NO301409B1 - Anordning og fremgangsmåte for omdanning av farlig avfall til ufarlig aggregat - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en anordning og fremgangsmåte for omdanning av farlig avfall til ufarlig aggregat ved varmefremkalt oksidering.

Ved mange industrielle prosesser produseres biprodukter og avfallsmateri-aler som ikke lovlig kan fjernes uten en eller annen form for beholder eller behandling. Tidligere forsøk på å deponere slike materialer i oppbevaringsbeholdere har vist seg utilstrekkelige, fordi manglende aktpågivenhet under fremstillingen av beholderne eller svekkelse av disse resulterer i lekkasje eller spill av det farlige avfall. Andre behandlingsmåter for farlig avfall innbefatter injisering av slike materialer i brønner, men materialene vil ikke alltid forbli ubevegelig i de lavformasjoner hvori de er injisert, og kan finne vei inn i vannførende undergrunnslag.

Foruten de tekniske problemer i tilknytning til slike deponeringsmetoder, vil enhver som benytter slike anlegg kunne stilles til ansvar. Flere år etter at materialene er plassert på deponeringsstedet, kan det stilles ansvarlighetskrav basert på kjennskap om at en part har hatt ansvaret for å plassere farlig materiale i et god-kjent avfallsdepot som har vist seg ute av stand til å forhindre spredning av avfallet. På grunn av disse problemer har det vært forsøkt å anvende farlig avfall i en fremstillingsprosess for eliminering av dets farlige natur og for frembringelse av et produkt som er egnet for salg og for alminnelig bruk. Ett av forsøkene har bestått i å oksidere materialet ved at det fremføres under oksideringsbetingelser gjennom varmekilder av ulike typer. Ved en variant av denne prosess benyttes en mot-strøms-rotasjonsovn for å gjennomføre forbrenning av det farlige avfallets brennbare komponenter og for å oppsamle det ikke-brennbare materiale i slik form at det kan markedsføres som et kommersielt verdifullt og nyttig produkt.

Forsøk på bruk av denne spesielle metode har vist seg tildels vellykket ved fremstilling av et produkt som vil tilfredsstille de gjeldende EPA-forskrifter vedrør-ende avfallsdeponering. Disse prosesser har imidlertid betydelige mangler.

Flere av manglene med disse kjente prosesser er blitt eliminert ved anvendelse av anordningene og fremgangsmåtene som er beskrevet i US-patentskrift 4 922 841 og 4 986 197. Disse patentskrifter omhandler anordninger og frem-gangsmåter som vil avhjelpe de mest markante ulemper i tilknytning til bruken av farlig avfall i en varmeprosess, nemlig dannelsen av ekstra ikke-brennbart materiale som må deponeres som farlig avfall. Foreliggende oppfinnelse omfatter for-bedringer av anordningen og fremgangsmåten som er beskrevet i disse patent-

skrifter.

Det er derfor et formål ved oppfinnelsen å frembringe en anordning og fremgangsmåte for bruk av farlig avfall som et resirkulerbart materiale i en framstil-lingsprosess, slik at de eneste produkter fra en slik anordning er ufarlige og kan selges for almen bruk, uten hensyn til arten av utgangsmaterialene som er behandlet.

Det er også et formål ved oppfinnelsen å kunne omdanne farlige fastmaterialer til et ufarlig, inært aggregat som kan handelsføres uten restriksjoner.

Et annet formål ved oppfinnelsen er å kunne omdanne farlige fastmaterialer til et ufarlig, inært aggregat på en måte som reduserer mengden av potensielt farlige materialer i gassene i behandlingssystemet.

Et ytterligere formål ved oppfinnelsen er å frembringe en anordning som ikke vil utsettes for hyppige avbrudd under drift av hensyn til nødvendig periodisk vedlikehold eller reparasjon.

Disse og andre formål ved oppfinnelsen oppnås ved en anordning og fremgangsmåte som angitt i de etterfølgende krav.

Det henvises til de medfølgende tegninger, hvori:

Figur 1 viser et skjematisk riss av en utførelsesform av en anordning ifølge oppfinnelsen. Figur 2 viser et perspektivriss, delvis i snitt, av oksideringsinnretningen i anordningen ifølge figur 1.

Figur 3 viser et snitt av den vannkjølte tankvegg ifølge figur 2.

Figur 4 viser et skjematisk snitt av en innretning for oppsamling av partikkelmateriale som innføres i oksideringsinnretningen ifølge figur 1 og 2. Figur 5 viser et skjematisk øvre planriss av en anordning av en utførelses-form ifølge oppfinnelsen. Figur 6 viser et skjematisk riss, delvis i snitt, av en innretning for injisering av ubrennbare partikkelmaterialer i oksideringsinnretningen ifølge oppfinnelsen. Figur 7 viser et skjematisk riss, delvis i snitt, av en andre innretning for injisering av partikkelmaterialet i oksideringsinnretningen ifølge oppfinnelsen. Figur 8 viser versjonen ifølge figur 7 med materstemplet i en andre og endret stilling.

Oppfinnelsen er i det etterfølgende beskrevet i tilknytning til en anordning for omdanning av farlig avfall til ufarlig aggregat og en fremgangsmåte for drift av anordningen for gjennomføring av nevnte funksjon. Oppfinnelsen representerer en forbedring av prosessene og anordningen ifølge US-patentskrift 4 922 841 og 4 986 197, hvortil det henvises.

Anordningen ifølge oppfinnelsen omfatter en kilde av høytemperaturgasser, damper og partikkelmaterialer eller blandinger av disse. Denne materialkilden er i dette tilfelle i form av en rotasjonsovn 10 som vist i figur 1. I denne versjon har rotasjonsovnen 10 en inngangsseksjon 12 og en utgangsseksjon 14. En forbren-ningsseksjon 16 befinner seg mellom rotasjonsovnens inngangs- og utgangsseksjon.

Det er i figur 1 vist en motstrøms-rotasjonsovn av standardtype for fremstilling av kalk ved behandling av kalksten eller østersskall. Rotasjonsovnen er opplagret på vanlige lagerbukker (ikke vist) og drives ved rotasjonshastigheter av 1-75 omdr./h ved hjelp av et vanlig drivverk (ikke vist).

I dette tilfelle innføres faststoffer i rotasjonsovnens 10 inngangsseksjon 12 fra en avfallskilde 28. Avfallet fra kilden 28 kan suppleres med avfall fra en sorte-rer 30. Under ovnens rotasjonsbevegelse vil materiale av størrelse over ca. 50 mikron fremføres gjennom forbrenningssonen 16 mot utgangsseksjonen 14, mens det mindre materiale medføres i gassen som ledes i motstrømsretning i forhold til det større, faste materiale. I den viste versjon er rotasjonsovnen 10 utstyrt med kjølekamre 18 på sin utgangsseksjon. En luft-brenselblanding innføres i rotasjonsovnen 10 ved utgangsseksjonen 14, mens gasser i ovnen 10 ledes mot inngangsseksjonen 12 i motstrømsretning i forhold til de større faststoffdeler som grunnet ovnens rotasjonsbevegelse transporteres mot utgangsseksjonen 14. De mindre partikler medføres i gassene som strømmer gjennom ovnen, og adskilles derved fra de større faststoffpartikler og borttransporteres fra ovnen. Grunnet forbrenningen i ovnen og utskillingen av større materialpartikler fra mindre, vil det følgelig opprettes en kilde av høytemperaturgasser, damper og partikkelmaterialer eller blandinger av disse.

Anordningen ifølge oppfinnelsen omfatter minst én hul tank hvis indre står i strømningsforbindelse med kilden av høytemperaturgasser, damper og partikkelmaterialer eller blandinger av disse. I den viste versjon omfatter anordningen en første oksiderer 26. Ifølge oppfinnelsen har tanken, i dette tilfelle oksidereren 26, en veggkonstruksjon bestående av en vannkjølt metallvegg, en ildfast innerforing og et antall metalldeler som strekker seg gjennom den ildfaste innerforing til kon-takt med metallveggen. Som det fremgår av figur 3, har den første oksiderer 26 en vegg 46 bestående av en yttermantel 106, en vannkappe 107 og en innerman-tel 110. En ildfast innerforing 112 med et antall gjennomgående metallpinner 114 dekker innersiden 115 av innermantelen 110. I en foretrukket versjon består den ildfaste foring hovedsakelig av alumina (90% ildfast alumina fra Westco TexCast T-QF Westco Refractory Corp., Dallas, Texas) med en tykkelse av 25 - 76 mm. Pinnene består fortrinnsvis av lavkarbonstål, rustfritt stål av typer 304, 310 og 330 eller andre høytemperatur-metallegeringer, såsom Inconels. Pinnene har fortrinnsvis en diameter av 6,3 -10,2 mm og er anordnet med mellomrom i avhengighet av pinnenes plassering i anordningen.

Det foretrekkes videre at pinnene har en ytterflate som vil forbindes med den omgivende, ildfaste foring, og rette pinneskruer som er fastsveiset til tankveggene har vist seg å være effektive. Slike pinneskruer kan lett fastgjøres til tankveggene ved hjelp av vanlig boltsveiseutstyr for elektrisk buesveising. Kjølemid-del som gjennomstrømmer en vannkappe 107 vil minske driftstemperaturen av den ildfaste innerforing, og metallpinnene reduserer temperaturgradienten mellom innersiden av den ildfaste foring og yttersiden av innermantelen.

En av den ildfaste foringens funksjoner er å redusere varmetapet grunnet leding gjennom tankveggene, men dette varmetap er ikke helt ugunstig. Mye av brenselet som forbrukes av anordningen, er farlig materiale som anordningens eier får betaling for å bruke. Hvis anordningen ikke er varmeteknisk effektiv, vil det følgelig medgå mer brensel, men dette øker fortjenesten ved drift av anordningen.

Som vist i figur 1, er den første oksiderer 26 plassert ved rotasjonsovnens inngangsseksjon 12. Oksidereren 26 står i strømningsforbindelse med rotasjonsovnens inngangsseksjon 12 og mottar gass som utdrives av det flyktige materiale som innføres i rotasjonsovnen 10, samt forbrenningsbiproduktene fra forbrenningen som finner sted i rotasjonsovnen. Fra en avfallsmaterialkilde innføres materialet i ovnens 10 inngangsseksjon 12, hvor den motrettete gasstrøm bevirker separering av de større partikler og de mindre partikler.

I overensstemmelse med oppfinnelsen er det anordnet midler for innføring av høytemperaturgasser, damper, partikkelmaterialer og blandinger av disse i tanken, i dette tilfelle oksidereren 26. Den viste anordning innbefatter vifte 26 som fremkaller en trekk gjennom hele anordningen, slik at høytemperaturgassene, dampene, partikkelmaterialene og blandingen av disse bortsuges fra rotasjonsovnen. Materialene fra rotasjonsovnen, forbrenningsbiproduktene fra oksidererne og samtlige gasser som gjennomstrømmer anordningen, ledes gjennom viftene 76, slik at anordningen drives ved underatmosfærisk trykk.

I anordningen ifølge oppfinnelsen inngår midler for fremkalling av forbrenning i tanken, for omdanning av høytemperaturgassene, dampene, partikkelmaterialene og blandingen av disse til ubrennbare finstoffer, smeltet slagg og avgass.

I den viste versjon omfatter midlene for fremkalling av forbrenning i oksidereren 26 en oksidantbrenselkilde 36 og en oksygenkilde 38. Oksidereren 26 mottar følgelig brennbart eller ubrennbart partikkelmateriale fra rotasjonsovnen 10. I den foreliggende versjon vil den første oksiderer 26 drives ved en temperatur av ca. 980 - 1650°C. I et oksiderende miljø blir brennbare materialer i den første oksiderer 26 omdannet til avgass og ubrennbare finstoffer. I avhengighet av sin sammensetning kan de ubrennbare finstoffer smelte eller ikke smelte.

Som vist skjematisk i figur 2, vil en del av det ubrennbare finstoff smelte og oppsamles i form av flytende slagg 40 på bunnen av den første oksiderer 26. Anordningen kan eventuelt innbefatte brennere som er rettet inn i den første oksiderer 26, for øking av temperaturen i forskjellige soner i oksidereren 26. I det viste tilfelle er den første oksiderer 26 utstyrt med brensel-oksygenlanser 32 og 33. Videre er brensel-oksygenlanser 41 og 43 rettet mot overflaten av slagget 40, og flammen vil forårsake en svak bremsing av slaggstrømmen fra en andre oksiderer 56 til en første oksiderer 26. Brensel-oksygenlansen 32 er rettet mot slagget 40 i midtpartiet av den første oksiderer 26.

Som vist skjematisk i figur 1 og 2, er den første oksiderer 26 anordnet i form av en vannkjølt, metallvegget og ildfast foret tank i strømningsforbindelse med inngangsseksjonen 12 av rotasjonsovnen 10. I den foreliggende utførelses-form har den første oksiderer 26 et kvadratisk tverrsnitt og innbefatter vertikale metallvegger bestående av vertikaltstilte kjølerørledninger 46 av metall. Rørled-ningene 46 har fortrinnsvis stort sett rektangulær tverrsnittsform. I dette tilfelle hadde den anvendte rørledning tverrsnittsdimensjonene 101,6 x 203,2 mm og en

tykkelse av 12,7 mm.

Gjennom et tilførselssystem (ikke vist) fremføres kjølemiddel til rørledninge-ne 46 i den første oksiderer 26. Gjennom et konvensjonelt manifoldsystem inn-strammer kjølemiddelet i rørledningene 46 i den nedre del av oksidereren og videre oppad gjennom rørledningene. Kjølemiddelets temperatur og strømnings-hastighet innvirker på veggtemperaturen i den første oksiderer 26 og kan utnyttes som prosessvariabler for regulering av oksidasjonen i anordningen. Det er imidlertid begrensninger for kjølemiddelstrømmen, fordi den påvirker temperaturen i oksidererveggene. Hvis kjølemiddelstrømmen og andre prosessvariabler er slik at veggtemperaturen blir for lav, kan materialet i oksidereren avsettes på innerveg-gene av denne. Ved den foretrukne utførelsesform vil imidlertid den tilstede-værende, ildfaste foring forhindre korrosjon av oksidererens metallvegger. Hvis kjølemiddelstrømmen og de andre prosessvariabler er slik at driften foregår ved for høy temperatur innenfor oksidererveggene, vil den ildfaste foring forhindre at metallveggene oksideres eller overhetes, med derav følgende tap av veggstyrke. De anordnete metallpinner i den ildfaste foring øker varmeledningen gjennom foringen, reduserer varmegradientene og øker den ildfaste foringens levetid. I oksidereren 26 vil den ildfaste foring med de gjennomgående pinner dekke hele tankinnersiden. Den ildfaste foring består fortrinnsvis av 90% ildfast alumina av tykkelse 5 - 7,5 cm med 10,2 mm rustfrie stålpinneskruer på senteret av ca. 2,5 cm der hvor flammen treffer den ildfaste foring, og ca. 5,8 - 7,5 cm der den ildfaste foring ikke treffes av noen direkte flamme. Dette gir ca. 390 -1550 pinner pr. kvadratmeter.

Hvis vann benyttes som kjølemiddel, bør dette ha en temperatur av 38 - 80°C. Fortrinnsvis vil kjølemiddelstrømmen gjennom den første oksiderer 26 opprettholde en innerveggtemperatur av under ca. 315°C og fortrinnsvis ca. 150°C.

Videre kan bunnen av den første oksiderer 26 være belagt med ildfast sten 53 av hensyn til de driftstemperaturer i denne del av oksidereren, som forårsakes av den flytende slaggstrøm 40 som overfører varme fra varmgassene som passerer gjennom den indre del 52 av oksidereren 26. Alternativt eller i tillegg kan slagget få oppsamles og herdne til et fast skall 53' som danner underlag for det smeltete slagg meget likt den faste "skalle" i skallesmelteprosesser.

Ved utførelsesformen ifølge figur 2 er varmgassene dreiet 90° mot en kanal 54 som forbinder den første oksiderer 26 med en andre oksiderer 56. Den andre oksiderer 56 er i noen henseender av samme konstruksjon som den første oksiderer 26. I det viste tilfelle er imidlertid den andre oksiderer 56 sylinderformet med et likeledes sylinderformet innerkammer 58.

Varmgassene og de ubrennbare finpartikkelstoffer passerer fra den første oksiderer 26 og videre gjennom kanalen 54 til den andre oksiderer 56. Kanalen 54 og den andre oksiderer 56 er av samme konstruksjon som den viste versjon av den første oksiderer, idet de er i form av vannkjølte, metallveggete og ildfast forete beholdere.

I likhet med den første oksiderer 26 kan også den andre oksiderer 56 være ildfast foret i bunnpartiet, eller slagget kan få herdne og danne et fast lag 53', som tidligere beskrevet i forbindelse med oksidereren 26. Lagets funksjon er beskrevet i det ovenstående. Veggene av den andre oksiderer 56 avkjøles likeledes med en strøm av kjølemiddel fra en kilde (ikke vist) i den nedre del av oksidereren 56. Oksidereren 56 mottar forvarmet kjølemiddel som har vært brukt for avkjøling av en tverrforbindelse 72. Kjølemiddelet strømmer oppad i rørledningene 46, og veggene av den andre oksiderer holdes fortrinnsvis på en temperatur av 150 - 315

°C.

I den viste anordning vil ikke hele avfallsmaterialforbrenningen foregå i den første oksiderer 26. En betydelig del foregår også i den andre oksiderer 56. Når anordningen ifølge figur 1 er i drift, vil følgelig ubrennbart avfallsfinstoff passere fra et innerparti 52 av den første oksiderer 26 og gjennom kanalen 54 til et innerparti 58 av den andre oksiderer 56. I den foretrukne versjon er kanalen 54 rektangulær og omfatter vannkjølte, øvre vegger og en ildfast eller slaggforet nederdel. De øvre vegger avkjøles i dette tilfelle med kjølemiddel som består av det utstrøm-mende kjølemiddel fra den første oksiderer 26. I de øvre vegger av kanalen 54 opprettholdes fortrinnsvis en temperatur av 150 - 315°C av grunner som beskrevet i det ovenstående i forbindelse med den første og den andre oksiderer.

Ved en foretrukket utførelsesform injiseres væsker i den viste, andre oksiderer 56 gjennom et væskeinnløp 60. Væskekilden for væskeinnløpet 60 består i dette tilfelle av et brønnsystem (ikke vist) som omgir hele anordningen. Enhver væske, såsom regnvann eller forurenset regnvann, oppsamles i brønnsystemet og injiseres i den andre oksiderer 56 gjennom væskeinnløpet 60. I tillegg kan avfalls-utvunnet brensel injiseres gjennom væskeinnløpet 60.

Videre er det anordnet en innretning for avkjøling av ubrennbare finstoffer og avgasser. Som vist skjematisk i figur 1, er det innkoplet en tredje oksiderer 62. Sistnevnte kan vannkjøles ved ledning av kjølemiddel gjennom gruppen av rør-ledninger som danner tankveggene.

Den tredje oksiderer 62 er forsynt med et vanninnløp 64 for innføring av vann til det indre av tanken. En vannkilde 66 står i strømningsforbindelse med vanninnløpet. I den foreliggende versjon mottar vannkilden 66 vann som ikke inneholder avfall. Vannet fra vannkilden 66 har som funksjon å nedkjøle avgassen og det ubrennbare finstoff til en temperatur av ca. 175 - 205°C, slik at gassen og partikkelmaterialet kan utskilles med en konvensjonell separator som beskrevet i det etterfølgende. Kjølemiddelet kan eventuelt befinne seg i en annen tank (i dette tilfelle tanken 65) bakenfor oksidereren 62. Materialet vil i såfall innføres i oksidereren 62 med en temperatur av ca. 870°C, og utløpe med en temperatur av ca. 760°C. Inngangsmaterialet til filtreringsinnretningen, har en temperatur av ca. 205°C eller mindre.

I den foretrukne anordning inngår videre midler for leding av de gassholdige forbrenningsbiprodukter fra ovnen og avgassen gjennom

oksideringsinnretningen. I det viste tilfelle er det anordnet en tverrforbindelse 72 for strømning mellom den andre oksiderer 56 og den tredje oksiderer 62. Ved den foretrukne utførelsesform hvor den andre og den tredje oksiderer består av vertikaltstilte, sylindriske beholdere, består tverrforbindelsen 72 av en U-formet beholder som sammenkopler de øvre åpninger i den andre og den tredje oksiderer. Ved en slik utførelsesform vil luftstrømmen forbi sprederdysene (ikke vist) forløpe stort sett parallelt med fluidstrålene fra dysene, og partikkelmaterialene avkjøles effektivt med minimal sammenklumping.

Tverrforbindelsen 72 er i form av en metallvegget, vannkjølt beholder bestående av rør og avstandsholdere som vist i figur 4 i US-patentskrift 4 986 197. I den foreliggende versjon er imidlertid tverrforbindelsen 72 også utstyrt med en ildfast foring, som vist i figur 3. Tverrforbindelsen 72 mottar kjølevann som er forvarmet ved å passere gjennom oksidereren 26 og kanalen 54 og, som tidligere nevnt, strømmer til den andre oksiderer 56.

Ved drift av den foretrukne anordning, er det konstatert at vannkjøling av den tredje oksiderer 62 ikke er nødvendig. I den viste anordning inngår eventuelt en fjerde oksiderer 65. Dette øker materialets oppholdstid i oksideringsinnretningen og medvirker dessuten til eliminering av syrer i avgassene.

I denne anordning er underendene av oksidererne 62 og 65 forbundet med hverandre gjennom en kopling 73. Fortrinnsvis innbefatter anordningen midler for fjerning av fastpartikkelmateriale fra bunnen av oksidererne. I dette tilfelle og som vist skjematisk i figur 1, er det anordnet en slepetransportør 75 for ekstrahering av fastpartikkelmaterialet som ellers kunne opphopes i bunnen av oksidererne 62 og 65 samt i koplingen 73 mellom disse to oksiderere. Det oppsamlete fastpartikkelmateriale innføres i en rørledning 77 som strekker seg til en oppsamler 84, for gjeninnføring i den andre oksiderer 56.

I dette tilfelle og som skjematisk vist i figur 1, står en kilde av etsende materiale 67 i strømningsforbindelse med den fjerde oksiderer 65. Det etsende materiale har som funksjon å nøytralisere syre i avgassen. Materialet kan injiseres som væske eller som tørt partikkelmateriale, eksempelvis som væsket kalk, gjennom et pH-reguleringsinnløp 70. Om ønskelig kan det etsende materiale innføres i den tredje oksiderer 62.

Ved opprettelse av forbindelser mellom de ulike elementer ifølge oppfinnelsen, må innvirkningen av forskjellig varmeutvidelse tas i betraktning grunnet de høye temperaturer av materialene i den første og den andre oksiderer 26 og 56, kanalen 54 og tverrforbindelsen 72. Det vil dessuten forekomme betydelige tem-peraturforskjeller i ulike partier av anordningen, og det må derfor sørges for at ekspansjon og kontraksjon kan kompenseres i grensesonen mellom disse partier.

Anordningen vil fortrinnsvis drives ved et lavere trykk enn atmosfæretryk-ket. Eventuell lekkasje i grensesonen mellom forskjellige deler av anordningen vil derfor ikke være ugunstig for anordningens virkemåte, så lenge lekkasjen ikke er av slik overdreven størrelse at den vil få skadelig innvirkning på forbrenningen av materialene i oksidererne. Dette krav er ikke kritisk for andre deler av anordningen enn oksidererne, som drives ved lavere temperaturer.

Den foretrukne anordning innbefatter midler for separering av de ubrennbare finstoffer og avgassen. I dette tilfelle og som vist skjematisk i figur 1, omfat ter anordningen tre filtre 74 som virker parallelt og drives av to vifter 76. Avgassen og finpartikkelmaterialet innføres i filtrene fortrinnsvis ved en temperatur over 177 og under 204°C, slik at vanlige sekkefiltre kan benyttes. Ved drift av den foreliggende anordning er det konstatert at konvensjonelle teflonfilterelementer kan anvendes i denne forbindelse. Avgassen utskilles fra de ubrennbare finpartikkelstoffer og videreføres av en monitorinnretning 78 som kontrollerer avgassens sammensetning og temperatur. Avgassen utstrømmer til ytterluften gjennom en skorstein 80. De opphopete partikkelfinstoffer i filtrene 74 overføres ved hjelp av en pumpe 82 gjennom rørledningen 77 til en oppsamler 84. Likeledes kan partikkelmaterialet fra ovnen overføres ved hjelp av en pumpe 86 gjennom rørledningen 85 til oppsamleren 84.

I overensstemmelse med oppfinnelsen er anordningen forsynt med midler for innføring av ubrennbart partikkelmateriale som skal danne en stort sett smeltet blanding. I dette tilfelle og som vist i figur 1 og 2, omfatter anordningen midler for innføring av de ubrennbare partikkelmaterialer i den andre oksiderer 56. Ifølge figur 1 og 4 omfatter oppsamleren 84 et innløp 88 som er plassert for opptaking av partikkelmateriale fra rørledningene 77 og 85. Et utløp 89 fører til et filter (ikke vist).

I den foretrukne utførelsesform og som vist i figur 4, er oppsamleren 84 forsynt med en utløpsventil 98 som styres av en ventilregulator 100. Når anordningen er i drift, vil det gjennom innløpet 88 innføres partikkelmateriale i oppsamleren 84, hvori det opphopes. Partikkelmaterialet kan tilsettes i anordningen på forskjellige måter. Fortrinnsvis vil ventilen 98 åpnes av ventilregulatoren 100, slik at partikkelmaterialet kan passere gjennom en rørledning 102 til rørledningene 103 og 105 som begge videreleder partikkelmateriale inn i den andre oksiderer 56 som vist i figur 2.

I dette tilfelle blir fastpartikkelmaterialet innført i den andre oksiderer 56, men fastpartikkelmaterialet kan også innføres i den første oksiderer 26 eller både i den første og den andre oksiderer.

Som vist i figur 2, innføres fastpartikkelmateriale i den andre oksiderer gjennom en partikkelsatsinjektor 117 i haugen 104 under overflaten av denne. Injektoren 117 vil fortrinnsvis tvinge en partikkelmaterialsats gjennom rørledningen 103 til tanken 56. En lignende partikkelsatsinjektor (ikke vist) kan være forbundet med rørledningen 105, eller partikkelmateriale kan føres gjennom rørledningen 105 til overflaten av haugen 104 på den måte som er beskrevet i de førnevnte US-patentskrifter 4 922 841 og 4 986 197. Fortrinnsvis blir det gjennom begge rørled-ninger 103 og 105 injisert partikkelmateriale under overflaten av haugen 104.

I figur 7 er det vist en partikkelsatsinjektor 117 med en injiseringssylinder 148 som opptar et materstempel 150 som er mekanisk forbundet med en hydrau-lisk sylinder 152. I materstempelet inngår en hul og skrånende endehette 154. Materstempelet 150 er frem- og tilbakebevegelig i sin lengderetning og kan bringes i den posisjon som er vist i figur 8.

I tilknytning til injiseringsmekanismen ifølge figur 7 og 8 er det også anordnet en matermekanisme 154 for regulering av partikkelmateriåltilførselen til inner-kanalen i sylinderen 103'. Gjennom rørledningen 103 står matermekanismen i forbindelse med oppsamleren 84. Under drift av denne anordning innmates partikkelmateriale fra oppsamleren 84 til en tilstrekkelig materialmengde er innført i kammeret. Den hydrauliske sylinder 152 bringes deretter i funksjon og materstempelet fremføres fra posisjonen ifølge figur 7 til den posisjon som er vist i figur 8, og tvinger derved partikkelmateriale gjennom rørledningen 103' mot det indre av oksideringsinnretningen, hvor partikkelmaterialet opptas. Som vist i figur 7 og 8 er materstempelet 150 romlig adskilt fra oksidererveggene, og en del av rørledningen 103' er fortsatt full av partikkelmateriale som tvinges gjennom rørledningen av ytterligere partikkelmateriale som beveges under påvirkning av materstempelet 150. Hele anordningen er opphengt og fastgjort til anordningens ytterdel på et rammeverk 158.

Figur 8 viser en annen foretrukket innretning 117' for injisering av partikkelmateriale i anordningen. Det anvendes i dette tilfelle en spiralskruetransportør 160 i strømningsforbindelse med rørledningen 103 til en partikkelmaterialkilde. Skruetransportøren som mottar partikkelmateriale gjennom rørledningen, dreies av en motor (ikke vist) og tvinger partikkelmateriale gjennom rørledningen 103" og inn i anordningen. Av praktiske grunner må rørledningen 103" mellom transport-skruen 160 og anordningen forløpe i helning og ha en diameter ikke under ca. 23 cm. For et slikt rør bør helningen ikke være mindre enn 62,5 mm pr. løpemeter av ledningen 103". En slik anordning leveres fra Komar Industries, Inc., Groveport, Ohio, USA.

Varme fra gassen som gjennomstrømmer den andre oksiderer 56, treffer overflaten av partikkelmaterialhaugen, og smelter den del av partikkelmaterialet som har et smeltepunkt under temperaturen av gasstrømmen som treffer overflaten. Laget av smeltet metall over det injiserte partikkelmateriale danner en avtet-ning som forhindrer at flyktige tungmetaller eller andre relativt flyktige stoffer i det injiserte materiale medføres av gassen som strømmer gjennom anordningen mot skorsteinen 80. Uønskete, flyktige materialer såsom tungmetaller vil følgelig med-føres i det smeltete materiale 40 som senere herdner til ufarlige faststoffer, i stedet for å føres bakover med gassene og til sist utstrømme fra anordningen i skor-steinsgassen.

Det smeltete materiale som strømmer fra haugen 104, medfører partikkelmateriale som ikke er smeltet i denne, og forenes med det smeltete slagg 40 på bunnen av oksidereren 56. Som vist i figur 2, vil det smeltete slagg 40 opphopes på bunnen av oksidereren 26, kanalen 54 og oksidereren 56. Selv om det smeltete slagg kan ekstraheres fra kanalen 54, er det å foretrekke at det smeltete slagg 40 fjernes fra anordningen ved hjelp av en separat slaggboks 108 som er vist skjematisk i figur 1 og 5. Konstruksjonen av en slik slaggboks er beskrevet i US-patentskrift 4.986.197, men innersiden av slaggboksen er i det foreliggende tilfelle dekket med en ildfast foring 112 som vist i figur 3.

I anordningen ifølge oppfinnelsen inngår midler for avkjøling av den stort sett smeltete blanding som derved danner det ufarlige aggregat. I den viste utfø-relsesform omfatter anordningen en kjøleinnretning 106 som skjematisk vist i figur 1. I den foretrukne versjon består kjøleinnretningen helt enkelt av vann hvori den stort sett smeltete blanding nedslippes. I kjøleinnretningen avledes varme fra den smeltete blanding som derved danner det ufarlige aggregat.

Virkemåten av den ovennevnte anordning er i det etterfølgende beskrevet i tilknytning til en fremgangsmåte for anvendelse av farlig avfall i en prosess for fremstilling av et ufarlig aggregat. Fremgangsmåtens foretrukne driftsparametre er spesifisert i US-patentskrift 4 986 197.

I fremgangsmåten inngår et prosesstrinn for igangsetting av forbrenning i en oksideringsinnretning for omdanning av avfallsfinstoffer til ubrennbare finstoffer, smeltet slagg og avgass. Oksideringsinnretningen omfatter i dette tilfelle tre oksiderere, nemlig den første oksiderer 26, den andre oksiderer 56 og den tredje oksiderer 62. I den første oksiderer 26 oksideres hoveddelen av det brennbare materiale og danner gassholdige forbrenningsbiprodukter. Disse ledes gjennom det indre 52 av den første oksiderer 26, gjennom kanalen 54 og til det indre 58 av den andre oksiderer 56. Ved den foretrukne driftstemperatur av 980 - 1650°C smelter en del av fastmaterialet. Dette materialet avsettes på bunnen av den første oksiderer, som vist i figur 2, som det flytende slagg 40 som strømmer mot slaggboksen 108 ifølge figur 1 og 5. Det usmeltete fastpartikkelmateriale føres med de gassholdige forbrenningsbiprodukter gjennom kanalen 54 til det indre av den andre oksiderer 56 hvori en del kan smeltes eller forbli usmeltet og passere gjennom anordningen som faste finpartikkelmaterialer.

Fast finpartikkelmateriale innføres i oksideringsinnretningen. I dette tilfelle og som tydelig vist i figur 2, vil de faste partikkelmaterialer fra rørledningen 103' innføres i den andre oksiderer 56. Dette partikkelmateriale innføres fortrinnsvis i separate satsporsjoner. Med kontinuerlig innføring av disse materialer i oksidereren vil haugen av partikkelmateriale i oksidereren avkjøles og forhindre smelting av overflaten. Derved forhindres smeltingen av partikkelmaterialet som er innført i oksidereren, og dette forhindrer fremstillingen av det smeltete slagg som danner det ufarlige aggregat.

Det foretrekkes, som skjematisk vist i figur 2, at de enkelte satsporsjoner av partikkelmateriale innføres i den andre oksiderer, for å danne en haug i denne. Varme fra oksideringsinnretningen treffer overflaten av haugen, hvorved materialet av relativt lavt smeltepunkt smeltes og strømmer nedad til bunnen av oksidereren og mot kanalen 54, hvor det smeltete materiale ledes til den første oksiderer 26 og ut til slaggboksen 108. Prosessen kan frembringe partikkelmaterialer med smeltepunkter over temperaturen i den andre oksiderer, og slikt partikkelmateriale vil ikke smeltes. Dette materiale medføres imidlertid i det smeltete materiale som dannes i den andre oksiderer, og i slagget, hvorved det dannes en stort sett smeltet blanding. Ved at haugens ytterflate smelter, og det smeltete materiale og det deri medførte fastpartikkelmateriale strømmer mot kanalen 54, vil det på partikkelmaterialet frilegges en ny ytterflate som deretter smeltes og utstrømmer fra anordningen gjennom slaggboksen. Mens det i dette tilfelle er vist innføringen av partikkelmaterialene i den andre oksiderer, kan prosessen også gjennomføres hvis en del av dette materiale innføres i den første

oksiderer.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen representerer en forbedring av pro-sesstrinnet for tilsetting av partikkelmateriale i materialopphopningen i oksideringsinnretningen. Ifølge oppfinnelsen og de ovennevnte US-patentskrifter 4 922 841 og 4 986 197 tilsettes ubrennbart materiale i oksideringsinnretningen for å danne en haug eller opphopning i dette. Derved injiseres satser av slikt materiale, fra en ytre partikkelmaterialkilde, i oksidereren, hvor varmen fra de gassholdige forbrenningsbiprodukter smelter en stor del av det injiserte materiale.

Forbedringen ifølge oppfinnelsen består i at satser av partikkelmateriale injiseres under det opphopete materiales smeltete overflate. Som tidligere nevnt, vil dette forhindre at flyktige materialer, f.eks. tungmetaller, i den nettopp innførte sats bortdrives i gasstrømmen og i stedet medføres i det smeltete materiale, for å danne en del av det faste og ufarlige, ikke-utlutende aggregat.

I prosessen inngår et trinn for avkjøling av blandingen av smeltet slagg og fastpartikler til et ufarlig aggregat. I det foretrukne tilfelle overføres blandingen av smeltet slagg og fastpartikler til en vannfylt transportør hvori blandingen, grunnet vannets bråkjølende virkning, danner det faste og ufarlige, ikke-utlutende aggregat. Vannet som benyttes for avkjøling av det smeltete materiale, tilbakeføres deretter i prosessen, enten med spillvann i den andre oksiderer 56 eller i den tredje oksiderer 62.

Ved drift av anordningen ifølge oppfinnelsen frembringes fire produkter: jernholdig metall som har passert gjennom rotasjonsovnen og følgelig er fri for farlig materiale og klinker som har passert gjennom rotasjonsovnen og hvis even-uelle innhold av farlig materiale enten er bundet i klinkerstrukturen eller gjeninn-føres i prosessen, til klinkersammensetningen er ufarlig. Det tredje produkt er den gassholdige utstrømning fra skorsteinen 80, som hovedsakelig består av karbon-dioksid og vann. Det fjerde produkt er det faste og ufarlige, ikke-utlutende aggregat.

Den foretrukne anordning er nu klassifisert som en industriell ovn under EPA's forskrifter for kjeler og industrielle ovner, som er utgitt med hjemmel i "the resource conservation and recovery act" (RCRA) og er underlagt krav til luftutslipp og prosesskontroll som av EPA ansees å være like strenge som de tilsvarende som gjelder for en del "B" vedrørende forbrenningsovn for farlig avfall. Anordnin gen ifølge oppfinnelsen vil uten vanskelighet imøtekomme et slikt kriterium. I tillegg til å imøtekomme strenge forskrifter om luftkvalitet vil aggregatet som stam-mer fra prosessen, selv om det inneholder tungmetaller som ville være farlige hvis de ble fjernet fra aggregatet, ha omdannet materialet til en form hvor tungmetal-lene er bundet i det glasslignende aggregat. Særlig er mengdene av arsenikk, barium, kadmium, krom, bly, kvikksølv, selen og sølv godt under den fastsatte grense. Dessuten er konsentrasjonen av skadedyr- og ugressdrepende sammen-setninger, sure fenolforbindelser, nøytrale baseforbindelser og andre flyktige forbindelser godt under de fastsatte grenser. Selv om utgangsmaterialene kan inne farlige stoffer, er disse enten oksidert ved oksidasjon eller låst i aggregatstruktu-ren, slik at prosessen ikke frembringer farlige produkter.

I det ovenstående er det beskrevet foretrukne utførelsesformer ifølge oppfinnelsen. Disse er imidlertid ikke begrensende for oppfinnelsen. Oppfinnelsens ramme er utelukkende definert i de etterfølgende krav.

Claims (10)

1. Anordning for omdanning av farlig avfall til ufarlig aggregat, omfattende: en innretning (10) for oppvarming av det farlige avfall for derved å frembringe partikkelformige faststoffmaterialer, gasser og gassformige forbrenningsbiprodukter; en oksideringsinnretning (26, 56, 62, 65) omfattende minst én ildfast foret, vannkjølt og metallvegget tank (26); en innretning . for innføring av de partikkelformige faststoffmaterialer, flyktige gasser og gassformige forbrenningsbiprodukter i oksideringsinnretningen (26); en innretning (36, 38) for igangsetting av forbrenning i oksideringsinnretningen (26), idet forbrenningsvarmen danner smeltet slagg (40) og uforbrennbare finstoffer fra det uforbrennbare materiale; en innretning (53) som står i strømningsforbindelse med oksideringsinnretningen (26, 56) for oppsamling av det smeltete slagg; en innretning (117) for innføring av de uforbrennbare finstoffer i det smeltete slagg (40) for derved å danne en hovedsakelig smeltet blanding; en innretning (108) for fjerning av blandingen fra innretningen (53) for oppsamling av slagget; og en innretning (106) for avkjøling av blandingen for derved å danne det ufarlige aggregat,karakterisert vedat innføringsinnretnin-

gen (117) er innrettet til å injisere de uforbrennbare finstoffer inn i det smeltete slagg (40) under slaggets overflate, hvorved slagget har en stort sett kontinuerlig smeltet overflate som danner en tetning for å hindre at flyktige materialer i de uforbrennbare finstoffer som innføres ved hjelp av innretningen (117) i det smeltete slagg (40) medføres i gasstrømmen over det smeltete slagg (40).

2. Anordning ifølge krav 1,karakterisert vedat innføringsinnret-ningen (117) er innrettet til å innføre de uforbrennbare finstoffer i slagget (40) i separate porsjoner.

3. Anordning ifølge krav 1 eller 2,karakterisert vedat innførings-innretningen (117) er innrettet til å anbringe de uforbrennbare finstoffer i slagget i form av en haug hvis overflate utsettes for varmen fra oksideringsinnretningen (26, 56).

4. Anordning ifølge et av kravene 1 til 3,karakterisert vedat innretningen for oppsamling av slagget består av oksideringsinnretningen (26, 56).

5. Anordning ifølge krav 1,karakterisert vedat oksideringsinnretningen omfatter et antall, f.eks. minst tre, oksideringstanker (26, 56, 62).

6. Anordning ifølge et av de foregående krav,karakterisert vedat tanken (26) har en veggkonstruksjon som omfatter en vannkjølt vegg (46), en ildfast, innvendig foring (112) og et antall metalldeler (114) som strekker seg gjennom ildfast-foringen og berører metallveggen.

7. Anordning ifølge krav 6,karakterisert vedat metalldelene (114) hovedsakelig omfatter rette metallstaver som strekker seg hovedsakelig vinkelrett på veggkonstruksjonen og har en diameter i området 6,3 til 10,2 mm og er anordnet med en tetthet på 390 til 1550 staver pr. kvadratmeter av ildfast foring.

8. Fremgangsmåte for omdanning av farlig avfall til ufarlig aggregat, omfatten- de følgende trinn: oppvarming av det farlige avfall for frembringelse av partikkel formige faststoffmaterialer, gasser og gassformige forbrenningsbiprodukter, oksidering av de partikkelformige materialer for derved å danne uforbrennbare finstoffer; smelting av en del av de uforbrennbare finstoffer for derved å danne smeltet materiale; tilsetting av en ytterligere del av de uforbrennbare finstoffer til smeltematerialet (40); og avkjøling av blandingen for derved å danne det ufarlige aggregat;karakterisert vedat den ytterligere del av de uforbrennbare finstoffer tilsettes smeltematerialet (40) under dets overflate, hvorved slagget har en stort sett kontinuerlig smeltet overflate som danner en tetning for å hindre flyktige materialer i de uforbrennbare finstoffer fra å medføres i gasstrømmen over det smeltete slagg.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 8,karakterisert vedat de uforbrennbare finstoffer tilsettes smeltematerialet ((40) i separate porsjoner.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 8 eller 9,karakterisert vedat de uforbrennbare finstoffer tilsettes smeltematerialet (40) for å danne en haug (104) hvis overflate utsettes for varme og følgelig smeltes.