PL234900B1 - Układ do przetwarzania odpadów wtórnych ze spalarni - Google Patents

Description

PL 234 900 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest układ do przetwarzania odpadów wtórnych, poprocesowych ze spalarni odpadów poprzez kompleksową obróbkę hydrotermalną w środowisku alkalicznym. Przetwarzaniu poddawane są odpady takie jak popioły lotne, żużle, mieszanki popiołowo-żużlowe.

Spalanie odpadów jest metodą ich utylizacji pozwalającą na odzysk zawartej w odpadach energii, jak również na zmniejszenie ilości i objętości odpadów, a często na uzyskanie nowej formy odpadu, która może być mniej uciążliwa dla środowiska chociaż nie jest to normą.

Jako efekty termicznej utylizacji odpadów wymienić należy:

• odzysk energii, • zmniejszenie zagrożenia ze strony substancji niebezpiecznych lub szkodliwych w nich zawartych, • zmniejszenie ilości i objętości odpadów po procesie spalania, • uzyskanie postaci odpadu dających szansę na otrzymanie produktów użytkowych lub odp adu nadającego się do składowania.

Utylizacja odpadów poprzez metody termicznego przetwarzania pozwala na redukcję ich objętości o około 80%, należy jednak zauważyć, że w wyniku tych procesów powstają nowe odpady w postaci popiołów lotnych i żużli.

Termicznej utylizacji poddawane są bardzo często różne odpady komunalne, odpady medyczne, odpady organiczne np. pochodzenia zwierzęcego, komunalne osady ściekowe, odpady przemysłowe i niebezpieczne.

Popioły lotne i żużle powstają również w procesach spalania paliw węglowych w procesach hutniczych, w cementowniach i w wielu jeszcze innych procesach.

Każdy z tak otrzymanych popiołów i żużli charakteryzuje się określonymi parametrami i właściwościami charakterystycznymi dla surowca, z którego powstał, jak również dla procesu, w wyniku którego powstał.

Znane są ze stanu techniki metody pozwalające uzyskać z popiołów lotnych, żużli i mieszanek popiołowo-żużlowych produkty, które mogą być wykorzystywane gospodarczo poprzez przetworzenie tych odpadów w układach reakcyjnych pozwalających w bezpieczny sposób zmienić początkowe własności odpadów poddawanych przetwarzaniu.

Z polskiego zgłoszenia patentowego P.365359 znany jest sposób wytwarzania zeolitów z popiołów lotnych, który charakteryzuje się tym, że:

a) dokonuje się oceny składu popiołów lotnych, przynajmniej pod względem zawartości w nich krzemu,

b) przygotowuje się mieszaninę zawierającą co najmniej zasadę, wodę i wymienione popioły lotne w proporcjach dobranych w zależności od składu popiołu,

c) pozostawia się mieszaninę w zakresie temperatur wynoszącym od 0 do 50 na okres co najmniej 10 dni, przy czym rozwiązanie to ujawnia również zbiornik przeznaczony dla instalacji do obróbki popiołów lotnych pochodzących ze spalania węgla.

Z polskiego opisu patentowego PL 172951 znane jest urządzenie do przetwarzania materiałów odpadowych w materiały użyteczne, wyposażone w zespół do usuwania metali ferrytowych, w zespół wstępnego rozdrabniania, w suszarkę, ewentualnie w nawilżacz, oraz w komorę reakcyjną z przenośnikiem śrubowym o zmiennym skoku, zaopatrzoną w lej wsadowy, charakteryzujące się tym, że komora reakcyjna jest wyposażona w dwie, umieszczone równolegle obok siebie śruby o zmiennym skoku, i jest podzielona na kolejne segmenty z lejami wsadowymi, do kolejnego wprowadzania soli metali alkalicznych, glinu, wodorotlenków metali alkalicznych, pochodnych kwasu krzemowego.

Poszczególne segmenty zespołu mineralizacji materiałów odpadowych są wyposażone w umieszczone wokół ich rurowej obudowy przewody grzewcze, względnie chłodzące.

Również z europejskiego opisu patentowego nr EP 0 427 899 znane jest urządzenie, umożliwiające realizację utylizacji materiałów odpadowych, złożone z reaktora, wyposażonego w przenośnik śrubowy, z komory spalania, z której ciepło jest przenoszone do reaktora, z wału napędowego przenośnika śrubowego, oraz z układu próżniowego.

Ponadto, jest ono wyposażone na wejściu reaktora w mieszadło, w celu uzyskania jednorodnego wsadowego materiału odpadowego.

Znane ze stanu techniki układy utylizacji odpadów wtórnych uzyskanych w procesach termicznej utylizacji zwykle przetwarzają te odpady nie likwidując ich całkowicie. Istotą tych rozwiązań jest przebieg

PL 234 900 B1 konkretnych etapów utylizacji odpadów lub konstrukcja niektórych urządzeń, nie zaś układ do prowadzenia kompleksowego procesu przetwarzania.

Nieoczekiwanie okazało się, że możliwe jest prowadzenie procesu stabilizacji, zestalania i przetwarzania odpadów poprocesowych ze spalarni poprzez obróbkę hydrotermalną w środowisku alkalicznym bez konieczności wprowadzania czynników modyfikujących poprzez właściwe skomponowanie mieszaniny odpadów kierowanych do procesu, jak również istnieje układ do optymalnego prowadzenia tego procesu poprzez zastosowanie układu urządzeń i procesów kolejno po sobie następujących lub przebiegających równolegle, który to układ pozwala na wykorzystanie wszystkich produktów przemiany, a tym samym korzystnie wpływa na ekonomikę całego procesu.

Celem wynalazku jest bezpieczne, ekologicznie i ekonomiczne skuteczne przetwarzanie odpadów ze spalarni przy wykorzystaniu unikalnego układu do prowadzenia procesu, przy czym w układzie według wynalazku mogą być przetwarzane każdego rodzaju odpady.

Układ do przetwarzania odpadów wtórnych ze spalarni zwłaszcza popiołów lotnych, żużli i mieszanek popiołowo-żużlowych, według wynalazku, posiada układ komponowania wsadu surowcowego, reaktor z układem mieszającym połączony z układem odbioru gazów, układ przemywania produktów reakcji chemicznej zawierający mieszalnik lub układ mieszalników, jak również układ wydzielania produktów chlorkowych oraz układ uzyskiwania koncentratu metali ciężkich i układ obróbki końcowej, przy czym w korzystnej wersji układu do przetwarzania odpadów energia elektryczna oraz energia cieplna niezbędne w procesie powstają lub są odzyskiwane w układzie.

Korzystnie układ mieszający wyposażony jest w mieszadło/mikser wysokoobrotowy wykonany ze stali odpornej na alkalia lub ze stali pokrytej warstwą izolacyjną odporną na działanie alkaliów.

Korzystnie reaktor wyposażony jest w płaszcz grzewczo-chłodzący.

Korzystnie układ odbioru gazów zawiera układ odciągowy i osuszający i/lub zbiornik gazów i generator energii elektrycznej.

Korzystnie układ przemywania produktów reakcji chemicznej zawiera mieszalnik lub układ mieszalników.

Układ do przetwarzania odpadów wtórnych ze spalarni takich jak popioły lotne i żużle, a także mieszanki popiołowo-żużlowe, według wynalazku, posiada układ komponowania wsadu surowcowego , reaktor z układem mieszającym połączony z układem odbioru gazów, który zawiera układ odciągowy i osuszający i/lub zbiornik gazów i generator energii elektrycznej, a także układ odsączania i przemywania produktów reakcji chemicznej zawierający mieszalnik lub układ mieszalników, jak również układ wydzielania produktów chlorkowych oraz układ wydzielania koncentratu metali ciężkich i układ końcowej obróbki pozwalający otrzymać produkt gospodarczo użyteczny. W korzystnej wersji układu do przetwarzania odpadów energia elektryczna oraz energia cieplna niezbędne w procesie powstają lub są odzyskiwane w układzie.

W wyniku zachodzących w układzie według wynalazku procesów chemicznych i fizykochemicznych następuje przetworzenie odpadów niebezpiecznych w surowiec dla wytwarzania materiałów budowlanych.

Zaletą rozwiązania według wynalazku jest kompleksowość układu unieszkodliwiania odpadów, charakteryzująca się nietypowym powiązaniem poszczególnych etapów z wykorzystaniem optymalnych urządzeń dla każdego etapu, jak również z wykorzystaniem procesów ubocznych zachodzących przy przetwarzaniu i produktów ubocznych powstających w tych procesach.

Zastosowanie procesu geopolimeryzacji w unieszkodliwianiu odpadów niebezpiecznych daje szansę na wykorzystanie procesów unieszkodliwiania, które byłyby zgodne z najlepszymi praktykami technologicznymi oraz przepisami prawa, przy jednoczesnym zachowaniu efektywności ekologicznej.

Wynalazek objaśniono w opisie i przedstawiono w przykładzie wykonania i na rysunku fig. 1 w postaci schematu blokowego.

Odpady poprocesowe ze spalarni odpadów komunalnych, przemysłowych i niebezpiecznych zostają po skomponowaniu w układzie do komponowania mieszanki reakcyjnej 1 skierowane do zbiornika-reaktora 2, do którego podawana jest ciecz - wodny roztwór wodorotlenku sodu lub potasu. Ciecz wprowadzana jest do układu w ilości takiej, że stosunek ciecz/ciało stałe wagowo waha się w granicach 1 : 1 do 10 : 1 w zależności od rodzaju odpadu. Zalane odpady są intensywnie mieszane w zbiorniku 2. Do przyspieszenia inicjacji reakcji możliwe jest podgrzewanie zbiornika, dlatego też jest on wyposażony w płaszcz grzewczo-chłodzący. W wyniku zachodzących reakcji chemicznych w reaktorze 2 wydzielają się substancje gazowe. Gazy palne takie jak wodór, palne węglowodory poprzez układ odbioru gazów 3

PL 234 900 B1 po przejściu przez osuszacz kierowane są do generatora energii elektrycznej. Energia elektryczna wytworzona dzięki nim wykorzystywana jest następnie do ogrzewania elementów układu obróbki końcowej 7, to jest komór do produkcji materiałów budowlanych i kruszyw, komór dojrzewania betonu. Ciepło wydzielające się w wyniku reakcji chemicznych w reaktorze 2 jest odbierane z płaszcza zbiornika 2 poprzez wymiennik ciepła i wykorzystywane do procesu odparowania cieczy w układzie wydzielania produktów chlorkowych 4 po wydzieleniu strumienia odpadów zawierających znaczne ilości rozpuszczalnych w wodzie chlorków i innych substancji rozpuszczalnych. Pozostały po procesie gips, zanieczyszczony metalami ciężkimi, kierowany jest do układu przemywania 5. Przereagowane odpady wtórne kierowane są również ze zbiornika-reaktora 2 do układu przemywania 5. Odsączony i przepłukany materiał poddawany jest dalszej obróbce w procesach geopolimeryzacji i/lub stabilizacji przy wykorzystaniu konwencjonalnych betonów na bazie cementu portlandzkiego w układzie obróbki końcowej 7. Ciecz powstała po odsączeniu zawiera wymywane z popiołów i żużli metale i jest kierowana do układu uzyskiwania1 koncentratu metali ciężkich 6. Odpad powstały w układzie 6 stanowi nie więcej niż 0,1-3% masy początkowej ilości odpadów skierowanych do przetwarzania i jest przeznaczony do dalszych procesów immobilizacji lub składowania na składowiskach.

Przykład 1

Do układu przetwarzania skierowano odpad skomponowany z:

• odpadów stałych z oczyszczania gazów odlotowych (Odpady pochodzące ze spalarni odpadów komunalnych). Kod odpadu: 19 01 07, • popiołów lotnych zawierających substancje niebezpieczne (Odpady pochodzące ze spalarni odpadów komunalnych). Kod odpadu: 19 01 13.

Odpady wtórne ze spalarni odpadów skierowano do układu komponowania mieszanki 1 w proporcjach: odpad kod 19 01 07 w ilości 65% wagowych oraz odpad kod 19 01 13 w ilości 35% wagowych. Do mieszanki wprowadzono również wodorotlenek sodu (płatki) w ilości 1 część wagowa na 5 części wagowych sumy odpadów wtórnych, i komponowano mieszankę poprzez mieszanie na sucho przez okres 10 minut w układzie do komponowania mieszanki reakcyjnej 1. Po komponowaniu kompozycja została skierowana do zbiornika-reaktora 2, do którego wprowadzono wodę oraz roztwór wodorotlenku sodu. Ciecz wprowadzana jest do układu reakcyjnego w ilości takiej, że stosunek ciecz/ciało stałe (odpady), wagowo wynosi 10 : 1. Zwilżona kompozycja odpadów jest intensywnie mieszana w zbiorniku 2. Do przyspieszenia inicjacji reakcji możliwe jest podgrzewanie zbiornika. W wyniku zachodzących reakcji chemicznych wydzielają się substancje gazowe, a także ciepło na skutek reakcji wodorotlenku sodu z wodą. Gazy palne takie jak wodór, palne węglowodory i metan kierowane są poprzez układ odbioru gazów 3 do generatora energii elektrycznej. Energia elektryczna wytworzona dzięki wydzielonym gazom wykorzystywana jest do ogrzewania układu 7, to jest komór do produkcji materiałów budowlanych i kruszyw, komór dojrzewania betonu geopolimerowego. Ciepło wydzielające się w wyniku reakcji chemicznych w reaktorze 2 jest odbierane z płaszcza zbiornika poprzez wymiennik ciepła i wykorzystywane do procesu odparowania cieczy w układzie wydzielania produktów chlorkowych 4. Przereagowane popioły i żużle kierowane są ze zbiornika-reaktora 2 do układu przemywania produktów reakcji chemicznej 5. Przemywanie prowadzone jest wodą. Pozostałości po odparowaniu soli NaCl z układu 4 (gips) przenoszone są do układu przemywania 5. Odsączony i przepłukany materiał z układu 2 i 4, wstępnie przetworzony, poddawany jest obróbce końcowej w układzie 7 w procesach geopolimeryzacji lub stabilizacji przy wykorzystaniu konwencjonalnych betonów na bazie cementu portlandzkiego. Przereagowane, odsączone i przepłukane odpady poreakcyjne (popioły i żużle) stanowią surowiec do wytwarzania materiałów budowlanych. Ciecz powstała po odsączeniu zawiera wymyte z odpadów metale ciężkie i inne substancje niebezpieczne. Jest ona kierowana do układu uzyskiwania koncentratu metali ciężkich 6, gdzie w procesach odparowania zostają wyodrębnione pozostałości, których ilość wynosi 0,8% w stosunku do masy początkowej odpadów skierowanych do przetwarzania i przeznaczone mogą być skierowane do dalszych procesów immobilizacji lub składowane na składowiskach.

Przedstawione wyżej przykłady należy traktować jedynie jako szczegółowe przybliżenie wynalazku w niczym nieograniczające jego istoty ani zakresu ochrony.

Wykaz oznaczeń:

1. Układ komponowania mieszanki odpadów

2. Reaktor obróbki hydrotermalnej

3. Układ odbioru gazów

4. Układ wydzielania produktów chlorkowych i siarczanów

PL 234 900 B1

5. Układ przemywania produktów reakcji chemicznej

6. Układ uzyskiwania koncentratu metali ciężkich

7. Układ obróbki końcowej (geopolimeryzacja i/lub stabilizacja)

Claims (5)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Układ do przetwarzania odpadów wtórnych ze spalarni zwłaszcza popiołów lotnych, żużli, mieszanek popiołowo-żużlowych, znamienny tym, że posiada układ komponowania wsadu surowcowego (1), reaktor z układem mieszającym (2) połączony z układem odbioru gazów (3), a także układ odsączania i przemywania produktów reakcji chemicznej (5), jak również układ wydzielania produktów chlorkowych (4) oraz układ uzyskiwania koncentratu metali ciężkich (6) i układ obróbki końcowej (7), przy czym w korzystnej wersji układu do przetwarzania odpadów energia elektryczna oraz energia cieplna niezbędne w procesie powstają lub są odzyskiwane w układzie.
2. 2. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że układ mieszający (2) wyposażony jest w mieszadło/mikser wysokoobrotowy wykonany ze stali odpornej na alkalia lub ze stali pokrytej warstwą izolacyjną odporną na działanie alkaliów.
3. 3. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że reaktor wyposażony jest w płaszcz grzewczo-chłodzący.
4. 4. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że układ odbioru gazów (3) zawiera układ odciągowy i osuszający i/lub zbiornik gazów i generator energii elektrycznej.
5. 5. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że układ przemywania (5) zawiera mieszalnik lub układ mieszalników.