NL9000694A - Werkwijze en inrichting voor het verwerken van een afvalprodukt dat een metaalfractie en een verbrandbaar materiaal-fractie bevat. - Google Patents

Description

Werkwijze en inrichting voor het verwerken van een afvalprodukt dat een metaalfractie en een verbrandbaar materiaal-fractie bevat

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een werkwijze en een inrichting voor het verwerken van een afvalprodukt dat omvat een metaalfractie en een verbrandbaar materiaal bevattende fractie.

Het afvalprodukt dat overeenkomstig de uitvinding wordt verwerkt, omvat kabels, elektrotechnisch afval, computer-chassis.

De metaalfractie omvat metallisch metaal, zoals koper, lood, zink, ijzer, aluminium, en legeringen. Het verbrandbare materiaal omvat natuurlijke en synthetische materialen, zoals bitumen, jute, cellulose-achtige materialen, kunststoffen, zoals polyetheen en polyvinylchloride, maar kan in het algemeen omschreven worden als materialen die door verbranding in combinatie met de metaalfractie een asrest opleveren, welke door metaalsmelters kunnen worden verwerkt. Dit betekent dat de asrest naast metaalverbindingen, anorganische zouten, inert materiaal, zoals Si02 , Na2 O en K2 O kan bevatten.

Bij de verwerking van dergelijke materialen ontstaan vaste, vloeibare en gasvormige afvalstromen. Aan deze afvalstromen zullen steeds strengere eisen worden gesteld voor wat betreft de daarin aanwezige verontreinigingen, en het zijn deze verontreinigingen bevattende afvalstromen die voor een belangrijk deel de industriële toepasbaarheid van de werkwijze voor het verwerken van het afvalprodukt bepalen.

Een bekende werkwijze voor het verwerken van dit type afvalprodukt is het zogenaamde Shredder-proces. Het afvalprodukt wordt tot zeer kleine deeltjes verkleind, waarna met bekende scheidingstechnieken, bijvoorbeeld bezinken, een metaalfractie kan worden afgescheiden. Deze metaalfractie is echter nog verontreinigd met zware metalen. Bovendien ontstaan andere, verontreinigde afvalstromen, bijvoorbeeld in de vorm van stofdeeltjes in afgasstromen, die niet zonder meer in het milieu zijn te lozen. Daarnaast vereist het Shredder-proces veel energie en produceert het veel lawaai.

De uitvinding beoogt een werkwijze en een inrichting voor het verwerken van een afvalprodukt te verschaffen, waarbij in hoofdzaak geen chemisch afval vrijkomt, terwijl een uit het afgas afgescheiden, metaalverbindingen bevattend precipitaat wordt gerecirculeerd. Bovendien kunnen gevormde reststoffracties (asfracties, loodfractie) verder verwerkt worden.

Aldus wordt de werkwijze volgens de uitvinding voor het verwerken van een afvalprodukt, dat een metaalfractie en een verbrandbaar materiaal bevattende fractie omvat, gekenmerkt door de stappen voor het: i) verwarmen van het afvalprodukt tot een verbrandings-temperatuur, waarbij het verbrandbare materiaal verbrandt ; ii) afscheiden van vrijgekomen metaal en as; iii) kraken van gevormd afgas door het afgas te verwarmen tot een kraaktemperatuur; iv) afkoelen van het gekraakte afgas; v) wassen van afgekoelde afgas; vi) precipiteren van in wasvloeistof aanwezige metaalverbindingen; en vii) recirculeren van het metaalverbindingen bevattende precipitaat naar de verbrandingsstap voor het afvalprodukt.

Door de verbranding van het afvalprodukt kunnen daaruit worden afgescheiden een metaalfractie en een asfractie die beide verder opgewerkt kunnen worden, alsook afgas, waaruit metaalverbindingen door achtereenvolgens kraken, wassen en precipiteren worden afgescheiden in een zodanige vorm, dat dit precipitaat kan worden gerecirculeerd en verbrand. Als gevolg van de verbranding van het precipitaat komen de verbrandingsprodukten voornamelijk terecht in de asfractie die naast metaalverbindingen anorganische zouten en inert materiaal bevat.

De verbranding van het afvalprodukt dient te geschieden in een continu proces met temperatuurbeheersing, aangezien het afvalprodukt veelal, als gevolg van een variërende samen stelling, geen constante kalorische waarde bezit. Door verbranding van een geschikte brandstof, zoals huisbrandolie en aardgas, en/of optimale primaire en secundaire, proportionele verbrandingsluchtsturing, kan voor een variatie in de kalorische waarde gecompenseerd worden, en de verbrandings-temperatuur ingesteld en gehouden op een vooraf gewenste temperatuur. De verbrandingstemperatuur ligt in het algemeen tussen 450-700°C. Een maximum verbrandingstemperatuur wordt in feite bepaald door de eventuele aanwezigheid van lood dat bij relatief lage temperaturen vluchtig is. De dampspanning van lood is afhankelijk van de samenstelling van de metaal-fractie en is voldoende laag tot verbrandingstemperaturen van rond 650'C. De looddampspanning kan echter sterk variëren met de samenstelling van het afvalprodukt. De verbrandingstemperatuur is echter nooit zo hoog dat aanwezige, andere metalen smelten. Een minimale verbrandingstemperatuur is die temperatuur, waarbij het verbrandbare materiaal in hoofdzaak wordt verbrand.

Door de verbranding van het afvalprodukt ontstaan een aantal produktstromen, namelijk: metaal dat na afkoelen veelal mechanisch gesorteerd wordt, een vloeibare loodstroom, een asstroom en tenslotte afgas. Als gevolg van de maximaal toelaatbare verbrandingstemperatuur is het verbrandbare materiaal niet volledig verbrand. Derhalve wordt het afgas vervolgens gekraakt bij een kraaktemperatuur, die in het algemeen is gelegen tussen 850 en 1250'C. Bij voorkeur ligt echter de kraaktemperatuur tussen 900 en 1200 °C, zoals 1150°C. Het kraken is nodig, aangezien de in het afgas aanwezige, ten dele verbrande verbindingen de latere scheidings-eenheden onnodig belasten, verstoppen en/of vervuilen. De kraaktemperatuur moet echter zodanig laag zijn dat de levensduur van de installatie economisch verantwoord en het energieverbruik niet buitensporig is. De verblijftijd van het afgas op de kraaktemperatuur is in het algemeen groter dan 3 seconden, maar is verder afhankelijk van de verbrandings- en kraaktemperatuur.

Het gekraakte afgas moet zo snel mogelijk afgekoeld worden, teneinde zijreacties, bijvoorbeeld dioxinevorming, zoveel mogelijk te onderdrukken. Het af koelen kan geschieden door middel van directe en indirecte warmtewisseling, zoals quenchen met water, tot een temperatuur van circa 300"C. Vervolgens kan verder afgekoeld worden tot een temperatuur van circa 100-150°C.

Vanwege de totale recirculatie van het precipitaat wordt van het te verwerken afvalprodukt en van de te gebruiken chemicaliën en hulpstoffen geëist, dat hun samenstelling zodanig is, dat de vorming van anorganische verbindingen en zouten die geen metaalelement, maar bijvoorbeeld alkali- en aardalkali-elementen bevatten, zoveel mogelijk wordt vermeden.

Het afgas dat afkomstig is uit het verbrandingsproces wordt gewassen teneinde daaruit verontreinigingen te verwijderen, waardoor het gewassen afgas kan worden geloosd in de atmosfeer.

Teneinde optimale procescondities te bewerkstellingen en onnodige vervuiling en corrosie van de installatie te vermijden, omvat het wassen van het afgas bij voorkeur twee wasstappen, namelijk wassen met een zure wasoplossing, gevolgd door wassen met een alkalische wasoplossing.

Voor de zure wasoplossing kan in principe water, eventueel met metalen verontreinigd grondwater worden gebruikt, aangezien in het afgas aanwezige zure verbindingen, zoals zoutzuur, in het water zullen oplossen, waardoor de zure wasoplossing een pH krijgt die in het algemeen ligt tussen 1-2.

De alkalische wasoplossing bevat bij voorkeur vanwege het vereiste voor de recirculatie van het precipitaat, ammoniak, eventueel ten dele aangevuld met natronloog of kaliloog. De pH van de alkalische wasoplossing is in het algemeen 5 tot 7. Ook voor de alkalische wasoplossing kan met metalen verontreinigd grondwater gebruikt worden.

Eventueel na recirculatie, worden de beladen zure en alkalische wasoplossingen gecombineerd tot een wasvloeistof die in het algemeen een pH heeft die is gelegen tussen 3-4.

Het gewassen afgas, waaruit zoveel mogelijk metaalverbindingen en organisch en anorganisch materiaal is verwijderd, wordt tenslotte nagezuiverd door het in contact te brengen met een adsorptiemateriaal, zoals een calciumvrije, zwakzure kool, waarin resten organische verbindingen en zure verbindingen worden geadsorbeerd. Doordat het adsorptiemateriaal eveneens een zodanige samenstelling bezit, dat verbranding daarvan in hoofdzaak geen anderen verbindingen oplevert dan metaalverbindingen en verbrandbare verbindingen, alsook in as toelaatbare stoffen (anorganische zouten en inert materiaal), kan het adsorptiemateriaal, nadat het beladen is, worden toegevoerd aan het verbrandingsproces, waarin het wordt verbrand met het afvalprodukt. Aldus kan ook een afvalstroom in de vorm van beladen adsorptiemateriaal worden verwerkt in het proces volgens de uitvinding.

Tenslotte wordt het nagezuiverde afgas verwarmd en bezit het een zodanige samenstelling dat het kan worden afgelaten in de atmosfeer.

De met metaalverbindingen beladen wasvloeistof wordt vervolgens zodanig behandeld, dat de metaalverbindingen zoveel mogelijk daaruit verwijderd worden en het gezuiverde waswater kan worden afgevoerd naar het milieu. Voor het precipiteren van aanwezige metaalverbindingen wordt de pH van de wasvloeistof verhoogd tot circa pH 9-10 met behulp van ammoniak, eventueel aangevuld met natronloog.

Voor een goede vlokvorming van de gevormde metaal-hydroxiden, is het van belang dat een coagulatiemiddel, bijvoorbeeld ijzerchloride of aluminiumchloride, wordt toegevoegd. De toegevoegde hoeveelheid coagulatiemiddel is afhankelijk van de chloorconcentratie in het afgas. De chloorconcentratie in het afgas is op zijn beurt afhankelijk van de chloorconcentratie in het afvalprodukt. Bij voorkeur wordt de chloorconcentratie in hoofdzaak constant gehouden door bijvoorbeeld aan het afvalprodukt chloor bevattend, verbrandbaar materiaal toe te voegen, zoals polyvinyl-chloride.

Tevens wordt een coprecipitatiehulpmiddel en eventueel een polyelektrolyt als vlokmiddel toegevoegd.

Het gevormde precipitaat dat voor een belangrijk deel bestaat uit metaalverbindingen, zoals metaalhydroxiden, wordt ingedikt en ontwaterd, waarbij afgescheiden water wordt gerecirculeerd naar de eenheid waarin het precipitaat wordt gevormd.

Het gevormde precipitaat bevat in het algemeen 20-50 gew.% metaalverbindingen. Verder bevat het precipitaat anorganische zouten en inert materiaal. Het precipitaat wordt teruggevoerd naar de verbrandingsoven en na verbranding komen hiervan componenten uit het precipitaat voor een belangrijk deel terecht in de asfractie.

Deze asfractie kan worden afgevoerd naar smelterijen, aangezien de samenstelling van het precipitaat voldoet aan de eisen die worden gesteld door smelters. Deze eisen zijn voor chloor kleiner dan 2 gew.% bij een metaalgehalte van circa 30 gew.%.

In de werkwijze volgens de uitvinding voor het verwerken van een afvalprodukt kan grondwater worden gebruikt dat verontreinigd is met metaalverbindingen. Deze metaalverbindingen worden uit het afvalwater verwijderd tijdens de precipitatie en na verbranding komen de uit het grondwater afkomstige metalen terecht in ofwel de asfractie, dan wel in de vloeibare loodstroom. Het gezuiverde water kan worden afgevoerd naar het riool. Aldus is het mogelijk om deze werkwijze uit te voeren op een plaats, waarvan de bodem is verontreinigd met metaal- en andere verbindingen en door het oppompen van grondwater wordt een verdere verspreiding van de bodemverontreiniging tegengegaan.

De uitvinding heeft verder betrekking op een inrichting waarin de hiervoor beschreven werkwijze kan worden uitgevoerd. Deze inrichting wordt volgens de uitvinding gekenmerkt doordat hij omvat: i) een continue verbrandingsoven met een toevoer voor het afvalprodukt, een afvoer voor vrijgekomen metaal, een asafvoer en eventueel een afvoer voor vloeibaar lood; ii) een kraakeenheid die via een afgasleiding is verbonden met de verbrandingsoven; iii) een koeleenheid die via een kraakgasleiding is verbonden met de kraakeenheid; iv) een waseenheid met tenminste één inlaat en één uitlaat voor wasvloeistof, welke waseenheid via een afgasleiding is verbonden met de koeleenheid, en die is aangesloten op een schoorsteen; en v) een precipitatie-eenheid voor het precipiteren van metaalverbindingen uit de wasvloeistof, welke precipitatie-eenheid via een precipitaatleiding is verbonden met de verbrandingsoven.

Genoemde en andere kenmerken van de werkwijze en inrichting volgens de uitvinding zullen hierna verder verduidelijkt worden aan de hand van een niet-limitatief uitvoeringsvoorbeeld dat louter dient ter illustratie van de uitvinding.

In de tekening is figuur 1 een stroomdiagram voor de verwerking van een metaal en verbrandbaar materiaal bevattend afvalprodukt, namelijk bitumen bevattende grondkabels, waaraan 10% polyvinylchloride bevattend afval is toegevoegd.

Het afvalprodukt 1, bitumen bevattende grondkabels die zijn gesneden in stukken van circa 1 meter lengte en gemengd met 10% polyvinylchloride bevattend afval, wordt toegevoerd met een debiet van 1.500 kg per uur aan een continue verbrandingsoven, bijvoorbeeld een sinterbandoven. In de verbrandingsoven 2 wordt het afvalprodukt 1 verbrand bij een temperatuur van circa 600°C. Door de verbranding wordt het afvalprodukt 1 omgezét in een aantal produktstromen.

Vrijgekomen metaal wordt via een afvoer 3 toegevoerd aan een koeleenheid 4, waarna de afgekoelde metaalstrengen terechtkomen op een sorteerband 5, en met de hand gesorteerd worden.

Bij de verbranding ontstaan, vloeibaar lood wordt na afscheiding van as, die naast metaalverbindingen, anorganische zouten en inert materiaal bevat, via een afvoer 6 afgevoerd. De as wordt afgevoerd via de asaftap 7.

Tenslotte wordt tijdens de verbranding gevormd afgas via een afgasleiding 8 toegevoerd aan een regeneratieve warmtewisselaar 9, waarin het afgas wordt gebracht op eèn kraaktemperatuur van circa 1150°C. De voor het verwarmen van het afgas tot de kraaktemperatuur benodigde warmte wordt geleverd door het in een verbrandingseenheid 10 verbranden van brandstof 11. Het afgas bevindt zich ongeveer 3 seconden op de kraaktemperatuur, en wordt vervolgens via een kraakgas-leiding 12 toegevoerd aan een koeleenheid 13, waarin met behulp van water 14 het gekraakte afgas wordt gequencht of gekoeld tot een temperatuur van circa 300°C.

Via een afgasleiding 15 wordt het afgas toegevoerd aan een waseenheid 16. De waseenheid wordt gevormd door een zure waseenheid 17 en een alkalische waseenheid 18.

In de zure waseenheid wordt het afgas gewassen met verontreinigd grondwater 19, dat wordt gerecirculeerd via een van een pomp 20 voorziene recirculatieleiding 21.

Op dezelfde wijze wordt het zuur gewassen afgas vervolgens gewassen met een alkalische wasoplossing 22, die wordt bereid uit grondwater waaraan ammoniak en eventueel natronloog zijn toegevoegd voor het bereiken van een pH 5-7. De alkalische wasoplossing wordt gerecirculeerd via een van een pomp 23 voorziene recirculatieleiding 24.

Het gewassen afgas wordt vervolgens geleid door een adsorptiekolom 25, die is gevuld met een zwakzure, calcium-vrije kool. Tenslotte wordt het afgas opgewarmd in een ver-warmingseenheid 26 en via een schoorsteen 27 geloosd.

De beladen zure wasoplossing en alkalische wasoplossing worden gedoseerd via de kleppen 28 respectievelijk 29 gecombineerd afgevoerd via de wasvloeistofleiding 30. De wasvloeistof heeft een pH 3-4 en wordt toegevoerd aan een meertraps menger 31. In de meertraps menger 31 worden via de toevoer-leiding 32 achtereenvolgens loog, bijvoorbeeld NH4 OH, een coagulatiemiddel, bijvoorbeeld ijzertrichloride, en een coprecipitatiemiddel, bijvoorbeeld TMT15 van Degussa, toegevoegd.

Door toevoer van loog krijgt de vloeistof in de menger 31 een pH van ongeveer 9, waardoor metaalhydroxiden ontstaan en onderling aggregeren tot vlokken.

In een klaarder 34 wordt een polyelektrolyt 35 toegevoegd, en afgescheiden effluent 36 dat opgeloste zouten bevat, wordt eventueel na filtratie van resten zwevende stofdeeltjes geloosd.

Het precipitaat wordt via de leiding 37 toegevoerd naar een indikker 38. Van het ingedikte precipitaat wordt in het algemeen 30-70%, in dit geval 50% via de leiding 39 gerecirculeerd naar de menger 31.

Het resterende deel van het ingedikte precipitaat wordt in een ontwateringseenheid 40 ontwaterd, waarna het ontwaterde precipitaat via de routing 41 wordt teruggevoerd naar de oven 2. Bij het ontwateren vrijgekomen water wordt via de leiding 42 teruggevoerd naar de menger 31.

In de navolgende tabel wordt de samenstelling gegeven voor het niet gereinigde afgas. Na de hierin beschreven reiniging zal het afgas nagenoeg voldoen aan de Richtlijn verbranden 1989 (Richtlijn vebranden. Ministerie VROM, augustus 1989).

niet gereinigd afgas (kg/h) CO 0,6 HCl 10

Stof 7 S02 4 H2S 0,5 HF 0,1’

Pb (gas + stof) 0,5

Cu (gas + stof) o,i

Zn (gas + stof) o,i

Sb (gas + stof) 0,02 ΝΟχ 0,6 PC DD (ng TEQ/m3) 0,1 PC DF (ng TEQ/m3) 0,1 op basis 19.000 kg/hr afgassen

Claims (21)

1. Werkwijze voor het verwerken van een afvalprodukt dat omvat een metaalfractie en een verbrandbaar materiaal bevattende fractie, omvattende de stappen voor het: i) verwarmen van het afvalprodukt tot een verbrandings-temperatuur, waarbij het verbrandbare materiaal verbrandt ; ii) afscheiden van vrijgekomen metaal en as; iii) kraken van gevormd afgas door het afgas te verwarmen tot een kraaktemperatuur; iv) afkoelen van het gekraakte afgas; v) wassen van afgekoelde afgas; vi) precipiteren van in wasvloeistof aanwezige metaalverbindingen; en vii) recirculeren van het metaalverbindingen bevattende precipitaat naar de verbrandingsstap voor het afvalprodukt.

2. Werkwijze volgens conclusie lf waarin het wassen van het afgas omvat: v-a) wassen met een zure wasoplossing; en v-b) wassen met een alkalische wasoplossing.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, waarin de wasoplossing in hoofdzaak geen aardalkalimetalen bevat.

4. Werkwijze volgens conclusie 1-3, waarin het gewassen afgas in contact wordt gebracht met een adsorptiemateriaal.

5. Werkwijze volgens conclusie 4, waarin het adsorptiemateriaal een aardalkalimetaalvrij adsorptiemateriaal is.

6. Werkwijze volgens conclusie 4 of 5, waarin beladen adsorptiemateriaal wordt gerecirculeerd naar de verbrandingsstap voor het afvalprodukt.

7. Werkwijze volgens conclusie 2-6, waarin de met metaalverbindingen beladen, zure en alkalische wasoplossingen worden gecombineerd tot een te reinigen afvalwaterstroom.

8. Werkwijze volgens conclusie 1-7, waarin aan de beladen afvalwaterstroom een vlokmiddel en een precipitatie-middel wordt toegevoegd.

9. Werkwijze volgens conclusie 1-8, waarin voor de wasoplossing verontreinigd grondwater wordt gebruikt.

10. Werkwijze volgens conclusie 1-9, waarin het afval-produkt lood bevat en vloeibaar lood van het vrijgekomen metaal en as wordt afgescheiden.

11. Werkwijze volgens conclusie 1-10, waarin aan het afvalprodukt chloor bevattend, verbrandbaar materiaal wordt toegevoegd.

12. Werkwijze volgens conclusie 1-11, waarin de ver-brandingstemperatuur is gelegen tussen ongeveer 450 en 700®C.

13. Werkwijze volgens conclusie 1-12, waarin de kraak-temperatuur is gelegen tussen ongeveer 850 en 1250°C, bij voorkeur tussen ongeveer 900 en 1200°C.

14. Werkwijze volgens conclusie 1-13, waarin het gerecirculeerde precipitaat 20 tot 50 gew.% metaalverbindingen bevat.

15. Werkwijze volgens conclusie 1-14, waarin het afgescheiden precipitaat ten dele wordt gerecirculeerd naar de precipitatiestap.

16. Inrichting voor het verwerken van een afvalprodukt dat omvat een metaalfractie en een verbrandbaar materiaal bevattende fractie, omvattende: i) een continue verbrandingsoven met een toevoer voor het afvalprodukt, een afvoer voor vrijgekomen metaal, een asafvoer en eventueel een afvoer voor vloeibaar lood; ii) een kraakeenheid die via een afgasleiding is verbonden met de verbrandingsoven; iii) een koeleenheid die via een kraakgasleiding is verbonden met de kraakeenheid; iv) een waseenheid met tenminste één inlaat en één uitlaat voor wasvloeistof, welke waseenheid via een afgasleiding is verbonden met de koeleenheid, en die is aangesloten op een schoorsteen; en v) een precipitatie-eenheid voor het precipiteren van metaalverbindingen uit de wasvloeistof, welke precipi- tatie-eenheid via een precipitaatrouting is verbonden met de verbrandingsoven.

17. Inrichting volgens conclusie 16, waarin de waseenheid omvat: iv-a) een zure waseenheid met een inlaat voor een zure wasoplossing; en iv-b) een alkalische waseenheid met een inlaat voor een alkalische wasoplossing.

18. Inrichting volgens conclusie 17, waarin uitlaten voor beladen zuren en alkalische wasoplossingen samenkomen in een gemeenschappelijke afvoer voor wasvloeistof.

19. Inrichting volgens conclusie 16-18, waarin na de waseenheid een adsorptiekolom voor gewassen afgas is geschakeld.

20. Inrichting volgens conclusie 19, waarin het adsorptiemateriaal een aardalkalimetaalvrij adsorptie-materiaal is.

21. Inrichting volgens conclusie 16-20, waarin een inlaat voor wasvloeistof is verbonden met een grondwater-leiding.