådet 42 även luft för blåsning av vattenledningarna, manövrering av trevägsventilen 150 och trycksätt- ning av kylvattenbehâllaren #8 och snabbkylvattenbehållaren 98. Luftförrådet #2 9 462 505 innefattar en kompressor med en nominell kapacitet på 2,0 kubikmeter per minut, 800 kPa, med en 550 liters try-f' stank, som matar en lufthuvudledning 170.

Konventionella luftfilter, lufttorkare och tryckregulatorer (ej visade) används.

Trevägsventilen 150 styrs av en luftledning 172 och någon lämplig reglerventil 174. Trevägsventilen 150 och reglerventilen 174 är inställda så att produktgasen vid normal drift avges till flamskorstenen 22, men i händelse av att oönskade material påvisas i produktgasen och vid avstängning eller strömavbrott, manövre- rar reglerventilen 174 trevägsventilen 150 så att den för produktgasen genom kolfiltret 21+.

Lufttrycksledningar 176, 178 är anordnade med respektive ventiler 180, 182 för blåsning av snabbkylvattentillförselledningen 108 resp. tillförsel- och returledningarna 52, 56 för kylvattnet för underhållsändamål.

I händelse av strömavbrott eller liknande felfunktion är det önskvärt att upprätthålla flödet av plasmabrännarens kylvatten och även snabbkylnings- vattnet. Kylvattenflödet upprätthålls genom trycksättning av kylvattenbehålla- fen 43 med användning HV en luftledning 184 och en ventil l86.Ventilen 54 stängs och en avtappningsledning 188 som leder till en avloppsledning eller en uppsamlingstank öppnas, så att den trycksatta kylvattenbehållaren får kylvatten- flödet att fortsätta med reducerad hastighet i kylvattentillförselledningen 52.

Avtappningsventilen 188 reglerar kylvattenflödet, och detta flöde varar i ungefär minuter, vilket är tillräckligt för att kyla nyckelkomponenterna efter avstängning, så att underhållsoperationer kan äga rum.

Snabbkylvattenbehållaren 98 trycksätts med användning av en luftledning 190 och en ventil 192. I händelse av strömavbrott eller liknande felfunktion stängs ventilen 102 och ventilen 106 öppnas, så att flödet av snabbkylningsvatten fortsätter in i sprayringen 16 för att snabbkyla alla de genom sprayringen 16 passerande rekombinerade produkter som kan bildas, sedan plasmabrännaren 12 slutat fungera. Det bör noteras att utsugningsfläktens 20 tröghet får den att fortsätta att arbeta under en kort period på ca 1 minut, så att reaktionskärlet lll sprayringen 16 och skrubbern 18 evakueras även i händelse av strömavbrott.

Plasmapyrolyssystemet 10 är tillräckligt kompakt för att kunna installe- ras inuti en täckt 13,7 meters trailer av transportbilstyp och med nedsänkbar ram. Dessutom kan ett kontrollrum utrustat med fullständig instrumentering och övervakningsutrustning också placeras inuti trailerutrymmet, så att hela syste- met är rörligt och lätt kan transporteras till det ställe där avfallsmaterialet skall undanröjas. Allt som krävs är att trailern ansluts till en lämplig kraft- försörjningsledning, hushållsvattenledning och en avloppsledning eller uppsam- lingstank alltefter önskemål. Om det är önskvärt att använda produktgasen som bränslegas istället för att förbränna den i flamskorstenen, kan givetvis någon #0 462 505 w lämplig anslutning göras för mottagning av produktgasen för detta ändamål. o Innan man driver plasmapyrolyssystemet 10 är det värdefullt, ehuru valí' itt, att förutsäga vilka rekombinerade produkter som kommer att produceras i reaktionskärlet 11+ för något givet avfallsmaterial som skall förstöras. Eftersom plasmabrännaren l2 praktiskt taget fullständigt atomiserar eller joniserar avfallsmaterialet, kan de nya föreningar som skapas i reaktionskärlet 14 som resultat av rekombinationen av dessa atomer och joner förutsägas på basis av kinetisk jämvikt. Man använder minimering av Gibbs fria energi för att bestämma jämviktskoncentrationerna av produktspecier för ett brett intervall av valda temperaturer och tryck. För den händelse att nâgra som helst oönskade produkter förutsägs rekombineras i reaktionskärlet 14, kan avfailsinmatnings- eller driftsbetingelsema ändras, så att man undviker bildning av dessa oönskade produkter. Om t.ex. koltetraklorid är det avfallsmaterial som skall förstöras, är det möjligt att framställa fosgengas vid vissa temperatur- och tryckbetingelser.

Detta kan emellertid enkelt undvikas genom att man tillsätter något annat kolväte till det tillförda avfallsmaterialet. Ofta behöver man endast tillsätta vatten till det inmatade avfallsmaterialet för att öka den mängd väte som är tillgänglig för rekombination. Ett annat exempel på en oönskad produkt skulle vara att fluorvätesyra bildas i reaktionskärlet lll, vilket skulle kunna ske om ett fluorkol är avfallsmaterial. Ytterligare exempel på oönskade produkter och minimering eller eliminering av desamma genom ändring av halten i det inmatade avfallsmaterialet eller av driftsbetingelsema är uppenbara för fackmannen på området.

Förutom att förutsäga sammansättningen av de rekombinerade produkter som skall bildas i reaktionskärlet 11+ är det även värdefullt att förutsäga ändringen i entalpi mellan det avfallsmaterial som skall förstöras och de rekombinerade produkterna. Detta gör det möjligt att göra en förutsägelse beträffande den plasmaenergi som krävs för destruktion av avfallsmaterialen.

Detta kan man i sin tur använda för att beräkna de initiala inställningarna av spänning och ström för plasmabrännaren. Man inser att entalpin för de rekombinerade produkterna är en funktion av temperaturen och trycket i reaktionskärlet 14, och detta kan ändras genom att man ändrar inmatningshastig- heten för aflallsmaterialet eller effekttillförseln till plasmabrännaren. F öljaktli- gen kan man förutsäga de initiala inställningarna av inmatningshastighet för avfallsmaterial och tillförsel av plasmabrännareffekt så att man uppnår de önskade resultaten.

Man inser även att det injiceras en liten mänd virvelluft i plasma- brännaren 12 genom lufttillförselledningen #4. Tillförseln av denna virvelluft skall beaktas vid beräkning av den entalpiändring som sker i systemet. Den mängd virvelluft som injiceras i plasmabrännaren är relativt obetydlig genom att U 462 sus den högst utgör endast 1 till 2% av den stökiometriska syremängd som krävs för förbränning av avfallsmaterialet. Av denna orsak anses avfallsdestruktionen enligt föreliggande uppfinning och för syftena med denna beskrivning vara pyrolytisk. Man inser även att värmeförluster i plasmabrännaren och reaktions- kärlet kan tas med i beräkningen vid inställning av den initiala spänningen och strömmen för plasmabrännaren.

För att driva anläggningen, sedan man gjort förutsägelserna beträffande rekombinerade produkter och gjort justeringar av det tillförda avfallsmaterialet, så att inga oönskade produkter förväntas, gör man förutsägelser beträffande ändringen i entalpi för att bestämma de initiala effektinställningarna för plasmabrännaren och matningshastigheterna för avfallsmaterialet. Luftförrådet #2 sätts i funktion för att trycksätta snabbkylvattenbehållaren 98 och kylvatten- behållaren 48 (sedan dessa behållare fyllts med vatten). Kylvattenpumpen 50, snabbkylvattenpumpen 104 och skrubberavtappningspumpen 138 kraftförsörjs.

Effekt tillförs till plasmabrännaren, och virvellufttillförselledningen #4 öppnas.

Alkalitillförselpumpen l12 sätts därefter igång, och natriumhydroxid tillförs med lämplig matningshastighet till snabbkylningsvattnet. Därefter påbörjas matningen av avfall till plasmabrännaren från behållaren 64 med organisk vätska.

Justeringar görs av plasmavirvelluften, avfallsmatningen och natriumhydroxid- matningen vid behov. När systemet uppnått stabilt tillstånd, vilket endast tar ca 3 minuter, kopplas avfallsmatningen över till avfallsmaterialet i avfallsmaterial- behållaren 66.

Man inser av det ovanstående, att det avfallsmaterial som matas till plasmabrännaren 12 utsätts för en plasmabåge med hög temperatur (över .000°C), så att det atomiseras och joniseras. Det atomiserade och joniserade avfallsmaterialet passerar sedan genom grafitcylindern 82 till reaktionskamma- ren 79, där det rekombineras till rekombinerade produkter omfattande gaodukt- gas och partikelformigt material. Detta sker vid en temperatur mellan 900 och l.200°C i enlighet med den ändring i entalpi som förutsagts för det slutliga tillståndet för reaktionsprodukterna i reaktionskammaren 79. I denna bemärkelse, och för syftena med föreliggande beskrivning, kyls det atomiserade och joniserade avfallsmaterialet i reaktionskammaren 79 för bildning av de rekombi- nerade produkterna vid jämvikt. Man inser att vissa av rekombinationsreak- tionernai reaktionskammaren 79 är endoterma och att vissa är exoterma, varför allt atomiserat och joniserat avfallsmaterial inte kan "kylas" i strikt mening i reaktionskammaren 79. Uttrycket "kylning" för syftena med föreliggande beskrivning är avsett att gälla alla som helst reaktioner och kombinationer som sker med det atomiserade och joniserade avfallsmaterialet i reaktionskammaren 79. 462 505 12 De rekombinerade produkterna i reaktionskammaren 79 lämnar sedan reaktionskärlet 14 och passerar genom sprayringen 16, där de snabbkyls till en temperatur på ca 80°C och neutraliseras genom sprayning med den finfördelade alkalisprayen. De snabbkylda rekombinerade produkterna går därefter in i skrubbern 18, där produktgasen extraheras under kvarlämning av flytande partikelformigt material, såsom salter och kol i lösning. Denna lösning avpumpas därefter till ett avlopp eller en uppsamlingstank, och produktgasen förs av utsugningsfläkten 20 till flamskorstenen 22 eller också används den som bränslegas.

Som nämnts ovan är trycket i reaktionskammaren 79 atmosfärstryck eller något negativt orsakat av utsugningsfläkten 20, som suger ut de rekombine- rade produkterna ur reaktionskärlet 14. Temperaturen i reaktionskammaren 79 kan regleras genom att man justerar antingen effekttillförseln till plasmabränna- ren l2 eller matningshastigheten för avfallsmaterialet.

För den händelse att man önskar stoppa plasmapyrolyssystemet 10, aktiveras trevägsventilen 68 omedelbart för överkoppling till matning av den ofarliga organiska vätskan för spolning av systemet. Detta skulle också kunna ske, om någon av de andra driftsparametrarna för systemet överstiger sina normala driftsintervall. Sedan systemet spolats med den ofarliga organiska vätskan, stoppas den organiska vätskan, effekttillförseln till plasmabrännaren stoppas, och plasmavirvelluften stängs av. När temperaturen i reaktionskamma- ren 79 når en godtagbar nivå, stängs utsugningsfläkten 20 av liksom flödet av snabbkylvatten till sprayringen 16. När temperaturerna inuti plasmabrännaren 12 uppnått en lämplig nivå, stoppas kylvattenpumpen 50, varefter lufttillförsel- kompressorn #2 kan stoppas om så önskas.

I händelse av strömavbrott eller förlust av plasmabågen i plasmabränna- ren 12, eller detektion av oacceptabla material i produktgasen i flamskorstenen 22 eller förlust av utsugningsfläkten 20, eller förlust av plasmakylvattenflödet, stängs avstängningsventilen 76 omedelbart för att stänga av tillförseln av avfallsmaterial. Virvelluftflödet till plasmabrännaren stoppas också, så att uppehållstiden för de rekombinerade produkterna inuti reaktionskammaren 79 ökas Det bör noteras, att trycket i vattenkylsystemet under alla drifts- och avstängningsbetingelser är mycket högre än trycket i avfallsmatningssystemet, i virvelluftsystemet eller i reaktionskärlet. Om således en vatten- eller avfalls- matningsläcka skulle uppkomma, kommer vattenbehållareninte att bli kontami- nerad med avfallsmaterial.

Efter beskrivningen av föredragna utföringsformer av uppfinningen inser man att olika modifieringar kan göras av det beskrivna sättet och den beskrivna 13 i 462 505 anordningen. Exempelvis är det inte nödvändigt att tillföra avfallsmaterialet direkt till halsen av plasmabrännarens båge. Avfallsmaterialet skulle kunna införas i reaktionskammaren och plasmabågen införas i kammaren så att den stöter emot avfallsmaterialet. Detta skulle emellertid reducera avfallsmateria- lets uppehållstid i plasmabågen, varför det inte torde vara lika effektivt för vissa avfallsmaterial. I den föredragna utföringsformen har flytande avfallsmaterial eller kondenserade avfallsmaterial använts. Lämpliga modifieringar skulle emel- lertid kunna göras av avfallsmatningssystemet för att anpassa det till fasta substanser eller en kombination av vätskor och fasta substanser. Detta skulle även kunna innefatta icke-organiskt material. Plasmabågen skulle helt enkelt smälta och sintra eller förânga det icke-organiska materialet och därigenom tillåta den miljöfarliga organiska komponenten att förstöras såsom beskrivits ovan utan någon minskning i effektivitet. Ett vanligt exempel på ett sådant sammansatt material skulle vara PCB-fyllda kondensatorer.

Det torde vara uppenbart för fackmannen på området, att det i Figur 1 visade plasmapyrolyssystemet endast är en schematisk återgivning av systemet.

Ytterligare ventiler, olika typer av ventiler, olika temperatur-, tryck- och flödessensorer och andra vanliga processtyrningskomponenter skulle kunna användas i en verklig anläggning.

Det är inte nödvändigt att utföra förutsägelserna vad gäller de förväntade rekombinerade produkterna eller ändringen i entalpi, såsom beskrivits ovan, innan man sätter plasmapyrolyssystemet 10 i drift. Systemet skulla kunna drivas till betingelser med stabilt tillstånd genom användning av ett ogiftigt eller ej miljöfarligt avfallsmaterial, varefter de giftiga avfallsmaterialen skulle kunna insättas istället och förstöras eller också skulle övervakningssystemet automa- tiskt stoppa systemet.

Slutligen är det inte väsentligt, att analys av produktgas eller av flytande partikelformigt material utförs, speciellt om 'plasmapyrolyssystemet 10 används för behandling av kända avfallsmaterial på regelbunden eller fast basis. Övervaknings- och analysförfarandena tillhandahålls i huvudsak för att tillmötes- gå kontrollerande myndigheter, som ofta kräver överdrivet "felsäkra" operationer vid värdering av ny teknik.

Av det ovanstående inser man, att det på plasmapyrolys baserade avfallsdestruktionssystemet enligt föreliggande uppfinning är ett enkelt, kompakt och mobilt system, som kan drivas kommersiellt inom acceptabla gränser för miljön, för många miljöfarliga eller giftiga kemiska avfallsmaterial och för material som inte kan förstöras inom acceptabla gränser för miljön, varvid syste- met har förmåga att bestämma detta, innan något som helst giftigt material avges till omgivningen.

Claims (9)

/17 4 6 2 5 0 5 PATENTKRAV

1. Sätt att destruera avfallsmaterial, vilket innefattar att man utsätter avfallsmaterialet för en plasmabåge (12) med hög temperatur, kyler avfalls- materialet i en reaktionskammare, snabbkyler de erhållna produkterna med en finfördelad spray och uttar produktgasen, k ä n n e t e c k n a t av att man inför avfallsmaterialet direkt i plasmabågen (12), som har en temperatur över 5000°C, under väsentligen pyrolytiska betingelser för att atomisera och jonisera avfallsmaterialet, att de efter kylning av det atomiserade och joniserade avfallsmaterialet i reaktionskammaren (79) erhållna rekombinerade produkterna, innefattande produktgas och partikel- formigt material, snabbkyls med en alkalisk spray för att neutralisera desamma och fukta det partikelformiga materialet, och att den från de rekombinerade produkterna uttagna produktgasen förbränns.

2. Sätt enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a t av att det vidare innefattar steget att justera den ena av effekttillförseln till plasmabågen och inmatningshastigheten för avfallsmateria- let för att reglera temperaturen i reaktionskammaren.

3. Sätt enligt patentkravet 2, k ä n n e t e c k n at av att temperaturen i reaktionskammaren regleras till att ligga i intervaller 9oo°c :in 12oo° .

4. Sätt enligt något av patentkraven 1 till 3, k ä n n e t e c k n a t av att det vidare innefattar steget att initialt förutsäga sammansättningen hos de rekombinerade produkterna och ändra halten av det avfalismaterial som skall förstöras, om oönskade produkter förutsägs.

5. Sätt enligt något av patentkraven 1 till 14, k ä n n e t e c k n a t av att trycket i reaktionskammaren (79) i huvudsak är atmosfärstryck.

6. Anordning för pyroiytisk destruktion av avfallsmaterial, akännetecknad avattdeninnefattar: en plasmabrännare (12) innefattande minst två samlinjära ihåliga elektroder (26, 28) och organ (36, 38) för att stabilisera en plasmabàge med en temperatur över 5000°C däremellan, ett kraftförsörjningsaggregat (30) kopplat till elektroderna (26, 28) för att bilda plasmabågen, och kylorgan (#7, #8, 49) för att kyla elektroderna (26, 'I 15 462 505 28), ett reaktionskärl (14) anslutet till plasmabrännaren (12) och med en med eldfast infodring försedd reaktionskammare (79) för att motta plasmabâgen, organ (60, 62) för att direkt i plasmabågen införa avfallsmaterial som skall atomiseras och joniseras under väsentligen pyrolytiska betingelser och därefter rekombineras till rekombinerade produkter i reaktionskammaren (79), varvid reaktionskärlet (14) innefattar ett utlopp (90) för avlägsning av de rekombinerade produkterna därifrån, en sprayring (16) som kommunicerar med reaktionskärlets (14) utlopp (90), ett trycksatt förråd av alkalisk fluid (110) som är anslutet till och kommunicerar med sprayringen (16) för att snabbkyla och neutralisera de rekombinerade produkterna, en skrubber (18) som kommunicerar med sprayringens (16) utlopp för att separera produktgas från flytande partikelformigt material i de rekombinerade produkterna, och organ (20, 138) kopplade till skrubbern (18) för att avlägsna det flytande partikelformiga materialet och produktgasen därifrån.

7. Anordning enligt patentkravet 6, k .ä n n e t e c k n a d av att reaktionskärlet (14) innefattar en ihålig grafit- cylinder (82), som är koaxialt anordnad för att kommunicera med plasmabrän- narens (12) elektroder (26, 28) för att motta den plasmabåge som lämnar plasmabrännaren (12).

8. Anordning enligt patentkravet 6 eller 7, k ä n n e t e c k n a d av att organen för att avlägsna flytande partikelformigt material och produktgas från skrubbern (18) innefattar en utsugningsfläkt (20) för att avge produktgas från skrubbern (18).

9. Anordning enligt patentkravet 8, k ä n n e t e c k n a d av att den vidare innefattar organ (154) för att övervaka sammansättningen av den produktgas som avges av utsugningsfläkten (20), och att organen för att införa avfallsmaterial i plasmabâgen innefattar en ventil (76), varvid övervakningsorganen (154) är verksamt kopplade till ventilen (76) för att stänga av införandet av avfallsmaterial, om farliga beståndsdelar påvisas i produktgasen över förutbestämda gränser.