NL1009412C2

NL1009412C2 - Werkwijze voor het in een ovenruimte pyrometallurgisch verwerken van metaalhoudend afval.

Info

Publication number: NL1009412C2
Application number: NL1009412A
Authority: NL
Inventors: Jan Pieter Lotens; Klaus Jungk
Original assignee: Gibros Pec Bv
Priority date: 1998-06-15
Filing date: 1998-06-15
Publication date: 1999-12-16
Also published as: PT965651E; US6159268A; DE69901047D1; ES2172285T3; DE69901047T2; ATE214743T1; JP2000026923A; SI0965651T1; AU758195B2; EP0965651A3; AU3498199A; EP0965651B1; EP0965651A2; NO992894D0; CA2274188A1; NZ336261A; DK0965651T3; NO992894L

Description

Werkwijze voor het in een ovenruimte pyrometallurgisch verwerken van metaalhoudend afval.

Het bij een dergelijke werkwijze te verwerken materiaal kan metaalhoudend 5 afval zijn, waarbij de metaalverbindingen deels gereduceerd en verdampt worden en deels in de vloeibare slak achterblijven. De smeltcondities zijn zodanig reducerend dat metaaloxiden als die van zink, cadmium, lood, tin en dergelijke gereduceerd worden en de gevormde metalen of metaalverbindingen in de dampfase komen en met de gasfase worden afgevoerd. Bij voorkeur bevatten de te voeden materialen een 10 grote fractie organisch materiaal omdat daarmee de noodzaak om aparte brandstof toe te passen gedeeltelijk of geheel vervalt. Een voorbeeld hiervan is het vaste residu dat 1 overblijft na een pyrolysestap: dit bevat veel kool met daarnaast een anorganisch deel. Ook rioolslib valt in deze categorie. Als deze materialen in een fossiel gestookte smelter worden verwerkt kunnen er echter moeilijkheden ontstaan. Het probleem met 15 dergelijke materialen is namelijk, dat kooldeeltjes niet in smeltvorm aanwezig zijn en derhalve een relatief lange tijd nodig hebben om volledig te kunnen verbranden. De nog niet verbrande kooldeeltjes gaan op de gevormde slak drijven en daardoor kan de kwaliteit van de uiteindelijke slak op negatieve wijze worden beïnvloed, daar kool zwakke plekken in de uitgekristalliseerdc slak vormt. Daarnaast blijven eventueel 20 ingeslotcn anorganische bestanddelen in dc kool achter, terwijl deze beter in de slak opgelost kunnen zijn om uitloging ervan te verminderen c.q. te voorkomen. Bovendien wordt dc warmteinhoud van de onomgezette kool niet benut.

Als oplossing voor bovenstaand probleem is in het Duitse Offcnlegungsschrift 36 29 661 voorgestcld om onder in de smeltreactor extra lucht toe te voeren net t 25 boven de gesmolten slak. De zuurstof uit deze lucht doet dan dienst om de kooldeeltjes geheel te verbranden. Volgens deze methode wordt echter geheel naverband en zijn de omstandigheden in de smeltreactor daarmee oxiderend. Dit leidt tot twee nadelen. Ten eerste kunnen een aantal metalen dan niet voldoende uit dc slak verwijderd worden (zoals zink, lood, tin, arseen en dergelijke) en ten tweede kan er op deze ^ 30 wijze geen stookgas of synthesegas worden gemaakt in de smelter.

De uitvinding heeft ten doel een werkwijze te ontwikkelen voor liet opwerken van metaalhoudend en eventueel organisch materiaal bevattend afvalmatcriaal zoals bijvoorbeeld pyrolysc-rcsiducn, die verschoond is van dc nadelen, welke aan dc uit dc 100941 2 stand der techniek bekende werkwijze zijn verbonden.

Gevonden werd een in de aanhef gedefinieerde werkwijze, welke gekenmerkt wordt, doordat daarbij tevens stoom en/of een zuurstofrijk gas boven en nagenoeg i evenwijdig aan het oppervlak van de smelt in de ovenruimte worden geblazen en dat 5 de totale hoeveelheid zuurstof in de ovenruimte minder is dan de stoichiometrisch benodigde hoeveelheid zuurstof voor een volledige verbranding van de brandstof en het eventueel aanwezige organische materiaal.

Met behulp van de bovengedefinieerde werkwijze volgens de uitvinding is het nu mogelijk een nagenoeg volledige verbranding van de op de smelt drijvende kool te 10 bewerkstelligen. Bij het toevoeren van stoom vindt onder de in de ovenruimte heer-^ sende omstandigheden een watergasreactie (C+H20 —> CO+H2) plaats en bij het toe voeren van een zuurstofrijk gas, bijvoorbeeld gas met ten minste 50 vol.% zuurstof, met voordeel ten minste 75 vol.% en bij voorkeur nagenoeg zuivere zuurstof, een afbrandreactie (C+02 -* C0/C02). Voor het verkrijgen van een zo groot mogelijke 15 verblijftijd van de ingeleide stoom respectievelijk het zuurstofrijke gas worden deze met voordeel tangentieel in de ovenruimte ingeleid. Bijvoorbeeld kan de stoom respectievelijk het zuurstofrijke gas met een tangenticle snelheid van 10-50 m/s in een (cilindrische) ovenruimte worden ingcleid.

Alhoewel door het inleiden van de stoom respectievelijk het zuurstofrijke gas 20 in de ovenruimte er locaal een oxiderend milieu wordt gegenereerd, dient ervoor te worden gezorgd, dat in zijn algemeenheid in de ovenruimte een reducerend milieu heerst en wel zodanig, dat de waarde van λ (λ = 1, wanneer de stoichiometrische hoeveelheid zuurstof voor een volledige verbranding van de ingeleide brandstof en de aanwezige kool respectievelijk andere organische materialen tot C02 en HzO aanwc-25 zig is) minder dan 1, met voordeel tussen 0,3 en 0,9 en bij voorkeur ca. 0,5 bedraagt. Een dergelijke λ in de algehele ovenruimte kan makkelijk worden ingesteld door de hoeveelheid gedoseerde zuurstof in de brander en bij dc extra onderinvoer zodanig te regelen dat het een ondermaat is ten opzichte van de totale hoeveelheid brandbaar ^ materiaal (in brandstof en/of aanwezig organisch materiaal in de voeding). Het zuur-30 stofgehalte van het toegepaste zuurslofbevattcnde gas is met voordeel groter dan 50 vol.%, bij voorkeur groter dan 70 vol.%. Voorts wordt het reducerende gas, dat in dc ovenruimte wordt gebracht, al dan niet onder een hoek van meer dan 45°, bij voorkeur onder een hoek van nagenoeg 90° ten opzichte van het oppervlak van de afval- - · λ 1 n 0 - · { L x

rj O

3 smelt ingeleid. Daarbij wordt dit reducerende gas via een of meer éénstraalsbranders met een hoge snelheid van meer dan 100 m/s, met voordeel tussen ca. 100 m/s en 300 m/s, op het oppervlak van de afvalsmelt geleid opdat een indeuking ervan optreedt. Op de wijze vindt er een verversing van het aan het reducerende gas bloot-5 gestelde afvalmateriaal plaats, zodat een voortgaande reductie van de in de afvalsmelt aanwezige metaaloxiden kan optreden.

Met behulp van de werkwijze volgens de uitvinding is het eveneens mogelijk om een scheiding tussen onder de in de ovenruimte heersende omstandigheden vluchtige en minder vluchtige metalen te bewerkstelligen. Bij oventemperaturen in het 10 traject van 1000 tot 1700°C en onder bepaalde reducerende omstandigheden kunnen metalen of metaalverbindingen met een hoge dampdruk (zoals Zn, Cd, As, Pb) gescheiden worden van metalen die niet gereduceerd worden (zoals ijzer, aluminium).

De werkwijze volgens de uitvinding kan aan de hand van de volgende beschrijving worden toegelicht. De smeltreactor is met voordeel een cilindrische 15 ruimte met een dubbelwandige plaatstalen mantel die gekoeld wordt met koelwater of eventueel stoom en welke van binnen bekleed is met vuurvast materiaal, en van een afvoer voor de afgassen is voorzien. Aan de bovenkant is zowel een verticale brander als een voedingseenheid aanwezig. De voeding is redelijk droog en fijn en daarmee bijvoorbeeld pneumatisch transporteerbaar. Met behulp van de brander wordt een 20 reducerend mengsel van een brandstof en een zuurstofbevatlend gas met een hoge snelheid van meer dan 100 m/sec nagenoeg loodrecht op het oppervlak van de smelt geblazen opdat vanwege de impuls van de gasstraal een indeuking of een lichte beweging van het smeltoppervlak optreedt. Vlak boven de slak zijn een aantal toe- f voerkanalen aangebracht voor de toevoeging van een zuurstofhoudend gas of stoom, 25 waardoor het afbranden of wegreageren van de op de smelt drijvende kool wordt bewerkstelligd. Doordat in de algehele ovenruimte een λ < 1 wordt ingesteld, wordt via het afgaskanaal een stookgas afgevoerd dat nog een aanzienlijke calorische waarde bezit en ook, na reiniging, als synthesegas bruikbaar is. In het stookgas v kunnen eventueel vervluchtigde metalen of metaalverbindingen aanwezig zijn, welke 30 op gebruikelijke wijze, bijvoorbeeld door koelen, naoxideren en filtreren, kunnen worden afgevangen. In de oven blijven slakken van anorganische materialen zoals Si02-houdende smelten, achter. Deze kunnen met behulp van een slakaftap helemaal onder in de reactor worden afgetapt.

*? ^ r. "

Claims

1. Werkwijze voor het in een ovenruimte pyrometallurgisch verwerken van metaalhoudend afval dat mogelijkerwijs ook een hoeveelheid organisch materiaal 5 omvat, waarbij een reducerend gas met een hoge snelheid op het oppervlak van de smelt, waarin de metaaloxiden zich in gesmolten toestand bevinden, wordt geblazen, waarbij het reducerend gas wordt gemaakt door onvolledige verbranding van een brandstof en/of het organische materiaal en een zuurstofbevattend gas, met het kenmerk, dat aanvullend stoom en/of een zuurstofrijk gas ongeveer evenwijdig aan 10 het oppervlak van de smelt boven dit oppervlak in de ovenruimte worden geblazen en dat de totale toegepaste hoeveelheid zuurstof in de ovenruimte lager is dan de stoichi-omclrisch benodigde hoeveelheid voor volledige verbranding van het organische materiaal tezamen met de brandstof.

2. Werkwijze volgens conclusie I, met het kenmerk, dat het reducerende gas 15 via een of meer één-straalbranders in de ovenruimte wordt gebracht.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat het reducerende gas in een nagenoeg loodrechte richting op het oppervlak van de afvalsmelt in de ovenruimte wordt gebracht.

4. Werkwijze volgens een of meer der conclusies 1-3, met het kenmerk, dat 20 het reducerende gas een snelheid van >100 m/s bezit opdat een indeuking van het oppervlak van de afvalsmelt wordt verkregen.

5. Werkwijze volgens een of meer der conclusies 1-4, met het kenmerk, dat stoom en/of het zuurstofrijke gas via een of meer toevoeren vlak boven het oppervlak van de afvalsmelt tangenlieel in de ovenruimte wordt gebracht.

6. Werkwijze volgens conclusie 1 of 5, met het kenmerk, dat als zuurstofrijk gas nagenoeg zuivere zuurstof wordt loegepast.

7. Werkwijze volgens een of meer der conclusies 1-6, met het kenmerk, dat voor wat betreft de gehele ovenruimte een λ met een waarde tussen 0,3 en 0,9 in ^ stand wordt gehouden.

8. Werkwijze volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat voor wat betreft de gehele ovenruimte een λ met een waarde van nagenoeg 0,5 in stand wordt gehouden.

9. Werkwijze volgens een of meer der conclusies 1-8, met liet kenmerk, dat de werkwijze in een uitwendig gekoelde smcltrcactor wordt uitgevoerd. 100941 SAMENWERKINGSVERDRAG (PCT) RAPPORT BETREFFENDE NIEUWHEIDSONDERZOEK VAN INTERNATIONAAL TYPE IDENTIFIKATIE VAN OE NATIONALE AANVRAGE Ktnmark van de aanvrager of van da gemachtigde NO 42031 Nederlandse aanvrage nr. Indieningsdatum 1009412 15 juni 1998 Ingeroepen voorrangsdatum Aanvrager (Naam) GIBROS PEC B.V. Datum van het verzoek voor een onderzoek van internationaal typt Door de Instantie voor Internationaal Onderzoek (ISA) aan het verzoek voor een onderzoek van internationaal type toegekend nr. SN 31605 NL I. CLASSIFICATIE VAN HET ONDERWERP (bij toepassing van verschillende classificaties, alle classificatiesymbolen opgeven) Volgens de Internationale classificatie (IRC) Int.Cl.6: C 22 B 7/00, C 22 B 7/04, C 22 B 5/12, C 21 B 13/00, C 22 B 19/30 II. ONDERZOCHTE GEBIEDEN VAN DE TECHNIEK Onderzochte minimum documentatie Class i fica tiesy steem Classi f ica t iesy mdolen Int.Cl.6: C 22 B, C 21 B Onderzochte andere documentatie dan dt minimum documentatie voor zover dergelijke documenten in de onderzochte gebieden zijn oogenomen 'l'. | 1 GEEN ONDERZOEK MOGELIJK VOOR BEPAALDE CONCLUSIES (opmerkingen oo aanvullingsblad) IV. | 1 GEBREK AAN EENHEID VAN UITVINDING (opmerkingen oo aanvullingsblad) ' Porm <*CT/ISA/201(al 07.1979