NO841662L - Fremgangsmaate til fremstilling av et brennstoff med hoey stabilitet - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte

til fremstilling av et brennstoff som kan lagres i lengre tidsrom uten miljømessige problemer, på basis av avfall,

såsom søppel, fra hvilket ikke-brennbare og/eller gjenanvendbare komponenter sorteres^i^^m^&fe^øiaske^

En formålstjenelig fjerning av avfallsmaterialer, såsom søppel, er i tidens løp blitt et større og større problem.

De hyppigst anvendte metoder er dumping på fyllinger og forbrenning i søppelavhendingsanlegg.

Dumping er beheftet med betydelige miljømessige problemer, især vemmelige lukter og risiko for forurensning av grunnvann

og elver, og fordringene til dumpeanlegg blir derfor stadig gjort strengere.

Forbrenning av søppel i søppelavhendingsanlegg, med og

uten utnyttelse av den varme som utvikles ved forbrenningen,

er velkjent. I de senere år er den utviklede varme således blitt utnyttet i kombinerte søppelavhendings- og områdeopp-varmningsanlegg, hvilken av hensyn til salget av varmen må produseres i henhold til oppvarmningsbehovene.

Oppvarmningsbehovene fluktuerer imidlertid sterkt med årstiden og temperaturen, i motsetning til mengden av søppel, som innenfor rimelige grenser kan ansees ensartet gjennon

hele året, med visse årstidsbestemte variasjoner i sammensetningen, da eksempelvis sommeravfall normalt inneholder

mindre plast enn vinteravfall.

Da forbrenningen må utføres straks etter innsamling på grunn av avfallets begrensede holdbarhet, innebærer denne årstidsbestemte variasjon et stort tap av energi, fordi avfallets varmeverdi ikke kan utnyttes optimalt utenfor opp-varmningsårstiden.

Det er blitt foreslått å løse dette problem ved pressing

av det knuste avfall til briketter, eksempelvis ved blanding

med pulverisert kull og bindemiddel, jfr. GB patentskrift nr. 1 286 532, eller ved blanding med kullstøv, jfr. DK patentskrift nr. 143 859. Den første metode er imidlertid besværlig, fordi den krever en varmebehandling ved ca. 200°C i 1-3 timer,

og den annen metode er ikke adekvat når det gjelder å sikre

at forråtnelsen av avfallet stanser, og forbrenningen involver-er dessuten betydelige mengder av ubehagelig røk.

Viktig informasjon

Av arkivmessige grunner har Patentstyret for denne allment tilgjengelige patentsøknad kun tilgjengelig dokumenter som inneholder håndskrevne anmerkninger, kommentarer eller overstrykninger, eller som kan være stemplet "Utgår" eller lignende. Vi har derfor måtte benytte disse dokumentene til skanning for å lage en elektronisk utgave.

Håndskrevne anmerkninger eller kommentarer har vært en del av saksbehandlingen, og skal ikke benyttes til å tolke innholdet i dokumentet.

Overstrykninger og stemplinger med "Utgår" e.l. indikerer at det under saksbehandlingen er kommet inn nyere dokumenter til erstatning for det tidligere dokumentet. Slik overstrykning eller stempling må ikke forstås slik at den aktuelle delen av dokumentet ikke gjelder.

Vennligst se bort fra håndskrevne anmerkninger, kommentarer eller overstrykninger, samt eventuelle stemplinger med "Utgår" e.l. som har samme betydning.

Det er beskrevet i DE utlegningsskrift 24 51 093 at

en midlertidig konservering av husholdningsavfall og indu-strielt avfall inneholdende bedervelige organiske bestanddeler kan oppnås ved tilsetning av en høy-viskøs blanding av naftensyrer med molekylvekt mellom 300 og 500.

Det understrekes at disse naftensyrer kan bevirke deaktivering for noen dager, hvorved ubehagelig lukt unngås i perioden fra oppsamling inntil avfallet er bragt til det sted hvor det skal nedlegges, eksempelvis med henblikk på dekomponering for komposteringsformål.

Det er riktignok kort nevnt at det behandlede avfall også kan brennes, men dette må da gjøres før deaktiveringens opp-hør, og fremgangsmåten løser derfor ikke problemet med det ovenfor nevnte energitap.

Formålet med den foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en fremgangsmåte til fremstilling av et brennstoff som kan lagres i lengre tidsrom uten å bevirke vemmelig lukt og andre miljømessige problemer, ut fra avfall, og uten at det er nødvendig å presse det til briketter eller utføre andre energi-forbrukende kompakteringsmetoder.

Dette oppnås i henhold til oppfinnelsen ved at avfallet intimt blandes med kalk i form av brent kalk (CaO), hydratisert kalk (Ca(OH)2) eller brent dolomitt i en tilstrekkelig mengde til å inaktivere tilstedeværende mikroorganismer i avfallet ved å tilveiebringe en pH-verdi på minst 11 i avfallets væskeformige innhold og til i det vesentlige å opprettholde denne pH under hele lagringsperioden.

Uttrykket "kalk" er i det følgende ment å omfatte både brent kalk, hydratisert kalk og brent dolomitt, såvel som produkter inneholdende slike former av kalk og dolomitt. De foretrukne forbindelser er imidlertid brent kalk og hydratisert kalk.

Kalkbehandling av husholdningsavfall er riktignok foreslått i DE offentliggjørelsesskrift 28 38 873. Den behandling som foreslås i denne publikasjon, er imidlertid tilsiktet å løse et annet teknisk problem enn fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, nemlig regulert spredning av avfall på fyllinger, for derved å vinne bukt med de kjente problemer med dumping, nemlig støvdannelse, ubehagelig lukt og grunnvannsforurensning.

Publikasjonen fraråder direkte både forbrenning av avfall og kompostering, og det kan derfor ikke ansees nær-liggende å anvende kalk for fremstilling av et brennstoff ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen.

Den inaktivering av mikroorganismene i avfallet som er nødvendig for oppnåelse av et brennstoff som ikke undergår forringelse, krever en økning i pH til minst 11 ved tilsetning av kalk. Hvis pH er under 11 umiddelbart etter tilsetningen av kalk, vil pH hurtig synke, og den mikrobielle utvikling kan derfor ikke kontrolleres.

For oppnåelse av en rimelig sikkerhetsmargin bør det anvendes slike mengder av kalk at pH økes til minst 12.

Ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er det mulig å utnytte den kjente reaksjon mellom brent kalk og det vann som er til stede i avfallet. Den brente kalk omdannes til hydratisert kalk i løpet av et kort tidsrom under sterk varme-utvikling:

Omdannelsen av hydratisert kalk bevirker en økning i pH i respons til den tilsatte mengde og innholdet av vann. Den brente kalk binder vann slik at innholdet av faste stoffer i avfallet øker. Utviklingen av varme bidrar fordelaktig til å nøytralisere tilstedeværende mikroorganismer.

Under lagring av det erholdte brennstoff reagerer den hydratiserte kalk gradvis med det allestedsnærværende karbon-dioksyd i henhold til det følgende reaksjonsskjema:

Hvis nesten hele mengden av hydratisert kalk omdannes til kalsiumkarbonat, vil pH synke til ca. 9 ved denne prosess, som forløper langsomt, og dette reduserer brennstoffets stabilitet.

Da formålet med tilsetningen av kalk er å stabilisere brennstoffet for lengre tid, like opp til 8 måneder, uten at det gir opphav til ubehagelig lukt, må den nødvendige mengde av kalk tilpasses under hensyntagen til de følgende betingelser :

a) vanninnholdet i avfallet

b) effekten av tilblanding

c) innholdet av nøytraliserende substanser i avfallet

d) lagringsbetingelsene, innbefattende den forventede lagringstid, og i tilfellet av utendørs lagring nedbør

og dennes innhold av syrer.

Forutsatt et innhold av vann i avfallet på 2^-40^%_, fullstendig effektiv tilblanding, samt rimelig normalt avfall uten større mengde av syrer, vil tilblanding av en kalkmengde tilsvarende ca. 4 kg CaO pr. metrisk tonn avfall være nødvendig for oppnåelse av en pH på 12 til 25°C.

For opprettholdelse av denne pH virkningsfullt i et lengre tidsrom vil en mengde på 5 vekt%, dvs. tilsvarende 50 kg CaO pr. metrisk tonn avfall, normalt være tilstrekkelig, Fullstendig stabilisering, også under mer abnorme betingelser, kan oppnås ved ytterligere tilsetning av CaO, eksempelvis opp til ca. 75 kg CaO pr. metrisk tonn avfall, med mindre ekstreme betingelser gjør seg gjeldende.

Den type kalk som skal anvendes i den konkrete situasjon, avhenger også av de ovenfor nevnte punkter a) - d), men særlig av vanninnholdet i avfallet.

For oppnåelse av samtidig tørking av avfallet foretrekkes CaO, spesielt i form av pulverisert, svakt brent kalk inne-\ttU{

holdende ca. 94 % aktivt CaO.

I tilfellet av tilsetning av små mengder av kalk foretrekkes normalt en ekvivalent mengde av hydratisert kalk for derved å unngå problemer med lesking. De mengder av hydratisert kalk som er ekvivalent med de ovenfor nevnte CaO-mengder, er 5,3, 66,3 og 99,4 kg Ca(OH)2pr. metrisk tonn avfall.

Det gjelder generelt at den mest hensiktsmessige mengde og type av kalk må bestemmes ved forsøk.

Som nevnt er det avgjørende for lagringsstabiliteten av det produserte brennstoffet kalken og avfallet blandes intimt.

Avhengig av sammensetningen av det avfall som skal be-handles, vil visse mer eller mindre tradisjonelle for-behandlinger bli utført før tilblandingen av kalk. I tilfellet av eksempelvis søppel, vil ikke-brennbare og/eller gjenanvendbare bestanddeler, såsom bygningsmaterial-avfall, jern, metaller, glass og plastmaterialer, normalt bli fra-sortert etter mottagelsen.

I en foretrukken utførelsesform av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen blir det for-behandlede avfall knust i en roterende trommel, til hvilken den bestemte mengde av kalk tilsettes på et hensiktsmessig trinn i knuseprosessen, fortrinnsvis ved dennes begynnelse, fordi dette resulterer i den mest effektive tilblanding, men tilsetningen kan også skje etter noen knusning.

Den mest hensiktsmessige oppholdstid i trommelen kan bestemmes ved forsøk, men er normalt minst 2 eller 3 timer.

Etter behandling i den roterende trommel blir materialet kontinuerlig uttatt og kan nå lagres uten noen risiko, eksempelvis i en fordypning, i en bygning eller i det fri.

Hvis man av plasshensyn ønsker å redusere volumet av brennstoffet, kan dette kompakteres eller presses til baller eller briketter. Av hensyn til håndtering og transport kan

det også være hensiktsmessig å omdanne brennstoffet til pellets.

I en alternativ utførelsesform blir det eventuelt sorterte avfall først knust mekanisk, for eksempel i en hammermølle, en opptrevlingsinnretning eller annet måleutstyr, og det knuste materiale blandes med kalk i en tradisjonell blandeinnretning. Denne utførelsesform krever normalt mer energi enn den ovenfor nevnte sam-maling, men er en mulighet særlig hvis fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen skal utføres på et anlegg som allerede er utstyrt med den nevnte knuseinnretning.

Det er ikke avgjørende for fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen at avfallet først sorteres, idet det er mulig å sortere avfallet etter tilsetningen av kalk.

I det foregående er oppfinnelsen blitt forklart i forbindelse med fremstillingen av brennstoff ut fra søppel, men den kan med fordel tilpasses andre former for brennbart avfall, såsom industriell avfall av forskjellige typer, sagbruksavfall, skogsavfall, såsom våt råtten bark, papiravfall, landbruksavfall i form av eksempelvis halm, agner og ris-halm, såvel som det såkalte sil-residuum fra komposteringsanlegg, og blandinger av sådant avfall og/eller blandinger med søppel.

Foruten å anvendes til forbrenning i ovner tilknyttet område-oppvarmningsnettverket kan det brennstoff som produseres i henhold til oppfinnelsen, også anvendes i forbindelse med kraftverk, for fremstilling av sement, etc.

Heller ikke behøver produksjonen å skje i forbindelse

med det sted hvor forbrenningen skal foregå, men kan utføres på et usentralt sted ved intermediære stasjoner, omlastnings-stasjoner eller fyllinger.

I tillegg til de besparelser i energi som kan oppnåes ved anvendelse av det foreliggende brennstoff, som reduserer kull-, olje-, gass- eller andre brennstoffbehov, gir selve anvendelsen av brennstoffet en rekke fordeler.

Således kan den tilblandede kalk bevirke en betydelig miljømessig forbedring av røkgassene under forbrennings-prosessen, fordi eksempelvis svovel og tungmetaller ^mrir±<g>v4W^<wK^*\bindes til kalken, hvilket reduserer risikoen for korrosjon såvel som innholdet av forurensende syrer og tungmetaller i røkgassene. ;Under forbrenningen omdannes den tilstedeværende kalk;til brent kalk, som gjenfinnes i slaggen som produseres under forbrenningen. Den brente kalk vil når den kjøles i vann eller under deponeringen av slaggen, binde vann under dannelse av hydratisert kalk, som effektivt binder tungmetaller i form av lite oppløselige forbindelser. Dette reduserer risikoen for lekkasje av tungmetaller frå den dumpede slagg. ;På grunn av innholdet av kalk, og som et alternativ til tradisjonell deponering, kan slaggen med fordel anvendes på ;ny, for eksempel ved partiell resirkulering, for fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen eller for tilblanding i avvanns- ;slam på fyllinger. I tillegg til deponeringen av slaggen løser tilblandingen også de meget store problemer som slam på fyllinger representerer, fordi innholdet av faste stoffer økes, og kalken vil stabilisere slammet. ;Test- rapport;Ca. 200 kg normalt, rent husholdningsavfall uten papir eller andre stabiliserende avfallsmaterialer ble knust i en hammermølle, og jernet ble fjernet med en magnet. ;Avfallet var meget vått (et vanninnhold på 30-35 %) og;må ansees som et meget lett bedervelig avfall.;Avfallet ble pakket i plastsekker og ble den følgende;dag veiet i fire charger av tilnærmet samme størrelse. En av chargene ble ikke tilblandet kalk, mens de tre andre ble tilblandet henholdsvis 3,3, 6,6 og 10 vekti kalk. Den an- ;vendte kalk var pulverisert hydratisert kalk fra Faxe Kalk, som er unik med'sine fine korn (spesifikk overflate (BET) 15- ;2 vcW;18 m /g) og inneholder ca. 91 % kalsiumhydroksyd.;Avfallet ble blandet med kalken i en liten sementblander;i de angitte forhold.;Avfallet hadde, etter å ha stått 24 timer i lukkede plastsekker, allerede begynt å råtne. ;Etter blanding ble avfallet pelletisert i en "Matator" pellet-presse. ;Prøvene, som nå besto av pellets med en diameter på 8 mm og en lengde på noen cm, ble pakket i fire nye plastsekker, hver med sin egen konsentrasjon av kalk, og sekkene ble plassert på et varmt loft. Med mellomrom på ca. 14 dager ble prøver så tatt for mikrobiologisk undersøkelse hos Alfred Jørgensen's Zymology Laboratory, København. ;Direkte mikroskopi ble utført på alle prøver, og pH ble målt. ;Prøve 1, som ikke inneholdt kalk, gikk i sterk forråtnelse allerede dagen etter pelletiseringen. ;Prøve 2, som inneholdt 3, 3^* hydratisert kalk, gikk i sterk forråtnelse etter bare to dagers lagring.

Prøve 3, som inneholdt 6,6^ hydratisert kalk, gikk i forråtnelse etter ca. 43 dager. Det bemerkes at en partiell prøve på ca. 300 g, som var pakket i et forseglet glass, frem-deles var stabilt etter 80 dager. En mulig konklusjon på dette kan være at det er meget stritt for avfallet å bli lagret i plastsekker.

Prøve 4, som inneholdt 10 % hydratisert kalk, var frem-deles uforandret etter 80 dager, og den aller siste analyse vedrørende mikrobedata viser uforandrede verdier.

Det kan på basis av forsøkene konkluderes ved at husholdningsavfall selv av en meget ekstrem natur, kan stabili-seres i minst 80 dager, og sannsynligvis lengre under selv meget ekstreme betingelser. Temperaturen på loftet fluktuerte mellom ca. 35°C på solrike dager til ca. 10°C i kjølige netter. Temperaturen var imidlertid sjelden under 15°C, og den var ofte betydelig høyere. Fluktuasjonene i temperatur forår-saket at kondensert vann ble dannet på innsiden av plast-sekkene, slik at mikroorganismene fikk særdeles gode vekst-

betingelser.

Det må ventes at fremgangsmåten kan gjøres mer effektiv i praksis ved: - at kalken blandes effektivt i en blandetrommel, som knuser avfallet før pelletisering, . - anvendelse av 8 % CaO istedenfor 10 % Ca(OH)2. CaO binder en betydelig del av vannet, og vannets aktivi-tet a reduseres. Den mengde Ca(0H)_ som dannes ved tilblanding av 8 % CaO, vil være 10,6 %, - lagring av avfallet under bedre betingelser enn ved forsøket, hvilket vanligvis vil være tilfelle, - ved at det behandlede avfall overveiende er av en mindre ekstrem natur enn i forsøket.

Uansett om disse fire punkter oppfylles eller ikke, til-veiebringes en fremgangsmåte som kan stabilisere avfall i minst 80 dager og bringe det til å anta en form som setter det i stand til å bli anvendt som et brennstoff. Pelletene har et energi-innhold på ca. 2500 kcal/kg avfall, og når de kan erstatte olje, representerer de for tiden en verdi på ca. dkr. 800 pr. metrisk tonn.

Claims (6)

1. Fremgangsmåte til fremstilling av et brennstoff som kan lagres i lengre tidsrom uten miljømessige problemer, på basis av avfallsprodukter valgt fra søppel, sagbruksavfall, skogsavfall, papiravfall og landbruksavfall, fra hvilke ikke-brennbare -©g/e^er- gjenanvendbare bestanddeler sorteres, j__om-det~øn-skes$ karakterisert ved at avfallet / blandes intimt med kalk i form av brent kalk (CaO), hydratisert kalk eller brent dolomitt i en tilstrekkelig mengde til å inaktivere tilstedeværende mikroorganismer i avfallet ved å tilveiebringe en pH-verdi i avfallets væskeformige innhold på minst 11, og til i det vesentlige å opprettholde denne pH under hele lagringsperioden.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at kalk tilblandes i en tilstrekkelig mengde til å gi en pH på minst 12.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at kalken tilblandes under samtidig mekanisk knusing av avfallet, fortrinnsvis i en roterende trommel.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at kalken tilblandes etter en forutgående full eller partiell homogenisering av avfallet.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1, ved hvilken avfallet er søppel som har et innhold av vann på 20-40 %, karakterisert ved at det tilblandes en kalkmengde på minst 4 kg pr. metrisk tonn avfall, fortrinnsvis 50 kg pr. metrisk tonn avfall, beregnet som CaO.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at ka-Hc-en -er/pulverisert, svakt brent kalk.