SE508392C2 - Förfaringssätt för separering av förorenande ämnen från ett med det förorenande ämnet förorenat material - Google Patents

Description

508 392 2 Deponering är en metod som tidigare ofta använts trots att den ej löser föroreningsproblemet utan skjuter det framåt i tiden, till kommande generationer.

Miljögifter i sådana deponier kommer så småningom även att successivt läcka ut till omgivande mark, vatten och luft. Under senare år har lagstiftningen skärpts avseende deponering, bl a i USA och Tyskland. Detta i kombination med införandet av deponiavgifter kommer att göra deponering till ett mindre attraktivt alternativ till sådana saneringsmetöder som syftar till att slutgiltigt åtgärda föroreningsproblemen.

Forskning och utveckling av saneringsmetoder baserade på bioteknik sker i betydande omfattning, bl a i Tyskland och USA. Stora förhoppningar har ställts, och ställs, till dessa metoder. Framgångarna har dock hittills varit begränsade. De naturligt förekommande bakterier som används har svårt att bryta ner de tyngre aromatiska komponenterna i t ex kreosot; vissa ingående komponenter är toxiska för just mikroorganismer, därav användningen av kreosot som träkonserveringsmedel. Nya forskningsrön tyder emellertid på att anaeroba bakterier, dvs sådana som lever i syrefri rniljö, har förmåga att bryta ner även sådana ämnen. Effektiva och bakteriebaserade saneringar kommer därför säkerligen att ske i framtiden, men då sannolikt i stora, slutna behållare med syrefri miljö och under lång tid och under konstant behandling (temperaturreglering, uppluckring, tillsats av näringsämnen etc). Kostnaderna kommer därför att bli betydande.

En fjärde kategori saneringsmetoder är extrïon av de kemiska ämnena med lösningsmedel (extraktionsmedel), eller tvättning med tvättmedel av olika slag.

I första fallet blandas det förorenade materialet med lösningsmedel varvid föroreningsämnen överförs till och anrikas i lösningmedlet. Metoden tillämpas på varierande vis sedan ett antal år bl a i Danmark och Tyskland. Kostnaden kan variera, beroende på bl a typ av material, vattenhalt och typ och halt av föroreningsärnnen.

Metodemas tillämplighet, speciellt tvättrnetodema, begränsas även starkt om det förorenade materialet är finkornigt, dvs innehåller lera.

En femte metodgrupp utgörs av t_egn_isgiv¿dx'i_vrii_rig, med eller utan efterföljande förbränning av avdrivna föroreningsämnen. Föreliggande uppñnning faller under denna kategori.

I tex tyska patentskriften 4303722 beskrives en metod för avdrivning av föroreningsärrmen från t ex kontaminerad jord i en ugn med upphettad ånga eller hetgas innehållande oxidationsmedel, varvid jorden befrias från kontamincrande organiska 3 508 392 ämnen genom direkt oxidation i materialet. En del av ämnena anges ej oxideras i materialet utan avdrives och oxideras i en katalysator genom katalytisk oxidation eller i ett UV-filter. 80 - 90% av ångan eller hetgasen återföres till ugnen. 10 - 20% av ångan/ hetgasen uttages till kondensation varefter resten av ej oxiderande ämnen frånskiljes kondensvattnet med konventionella metoder.

Vid införseln av ångan / hetgasen tillsättes alltså ett oxidationsmedel som innehåller syre. Syftet är att detta oxidationsmedel skall föras med ångan/ hetgasen genom materialet för att därvid oxidera organiska komponenter i detta, inklusive organiska föroreningsärnnen. Anrikning av avdrivna förorenande ämnen motverkas medvetet genom kontinuerlig tillsats av oxidationsmedel. Det föreligger ett överskott av syre i ångan eller hetgasen efter passagen genom materialet, dels som rest och dels i forrn av nytillförsel, och därför återcirkuleras närrmda 80-90% av ångan/ hetgasen + oxidationsmedlet till materialet.

Huvudflödet från ugnen passerar genom en katalysator eller ett UV-filter, varvid avdrivna föroreningsänmen oxideras. Ett delflöde, 10-20%, uttages kontinuerligt för kondensation följt av rening av kondensvattnet. Vissa föroreningsämnen oxideras således i materialet av det med ångan eller hetgasen tillförda oxidationsmedlet, medan andra ämnen drivs av och antingen oxideras av katalysatom eller UV-filtret, eller separeras från kondensvattnet med konventionella metoder efter kondensation av ångan / hetgasen.

Denna kända metod innebär ett antal nackdelar, En sådan är att förorenat material ej sällan innehåller betydande andelar av organiska komponenter, humusämnen, träfibrer etc, vilka förbrukar det tillförda oxidationsmedlet. Stora kvantiteter oxidationsmedel kan således erfordras, vilket innebär merkostnader.

En annan nackdel är att när 80-90% av sönderdelningsproduktema återcirkulerar till materialet, och om klorerade ämnen förekommer och oxideras, så kommer bildad koldioxid, vatten(ånga) och klorföreningar att också återcirkulera, vilket innebär kontinuerligt korrosion av anläggningen då klor är synnerligen korrosivt.

En tredje nackdel är risken för antändning av materialet respektive gasexplosion. Den beskrivna metoden innebär att ångan / hetgasen innehåller ett överskott av syre. En risk föreligger att de organiska beståndsdelama, inte bara föroreningsämnen, i materialet kan antändas på grund av kombinationen av oxiderbara organiska ämnen, syrgas och hög processtemperatur (upp till 700°C enligt texten). En risk föreligger även att det kan sus 392 4 bildas en het och 'explosiv blandning av gasformiga föroreningsänmen och syre om sådan blandning överstiger kritiska s k LEL-nivåer (Lower Explosive Limit) för olika ämnen. Metoden är därför riskfylld, dels genom att materialets organiska beståndsdelar kan fatta eld i ugnen, dels genom explosionsrisken p g av explosionsfarliga gasblandningar i anläggningen.

Det är också tidigare känt, tex genom det amerikanska patentet 5.172.709, att ett kemiskt ämne kan separeras från ett material som innehåller detta ämne, genom att materialet i ett första steg behandlas med vattenånga så att det kemiska ämnet avdrives från materialet med vattenångan. Med denna kända metod kondenseras emellertid därefter vattenångan direkt med det kemiska ämnet innan avskiljandet av det kemiska ämnet från vattnet sker i ett andra steg. Detta förfarande har dock visat sig innebära vissa nackdelar av teknisk och ekonomisk karaktär Ändamålet med föreliggande uppfinning är att bl a eliminera ovan nämnda nackdelar och möjliggöra en kostnadseffektiv separeringsmetod för industriell tillämpning, inklusive marksanering, och som i hög grad är anpassad till och utnyttjar fördelarna med såväl s k samdestillation med vatten som vattenångdestillation och samtidigt i hög grad är anpassad till och utnyttjar de i materialet förekommande kemiska ämnenas speciella kemiska och fysikaliska egenskaper.

DEFINTTIONER I det följande betecknas kemiska ämnen i material som innehåller dessa ämnen såsom "förorenande ämnen" eller "föroreningsärnnen" när sådan benämning enligt definition är befogat, dvs då sådana ämnen, enligt det för uppñnningens beskrivande här valda tillämpningsområdet marksanering, klassificeras såsom skadliga för miljön.

Med samdestillation med vatten menas att vatten förångas vilket medför att olika föroreningsänmen på grund av samdestillationsprincipen kan förångas tillsammans med vattnet vid vattnets kokpunkt även om föroreningsämnenas ångtryck är synnerligen lågt vid denna temperatur och deras kokpunkt vida högre än vattnets. Med vattenångdestillation menas att materialet behandlas med överhettad vattenånga varvid föroreningsämnen avdrives av ångan. Med "förorenat material" menas jord, sediment, fyllnadsmassor m fl material som innehåller förorenande ärrmen. 5 sus 392 Motsvarande gäller för andra tillämpningar av uppfinningen, såsom i vissa industriella processer där avskiljning av i ingressen nämnda kemiska ämnen från ett material, fast eller flytande, är önskvärt.

REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN Förfaringssättet enligt uppfinningen innebär att det förorenade materialet i en första separeringsprocess uppvärmes och behandlas vid en temperatur upp till förekommande förorenande ämnes kokpunkt med återcirkulerande gas, som under stigande temperatur bringas att passera genom materialet ett stort antal gånger i en sluten krets under processen, så att i materialet förekommande förorenande ämne successivt avdrives från materialet och anrikas i ångfas i den recirkulerande gasen.

Avdrivet och anrikat förorenande änme separeras från gasen i en andra separeringsprocess i en delflödesslinga, varvid därvid eventuellt frigjord energi återföres till den slutna kretsen och därmed tillföres den första separeringsprocessen.

Separeringen av avdrivet förorenande ämne från gasen sker på endera av tre följ ande sätt, eller olika kombinationer av dessa; 1. Anrikat förorenande ärrme separeras från gasen genom förbränning i en brännare och /eller i en katalysator, varvid bildad värmeenergi återföres till den första separeringsprocessen medelst värmeväxlare. 2. Anrikat förorenande ämne separeras från gasen genom att gasen och ämne avkyls varefter bildat kondensvatten respektive ej kondenserbara gaser renas från förorenande ämne på konventionellt vis, exempelvis genom upptag i kemiska fllter (aktivt kol). 3. Anrikat förorenande ämne separeras från gasen med hjälp av föroreningsselektivt kemiskt ämne, antingen ett ämne (en s k sorbent) som är valt och anordnat för helt eller delvis upptag och bindning av förorenande ämne direkt från gasen, eller ett ärrme som är valt och anordnat för annan kemisk reaktion, t ex kemisk fällning, av förorenande änme direkt från gasen.

Dessa och övriga kännetecken för för förfaringssätt enligt uppfinningen framgår av efterföljande patentkrav. sos 592 6 FIGURBESKRIVNING Uppfinningen skall närmare beskrivas i anslutning till bifogade ritningar, där schematiskt Fig 1 visar diagram över avdrivningsförlopp för ett antal förorenande ämnen A - E som funktion av processtemperatur (°C) och processtid (t); Fig 2 visar en principskiss över processen med en huvudslinga 23 innehållande en processbehållare 20 med partikelfilter 201 samt ett intag 21 för förorenat material och ett uttag 22 for behandlat material, ett vatteninjekt 230, en fläkt 24 samt en uppvärmningsenhet utgörande en värmeväxlare 26.

Från huvudslingan 23 leder en delflödesslinga 27 som består av dels en delslinga 271 med en törbränningsenhet 25, utgörande en brännare och/eller en katalysator, förbunden med uppvärrnningsenheten 26 och dels en delslinga 272 med en enhet 28 innehållande ett fóroreningsselektivt kerniskt ämne.

Båda dessa delslingor ansluter sig till en delflödesslinga 273 med en enhet 29 för gasavkylning och -kondensation, som i sin tur är ansluten till en enhet 291 innehållande ett kemiskt ñlter för rening av bildat kondensvatten och en enhet 292 innehållande ett kemiskt ñlter för rening av ej kondenserbar gas. Den från huvudflödet utgående delflödesslingan 27 är även direkt ansluten till denna gasavkylning och - kondensationsenhet. Renat kondensvatten erhålls vid ett uttag 2911 och återförs till behandlade materialet, och renad ej kondenserbar gas vid ett uttag 2921 för utsläpp till omgivande atmosfär.

Fig 3 visar huvudslinga 23 enligt Fig 2 samt den delflödesslinga 271 som innefattar förbränningenheten 25, ansluten till enheten 29 för gasavkylning och -kondensation och vidare till enhetema för rening av bildat kondesvatten 291 och för rening av ej kondenserbar gas 292. Renat kondensvatten erhålls vid ett uttag 2911 och återförs till behandlade materialet, och renad ej kondenserbar gas vid ett uttag 2921 för utsläpp till omgivande atmosfär.

Fig 4 visar huvudslinga 23 enligt Fig 2 samt delflödesslinga 273 som ansluter direkt till enheten 29 för gasavkylning och -kondensation och vidare till enheten 291 för rening av 7 508 392 bildat kondesvatten och enheten 292 för rening av ej kondenserbar gas. Renat kondensvatten erhålls vid ett uttag 2911 och återfórs till behandlade materialet, och renad ej kondenserbar gas vid ett uttag 2921 för utsläpp till omgivande atmosfär.

Fig 5 visar huvudslinga 23 enligt Fig 2 samt delflödesslinga 272 innefattande enheten 28 innehållande ett föroreningsselektivt kemiskt ämne, ansluten till enheten 29 för gasavkylning och -kondensation och vidare till enheterna 291 och 292 för rening av bildat kondensvatten respektive ej kondenserbar gas. Renat kondensvatten erhålls vid ett uttag 2911 och återförs till behandlade materialet, och renad ej kondenserbar gas vid ett uttag 2921 för utsläpp till omgivande atmosfär.

Fig 6 slutligen visar huvudslinga 23 enligt Fig 2 samt delflödesslinga 271 innefattande förbränningenheten 25, och delflödesslingan 272 innefattande enheten 28 innehållande ett föroreningsselektivt kemiskt ämne; båda dessa enheter är anslutna dels till varandra och dels till enheten 29 för gasavkylning och -kondensation och vidare till enheterna 291 och 292 för rening av bildat kondesvatten respektive ej kondenserbar gas. Renat kondensvatten erhålls vid ett uttag 2911 och återförs till behandlade materialet, och renad ej kondenserbar gas vid ett uttag 2921 för utsläpp till omgivande atmosfär.

DETALJERAD BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN Första separeringsprgcessen Förorenat material behandlas i en första separeringsprocess med gas, luft eller inert gas som successivt ersättes med vattenånga, varvid förekommande förorenande ämnen avdrives i ångfas från det förorenade materialet. Enligt Daltons lag anrikas härvid varje ämne individuellt i gasen, oberoende av andra samtidigt avdrivna ämnen. Genom att gasen återcirkuleras genom det förorenade materialet ett stort antal gånger i en sluten krets under processen anrikas varje ämne successivt i gasen.

Genom att processtemperaturen, d v s temperaturen i det förorenade materialet, successivt höjs kommer ingående förorenande ämnen att drivas av (naturligtvis under förutsättning att de har ett för ändamålet erforderligt ångtryck vid den aktuella processtemperaturen; metaller såsom bly, koppar mm kan därför ej separeras med denna metod). sus 392 8 Gasen kan genom detta förfarande fås att innehålla en förvånansvärt hög halt av respektive förorenande ämne som avdrivits från materialet. Det avdrivna ämnet följer med gasen runt i kretsen och tillbaka genom materialet utan att återkondensera (under förutsättning att gasens temperatur inte understiger den som erfordras för avdrivningen av ämnet) alltmedan mer av förorenande ämnet kontinuerligt avdrives till vattenångan från materialet.

Anrikningen av ämnen sker tills dess ett jämviktsläge uppnåtts, s k ”mättnad”. Eftersom olika ämnen har olika ångtryck och förekommer i högst varierande initialhalteri materialet, kommer ämnena därmed att avdrivas och anrikas i gasen i olika omfattning.

En del ämnen (t ex lågkokande) kommer att snabbt uppnå detta järnviktsläge medan andra (högkokande) på grund av sitt låga ångtryck och/eller låga initialhalt inte ens kommer i närheten av sin respektive ”mättnadshalt” i gasen.

För underlättandet av avdrivningen av förorenande ämne i den första separerings- processen kan ett kemiskt ärnne tillsättas det förorenade materialet före eller under den första separeringsprocessen. _ Det förorenade materialet uppvärmes med genomströmmande och upphettad återcirkulerande luft eller inert gas i en sluten krets, kallad huvudslingan 23. Med ökande materialtemperatur börjar fukt i materialet att bilda vattenånga som blandas med återcirkulerande luft eller inert gas. I materialet förekommande lågmolekylära och lågkokande föroreningsämnen börjar förångas och avdrivas och anrikas i luften eller inerta gasen. Temperaturökningen i materialet sker genom uppvärmning av luften eller inerta gasen före återcirkulationen till materialeti huvudslingan.

Då materialtemperaturen närmar sig vattnets kokpunkt tillförs den återcirkulerande och uppvärmda luften eller inerta gasen en snabbt ökande mängd vattenånga. Gasvolymen ökar därmed i huvudflödet. Denna ökande gasvolym, luft eller inert gas och vattenånga, uttages i en delflödesslinga 27 från huvudslingan.

Sarnrnansättningen av den återcirkulerande gasen i huvudslingan ändras således successivt från luft eller inert gas till vattenånga med ökande process- och materialtemperatur. Vid en materialtemperatur motsvarande vattnets kokpunkt utgörs gasen huvudsakligen av vattenånga från del av materialets förångade vatteninnehåll. 9 sus 392 Gasen som uttages från huvudslingan i delflödesslingan innehåller, förutom luft eller inert gas följt av luft eller inert gas och vattenånga samt slutligen vattenånga, även förekommande förorenande ämnen som avdrivs i ångfas från materialet och anrikats i gasen genom samdestillation med vatten eller vattenångdestillation. Detta sker under alla faser av processen och är betingat av ämnenas egenskaper; lågkokande ämnen avdrives vid lägre temperatur än högkokande ämnen. De i delflödesslingan uttagna gasen kan därför innehålla olika typer och halter av avdrivna ämnen, som funktion av främst processtemperaturen och grad av anrikning (mättnad) i gasen..

Genom s k samdestillation med vatten (water codistillation) kan vissa förekommande högmolekylära och högkokande föroreningsärnnen förångas och avdrivas och anrikas i gasen redan vid låg temperatur, tex vattnets kokpunkt.

Vid en processtemperatur motsvarande vattnets kokpunkt utgörs gasen av vattenånga samt avdrivna förorenande ämnen. Då all fukt i materialet har förångats av den återcirkulerande uppvärmda vattenångan i huvudslingan, stiger materialtemperaturen över vattnets kokpunkt och upp till den temperatur som erfordras för att kvarvarande förorenande ämnen skall förångas och avdrivas från materialet. Temperaturen regleras till erforderlig nivå genom upphettning av vattenångan med en uppvärrnningsenhet under dess återcirkulation i huvudslingan till materialet.

Då materialet torkat bildas ej ny vattenånga för uttag i delflödesslingan, vilket medför att avdrivna föroreningsärnnen kan anrikas i ännu högre grad i den återcirkulerande vattenångan i huvudslingan än under förångningen av fukten i materialet. En mindre del av vattenångan i huvudslingan uttages dock i delflödesslingan under temperatur- höj ningen för att kompensera den volymökning som temperaturhöj ningen resulterar i.

Materialet behandlas med gas vid en temperatur upp till förorenande ärnnes kokpunkt samt vid atmosfárstryck eller så nära atmosfärstiyck som processens tekniska utförande medger.

För att taga ut vattenånga och anrikade förorenande ämne i kontrollerad förrn under högtemperaturfasen, dvs då vattenånga ej längre produceras från förångad fukt i materialet, injiceras vatten i huvudslingan. Vattnet förångas vilket medför en volymsökning i huvudslingan som kompenseras genom uttag av motsvarande volym i 508 392 lO delflödesslingan. 'Genom injicering av bestämd volym vatten kan således en fastställd volym vattenånga innehållande anrikade förorenande ämne uttagas från huvudslingan till delflödesslingan.

Gas som uttages från huvudslingan i delflödesslingan leds till andra separeringsprocessen för frånskiljning av anrikade förorenande ämnen från gasen, vilken därefter antingen återcirkuleras till huvudslingan, eller uttages ur systemet.

Andra separeringsprgcçsgn Efter avdrivningen separeras ämnena från gasen i en andra separeringsprocess i ett uttaget delflöde på endera av tre sätt, förbränning, helt eller delvis upptag på ett föroreningsselektivt ämne, separering efter avkylning och kondensation av gasen, eller på olika kombinationer av dessa tre sätt. Val av separationsmetod eller metoder beror på antal, typ(er) och halter av anrikade förorenande ämnen.

Separeringen kan ske alltifrån starten av respektive ämnesanrikning i gasen och tills dess ärnnena uppnått sina respektive ”mättnadshalter” i den recirkulerande gasen. 1 Separation genom förbränning En separeringsmetod är att destruera förorenande ämne i ett uttaget delflöde genom förbränning direkt i gasen. Detta förutsätter att aktuella änmet är förbränningsbart, dvs en kolväteförening. Destruktionen sker genom att gasen innehållande sådant ämne bringas att passera en förbränningsenhet, varvid ämnet förbrärmes (oxideras) och sönderdelas till vattenånga och koldioxid samt - för klorerade kolväten - även gasforrnigt klor. I de fall klorerade kolväten förbrännes kan klor (sannolikt som klorgas) därefter separeras från gasen genom att gasen efter förbränningsenheten bringas att passera ett kemiskt ämne, en klorselektiv sorbent (se nedan), som upptager och binder kloret medan gasen passerar igenom.

Förbränningsenheten utgörs av en brännare, en katalysator eller en kombination av brännare och katalysator. Vid förbränningen av förorenande ämnen utvecklas värmeenergi. En fördel med detta förfarande är att samtidigt som ämnena förintas 11 soa 392» utvecklas värmeenergi som direkt kan tillvaratas och användas i processen genom att energin via värmeväxlare tillförs den första separeringsprocessen. En annan fördel är att behov ej föreligger av varken sorbent eller omhändertagande av koncentrat av förorenande ärnnen (se nedan), som erhålles vid regenerering av sorbenten.

För att uppnå maximal destruktion av förorenande ämne i gasen kan gasen återcirkuleras ett antal gånger genom förbränningsenheten.

Den vid förbränningen frigjorda värmeenergin överföres till gasen i huvudslingan via värmeväxlare.

Gasen kan därefter återföras till processen, eller uttagas ur systemet. Gas som uttages kyls till under vattnets kokpunkt varefter bildat kondensvatten respektive ej kondenserbara gaser passerar genom kemiska filter, anpassade för upptag av eventuella rester av förorenande ämnen. Kondensvattnet återförs sedan till behandlat material och gasen släpps ut till omgivande atmosfär. 2 Separation efter avkylning och kondensation En andra separeringsmetod att separera förorenande ämnen i ett delflöde är att gasen avkyls ned till under vattnets kokpunkt, varefter ämnena frånskiljes bildat kondensvatten respektive ej kondenserbara gaser på konventionellt vis genom användning av kemiska filter (t ex aktivt kol) som har egenskapen att upptaga och binda förorenande ärrmen direkt från den ej kondenserbara gasen respektive kondensvattnet.

Rester av förorenande ämnen kan även separeras från kondensvattnet respektive ej kondenserbar gas genom utfillning etc.

Anrikningen av förorenande ämnen i gasen under första separeringsprocessen i huvudslingan medför att då gasen uttages och avkyls / kondenseras föreligger motsvarande höga aru-ikning av ämnen i kondensvattnet och/eller ej kondenserbar gas.

Detta är en avsevärd teknisk och ekonomisk fördel jämfört med sådana metoder som utför kondensation av vattenånga som en gång passerat igenom ett förorenat material.

Kondensvattnet återföres till det behandlade materialet och gasen släpps ut till omgivande atmosfär. 508 392 12 3 Separation med hjälp av ämnesselektiva kemiska ämnen En tredje separeringsmetod, då förorenande ämnena ej destrueras direkt i gasen eller kyls med gasen enligt ovan, är att separera anrikade förorenande ämnen i ett delflöde genom att låta gasen passera ett ämnesselektivt kemiskt ämne som är valt och anordnat att upptaga eller på annat kemiskt vis separera förorenande ärnne eller förorenande ämnesgrupp från gasen.

För att uppnå maximal separering av förorenande ämne från gasen kan denna återcirkuleras ett antal gånger till det föroreningsselektiva kemiska ämnet. Genom att låta gasen passera två eller flera sådana kemiska ärnnen i serie kan olika förekommande och i gasen anrikade förorenande ämnen eller ämnesgrupper selektivt separeras från gasen.

En typgrupp av kemiska ämnen (s k sorbenter) karakteriseras av att de på ett icke- destruktivt sätt upptager och binder ett antikat förorenande ämne från gasen. En annan typgrupp av kemiska ämnen, s k dehalogenerande sorbenter, karakteriseras av att de upptager anrikade klorerade kolväteföreningar, t ex PCB (polyklorerad bifenyl), från gasen samtidigt som klorbindningarna bryts och kloratomema frigörs: Bifenyldelen av PCB-molekylen upptages och binds till det kemiska ämnet medan kloratomema frigörs och medföljer gasen. Detta frigjorda klor (sannolikt som klorgas eller annan gasformig klorförening) kan därefter upptagas på ett annat och klorselektivt kemiskt ämne medan gasen passerar igenom.

Gasen kan därefter återföras till processen, eller uttagas ur systemet. Gas som uttages kyls till under vattnets kokpunkt varefter bildat kondensvatten respektive ej kondenserbara gaser passerar genom kemiska filter, anpassade för upptag av eventuella rester av förorenande ämnen. Kondensvattnet återförs sedan till behandlat material och gasen släpps ut till omgivande atmosfär. 4 Kombination av separeringsmetodema 1 - 3 ovan Dessa separeringsmetoder kan appliceras var för sig eller i kombination med varandra, det senare om materialet är förorenat med två eller flera typer av ämnen eller ämnesgrupper som ej kan frånskiljas från gasen med en och samma separeringsmetod, vilket ofta är fallet.

B sos 592 EXEMPEL Ett exempel på separering av ett flertal förorenande ämnen från ett förorenat material skall nu översiktligt redogöras föri anslutning till Fig 1 samt Fig 2- 6. Det förutsätts att ett material (t ex jord) är förorenat med flera olika förorenande ämnen eller ärnnesgrupper, benänmda A - E (Fig 1), som var och en uppvisar olika beteenden vid behandlingen, dvs de avdrives från materialet vid olika temperaturer, har olika egenskaper och/eller bildar sönderdelningsprodukter som gör att de måste separeras från gasen på olika sätt. Ämne A avdrives under uppvärmningsfasen, ämne B och (delvis) ämne C under torkfasen, och ämnen D och E avdrives under högtemperaturfasen. Detta exempel har för åskådlighetens skull fórenklats; i verkligeten avdrivs många av dessa olika ämnen under väsentligt bredare och därmed kraftigt överlappande temperaturintervaller. Detta faktum innebär att de olika separeringsmetodema användes samtidigt under processen, exempelvis genom att gasen med anrikade föroreningsämnen i delflödesslingan leds till t ex en enhet för upptag på en typ av föroreningsselektiv sorbent och därefter till en förbrärmingsenhet eller vice versa, för att senare under processen skifta till tex en annan typ av klor- eller föroreningsselektiv sorbent.

I praktiken kan processflödena vara oförändrade under hela processen; gasflödet passerar kontinuerligt genom olika separeringsenheter i serie; dessa enheter fyller sin respektive funktion allteftersom gasen under processens gång för med sig de föroreningsämnen eller sönderdelningsprodukter som enheterna är utforrnade att separera från gasen.

Processen utgörs av tre faser; uppvärmningsfasen med en temperatur upp till 100°C, en torkfas med en temperatur på 100°C samt en högtemperaturfas på upp till, i detta exempel, 500°C. Ämne A Kvicksilver, Hg, i metallisk (elementär) form.

Metalliskt Hg är lättflyktigt och avdrives i ångfas snabbt från förorenade materialet redan under 100°C, dvs uppvärmningsfasen, se Fig 1. Hg kan ej destrueras och måste därför separeras direkt från gasen med hjälp av ett Hg-selektivt kemiskt ämne (sorbent). _Å__mLB Lätta - medeltunga petroleumkolväten.

Detta ämne är egentligen en ämnesgrupp bestående av aromatiska och/eller alifatiska sus 392 M kolväten som successivt avgår vid en temperatur på omkring l00°C, dvs under torkfasen; de lättare avdrives först och de medeltunga därefter, för att destrueras genom förbränning. Ämne Medeltunga - tunga kolväten Detta är en ärnnesgrupp bestående av alifatiska kolväten som successivt avgår vid en temperatur på omkring 150 - 200°C, dvs under högtemperaturfasen. Ämnena destrueras genom förbränning. Ämne D PCB PCB är ett samlingsbegrepp för en aromatisk kolvätegrupp bestående av en bifenylgrupp med olika klorhalt, utgörande ett antal s k PCB-kongener; detta klor frigörs om PCB-molekylen sönderdelas. De tyngsta och de strukturellt mest ”plana” PCB-kongenema avdrives från materialet vid 250 - 300°C.

PCB kan destrueras genom förbränning, varvid klor utgör en av sönderdelniníngs- produktema. PCB kan även upptas av PCB-selektiva kemiska ärnnen, antingen en PCB- selektiv sorbent som upptager och binder PCB-molekylen eller en s k dehalogenerande sorbent som upptager PCB-molekylens bifenylgrupp men frigör PCB-molekylens kloratomer. Det klor som bildas vid förbränning och vid upptag på dehalogenerande sorbent kan därefter i sin tur upptagas av ett separat klorselektivt kemiskt ämne (sorbent). Ämne E Kvicksilver i form av kvicksilversulfid, HgS HgS är en fast förening (och ett naturligt förekommande Hg-mineral), bildat i Hg- förorenad jord av metalliskt Hg och svavel. För att separera Hg måste materialet upphettas till ungefär 500°C; under vissa betingelser räcker det med en lägre temperatur. Föreningen sönderbryts därvid och Hg avdrives som (sannolikt) metalliskt Hg, vilket separeras direkt från gasen med ett Hg-selektivt kemiskt ämne Gfr ämne A ovan).

Det förorenade materialet utgörs av ”normal” moränjord innehåller 10-20% vatten.

De olika ämnena A - E kommer att avdrivas allteftersom materialet uppvärmes från initialtemperaturen och upp till den högsta processtemperaturen 500°C. (5 508 392 Allteftersom ärnnena avdrives från materialet separeras de från gasen i delflödesslingan med de valda separeringsmetodema, dvs med förbränning respektive med ett selektivt kemiskt ämne, eller kombinationer av dessa metoder. Separationema kan ske genom att gasen passerar sorbent och förbränningsenhet efter varandra (eller vice versa), eller genom att gasen leds till den kvicksilverselektiva sorbenten under det process- temperaturintervall då kvicksilver avdrives från materialet, respektive leds till förbränningsenheten under det processtemperaturintervall då petroleumproduktema avdrives från materialet.

Som illustreras i Fig 2 pågår i processen dels ett huvudflöde i huvudslingan 23 kontinuerligt för avdrivningen och anrikningen av förorenande ämnena, dels ett uttag (kontinuerligt eller periodvis beroende på aktuella processfasen - se ovan) i delflödesslingan 27 för separeringen av anrikade ämnen från gasen.

Processen inställs i enlighet med Fig 5, med en huvudslinga 23 för recirkulerande gas och en delflödesslinga 272 med en enhet 28 innehållande ett kvicksilverselektivt ämne.

Förorenat material inmatas vid 21 till en sluten processbehållare 20 som har ett partikelfilter 201. Förefintlig luft i systemet börjar cirkuleras i den slutna huvudslingan 23 med hjälp av en fläkt 24 och uppvärmes kontinuerligt av en uppvärmningsenhet, värmeväxlare 26, innan passagen till och genom processbehållaren 20.

Materialet börjar därvid successivt uppvärrnas och fukten i materialet börjar förångas.

Vid 70-80°C har mer än hälften av luften i huvudslingan ersatts av vattenånga. En betydande del av ärrme A avdrives till gasen i huvudslingan 23.

Vid förekomst av lättflyktiga föroreningsärnnen i materialet, vilket kan medföra gasexplosionsrisk under uppvärmningen i närvaro av syre, ersättes luften (egentligen luftens syreinnehåll) helt eller delvis av inert gas innan uppvärmningen påbörjar.

Från huvudslingan 23 sker uttag av ett delflöde till delflödesslingan 272 av processgasen (luft eller inert gas och senare vattenånga). Detta delflöde alstras automatiskt genom lämpligt ventilorgan, på grund av tryck- och volymsökning i huvudslingan. Avdrivet och anrikade förorenande ämnen A uttages därvid med gasen och leds i delflödesslingan 272 till enheten 28 innehållande det kvicksilverselektiva ämnet där kvicksilvret i gasen upptages och binds medan gasen passerar igenom för att 508 392 16 antingen återfóras till huvudslingan 23 eller uttagas ur systemet via enheterna 29, 291, 292 för gasavkylning och -kondensation respektive rening av kondensvatten och ej kondenserbar gas.

När temperaturen uppnått 100°C har ämne A avdrivits och uttagits i delflödesslingan 272 till upptag på den kvicksilverselektiva sorbenten 28, och all luft eller inert gas i huvudslingan 23 har ersatts av vattenånga som bildats från förångningen av fukten i materialet. Sorbenten innehållande kvicksilvret uttages för regenerering, varvid kvicksilvret erhålles som ett koncentrat och sorbenten återanvändes i processen.

Sorbenten kan även vara av engångskaraktär, dvs uttagas ur processen för slutgiltigt omhändertagande tillsammans med kvicksilvret, och ersättas med nytt och oanvänd sorbentämne.

Processen ställs nu in i enlighet med flöde i Fig 3, med huvudslingan 23 för recirkulerande gas och en delflödesslinga 271 med en enhet 25 innehållande en förbränningsenhet bestående av en brännare och/eller en katalysator. Ämne B börjar avdrivas. Den från materialets fukt bildade vattenångan uttages med avdrivet ämne B kontinuerligt från huvudslingan 23 till delflödesslingan 271 och förbränningsenheten 25. Ämne B destrueras och frigjord värmeenergi överförs via den efter förbränningsenheten anslutna värmeväxlaren 26 till gasen i huvudslingan 23.

Gasen och bildade sönderdelningsprodukter, vattenånga och koldioxid, leds vidare till enheten 29 för gasavkylning och -kondensation varefter kondensvattnet (från vattenångan) och ej kondenserbar gas (koldioxid) passerar respektive enhet 291 och 292 för rening.

I det fall då materialet från början är torrt, kan vattenånga ej bildas internt av materialfukt under uppvännningen. Vatten tillsättes då i stället utifrån till huvudslingan 23 via vatteninjektet 230 för förångning för att därmed ”articifiellt” bilda vattenånga för ersättning av luft eller inert gas.

När under den fortsatta processen materialet i processbehållaren 20 har torkat ut, har ämne B avdrivits och förbränts. Vattenånga bildas ej längre genom uppvärmningen av materialet. Materialet börjar nu uppvärmas till över vattnets kokpunkt. Processen förblir inställd i enlighet med Fig 3, då ämne C i likhet med ämne B utgörs av fórbränningsbara kolväten. 17 5 Û 8 3 9 2 Genom att en volym- och därmed tryckökning sker under temperaturökningen i huvudslingan kommer viss men dock begränsat volym vattenånga, och ämne C, att uttagas i delflödesslingan.

Merparten av vattenångan i huvudslingan 23 recirkulerar dock genom materialet under det att materialets temperatur stiger och föroreningsäntne C alltmer avdrives och anrikas i ångan. Genom att injicera en bestämd volym vatten i vatteninjekt 230 i huvudslingan före uppvärmningsenheten, dvs värmeväxlaren 26, förångas detta injicerade vatten till en bestämd volym vattenånga, vilket medför volymöknin g i huvudslingan 23 och ett automatiskt uttag av motsvarande volym av vattenångan till delflödesslingan 271.

På så vis kan delflödesuttaget från huvudslingan av vattenånga anrikade förorenande ämne C kontrolleras och uttagas i för förbränningen lämplig anrikad halt i vattenångan. Ämne C har nu avdrivits. Temperaturen i processen fortsätter att öka. Processen inställes i enlighet med Fig 5 alternativt Pig 6, beroende på omständighetema; båda processinställningarna medger separation av ämne D från gasen (vattenångan). Ämne D börjar nu avdrivas från materialet och anrikas i gasen i huvudflödet 23. Genom vatteninjektion i injektor 230 uttages delflöden av gasen och ämne D från huvudslingan 23 till delflödesslingan 271 för separation av ärrme D från gasen.

Enligt Fig 5 innehåller delflödesslingan ett fóroreningsselektivt ämne, dvs här en PCB- selektiv sorbent. Denna kan utgöras av t ex flytande polyetylenglykol (PEG) eller polypropylenglykol (PPG) som båda effektivt upptager och binder ämne D, dvs PCB, från vattenångan. Sorbenten kan även utgöras av en s k dehalogenerande sorbent, t ex alkalimetallinnehållande polyetylenglykol (APEG) eller polypropylenglykol (APPG).

Dessa upptager ämne D samtidigt som bindningen mellan bifenylgruppen och kloret bryts i PCB-molekylen; bifenylgruppen binds till sorbenten medan kloret kvarblir i gasfonn, som klorgas eller annan klorförening.

Gasen och klorgasen leds vidare till en enhet som innehåller en klorselektiv sorbent vilken upptager och binder kloret, medan gasen passerar igenom och återförs till huvudslingan 23 eller uttages ur systemet via enheten 29 för gasavkylning och - kondensation samt enheten 291 för rening av kondensvatten; eftersom gasen består av vattenånga sker ingen rening eller inget utsläpp av ej kondenserbar gas, 508 392 y ß Sorbenten regenereras varvid bifenylgruppen erhålles som ett koncentrat för omhändertagande, och sorbenten återanvändes i processen. Sorbenten kan även vara av engångskaraktär, dvs uttagas ur processen för omhändertagande tillsammans med bifenylgruppen, och ersätts med nytt och oanvänt sorbentärnne.

Enligt Fig 6 innehåller delflödesslingan dels en förbränningsenhet 25 och dels en enhet 28 med ett föroreningsselektivt ärnne, bestående av en klorselektiv sorbent. Delflödet av gasen och anrikat föroreningsämne D leds först till förbränningsenheten 25 varvid ämne D sönderdelas till vattenånga, koldioxid samt klorgas eller annan gasforrni g klorförening. Bildad värmeenergi återförs med gasen via värmeväxlaren 26 till huvudslingan 23.

Gasen och sönderdelningsproduktema leds därefter till den klorselektiva sorbenten 28 som upptager och binder kloret, medan gasen passerar igenom och uttages ur systemet via enheten 29 för gasavkylning och - kondensation samt enhetema för rening av kondensvatten respektive ej kondenserbar gas.

Processtemperaturen ökar kontinuerligt. Ämne D har nu avdrivits. Processen inställes återigen i enlighet med Fig 5, med en enhet innehållande en kvicksilverselektiv sorbent (samma som vid upptag av ämne A).

Processtemperaturen ökar till det temperaturintervall där i materialet förekommande ämne E, dvs kvicksilversulfid, HgS, sönderdelas terrniskt varvid frigjort (sannolikt) metalliskt kvicksilver avdrives och anrikas i gasen i huvudslingan. Genom injektion av vatten i huvudslingan 23 uttages ett lärnpligt gasflöde innehållande kvicksilver i delflödesslingan 272, och som nedkyls (dock ej under vattnets kokpunkt) och passerar den kvicksilverselektiva sorbenten där kvicksilvret upptages medan gasen passerar igenom. Gasen återförs till huvudslingan 23 eller uttagas ur processen via gasavkylnings och - kondensationsenheten 29 och efterföljande enhet 291 innehållande kemiskt reningsñlter for kondensvatten.

Då ämne E avdrivits från materialet är detta slutbehandlat varvid processen avbryts.

Vatten inmatas i systemet så att gasen i huvudflödet först späds ut och sedan töms.

Materialet kyls ner med gas och/eller vatten, varvid energin kan tillvaratagas och ledas till en annan processbehållare där motsvarande process pågår, och matas ut ur behållaren vid 22. Nytt förorenat material påfylles och processen upprepas.

Claims (14)

19 508 392 PATENTKRAV

1. l. Förfaringssätt för separering av förorenande ämne, tex kemiska ämnen såsom PCB, dioxiner, alifatiska och aromatiska ämnen i kreosot, olja och andra petroleumföreningar, och andra kemiska ämnen med liknande kemiska och fysikaliska egenskaper som först nämnda kemiska ämnen, samt destillerbara metaller såsom kvicksilver och destillerbara föreningar av sådana metaller, från ett med det förorenande änmet förorenat material, kännetecknat därav, att det förorenade materialet i en första separeringsprocess uppvärmes och behandlas med recirkulerande gas, som under stigande temperatur upp till förekommande förorenande ämnes kokpunkt, bringas att passera genom materialet ett stort antal gånger i en sluten krets, huvudslinga (23), under processen, så att i materialet förekommande förorenande ämne successivt avdrives från materialet och anrikas i ångfas i den recirkulerande gasen, och att sålunda avdrivet och anrikat förorenande ämne i en andra separeringsprocess i en delflödesslinga (27) separeras från gasen.

2. Förfaringssätt enligt patentkravet l, kännetecknat därav, att under den andra separeringsprocessen eventuellt frigjord värmeenergi återföres till den slutna kretsen (23) och därmed tillföres den första separeringsprocessen.

3. Förfaringssätt enligt patentkravet 1, kännetecknat därav, att uppvärmningen av det förorenade materialet med gas sker genom att i huvudslingan (23) förefintli g luft uppvärmes medelst en uppvärmningsenhet och bringas att cirkulera i slingan medelst en fläkt (24), varvid i det förorenade materialet förekommande vatten successivt förångas; 508 392 20 att, när gastrycket i huvudslingan uppnått visst på förhand bestämt värde, avleds luft, vattenånga och avdrivet och anrikat förorenande ämne till delflödesslingan (27); och att, när all luft avletts ur huvudslingan (23) och det förorenade materialet är torrt, så uttages vattenånga och i vattenångan anrikat förorenande ärnne till delflödesslingan (27) genom att i huvudslingan injiceras vatten, som därvid under fortsatt uppvärmning medelst uppvärmningsenheten förångas.

4. Förfaringssätt enligt patentkravet 3, kännetecknat därav, att syre i den i huvudslingan (23) förefintliga luften ersättes av ínert gas.

5. Förfaringssätt enligt någor av patentkraven 1 - 3, kännetecknat därav, att i den andra separeringsprocessen i delflödesslingan (27) bringas gasen och anrikat ångformigt förorenande ärrme att passera en separeringsenhet innehållande en förbränningsenhet (25) för sönderdelning av förorenande ärrmet.

6. Förfaringssätt enligt patentkravet 5, kännetecknat därav, att i den andra separeringsprocessen i delflödesslingan (27) bringas gasen och anrikat ångformigt ämne att passera separeringsenheten, där förbränningsenheten (25) utgöres av en brännare och en katalysator.

7. Förfaringssätt enligt patentkravet 5, kännetecknat därav, att i den andra separeringsprocessen i delflödesslingan (27) bringas gasen och anrikat ångforrnigt ämne att passera separeringsenheten, där förbränningsenheten (25) utgöres av en brännare. 2, 508 392

8. Förfaringssätt enligt patentkravet 5, kännetecknat därav, att i den andra separeiingsprocessen i delflödesslingan (27) bringas gasen och anrikat ångformigt ämne att passera separeringsenheten, där förbränningsenheten (25) utgöres av en katalysator.

9. Förfaringssätt enligt patentkravet 5, kännetecknat därav, att bildade sönderdelningsprodukter och gasen före uttaget ur processen bringas att passera en separeñngsenhet innehållande ett kemiskt änme, valt och anordnat att separera sönderdelningsprodukt från gasen.

10. Förfaringssätt enligt patentkravet 1, kännetecknat därav, att i den andra separeringsprocessen i delflödess1ingan(27) avkyls gasen och ångformigt förorenande ämne, varefter förorenande ämne separeras från bildat kondensvatten och ej kondenserbar gas.

11. Förfazingssätt enligt patentkravet 1, kännetecknat därav, att i den andra separeringsprocessen i delflödess1ingan(27) bringas det ångformiga förorenande ämnet och gasen att passera en separeringsenhet innehållande ett föroreningsselektivt kemiskt ämne (28), valt och anordnat att separera förorenande ämne från gasen, varefter gasen uttages ur systemet. 508 592 22

12. Förfaringssätt enligt patentkravet l, kännetecknat därav, att i den andra separeringsprocessen i delflödesslingan (27) bringas det ångformiga förorenande ämnet och gasen att passera en separeringsenhet innehållande ett föroreningsselektivt kemiskt ärnne (28), valt och anordnat att separera förorenande ämne från gasen, varefter gasen återfóres till huvudslingan (23).

13. Förfaringssätt enligt patentkravet 1, kännetecknat därav, att i den andra separeringsprocessen i delflödesslingan (27) bringas det ångformiga förorenande ämnet och gasen att passera en separeringsenhet innehållande ett föroreningsselektivt kemiskt ämne (28), valt och anordnat att sönderdela förorenande ämne i gasen och upptaga del av det sönderdelade förorenande ämnet.

14. Förfaringssätt enligt patentkravet 13, kännetecknar därav, att efter separeringsenheten innehållande det fóroreningsselektiva kemiska ämnet (28), leds gasen och bildad sönderdelningsprodukt till en annan separeringsenhet innehållande ett kemiskt ämne, valt och anordnat att upptaga bildad sönderdelningsprodukt från gasen.