PL B1. Sposób wytwarzania jednorodnych granulatów z odpadowych szlamów w celu ich utylizacji termicznej lub recyklingu

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: (51) Int.Cl. B09B 3/00 ( ) Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (22) Data zgłoszenia: (54) Sposób wytwarzania jednorodnych granulatów z odpadowych szlamów w celu ich utylizacji termicznej lub recyklingu (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 25/05 (73) Uprawniony z patentu: SERKOWSKA HALINA BIURO USŁUG NAUKOWO-TECHNICZNYCH, Katowice, PL (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 12/10 (72) Twórca(y) wynalazku: STANISŁAW SERKOWSKI, Katowice, PL PL B1

2 2 PL B1 Opis wynalazku Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania jednorodnych granulatów z odpadowych szlamów w celu utylizacji termicznej lub recyklingu, przy czym termiczna utylizacja obejmuje spalanie w spalarniach odpadów, urządzeniach przemysłowych oraz wykorzystanie granulatów jako paliw alternatywnych. Znane jest wiele sposobów utylizacji szlamów z wykorzystaniem procesów suszenia termicznego, spalania w stanie wilgotnym oraz rozkładu pirolitycznego. Znane są również sposoby jednoczesnego granulowania i suszenia w urządzeniach bębnowych i taśmowych oraz w mieszalnikach próżniowych. Dotychczas z polskiego opisu patentowego nr znany jest sposób suszenia szlamów i mułów za pomocą przegrzanej pary wodnej i spalin. W znanym sposobie suszenie przebiega w dwóch etapach, z których pierwszy polega na nagrzaniu wilgotnego materiału do temperatury około 100 C przegrzaną parą wodną, a drugi etap - na odpędzeniu wilgoci z nagrzanego materiału za pomocą spalin, w wyniku czego uzyskuje się wysuszony materiał o wilgotności 2-5%. Powszechnie znane są sposoby granulacji rozcieńczonych szlamów (zawiesin) w suszarniach rozpyłowych. Znany jest również z polskiego opisu patentowego nr sposób suszenia mułów węglowych, polegający na poddaniu procesowi dwustopniowego suszenia wstępnie odwodnionych w osadnikach mułów węglowych, przy czym w stopniu pierwszym poddaje się napromieniowywaniu promiennikami podczerwieni przy równoczesnym mieszaniu, a w stopniu drugim poddaje się leżakowaniu bez napromieniowywania przy równoczesnym mieszaniu. Znane sposoby znajdują ograniczone zastosowanie z uwagi na niskie wydajności, duże zużycie energii i często okresowy tryb pracy. Charakterystyczna dla szlamów wysoka wilgotność wiąże się z błotno-plastyczną konsystencją, która uniemożliwia zastosowanie znanych sposobów utylizacji tak termicznej jak i na drodze recyklingu, z uwagi na trudności transportowe, składowania i dozowania do urządzeń technologicznych. Każda substancja w zależności od składu chemicznego, uziarnienia a także w zależności od procesu w jakim powstaje odznacza się charakterystyczną wilgotnością przy której odpowiednie działania mechaniczne umożliwiają granulację. Jest to charakterystyczna dla każdej substancji lub mieszaniny wilgotność granulacji. Warunkiem szybkiej homogenizacji jest odpowiednia technika i energia mieszania. Istotą wynalazku jest sposób wytwarzania jednorodnych granulatów z odpadowych szlamów w celu ich utylizacji termicznej lub recyklingu polegający na wykorzystaniu procesu intensywnego mieszania wilgotnego, ciastowatego lub półpłynnego szlamu z dodatkiem suchych drobnoziarnistych materiałów w celu uzyskania wypadkowej wilgotności nie wyższej niż charakterystyczna dla danego zestawu wilgotność, przy której zachodzi proces granulacji i jednocześnie przebiegającego procesu granulacji. Będący przedmiotem wynalazku sposób granulacji umożliwia przekształcenie szlamów o wilgotności 10-85% z dodatkiem 2-100% innych suchych odpadów drobnoziarnistych w łatwy do transportu i składowania granulat, którego własności mogą być łatwo modyfikowane dodatkami substancji aktywnych chemicznie w zależności od przeznaczenia, w procesie eliminującym konieczność termicznego suszenia czy też podsuszania szlamu. Proces według wynalazku wymaga zastosowania mieszalnika intensywnego wyposażonego w obrotową misę i szybkoobrotowe narzędzie mieszające umieszczone mimo-środowo względem osi obrotu misy, którego konstrukcja i sposób napędu wymusza na obrabianym materiale ruch planetarny po ruchomej obudowie. W mieszalniku o takiej konstrukcji obrabiany materiał zostaje poddany ruchowi toczącemu po powierzchni obrotowej misy oraz po powierzchni szybko przemieszczających się względem siebie warstw mieszanego materiału, który to ruch jest wywołany przez obracający się przeciwbieżnie szybkoobrotowy wirnik. Wynikiem takiego ruchu jest tworzenie się początkowo mikrogranulek (zarodków) a następnie wzrost ich średnicy w wyniku nawarstwiania się materiału na powierzchnię utworzonych granulek. Sposób według wynalazku wymaga stosowania mieszalników, które konstrukcyjnie są zdolne do mieszania z intensywnością nie mniejszą niż 8 kw/ 100 kg i których wirnik (narzędzie mieszające) nadaje masie przebywającej w obrębie jego działania szybkość liniową nie mniejszą niż 5 m/s. Wysoka energia mieszania umożliwia bardzo szybkie i całkowite przereagowanie dodatków z obrabianym szlamem, co pozwala na ich racjonalne wykorzystanie. Sposób według wynalazku - dzięki stosowaniu wysokich energii mieszania - umożliwia efektywne wprowadzenie różnych substancji modyfikujących, takich jak substancje neutralizujące, dezynfeku-

3 PL B1 3 jące i podnoszące wytrzymałość granulatu. Jako dodatki modyfikujące jego charakter chemiczny, dezynfekujące i/lub podwyższające wytrzymałość granulatu lub stosuje się wapno palone, cement portlandzki, kwasy fosforowy i siarkowy, szkło wodne, zol kwasu krzemowego, alkohol poliwinylowy, bentonit, dodawane w ilości od 0,5 do 20% wagowych. W celu uzyskania granulek o średnicy większej niż 8 mm proces granulacji prowadzi się w mieszalniku do momentu wytworzenia zarodków granulek a następnie proces granulacji prowadzi się znanymi sposobami w granulatorach różnej konstrukcji. Znany i stosowany w wielu technologiach obróbki szlamów dodatek CaO na skutek intensywnej reakcji z wodą zawartą w szlamie wiąże jej stechiometryczną ilość i wytwarzając znaczne ilości ciepła w tym procesie umożliwia znaczącą redukcję wilgotności. Sposób według wynalazku umożliwia łatwą i efektywną ekonomicznie utylizację występujących w dużych ilościach uciążliwych odpadów w postaci szlamów odpadowych z bieżącej produkcji i szlamów zdeponowanych w otoczeniu różnego rodzaju zakładów przemysłowych. Otrzymany sposobem według wynalazku granulat jest łatwy do transportu i przejściowego składowania oraz posiada konsystencję umożliwiającą spalanie w typowych urządzeniach przemysłowych oraz recykling w procesach technologicznych. Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładach wykonania zrealizowanych w mieszalniku przedstawionym schematycznie na rysunku, który prezentuje mieszalnik w widoku od góry. P r z y k ł a d 1. Granulacja szlamu. Do intensywnego mieszalnika wyposażonego w obrotową misę i szybkoobrotowe narzędzie mieszające wprowadza się 100 części wagowych odwodnionego w prasie filtracyjnej szlamu rafineryjnego o wilgotności 10% i 2 części wagowe mielonego wapna palonego i prowadzi się proces mieszania i granulacji przy energii mieszania 12 kw/100 kg i obwodowej szybkości narzędzia mieszającego 8 m/s. Proces prowadzi się przez 150 sekund a otrzymany granulat stosuje się w urządzeniach energetycznych jako wysokokaloryczne paliwo alternatywne. P r z y k ł a d 2. Granulacja szlamu. Do intensywnego mieszalnika wyposażonego w obrotową misę i szybkoobrotowe narzędzie mieszające wprowadza się 100 części wagowych odwodnionych do wilgotności 18% wagowych szlamów stalowniczych i 6 części wagowych mielonego wapna palonego i prowadzi się proces mieszania i granulacji przy energii mieszania 11 kw/100 kg i obwodowej szybkości narzędzia mieszającego 8 m/s. Proces prowadzi się przez 180 sekund a następnie uzyskaną wstępnie zgranulowaną mieszaninę granuluje się przy niewielkim dodatku wody na granulatorze talerzowym lub bębnowym do uzyskaniu granulatu o średnicy 15 do 20 mm a otrzymany granulat poddaje się recyklingowi w konwertorze stalowniczym. P r z y k ł a d 3. Granulacja mieszaniny szlamu i pyłu. Do intensywnego mieszalnika wyposażonego w obrotową misę i szybkoobrotowe narzędzie mieszające wprowadza się 100 części wagowych odwodnionego w prasie filtracyjnej szlamu z instalacji produkcji tłuszczy spożywczych o wilgotności 25% i 15 części wagowych suchych odpadów tytoniowych i prowadzi się proces mieszania i granulacji przy energii mieszania 15 kw/100 kg i obwodowej szybkości narzędzia mieszającego 10 m/s. Proces prowadzi się przez 180 sekund a otrzymany granulat stosuje się w urządzeniach energetycznych jako wysokokaloryczne paliwo alternatywne. P r z y k ł a d 4. Granulacja mieszaniny szlamu i pyłu. Do intensywnego mieszalnika wyposażonego w obrotową misę i szybkoobrotowe narzędzie mieszające wprowadza się 50 części wagowych odwodnionego w prasie filtracyjnej szlamu z ołowionośnego z procesu produkcji miedzi o wilgotności 22 do 38% oraz 50 części wagowych pyłów zwrotnych i 4 części wagowe sody i prowadzi się proces mieszania i granulacji przy energii mieszania 8 kw/100 kg i obwodowej szybkości narzędzia mieszającego 10 m/s. Proces prowadzi się przez 240 sekund a otrzymany granulat jako produkt jednorodny, niepylący i łatwy do transportu poddaje się recyklingowi. P r z y k ł a d 5. Granulacja mieszaniny szlamu i pyłu. Do intensywnego mieszalnika wyposażonego w obrotową misę i szybkoobrotowe narzędzie mieszające wprowadza się 30 części wagowych odwodnionego grawitacyjnie szlamu ze spiekalni wsadu do wielkiego pieca o wilgotności 18-34% oraz 70 części wagowych pyłów z odpylania taśmy spiekalniczej i 5 części wagowych mielonego wapna palonego i prowadzi się proces mieszania i granulacji przy energii mieszania 12 kw/100 kg i obwodowej szybkości narzędzia mieszającego 12 m/s dozując w czasie mieszania dodatek 12 części wagowych wody. Proces prowadzi się przez 150 sekund a otrzymany granulat jako produkt jednorodny, niepalący i łatwy do transportu poddaje się recyklingowi w procesie wielkopiecowym. P r z y k ł a d 6. Granulacja szlamu. Do intensywnego mieszalnika wyposażonego w obrotową misę i dwa szybkoobrotowe narzędzia mieszające wprowadza się w sposób jednostajny strumień

4 4 PL B1 materiałów o proporcjach ilościowych: na 100 części wagowych mułu węglowego o wilgotności 25% wagowych, 1,5 części wagowych mielonego wapna palonego i prowadzi się proces mieszania i granulacji przy energii mieszania 10 kw/100 kg i obwodowej szybkości narzędzi mieszających 12 m/s. Proces prowadzi się w sposób ciągły przy czasie przebywania materiału obrabianego przez 150 sekund a otrzymany granulat jako produkt jednorodny, niepylący i łatwy do transportu stosuje się jako paliwo w kotłach energetycznych, najkorzystniej fluidalnych. P r z y k ł a d 7. Granulacja szlamu. Do intensywnego mieszalnika wyposażonego w obrotową misę i dwa szybkoobrotowe narzędzia mieszające wprowadza się w sposób jednostajny strumień materiałów o proporcjach ilościowych: na 100 części wagowych mułu węglowego o wilgotności 25% wagowych, 1,5 części wagowych mielonego wapna palonego i prowadzi się proces mieszania i granulacji przy energii mieszania 10 kw/100 kg i obwodowej szybkości narzędzi mieszających 12 m/s. Proces prowadzi się w sposób ciągły przy czasie przebywania materiału obrabianego przez 150 sekund a otrzymany granulat jako produkt jednorodny, niepylący i łatwy do transportu stosuje się jako paliwo w kotłach energetycznych, najkorzystniej fluidalnych. P r z y k ł a d 8. Granulacja szlamu. Do intensywnego mieszalnika wyposażonego w obrotową misę i dwa szybkoobrotowe narzędzia mieszające wprowadza się w sposób jednostajny strumień materiałów o proporcjach ilościowych: na 60 części wagowych mułu węglowego o wilgotności 28% wagowych i 40 części wagowych miału węglowego 2 części wagowe mielonego wapna palonego i prowadzi się proces mieszania i granulacji przy energii mieszania 9 kw/100 kg i obwodowej szybkości narzędzi mieszających 12 m/s. Proces prowadzi się w sposób ciągły tak aby czas przebywania materiału obrabianego w mieszalniku wynosił 150 sekund a otrzymany granulat jako produkt jednorodny, niepylący i łatwy do transportu stosuje się jako paliwo w kotłach energetycznych, najkorzystniej pyłowych. P r z y k ł a d 9. Granulacja mieszaniny szlamu i pyłu. Do intensywnego mieszalnika wyposażonego w obrotową misę i szybkoobrotowe narzędzie mieszające wprowadza się 58 części wagowych szlamu pokarbidowego o wilgotności 35% i 42 części wagowych lotnych popiołów elektrownianych i prowadzi się proces mieszania i granulacji przy energii mieszania 11 kw/100 kg i obwodowej szybkości narzędzia mieszającego 12 m/s. Proces prowadzi się przez 180 sekund a otrzymany granulat stosuje się jako sorbent w urządzeniach do odsiarczania gazów i spalin. Zastrzeżenia patentowe 1. Sposób wytwarzania jednorodnych granulatów z odpadowych szlamów w celu ich utylizacji termicznej lub recyklingu, znamienny tym, że do mieszalnika intensywnego wyposażonego w obrotową misę i szybkoobrotowe narzędzie mieszające umieszczone mimośrodowo względem osi obrotu misy, którego konstrukcja i sposób napędu wymusza na obrabianym materiale ruch planetarny po ruchomej obudowie z szybkością liniową nie mniejszą niż 5 m/s i zapewnia energię mieszania nie mniejszą niż 8 kw/100 kg, wprowadza się szlamy o wilgotności 10-85% wagowych i dodatki materiałów suchych i drobnoziarnistych, korzystnie materiałów odpadowych zawierających substancje palne i proces prowadzi się do momentu uzyskania granulatu o wymaganym uziarnieniu. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że w zależności od wilgotności granulowanego szlamu dodatek materiałów suchych i drobnoziarnistych stanowi od 2 do 100% wagowych. 3. Sposób według zastrz. 1 i 2, znamienny tym, że do materiałów odpadowych dodaje się substancje chemiczne podwyższające wytrzymałość granulatu lub modyfikujące charakter chemiczny a najkorzystniej wapno palone, cement portlandzki, kwasy siarkowy lub fosforowy, szkło wodne, zol kwasu krzemowego, alkohol poliwinylowy, bentonit w ilości 0,5 do 20% wagowych 4. Sposób według zastrz. 1, 2 i 3, znamienny tym, że proces granulacji prowadzi się dwuetapowo, po wstępnym zgranulowaniu w mieszalniku, granulację kontynuuje się znanymi sposobami w typowych granulatorach.

5 PL B1 5 Rysunek

6 6 PL B1 Departament Wydawnictw UP RP Cena 2,00 zł.