BE1026748B1

BE1026748B1 - Systeem en werkwijze voor het pyrolyseren van organisch afval

Info

Publication number: BE1026748B1
Application number: BE20185760A
Authority: BE
Inventors: Jurgen Hansen; Jan Deckers; René Francken
Original assignee: Montair Process Tech; Belgoprocess
Priority date: 2018-10-31
Filing date: 2018-10-31
Publication date: 2020-06-04
Also published as: KR20210095124A; CN113168927A; JP2022509425A; AR116889A1; WO2020089341A1; CA3117557A1; JP7442539B2; EP3874531A1; US20210398705A1; BE1026748A1; EP3874531C0; EP3874531B1

Abstract

De uitvinding voorziet in een systeem voor het pyrolyseren van organisch afval. Het systeem omvat een kegelvormige behuizing (4) geconfigureerd voor het tijdelijk, nagenoeg hermetisch, omsluiten van het afval en een menginrichting voorzien van een aandrijfas die roteerbaar bevestigd is ten opzichte van de behuizing en een kegelvormig menglichaam (25) binnenin de behuizing geconfigureerd om het afval in fluïdisatie te brengen, welke menglichaam vast bevestigd nagenoeg niet raakt aan de behuizing. Het systeem omvat verder verhittingsmiddelen (24) voor het verhitten van de zijwand van de behuizing. Dit systeem laat toe om de verwerking van organisch afval in een batch-proces uit te voeren. Het menglichaam voorkomt dat een gedeelte van het afval gaat samenklitten door het afval in fluïdisatie te brengen en te houden, waardoor de warmte opgewekt door de verhittingsmiddelen zich gestaag doorheen het afval binnenin de behuizing kan verspreiden.

Description

Systeem en werkwijze voor het pyrolyseren van organisch afval

Technisch vakgebied

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een systeem voor het pyrolyseren van organisch afval tot gepyrolyseerd materiaal en vergast materiaal. De onderhavige uitvinding heeft eveneens betrekking op een werkwijze systeem voor het pyrolyseren van organisch afval tot gepyrolyseerd materiaal en vergast materiaal.

Stand der techniek

De nucleaire industrie produceert jaarlijks een hoeveelheid afval die wordt geclassificeerd als radioactief besmette ionenuitwisselingsmedia (i.e. hars), slib en oplosmiddelen. Hars is een organisch materiaal. De basis is gewoonlijk een styreenpolymeer waaraan sulfonzuur- en/of aminegroepen zijn verbonden. Het hars is daarom brandbaar, maar wanneer zuurstofgas wordt toegevoerd tijdens de verbranding, worden zwavel en stikstofoxiden gevormd die op hun beurt op een of andere manier moeten worden gescheiden. Bovendien loopt tijdens de verbranding de temperatuur voldoende hoog op om radioactief cesium gedeeltelijk te laten verdampen. De resulterende gassen en vliegassen kunnen dan ook significant besmet zijn ten gevolge van de radioactiviteit van de te verwerken harsen, waardoor een zeer performant filtersysteem vereist is. Dienovereenkomstig zijn zowel technische als economische problemen geassocieerd met verbranding van ionenuitwisselingsmedia.

Een alternatieve verwerkingsmanier dan verbranding is pyrolyse zoals beschreven in GB-B-1577383 en US-B-6084147. Pyrolyse vindt plaats onder inerte atmosfeer op een temperatuur tussen 400 °C tot 850 °C waardoor er een ontbinding van de moleculen, i.e. een mineralisatie, optreedt. Door de beduidend lagere temperatuur in vergelijking met verbranding en het afwezig zijn van zuurstof blijven de restproducten van de harsen in de pyrolyse reactor. Tevens is de overdracht van diverse

BE2018/5760 radioactieve isotopen, bv. cesium, naar het uitlaatgas beduidend lager tot onbestaande.

Een bekende verwerkingsmanier van middel tot hoog radioactieve harsen met toepassing van pyrolyse omvat drie sequentiële stappen zoals beschreven in GB-B-1577383. In de eerste fase worden de harsen gedroogd. Het is namelijk gewoonlijk dat de harsen getransporteerd worden als een suspensie in water, typisch in een volume verhouding 70/30 van hars t.o.v. water. Na het drogen van de harsen ondergaan deze een pyrolyse, waarbij gewoonlijk de harsen in een reactorvat worden blootgesteld aan een tegenstroom van oververhitte stoom hetgeen wordt uitgevoerd als een continu proces. Deze pyrolyse leidt tot een klein volume aan vast residu dat de overgrote meerderheid van de radionucliden bevat en pyrolysegas. Dit pyrolysegas ondergaat dan thermische naverbranding bij temperaturen tussen 800 °C en 1100 °C zoals hierna beschreven.

JP-A-2017/142210 openbaart een pyrolysereactor die gebruikt kan worden voor de verwerking van radioactieve harsen. Specifiek openbaart JP-A-2017/142210 een cilindrisch reactorvat waarin een veelheid aan keramische of metalen ballen aanwezig zijn in combinatie met een menglichaam. Door het menglichaam worden de ballen in fluïdisatie gebracht waarbij de ballen langs de wand van het reactorvat omhoog bewegen en centraal in het reactorvat omlaag. De wand van het cilindrisch reactorvat wordt elektrisch verwarmd. Op die manier hebben de keramische ballen een nagenoeg uniforme temperatuur tussen 400 °C en 700 °C. Aan de onderkant van het reactorvat wordt oververhitte stoom ingebracht, terwijl de gedroogde harsen bovenaan in de reactor worden gedaan. Het contact van de harsen met de oververhitte stoom en de verwarmde keramische ballen zorgt voor de pyrolyse-reactie waaruit een korrelvormig residu ontstaat. Het cilindrisch reactorvat heeft aan zijn onderzijde een conisch gedeelte voor de opvang van dit residu.

Aan de reactor geopenbaard in JP-A-2017/142210 kleven een

BE2018/5760 aantal nadelen. Vooreerst dient het menglichaam voldoende stevig te worden uitgevoerd zodat de keramische ballen in fluïdisatie kunnen worden gebracht, hetgeen in het bijzonder lastig is door de hoge wrijvingskrachten die gepaard gaan met de keramische ballen. Een dergelijk menglichaam brengt met zich mee dat zowel bovenaan als onderaan in de reactor steun dient te worden voorzien voor het menglichaam opdat het menglichaam voldoende kracht kan uitoefenen op de keramische ballen. Specifiek is de onderzijde van het menglichaam gesteund op een rooster dat vast bevestigd zit in het cilindrisch reactorvat, welk rooster meerdere concentrische ringvormige uitsparingen omvat die het menglichaam gedeeltelijk geleiden. Een dergelijke meervoudige geleiding aan de onderzijde is cruciaal door de relatief hoge krachten nodig voor het in fluïdisatie brengen van de keramische ballen. Echter is de uitlijning tussen het menglichaam en het onderste rooster niet vanzelfsprekend aangezien de temperaturen hoog kunnen oplopen in de reactor, namelijk tot 700 °C waardoor zowel het rooster als het menglichaam, die beide uit metaal zijn vervaardigd, expanderen, welke expansie niet noodzakelijk gelijk verloopt voor het rooster en het menglichaam. De uitlijning dient dus rekening te houden met de specifieke expansie van zowel het rooster als het menglichaam.

Een verder nadeel van de reactor geopenbaard in JP-A2017/142210 is dat de keramische ballen tot blokkeringen kunnen leiden van het menglichaam. In dergelijke situaties dient de afvalverwerking te worden stil gelegd zodat de blokkering kan worden verholpen. Het verhelpen van een dergelijke blokkering dient manueel te worden uitgevoerd en is derhalve niet voor de hand liggend aangezien het reactorvat gewoonlijk radioactieve stoffen bevat hetgeen serieuze besmettingsrisico’s inhoudt. Eveneens verslijten de keramische of metalen ballen na verloop van tijd waardoor een vervanging daarvan noodzakelijk wordt. Komt daarbij nog dat de versleten ballen op zichzelf ook radioactief afval vormen dat verwerkt dient te worden.

BE2018/5760

Verder heeft de reactor geopenbaard in JP-A-2017/142210 problemen met de verblijftijd van de harsen. In het bijzonder vallen de harsen door de reactor als gevolg van de zwaartekracht. Alhoewel de tegenstroom van oververhitte stoom de zwaartekracht ten dele compenseert is zal de verblijftijd in de reactor steeds beperkt zijn.

Beschrijving van de uitvinding

Het is een doel van de onderhavige uitvinding om te voorzien in een verwerking van organisch afval door pyrolyse, waarbij de verblijftijd van het afval in een pyrolysekamer nauwkeuriger onder controle kan worden gehouden.

Dit doel wordt gerealiseerd door middel van een systeem voor het pyrolyseren van organisch afval tot gepyrolyseerd materiaal en vergast materiaal, welk systeem omvat: een frame; een kegelvormige behuizing bevestigd op de frame en geconfigureerd voor het tijdelijk, nagenoeg hermetisch, omsluiten van genoemd afval, welke behuizing een langsrichting, een zijwand, een bovenzijde en een onderzijde heeft en voorzien is van: een inlaat geconfigureerd om verbonden te worden met een toevoerinrichting om genoemd afval in te brengen in de behuizing; een uitlaat geconfigureerd om verbonden te worden met een afvoerinrichting om genoemd gepyrolyseerd materiaal af te voeren uit de behuizing, welke uitlaat voorzien is aan de onderzijde van de behuizing; en een gasuitlaat geconfigureerd om verbonden te worden met een gasafvoerinrichting om genoemd vergast materiaal af te voeren uit de behuizing, waarbij een doorsnede doorheen de kegelvormige behuizing nagenoeg loodrecht op genoemde langsrichting een oppervlakte heeft die naar onderaan afneemt; een menginrichting bevestigd op de frame en voorzien van: een aandrijfas die roteerbaar bevestigd is ten opzichte van de behuizing, welke aandrijfas zich doorheen de bovenzijde van de behuizing uitstrekt langsheen genoemde langsrichting met een eerste gedeelte dat zich binnenin de behuizing bevindt en een tweede gedeelte

BE2018/5760 dat zich buiten de behuizing bevindt; en een kegelvormig menglichaam binnenin de behuizing en geconfigureerd om genoemd afval in fluïdisatie te brengen, welke menglichaam vast bevestigd is aan het eerste gedeelte van de aandrijfas en nagenoeg niet raakt aan de behuizing; en verhittingsmiddelen voor het verhitten van de zijwand van de behuizing, waarbij er geen keramische en/of metalen ballen aanwezig zijn binnenin de behuizing.

Door een systeem te voorzien met een kegelvormige behuizing die nagenoeg hermetisch kan worden afgesloten in combinatie met een kegelvormig menglichaam, is het mogelijk om de verwerking van organisch afval in een batch-proces uit te voeren. Specifiek, wordt een bepaalde hoeveelheid afval in de behuizing gebracht waarna deze nagenoeg hermetisch wordt afgesloten gemaakt totdat de totale hoeveelheid afval gepyrolyseerd is. Het menglichaam voorkomt dat een gedeelte van het afval gaat samenklitten door het afval in fluïdisatie te brengen en te houden, waardoor de warmte opgewekt door de verhittingsmiddelen zich gestaag doorheen het afval binnenin de behuizing kan verspreiden.

Daarenboven is er geen nood meer aan keramische of metalen ballen in de behuizing, dewelke in de bekende verwerkingsinstallatie wel noodzakelijk waren om in de korte verblijftijd voldoende warmte af te geven aan het afval. Vandaar is er geen noodzaak om het menglichaam aan de binnenkant van de behuizing te steunen waardoor het ontwerp van het systeem ook vereenvoudigt. Deze vereenvoudiging maakt het ook eenvoudiger om het systeem te onderhouden en reinigen. Verder kan de behuizing ook relatief klein worden uitgevoerd ten opzichte van de bekende behuizingen die voldoende lang dienen te zijn om een voldoende lange verblijftijd te bekomen.

Eveneens is er geen nood dat het aangevoerd organisch afval reeds gedroogd is. Specifiek, indien het aangevoerd afval nat is, kan de behuizing voor een langere periode gesloten blijven. Deze langere periode

BE2018/5760 laat toe om binnenin dezelfde behuizing het afval eerst te verdampen en daarna te drogen en daarna te pyrolyseren.

Verder laat de hermetisch afgesloten behuizing toe om radioactief afval, in het bijzonder radioactief hars of radioactief slib, of ander typisch afval te verwerken.

In een uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding is het tweede gedeelte van de aandrijfas door middel van ten minste twee lagers roteerbaar bevestigd op genoemde frame.

Een dergelijke bevestiging laat toe dat de menginrichting in zijn geheel bevestigd is aan en steunt op de frame. Met andere woorden, er is geen steun vereist aan de kegelvormige behuizing, waardoor deze zo licht mogelijk kan worden uitgevoerd. Verder is er in deze uitvoeringsvorm ook geen noodzaak om een roteerbare afsluiting te voorzien tussen de aandrijfas en de bovenzijde van de behuizing.

In een uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding heeft het menglichaam een vrije onderkant die zich op nagenoeg dezelfde hoogte bevindt als de onderzijde van de behuizing .

In deze uitvoeringsvorm wordt vermeden dat een gedeelte van het te verwerken organisch afval zich ophoopt onder het menglichaam aan de onderzijde van de behuizing. Dergelijk opgehoopt afval leidt typisch tot gedeeltelijk niet verwerkt afval, hetgeen, in het bijzonder bij radioactief afval, vermeden dient te worden.

In een uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding bedraagt een kortste afstand tussen de zijwand van de behuizing en het menglichaam gemeten in een doorsnede doorheen de kegelvormige behuizing die nagenoeg loodrecht staat op genoemde langsrichting ten hoogste 5 % en in het bijzonder ten hoogste 3 % van de maximale interne diameter van de behuizing. Bij voorkeur is genoemde kortste afstand nagenoeg onafhankelijk van de hoogte waarop de doorsnede wordt genomen.

Het is gebleken dat de afstand tussen het menglichaam en de behuizing idealiter zo klein mogelijk dient te zijn dit ter vermijding dat afval

BE2018/5760 zich kan vastzetten op de kegelvormige behuizing. Dergelijk vastgezet materiaal verlaagt de efficiëntie van de afvalverwerking en kan tevens leiden tot gedeeltelijk niet verwerkt afval, hetgeen, in het bijzonder bij radioactief afval, vermeden dient te worden.

In een uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding is het menglichaam met één of meerdere dwarsverbindingen bevestigd op genoemde as zodanig dat, in gebruik, het menglichaam geconfigureerd is om genoemd afval langsheen de zijwand van de behuizing omhoog te transporteren.

Een opwaarts transport langsheen de zijwand is voordelig aangezien de zijwand verhit is door de verhittingsmiddelen, waardoor de warmteoverbrenging tussen de verhittingsmiddelen en het afval binnenin de behuizing geoptimaliseerd wordt.

In een uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding zijn de verhittingsmiddelen elektrische verwarmingselementen omvatten die aangebracht zijn op, bij voorkeur geïntegreerd zijn in, de buitenzijde van de zijwand van de behuizing, waarbij de elektrische verwarmingselementen geconfigureerd zijn om een temperatuur op te wekken binnenin de behuizing van ten minste 200 °C, in het bijzonder ten minste 300 °C, meer in het bijzonder ten minste 400 °C en meest in het bijzonder ten minste 500 °C.

Elektrische verwarmingsmiddelen geven directe warmte af en hebben geen nood aan een warmte transport medium zoals thermische olie of verbranding door een bijkomende brandstof, en zijn derhalve minder vervuilend en veel veiliger. De gewenste temperatuur is typisch afhankelijk van de verwerkingsfase (i.e. verdamping, drogen of pyrolyseren) waarin het systeem zich bevindt en is bij voorkeur zo laag mogelijk.

In een uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding omvat het systeem verder een inertiseringsinrichting met ten minste één opslagtank waarin stikstofgas is opgeslagen, waarbij de inertiseringsinrichting een

BE2018/5760 veelheid aan leidingen omvat geconfigureerd voor het aanvoeren van stikstofgas tot nabij elke opening in de behuizing.

Het gebruik van stikstofgas vormt een goedkoop en eenvoudig te implementeren systeem voor het nagenoeg hermetisch afsluiten van de behuizing zodat de atmosfeer binnenin de kegelvormige behuizing nagenoeg vrij blijft van zuurstof (i.e. inert blijft).

In een uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding omvat de menginrichting verder een aandrijving, in het bijzonder een elektromotor, geconfigureerd voor het roteren van de aandrijfas, welke aandrijving zich buiten genoemde behuizing bevindt.

Het voorzien van de aandrijving van de menginrichting buiten de behuizing is voordelig ten opzichte van een aandrijving die zich binnenin de behuizing bevindt. In het bijzonder is de kans op verontreiniging veel lager, waarbij ook het volume binnenin de behuizing optimaal kan worden benut voor de verwerking van het afval.

In een uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding is de inlaat van de behuizing afgesloten door een eerste sluisinrichting en waarbij de uitlaat van de behuizing afgesloten is door een tweede sluisinrichting.

Het gebruik van sluizen voor het afsluiten van de inlaat en de uitlaat van de behuizing is een eenvoudige manier om tijdens gebruik een nagenoeg hermetische afsluiting van de inlaat en de uitlaat te garanderen.

Dit doel wordt ook gerealiseerd door middel van een werkwijze voor het drogen en pyrolyseren van organisch afval tot gepyrolyseerd materiaal en vergast materiaal, welke werkwijze de volgende stappen omvat: a) het inbrengen van genoemd afval in een behuizing; b) het, na stap a), nagenoeg hermetisch afsluiten van de behuizing; c) het in fluïdisatie brengen van genoemd afval binnenin de behuizing door het roteren van een menglichaam; d) het verhitten van de behuizing ten behoeve van het verhitten van genoemd afval voor het achtereenvolgens verdampen, drogen en pyrolyseren van het afval; e) het afzuigen van genoemd vergast materiaal uit de behuizing; f) het verzamelen van genoemd gepyrolyseerd

BE2018/5760 materiaal onderin de behuizing tot genoemd afval geheel gepyrolyseerd is; en g) het ontsluiten van de behuizing voor het verwijderen van het verzameld gepyrolyseerd materiaal.

Door een werkwijze te voorzien waarin het afval nagenoeg hermetisch wordt afgesloten in een behuizing in combinatie met het in fluïdisatie brengen van het afval binnenin de behuizing, is het mogelijk om de verwerking van organisch afval in een batch-proces uit te voeren. Specifiek, wordt een bepaalde hoeveelheid afval in de behuizing gebracht waarna deze hermetisch wordt afgesloten en afgesloten blijft totdat de totale hoeveelheid afval wordt gedroogd en gepyrolyseerd. Het menglichaam voorkomt dat een gedeelte van het afval gaat samenklitten door het afval in fluïdisatie te brengen en te houden, waardoor de warmte zich gestaag doorheen het afval binnenin de behuizing kan verspreiden voor zowel het drogen als het pyrolyseren van het afval. Vandaar is er geen nood om het drogen en het pyrolyseren in aparte afvalverwerkingsinrichtingen uit te voeren.

In een uitvoeringsvorm van de uitvinding omvat stap d) het geleidelijk verhogen van de temperatuur van de behuizing van een omgevingstemperatuur tot ten minste 200 °C, in het bijzonder ten minste 300 °C, meer in het bijzonder ten minste 400 °C en meest in het bijzonder ten minste 500 °C.

Het gecontroleerd verhogen van de temperatuur resulteert in een beter controleerbaar proces. In het bijzonder is de hoeveelheid afvalgas beter controleerbaar in tegenstelling tot het nagenoeg instantaan verhitten waarbij op een korte tijd meer afvalgas wordt geproduceerd.

Bij voorkeur omvat stap d) verder het aanpassen van de temperatuur in functie van het afvalverwerkingsproces.

Dit laat toe om de temperatuur aan te passen afhankelijk van het reeds bereikte stadium in het afvalverwerkingsproces, i.e. verdampen, drogen of pyrolyseren.

In een uitvoeringsvorm van de uitvinding omvat stap c) het

BE2018/5760 langsheen de zijwand van de behuizing omhoog transporteren van genoemd afval.

Een opwaarts transport langsheen de zijwand is voordelig aangezien de zijwand het meest eenvoudig kan verhit worden door verhittingsmiddelen, waardoor de warmteoverbrenging tussen de verhittingsmiddelen en het afval binnenin de behuizing geoptimaliseerd wordt.

In een uitvoeringsvorm van de uitvinding omvat stap d) het verhitten van de behuizing ten behoeve van het verhitten van genoemd afval voor het achtereenvolgens verdampen, drogen en pyrolyseren van het afval.

In deze uitvoeringsvorm kan het organisch afval samen met zijn transportwater in de behuizing worden ingebracht, waarbij, in een eerste fase, het transportwater wordt verdampt.

In een voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding is de gasafvoerinrichting aangesloten op een oxidizer voor het thermisch oxideren van een afvalgas met koolwaterstofverbindingen tot een geoxideerd gas, welke oxidizer omvat: een buitenste kamer met een voorste wand, een achterste wand, een linkse wand, een rechtse wand, een bovenste wand en een onderste wand die aan hun binnenzijde voorzien zijn van elektrische verhittingsmiddelen, waarbij de buitenste kamer voorzien is van een eerste opening en een tweede opening, waarbij een diepte van de buitenste kamer gedefinieerd is als een kortste afstand tussen zijn voorste wand en zijn achterste wand, waarbij een breedte van de buitenste kamer gedefinieerd is als een kortste afstand tussen zijn linkse wand en zijn rechtse wand en waarbij een hoogte van zijn buitenste kamer gedefinieerd is als een kortste afstand tussen zijn onderste wand en zijn bovenste wand; en een binnenste kamer die geheel omgeven is door de buitenste kamer en een diepte, een breedte en een hoogte heeft dewelke elk ten hoogste 15 %, in het bijzonder ten hoogste 10 %, kleiner zijn dan een respectieve van de diepte, de breedte en de hoogte van de buitenste kamer, waarbij de binnenste kamer voorzien is van: een inlaat

BE2018/5760 geconfigureerd om, via de eerste opening in de buitenste kamer, in verbinding te staan met een toevoerinrichting voorzien om een mengsel van oververhit zuurstofgas en genoemd afvalgas toe te voeren naar de binnenste kamer; een uitlaat die geconfigureerd is om, via de tweede opening in de buitenste kamer, in verbinding te staan met een afvoerinrichting voorzien om genoemd geoxideerd gas af te voeren uit de binnenste kamer; en één of meerdere tussenschotten zodanig dat genoemd mengsel, binnenin de binnenste kamer, één of meerdere nagenoeg U-vormige lussen doorstroomt.

Door de oxidizer op te bouwen als een binnenste kamer voor de oxidatie van het afvalgas in een verwarmde buitenste kamer wordt de gehele binnenste kamer op de benodigde temperatuur gebracht. Er bestaat dus geen risico dat, bijvoorbeeld tijdens het opstarten van de oxidatie, een hoeveelheid afvalgas niet aan een voldoende hoge temperatuur werd blootgesteld. Daarbij komt dat de elektrische verwarmingselementen geen nood hebben aan de verbranding van een bijkomende brandstof, bijvoorbeeld olie of gas, en dus minder vervuilend zijn. Daarenboven is het volume stoom beperkter daar er geen extra verbrandingslucht voor de bijkomende brandstof noodzakelijk is. Tevens genereren de verbranding van gas en in het bijzonder olie ook gassen die verder behandeld moeten worden. Een elektrische oxidizer resulteert dus in een kleinere oxidizer in vergelijking met bestaande oxidizers die gebruik maken van een ontsteker en voldoende volume dienen te hebben voor de additionele verbrandingslucht. Het vermijden van verbrandingslucht leidt er ook toe dat een eenvoudiger afgasbehandelingssysteem kan worden gebruikt. Daarbij komt nog dat er tevens minder veiligheidsrisico’s verbonden zijn met de elektrische verwarmingselementen in vergelijking met oxider die gebruik maakt van een ontsteker.

De één of meerdere tussenschotten verhogen de verblijftijd van het mengsel in de binnenste kamer in vergelijking met éénzelfde gedimensioneerde kamer zonder tussenschotten met éénzelfde

BE2018/5760 instroomsnelheid. Met andere woorden, de binnenste kamer, en daarmee de buitenste kamer, kunnen kleiner worden uitgevoerd door het gebruik van één of meerdere tussenschotten om toch éénzelfde verblijftijd te bekomen voor dezelfde instroomsnelheid. Daarenboven dragen de één of meerdere U-vormige lussen, die het direct gevolg zijn van de tussenschotten, bij aan de menging van het afvalgas en het oververhit zuurstofgas.

Eveneens kan de binnenste kamer in zijn geheel vervangen worden zonder daarbij afbreuk te doen aan de structurele integriteit van de buitenste kamer dewelke normaal niet in direct contact komt met afvalgas. Met andere woorden, in geval van verontreiniging en/of schade aan de binnenste kamer kan deze eenvoudig worden vervangen of onderhouden.

Verder zijn de dimensies van de binnenste kamer zodanig gekozen in vergelijking met de buitenste kamer zodat er zo weinig mogelijk volume aanwezig is tussen de kamers zonder dat deze in contact kunnen komen met elkaar rekening houdend met de hoge temperaturen waaraan de kamers worden blootgesteld.

Daarenboven is de oxidizer geschikt voor de verwerking van afvalgas dat het resultaat is van het pyrolyseren van organisch afval, in het bijzonder radioactief afval en meer in het bijzonder radioactief hars of radioactief slib of ander afval.

In een voorkeursuitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding zijn één van de binnenste wanden van de binnenste kamer en één zijkant van één van genoemde tussenschotten elk voorzien van hittebestendige isolatiepanelen voor het isoleren van een eerste sectie van de U-vormige lus meest nabij de inlaat.

Het gedeelte van de binnenste kamer meest nabij de inlaat voorzien van hittebestendige isolatiepanelen biedt een bijkomende bescherming van het gedeelte van de binnenste kamer dat wordt blootgesteld aan de hoogste temperaturen zonder daarbij het ontwerp van de oxidizer drastisch te dienen vergroten in tegenstelling tot het voorzien

BE2018/5760 van hittebestendige isolatiepanelen op elke wand binnenin de binnenste kamer.

In een voorkeursuitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding is de buitenste kamer verder voorzien van een derde opening en de binnenste kamer van een gasinlaat geconfigureerd om, via de derde opening in de buitenste kamer, in verbinding te staan met een ureumtoevoerinrichting voorzien om ureum toe te voeren naar de binnenste kamer. Bij voorkeur is genoemde gasinlaat voorzien na de Uvormige lus meest nabij de inlaat.

Het toevoeren van ureum in de binnenste kamer tijdens de verwerking van afvalgas voorkomt de vorming van stikstofoxides. Het ureum toevoegen aan het begin van de oxidizer zorgt ervoor dat de vorming van stikstofoxides doorheen nagenoeg de gehele binnenste kamer wordt vermeden. De oxidizer fungeert op deze wijze ook als DeNOx-installatie.

In een voorkeursuitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding zijn de binnenzijden van de wanden van de buitenste kamer voorzijn keramische elementen waarin de elektrische verhittingsmiddelen zijn ingewerkt, welke elementen aan hun naar de buitenste kamer gerichte zijde voorzien zijn van hittebestendige isolatie.

De keramische isolatiepanelen laten toe om de warmte gegeneerd door de verhittingsmiddelen efficiënter te benutten, m.a.w. de isolatiepanelen beperken het warmteverlies naar de omgeving. Het inwerken van de verhittingsmiddelen in de isolatiepanelen beperkt tevens de benodigde ruimte aan de binnenzijde van de buitenste kamer zodat de binnenste kamer maximaal kan worden uitgevoerd.

In een voorkeursuitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding is genoemde binnenste kamer geheel uit hittebestendig metaal vervaardigd.

In een voorkeursuitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding is een oneven aantal tussenschotten voorzien, waarbij genoemde inlaat en genoemde uitlaat voorzien zijn in éénzelfde wand van de binnenste kamer

BE2018/5760 en waarbij, bij voorkeur, genoemde eerste opening en genoemde tweede opening voorzien zijn in éénzelfde wand van de buitenste kamer.

Het voorzien van een oneven aantal tussenschotten laat toe om de inlaat en de uitlaat in dezelfde wand te voorzien waardoor tevens de eerste en de tweede opening in de buitenwand ook in éénzelfde wand kunnen worden voorzien, waardoor bijkomende isolatie omheen de openingen kan beperkt worden tot één wand.

In een voorkeursuitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding zijn bevestigingsmiddelen voorzien waarmee de binnenste kamer bevestigd is aan de buitenste kamer, welke bevestigingsmiddelen geconfigureerd zijn zodanig dat de binnenste kamer nagenoeg niet in contact komt met de binnenzijde van de buitenste kamer. Bij voorkeur omvatten genoemde bevestigingsmiddelen één of meerdere steunelementen die gepositioneerd zijn tussen de onderste wand van de buitenste kamer en een onderste wand van de binnenste kamer.

Het voorzien van steunelementen tussen de onderste wanden van de buitenste en de binnenste kamer vormt een heel eenvoudige verbinding zodat de binnenste kamer niet in direct contact staat met de buitenste kamer en waarbij eveneens voldoende speling kan worden voorzien zodat de binnenste kamer ook bij hoge temperaturen niet in contact staat met de buitenste kamer.

In een voorkeursuitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding omvat de oxidizer verder genoemde toevoerinrichting die geconfigureerd is om genoemd mengsel aan een snelheid van ten minste 1 m/s en ten hoogste 5 m/s in de binnenste kamer toe te voeren. Bij voorkeur hebben genoemde U-vormige lussen een gezamenlijke totale lengte zodanig dat de verblijftijd van genoemd afvalgas in de binnenste kamer ten minste 2 seconden bedraagt. Bij voorkeur omvat genoemde toevoerinrichting een oververhitter (ook gekend als een super heater) geconfigureerd voor het oververhitten vanzuurstofgas, in het bijzonder lucht, meer in het bijzonder omgevingslucht, tot een temperatuur van ten minste 850 °C, bij voorkeur

BE2018/5760 ten minste 900 °C en in het bijzonder tot nagenoeg 1000 °C.

Het oververhitten van de aangevoerde lucht, in het bijzonder het zuurstofgas daarin, beperkt de benodigde verblijftijd aangezien het mengsel nagenoeg niet dient verder verwarmd te worden.

In een verdere voorkeursuitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding omvat genoemde toevoerinrichting een regelmechanisme geconfigureerd voor het regelen van een hoeveelheid zuurstofgas in genoemd mengsel, welke hoeveelheid ten minste 6 vol.% bedraagt. Bij voorkeur omvat genoemd regelmechanisme een controle-inrichting omvat in genoemde afvoerinrichting, welke controle-inrichting geconfigureerd is voor het bepalen van de hoeveelheid zuurstofgas in de genoemd geoxideerd gas, waarbij het regelmechanisme verder geconfigureerd is voor het regelen van de hoeveelheid zuurstofgas in genoemd mengsel op basis van de bepaalde hoeveelheid zuurstofgas in de genoemd geoxideerd gas.

De controle-inrichting laat toe om dat er ten allen tijde minstens 6 vol.% zuurstofgas aanwezig is in het te verwerken mengsel met afvalgas en dit doorheen de gehele lengte van de binnenste kamer.

In een voorkeursuitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding zijn genoemde tussenschotten alternerend zijn bevestigd aan tegenoverliggende wanden van de binnenste kamer, waarbij, bij voorkeur, elk tussenschot een lengte heeft die ten hoogste 95% bedraagt van een kortste afstand tussen genoemde tegenoverliggende wanden.

Een dergelijke alternerende bevestiging laat toe om op een eenvoudige wijze de gewenste U-vormige lussen te bekomen voor de stroming van genoemd mengsel.

Korte beschrijving van de tekeningen

De uitvinding zal hierna verder in detail worden verklaard aan de hand van de volgende beschrijving en van de bijgevoegde tekeningen.

Figuur 1 toont een perspectiefaanzicht van een systeem voor de

BE2018/5760 verwerking van organisch hars volgens de onderhavige uitvinding.

Figuur 2 toont een perspectiefaanzicht van het pyrolysegedeelte van het systeem van figuur 1.

Figuur 3 toont een vooraanzicht van figuur 2.

Figuur 4 toont een schematische weergave van het systeem van figuur 1.

Figuur 5 toont een perspectiefaanzicht van de menginrichting.

Figuur 6 toont een perspectiefaanzicht van het afvalgasverwerkingsgedeelte van het systeem van figuur 1.

Figuur 7 toont een doorsnede doorheen het oxidatiegedeelte van het systeem van figuur 1.

Uitvoeringsvormen van de uitvinding

De onderhavige uitvinding zal hierna beschreven worden aan de hand van welbepaalde uitvoeringsvormen en onder verwijzing naar bepaalde tekeningen, doch de uitvinding is daar niet toe beperkt en wordt enkel gedefinieerd door de conclusies. De hier weergegeven tekeningen zijn enkel schematische weergaven en zijn niet beperkend. In de tekeningen kunnen de afmetingen van bepaalde onderdelen vergroot zijn weergegeven, wat betekent dat de onderdelen in kwestie dus niet op schaal zijn weergegeven, en dit enkel voor illustratieve doeleinden. De afmetingen en de relatieve afmetingen komen niet noodzakelijkerwijze overeen met de werkelijke praktijkuitvoeringen van de uitvinding.

Daarenboven worden termen zoals “eerste”, “tweede”, “derde”, en dergelijke in de beschrijving en in de conclusies gebruikt om een onderscheid te maken tussen gelijkaardige elementen en niet noodzakelijkerwijze om een sequentiële of chronologische volgorde aan te geven. De termen in kwestie zijn onderling verwisselbaar in de daarvoor geschikte omstandigheden, en de uitvoeringsvormen van de uitvinding kunnen in andere volgorden werken dan deze die hier worden beschreven of geïllustreerd.

BE2018/5760

Bovendien worden termen zoals “top”, “bodem”, “boven”, “onder”, en dergelijke in de beschrijving en in de conclusies gebruikt voor beschrijvende doeleinden. De aldus gebruikte termen zijn onderling verwisselbaar in de daarvoor geschikte omstandigheden, en de uitvoeringsvormen van de uitvinding kunnen in andere oriëntaties werken dan deze die hier worden beschreven of geïllustreerd.

De term “omvattende” en afgeleide termen, zoals die gebruikt worden in de conclusies, moet of moeten niet geïnterpreteerd worden als beperkt zijnde tot de middelen die telkens daarna vermeld worden; de term sluit andere elementen of stappen niet uit. De term moet geïnterpreteerd worden als een specificatie van de vermelde eigenschappen, gehele getallen, stappen, of componenten waarnaar wordt verwezen, zonder dat evenwel de aanwezigheid of het toevoegen wordt uitgesloten van een of meer bijkomende eigenschappen, gehele getallen, stappen, of componenten, of groepen daarvan. De reikwijdte van een uitdrukking zoals “een inrichting omvattende de middelen A en B” is dan ook niet enkel beperkt tot inrichtingen die zuiver bestaan uit componenten A en B. Wat er daarentegen bedoeld wordt, is dat, voor wat betreft de onderhavige uitvinding, de enige relevante componenten A en B zijn.

Zoals hierin gebruikt wordt met de term “inerte atmosfeer” een atmosfeer bedoeld waarin minder dan 2 % zuurstof aanwezig is.

De onderhavige uitvinding omvat een werkwijze en een systeem voor het ontbinden van organisch afval, zodat het volume en de massa van het afval dat moet worden verwijderd aanzienlijk wordt verminderd ten opzichte van het aanvankelijke volume en de oorspronkelijke massa. De onderhavige uitvinding heeft eveneens betrekking op het onschadelijk maken van die componenten van het verwerkte afval die vrijkomen (bv. uitlaatgassen) voordat ze in de omgeving terechtkomen.

De onderhavige werkwijze zal in het bijzonder worden beschreven met betrekking tot radioactief afval, en met name met betrekking tot

BE2018/5760 radioactieve ionenuitwisselingshars, maar andere organische afvalstoffen kunnen worden verwerkt in overeenstemming met het volgende proces en met de componenten van het systeem. De organische afvalstoffen die kunnen worden verwerkt volgens de onderhavige uitvinding omvatten derhalve niet alleen ionenuitwisselingsharsen, maar ook, onder andere, reinigingsoplossingen voor stoomgeneratoren, oplosmiddelen, oliën, ontsmettingsoplossingen, antivries, vuil, slib, nitraten, fosfaten en vervuild water.

Een ionenuitwisselingshars is gemaakt van organische materialen, gewoonlijk styreen waaraan aminogroepen zijn gebonden om anionharsen te maken of waaraan sulfongroepen zijn gebonden om kationharsen te vormen. Aangezien deze harsen worden gebruikt voor zuivering van koelwater in een kernreactor, accumuleren ze tot ongeveer 7% ijzer, calcium, silica en kleine hoeveelheden van andere metalen en kationen.

De werkwijze is gebaseerd op pyrolyse in een gesloten reactor. Het vaste residu van de verwerking van het afval, nl. een anorganisch korrel met een hoog metaaloxidegehalte, wordt verpakt voor om daarna opgeslagen te worden voor een periode van 200 jaar tot 300 jaar. De werkwijze kan verder gebruik maken van een conventionele afvoergasbehandeling (bv. naverbranding), maar tevens van een oxidatie van het afvalgas zoals verder beschreven. Pyrolyse is de vernietiging van organisch materiaal met behulp van warmte in afwezigheid van een stoichiometrische hoeveelheid zuurstof, i.e. onder een inerte atmosfeer. Vandaar dient een reactor voor gebruik in de onderhavige uitvinding nagenoeg hermetisch afsluitbaar te zijn.

In de onderhavige werkwijze worden de organische componenten van het hars destructief gedestilleerd door verhitting. Bij verhitting breken de zwakke chemische verbindingen van de harspolymeren uit tot verbindingen met lagere koolstofgetallen, waaronder koolstof, metaaloxiden, metaalsulfiden en pyrolyse gassen, die op hun beurt koolstofdioxide, koolmonoxide, water, stikstof en koolwaterstofgassen

BE2018/5760 omvatten. Het kleine volume aan vast residu dat overblijft na pyrolyse bevat de overgrote meerderheid van de radionucliden.

Hoewel pyrolyse over een breed bereik van temperaturen kan plaatsvinden, is de onderhavige werkwijze een pyrolyse bij lage temperatuur, in het algemeen ongeveer 300 °C tot 600 °C om te voorkomen dat radioactieve metalen in de ionenuitwisselingsharsen vervluchtigen. Deze metalen worden daardoor in het residu van de reactor vastgehouden. Dientengevolge kunnen de weinig actieve synthetische pyrolysegassen vervolgens bij hogere temperaturen worden omgezet in koolstofdioxide en water zonder zorg voor vluchtige radioactieve metalen zoals cesium.

Oxidatie van het afvalgas, bv. het pyrolysegas dat koolwaterstoffen omvat, is de vernietiging van een organisch gas aan hoge temperaturen, waarbij een minimale hoeveelheid zuurstofgas aanwezig dient te zijn. Gewoonlijk worden de koolwaterstofdampen bij een temperatuur van minimaal 850 °C met een verblijftijd van de gassen van ten minste 2 seconden en een zuurstofgehalte van minimaal 6 % volume omgezet in koolstofdioxide en water. Hierbij is geen sprake van een verbranding van het afvalgas.

Het systeem voor het verwerken van het ionenuitwisselingshars omvat een frame 1 waarop een verzamelkamer 2 is bevestigd waarin het hars door middel van transportwater naartoe wordt getransporteerd, in het bijzonder via aanvoerleiding (niet getoond) en inlaat 3, welke inlaat gesloten kan worden via sluitklep 9. Optioneel kan het transportwater uit de verzameltank 1 gefilterd worden en via een afvoerleiding (niet getoond) weg worden gevoerd. Het afscheiden van het transportwater resulteert in een droger hars, hetgeen de verblijftijd in de pyrolysekamer verlaagt.

Vanuit de verzamelkamer 2 wordt het hars (incl. of excl. het transportwater) naar de kegelvormige pyrolysekamer 4 vervoerd via leiding 5 (getoond in figuur 2) en komen de behuizing 4 binnen via inlaat 6. In de pyrolysekamer 4 wordt het transportwater verdampt (indien nodig) en

BE2018/5760 het hars gedroogd en gepyrolyseerd zoals hierna beschreven. De afvalgassen opgewekt door de verdamping, droging en pyrolyse worden afgevoerd via gasuitlaat 7 aangesloten op leiding 8. Het gepyrolyseerd materiaal valt als gevolg van de zwaartekracht omlaag binnenin in de behuizing 4 en verlaten deze via uitlaat 12 die uitmondt in een opvangbak 10. In de getoonde uitvoeringsvorm is ook een sluisinrichting 11 (getoond in figuur 3) voorzien tussen de uitlaat 12 en de opvangbak 10. Een dergelijke sluis is dan dicht tijdens gebruik zodat niet-gepyrolyseerd materiaal nog niet in de opvangbak 10 kan terecht komen. Een analoge sluisinrichting 13 (tevens getoond in figuur 3) is voorzien tussen de verzamelbak 2 en de inlaat 6 van de pyrolysekamer 4.

Opdat de pyrolysekamer 4 hermetisch afgesloten is, m.a.w. opdat nagenoeg geen zuurstof aanwezig is binnenin de pyrolysekamer 4, wordt stikstofgas vanuit opslagtanks 19 geleidt naar elke opening van de pyrolysekamer 4. Dit stikstofgas voorkomt dat zuurstofgas doorheen één van de openingen in de pyrolysekamer 4 zou raken en derhalve de omstandigheid van een inerte atmosfeer zou verstoren waardoor een oxidatie of verbrandingsreactie zou ontstaan dewelke kan leiden tot dermate hoge temperaturen dat de behuizing 4 kan beschadigd worden en/of een onveilige toestand ontstaat. Het zal worden geapprecieerd dat de opslagtanks 19 ook vervangen kunnen worden door een andere stikstofvoorziening, bv. een stikstofaanvoernet.

Zoals getoond in figuur 4 is de kegelvormige behuizing 4 op de zijwand voorzien van verhittingsmiddelen 24, in het bijzonder elektrische verhittingsmiddelen, voor het verwarmen van de zijwand. In een voordelige uitvoeringsvorm zijn deze verhittingsmiddelen 24 verwerkt in keramische elementen die direct bevestigd zijn op de kegelvormige behuizing 4 en zijn deze geschikt om een temperatuur op te wekken binnenin de behuizing 4 van ten minste 200 °C, in het bijzonder ten minste 300 °C, meer in het bijzonder ten minste 400 °C en meest in het bijzonder ten minste 500 °C. De temperatuur die opgewekt dient te worden is

BE2018/5760 afhankelijk van het type afval dat verwerkt dient te worden en tevens van de fase waarin de verwerking zich bevindt. Bijvoorbeeld, tijdens het verdampen van het transportwater kan een temperatuur van 120 °C reeds volstaan, terwijl bij de pyrolyse een temperatuur van ongeveer 300 °C (afhankelijk van het type hars) nodig is.

Binnenin de behuizing 4 is een kegelvormig menglichaam 25 voorzien dat via dwarsverbindingen 41 bevestigd is op een aandrijfas 26 die zich doorheen de bovenzijde van de behuizing uitstrekt langsheen genoemde langsrichting met een eerste gedeelte dat zich binnenin de behuizing 4 bevindt en een tweede gedeelte dat zich buiten de behuizing 4 bevindt. Het kegelvormig menglichaam 25 is geconfigureerd om afval binnenin de behuizing 4 in fluïdisatie te brengen door dit langsheen de zijwand van de behuizing 4 omhoog te transporteren door rotatie van het menglichaam 25.

Zoals schematisch getoond in figuur 4, raakt het menglichaam 25 de behuizing 4 niet en heeft het menglichaam 25 een vrije onderkant ter hoogte van de onderzijde van de behuizing 24 dit, zoals hierboven beschreven, ter vermijding van ophoping van afval onderin de behuizing 4. Een dergelijke opbouw is mogelijk omdat het tweede gedeelte van de aandrijfas 26 gelagerd bevestigd is op de frame 1 en er dus binnenin de behuizing 24 geen bevestiging nodig is. In het bijzonder wordt een dubbele lagering gebruikt bij het bevestigen van de aandrijfas 26 op het frame 1. Zoals getoond in figuur 4 strekt de aandrijfas 26 zich uit in de langsrichting 27 van de behuizing 4. De aandrijfas 26 is aangedreven door een elektromotor 28 getoond in figuur 1.

In een uitvoeringsvorm is de kortste afstand tussen het menglichaam 25 en de zijwand van de behuizing 4 ten hoogste 5 % en in het bijzonder ten hoogste 3 % dit, zoals hierboven beschreven, ter vermijding van opbouw van residu op de zijwand.

Het afvalgas van het verdampen, drogen en pyrolyseren wordt via leiding 8 aangevoerd naar een toevoerleiding 14 die uitgeeft op een inlaat

BE2018/5760 van een oxidatie-inrichting 15 (ook gekend als een oxidizer). De toevoerleiding 14 is voorzien voor het aanvoeren van oververhit zuurstofgas, in het bijzonder oververhitte lucht (zoals omgevingslucht), welke lucht door middel van een oververhitter 20 (schematisch getoond in figuur 4) werd verwarmd. Het zuurstofgas kan voorzien zijn in een tank 21 en worden aangevoerd via pomp 22 zoals getoond in figuur 4. De tank 21 is bij voorkeur de kamer waarin de oxidizer 15 zich bevindt en de aangevoerde lucht is vandaar omgevingslucht. De pomp 22 bepaalt tevens hoeveel zuurstofgas wordt aangevoerd en kan ook gebruikt worden om de snelheid (bijvoorbeeld tussen 1 en 5 m/s) waarmee het mengsel van zuurstofgas en afvalgas wordt aangevoerd te controleren.

Zoals getoond in figuren 4 en 6 omvat de oxidatie-inrichting 15 een buitenste kamer 16 en een binnenste kamer 17. Elektrische verhittingsmiddelen 23 (getoond in figuur 7) zijn voorzien in de buitenste kamer 16 en warmen de binnenste kamer 17 waardoor het mengsel van afvalgas en oververhitte lucht stroom. Door de temperatuur wordt dit mengsel geoxideerd zodat een geoxideerd gas wordt afgevoerd uit de oxidatie-inrichting 15 via uitlaat 32 en afvoerleiding 18. De temperatuur van de oververhitte lucht (in het bijzonder ten minste 850 °C, bij voorkeur ten minste 900 °C en bij verdere voorkeur nagenoeg 1000 °C) zorgt reeds voor een initiële verwarming van het afvalgas zodanig dat de oxidatiereactie reeds aan het begin van de binnenste kamer 17 begint.

De buitenste kamer 16 is voorzien van een voorste wand, een achterste wand, een linkse wand, een rechtse wand, een bovenste wand en een onderste wand die elk aan hun binnenzijde voorzien zijn van elektrische verhittingsmiddelen 23 schematisch weergegeven in figuur 7, waarbij een diepte van de buitenste kamer 16 gedefinieerd is als een kortste afstand tussen zijn voorste wand en zijn achterste wand, waarbij een breedte van de buitenste kamer 16 gedefinieerd is als een kortste afstand tussen zijn linkse wand en zijn rechtse wand en waarbij een hoogte van zijn buitenste kamer 16 gedefinieerd is als een kortste afstand

BE2018/5760 tussen zijn onderste wand en zijn bovenste wand. De buitenste kamer 16 is verder voorzien van een eerste opening 29 en een tweede opening 30 waardoor de toevoerleiding 14 en de afvoerleiding 18 zich respectievelijk doorheen uitstrekken.

De binnenste kamer 17 is geheel omgeven door de buitenste kamer 16 zoals getoond in figuur 6 en heeft dimensies die zo dicht mogelijk aansluiten bij de dimensies van de buitenste kamer 16. In het bijzonder zijn de hoogte, diepte en breedte elk ten hoogste 15 %, in het bijzonder ten hoogste 10 %, kleiner zijn dan een respectieve van de diepte, de breedte en de hoogte van de buitenste kamer 16. Het is gebleken dat dergelijke maten toelaten dat de binnenste kamer 16 uitzet door de hoge temperatuur maar dat tevens het totaal volume van de buitenste kamer zo klein mogelijk is om een compacte oxidizer 15 te vormen. Zoals getoond in figuur 7 steunt de binnenste kamer 17 op de buitenste kamer 16 door bevestigingsmiddelen 31 zodat direct contact tussen beide kamers 16, 17 wordt vermeden. Dit vermijdt beschadiging van de verhittingsmiddelen 23.

Het is duidelijk dat de atmosfeer binnenin binnenste kamer 17 nagenoeg geheel afgesloten is van de atmosfeer omheen de binnenste kamer 17 in de buitenste kamer 16. Op die manier wordt vermeden dat het te oxideren gas in contact komt met de buitenste kamer 17, in het bijzonder met de verhittingsmiddelen 23.

In een uitvoeringsvorm zijn de verhittingsmiddelen 23 uitgevoerd als keramische elementen die aan hun naar de buitenste kamer 16 gerichte zijde voorzien zijn van hittebestendige isolatie.

Om de dimensies van de oxidizer 15 te beperken is de binnenste kamer 17 voorzien van onderling nagenoeg parallelle tussenschotten 35 die de verblijftijd binnenin de binnenste kamer 17 verhogen ten opzichte van een éénzelfde gedimensioneerde kamer zonder tussenschotten. Door deze tussenschotten 35 dient het mengsel een serie nagenoeg U-vormige lussen 36 door te stromen die de menging van de gassen stimuleert.

Bij voorkeur zijn de hoeken van de U-vormige lussen afgerond dit

BE2018/5760 ter vermijding van een vortexstroom die een gedeelte van het afvalgas tijdelijk zou kunnen vasthouden waardoor de efficiëntie van de oxidizer 15 verlaagt.

In de getoonde uitvoeringsvorm bedraagt de lengte van elk tussenschot 35 ongeveer 85 % van de hoogte van de binnenste kamer 17, maar andere lengtes zijn tevens mogelijk. In het algemeen is deze lengte bij voorkeur begrepen tussen 60 % en 95 % van de hoogte (of van de breedte of lengte indien de tussenschotten zijn georiënteerd volgens de breedte of lengte richting). Het is gebleken dat dit een voldoende doorstroming toelaat en tevens ook de totale afstand die het mengsel moet afleggen maximaliseert in functie van de ideaal zo laag mogelijk dimensies van de binnenste kamer 17.

Het aantal tussenschotten 35 en de dimensies van de binnenste kamer 17 zijn gekozen in functie van de gewenste verblijftijd van het mengsel. Bij voorkeur is deze verblijftijd ten minste 2 seconden. De pomp 22 kan ook gebruikt worden om de doorstroomsnelheid aan te passen zodat, gegeven een bepaalde totale afstand, de verblijftijd afdoende is.

Om beschadiging van de tussenschotten 35 te voorkomen kunnen deze ook voorzien worden van isolatie (niet getoond). Dit is vooral voordelig bij het eerste tussenschot aangezien dit de warmste zone is door de aanvoer van de oververhitte lucht. Daarbij is dan bij voorkeur ook deze wand van de binnenste kamer 17 geïsoleerd.

In de getoonde uitvoeringsvorm is gebruik gemaakt van een oneven aantal tussenschotten 35 zodat de openingen 29, 30 in éénzelfde wand van de buitenste kamer 16 kunnen worden voorzien waarop dan eventueel geen verhittingsmiddelen 23 zijn aangebracht, maar bij voorkeur wel isolatie is aangebracht.

In de getoonde uitvoeringsvorm is tevens een derde opening 38 voorzien in de buitenste kamer 16 waarop een ureumtoevoerinrichting 37 is aangesloten via gasinlaat 40 gepositioneerd binnenin de opening 38. Zoals hierboven beschreven leidt de aanvoer van ureum tot het vermijden

BE2018/5760 van de vorming van stikstofoxides tijdens de oxidatie. Zoals getoond is de ureumtoevoerinrichting 37 aangesloten op de meest nabije U-vormige lus 36 zodanig dat het aangevoerde ureum een voldoende verblijftijd heeft.

In een uitvoeringsvorm is de buitenste kamer 16 voorzien van een deur 34 die een wand daarvan vormt. Dit is voordelig aangezien dit toelaat om de binnenste kamer 17 in zijn geheel te vervangen of te reinigen. Dit laat ook toe om onderhoud uit te voeren van de verhittingsmiddelen 23.

In de getoonde uitvoeringsvorm is tevens een controle-inrichting 39 voorzien die nagaat welk volume percentage zuurstofgas aanwezig is in 10 het geoxideerd gas. Indien dit te laag is wordt een regelmechanisme aangestuurd die pomp 22 bijstuurt zodat er meer zuurstofgas wordt aangevoerd. Op deze manier kan het gewenste zuurstofgas percentage (bijvoorbeeld 6 vol.%) bekomen en behouden worden doorheen de gehele binnenste kamer 17.

Alhoewel bepaalde aspecten van de onderhavige uitvinding zijn beschreven met betrekking tot specifieke uitvoeringsvormen, is het duidelijk dat deze aspecten in andere vormen kunnen worden geïmplementeerd binnen de beschermingsomvang zoals bepaald door de conclusies.

Claims

Conclusies

1. Systeem voor het pyrolyseren van organisch afval tot gepyrolyseerd materiaal en vergast materiaal, welk systeem omvat:

- een frame (1);

- een kegelvormige behuizing (4) bevestigd op de frame en geconfigureerd voor het tijdelijk, nagenoeg hermetisch, omsluiten van genoemd afval, welke behuizing een langsrichting (27), een zijwand, een bovenzijde en een onderzijde heeft en voorzien is van:

- een inlaat (6) geconfigureerd om verbonden te worden met een toevoerinrichting om genoemd afval in te brengen in de behuizing;

- een uitlaat (12) geconfigureerd om verbonden te worden met een afvoerinrichting om genoemd gepyrolyseerd materiaal af te voeren uit de behuizing, welke uitlaat voorzien is aan de onderzijde van de behuizing; en

- een gasuitlaat (7) geconfigureerd om verbonden te worden met een gasafvoerinrichting om genoemd vergast materiaal af te voeren uit de behuizing, waarbij een doorsnede doorheen de kegelvormige behuizing nagenoeg loodrecht op genoemde langsrichting een oppervlakte heeft die naar onderaan afneemt;

- een menginrichting bevestigd op de frame en voorzien van:

- een aandrijfas (26) die roteerbaar bevestigd is ten opzichte van de behuizing, welke aandrijfas zich doorheen de bovenzijde van de behuizing uitstrekt langsheen genoemde langsrichting met een eerste gedeelte dat zich binnenin de behuizing bevindt en een tweede gedeelte dat zich buiten de behuizing bevindt; en

- een kegelvormig menglichaam (25) binnenin de behuizing en geconfigureerd om genoemd afval in fluïdisatie te brengen, welk menglichaam vast bevestigd is aan het eerste gedeelte van de aandrijfas en nagenoeg niet raakt aan de behuizing; en

- verhittingsmiddelen (24) voor het verhitten van de zijwand van de behuizing,

BE2018/5760 waarbij er geen keramische en/of metalen ballen aanwezig zijn binnenin de behuizing.
2. Systeem volgens conclusie 1, waarbij het tweede gedeelte van de aandrijfas door middel van ten minste twee lagers roteerbaar bevestigd is op genoemde frame.
3. Systeem volgens conclusie 1 of 2, waarbij het menglichaam een vrije onderkant heeft die zich op nagenoeg dezelfde hoogte bevindt als de onderzijde van de behuizing.
4. Systeem volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij een kortste afstand tussen de zijwand van de behuizing en het menglichaam gemeten in een doorsnede doorheen de kegelvormige behuizing die nagenoeg loodrecht staat op genoemde langsrichting ten hoogste 5 % en in het bijzonder ten hoogste 3 % bedraagt van de maximale interne diameter van de behuizing.
5. Systeem volgens conclusie 4, waarbij genoemde kortste afstand nagenoeg onafhankelijk is van de hoogte waarop de doorsnede wordt genomen.
6. Systeem volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij het menglichaam met één of meerdere dwarsverbindingen (27) bevestigd is op genoemde as zodanig dat, in gebruik, het menglichaam geconfigureerd is om genoemd afval langsheen de zijwand van de behuizing omhoog te transporteren.
7. Systeem volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij de verhittingsmiddelen elektrische verwarmingselementen omvatten die aangebracht zijn op, bij voorkeur geïntegreerd in, de buitenzijde van de

BE2018/5760 zijwand van de behuizing, waarbij de elektrische verwarmingselementen geconfigureerd zijn om een temperatuur op te wekken binnenin de behuizing van ten minste 200 °C, in het bijzonder ten minste 300 °C, meer in het bijzonder ten minste 400 °C en meest in het bijzonder ten minste 500 °C.
8. Systeem volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij het systeem verder een inertiseringsinrichting omvat met ten minste één opslagtank (19) waarin stikstofgas is opgeslagen, waarbij de inertiseringsinrichting een veelheid aan leidingen omvat geconfigureerd voor het aanvoeren van stikstofgas tot nabij elke opening in de behuizing.
9. Systeem volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij de menginrichting verder een aandrijving (28) omvat, in het bijzonder een elektromotor, geconfigureerd voor het roteren van de aandrijfas, welke aandrijving zich buiten genoemde behuizing bevindt.
10. Systeem volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij de inlaat van de behuizing afgesloten is door een eerste sluisinrichting (13) en waarbij de uitlaat van de behuizing afgesloten is door een tweede sluisinrichting (11).
11. Systeem volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij genoemd afval radioactief is en in het bijzonder radioactief hars of radioactief slib omvat.
12. Werkwijze voor het drogen en pyrolyseren van organisch afval tot gepyrolyseerd materiaal en vergast materiaal, welke werkwijze de volgende stappen omvat:

a) het inbrengen van genoemd afval in een behuizing;

b) het, na stap a), nagenoeg hermetisch afsluiten van de behuizing;

BE2018/5760

c) het in fluïdisatie brengen van genoemd afval binnenin de behuizing door het roteren van een menglichaam;

d) het verhitten van de behuizing ten behoeve van het verhitten van genoemd afval voor het achtereenvolgens drogen en pyrolyseren van het afval ;

e) het afzuigen van genoemd vergast materiaal uit de behuizing;

f) het verzamelen van genoemd gepyrolyseerd materiaal onderin de behuizing tot genoemd afval geheel gepyrolyseerd is; en

g) het ontsluiten van de behuizing voor het verwijderen van het verzameld gepyrolyseerd materiaal.
13. Werkwijze volgens conclusie 12, waarbij stap d) het geleidelijk verhogen van de temperatuur van de behuizing omvat van een omgevingstemperatuur tot ten 200 °C, in het bijzonder ten minste 300 °C, meer in het bijzonder ten minste 400 °C en meest in het bijzonder ten minste 500 °C.
14. Wekwijze volgens conclusie 13, waarbij stap d) omvat het aanpassen van de temperatuur in functie van het afvalverwerkingsproces.
15. Werkwijze volgens één van de conclusies 12 tot 14, waarbij stap c) het langsheen de zijwand van de behuizing omhoog transporteren van genoemd afval omvat.
16. Werkwijze volgens één van de conclusies 12 tot 15, waarbij stap d) verder omvat het verhitten van de behuizing ten behoeve van het verhitten van genoemd afval voor het achtereenvolgens verdampen, drogen en pyrolyseren van het afval.