PL216330B1 - Sposób wytwarzania jednorodnych, ekologicznych granulatów z odpadowych szlamów węglowych - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania jednorodnych granulatów z odpadowych szlamów węglowych (tzw. mułów) o wysokiej wilgotności w celu uzyskania paliwa o postaci umożliwiającej bezpieczny ekologicznie transport, przejściowe składowanie na otwartym powietrzu i spalanie w typowych instalacjach energetyki zawodowej - kotłach pyłowych i fluidalnych.

Typowym dla instalacji wzbogacania węgli sposobem zagęszczania odpadowych szlamów jest stosowanie pras filtracyjnych. W zależności od rodzaju odpadu oraz sprawności stosowanych pras poziom wilgotności mułów węglowych kształtuje się na poziomie 22-35% wag. Podobne własności mają muły zdeponowane w stawach i odstojnikach. Będący przedmiotem wynalazku sposób granulacji umożliwia przekształcenie szlamów o wilgotności wyższej niż 28% wag. w łatwy do transportu i składowania granulat, którego własności mogą być łatwo modyfikowane w jednej operacji technologicznej dodatkami substancji aktywnych chemicznie w zależności od przeznaczenia, z eliminacją konieczności termicznego suszenia czy też podsuszania szlamu. Wytworzone według wynalazku granulaty bez względu na stopień rozdrobnienia fazy stałej i zawartość frakcji węglowej charakteryzują się ziarnistą budową, brakiem tendencji do zbrylania się i przylepiania do powierzchni zbiorników i urządzeń transportowych i stanowią najkorzystniejszą formę materiału dla każdej technologii spalania. Każda substancja w zależności od składu chemicznego, uziarnienia a także w zależności od procesu, w jakim powstaje odznacza się charakterystyczną wilgotnością, przy której odpowiednie działania mechaniczne umożliwiają granulację. Jest to charakterystyczna dla każdej substancji lub mieszaniny wilgotność granulacji.

Znanych jest wiele sposobów utylizacji szlamów tego typu z wykorzystaniem procesów suszenia termicznego, spalania w stanie wilgotnym oraz rozkładu pirolitycznego. Znane są również sposoby jednoczesnego granulowania i suszenia w urządzeniach bębnowych i taśmowych oraz w mieszalnikach próżniowych.

Dotychczas z polskiego opisu patentowego PL 52326 znany jest sposób suszenia szlamów i mułów za pomocą przegrzanej pary wodnej i spalin. W znanym sposobie suszenie przebiega w dwóch etapach, z których pierwszy polega na nagrzaniu wilgotnego materiału do temperatury około

100°C przegrzaną parą wodną, a drugi etap - na odprowadzaniu wilgoci z nagrzanego materiału za pomocą spalin, w wyniku czego uzyskuje się wysuszony materiał o wilgotności 2-5%. Powszechnie znane są sposoby granulacji rozcieńczonych szlamów (zawiesin) w suszarniach rozpyłowych czy też spalania takich zawiesin w dostosowanych do tego kotłach.

Znany jest dotychczas również z polskiego opisu patentowego nr PL 56805 sposób suszenia mułów węglowych, polegający na poddaniu procesowi dwustopniowego suszenia wstępnie odwodnionych w osadnikach mułów węglowych, przy czym w stopniu pierwszym poddaje się napromieniowywaniu promiennikami podczerwieni przy równoczesnym mieszaniu, a w stopniu drugim poddaje się leżakowaniu bez napromieniowywania przy równoczesnym mieszaniu. Znane sposoby znajdują ograniczone zastosowanie z uwagi na niskie wydajności, duże zużycie energii i często okresowy tryb pracy.

Znany jest z polskiego zgłoszenia opisu patentowego P. 325743 sposób wytwarzania jednorodnych, ekologicznych mieszanek miałowych lub mułowo-miałowych o kontrolowanej wilgotności polegający na tym, że do wilgotnego i podatnego na zbrylanie się miału węglowego lub do mieszaniny mułowo-miałowej, dodaje się rozdrobnione wapno palone CaO w ilości od 0,5-5,0% wagowych w stosunku do całkowitej masy pozostałych składników, a następnie uzyskaną kompozycję poddaje się mieszaniu w mieszalnikach bębnowych lub aeracyjnych zapewniających napowietrzenie mieszanych komponentów.

Znany jest też z polskiego opisu patentowego PL 207431 sposób wytwarzania jednorodnych granulatów z odpadowych szlamów w celu ich utylizacji termicznej lub recyklingu. Według tego sposobu proces granulacji prowadzi się w mieszalniku intensywnym wyposażonym w obrotową misę i szybkoobrotowe narzędzie mieszające umieszczone mimośrodowo względem osi obrotu misy, którego konstrukcja i sposób napędu wprowadza obrabiany materiał w ruch umożliwiający formowanie granulek a proces jest wspomagany reakcją chemiczną wody zawartej w szlamie z dodatkiem wapna palonego.

Istota wynalazku polega na sposobie ciągłego wprowadzenia reagenta w postaci wapna palonego zapewniającego szybkie i całkowite przereagowanie z wodą zawartą w szlamie. W połączeniu z wysoką intensywnością mieszania, wysoką szybkością liniową przemieszczanego w mieszalniku materiału i wymuszonym obiegiem tego materiału w stosunku do wdmuchiwanego reagenta sposób ten zapewnia warunki efektywnej granulacji szlamów o wysokiej wilgotności w procesie ciągłym.

PL 216 330 B1

Sposób granulacji szlamów węglowych o wilgotności 28-35% według wynalazku polega na wykorzystaniu procesu intensywnego mieszania wilgotnego, ciastowatego lub półpłynnego szlamu z dodatkiem mielonego wapna palonego wdmuchiwanego pod ciśnieniem w objętość mieszanego szlamu. Intensywna reakcja chemiczna tlenku wapnia z wilgocią zawartą w szlamie wspomagana przez wydajne napowietrzenie mieszanki wdmuchiwanym powietrzem oraz intensywnym mieszaniem powoduje szybkie obniżenie wilgoci, jako wynik wiązania wody i wydzielanego ciepła reakcji. Obniżenie wilgotności prowadzi do zmiany konsystencji i umożliwia realizację procesu granulacji mechanicznej w tym samym urządzeniu w procesie ciągłym.

Osiągnięcie tego efektu wymaga zastosowania mieszalnika zdolnego do szybkiej homogenizacji mieszanki, silnego jej napowietrzania oraz zapewnienia warunków przepływu materiału sprzyjającego procesowi granulacji. Warunkiem szybkiej homogenizacji jest odpowiednia technika i energia mieszania. Proces według wynalazku wymaga zastosowania mieszalnika wyposażonego w obrotową misę oraz jednego lub kilku szybkoobrotowych narzędzi mieszających (wirników). W mieszalnikach o takiej konstrukcji obrabiany materiał w momencie osiągnięcia wilgotności zbliżonej do charakterystycznej dla danego zestawu wilgotności granulacji zostaje poddany ruchowi toczącemu po powierzchni obrotowej misy oraz po powierzchni szybko przemieszczających się względem siebie warstw mieszanego materiału. Wynikiem takiego ruchu jest tworzenie się początkowo mikrogranulek (zarodków) a następnie wzrost ich średnicy w wyniku nawarstwiania.

Sposób według wynalazku wymaga stosowania mieszalników, które konstrukcyjnie są zdolne do mieszania z intensywnością nie mniejszą niż 8 kW/100 kg i w których każdy wirnik nadaje masie przebywającej w obrębie jego działania szybkość liniową nie mniejszą niż 5 m/s. Pył wapna palonego podawany jest do dyszy pneumatycznym systemem wymuszającym o ciśnieniu minimum 1 bar, zapewniającym rozproszenie transportowanego powietrzem pyłu wapiennego na powierzchni mieszanego materiału a ilość dodatku reguluje się zaworem na przewodach doprowadzających wapno z cysterny lub silosu. Dysza kieruje strumień powietrza transportującego wapno na powierzchnię mieszanego materiału w miejscu, z którego obrabiany materiał jest wciągany w strefę intensywnego mieszania przez szybkoobrotowy wirnik lub wirniki. Schemat położenia dyszy przedstawiono na fig. 1 i 2. Dyszę stanowi rura zamocowana do pokrywy mieszalnika i zakończona powyżej powierzchni mieszanego materiału, co przeciwdziała jej ewentualnemu zaczopowaniu przez obrabiany szlam. Strzałki na fig. 1 i 2 wskazują na kierunki przemieszczania się granulowanego materiału i strumienia wdmuchiwanego powietrza transportującego pył wapna palonego. Przedstawiony na fig. 1 i 2 sposób przemieszczania się materiału (w przekroju poziomym i pionowym) stwarza warunki do intensywnego napowietrzenia mieszanego materiału i sprzyja formowaniu się granulek. Rozpylenie drobnoziarnistego wapna palonego na dużej powierzchni mieszanych mułów i napowietrzenie sprzyja intensyfikacji reakcji chemicznej i procesowi odparowania wody, prowadząc do szybkiego obniżenia wilgotności i umożliwiając tym samym granulację obrabianego szlamu.

Sposób według wynalazku - dzięki stosowaniu wysokich energii mieszania - umożliwia efektywne wprowadzenie oprócz podstawowego dodatku jakim jest pył wapna palonego innych dodatków, których zadaniem jest podwyższenie wytrzymałość granulatu lub wspomaganie procesu osuszania reakcyjnego. Takimi dodatkami są; cement portlandzki, elektrowniane popioły, kwasy siarkowy lub fosforowy. Sposób według wynalazku umożliwia też wprowadzenie do procesu innych palnych odpadów takich jak; szlamy ściekowe i rozdrobniona biomasa. Dodatki te wprowadza się w ilości 0.5 do 30% wagowych.

Sposób według wynalazku umożliwia łatwą i efektywną ekonomicznie utylizację występujących w dużych ilościach uciążliwych odpadów w postaci szlamów odpadowych z bieżącej produkcji i szlamów zdeponowanych w otoczeniu kopalń węgla kamiennego. Otrzymany sposobem według wynalazku granulat jest łatwy do transportu i przejściowego składowania oraz posiada konsystencję umożliwiającą spalanie w typowych kotłach przemysłowych.

P r z y k ł a d 1. Granulacja szlamu. Do intensywnego mieszalnika o działaniu ciągłym, wyposażonego w obrotową misę i szybkoobrotowe narzędzie mieszające wprowadza się w sposób jednostajny odwodniony w prasie filtracyjnej szlam węglowy o wilgotności 30%. W obszar działania szybkoobrotowego wirnika wdmuchuje się poprzez dyszę mielone wapno palone w ilości 3 części wagowych tego proszku na każde 100 części wagowe szlamu, najkorzystniej przy ciśnieniu 2 bary i prowadzi się proces mieszania/granulacji w sposób ciągły, przy energii mieszania 10 kW/100 kg i obwodowej szybkości narzędzia mieszającego 8 m/s. Czas przebywania szlamu w mieszalniku wynosi 2,5 min

PL 216 330 B1 a otrzymany granulat stosuje się w urządzeniach energetycznych lub innego rodzaju kotłach przemysłowych.

P r z y k ł a d 2. Granulacja szlamu. Do intensywnego mieszalnika o działaniu ciągłym, wyposażonego w obrotową misę i szybkoobrotowe narzędzie mieszające wprowadza się w sposób jednostajny odwodniony w prasie filtracyjnej szlam węglowy o wilgotności 34%. W obszar działania szybkoobrotowego wirnika wdmuchuje się poprzez dyszę mielone wapno palone w ilości 5 części wagowych tego proszku na każde 100 części wagowe szlamu, najkorzystniej przy ciśnieniu 2 bary i prowadzi się proces mieszania/granulacji w sposób ciągły, przy energii mieszania 12 kW/100 kg i obwodowej szybkości narzędzia mieszającego 10 m/s. Czas przebywania szlamu w mieszalniku wynosi 3,5 min a otrzymany granulat stosuje się w urządzeniach energetycznych lub innego rodzaju kotłach przemysłowych.

Claims (3)

1. Sposób wytwarzania jednorodnych, ekologicznych granulatów z odpadowych szlamów węglowych o wilgotności 28-35% w mieszalniku intensywnym, wyposażonym w obrotową misę i szybkoobrotowe narzędzie mieszające umieszczone mimośrodowo względem osi obrotu misy, którego konstrukcja i sposób napędu wymusza na obrabianym materiale ruch planetarny po ruchomej obudowie z szybkością liniową nie mniejszą niż 5 m/s i zapewnia energię mieszania nie mniejszą niż 8 kW/100 kg, znamienny tym, że szlam węglowy wprowadza się do mieszalnika w sposób jednostajny i jednocześnie wdmuchuje się mielone wapno palone przez dyszę usytuowaną w strefie wciągania mieszanego szlamu w obszar intensywnego działania jednego lub kilku szybkoobrotowych narzędzi mieszających i proces prowadzi się do momentu uzyskania granulatu.

2. Sposób wg zastrzeżenia 1, znamienny tym, że do szlamu węglowego dodaje się; cement portlandzki, elektrowniane pyły lotne, rozdrobnioną biomasę, kwasy siarkowy lub fosforowy, szlamy ściekowe w ilości 0.5 do 30% wagowych.

3. Sposób wg zastrzeżenia 1, znamienny tym, że wielkość granulek finalnego produktu kształtuje się przez wydłużenie czasu przebywania obrabianego materiału w mieszalniku granulującym.