<Desc/Clms Page number 1>
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verarbeitung von mit Öl/Fett und/oder anderen organischchemischen Verunreinigungen versetztem metallhältigem Material, insbesondere von im Zusammenhang bei der Herstellung und/oder Verarbeitung von Metallen entstehendem Material, wie Zunder, Späne, Schrott, etc..
Bei der Verarbeitung von Stahl (und auch anderer Metalle) unter hohen Temperaturen ist der Anfall von Zunder unvermeidbar. Durch die Notwendigkeit der Anwendung von Schmierstoffen, vor allem in Walzwerken, fallen grössere Mengen von mit Öl vermischtem Zunder an. Bei der zerspanenden Bearbeitung von Metallen kommt es zur Bildung von mit Öl verunreinigten Spänen.
Bisher wurde dieses Gemisch von Zunder und Öl auf Sinterbändern zusammen mit Erzmöller verarbeitet und damit einer stofflichen Verwertung zugeführt. Durch die vorzeitige Verdampfung der Ölkomponenten gelangen diese in Zonen mittlerer Temperatur von unter 1000 C und bilden in der vorwiegend oxidativen Atmosphäre sehr leicht Dioxine und Furane.
Es ist bekannt, ölbenetzte Metallträger in direkt beheizte Drehrohröfen einzusetzen (US-A - 3, 627. 289, US-A 4, 548, 651) und unter Verdampfung des Öls zu erhitzen. Da die Verbrennung im Drehofen aus Rücksicht auf vollständigen Ausbrand mit einem hohen Luftüberschuss geführt werden muss, herrschen im ganzen Aggregat oxidierende Bedingungen. Die Verbrennungstemperaturen von Gas-Luft-Gemischen liegen etwa bei 1000 bis 1200 C. Zwangsläufig liegen daher auch die Temperaturen der Eisenträger in ähnlicher Grössenordnung.
Dies bringt zwei Nachteile : Es muss relativ viel Energie in die Aufwärmung des Feststoffes investiert werden, und weiters werden unter diesen Bedingungen metallische Anteile des Feststoffes reoxidiert Durch die Notwendigkeit einer Fahrweise mit Luftüberschuss sowie durch die hohen Rauchgastemperaturen sind die Gasgeschwindigkeiten relativ hoch. so dass auch mit einem grösseren Austrag an Feinstoff gerechnet werden muss. Dies macht eine ziemlich aufwendige Heissentstaubung erforderlich, um nicht zu grosse Staubverluste im Wäschersystem zu erleiden. Durch die hohen Gas-und Feststofftemperaturen ist es nötig, sowohl das Gas wie auch den Feststoff abzukühlen. Beim Gas lässt sich dies mit einem einfachen Nasswäscher leicht verwirklichen.
Beim Feststoff ist dies nicht so einfach, da ein Nassquench Probleme mit Abwässern bringt und Reoxidation von metallischen Anteilen verursacht. Eine trockene Kühlung benötigt grosse Luftmengen, die einerseits ebenfalls Reoxidation verursachen können, andererseits auch für höhere Staubverluste verantwortlich sind. Weiters sind die Verluste fühlbarer Wärme nicht unerheblich.
Aus der EP-A - 0 421 978 ist ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art bekannt, wobei Schrott für einen nachfolgenden Einschmelzprozess thermisch vorbehandelt wird. Hierbei wird der Schrott unter 02Mangelbedingungen auf Temperaturen von unter 450"C erhitzt und werden die dabei entstehenden Gase einer Waschung unterworfen. Die Erhitzung des Schrotts erfolgt in einem Drehrohrofen, der induktiv, indirekt oder durch Einbringen von inertem gasförmigem Heizmedium beheizt wird.
Zur Verbesserung der Energiebilanz ist es hierbei bekannt, das bei der Erhitzung entstehende Gas abzuziehen, einer Verbrennung zuzuführen und die dabei frei werdende Wärme zu einer indirekten Beheizung des Drehrohrofens zu verwenden. Bei diesem bekannten Verfahren ist jedoch keine hundertprozentige Entölung des Schrotts gegeben, selbst nicht bei sehr langer Verweilzeit des Schrotts in der Erhitzungszone. Weiters kann es durch Kondensatbildung zum Absetzen von Ablagerungen kommen, u. zw. entweder am Schrott oder an der Anlage zur Durchführung des Verfahrens.
Durch die Waschung des bei der Erhitzung des Schrottes entstehenden Gases werden alle organischchemischen Verbindungen, die höhere Siedepunkte haben als die Waschtemperatur, kondensiert und mit dem so verunreinigten Waschwasser ausgetragen.
Ein ähnliches Verfahren ist aus der US-A-4, 201, 370 bekannt. Hierbei wird das bei der Verbrennung der im Drehrohrofen gebildeten Gase entstehende. Rauchgas in den Drehrohrofen zur direkten Beheizung des eingesetzten Schrottes eingeleitet, was insoferne nachteilig ist, als die Verbrennung der Gase unter Sauerstoffüberschuss erfolgen muss, um vollständig zu sein, wodurch jedoch Sauerstoff in den Drehrohrofen gelangt und die Bildung von Dioxinen, Furanen und eine Reoxidation verursachen kann.
Die Erfindung bezweckt die Vermeidung dieser Nachteile und Schwierigkeiten und stellt sich die Aufgabe, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art sowie eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, welche unter Vermeidung der Entstehung von Dioxinen und Furanen eine hundertprozentige Entölung bzw. Reinigung des verunreinigten Materials ermöglichen. Es ist ein besonderes Ziel der
Erfindung, die Bildung von Ablagerungen in der Anlage sowie eine Reoxidation des Materials zu vermeiden.
Weiters soll der Aufwand an Energie zur Durchführung des Verfahrens so gering wie möglich gehalten werden, und es soll ein Austrag von staubförmigem Material minimiert werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die Kombination folgender Merkmale gelöst :
EMI1.1
<Desc/Clms Page number 2>
Siedetemperatur der am höchsten siedenden Fraktion der organisch-chemischen Verunreinigungen, jedoch unterhalb der Schmelztemperatur des Materials erhitzt wird, und 'dass die dabei gebildeten Gase abgeleitet werden, wobei eine Kondensation des bei der Erhitzung entstehenden Gases in der Erhitzungszone durch Zumischen eines keine oxidierende Wirkung aufweisenden Trägergases unterbunden wird.
Die Einhaltung einer Minimaltemperatur knapp über der Siedetemperatur der am höchsten siedenden Fraktion der organisch-chemischen Verunreinigungen ist insoferne von Bedeutung, als hierdurch eine vollständige Abtrennung der organisch-chemischen Verunreinigungen erzielt wird. Durch das Zumischen eines keine oxidierende Wirkung aufweisenden Trägergases gelingt es, den Partialdruck so weit abzusenken, dass eine Kondensation des bei der Erhitzung entstehenden Gases zuverlässig vermieden wird.
Hierdurch gelingt es, die in Gas umsetzbaren Verunreinigungen des Materials zur Gänze als Gas aus der Erhitzungszone abzuziehen und Ablagerungen in der Anlage sowie einen Austrag der organisch-chemi-
EMI2.1
ist insoferne von Bedeutung, als eine Entfernung von Ölen oder Fetten unterhalb dieser Temperatur selbst bei sehr langen Verweilzeiten nur unvollständig möglich ist, da Öle und Fette oft unter Kapillarwirkung anhaften. Dies gilt insbesondere für Walzwerksöle.
Vorzugsweise wird das aus der Erhitzungszone abgeleitete Gas in einer Brennzone vollständig verbrannt, wobei vorteilhaft eine Kondensation des bei der Erhitzung entstehenden Gases. bis zum Eintritt dieses Gases in die Brennzone unterbunden wird.
Eine vollständige Verbrennung der aus der Erhitzungszone abgeleiteten Gase ermöglicht deren vollkommene energetische Nutzung ; das Rauchgas ist auch frei von unverbrannten organischen Komponenten.
Das Unterbinden der Kondensation bis zum Eintritt des Gases in die Brennzone bewirkt ein Freihalten auch der der Gasführung dienenden Anlagenteile von Ablagerungen.
Vorteilhaft wird zur indirekten Wärmezufuhr das bei der Verbrennung des Gases entstehende Rauchgas herangezogen. Hierdurch kann-je nach Verschmutzungsgrad - der gesamte oder zumindest ein wesentlicher Anteil der benötigten Energie für das erfindungsgemässe Verfahren zur Verfügung gestellt werden.
Zweckmässig wird die Erhitzung des verunreinigten Materials im Gegenstrom-Wärmetausch durchge- führt, wodurch die energetisch günstigste Fahrweise sichergestellt ist.
Vorzugsweise wird das Trägergas'von einem reduzierenden Gas oder einem reduzierenden Gasgemisch, bestehend aus Kokereigas, Gichtgas. Rauchgas, Stickstoff, Kohlenmonoxid, Kohlendioxid oder Inertgas, gebildet
Um die Gasgeschwindigkeit in der Erhitzungszone so niedrig wie möglich zu halten - wodurch ein Verlust durch Austrag von staubförmigen Feststoffen minimiert wird -, wird gemäss einer bevorzugten Ausführungsform die Menge des zugemischten Trägergases gerade so gross gewählt dass eine Kondensation des bei der Erhitzung des verunreinigten Materials entstehenden Gases in der Erhitzungszone, vorzugsweise bis zur Brennzone, gerade noch verhindert wird. Hierdurch gelingt es weiters, das bei der Erhitzung des Materials entstehende Gas weitestgehend staubfrei zu halten, so dass der Aufwand für eine eventuelle Gasreinigung gering gehalten werden kann.
Vorteilhaft wird hierbei die minimal erforderliche Trägergasmenge entsprechend der Dampfdruckkurve der am höchsten siedenden Fraktion der Verunreinigungen bestimmt.
Eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass eine die Erhitzungszone bildende Behandlungskammer vorgesehen ist, in die das verunreinigte Material mit einer Chargiereinrichtung chargierbar ist, wobei in die Behandlungskammer an einem Ende eine ein nicht oxidierendes Trägergas zuführende Leitung mündet und an deren gegenüberliegendem Ende eine das bei der Erhitzung des verunreinigten Materials entstehende Gas ableitende Gasableitung vorgesehen ist, wobei an dem die Gasableitung aufweisenden Ende weiters eine das erhitzte Material dechargierende Einrichtung vorgesehen ist.
Vorteilhaft mündet die Gasableitung in eine die Brennzone enthaltende Brennkammer.
Hierbei ist zweckmässig die Brennkammer mit einer Rauchgasableitung versehen, die die Behandlungkammer umgebend zu einem Gasaustrag geführt ist, wobei vorteilhaft die Rauchgasableitung unter Führung des Rauchgases im Gegenstrom zum Transport des verunreinigten Materials durch die Behandlungskammer geführt ist.
Die Behandlungskammer ist, wie an sich bekannt, zweckmässig als Drehrohrofen ausgebildet, der, ebenfalls wie an sich bekannt, aussenseitig mit der Rauchgasableitung umgeben ist.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert, wobei Fig. 1 eine erfindungsgemässe Anlage in schematischer Darstellung veranschaulicht.
Fig. 2 gibt den Entölungsgrad eines Materials als Funktion der Behandlungszeit und der Behandlungstem-
<Desc/Clms Page number 3>
peratur des Materials wieder. Fig. 3 veranschaulicht Dampfdrücke ausgewählter Kohlenwasserstoffe in Abhängigkeit von der Temperatur.
Das mit Öl und/oder Fett und/oder anderen organisch-chemischen Verunreinigungen versetzte Material 1 gelangt über eine gasdichte Chargiereinrichtung 2 in eine Behandlungskammer 3, die gemäss dem dargestellten Ausführungsbeispiel als Drehrohrofen ausgebildet ist. Anstelle des Drehrohrofens könnte auch eine in einem Tunnelofen eingebaute Schüttelrinne oder in Siebband vorgesehen sein.
Die Behandlungskammer 3 weist einen Doppelmantel 4 auf, der zur indirekten Beheizung der Behandlungskammer 3 dient. Für die Zuleitung eines Trägergases mündet in die Behandlungskammer 3 an dem die Chargiereinrichtung 2 aufweisenden Ende eine gasdicht angeschlossene Trägergaszuleitung 5.
An dem der Chargiereinrichtung 2 gegenüberliegenden Ende wird das fertig behandelte Material 1 über eine gasdicht angeschlossene Dechargiereinrichtung 6 ausgebracht. In der Behandlungskammer 3 entstehendes Gas wird gemeinsam mit dem zugeführten Trägergas über eine Gasableitung 7, die an dem Ende der Behandlungskammer 3 angeordnet ist, an der die Dechargiereinrichtung 6 vorgesehen ist, einer Brennkammer 8 zugeführt. Die Brennkammer 8 weist eine Zuleitung 9 für Verbrennungsluft sowie eine Brennstoff-Zuleitung 10 für eventuell erforderlichen Zusatzbrennstoff auf.
In der Brennkammer 8 entstehendes Rauchgas wird über eine Rauchgasableitung 11 in den Mantelraum 12 des Doppelmantel 4 der Behandlungskammer 3 eingeleitet. Der Mantelraum 12 des Doppelmantels 4 ist mit Einbauten 13 versehen, so dass der Wärmetausch zwischen dem Rauchgas und dem Material 1 im Gegenstromprinzip erfolgen kann, wie dies durch die Pfeile 14 angedeutet ist. Am Ende der Wärmetauscherstrecke tritt das Rauchgas aus dem Doppelmantel 4 über eine Abgasleitung 15 aus und wird einer weiteren Behandlung oder Zumischung zu einem anderen Prozessgasstrom (beispielsweise einem Sinteranlagenabgas) zugeführt.
Die Funktion der Anlage ist folgende :
Das mit Ölen und/oder Fetten und/oder anderen organisch-chemischen Verunreinigungen verunreinigte Material 1 wird in der Behandlungskammer 3, die eine Erhitzungszone 16 bildet, indirekt mit Hilfe der Rauchgase erhitzt, u. zw. auf eine Temperatur knapp über der Siedetemperatur der am höchsten siedenden Fraktion der organisch-chemischen Verunreinigungen. Mit "knapp über der Siedetemperatur" ist eine Temperatur im Bereich von 10 bis 200 C über der Siedetemperatur zu verstehen. Die Schmelztemperatur des Materials 1 darf hierbei jedoch nicht erreicht werden.
Das bei der Erhitzung durch Verdampfen bzw. Cracken der Öle und/oder Fette entstehende Gas wird aus der Erhitzungszone 16 in eine Brennzone 17 in der Brennkammer 8 geleitet, wo das Gas vollständig verbrannt wird.
In Fig. 2 ist veranschaulicht, mit welchen Entölungsgraden bei mit Walzwerksölen versetztem Walz-
EMI3.1
vollständige Entölung auch bei sehr langer Behandlungsdauer nicht zu erzielen ist. Die diesbezüglichen Kurven nähern sich nur asymptotisch dem 100 %-Entölungsgrad. Da erfindungsgemäss das verunreinigte Material 1 auf eine Temperatur knapp über der Siedetemperatur der am höchsten siedenden Fraktion der organisch-chemischen Verunreinigungen, jedoch unterhalb der Schmelztemperatur des Materials 1 erhitzt wird, ist das die Behandlungskammer 3 verlassende Material 1 vollkommen von organisch-chemischen Verunreinigungen gereinigt.
Das in der Brennzone 17 der Brennkammer 8 verbrannte Gas gibt als Rauchgas seinen Wärmeinhalt an das zu erhitzende verunreinigte Material 1 ab. Sollten die Verunreinigungen des Materials 1 nicht ausreichend sein, um die Erhitzung des verunreinigten Materials 1 auf die erforderliche Temperatur, die knapp über der Siedetemperatur der am höchsten siedenden Fraktion der organisch-chemischen Verunreinigungen des Materials 1 liegen soll, zu erzielen, muss Energie von aussen zugeführt werden, in welchem Fall zusätzlicher Brennstoff über die Zuleitung 10 in die Brennzone 8 eingebracht wird.
In nachstehender Tabelle 1 ist in Abhängigkeit des Ölgehaltes und der Behandlungstemperatur der erforderliche Energiebedarf für die Erhitzung des verunreinigten Materials 1 bzw. die sich bei höheren Verunreinigungsgraden ergebende Überschussenergie angegeben. Die mit einem Minuszeichen versehenen Werte bedeuten, dass Überschussenergie in der Grösse dieses Wertes erzielt wird.
<Desc/Clms Page number 4>
EMI4.1
EMI4.2
<tb>
<tb> 1Werte <SEP> für <SEP> zusätzlichen <SEP> Energiebedarf <SEP> [MJ]
<tb> . <SEP> % <SEP> Ö <SEP> ! <SEP>
<tb> 0, <SEP> 1 <SEP> 0, <SEP> 5 <SEP> 1. <SEP> 0 <SEP> 2.
<SEP> 0 <SEP> 3, <SEP> 0 <SEP> 5, <SEP> 0 <SEP> 7, <SEP> 0 <SEP>
<tb> 450 <SEP> 544 <SEP> 442 <SEP> 314 <SEP> 57 <SEP> -199 <SEP> -712 <SEP> -1225 <SEP>
<tb> 500 <SEP> 591 <SEP> 486 <SEP> 353 <SEP> 89 <SEP> -175 <SEP> -704 <SEP> -1233 <SEP>
<tb> 550 <SEP> 640 <SEP> 535 <SEP> 404 <SEP> 142-120-643-1167
<tb> 600 <SEP> 688 <SEP> 584 <SEP> 455 <SEP> 195 <SEP> -64 <SEP> -582 <SEP> -1101 <SEP>
<tb>
Bei der Weiterleitung des Gases in die Brennzone 17 ist es wesentlich, dass es in den Anlagenteilen bis zur Einmündung in die Brennzone 17 zu keiner Kondensation des bei der Erhitzung des verunreinigten Materials 1 entstehenden Gases kommt.
Eine solche Kondensation wird erfindungsgemäss durch das Zumischen eines keine oxidierende Wirkung aufweisenden Trägergases über die Trägergaszuleitung 5 verhindert
In Fig. 3 ist beispielsweise eine Dampfdruckkurve eines für in Walzwerken typischerweise verwendeten Schmieröls veranschaulicht. Dieses Schmieröl hat einen Siedepunkt bei etwa 560 O C bei 1 bar. Durch eine Druckabsenkung auf 0, 2 bar ist eine Kondensation bis etwa 480. C erreichbar. Hieraus und aus den verdampften H20-Anteilen und den leichter siedenden Fraktionen des verunreinigten Materials 1, die ja ebenfalls den Siedepunkt herabsetzen, ergibt sich die Mindestmenge für das zuzumischende Trägergas.
In Fig. 3 sind noch Dampfdruckkurven für leichtere Getriebeöle und schwere Fette (strichliert), wie sie beispielsweise für. Pressen, etc. eingesetzt werden, veranschaulicht.
Ausführungsbeispiel :
Als verunreinigtes Material 1 ist ein feuchtes, ölhältiges Eisen-Zunder-Gemisch von 1 t in der Erhitzungszone 16 vollständig zu entölen.
Analyse des verunreinigten Materials 1 :
EMI4.3
<tb>
<tb> Feuchte <SEP> 6%
<tb> Öl" <SEP> 3, <SEP> 2% <SEP>
<tb> Eisenoxid <SEP> 88, <SEP> 8 <SEP> % <SEP>
<tb> Eisen <SEP> metall. <SEP> 2, <SEP> 0% <SEP>
<tb>
t typisches Schmieröl für Walzwerke Eintrittstemperatur : 25'C Erhitzungstemperatur (= Behandlungstemperatur) : 490'C.
Der erforderliche Energiebedarf ergibt sich mit 1029, 5 MJ, die Energieausbeute aus den Ölbrüden ergibt sich mit 1262. 4 MJ, dies ergibt eine Überschussenergie von 232, 8 MJ. Somit kann der Prozess autotherm betrieben werden.
Durch eine Zumischung von 3 Normkubikmeter Trägergas (im vorliegenden Fall Stickstoff) konnte eine Kondensation zuverlässig verhindert werden.
**WARNUNG** Ende DESC Feld kannt Anfang CLMS uberlappen**.