CZ292557B6 - Způsob zpracování kapaliny obsahující těkavou frakci - Google Patents

Abstract

Způsob zpracování nejméně jedné kapaliny (23) o vysokém obsahu vody a obsahující těkavou a těžkou frakci, umožňující oddělit obě frakce. Způsob zahrnuje spalování nejméně jednoho plynu (2) a využití tepla uvolněného uvedeným spalováním pro následný ohřev kapaliny. Ohřátá kapalina je pod tlakem a pak expanduje způsobem při kterém se těkavá frakce oddělí od těžké frakce. Těkavá frakce se pak spálí společně s plynem. Těžká frakce se pak z okruhu odebírá pro následné zpracování. Řešení rovněž zahrnuje zařízení potřebné k provedení výše uvedeného způsobu.ŕ

Description

Vynález se týká způsobu zpracování nejméně jedné kapaliny a zařízení umožňujícího provedení tohoto způsobu.

Dosavadní stav techniky

Stále přísnější předpisy sloužící k ochraně životního prostředí před znečištěním požadují před uložením odpadu na skládku třídění domácího a průmyslového odpadu na základě velmi přesných fyzikálně-chemických kritérií.

V současnosti jedním z nej obvyklejších způsobů likvidace nepotřebného materiálu je jeho uložení do vymezeného prostoru. Uvedený materiál, považovaný za odpad, bývá různého původu. Může pocházet z domácnosti, průmyslu,· zemědělství a obsahuje velký počet různých minerálních a organických produktů.

Z hlediska životního prostředí může mít odpad různou toxicitu a stabilitu. Určité druhy odpadu, označované vzhledem k jejich chemickému původu jako toxické pro životní prostředí, mohou při infiltraci do životního prostředí vážně narušit přirozený ekosystém.

Proto je nezbytné zabránit pronikání těchto složek do půdy tak dlouho, jak je to možné, a následně je to základní předpoklad pro opětovné vyjmutí tohoto odpadu a jeho další zpracování.

Při skladování ve vrstvách, rovnoměrně stlačený, je tento odpad v anaerobním prostředí. Podmínky tohoto prostředí zbaveného kyslíku podporují v průběhu první fáze tvorbu organických kyselin, a v průběhu druhé fáze tvorbu plynu (bioplynu). Současně se tvoří vodná tekutina, tzv. výluh (lixivium), dále v textu bude používán termín „výluh“.

Bioplyn vzniká ve formě směsi obsahující zejména oxid uhličitý, methan, vodní páru, sirovodík, aminy a fosfiny, a má poměrně nízkou energetickou hodnotu, kterou však přesto lze vhodně průmyslově využít. Další nevýhoda bioplynu je v tom, že je korozivní a vyvolává nevolnost. Díky uvedeným nevýhodám každé průmyslové využití energetické hodnoty bioplynu vyžaduje předzpracování, které je obtížné vzhledem k vysokým nákladům na dopravu bioplynu a vzdálenostem míst skladování odpadu, míst zpracování bioplynu a míst jeho možného využití.

Výluh se obvykle dále získává ze skládek odpadu drenáží ve dnech těchto prostor. Náročnější požadavky na ochranu životního prostředí znamenají, že dutiny pro skladování odpadu musí být nepropustné, aby nedocházelo k infiltraci do půdy. Nepropustnost se zajišťuje pomocí jílu a/nebo aplikací plastických potahů na vnitřní povrch dutin. Uvedená ochrana dutin vede k získávání větších podílů výluhu ve srovnání s dřívějším stavem.

Kromě vody obsahuje výluh zejména sloučeniny toxické k životnímu prostředí, zahrnující těžké kovy a/nebo ve vodě rozpustné soli. Předtím než se vypustí do životního prostředí musí tedy být výluh chemicky zpracován tak, aby složky kontaminující životní prostředí se přeměnily na složky inertní.

Navíc je o výluhu známo, že má korozivní účinky, například na beton.

Většina současně používaných způsobů zpracování uvedené odpadní kapaliny a plynu má nevýhody, kde mezi hlavní patří nízká účinnost, vysoké investiční náklady a provozní problémy.

-1 CZ 292557 B6

Použití obvyklých biologických způsobů vede vzhledem k jejich nízké účinnosti při zpracování odpadu k vypuštění kontaminujících složek do přirozeného životního prostředí.

Chemické oxidační způsoby vyžadují použití dalších činidel (peroxidu vodíku, ozon), jejichž 5 koncentrace se musí trvale přizpůsobovat různým chemickým složkám výluhu.

Přímé spalování výluhu vyžaduje další zařízení pro filtraci spalin sloužící k zachycení částic suchých solí vzniklých během spalování.

Konečně dokument WO 93/25292 popisuje postup zpracování výluhu, při němž se výluh koncentruje v odpařováku, v němž je uváděn do přímého styku s plynnými spalinami a z něhož se kapalina odvádí ve formě páry. Těkavá frakce výluhu se pak vede do výměníku tepla, který je určen k ohřevu zpracovávaného výluhu před vypuštěním do atmosféry. Koncentrovaná frakce výluhu se odvádí z odpařováku, přičemž její nedostatečně zpracovaná část může být do 15 odpařováku recyklována.

Z předcházejícího popisu vyplývá potřebnost způsobu umožňujícího zpracování odpadu v kapalné formě s odpadem v plynné formě, kde oba druhy odpadu mají dvojnásobný kontaminační dopad na životní prostředí, a to z hlediska jejich toxicity a korozivních účinků a mají vysoký 20 obsah vody, kde uvedený způsob je správný, snadný, současně proveditelný, ekonomický a proto lokálně proveditelný a nemá výše uvedené nevýhody.

Podstata vynálezu

Vynález zahrnuje způsob zpracování nejméně jedné nezpracované tekutiny v kapalném stavu o vysokém obsahu vody obsahující těkavou frakci a těžkou frakci, umožňující oddělit obě dvě uvedené frakce.

Způsob podle vynálezu zahrnuje:

a) spalování nejméně jednoho plynu způsobem, při kterém vznikají plynné spaliny,

b) použití tepla v plynných spalinách k ohřevu kapaliny s použitím cirkulačního okruhu kapaliny, zahrnujícího první výměník tepla plyn/kapalina a druhý výměník tepla kapalina/kapalina,

c) cirkulaci ohřáté kapaliny pod tlakem,

d) oddělení těkavé frakce od kapaliny odpařením,

e) oxidaci složek těkavé frakce spalováním a

f) odběr těžké frakce v koncentrované formě, kde uvedený způsob umožňuje současné zpracování nejméně jedné kapaliny a nejméně jednoho 40 plynu.

Způsob podle vynálezu má výhodu vtom, že zabraňuje průniku reziduí v kapalné formě do životního prostředí s využitím energie obsažené ve významném množství v plynných podílech. Využití této energie umožňuje jejich odpaření a odvod do atmosféry.

Další výhodou způsobu podle vynálezu je možnost zpracování odpadu kapalného charakteru s použitím dalšího odpadu plynného charakteru bez použití dalšího prostředku, a přesto umožňující odpaření podílu původního objemu kapalného odpadu.

Kromě toho způsob podle vynálezu umožňuje oxidaci organických sloučenin obsažených v těkavé frakci tekutého odpadu bez nutnosti použití dodatečného paliva, s možností opětovného získání celé nebo části této těkavé frakce po kondenzaci.

-2CZ 292557 B6

Závěrem, způsob podle vynálezu je zvláště přizpůsobený k variacím ve složení tekutiny v různých místech odběru (na různých skládkách) a k variacím při odběru v různých stádiích z jednoho místa nebo z různých míst. Na rozdíl od biologických způsobů je způsob podle vynálezu z hlediska dosažení maximální účinnosti zcela nezávislý na biodegradovatelnosti kapaliny.

Kompaktnost zařízení potřebného pro realizaci způsobu podle vynálezu usnadňuje kromě toho přepravu jednotek tvořících toto zařízení nákladním automobilem a tím je možné snížit náklady.

.> Dalším předmětem vynálezu je zařízení umožňující zpracování výše uvedeným způsobem podle vynálezu.

Uvedené zařízení je charakterizované tím, že jako základní části obsahuje:

- vstupní kanál pro nejméně jeden plyn,

- spalovací komoru,

- okruh pro rekuperaci tepla obsahující první výměník tepla plyn/kapalina a druhý výměník tepla kapalina/kapalina,

- ventilátor pro odvod a regulaci odvodu plynných spalin, které pocházejí ze spalovací komory pro jejich ochlazení průchodem výměníkem tepla,

- vstupní kanál pro kapalinu,

- odpařovák určený k odpaření těkavé frakce z kapaliny,

- zařízení k odběru těžké frakce.

Výhodné je, aby kapalina cirkulovala současně s kapalinou již částečně zbavenou svojí těkavé frakce.

Spalování plynu se výhodně provede při teplotě větší než asi 900 °C a spalování těkavé frakce při teplotě větší než asi 500 °C.

Během recirkulace kapalina výhodně cirkuluje pod tlakem a potom se zahřeje na teplotu vyšší než je teplota odpaření těkavé frakce z uvedené kapaliny.

Výměna tepla se výhodně provede s plynnými spalinami ochlazenými na teplotu nižší než asi 700 °C. Odvod do atmosféry těchto spalin se výhodně provede při teplotě asi 200 °C.

Těžká frakce obsahuje zejména těžké organické podíly a ve vodě rozpustné soli. Objem těžké frakce je v rozmezí asi 1 % až 20 % původního objemu kapaliny před jejím zpracováním způsobem podle vynálezu.

Plyn použitý ve způsobu podle vynálezu je výhodně bioplyn. Bioplyn obsahuje nejméně asi jednu spalitelnou sloučeninu v plynném stavu (například methan), a také, kromě této spalitelné sloučeniny, může obsahovat nejméně jednu sloučeninu v plynném stavu zvolenou ze skupiny zahrnující vodu, vzduch, oxid uhličitý, sloučeninu síiy, aminové sloučeniny a jejich směs.

Kapalinou použitou pro zpracování způsobem podle vynálezu je výhodně výluh obsahující vodu a nejméně jednu další sloučeninu ze skupiny zahrnující sodné soli, draselné soli, vápenaté soli, hořečnaté soli, soli chloru, síranové soli, sloučeniny obsahující dusík, amonné soli, soli fosforu, ionty Fe⁺⁺, ionty Mn⁺⁺, ionty ZnR chrom, olovo, měď, kadmium, nikl, organické kontaminující sloučeniny kvantifikovatelné chemickou spotřebou kyslíku a organické kontaminující složky kvantifikovatelné stanovením biochemické spotřeby kyslíku a celkovým organickým uhlíkem, a jejich směs.

Vstupní tok nezpracované tekutiny v kapalném stavu se řídí výstupním tokem plynných spalin.

Vynález je dále objasněn pomocí obrázků na připojených výkresech.

Přehled obrázků na výkresech

Obrázek 1 znázorňuje diagram zahrnující hlavní složky zařízení potřebného k provedení podle vynálezu;

I io obrázek 2 znázorňuje diagram zahrnující hlavní složky zařízení odlišného od zařízení podle *> vynálezu, protože obsahuje pouze jeden výměník tepla.

Příklady provedení vynálezu

Na obrázku 1 je celé zařízení označené jako 1. Zařízení obsahuje vstupní kanál 2 pro bioplyn. Kanál 2 je připojený ke spalovací komoře 4 v její spodní části 3. K horní části 6 spalovací komory 4 je připojený kanál 5 pro odvod horkých plynných spalin. Ke kanálu 5 je připojené 20 zařízení 7 pro přívod atmosférického vzduchu. K umožnění záměny vstupu vzduchu jev systému zařazené šoupátko 7a.

Spalovací komora 4 může být ve formě spalovacího komínu, spalovací komory nebo jiného prostředku vhodného pro spalování. Spalovací komora 4 má v podstatě podlouhlý tvar, a na 25 jednom ze svých konců je opatřena prostředkem umožňujícím hoření spalitelných plynů. Potom se plyny odvádějí z druhého konce spalovací komory.

Spalovací komora 4 může být vzhledem k vertikální ose umístěna vertikálně, horizontálně nebo v úhlu „a“ k dosažení podmínek umožňujících získání požadovaného výtěžku způsobem podle 30 vynálezu.

Kanál 5 je připojen k okruhu tepelné výměny celkově označeném 8. Tento okruh 8 obsahuje výměník tepla 9 plyn/kapalina, výměník 10 kapalina/kapalina, a oběhové čerpadlo 11.

Výměník 9 tepla je spojen pomocí ventilátoru 12 s venkovním prostředím.

Jako základní součást obsahuje zařízení podle vynálezu okruh, celkově označený 13.

Uvedený okruh 13 tvoří výměník 10 tepla, odpařovák 14 a zařízení 15 pro odběr těžké frakce 40 výluhu. Odpařovák 14 obsahuje odpařovači komoru (není znázorněna) vyrobenou z materiálu odolného vůči korozi, jako je ocel nebo slitinová ocel. Výběr typu materiálu závisí na chemické podstatě výluhu určeného ke zpracování.

Výstup 16 z výměníku 10 teplaje připojeným potrubím spojen s odpařovákem 14. Horní část 19 45 odpařováku 14 je spojena potrubím se spalovací komorou 4 tak, aby byla zajištěna dostatečná vzdálenost od plamene ve spalovací komoře umožňující dokonalé a současné spalování těkavé frakce výluhu a bioplynu.

Spodní část 20 odpařováku 14 je spojena kanálem se vstupem 21a čerpadla 21. Těžká frakce stále 50 ještě obsahující těkavé sloučeniny se odebírá a následně recirkuluje. Výstup 21b čerpadla 21 je kanálem spojen se vstupem 22 výměníku 10 tepla.

Vstupním kanálem 23 se do zařízení přivádí čerpadlem 24 výluh určený ke zpracování, kde pomocí uvedeného čerpadla se zajišťuje konstantní množství výluhu ke zpracování. Výstup 24a 55 čerpadla 24 je potrubím spojený se vstupem 21a čerpadla 21.

-4CZ 292557 B6

Teplota nezpracovaného výluhu, který je pod tlakem, je v rozmezí asi 10 °C až 30 °C.

Zařízení 15 pro odběr je připojené potrubím k výstupu 21b čerpadla 21.

Je-li zařízení v provozu, do spodní části 3 spalovací komory 4 se potrubím 2 zavádí bioplyn. Horké plyny, získané spalováním při teplotě vyšší než asi 900 °C, se odvádějí z horní části 6 spalovací komory 4 do výměníku 9 tepla. Přenos tepla do výluhu určeného ke zpracování zajišťuje tepelně výměnný okruh 8.

Horké plyny opouštějící spalovací komoru 4 se před vstupem do výměníku 9 tepla částečně ochlazují na teplotu od asi 700 °C do 200 °C přívodem atmosférického vzduchu tak, aby byly kompatibilní s materiálem výměníku 9 tepla. Na výstupu z výměníku je teplota plynů asi 200 °C. Tato teplota zabraňuje tvorbě kouře vyvolávaného přítomností páry.

Čerpadlo 11 zajišťuje cirkulaci kapaliny v okruhu s cílem „tlumit“ případné výkyvy teploty vyvolané přítomností různého množství výluhu na teplotu pod asi 175 °C. Tím se zabrání odpařování výluhu určeného ke zpracování na stěnách výměníku a zanášení jeho vnitřních stěn.

Výluh určený ke zpracování se tak ohřeje ve výměníku 10 tepla a cirkuluje po tlakem v okruhu 13.

Ohřátý výluh se pak odpařuje v odpařovači 14.

Uvolněné teplo je v odpařovači využité k odpaření těkavé frakce výluhu. Těkavá frakce vzniklá odpařením se pak odvádí za mírného přetlaku z horní části 19 odpařováku 14 a pak se zavádí do spalovací komory 4 do prostoru za zónou hoření tak, aby nedošlo k ovlivnění kvality spalování bioplynu.

Těkavé sloučeniny unášené s párou se pak oxidují při teplotě vyšší než asi 500 °C. Během oxidace se sloučeniny kontaminující životní prostředí rozkládají termickou oxidací. Energie uvolněná během spalování uvedených těkavých plynných složek se smísí s energií pocházející ze spalování bioplynu a následně se získává způsobem popsaným výše.

Těžká frakce získaná neodpařenou částí výluhu je tvořena převážně směsí organických látek, suspenzí pevných podílů a solemi. Tato frakce se shromažďuje ve spodní části 20 odpařováku 14 a pak se postupně odvádí ze zařízení pomocí zařízení 15 pro odběr k následnému specifickému zpracování. Tento odběr se určuje v závislosti na teplotě výluhu v odpařovači 14. Tato teplota je závislá na koncentraci těžké frakce. Údaje získané pravidelným měřením teploty v odpařováku 14 lze doplnit pravidelným měřením měrného odparu a viskozity výluhu.

Koncentrovaná těžká frakce může obsahovat až 100 g/1 rozpuštěných solí (v zásadě chloridu vápenatého a chloridu sodného) a těžké organické podíly.

Čerpadlo 21 slouží k cirkulaci a k míšení těžké frakce stále ještě obsahující těkavé sloučeniny s nezpracovaným výluhem, kde uvedená směs je pod tlakem.

V provedení podle obrázku 2 obsahuje okruh výměny tepla, celkově označený 8, pouze jeden výměník 9 tepla plyn/kapalina.

Ve výše uvedeném případě jsou vstupní a výstupní teploty různých tekutin (kapalné, plynné) stejné jako v provedení podle obrázku 1.

Výluh se ohřeje průchodem tepelným výměníkem 9. Teplota spalin na vstupu je v rozmezí asi 700 °C až 200 °C.

Claims (12)

1. Způsob zpracování nejméně jedné nezpracované kapaliny o vysokém obsahu vody, obsahující těkavou frakci a těžkou frakci, za účelem oddělení obou frakcí, vyznačující ío se t í m , že zahrnuje

- spalování nejméně jednoho plynu způsobem, při kterém vznikají plynné spaliny,

- rekuperaci tepla plynných spalin za účelem ohřevu kapaliny pomocí cirkulačního okruhu kapaliny, zahrnujícího první výměník tepla plyn/kapalina a druhý výměník tepla kapalina/kapalina,

15 - cirkulaci opětně ohřáté kapaliny pod tlakem,

- oddělení těkavé frakce od kapaliny odpařením,

- zajištění cirkulace nezpracované kapaliny společně s tekutinou již částečně zbavenou své těkavé frakce,

- oxidaci složek obsažených v těkavé frakci spalováním, a potom

20 - odběr těžké frakce v její koncentrované formě, přičemž uvedený způsob umožňuje současné zpracování nejméně jedné kapaliny a nejméně jednoho plynu.

25

2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že spalování plynu se provádí při teplotě vyšší než asi 900 °C.

3. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že spalování těkavé frakce kapaliny se provádí při teplotě vyšší než asi 500 °C.

4. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že kapalina cirkuluje pod tlakem a následně se ohřívá na teplotu vyšší než je teplota potřebná k odpaření těkavé frakce z kapaliny.

5. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že rekuperace tepla se provádí 35 s plynnými spalinami ochlazenými na teplotu nižší než asi 700 °C a uvedené plynné spaliny se vypouštějí do atmosféry při teplotě asi 200 °C.

6. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že těžká frakce, obsahující ve vodě rozpustné soli a těžké organické podíly, tvoří asi 1 až 20 % počátečního objemu vstupní kapaliny

40 před zpracováním.

7. Způsob podle nároku 1 nebo nároku 2, vyznačující se tím, že uvedený plyn je bioplyn obsahující nejméně jednu spalitelnou sloučeninu v plynném stavu, a může, ale nemusí, obsahovat alespoň jednu další sloučeninu v plynném stavu zvolenou ze skupiny zahrnující vodu,

45 oxid uhličitý, vzduch, sloučeniny síry, aminové sloučeniny a směsi těchto složek.

8. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že kapalina je výluh obsahující vodu a nejméně jednu sloučeninu ze skupiny zahrnující soli sodíku, soli draslíku, soli vápníku, soli hořčíku, soli chloru, soli fosforu, ionty Fe⁺⁺, ionty Mn^, ionty ZnR chrom, olovo, měď, 50 kadmium, nikl, organické nečistoty kontaminující životní prostředí kvantifikovatelné chemickou spotřebou kyslíku, organické nečistoty kontaminující životní prostředí kvantifikovatelné biologickou spotřebou kyslíku, celkovým organickým uhlíkem, a směsi těchto složek.

-6CZ 292557 B6

9. Způsob podle kteréhokoli z nároků 1, 2, 4a 8, vyznačující se tím, že vstupní rychlost nezpracované kapaliny se řídí výstupní rychlostí spalin.

10. Zařízení k provedení způsobu podle kteréhokoli z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že jako základní část obsahuje:

- vstupní kanál (2) pro nejméně jeden plyn,

- spalovací komoru (4),

- okruh (8) pro rekuperaci tepla obsahující první výměník (9) tepla plyn/kapalina a druhý výměník (10) tepla kapalina/kapalina,

- ventilátor (12) pro odvod a regulaci odvodu plynných spalin vznikajících ve spalovací komoře (4) po jejich ochlazení průchodem výměníku (9) tepla,

- vstupní kanál (23) pro kapalinu,

- odpařovák (14) určený k odpaření těkavé frakce z kapaliny,

- zařízení (15) pro odběr těžké frakce.

11. Zařízení podle nároku 10, vyznačující se tím, že obsahuje nejméně jedno zařízení (7) pro vstup atmosférického vzduchu opatřené alespoň jedním regulačním šoupátkem (7a), které je určeno k chlazení horkých spalin vzniklých ve spalovací komoře (4) jejich ředěním atmosférickým vzduchem.

12. Zařízení podle nároku 11, vyznačující se tím, že odpařovák (14) zahrnuje:

a) odpařovací komoru tvořenou horní částí (19), ze které se těkavá frakce odvádí do spalovací komory (4), ve které se spaluje, a spodní částí (20), ze které se odvádí těžká frakce stále ještě obsahující těkavé sloučeniny k recirkulaci,

b) vstupní čerpadlo (24) pro přívod nezpracované tekutiny pod tlakem a při teplotě 10 až 30 °C k dosažení konstantního celkového množství kapaliny určené ke zpracování,

c) oběhové čerpadlo (21) k cirkulaci a k míšení těžké frakce stále ještě obsahující těkavé sloučeniny s dosud nezpracovanou tekutinou.