NO156261B - Fremgangsmaate og apparat for pyrolytisk destruksjon av avfall. - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte

og et apparat for pyrolytisk destruksjon av avfallsmaterialer, såsom polyklorerte bifenyler (PCB).

Det finnes et tiltakende antall giftige eller farlige forbindelser som det er forbudt å bruke og som man må kvitte seg med på en effektiv måte. I tillegg til polyklorerte bifenyler kommer også organofosfor, organonitrogen og organometalliske forbindelser, liksom andre materialer, som finnes i omfattende mengder og krever effektive midler for fjerning og ødeleggelse. Størsteparten av de giftige forbindelser forekommer i sammensatte masser som ofte omfatter organiske og uorganiske komponenter

i kombinasjon såsom kondensatorer mettet med polyklorerte bifenyler, og for disse finnes det lite eller ingen sikker fjernings-/ ødeleggelsesteknologi.

Ulike fremgangsmåter har vært forsøkt for å fjerne slike giftige avfallsmaterialer, herunder termisk destruksjon, kjemisk giftfjerning, langvarig innkapsling og spesielle jordfyllmetoder. Med unntagelse av forbrenning ved høy temperatur har man hatt lite hell med seg for sikker fjerning av slike avfallsmaterialer. De fremgangsmåter som har vært forsøkt har enten ikke vært i stand til å håndtere noe annet enn homogene avfallsstrømmer, eller de har bare vært i stand til å ta seg av relativt lave konsentrasjoner av giftige forbindelser i avfallsmaterialene. Dessuten har svært få av de fjerningsmetoder man har utprøvd

til i dag latt seg utnytte ervervsmessig, etter som det ikke har vært mulig å demonstrere for de ulike reguleringsorganer at disse metoder er fullstendig sikre.

Av de tidligere kjente fremgangsmåter har termisk destruksjon vært mest lovende. De giftige avfallsmaterialer er imidlertid vanligvis meget stabile organiske molekyler, og de krever lange oppholdstider ved høye temperaturer for iverksettelse av termisk destruksjon. Noen forbrennings- eller destruksjonssys-temer kan skape de nødvendige betingelser, men de anlegg som kreves har meget stort omfang, og ofte byr forbrenningsproduktene på et like stort fjerningsproblem som de opprinnelige giftige avfallsmaterialer.

Det har tidligere vært gjort forsøk på å benytte elektriske plasmabuer for å ødelegge giftig avfall. Laboratoriedemonstra-sjoner har vist at en plasmabue er i stand til å forstøve og ionisere giftige organiske forbindelser, og at disse atomer og ioner gjenforbindes til enkle produkter. Selv om det dannes gjen-værende giftige materialer, kan disse oppfanges, slik at det ikke slippes ut noen betydelig mengde giftige materialer i omgivelsene.

Inntil den foreliggende oppfinnelse har det imidlertid

ikke blitt frembrakt noen kommersielt gjennomførbar fremgangsmåte for pyrolytisk destruksjon av avfall med tilstrekkelig høy grad av pålitelighet og effektivitet til å tilfredsstille regulerings-myndigheter om at denne fremgangsmåte til avfallsfjerning er sikker.

Ved den foreliggende oppfinnelse benyttes en plasmabueanord-ning for å ionisere og atomisere avfallsmaterialer, men deretter nøytraliseres og renses de gjenforbundne produkter på en enkel, økonomisk og effektiv måte, hvor effektiviteten er tilstrekkelig høy til å kunne betraktes som sikker for omgivelsene.

Ifølge oppfinnelsen er det frembrakt en fremgangsmåte for pyrolytisk destruksjon av avfallsmaterialer, hvor man utsetter avfallet for en plasmabue med høy temperatur for å atomisere og ionisere avfallet. Det atomiserte og ioniserte avfall avkjøles deretter i et reaksjonskammer for å danne gjenforbundne produkter, herunder produktgass og partikkelformet stoff. De gjenforbundne produkter avkjøles med en alkalisk atomisert dusj for å nøytralisere samme og fukte partikkelmaterialet. Produktgassen utvinnes fra de gjenforbundne produkter, og den utvunnete produktgass forbrennes.

Det er ifølge oppfinnelsen også frembrakt et apparat for pyrolytisk destruksjon av avfallsmaterialer. Apparatet omfatter en plasmabrenner som innbefatter minst kolineære hule elektroder og organ for å stabilisere en plasmabue mellom disse. En kraftforsyning er koplet til elektrodene for å frembringe plasmabuen, og det er sørget for kjøleorgan for avkjøling av elektrodene.

En reaksjonsbeholder er koplet til plasmabrenneren og er forsynt med et reaksjonskammer med ildfast foring for å ta imot plasmabuen. Det finnes organ for innføring av avfall i plasmabuen for atomisering og ionisering og deretter gjenforbindelse til gjenforbundne produkter i reaksjonskammeret. Reaksjonsbeholderen innbefatter et utløp for å fjerne de gjenforbundne produkter fra samme. En sprøytering kommuniserer med reaksjonsbeholderens utløp. Et forråd av alkalisk fluidum under trykk er koplet til og kommuniserer med sprøyteringen for avkjøling og nøytralisering av de gjenforbundne produkter. En gassvasker kommuniserer med sprøyteringens utløp for å skille produktgass fra flytende partikkelmateriale i de gjenforbundne produkter, og organ er koplet til gassvaskeren for å fjerne det flytende partikkelmateriale og produktgass fra samme.

Foretrukne utførelsesformer av oppfinnelsen vil nå bli beskrevet som eksempler og under henvisning til de medfølgende tegninger, hvor: Fig. 1 viser et skjematisk riss av den foretrukne utførel-sesform av apparatet som brukes for den pyrolytiske destruksjon av avfallsmaterialer ifølge den foreliggende oppfinnelse. Fig. 2 viser et vertikalt snittriss av gassvaskeren som anvendes i apparatet ifølge fig. 1.

Fig. 3 viser et snittriss etter linjen 3-3 i fig. 2.

Fig. 4 viser et vertikalt snittriss av karbonfilteret som anvendes i apparatet ifølge fig. 1.

Fig. 5 viser et snittriss etter linjen 5-5 i fig. 4.

Fig. 6 viser et skjematisk riss av en del av fig. 1 vist

i forstørret målestokk og representerer en annen utførelsesform av en plasmabrenner som anvendes ved den foreliggende oppfinnelse .

Det henvises til tegningene, hvor plasmapyrolysesystemet ifølge den foreliggende oppfinnelse generelt er angitt ved henvis-ningstall 10. Pyrolysesystemets 10 hovedkomponenter innbefatter en plasmabrenner 12 for atomisering og ionisering av avfall.

En reaksjonsbeholder 14 mottar det atomiserte og ioniserte avfall og her avkjøles og gjenforbindes det til produktgass og partikkelformet stoff. Disse gjenforbundne produkter passerer ut av reaksjonsbeholderen 14 og gjennom en gassvasker 16, hvor de avkjøles og nøytraliseres ved hjelp av en alkalisk dusj med høyt trykk.

De gjenforbundne produkter trekkes deretter gjennom en gassvasker

18, hvor produktgassen skilles fra flytende partikkelmateriale.

En induksjonsvifte 20 leverer deretter produktgassen enten til

en forbrenningsanordning (flare stack) 22 for forbrenning eller til et aktivert karbonfilter 24. Hele apparatet for plasmapyrolysesystemet 10 er meget kompakt, idet det i sin helhet kan få plass i en 13,7 m tilhenger eller kjøretøy av transportvogntype, slik at pyrolysesystemet 10 blir mobilt og kan transporteres til en hvilken som helst plass hvor det finnes giftige avfallsmaterialer som skal ødelegges.

Plasmabrenneren 12 har et par kolineære hule elektroder

26, 28 som innvendig er koplet til en passende kraftforsyning 30 gjennom elektriske kabler, henholdsvis 32 og 34. Kraftforsyningen 30 er en vannkjølt sekspuls-tyristorenhet med en merkeeffekt på 500 kW og innrettet til å koples til en primær 480 volts trefase-matekabel fra en kommersiell stikkledning. Kraftforsyningen 30 leverer likestrømseffekt til elektrodene 26, 28 for å sørge for variabel plasmaeffekt på fra 200 til 500 kW.

Den av plasmabrenneren 12 frembrakte plasmabue er en høy-temperaturplasma (temperaturene er i overkant av 5000°C og kan nå opp i 50.000°C), i motsetning til en lavtemperaturplasma,

hvor det kreves en inert gass eller et vakuum for å sette igang og holde vedlike plasmabuen.

Plasmabuen i plasmabrenneren 12 stabiliseres eller kolli-meres ved hjelp av ringformete elektromagnetiske feltspoler 36,

38 som roterer buen. Dessuten kan et ringformet gap 40 utformet mellom elektrodene 26, 28 via en lufttilførselsledning 44, som har en passende reguleringsventil 46, koples til et høytrykks-gassforråd 42, og forsynt med en passende gassinnstrømningsring, idet høytrykksluftforrådet kan utnyttes til å skape en hvirvel inne i plasmabrenneren 12, hvilket også bidrar til å rotere eller kollimere buen. Hvirvelluften tilføres til plasmabrenneren 12

med en sa lav strømningshastighet som 0,57 m 3 pr. minutt og ved et trykk på 690 kPa. Denne luftmengde er uten betydning, etter som den utgjør mindre enn 1 eller 2% av den støkiometriske luftmengde som kreves for forbrenningen av de fleste organiske avfallsmaterialer, slik at fremgangsmåten fremdeles er i det vesentlige pyrolytisk.

Elektrodene 26, 28 og de elektromagnetiske feltspoler 36,

38 avkjøles ved hjelp av sirkulerende kjølevann rundt eller igjennom dem i kjølekanaler 47, 49. Kjølekanalene 47, 49 er koplet til et forråd av kjølevann i en kjøletank eller -reservoar 48, typisk på 590 liter, som sirkuleres i en lukket krets ved en typisk hastighet på 160 liter pr. minutt under et typisk trykk på 690 kPa. En hensiktsmessig pumpe 50 er anbrakt i kjølevanns-tilførselsledningen 52, og en ventil 54 er anordnet i kjølevan-nets returledning 56. Ventilen 54 kan benyttes til å regulere kjølevannets strømningshastighet, alternativt kan vannstrømningen holdes konstant, idet en varmeveksler (ikke vist) kan koples inn i kjølevannets returledning for å regulere kjølevannskretsens varmefjerningstakt. En del av kjølevannet sirkuleres også gjennom kjølekapper på elektriske kraftforsyningskabler 32, 34 ved kjøle-ledninger 58 for å avkjøle de elektriske kabler 32, 34. Til kjølingen blir det benyttet kondisjonert eller avionisert vann.

Selve konstruksjonen av plasmabrenneren .12 blir i og for seg ikke ansett som noen del av den foreliggende oppfinnelse og vil derfor ikke bli beskrevet ytterligere i detalj. Den grunn-leggende plasmabrenner 12 kan imidlertid fås fra Westinghouse Electric Corporation i Pittsburgh, Pennsylvania, U.S.A., og dens konstruksjon er i det vesentlige lik den som er vist i US-patent-skrift 3.832.519, utstedt 27. august 1974.

Avfall mates til plasmabrenneren 12 gjennom en mateledning 60 for avfall ved en hastighet på ca. 4,5 liter pr. minutt. Avfallsmateledningen 60 er koplet til én eller flere ringformete innløpsorganer 62 (bare én slik ring er vist i fig. 1) koaksialt montert mellom (som i fig. 1) eller etter (som i fig. 6) de hule elektroder 26, 28. Avfallet strømmer gjennom innløpsringen 62

for å bli sprøytet direkte inn i det kolineære elektrodemellomrom avgrenset av elektrodene 26, 28. Det er ikke nødvendig å sprøyte eller forstøve avfallsmaterialet idet det kommer inn i plasmabrenneren 12 .

Fig. 6 viser en annen utførelsesform, hvor innløpsringen

62 er koaksialt plassert ved elektrodens 28 utløpsende i nærheten av reaksjonsbeholderen 14. Også ved denne utførelsesform blir avfallet matet direkte inn i plasmabuens "hals", men nedstrøms av det ringformete gap 40, hvor buen settes igang, i tilfelle innstrømningen av avfallet skulle gripe forstyrrende inn i dannel-sen eller frembringelsen av plasmabuen.

Avfallsforrådet innbefatter to reservoarer 64 og 66. Reservoaret 64 inneholder ikke-giftig organisk fluidum såsom etanol, som mates til plasmabrenneren 12 under oppstartingsfasen som

en forstadiumsmating inntil systemet oppnår stabil tilstand,

og også under stansing av pyrolysesystemet 10 for å spyle systemet. Reservoaret 66 inneholder det avfall som skal ødelegges, og i det foretrukne utførelseseksempel befinner dette seg i flytende eller flytendegjort form. Reservoarene 64, 66 er koplet til en treveisventil 68 gjennom tilførselsledninger 70, 72. En avfallsmatepumpe 74 med variabel hastighet leverer enten det ikke-giftige organiske fluidum eller avfallet til plasmabrenneren 12 gjennom avfallsmateledningen 60, og en ekstra stengeventil 76 er anordnet i avfallsmateledningen 60 for å avbryte strømmen av avfall dersom det skulle oppstå ugunstige forhold, slik som videre beskrevet nedenfor.

Plasmabrenneren 12 er koplet til reaksjonsbeholderen 14

på en hensiktsmessig måte. Reaksjonsbeholderen 14 omfatter en sylindrisk mantel av rustfritt stål med en ildfast foring 78, idet reaksjonsbeholderens 14 indre hulrom danner et reaksjonskammer 79 med et volum på ca. 2 m^. Den ildfaste foring 78 er dannet av kaolinspunnet fibermateriale og selges under varemerket KAOWOOL av Babcock & Wilcox Refractories i Burlington, Ontario, Canada. Vanlig temperaturområde inne i reaksjonskammeret er mellom 900 og 1200°C. Reaksjonsbeholderen 14 innbefatter et hulsylindrisk element 80 koaksialt montert for å kommunisere med plasmabrennerens elektroder 26, 28. Sylinderelementet 80 omfatter en hul indre grafittsylinder 82 for å ta imot og lede plasmabuen inn i reaksjonsbeholderen 14. Kjølevannskanaler 84, 86 kommuniserer med kjølevannskanalene 47, 49 i plasmabrenneren 12 for å avkjøle grafittsylinderen 82. Sylinderelementet 80 er også fylt med KAOWOOL ildfast materiale for å beskytte kjølevanns-kanalene .

Reaksjonsbeholderen 14 innbefatter også en grafittherd eller utløpsskjerm 88 som befinner seg i aksial avstand fra grafittsylinderen 82. Bortsvinnende plasmapartikler som stråles ut fra det sylindriske element 80 treffer utløpsskjermen 88 av grafitt. Utløpsskjermen 88 innbefatter tverrgående utløpsåpninger 90 som kommuniserer med den hule midte av grafittskjermen 88

for å danne reaksjonsbeholderens 14 utløp. De tverrgående utløps-åpninger 90 avstedkommer tilstrekkelig turbulens til å sikre at partikkel- eller askemateriale dannet i reaksjonsbeholderen kan passere ut gjennom reaksjonsbeholderens utløp.

Området inne i plasmabrenneren 12 og grafittsylinderen

82 tjener som en atomiseringssone med bremset strømning (plug flow atomization zone) mens det indre av reaksjonsbeholderen tjener som en kombinert (blandet) gjenforbindelsessone. Oppholdstiden inne i atomiseringssonen er typisk ca. 500 mikrosekunder, og oppholdstiden inne i gjenforbindelsessonen er typisk ca.

1 sekund.

Sprøyteringen 16 er koplet til reaksjonsbeholderens utløp for å ta imot produktgass og partikkelformet stoff som strømmer ut fra dette. Sprøyteringen 16 er fremstilt av rustfritt stål og omfatter en indre hulsylindrisk hylse 92 hvori er montert tre ringformete rekker av innadrettede sprøytedyser 94. Den peri-feriske posisjon av hver rekke av sprøytedyser 94 er ensartet parallellforskjøvet. Sprøytedysene 94 kommuniserer med en ringformet kanal 96, som er fylt med herdevæske med høyt trykk. Sprøytedysene 94 atomiserer eller forstøver denne herdevæske

til dannelse av en ensartet dusj av dråper av mikronstørrelse for å bråkjøle produktgassen og partikkelmaterialet som passerer igjennom sprøyteringen 16. Innerdiameteren av den indre hylse 92 er ca. 10,5 cm og innerhylsen 92 er ca. 25,5 cm lang.

Den ringformete kanal 96 i sprøyteringen er forbundet med et reservoar 98 for herdevæske med høyt trykk. Reservoaret 9 8

er typisk en tank eller beholder på 136 liter og mates fra en tappevannforsyning 100 gjennom en passende ventil 102. Om ønskes kan det utformes en luftspalte (ikke vist) før ventilen 102 for å isolere pyrolysesystemet 10 fra tappevannforsyningen. Herdevann i reservoaret 98 tilføres sprøyteringen 16 ved anvendelse av en pumpe 104 med variabel hastighet og med en merkeeffekt på 45 liter pr. minutt og 1.034 kPa. En del av denne strøm av herdevann kan benyttes for avkjøling av tyristoren i kraftforsyningen før den igjen slutter seg til hovedstrømmen, selv om dette ikke er vist i fig. 1. En ventil 106 anbrakt i herdevannstilførsels-ledningen 108 opprettholder strømningen av herdevann ved en hastighet på ca. 20 til 40 liter pr. minutt.

Et reservoar 110 for et alkaliforråd er anordnet for å tilsette alkalisk materiale til det til sprøyteringen 16 tilførte herdevann. Alkalireservoaret 110 er typisk en 250 liters beholder inneholdende natriumhydroksyd eller kaustisk soda. En pumpe 112 med variabel hastighet og taksert til 9 liter pr. minutt og 1.034 kPa leverer kaustisk soda gjennom en passende ventil 114 til tilførselsledningen 108 for herdevann. Tilstrekkelig natriumhydroksyd tilføres herdevannet til å nøytralisere eventuelle sure gasser som strømmer ut fra reaksjonsbeholderen 14, og for dette formål kontrolleres pumpens 112 utløp av en pH-sensor eller -føler (ikke vist) som overvåker pH-verdien av herdevannet som opptrer i gassvaskeren 18. Uttrykket "nøytralisere" er i forbindelse med denne fremstilling beregnet til å bety en pH-verdi som typisk ligger mellom 5 og 9.

Gassvaskeren 18 har som vist et sentralt innløp 116, som

er koplet til sprøyteringens 16 utløp gjennom en passende ledning 118. Gassvaskeren 18 er en sylindrisk tank av rustfritt stål,

som typisk er ca. 60 cm i diameter og 1 m i høyde, og omfatter et sentralt vertikalt rør 120, som har en diameter på ca. 12

cm og en lengde på ca. 70 cm, hvilket rør står i forbindelse med innløpet 116. En utvidet metallkurv 122 montert inne i gassvaskeren 18 har en massiv bunnplate 124 med en flerhet av radialt forløpende krumme skovler eller vinger 12 6, slik at strømmen av gjenforbundne produkter ned gjennom det sentrale innløpsrør 120 slår an mot bunnplaten 124 og vingene 126 for å bringe denne til å bevege seg i hvirvelstrømning mot urviserne. Den utvidete metallkurv 122 har et par ledeplater av blikk 128 ved omkretsen og i innbyrdes vertikal avstand. På denne måte skapes det trykk-forskjeller over den utvidete metallkurvens vegger, slik at strøm-men gjennom disse forårsaker at flytende og partikkelformet stoff skilles fra produktgass i de gjenforbundne produkter. I dette henseende er gassvaskeren 18 en mekanisk gassvasker. Produktgassen fortsetter å strømme oppover og ut gjennom et rørkne 13 0 anordnet i banen for hvirvelstrømmen. Kneet 130 danner et gass-vaskerutløp 132 som er tilkoplet gjennom en passende ledning 134 (se fig. 1) som fører til sugesiden av induksjonsviften 20.

Gassvaskeren 18 har en nedre sump 136, hvor flytende og partikkelformet stoff samler seg for å trekkes ut ved hjelp av en lensepumpe 138 og leveres gjennom en tømmeledning 140 til en kloakk eller en tank for ytterligere behandling. Et kontroll-organ 144 for væskenivået er montert i gassvaskerens 18 sump for å styre pumpen 138, og en treveisventil 146 er anordnet for å lede det flytende og partikkelformete stoff til en stikkprøve-ledning 148 dersom dette er ønskelig.

Induksjonsviften 20 er typisk dimensjonert for 21,2 m^

pr. minutt og den virker kontinuerlig på gassvaskeren 18 og reak-

sjonsbeholderen 14 for å opprettholde atmosfærisk til ubetydelig undertrykk i systemet. Produktgass fra gassvaskeren 18 passerer gjennom induksjonsviften 20 og leveres til en treveisventil 150. Under normal drift passerer strømmen av produktgass gjennom ventilen 150 til forbrenningsanordningen (flare stack) 22, hvor den antennes elektrisk. Gassen er for størstedelen hydrogen, karbonmonoksyd og nitrogen, slik at den brenner med en ren flamme ved en temperatur på ca. 1800 til 2100°C. Anordningen 22 tjener som en kontrollanordning mot luftforurensning idet den forbrenner brenngass og eventuelle andre sporprodukter. Produktgassen kan alternativt benyttes som brenngass istedenfor å forbrennes i en fakkel. Den produktgass som leveres til fakkelrøret 22 utsettes for prøvetaking ved hjelp av en hensiktsmessig sensor 152, som er koplet til analyseutstyr 154 for produktgass som nærmere beskrevet i det følgende.

Karbonfilteret 24 er koplet til treveisventilen 150 gjennom en innløpsledning 156 som fører til et innløp 158 i karbonfilteret 24. Karbonfilteret 24 innbefatter en rektangulær kasse eller hus 160 omtrent 60 x 60 cm og 30 cm tykk, som har et utløp 162 kommuniserende med et lufterør 164 (se fig. 1). Karbonfilteret 24 innbefatter et sentralt skjermet kammer 166 som er omtrent 15 cm tykt og er fylt med aktivert karbon (aktivkull) 168. I tilfelle det er en svikt i elektrisk effekt eller et tap i plasmabuen, leder treveisventilen 150 strømmen av produktgass bort fra fakkelrøret 22 til karbonfilteret 24, for å blokkere den potensielle frigjøring av ethvert spor av ikke-ødelagt giftig materiale i produktgassen.

Analyseutstyret 154 for produktgassen er anordnet for å sikre at plasma-pyrolysesystemets 10 avfallsdestruksjonseffek-tivitet eller -virkningsgrad er tilstrekkelig høy til at ethvert spor av giftige eller farlige materialer i produktgassen vil ligge godt under de grenser som fastsettes av regulerende myndigheter, selv om det er antatt at forbrenningen i flammefakkel 22 ødelegger ethvert spor av slike farlige stoffer. I tilfelle av at nivået av slike farlige materialer påvist i produktgassen ligger over de grenser som er fastsatt av en gitt regulerende myndighet, vil produktgass-analyseutstyret 154 avgjøre dette og automatisk stanse tilførselsstrømmen av avfall inntil plasma-pyrolysesystemets 10 driftsparametre er behørig endret slik at nivået for farlige sporstoffer er brakt innenfor de foreskrevne

grenser.

Analyseutstyret 154 for produktgass innbefatter et masse-spektrometer i form av en Hewlett-Packard 5792A gasskromatograf koplet til en Hewlett-Packard 5970A volum selektiv detektor (mass selective detector). En stikkprøveteknikk består i å ta en 100 liters prøve av produktgassen og lede denne gjennom en varmeav-søkningsledning (heat traced line) til et partikkelfilter for å fjerne ethvert karbon. Den rensete gass ledes deretter gjennom en absorpsjonsanordning med en tilbakeholdelseseffektivitet eller -virkningsgrad på ca. 99%. Absorpsjonsanordningen oppvarmes deretter hurtig for å frigjøre tilbakeholdte organiske stoffer.

En nitrogenstrøm transporterer de organiske stoffer til massespektrometeret for analyse. Massespektrometeret gransker opp til 6 spesifikke masser svarende til de ioner hvis tilstedeværel-se enten angir graden av destruksjon av giftig avfall eller dan-nelsen av mulige nye giftige forbindelser. Dersom konsentra-sjonene av disse kjemikalier overskrider de forutbestemte grenser fastsatt av den regulerende myndighet, stanses avfallstilførselen til plasmabrenneren. Hvis konsentrasjonsgrensene ikke overskri-des, blir analysesyklusen automatisk gjentatt.

I tilfelle av at det kunne være farlige sporstoffer i produktgassen som ikke avsøkes spesielt, vil massespektrometeret også søke etter forbindelser med en automasse mellom 200 og 450. Dette kan utvides til å gjelde et område av fra 10 til 600 dersom dette kreves av den angjeldende regulerende myndighet. Dersom det påvises ukjente forbindelser med en atommasse ekvivalent med atommassen for et farlig kjemikalium og i en mengde som over-stiger de grenser den regulerende myndighet har fastsatt, blir også tilførselen av avfall til brenneren stoppet, idet det blir satt igang automatiske stansingsoperasjoner såsom beskrevet ytterligere i det følgende.

I tillegg til å overvåke/kontrollere produktgassen med hensyn til farlige materialer, er det likeledes anordnet et gasskromatograf isk system for "on-line"-analysen av eksempelvis hydrogen, vann, nitrogen, metan, karbonmonoksyd, karbondioksyd, etylen, etan, acetylen, propan, propylen, 1-butan og hydrogenklorid. Analysen for hydrogenklorid vil f.eks., i forbindelse med en analyse av det flytende partikkelstoff fra gassvaskeren 18, fastsette effektiviteten ved nøytraliseringen av den sure gass hydrogenklorid ved hjelp av sprøyteringen 16.

Det henvises igjen til fig. 1, hvor lufttilførselsanord-ningen 42 også leverer luft for utblåsning av vannledningene, manøvrering av treveisventilen 150 og for å sette kjølevannsreser-voaret 48 og herdevannsreservoaret 98 under trykk. Lufttilførsels-anordningen 42 innbefatter en kompressor som er innrettet til å levere 2,0 m pr. minutt, 800 kPa, idet en 550 liters trykktank mater et luftsamlerør eller -hovedkanal 170. Det er anordnet konvensjonelle luftfiltre, lufttørkeanordninger og trykkregula-torer (ikke vist). Treveisventilen 150 opereres ved hjelp av en luftledning 172 og en hensiktsmessig kontroll/styreventil 174. Treveisventilen 150 og styreventilen 174 er innstilt slik at det under normal drift blir levert produktgass til flammefak-kelen 22, mens styreventilen 174 i tilfelle av påvisning av uønskete materialer i produktgassen og stans eller en kraftsvikt manøvrerer treveisventilen 150 slik at produktgassen ledes gjennom karbonfilteret 24.

Lufttrykkledninger 176, 178 er forsynt med hver sin ventil, henholdsvis 180 og 182, for utblåsning av den respektive herde-vannstilførselsledning 108 og kjølevannstilførsels- og -retur-ledningene 52, 56 for vedlikeholdsformål.

I tilfelle av en svikt i kraftforsyningen eller liknende funksjonsfeil er det ønskelig å opprettholde strømmen av plasmabrenner-kjølevann og også av herdevannet. Kjølevannsstrømmen holdes ved like ved å sette kjølevannsreservoaret 48 under trykk ved hjelp av luftledningen 184 og ventilen 186. Ventilen 54 lukker og en tømmeventil 188, som fører til en kloakk(ledning) eller oppbevaringstank, åpner, slik at overtrykks-kjølevannsreservoaret bringer strømmen av kjølevann til å fortsette med en redusert hastighet i tilførselsledningen 52 for kjølevann. Tømmeventilen 188 styrer strømmen av kjølevann og denne strøm varer i ca. 2 0 minutter, hvilket er tilstrekkelig til å avkjøle hovedkomponen-tene etter stans for å muliggjøre at vedlikeholdsoperasjoner kan finne sted.

Herdevannsreservoaret 98 settes under overtrykk ved hjelp av en luftledning 190 og en ventil 192. I tilfelle av en svikt i kraftforsyningen eller liknende funksjonsfeil lukker ventilen 102 og ventilen 106 åpner, slik at strømmen av herdevann fortsetter inn i sprøyteringen 16 for å avkjøles samtlige gjenforbundne produkter som passerer gjennom sprøyteringen 16 og som kan frembringes etter at plasmabrenneren 12 har stoppet å fun-gere. Det bør bemerkes at induksjonsviftens 20 treghet får den til å fortsette å virke i en kort tid på omtrent ett minutt,

for derved å evakuere reaksjonsbeholderen 14, sprøyteringen 16

og gassvaskeren 18 også i tilfelle av en effektsvikt.

Plasma-pyrolysesystemet 10 er tilstrekkelig kompakt til

at det kan installeres inne i en lukket selvdrevet trailer av "van"-type med fall- eller klaffvanger (drop beds). Dessuten kan et kontrollrom fullt instrumentert og utstyrt med overvåkings-apparater også være plassert inne i nevnte trailer, slik at hele systemet er mobilt og lett kan transporteres til deponerings-stedet for avfallet. Alt som kreves er at traileren kan koples til en passende kraftforsyning, tappevannstilførsel og en kloakk-ledning eller oppbevaringstank etter ønske. Dersom det er ønskelig å benytte produktgassen som brenngass istedenfor å forbrenne den, kan det selvsagt opprettes en passende forbindelse for å

ta imot produktgassen for dette formål.

Før plasma-pyrolysesystemet 10 opereres er det nyttig men valgfritt å forutsi hvilke gjenforbundne produkter som vil bli frembrakt i reaksjonsbeholderen 14 for ethvert gitt avfallsmateriale som skal ødelegges. Etter som plasmabrenneren 12 praktisk talt fullstendig atomiserer eller ioniserer avfallsmaterialet, kan de nye forbindelser som skapes i reaksjonsbeholderen 14 som et resultat av gjenforbindelsen av disse atomer og ioner forutsis basert på kinetisk likevekt. Minimeringen av Gibb's frie energi benyttes for å bestemme likevektskonsentrasjonene av produktslag for et vidstrakt område av utvalgte temperaturer og trykk. I tilfelle det forutsis at noen uønskelige produkter gjenforbindes i reaksjonsbeholderen 14, kan avfallstilførselen eller drifts-betingelsene endres slik at det unngås frembringelse av disse uønskete produkter. Dersom eksempelvis karbontetraklorid er det avfallsmateriale som skal ødelegges, er det mulig å fremstille fosgengass under visse temperatur- og trykkforhold. Dette kan imidlertid unngås ganske enkelt ved å tilsette et annet hydro-karbon til avfallstilførselen. Det er ofte bare nødvendig å tilsette vann til avfallsmaterialtilførselen for å øke mengden av hydrogen som er tilgjengelig for gjenforbindelse. Et annet eksempel på et uønsket produkt ville være hydrofluorsyre utviklet i reaksjonsbeholderen 14 dersom avfallsmaterialet besto av et fluorkarbon. Ytterligere eksempler på uønskete produkter og minimeringen eller elimineringen av samme gjennom endring av innholdet av tilført avfallsmateriale eller driftsforholdene vil være innlysende for fagfolk innen angjeldende bransje.

I tillegg til å forutsi sammensetningen av de gjenforbundne produkter som vil dannes i reaksjonsbeholderen 14 er det også nyttig å forutsi endringen i varmeinnholdet mellom avfallet som skal ødelegges og de gjenforbundne produkter. Dette gjør det mulig å forutsi den plasmaenergi som kreves for å ødelegge av-fallene. Dette kan i sin tur utnyttes til å beregne de begynnende innstillinger av spenning og strøm for plasmabrenneren. Det vil forstås at de gjenforbundne produkters varmeinnhold er en funksjon av temperaturen og trykket i reaksjonsbeholderen 14, og at dette kan endres ved å forandre på avfallets matingshastighet eller inngangseffekten til plasmabrenneren. Følgelig kan begynnende innstillinger av avfallets matingshastighet og plasmabrennerens inngangseffekt forutsis for å oppnå de ønskete resultater.

Det vil også forstås at det er til stede en liten mengde hvirvelluft som sprøytes inn i plasmabrenneren 12 gjennom lufttil-førselsledningen 44. Innstrømningen av denne hvirvelluft bør tas med i betraktning ved beregningen av endringen i entalpi som råder i systemet. Mengden av hvirvelluft sprøytet inn i plasmabrenneren er relativt betydningsløst idet den høyst utgjør bare 1 til 2% av det støkiometriske oskygen som kreves for at avfallet skal forbrenne. Av denne årsak blir avfallsdestruksjon ifølge den foreliggende oppfinnelse og for så vidt det angår denne fremstilling betraktet som pyrolytisk. Det vil også forstås at varmetap i plasmabrenneren og reaksjonsbeholderen kan tas med i betraktning ved innstilling av den begynnende spenning og strøm for plasmabrenneren.

I drift, dvs. etter at forutsigelser med hensyn til gjenforbundne produkter har blitt foretatt og justeringer er utført vedrørende avfallsmaterialet slik at man ikke regner med noen uønskete produkter, gjennomføres endringen i entalpiforutsigelser for å fastsette de begynnende effektinnstillinger for plasmabrenneren og avfallets matingshastigheter. Lufttilførselsanordningen 42 settes i funksjon for å bevirke overtrykk i herdevannsreservoaret 98 og kjølevannsreservoaret 48 (etter at disse reservoarer er blitt fylt med vann). Kjølevannspumpen 50, herdevannspumpen 104 og gassvaskerens lensepumpe 138 tilføres drivkraft. Drivkraft tilføres til plasmabrenneren og tilførselsledningen 44 for hvirvelluft åpnes. Alkalifødepumpen 112 tilføres deretter drivkraft og herdevannet tilføres kaustisk soda med passende matingshastighet. Deretter påbegynnes avfallsmatingen til plasmabrenneren fra reservoaret 64 for organisk fluidum. Justeringer utføres på hvirvelluften, avfallsmatingen og matingen av kaustisk soda etter som dette er nødvendig. Når systemet har nådd stabil tilstand, noe som bare tar ca. 3 minutter, koples avfallsmatingen over til avfallsmaterialet i avfallsreservoaret 66.

På basis av det foregående vil det forstås at avfallsmaterialet som mates inn i plasmabrenneren 12 utsettes for en høy temperatur (i overkant av 5.000°C) i plasmabuen, for derved å atomiseres og ioniseres. Det atomiserte og ioniserte avfallsmateriale ledes deretter gjennom grafittsylinderen 82 og inn i reaksjonskammeret 79, hvor det gjenforbindes til gjenforbundne produkter inklusive produktgass og partikkelformet stoff. Dette skjer ved en temperatur på mellom 900 og 1200°C i overensstem-melse med endringen i entalpi forutsagt for den endelige tilstand hos reaksjonsdeltakerproduktene i reaksjonskammeret 79. I dette henseende og for så vidt det angår denne fremstilling, avkjøles det atomiserte og ioniserte avfall i reaksjonskammeret 79 for å danne de likevekts-gjenforbundne produkter. Det vil forstås at noen av gjenforbindelsesreaksjonene i reaksjonskammeret 79 vil være endoterme og noen vil være eksoterme, slik at ikke alt atomisert og ionisert avfall behøver å være "avkjølt" i egent-ligste forstand i reaksjonskammeret 79. Uttrykket "avkjøling"

er for så vidt det angår denne fremstilling ment å gjelde samtlige av de reaksjoner og kombinasjoner uansett hva som måtte foregå i det atomiserte og ioniserte avfall i reaksjonskammeret 79 .

De gjenforbundne produkter i reaksjonskammeret 79 passerer deretter ut av reaksjonsbeholderen 14 og gjennom sprøyteringen 16 hvor de avkjøles til en temperatur på ca. 80°C og nøytrali-seres ved å besprøyte dem med den alkaliske forstøvete dusj.

De avkjølte gjenforbundne produkter passerer deretter inn i gassvaskeren 18, hvor produktgassen utvinnes og etterlater flytende partikkelmateriale såsom salter og karbon i oppløsning. Denne løsning pumpes deretter ut til en avløsledning, kloakk eller oppbevaringstank, mens produktgassen ved hjelp av induksjonsviften 20 ledes til flammefakkelrøret 22 eller den benyttes som brenngass.

Som nevnt i det foregående er trykket i reaksjonskammeret 79 atmosfærisk eller ubetydelig undertrykk forårsaket av induksjonsviften 20 som trekker de gjenforbundne produkter ut av reaksjonsbeholderen 14. Temperaturen i reaksjonskammeret 79 kan reguleres ved å justere enten inngangseffekten til plasmabrenneren 12 eller avfallets matingshastighet.

I tilfelle det er ønskelig å stanse plasma-pyrolysesystemet 10, aktiveres treveisventilen 68 umiddelbart for å kople over til mating med ikke-farlig organisk fluidum for å skylle systemet. Dette kunne også forekomme dersom noen av de øvrige driftsparametre for systemet overskrider deres normale operasjonsom-råder. Etter at systemet har blitt skyllet med ufarlig organisk fluidum, stoppes tilførselen av dette, krafttilførselen til plasmabrenneren oppheves og plasma-hvirvellufttilførselen stanses. Når temperaturen i reaksjonskammeret 79 når et godtakbart nivå, utkoples induksjonsviften 20 liksom strømmen av herdevann til sprøyteringen 16. Når temperaturene inne i plasmabrenneren 12 har nådd et passende nivå, stanses kjølevannspumpen 50, hvor-etter lufttilførselskompressoren 42 kan stanses dersom dette er ønskelig.

I tilfelle av en effektsvikt eller tap av plasmabue i plasmabrenneren 12 eller påvisning av uakseptable materialer i produktgassen i fakkelrøret 22 eller mangelfull funksjon hos induksjonsviften 20 eller svinn i plasma-kjølevannsstrømmen, lukker stengeventilen 76 umiddelbart for å stanse matingen av avfall. Hvirvelluftstrøm til plasmabrenneren avsluttes også for derved å forlenge oppholdstiden for de gjenforbundne produkter inne i reaksjonskammeret 79.

Det bør bemerkes at trykket i kjølevannssystemet under alle drifts- og stansforhold er meget større enn trykket i avfallsmatesystemet, i hvirvelluftsystemet eller i reaksjonsbeholderen. Skulle det således oppstå en vann- eller avfallslekkasje, vil vannreservoaret ikke bli forurenset med avfallsmaterialer.

Etter beskrivelse av foretrukne utførelsesformer av oppfinnelsen vil det forstås at den beskrevne fremgangsmåte og apparat kan underkastes forskjellige modifikasjoner, således er det eksempelvis ikke nødvendig å mate avfallsmaterialet direkte inn i "halsen" av plasmabrennerens bue. Avfallet kunne istedenfor føres inn i reaksjonskammeret og plasmabuen ledet inn i kammeret for å støte an mot avfallsmaterialet. Dette ville imidlertid redusere avfallets oppholdstid i plasmabuen, slik at metoden ikke trenger være effektiv for enkelte avfallsmaterialer. Ved den foretrukne utførelsesform har det blitt benyttet flytende eller flytendegjorte avfallsmaterialer. Avfallsmatesystemet kunne imidlertid underkastes hensiktsmessige modifikasjoner for å kunne ta seg av faste stoffer eller stoffer satt sammen av flytende og faste materialer, hvilke til og med kunne innbefatte ikke-organiske materialer. Plasmabuen ville rett og slett smelte og sintre eller fordampe det uorganiske materiale, slik at den farlige organiske bestanddel ble tillatt å ødelegges som beskrevet i det foregående uten noen reduksjon i effektivitet og virkningsgrad. Et alminnelig eksempel på et slikt sammensatt materiale ville være kondensatorer fylt med polyklorerte bifenyler.

Det vil også være innlysende for fagfolk innen bransjen

at det i fig. 1 viste plasma-pyrolysesystem bare utgjør en skjematisk gjengivelse av systemet. Ekstra ventiler, ulike typer ventiler, forskjellige temperatur-, trykk- og strømningsfølere og andre vanlige prosesskontrollkomponenter vil inngå i en virke-lig installasjon.

Det er ikke nødvendig å utføre forutsigelsene med hensyn

på de forventede gjenforbundne produkter eller endringen i entalpi som beskrevet i det foregående før plasma-pyrolysesystemet 10 settes i drift. Systemet kunne istedenfor gjøres driftsklart til stabil tilstand under anvendelse av et ikke-giftig eller ikke-farlig avfallsmateriale, som deretter kunne erstattes med giftige avfall, som ville bli ødelagt, eller overvåkningssystemet ville automatisk stanse systemet.

Det er endelig ikke avgjørende at produktgassanalyse eller analyse av flytende partikkelstoff utføres, særlig dersom plasma-pyrolysesystemet 10 benyttes til å behandle kjente avfallsmaterialer på en regulær eller konsekvent basis. Overvåknings- og analyseoperasjonene er først og fremst tatt med for å tilfredsstille regulerende myndigheter som ofte forlanger overdrevne "feilsikre" operasjoner ved vurderingen av ny teknologi.

På grunnlag av det foregående vil det forstås at plasma-pyrolyse-avfallsdestruksjonssystemet ifølge denne oppfinnelse er et enkelt, kompakt og mobilt system som er i stand til å kunne drives kommersielt innenfor akseptable miljøgrenser for mange farlige eller giftige kjemiske avfallsmaterialer, og for de materialer som ikke kan ødelegges innenfor akseptable miljøgrenser er systemet i stand til å påvise dette før noe giftig materiale

Claims (10)

1. Fremgangsmåte for pyrolytisk destruksjon av avfall, karakterisert ved at man utsetter avfallet for en plasmabue med høy temperatur for å atomisere og ionisere avfallet, avkjøler det atomiserte og ioniserte avfall i et reaksjonskammer for å danne gjenforbundne produkter herunder produktgass og partikkelformet stoff, avkjøler de gjenforbundne produkter med en alkalisk atomisert dusj for å nøytralisere samme og fukte partikkelmaterialet, utvinner produktgassen fra de gjenforbundne produkter, og forbrenner den utvunnete produktgass.

2. Fremgangsmåte i samsvar med krav 1, karakterisert ved at avfallet utsettes for plasmabuen ved å mate avfallet direkte inn i plasmabuen.

3. Fremgangsmåte i samsvar med krav 2, karakterisert ved at man justerer enten inngangseffekten til plasmabuen eller avfallets matingshastighet for å regulere temperaturen i reaksjonskammeret.

4. Fremgangsmåte i samsvar med krav 3, karakterisert ved at temperaturen i reaksjonskammeret reguleres slik at den blir liggende innenfor et område fra 900 til 1200°C.

5. Fremgangsmåte i samsvar med krav 1, karakterisert ved at man til å begynne med beregner sammensetningen av de gjenforbundne produkter og endrer innholdet av det avfall som skal ødelegges dersom det påvises uønskete produkter.

6. Fremgangsmåte i samsvar med krav 1, karakterisert ved at trykket i reaksjonskammeret er stort sett atmosfærisk.

7. Apparat for pyrolytisk destruksjon av avfall, karakterisert ved at det omfatter: en plasmabrenner som innbefatter minst to kolineære hule elektroder og organ for å stabilisere en plasmabue mellom disse, en kraftforsyning forbundet med elektrodene for å frembringe plasmabuen, og kjøleorgan for avkjøling av elektrodene, en reaksjonsbeholder forbundet med plasmabrenneren og forsynt med et reaksjonskammer med ildfast foring for å motta plasmabuen, organ for innføring av avfall i plasmabuen for atomisering og ionisering og deretter gjenforbindelse til gjenforbundne produkter i reaksjonskammeret, hvilken reaksjonsbeholder innbefatter et utløp for å fjerne de gjenforbundne produkter fra samme, en sprøytering som kommuniserer med reaksjonsbeholderens utløp, et forråd av alkalisk fluidum som står under trykk, hvilket fluidumforråd er forbundet til og kommuniserer med sprøyteringen for å avkjøle og nøytralisere de gjenforbundne produkter, en gassvasker som kommuniserer med sprøyteringens utløp for å skille produktgass fra flytende partikkelformet stoff i de gjenforbundne produkter, og organ koplet til gassvaskeren for å fjerne nevnte flytende partikkelmateriale og produktgass fra samme.

8. Apparat i samsvar med krav 7, karakterisert ved at reaksjonsbeholderen innbefatter en hul grafittsylinder koaksialt montert for å kommunisere med plasmabrennerens elektroder for å ta imot plasmabuen fra plasmabrenneren.

9. Apparat i samsvar med krav 7, karakterisert ved at nevnte organ for bortføring av nevnte flytende partikkelstoff og produktgass fra gassvaskeren innbefatter en induksjonsvifte for å levere produktgass fra gassvaskeren.

10. Apparat i samsvar med krav 9, karakterisert ved at det omfatter organ for overvåkning av sammensetningen av den av induksjonsviften leverte produktgass, og at nevnte organ for innføring av avfall i plasmabuen innbefatter en ventil, idet nevnte overvåkningsorgan er virksomt forbundet med ventilen for å stanse innføringen av avfall i tilfelle det i produktgassen påvises farlige bestanddeler i mengder over forutbestemte grenser.