DE69704270T2

DE69704270T2 - Verfahren und Vorrichtung zum Behandeln von Prozeßströmen aus einem System zum Trennen von Bestandteilen aus kontaminiertem Material

Info

Publication number: DE69704270T2
Application number: DE69704270T
Authority: DE
Inventors: Michael Fitzgerald; Wayne Potter
Original assignee: Foster Wheeler Environmental Corp
Current assignee: Foster Wheeler Environmental Corp
Priority date: 1996-04-08
Filing date: 1997-04-08
Publication date: 2001-07-19
Anticipated expiration: 2017-04-09
Also published as: AU727756B2; CA2251004A1; EP0894030B1; AU2430097A; EP0894030A1; EP1005920A3; US6112675A; US6213029B1; WO1997037784A1; EP1005920A2; ES2156378T3; DE69704270D1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Entfernen, Rückgewinnen und Behandeln von gefährlichen und ungefährlichen Komponenten aus von einem kontinuierlichen System erzeugten Prozeßströmen, um aus kontaminiertem Material organische und anorganische Bestandteile zu trennen. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf einen Prozeß nach Anspruch 1 und eine Vorrichtung nach Anspruch 26.
Es ist dringend erforderlich geworden, inerte Materialien, wie Boden, Schlamm, biologische und andere Abfallstoffe, die mit chemischen Verbindungen kontaminiert sind, zu dekontaminieren. Es ist insbesondere notwendig, Abfallprodukte zu dekontaminieren und die Ressourcen zurückzugewinnen, die z. B. in den Abfällen von früheren Stadtgaswerken (MGPs) ( = Manufactured Gas Plants) enthalten sind. Es ist außerdem notwendig geworden, gefährliche und ungefährliche Komponenten aus Prozeßströmen zurückzugewinnen und zu behandeln, die als Resultat von Herstellprozessen erzeugt werden, so daß insbesondere dringender Bedarf an Prozessen besteht, die flexibel sind und so geführt werden können, daß sie entweder für Restabfälle eingesetzt werden können oder für die inkorporierte Rückgewinnung zur Rückführung in einen Herstellprozeß.
Historisch wurde zur Jahrhundertwende beim Betrieb von Anlagen zur Herstellung von Stadtgas Kohle erhitzt, um organische Gase auszutreiben, die zum Heizen und zum Beleuchten verwendet wurden. Die Gase wurden in sehr große Behälter geleitet, die typische Querabmessungen von 100 bis 200 Fuß (30,5 bis 61,0 Metern) hatten und im allgemeinen aus Beton oder anderen Zementmaterialien hergestellt waren. In diesen Behältern wurden die Gase gekühlt. Diese Gase enthielten jedoch schwere Teere, die durch das Kühlen und durch die Wirkung der Schwerkraft separiert wurden. Diese Teere wurden aus den Gasen herausgetrennt und bauten sich auf dem nackten Boden in den Behältergebäuden auf. Auf diese Weise wurden Bodenschichten mit einer Dicke von 1 bis 20 oder mehr Fuß (0,305 bis 6,1 oder mehr Meter) mit diesen Teeren kontaminiert. Der umgebende Grund wurde ebenfalls kontaminiert. Dies führte auch zur Verunreinigung von nahegelegenem Grundwasser. Es hat sich deshalb als notwendig erwiesen, solche Böden zu dekontaminieren.
In der Vergangenheit wurden diese kontaminierten Böden oder Materialien in eine bestimmte Müllgrube verfrachtet. Eine solche Entsorgung stellt jedoch nur eine Verlagerung des kontaminierten Bodens dar.
Man hat verschiedene Versuche unternommen, um kontaminiertes Material dieser Art zu behandeln. So wurde z. B. die Veraschung ein allgemein akzeptiertes Mittel, um organische Verunreinigungen in dem derart kontaminierten Material zu zerstören. Die Veraschung führt dazu, daß eine große Masse von kontaminiertem Material gesammelt, verpackt und zu einer lizensierten Veraschungsanlage transportiert werden muß, daß die große Masse an inerten Feststoffen auf sehr hohe Veraschungstemperaturen erhitzt werden muß, um die proportional kleine Menge der anvisierten Verunreinigungen zu zersetzen und daß die Materialien verpackt und an den Behandlungsplatz, von dem sie weggeschafft wurden, zurückgeführt oder in einer sicheren Müllgrube abgelagert werden müssen. Eine solche Veraschung hat also Nachteile.
Das US-Patent 5 086 717 (McCrossan) diskutiert die Entfernung von flüchtigen organischen Chemikalien (VOCs) aus mit Benzin, Dieselkraftstoff und dgl. kontaminiertem Boden. Der Boden wird in einer von einem Brenner beheizten Trommel erhitzt, um die VOCs im wesentlichen zu verdampfen. Die verdampften VOCs werden dann Naßreinigern zugeführt, um zusammen mit lufttransportierten Bodenmasseteilchen in dem Wasser des Naßreinigers absorbiert zu werden. Das mit den VOCs und den Makromasseteilchen beladene Wasser wird dann einem Absetzbecken zugeführt, um die Makromasseteilchen zu entfernen. Das von den Makromasseteilchen befreite, mit den VOCs beladene Wasser wird aus dem Becken einem Luftstripper zugeführt, in welchem die VOCs verdampft werden. Die verdampften VOCs werden in den Trommelbrenner zurückgeführt.
Das US-Patent 5 188 041 (Noland, et al.) diskutiert das Entfernen von VOCs aus Böden und Abfallmaterialien. Das kontaminierte Material wird in einen Silo verbracht, der gegen die Atmosphäre abgedichtet ist, um das Entweichen der Verunreinigungen zu verhindern. Das Material wird unter Abdichtung in einen erhitzten Dampfabscheidungsförderer verbracht, um Feuchtigkeit und Verunreinigungen abzuscheiden. Bei einer kontrollierten Temperatur strömen nichto·ydierende Gase über das Material, um die Verunreinigungen und die Feuchtigkeit aus dem Material abzuziehen. Die Durchflußrate und die Temperatur der Gase werden auf Werten gehalten, bei denen eine unzulässige Oberflächentrocknung des Materials verhindert wird, während dieses durch den Förderer wandert.
Das US-Patent 5 250 175 (Des Ormeaux) diskutiert das Entfernen und Rückgewinnen von Bestandteilen aus einem Abfallstrom bei Temperaturen, die über dem Siedepunkt der Bestandteile liegen, und insbesondere einen Prozeß für die Behandlung von gefährlichem Abfall in einer inerten Atmosphäre. Der Abfall wird erhitzt und in einer spezifizierten Verweilzeit durch eine Erhitzungszone bewegt. Dabei werden Komponenten in dem Abfallstrom aus dem flüssigen oder festen Zustand getrennt und in den gasförmigen Zustand freigesetzt.
Die gasförmigen Komponenten werden durch eine Strömung eines inerten Mediums, wie Stickstoffgas, übertragen, um die Verbrennung der Komponenten zu verhindern oder die Kombination der Oxydation zu verhindern, oder es wird Sauerstoff als Katalysator benutzt wird, so daß noch gefährlichere Bestandteile entstehen. Die gasförmigen Komponenten werden dann in destilliertem Zustand freigesetzt und so mit dem Abfall vermischt, oder sie werden in Emulsion mit dem Abfallstrom freigesetzt. Das Patent diskutiert auch das "Spülen" des in der Erhitzungskammer enthaltenen Abfallmaterials mit einem inerten oder Kohlendioxydgas.
Es wurden auch Versuche unternommen, Verunreinigungen ohne Veraschung aus Boden oder Schlamm zu trennen. So diskutiert z. B. das US-Patent 4 977 839 (Fochtman, et al.) das Trennen von chemischen Verunreinigungen, wie VOCs und Polychlorbiphenylen (PCBs) aus Böden oder Schlämmen. Die kontaminierten Materialien werden unter kontinuierlicher Entfernung der freigesetzten Dämpfe lange genug unterhalb der Veraschungstemperatur verdampft, um die Verunreinigungen zu trennen. Die Dämpfe werden katalytisch oxydiert, um die verdampften chemischen Bestandteile zu zerstören.
Das US-Patent 5 103 578 (Rickard) betrifft das Entfernen von flüchtigen organischen Bestandteilen, wie PCBs, aus Böden ohne Veraschung. Der kontaminierte Boden wird schubweise in Gefäß eingebracht und auf eine Temperatur zwischen 300ºF bis 600ºF (148,9ºC bis 315.6ºC) erhitzt, vorzugsweise in Abwesenheit eines inerten Gases. Das Gefäß wird evakuiert, so daß die Verunreinigung zu einem Verunremigungsdampf entspannt wird, der zu einer entsorgbaren Flüssigkeit kondensiert wird.
Der Artikel G. Rasmussen "New Desorption Process Treats Refinery K and F Wastes in Demo Trial," Oil and Gas Journal, Band 92, Nr. 2, Januar 1994, Tulsa, USA, betrifft eine Desorptions- und Rückgewinnungseinheit (DRU), die mit Petroleum kontaminierte Raffinerieabfälle behandelt und Öl und Wasser zurückgewinnt, die für die Rückführung in die Raffinerie geeignet sind. Der DRU-Prozeß arbeitet mit einer zweistufigen indirekten Erhitzung, um die Abfallvolumina zu reduzieren. Die erste Erhitzungsstufe trocknet den Schlamm oder Boden durch Verdampfen und Entfernen von Wasser und organischen Bestandteilen mit niedrigem Siedepunkt, die anschließend kondensiert werden. Die zweite Erhitzungsstufe erhöht die Temperatur der Feststoffe auf etwa 925ºF (496ºC), bei der die verbleibenden organischen Bestandteile, einschließlich der von der Umweltschutzbehörde regulierten halbflüchtigen organischen Bestandteile verdampft. Das Öl aus den einzelnen Kondensationssystemen wird individuell getrennt und zum Raffinieren in die Raffinerie zurückgeführt. Das Wasserkondensat wird in dem System zur Abwasserbehandlung der Raffinerie verarbeitet. Unkondensierte organische Dämpfe, die aus leichten Kohlenwasserstoffen bestehen, werden für die Prozeßwärme oxydiert oder durch eine Kontrollvorrichtung für zulässige Luftverschmutzung abgeleitet. Trockene Feststoffe, die die zweite Erhitzungsstufe verlassen, werden gekühlt, bevor sie ausgeladen und beseitigt werden. Der Prozeß und die Vorrichtung, die in diesem Dokument beschrieben werden, definieren den Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche 1 bzw. 26.
Die internationale Veröffentlichung Nr. WO 90/11475 betrifft einen Prozeß zur thermischen Behandlung von organisch kontaminiertem Material. Der thermische Behandlungsprozeß benutzt einen Ofen mit einem indirekt beheizten Drehofen, in dem Matrixmaterial, das organische Substanzen, wie Dioxme, PCBs, PAHs, Heizöl und dgl. enthält, erhitzt wird, während das Material durch den Ofen bewegt wird, um die Komponenten der organischen Bestandteile als Dampf freizusetzen. Reinigungsgas mit niedrigem Sauerstoffgehalt wird mit relativ niedriger Geschwindigkeit durch den Ofen geleitet, um die verdampften Komponenten der organischen Substanzen sanft aus dem Ofen zu räumen und das Mitschleppen von festen Partikeln zu minimieren und eine Abgasmischung zu erzeugen, die die verdampften Komponenten enthält. Das Abgas wird nach dem Entfernen aus dem Ofen aufbereitet, um es in einen für den Austrag in die Atmosphäre akzeptablen Zustand zu bringen. Die Sauerstoffkonzentration in dem Ofen wird auf einem hinreichend niedrigen Niveau gehalten, um die Verbrennung der verdampften organischen Komponenten in dem Ofen im wesentlichen zu verhindern.
Die internationale Veröffentlichung WO 92/18214 betrifft ein System und ein Verfahren zum Entfernen einer flüchtigen Komponente aus einer Matrix, die flüchtige Komponenten enthält. Die die flüchtigen Komponenten enthaltende Matrix, z. B. ein mit flüchtigem organischem Material oder flüchtigem anorganischem Material kontaminierter Schlamm, wird in ein Gehäuse geleitet. Die Matrix wird dann von einem Schneckenförderer durch das Gehäuse gefördert. Durch eine Leitung in dem Schneckenförderer wird ein Wärmeübertragungsmedium transportiert, um den Schneckenförderer auf eine Temperatur zu erhitzen, die ausreicht, um wenigstens einen Teil der flüchtigen Komponente zu verdampfen. Das Wärmeübertragungsmedium kann eine geschmolzene eutektische Salzlösung sein. Die verdampfte Komponente wird durch ein heißes Gas transportiert, das zumindest über einen erheblichen Teil der Länge des Gehäuses über die Matrix von einem Gaseinlaßrohr ausgebracht wird, das über der Matrix in dem Gehäuse angeordnet ist und parallel zu dem Schneckenförderer verläuft. Das heiße Gas transportiert die verdampfte Komponente in ein Gasauslaßrohr, das ebenfalls über der Matrix in dem Gehäuse angeordnet ist und im wesentlichen parallel zu dem Gaseinlaßrohr verläuft. Die verdampfte Komponente wird dann durch das Gasauslaßrohr und aus dem Gehäuse herausgeführt und dadurch die flüchtige Komponente aus der Matrix entfernt. Die Matrix wird dann aus dem Gehäuse ausgebracht.
Die veröffentlichte europäische Patentanmeldung 0 373 577 betrifft einen Prozeß zur Aufbereitung von Klärschlammen und/oder industriellen Schlämmen mit organischen Bestandteilen mit Hilfe eines Konversionsprozesses sowie ein System zur Durchführung des Prozesses. Die Schlämme werden zuvor mechanisch entwässert und getrocknet und ins Innere eines indirekt beheizten kontinuierlichen Förderers gebracht, so daß sie in einem ersten als Erhitzungsraum bezeichneten Bereich auf Konversionstemperatur erhitzt werden, während die flüchtigen Komponenten gleichzeitig aus dem festen Produkt ausgetrieben werden. In dem als Konversionsraum arbeitenden zweiten Bereich verweilen sie bei Konversionstemperaturen, um die verbleibenden flüchtigen Komponenten aus dem festen Produkt auszutreiben.
Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung einen Prozeß und eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen zum Rückgewinnen und Behandeln von gefährlichen und ungefährlichen Komponenten aus von einem kontinuierlichen System erzeugten Prozeßströmen, um aus kontaminiertem Material organische und anorganische Bestandteile zu trennen, wobei Prozeß und Vorrichtung ein effektiveres Verdampfen und Entfernen von Wasser und gefährlichen und ungefährlichen Komponenten aus kontaminiertem Material ermöglichen sollen.
Nach einem ersten Aspekt der Erfindung wird dieses Ziel durch einen Prozeß nach Anspruch 1 erreicht. Der Prozeß umfaßt die Verfahrensschritte:
(a) Erhitzen des kontaminierten Materials auf eine erste Temperatur, die ausreicht, um Wasser und in dem Material enthaltene Bestandteile mit niedrigerem Siedepunkt zu verdampfen, und dadurch Erzeugen eines getrockneten festen Materials und eines ersten Gases, das Wasserdampf und verdampfte Bestandteile mit niedrigerem Siedepunkt enthält,
(b) Trennen des ersten Gases von dem getrockneten festen Material,
(c) Rückgewinnen der Bestandteile mit niedrigerem Siedepunkt aus dem ersten Gas,
(d) Erhitzen des getrockneten festen Materials auf eine zweite Temperatur, die ausreicht, um in dem getrockneten Material enthaltene Bestandteile mit höherem Siedepunkt zu verdampfen, und dadurch Erzeugen eines im wesentlichen dekontaminierten festen Materials und eines zweiten Gases, das verdampfte Bestandteile mit höherem Siedepunkt enthält,
(e) Trennen des zweiten Gases von dem im wesentlichen dekontaminierten festen Material und
(f) Rückgewinnen der Bestandteile mit höherem Siedepunkt aus dem zweiten Gas, wobei der Prozeß dadurch gekennzeichnet ist, daß
(i) das kontaminierte Material in dem Schritt (a) in einem Trockner erhitzt wird,
(ii) das getrocknete feste Material in dem Schritt (b) in einem Desorber erhitzt wird, der einen indirekt befeuerten rotierenden Kalzinier-Desorber umfaßt,
(iii) der Desorber mit naturgasbefeuerten Brennern beheizt wird,
(iv) Verbrennungsprodukte aus den naturgasbefeuerten Brennern abgeführt werden und
(v) die abgeführten Verbrennungsprodukte als Spülgas (i) dem Trockner zugeführt werden, um das Erhitzen des kontaminierten Materials in dem Schritt (a) zu unterstützen, oder (i) dem Trockner und (ii) dem Desorber zugeführt werden, um das Erhitzen des getrockneten festen Materials zu unterstützen und einen geeigneten Partialdruck für das wirksame Desorbieren von kontaminierenden Stoffen aufrechtzuerhalten.
Nach dem zweiten Aspekt der Erfindung wird das Ziel erreicht durch eine Vorrichtung nach Anspruch 26. Diese Vorrichtung enthält:
einen Trockner zum Erhitzen des kontaminierten Materials auf eine erste Temperatur, die ausreicht, um Wasser und in dem Material enthaltene Bestandteile mit niedrigerem Siedepunkt zu verdampfen, und dadurch Erzeugen eines getrockneten festen Materials und eines ersten Gases, das Wasserdampf und verdampfte Bestandteile mit niedrigerem Siedepunkt enthält,
eine erstes Trennsystem zum Trennen des ersten Gases von dem getrockneten festen Material,
ein erstes Rückgewinnungssystem zum Rückgewinnen der Bestandteile mit niedrigerem Siedepunkt aus dem ersten Gas,
einen Desorber zum Erhitzen des getrockneten festen Materials auf eine zweite Temperatur, die ausreicht, um in dem getrockneten Material enthaltene Bestandteile mit höherem Siedepunkt zu verdampfen, und dadurch Erzeugen eines im wesentlichen dekontaminierten festen Materials und eines zweiten Gases, das verdampfte Bestandteile mit höherem Siedepunkt enthält,
ein zweites Trennsystem zum Trennen des zweiten Gases von dem im wesentlichen dekontaminierten festen Material und
ein zweites Rückgewinnungssystem zum Rückgewinnen der Bestandteile mit höherem Siedepunkt aus dem zweiten Gas,
wobei die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, daß...
(i) der Desorber einen indirekt befeuerten rotierenden Kalzinier-Desorber umfaßt,
(ii) der Desorber mit naturgasbefeuerten Brennern beheizt wird,
(iii) eine Abzugleitung Verbrennungsprodukte aus den naturgasbefeuerten Brennern abführt und
(iv) ein Zubringersystem die abgeführten Verbrennungsprodukte als Spülgas (i) dem Trockner zuführt, um das Erhitzen des kontaminierten Materials zu unterstützen, oder (i) dem Trockner und (ii) dem rotierenden Kalzinier-Desorber zuführt, um das Erhitzen des getrockneten festen Materials zu unterstützen und einen geeigneten Partialdruck für das wirksame Desorbieren von kontaminierenden Stoffen aufrechtzuerhalten.
Gemäß der Erfindung werden die aus den naturgasbefeuerten Brennern des Desorbers abgeführten Verbrennungsprodukte dem Trockner als Spülgas zugeführt. Dieses Spulgas unterstützt die Abführung der Gase aus dem Trockner und die Aufrechterhaltung eines Partialdruckzustands, der zum Trocknen des Materials führt. Die abgeführten Verbrennungsprodukte können entweder nur dem Trockner oder sowohl dem Trockner als auch dem Desorber zugeführt werden.
Die Erfindung sieht einen thermischen Desorptions/Rückführungs-Prozeß (TD/R-Prozeß) und eine entsprechende Vorrichtung vor, um Bestandteile zu entfernen und zurückzugewinnen, die durch die Verarbeitung einer Feststoff- oder Schlammcharge erzeugt werden, wobei thermische, Kondensations-, Lösungsmittelstripping-, Filtrierungs- und Schwerkrafttrennverfahren eingesetzt werden. Um ein brauchbares Produkt zurückzugewinnen, z. B. ein Produkt, das in Raffinerien benutzt werden kann, muß aus dem kontaminierten Material Wasser eliminiert werden. Es ist bekannt, daß einige herkömmliche Systeme zu einer fein dispergierten Emulsion von Wasser und Öl führen, die schwer zu zerlegen ist. Die vorliegende Erfindung überwindet diese Nachteile herkömmlicher Systeme, indem sie eine effektive Trennung von Wasser aus dem kontaminiertem Material ermöglicht.
Der TD/R-Prozeß und die entsprechende Vorrichtung gemäß der Erfindung trocknen und desorbieren Wasser und organische Stoffe thermisch aus einem Chargenstrom von kontaminiertem Material in einem Trockner, wie einem indirekt beheizten Schneckentrockner, der eng mit einem Desorber, wie einem indirekt beheizten rotierenden Desorber, gekoppelt ist, in getrennte Gasströme. Der Chargenstrom wird mit einer speziellen Verweilzeit, die von den Eigenschaften des Chargenstroms abhängt, durch die erhitzten Einheiten geführt, wobei die Temperatur des Stroms erhöht und so das Wasser und die organischen Bestandteile verdampft werden. Das Wasser und diejenigen organischen und anorganischen Bestandteile, die in der Nähe des oder unter dem Siedepunkt von Wasser sieden, werden in dem erhitzten Schneckentrockner in einen gasförmigen Zustand verdampft, wodurch ein mit Wasser beladener Gasstrom aus dem Trockner erzeugt wird. Das Abfallmaterial in dem Schneckentrockner wird z. B. durch die Zuführung von Heißöl in den Schneckenförderer, indirekt erhitzt. Die organischen und anorganischen Bestandteile mit höherem Siedepunkt werden in dem rotierenden Desorber in einen gasförmigen Zustand verdampft, wodurch ein mit organischen Bestandteilen beladener Gasstrom aus dem Desorber erzeugt wird. Dieser Strom kann auch einige restliche anorganische Bestandteile enthalten. Die gasförmigen Bestandteile werden dann zu separaten Rückgewinnungssystemen übertragen, auf Wunsch durch einen Spülgasstrom, wie Abgas mit niedrigem Sauerstoffgehalt oder Stickstoff, um die Verbrennung der verdampften organischen Bestandteile zu unterdrücken oder zu verhindern.
Der wasserbeladene Gasstrom aus dem Trockner wird einem Kühl- und Kondensationssystem zugeführt, um den größten Teil des Partikelstoffs, des Wassers und weiterer gasförmiger Komponenten als gekühlte Flüssigkeit zu entfernen. Diese Flüssigkeit wird dann einer Schwerkraftaufbereitung unterzogen, um die organischen Bestandteile mit niedrigem Siedepunkt zurückzugewinnen und das kondensierte Wasser durch Filtration/Absorption für die Wiederbenutzung in dem Prozeß oder für das Ausbringen zu behandeln.
Der in dem Desorber erzeugte, mit organischen Bestandteilen beladene Strom wird einer Heißölabkühlung zugeführt, um die Partikel zu entfernen und das Gas für die Einführung in eine Absorber-Strippingkolonne zu konditionieren. Die Strippingkolonne entfernt die meisten organischen Bestandteile durch Temperaturermedngung und Absorption, indem der gekühlte Flüssigkeitsstrom im Kreislauf zurückgeführt und erforderlichenfalls der zurückgeführten Flüssigkeit ein geeignetes Lösungsmittel hinzugefügt wird, um das Stripping der organischen Bestandteile von dem Gasstrom zu unterstützen. Die Partikel werden aus dem Flüssigkeitsstrom durch Filtrierung und Absetzen getrennt, und die Feststoffe werden in den Chargenstrom zurückgeführt. Der gestrippte Gasstrom wird dann einem Kondensator zugeführt, der die Gasstromtemperatur weiter reduziert und den größten Teil der verbleibenden organischen Bestandteile kondensiert. Die kondensierte Flüssigkeit wird einem Schwerkrafttrennsystem zugeführt, um restliches Wasser zu entfernen, bevor zur Speicherung verbracht wird.
Die gekühlten Gasströme sowohl aus dem Trockner als auch aus dem Desorber, können kombiniert und über ein Gasabzugsgebläse dem naturgasbefeuerten Brenner des rotierenden Desorbers zugeführt werden, wo irgendwelche restlichen organischen Bestandteile in den Brennerflammen zerstört werden. Das Gasabzugsgebläse erzeugt den Systemzug, der flüchtige Emissionen enthält, sowie die Gasbewegungskraft (Antriebskraft), um die Gasströme durch den Prozeß zu ziehen. Das Gasabzugssystem umfaßt für den Fall eines Versagens der Brennerflamme ein Brenner-Bypass-System, so daß der Systemzug aufrechterhalten wird. Der Bypass wird durch einen Kohlenstoff-Adsorber umgelenkt, um sicherzustellen, daß keine Verunreinigungen in die Atmosphäre ausgebracht werden. Alternativ kann der Gasabzugsstrom primär zu Kohlenstoff-Adsorbern geleitet werden, wenn es aufgrund der jeweiligen Anwendung nicht angebracht ist, ihn den Brennern zuzuführen.
Das aus der Desorber-Brennkammer austretende Verbrennungsgas liefert zusammen mit dem Rest des Verbrennungsgases ein Spülgas mit niedrigem Sauerstoffgehalt an den Trockner und Desorber, das dem Erhitzer des Heizölsystems zugeführt wird, um die Energie zurückzugewinnen, bevor es durch den Stapel in die Atmosphäre ausgebracht wird. Alternativ kann das Abgas aus dem Heißölerhitzer mit dem Abgas aus den Desorberbrennern kombiniert werden, um das Trockner- und Desorber-Spülgas zu liefern. Das Verbrennungsgas kann auch direkt zu dem Erhitzer des Heißölsystems und dann durch einen Stickstoff- Verdampfer wandern, der flüssigen Stickstoff verdampft, um ein inertes Spülgas für den Trockner und Desorber zu liefern, wenn dies durch die jeweilige Anwendung gefordert wird.
Die von dem rotierenden Desorber ausgebrachten Feststoffe werden über eine geneigte Kühlschnecke, die als Abluftdichtung dient, zu einem Befeuchtungsmischer ausgebracht, in welchem die Feststoffe wieder befeuchtet werden, um Staubbildung zu verhindern, wobei das aus den Prozeßgasströmen kondensierte behandelte Wasser benutzt wird.
Fig. 1 zeigt eine schematiche Darstellung eines Prozesses und einer Vorrichtung zur Erzeugung von Prozeßströmen aus einem kontinuierlichen System für das selektive Trennen von organischen und anorganischen Verunreinigungen aus kontaminiertem festen Material, wobei (1) ein indirekt beheizter, der mit einem indirekt befeuerten rotierenden Kalzinier-Desorber gekoppelter Heißöl-Schneckentrockner und (2) Luft und Verbrennungsabgas als Spülgas benutzt wird.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Prozesses und einer Vorrichtung für die Rückgewinnung und Behandlung von gefährlichen und ungefährlichen Komponenten aus einem Prozeßstrom, der von dem indirekt beheizten Heißöl-Schneckentrockner von Fig. 1 erzeugt wird,
Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Prozesses und einer Vorrichtung für die Rückgewinnung und Behandlung von gefährlichen und ungefährlichen Komponenten aus einem Prozeßstrom, der von dem indirekt befeuerten rotierenden Kalzinier-Desorber von Fig. 1 erzeugt wird.
In den Zeichnungen werden für gleiche oder einander entsprechende Elemente durchgehend gleiche Bezugszeichen benutzt.
Das Abfallmaterial, das nach der Lehre der vorliegenden Erfindung behandelt werden soll, kann ein beliebiges Material sein, das organische und anorganische Bestandteile enthält. Das Abfallmaterial besteht typischerweise aus Abfallprodukten von MGPs, biologischen Feststoffen oder Schlammen mit organischen und anorganischen Bestandteilen, aber auch aus toxischen organischen Stoffe, wie Abwasserschlämmen, Feuerwerkstechnik, Farbstoffen, Polychlorbiphenylen, polyaromatischen Kohlenwasserstoffen usw.. Außerdem können Materialien gemäß der Erfindung behandelt werden, die städtische oder industrielle Abfälle, Kohle usw. enthalten. Die speziellen organischen Bestandteile, die in dem Abfallmaterial enthalten sind, und ihre Konzentration ist nur im Hinblick auf die Reaktionsgeschwindigkeit und die maximalen Temperaturen, die in dem Desorptionsprozeß erreicht werden, von Bedeutung. Mit anderen Worten, jeder beliebige organische Bestandteil in jeder beliebigen Konzentration kann erfindungsgemäß desorbiert werden, solange der Sauerstoff beschränkt ist und die Reaktionsgeschwindigkeit und die maximale Temperatur gesteuert werden können. Wenn der Prozeß gemäß der Erfindung in Abwesenheit von Sauerstoff oder mit einer geringeren als der stöchiometrischen Sauerstoffmenge betrieben wird (z. B. um die organischen und anorganischen Komponenten des Abfallstroms zu trennen, wie dies unten beschrieben wird), ist außerdem die Konzentration des Abfallmaterials weniger kritisch, solange das als Schlamm oder in anderer Form vorliegende Abfallmaterial pumpfähig, fließfähig oder anderweitig transportierbar ist.
Die Verweilzeit der Reaktionspartner in den Reaktionszonen hängt von verschiedenen Faktoren ab, darunter der Temperatur, der Größe der Reaktoren, den Fließgeschwindigkeiten der Materialien in die und durch die Reaktionszonen usw..
Gemäß einem Aspekt, der lediglich als Beispiel dient, wurde die vorliegende Erfindung zur Verarbeitung von Abfallmaterial entwickelt, das im Mittel 74% Feststoffe, 20% Wasser und 6% organische Bestandteile enthält. Mit diesen Kriterien ist die vorliegende Erfindung für die Verarbeitung von etwa 52000 Pfund pro Stunde (6546,80 Gramm pro Sekunde) an Abfallmaterial dimensioniert. Der einschlägige Fachmann erkennt, daß die Feuchtigkeit und die organischen Inhaltsstoffe, die Materialeigenschaften und die Prozeßtemperaturen des Abfallmaterials die bestimmenden Faktoren sind. Das System kann z. B. zur Verarbeitung von bis zu 70000 Pfund pro Stunde (8800 Gramm pro Sekunde) an Abfallmaterial benutzt werden, das einen Feuchtigkeitsgehalt in der Größenordnung von 10% hat. Die vorliegende Erfindung kann auch zur Verarbeitung von etwa 10000 Pfund pro Stunde (1259,0 Gramm pro Sekunde) an Abfallmaterial benutzt werden, das einen Feuchtigkeitsgehalt in der Größenordnung von 75% hat, oder zur Verarbeitung von so geringen Mengen wie etwa 5000 Pfund pro Stunde (629,5 Gramm pro Sekunde) an Abfallmaterial, das einen Feuchtigkeitsgehalt in der Größenordnung von 90% hat. Bei diesen Raten liegt die Verarbeitungszeit des Materials zwischen 30 Minuten und zwei Stunden (1 800 Sekunden und 7 200 Sekunden). Somit ist die vorliegende Erfindung nicht auf die speziellen Prozeßkriterien, wie Temperatur, Feststoffgehalt und Durchflußraten beschränkt, die hier beschrieben werden. Es können vielmehr zahlreiche Variationen ms Auge gefaßt werden, die alle in dem Konzept der vorliegenden Erfindung liegen.
Fig. 1 zeigt schematisch einen Prozeß und eine Vorrichtung zur Erzeugung von Prozeßströmen in Abgasleitungen 50 und 70 aus einem kontinuierlichen System für das selektive Trennen von organischen und anorganischen Verunreinigungen aus kontaminiertem Material, wobei in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel (1) ein mit einem indirekt befeuerten rotierenden Kalzinier- oder Pyrolisier-Desorber 60 gekoppelter indirekt beheizter Heißöl-Schneckentrockner 40 und (2) Luft und Verbrennungsabgas (oder in dem Ausführungsbeispiel von Fig. 2 Stickstoff) in dem durch Leitungen 46, 66 und 68 eingeleiteten Spülgas benutzt werden, wie dies weiter unten im einzelnen beschrieben wird. Das Abfallmaterial oder die Prozeßbeschickung wird über den Materialeintrag 10 eingebracht. Der Materialeintrag 10 fuhrt das Material über die Beschickungsleitung 12 zu einem Beschickungssieb 14. Das Beschickungssieb 14 trennt die Materialbeschickung 10 in Partikel mit Übergröße und solche mit Untergröße. Die übergroßen Partikel in der Größenordnung von 2 bis 4 Inch (0,051 bis 0,102 Meter) oder größer werden über eine Zulaufleitung 16 für übergroße Partikel von dem Zulaufsieb 14 abgezogen und einem Beschickungsschredder 18 zugeführt. Die zerkleinerten Partikel aus dem Beschickungsschredder 18 werden über die Beschickungsschredder 20 zusammen mit dem Materialzulauf 10, das über die Beschickungsleitung 12 zugeführt wird, in das Beschickungssieb 14 zurückgeführt.
Material in der Größe von etwa 2 bis 4 Inch (0,051 bis 0,102 Meter) oder weniger werden durch den Auslaß 22 für klassiertes Material aus dem Beschickungssieb entnommen. Das klassierte Material wird einem bewegbaren Radialstapler 24 zugeführt. Der Radialstapler 24 arbeitet als Förderer und verteilt das Material gut gleichmäßig über den Vorratsstapel 26, der durch die von dem Radialstapler 24 bewirkte Verteilung zu einer Mischung wird.
Ein Vorderlader oder ein anderes Transportgerät 28 führt Material von dem Vorratsstapel 26 in den Bodensilo 30. Der Bodensilo 30 bildet einen Materialzubringer, der dem Förderer 32 Material zuführt. Der Bodensilo 30 stellt eine erste Luftabsperrung für das System dar und besitzt in seinem Bodenbereich etwa vier Förderschnecken, die das Material zu dem Förderer 32 transportieren.
Der Förderer 32 ist ein abgeschlossener geneigter Beschickungsförderer. Der abgeschlossene geneigte Beschickungsförderer 32 unterstützt den kontinuierlichen Prozeß. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird kein Kastenförderer benutzt sondern vorzugsweise ein Bandförderer, weil das Abfallmaterial sehr klumpig sein kann und zu Agglomeration neigt. Der abgeschlossene geneigte Beschickungsförderer 32 leitet das Abfallmaterial zu einer geneigten Beschickungsrutsche 34. Die geneigte Beschickungsrutsche 34 kann auf Wunsch natürlich auch vertikal sein.
Die Beschickungsrutsche 34 weist ein Wägeband 35 auf, das die Beschickungsrate des Prozesses bestimmt, die bei dem oben diskutierten gegebenen Gehalt an Feststoffen und Flüssigkeiten z. B. in der Größenordnung von 520000 Pfund pro Stunde (6546,8 Gramm pro Sekunde) an Abfallmaterial beträgt. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Beschickungsrate beschränkt. Die Beschickungsrutsche 34 besitzt außerdem mehrere V-Gatter 36, die eine mechanische Abdichtung zwischen dem Auslaß des Wägebandes 35 und der Zuführung zu der nächsten Station darstellen. Im Betrieb ist immer eines der V-Gatter 36 geschlossen, um das Eindringen von überschüssiger Luft zu verhindern und die Möglichkeit eines Flammrückschlags zu minimieren. Der einschlägige Fachmann erkennt jedoch, daß die V-Gatter 36 nicht in allen Anwendungsfällen erforderlich sind, z. B. dann nicht, wenn der Gehalt an organischen Stoffen in dem Abfallmaterial sehr niedrig ist.
Das Abfallmaterial wird von den V-Gattern 36 in den Schneckentrockner 40 geleitet. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Schneckentrockner 40 ein indirekt beheizter Heißöl-Schneckentrockner mit zwei Sätzen von jeweils vier Förderschnecken mit einem Innendurchmesser von 24 Inch (0,61 Meter) und einer Lange von 24 Fuß (7,32 Meter). Dieser Trockner ist z. B. von Denver Sala unter dem Handelsnamen Holo-flite® oder von Christian Engineering zu beziehen. Bei diesem System fließt Heißöl durch die beheizte Schnecke 42 des Trockners, wobei das Abfallmaterial Wärme aus der Schnecke aufnimmt und außerhalb der Schnecke aufrechterhalten wird. Ein elektrischer oder hydraulischer Antriebsmotor 44 treibt die beheizte Schnecke 42 an. Die beheizte Schnecke 42 nimmt Heißöl über die Beschickungsleitung 47 auf und gibt Heißöl über die Auslaßleitung 49 des Heißölsystems 140 aus, das weiter unten näher erläutert wird. Obwohl im vorliegenden Beispiel ein Heißölsystem diskutiert wird, ist es für den einschlägigen Fachmann ohne weiteres erkennbar, daß in Abhängigkeit von der geforderten Temperatur auch andere Fluide, wie Wasser oder Dampf, für die Erhitzung benutzt werden oder das Wärmeübertragungsmaterial für das Material in dem Trockner 40 bilden können.
Die Beschickungsleitung 47 führt der beheizten Schnecke 42 Heißöl mit einer Temperatur von etwa 650ºF (343,3ºC) zu. Die Auslaßleitung 49 führt Heißöl mit einer Temperatur von etwa 300 bis 600ºF (148,9 bis 315,6ºC) zu dem Heißölsystem 140 zurück. Der Heißöl- Schneckentrockner 40 besitzt auch eine Druckmeß- und -Steuereinrichtung 48, die in dem Schneckentrockner 40 ein leichtes Vakuum aufrechterhält.
Das Abfallmaterial wird üblicherweise mit Umgebungstemperatur zugeführt und auf eine Prozeßtemperatur von etwa 200ºF bis 350ºF (93,3ºC bis 176,7ºC) am Auslaßende des Schneckentrockners 40 erhitzt. Der Schneckentrockner 40 hat unter den oben diskutierten Umständen beispielsweise ein Volumen in der Größenordnung von 800 ft³ (22,65 m³), wobei etwa 245 ft³ (6,94 m³) Feststoffe und etwa 554 ft³ (15,43 m³) Dampf sind. Je nach Feuchtigkeitsgehalt des Abfallmaterials können die Gase über dem Abfallmaterial gerade über dem Siedepunkt von Wasser liegen, in der Größenordnung von 212ºF bis 220ºF (100ºC bis 104,4ºC). Diese Gase werden hier als "Gase mit niedrigerem Siedepunkt" bezeichnet.
Der Heißöl-Schneckentrockner 40 enthält auch einen Spülgaseinlaß 46, der Verbrennungsgas aus den mit Naturgas oder anderweitig befeuerten Brennern 64 des rotierenden Kalzinier-Desorbers 60 aufnimmt, wie dies weiter näher erläutert wird. Der Spülgaseinlaß 46 liefert je nach Erfordernis Verbrennungsgas mit einer Temperatur von etwa 1000ºF (537,8ºC) bis 1500ºF (815.6ºC) in der Größenordnung von 400 Pfund pro Stunde (100 scfm [Standard cubic feet per minutel) (55,9 Gramm pro Sekunde (4,72 · 10&supmin;² m³/s)). Das Spülgas an dem Spülgaseinlaß 46 unterstützt das Ausbringen der Gase aus dem Schneckentrockner 40 und die Aufrechterhaltung eines Partialdruckzustands, der für das Trocknen des Materials förderlich ist. Das Spülgas kann alternativ von dem Ausgang des Heißölerhitzers abgezogen werden, um Spülgas mit niedrigerer Temperatur (in der Größenordnung von 500ºF bis 800ºF) (260,0ºC bis 426,7ºQ zu gewinnen, wenn die Umstände dies ermöglichen. Dies ist durch die Leitung 181 in Fig. 1 angedeutet. Die Leitung 181 besitzt eine (nicht dargestellte) geeignete Regeldrossel für die Durchflußsteuerung.
Das Abgas wird durch eine Abgasleitung 50 aus dem Schneckentrockner 40 abgezogen. Diese Abgasleitung enthält primär Wasser sowie organische Stoffe mit niedrigerem Siedepunkt - solche, die bei weniger als etwa 250ºF (121,1ºC) verkochen. Diese organischen Stoffe mit niedrigerem Siedepunkt umfassen z. B. VOCs mit niedrigerem Siedepunkt, wie Benzol, Toluol und Azeton. Die Abgase in der Abgasleitung 50 haben eine Durchflußrate in der Größenordnung von etwa 11450 Pfund pro Stunde (1441,6 Gramm pro Sekunde) und werden weiter unten anhand von Fig. 2 näher erläutert.
Der Heißöl-Schneckentrockner 40 besitzt einen Verschluß 52 für die Bodenentladung, um das getrocknete Abfallmaterial über eine Transfer-Beschickungsschnecke 62 einem in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel indirekt beheizten rotierenden Kalzinier- oder Pyrolisier- Desorber 60 zuzuführen. Die Beschickungsschnecken 62 fördern die erhitzten ausgebrachten Feststoffe mit etwa 41600 Pfund pro Stunde (5237,4 Gramm pro Sekunde) in den Desorber 60. Anstelle der Beschickungsschnecke 62 kann selbstverständlich auch eine Rutsche oder ein anderer Übertragungsmechanismus vorgesehen sein.
Der Desorber 60 nimmt die eingeleiteten Feststoffe aus dem Heißöl-Schneckentrockner 40 mit einer Temperatur von etwa 250ºF (121.1ºC) auf. Der Desorber 60 hat einen Innendurchmesser von etwa 8,83 Fuß (2,69 Meter) und eine Länge von etwa 72 Fuß (21,95 Meter) und kann z. B. von ABB Raymond oder Allis Mineral Systems bezogen werden. Es können auch andere Arten von Erhitzern verwendet werden, mit denen sich die hier diskutierten Betriebstemperaturen erzeugen lassen. Der Desorber 60 hat unter den oben diskutierten Umständen beispielsweise ein Volumen in der Größenordnung von 5 400 ft³ (152,87 m³), wobei etwa 4 850 ft³ (137,30 m³) Dampf und etwa 550 ft³ (15,57 m³) Feststoffe sind. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der Desorber 60 von einer Brennerbank 64 (im vorliegenden Ausführungsbeispiel etwa 24 Brennern) erhitzt, die sich über die Heizlänge des Desorbers 62 erstrecken. Die Brenner 64 werden aus dem Brennstoffzulauf 63 mit Naturgas gespeist. Den Brennern 64 wird außerdem von einem Verbrennungsluftgebläse 65 über die Zulaufleitung 67 Umgebungsluft zugeführt. Die Zulaufleitung 67 führt Verbrennungsluft mit einer Durchflußrate von etwa 41150 Pfund pro Stunde (5180,79 Gramm pro Sekunde) einem (nicht dargestellten) Luftverteilungssammelrohr zu, um die einzelnen Brenner mit Verbrennungsluft zu versorgen. Der Desorber 60 wird auf einer Temperatur in der Größenordnung von 800ºF (426.67ºC) bis 1200ºF (648,98ºC) gehalten. In Abhängigkeit von den für die Konstruktion verwendeten Materialien kann die Temperatur der Außenschale des Desorbers 60 1200ºF (648.89ºC) bis 2000ºF (1093,99ºC) erreichen. Der Desorber 60 besitzt auf Wunsch auch einen Spülgaseinlaß 66 für die Einführung von Abgasen aus den Brennern 64. Wenn Spülgas benutzt wird, wird dieses vorzugsweise zusammen mit dem getrockneten Material in den Desorber 60 eingeleitet. Es hat sich herausgestellt, daß dies den Betrieb erheblich verbessern kann, wenn Bestandteile mit höherem Siedepunkt vorhanden sind. Das Brennerabgas wird in Abhängigkeit von dem Gehalt an organischen Stoffen und dem Typ des verarbeiteten Abfallmaterials dem Spülgaseinlaß 66 mit einer Temperatur im Bereich von 500ºF (260.00ºC) bis 1500ºF (815.56ºC) und in einer Menge von 0 bis 2500 Pfund pro Stunde (0 bis 314,75 Gramm pro Sekunde) (0 bis 500 scfm) (0 bis 0,24 m³/s) zugeführt. Es ist ferner ein Dichtgaseinlaß 68 vorgesehen, um den um den Endbereich des Ofens angeordneten Dichtungen Spülgas zuzuführen. Der Dichtgaseinlaß 68 liefert bis zu 100 scfm (4.72 · 10&supmin;² m³/s) Abgas mit einer Temperatur von etwa 750ºF (398.89ºC).
Das Abgas aus dem Desorber 60 wird über eine Abgasleitung 70 ausgetragen. Das über die Abgasleitung 70 ausgetragene Abgas hat eine Durchflußrate von etwa 7775 Pfund pro Stunde (978,87 Gramm pro Sekunde); seine Temperatur liegt in der Größenordnung von 800ºF (426.67ºC) bis 1200ºF (648.89ºC). Dieses Abgas enthält Spülgas und organische Bestandteile, die bei einer Temperatur von mehr als 200ºF bis 350ºF (93.33ºC bis 176,67ºC) verkochen. Diese Gase können z. B. Asphaltene, Pyndine, Pyrene, PCBs, polyaromatische Kohlenwasserstoffe, Pentachlorophenole und dgl. enthalten. Das über die Abgasleitung 70 ausgebrachte Abgas wird weiter unten anhand von Fig. 3 näher beschrieben.
Der Desorber 60 besitzt eine geneigte Auslaßschnecke 72, mit der das verarbeitete Materials, das eine Temperatur von etwa 800ºF bis 1200ºF (426,67ºC bis 648.89ºC) hat, aus dem Kalzinier-Desorber 60 ausgebracht wird. Die Auslaßschnecke 72 bildet auch eine Luftabdichtung für den Desorber 60. Ein Antriebsmotor 74 treibt die Auslaufschnecke 72 an. Natürlich können auch andere Mechanismen für die Herstellung einer Luftabdichtung und für den Transport der Feststoffe benutzt werden, z. B. ein rotierendes oder Doppelkippventil in Zusammenwirken mit einem Trogbandförderer.
Das von der Auslaßschnecke 72 ausgetragene Material stellt effektiv Trockenmaterial dar. Zur Vermeidung von Staubbildung wird dieses Trockenmaterial einem Trockenbodenbefeuchter 76 zugeführt, der mit Kühlwasser 80 gespeist wird, das von einem Steuerventil 82 gesteuert wird. Der Kühlwassereinlaß 80 kann von dem Wasserbehandlungssystem 390 herführen, das weiter unten anhand von Fig. 3 erläutert wird. Der Trockenbodenbefeuchter 76 besitzt auch einen Dampfauslaß 78 zur Atmosphäre für das schnell verdampfbare Material in dem Trockenbodenbefeuchter. Der Dampfauslaß 78 enthält mehrere verschlungene Wege, um Partikel abzutrennen. Im Bedarfsfall kann der Kühlwassereinlaß 80 auch einen (nicht dargestellten) Frischwassereinlaß aufweisen.
Der befeuchtete Boden aus dem Trockenbodenbefeuchter 76 wird über einen Feuchtbodenauslaß 86 mit einem Antriebsmotor 84 einem Abzugsband 88 für behandelten Boden zugeführt, das von einem Antriebsmotor 90 angetrieben wird. Der Abzugsband 88 für behandelten Boden kann ein beliebiger geeigneter Transportförderer sein, z. B. ein Flachbandförderer für den Materialtransport zu Lagerbehältern. Das Abzugsband 88 für behandelten Boden besitzt Austragrutschen 92, die das Material, das für eine Bestätigungsprüfung aufgehoben werden soll, in Speicherbehälter leiten. Dieses Material wird einem von einem Antriebsmotor 96 angetriebenen Bandförderer zum Ausladen des behandelten Bodens zugeführt, um das Material in einen Lastwagen oder Ladebehälter zu laden für den Transport an den ursprünglichen Ort oder eine andere geeignete Stelle.
Belüftungsgas 100, das von einem weiter unten anhand von Fig. 3 erläuterten Kondensator zugeführt wird, führt das behandelte Abgas aus dem Heißöl-Schneckentrockner 40 mit einer Temperatur von etwa 50ºF bis 160ºF (10,00ºC bis 71,11ºC) über ein Belüftungsgasgebläse 102 und Einlaßleitungen 104 und 106, die von einem Steuerventil 108 gesteuert werden, zu Verteilersammelrohren in den naturgasbefeuerten Brennern 64. Auf Wunsch kann dieses Belüftungsgas 100 teilweise oder ganz über eine von einem Steuerventil 112 gesteuerte Einlaßleitung 110 Kohle-Adsorbern 114 zugeführt werden. Obwohl nur ein Kohle-Adsorber 114 dargestellt ist, werden üblicherweise drei Kohleeinheiten zu 20 000 bis 40 000 Pfund (9071,85 bis 18143,69 Kilogramm) verwendet. Solche Kohle-Adsorber sind von Calgon, North American Aqua und anderen Lieferanten erhältlich. Ein Adsorber arbeitet solange, bis auf einen zweiten umgeschaltet wird, wobei der dritte als Reserve dient. Die Kohle-Adsorber 114 verwenden aufliegendes Kohlegranulat mit einer Gasverteilungskammer am Boden, in die das Abgas von der Einlaßleitung 110 eingeführt wird. Die Kohle-Adsorber 114 geben das Abgas durch eine Abgasleitung 116 mit eine Temperatur von etwa 100ºF (37.78ºC) aus. Wie in Industrieanlagen üblich, werden Abgase über eine Stichprobenleitung 118 einem kontinuierlichen Emissionsüberwachungssystem (CEM) 120 zugeführt. Das kontinuierliche Emissionsüberwachungssystem 120 kann über die Stichprobenleitung 122 Abgase aus dem Kamm 160 aufnehmen, wie dies weiter unten näher erläutert wird.
Wie oben beschrieben wurde, liefert das Heißölsystem 140 Heißöl über die Beschickungsleitung 47 an den Heißöl-Schneckentrockner 40, während Heißöl über die Auslaßleitung 49 zu dem Heißölsystem 140 zurückgeführt wird. Es handelt sich also um einen geschlossenen Ölkreislauf mit einer Durchflußrate von etwa 100 bis 1000 gpm (gallons per minute) (6,31 · 10&supmin;³ bis 6.31·10&supmin;² m³/s). Das Heißölsystem 140 erhitzt das Öl auf etwa 650ºF (343.33ºC). Das Heißölsystem kann von First Thermal System oder anderen bezogen werden. Es benutzt ein thermisches Fluid, das von Dow Chemical oder Monsanto bezogen werden kann. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird das Heißöisystem 140 mit Naturgas beheizt, das über die Zuleitung 144 eingespeist wird. Es kann jedoch auch Heizöl, Propan oder ein äquivalenter Brennstoff benutzt werden. Die Verbrennungsluft wird von einem Verbrennungsluftgebläse 142 durch den Verbrennungslufteinlaß 143 zugeführt. Die Abgase verlassen das Heißölsystem 140 durch den Spülgasauslaß 146 mit einer Temperatur von etwa 750ºF (398,89ºC). Das vorliegende Ausführungsbeispiel bietet auch die Möglichkeit, das Öl mit den Brennerabgasen des Desorbers 60 in der Leitung 170 zu erhitzen, so daß die Gesamtenergieeffizienz des Prozesses erheblich verbessert wird.
Die Brennerauslaßleitung 178 entnimmt die Abgase aus den Brennern 64 mit einer Temperatur von etwa 1600ºF (871,11ºC) bis 2400ºF (1315.56ºC). Ein Lufteinlaß 174 wird von einer Temperaturmeß-Steuereinrichtung 176 gesteuert und leitet Umgebungsluft in das Brennerabgas in der Abgasleitung 172 ein. Die Abgasleitung 172 führt das Abgas über den Einlaß 170 dem Heißölsystem 140 oder über die Brennerabgas-Bypassleitung 152 dem Kamm 160 zu. Die Abgasleitungen 170 und 152 werden durch Drosseln 171 bzw. 173 gesteuert.
Auf Wunsch kann über einen Lufteinlaß 148 Kühlluft mit Umgebungstemperatur in ein Gebläse 150 für induzierte Zugluft eingeführt werden, das Abgase aus der Leitung 152 (von den Brennern 64) oder aus der Leitung 146 (von dem Heißölsystem 140) aufnimmt. Eine Temperaturmeß- und -Steuereinrichtung, die stromabwärts des Gebläses 150 für induzierte Zugluft angeordnet ist, dient zur Steuerung der Auslaßtemperatur der Abgase. Die Abgase werden dem herkömmlichen Abgaskamin 160 zugeführt, der aus Stahl oder einem äquivalenten Material bestehen kann. Die Abgase gelangen durch den Auslaß 162 mit einer Temperatur von etwa 600ºF (315.56ºC) in die Atmosphäre. Wie oben diskutiert wurde, kann die Stichprobenleitung 164 in das kontinuierliche Emissionsüberwachungssystem 120 einspeisen, um die Abgase zu überwachen.
Das Brennerabgas aus der Brennerauslaßleitung 178 wird teilweise oder ganz in die Spülgasleitung 180 eingeleitet, die das Brennerabgas abzieht, bevor Luft hinzugefügt wird. Diese behält einen Sauerstoffgehalt von weniger als 5%, um eine Verbrennung zu verhindern. (Üblicherweise bedeutet ein Sauerstoffgehalt von 3%, daß keine Verbrennung stattfindet). Alternativ kann das Spülgas über die Leitung 181 aus der Heißölerhitzer-Auslaßleitung 146 bezogen werden, wenn der Sauerstoffgehalt geeignet ist und/oder wenn niedrigere Spülgastemperaturen geeignet sind. Das Spülgas in der Leitung 180 wird durch ein Spülgasgebläse 182 einem Spülgassammelrohr 184 zugeführt, das über die Leitung 46 Spülgas an den Heißöl-Schneckentrockner 40 und über die Einlaßleitung 46 an den indirekt befeuerten rotierenden Kalzinier-Desorber 60 und über die Leitung 68 an die Desorberdichtungen liefert, wie dies oben diskutiert wurde.
Fig. 2 zeigt schematisch einen Prozeß und eine Vorrichtung zur Rückgewinnung und Behandlung von gefährlichen und ungefährlichen Komponenten aus einem Prozeßstrom, der von dem indirekt erhitzten Heißöl-Schneckentrockner 40 von Fig. 1 erzeugt wird.
Das Abgas aus der Abgasleitung 50 wird beispielsweise mit etwa 11450 Pfund pro Stunde (1441,56 Gramm pro Sekunde), wovon 10400 Pfund pro Stunde (1309,36 Gramm pro Sekunde) Wasser, 156 Pfund pro Stunde (19,64 Gramm pro Sekunde) organische Stoffe und vier Pfund pro Stunde (0,50 Gramm pro Sekunde) Partlkelstoffe sind, mit einer Temperatur in der Größenordnung von 210ºF bis 250ºF (98,89ºC bis 121,11ºC) an die Sprühwasserkuhlvorrichtung 310 geliefert, in der Wasser mit einer Durchflußrate von etwa 12500 Pfund pro Stunde (25 gpm) (1573,75 Gramm pro Sekunde (1.58·10&supmin;³ m³/s)) in den Gasstrom zerstäubt wird. Der Gasstrom hat eine Temperatur zwischen 100ºF und 150ºF (37,78ºC bis 65,56ºC). Die Wassersprühkühlung 310 ist z. B. von Turbotak beziehbar. In der Wassersprühkühlung 310 fallen Partlkelstoffe und kondensierte Abgase mit den Wassertröpfchen aus. Eine von einem Steuerventil 311 gesteuerte Wasserzuführungsleitung 312 liefert Wasser mit einer Durchflußrate von etwa 12500 Pfund pro Stunde (1573,75 Gramm pro Sekunde) mit etwa 100ºF bis 150ºF (37,78ºC bis 65.56ºC) und einem Druck von etwa 100 bis 150 psi (pounds per square inch) (689 400 N/m² bis 1 034 100 N/m²), um eine wohldefinierte Tröpfchengröße zu erhalten. Ein Auslaß 314 für gekühltes Gas liefert gekühltes Gas an einen Kondensator 320, der Wasser und organische Stoffe auskondensiert. Die Leistung des Kondensators 320 liegt in der Größenordnung von 12 mm BTUH (3 516 852 W). Es handelt sich um einen Schalen- und Röhrenwärmetauscher mit Kondensatorkühlschlangen 326. Diese Kondensatorkühlschlangen können von Doyle and Roth geliefert werden.
Den Kondensatorkühlschlangen 326 wird über einen Kühlwassereinlaß 321 Kühlwasser mit einer Temperatur zugeführt, die von Umgebungstemperatur bis etwa 100ºF (37,78ºC) reicht. Das (erwärmte) Kühlwasser verläßt die Kondensatorkühlschlangen aus dem Kühlwasserauslaß 325. Der Kühlwassereinlaß 321 wird von einem Steuerventil 321 und einer Temperaturmeß- und -Steuereinrichtung 323 gesteuert, die die Temperatur des Belüftungsgases in dem Belüftungsgasauslaß 324 mißt, die bei etwa 100ºF bis 150ºF (37.78ºC bis 65.56ºC) liegt und eine Durchflußrate von etwa 3600 Pfund pro Stunde (453,24 Gramm pro Sekunde) hat (davon 2630 Pfund pro Stunde (331,12 Gramm pro Sekunde) an Wasser, 80 Pfund pro Stunde (10,07 Gramm pro Sekunde) an organischen Stoffen und 1, 2 Pfund pro Stunde (0,15 Gramm pro Sekunde) an Partikelstoffen). Das Belüftungsgas aus dem Belüftungsgasauslaß 324 kann dem Belüftungsgaseinlaß 100 zugeführt werden, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist. Die kondensierte Flüssigkeit wird durch den Kondensflüssigkeitsauslaß 327 aus dem Kondensator 320 abgezogen. Diese Kondensflüssigkeit besteht zum größten Teil aus Wasser mit einer Temperatur zwischen 50ºF und 150ºF (10ºC und 65.56ºC) und hat eine Durchflußrate von etwa 20350 Pfund pro Stunde (2562,07 Gramm pro Sekunde). Die Kondensflüssigkeit wird einem Öl-/Wasser-Separator 330 zugeführt, der einen 5000-Gallonen-(18,93 m³)-Tank mit Prallflächen besitzt. Der Öl-/Wasser-Separator kann von Great Lakes Environmental bezogen werden. Leichtere Öle aus dem Öl-/Wasser-Separator 330 werden mit etwa 78 Pfund pro Stunde (9,82 Gramm pro Sekunde) und einer Temperatur von etwa 50ºF bis 150ºF (10ºC und 65.56ºC) über den Auslaß 332 abgezogen. Als "leichtere Öle" werden hier solche Öle bezeichnet, die leichter sind als Wasser und Bestandteile enthalten, die als BTEX (Benzol, Toluol, Ethylen und Xylen) allgemein bekannt sind. Diese BTEX- Bestandteile können in das Öl in dem Vorratstank 470 zurückgeführt werden, wie dies weiter unten anhand von Fig. 3 diskutiert wird, um die Viskosität zu verringern und das Öl fließfähiger zu machen. Die leichteren Öle an dem Auslaß 32 haben je nach Durchflußrate eine Temperatur, die etwa 10ºF oder 20ºF (-12.22ºC oder -6,67ºC) über der Umgebungstemperatur liegt. Ihre Durchflußrate wird durch ein Steuerventil 333 gesteuert. Die leichteren Öle werden in tragbare Behälter 335 verbracht. Diese tragbaren Behälter können z. B. einfache 50-Gallonen-(0,19 m³)-Fässer oder -Tanks oder 1000-Gallonen-(3,785 m³)-Tanks auf Farmlastwagen sein.
Ein Niveauschalter 336 kontrolliert das Niveau in dem Öl-/Wasser-Separator 330. Durch einen Kondenswasserauslaß 338 wird kondensiertes Wasser aus dem Öl-/Wasser-Separator 330 abgezogen, das eine Temperatur von etwa 50ºF bis 150ºF (10ºC und 65.56ºC) und eine Durchflußrate von etwa 20350 Pfund pro Stunde (2562,07 Gramm pro Sekunde) hat. Dieses kondensierte Wasser wird über einen Einlaß 340 einer Niederdruckpumpe 344 und/oder über einen Einlaß 342 einer Hochdruckpumpe 348 zugeführt. Die Niederdruckpumpe 344 arbeitet bei einem Druck von etwa 30 psi (206 824 N/m²), während die Hochdruckpumpe 348 bei einem Druck von etwa 150 psi (1 034 100 N/m²) arbeitet. Der Auslaß 346 der Niederdruckpumpe und der Auslaß 350 der Hochdruckpumpe führen das Wasser in Sackfilter 352. Wegen der Druckdifferenz sind in den Sackfiltern 352 für jede Pumpe separate Sackfiltersätze vorgesehen. Es können z. B. zwei Filterbänke mit jeweils sechs Filtern für jeden Auslaß vorgesehen sein, wobei drei dieser Filter online und drei off-line geschaltet sind. Die Sackfilter 352 enthalten üblicherweise Filzfilter, die Wegwerfartikel sind. Nasse Feststoffe einschließlich der Filtersäcke werden über die Leitung 354 aus den Sackfiltern 352 abgezogen und zum Recyceln in einen Aufbewahrungstank 356 verbracht. Alle diese Feststoffe, einschließlich der Filtersäcke, in dem Aufbewahrungstank 356 können z. B. zu der in Fig. 1 dargestellten Materialbeschickung 10 zurückgeführt werden.
Die Sackfilter 352 besitzen auch einen Wasserauslaß 358, dessen Durchfluß durch ein Steuerventil 360 auf etwa 7850 Pfund pro Stunde (988,32 Gramm pro Sekunde) bei etwa 50ºF bis 150ºF (10ºC und 65.56ºC) für die Einspeisung in Ton-Anthrazit-Adsorptionsfilter (CAA- Filter) 362 geregelt wird. Diese Filter adsorbieren "große" (in der Größenordnung von 10 um) Öltropfen. Die CAA-Filter 362 können von Great Lakes Environmehtal geliefert werden. Das Filterwasser verläßt die CAA-Filter 362 über die von einem Steuerventil 366 geregelte Filterwasserleitung 364 und wird einem Kohlen-Adsorber 368 zugeführt.
Der Kohlen-Adsorber 368, der ebenfalls von Great Lakes Environmental bezogen werden kann, arbeitet mit Aktivkohlengranulat. Der Kohlen-Adsorber 368 adsorbiert gelöste organische Stoffe, die in Wasser feinverteilt oder gelöst sind, z. B. Alkohole und gelöste BTEX-Verbmdungen. Eine Leitung 370 für behandeltes Wasser entnimmt das behandelte Wasser aus dem Kohlen-Adsorber 368 und führt es einem Speichertank 374 für behandeltes Wasser zu. Eine Analyse-Steuereinrichtung 372 führt eine Prüfung für das Auswechseln der Kohle-Einheiten durch, indem sie einen oder mehrere geeignete Parameter überwacht, wie z. B. den Gesamtgehalt an organischer Kohle. Der Speichertank 374 für behandeltes Wasser kann ein Tank aus Polypropylen mit einem Fassungsvermögen von 20000 Gallonen (75,4 m³) sein oder ein Fraktionator, d. h. ein transportabler Lastanhängertank mit geneigtem Boden.
Der Wasserpegel in dem Speichertank 374 für behandeltes Wasser wird von einem Pegelindikator 376 überwacht. Mit Hilfe von Förderpumpen 380 für behandeltes Wasser, deren Förderleistung in der Größenordnung von 50 gpm (3,16 · 10&supmin;³ m³/s) liegt, kann das Wasser aus dem Speichertank 374 für behandeltes Wasser durch die Wasserleitung 378 abgezogen werden, wenn dies erwünscht oder erforderlich ist. Das behandelte Wasser an dem Auslaß 390 wird einem (nicht dargestellten) Sammelrohr zugeführt, um zu einem (nicht dargestellten) Kühlturm oder über die Leitung 80 zu dem in Fig. 1 dargestellten Bodenbefeuchter 76 gefördert zu werden, oder es wird abgelassen.
Fig. 3 zeigt die schematische Darstellung eines Prozesses und einer Vorrichtung zur Rückgewinnung und Behandlung von gefährlichen und ungefährlichen Komponenten aus einem Prozeßstrom, der von dem in Fig. 1 dargestellten indirekt befeuerten rotierenden Kalzinier- Desorber 60 erzeugt wird.
Das Abgas in der Abgasleitung 70 wird z. B. einem Olsprühkühler 410 mit einer Temperatur in der Größenordnung von 800ºF bis 1 200ºF (426.67ºC bis 648, 89ºC) und in einer Menge von etwa 7775 Pfund pro Stunde (978,87 Gramm pro Sekunde) zugeführt, davon etwa 2965 Pfund pro Stunde (373,29 Gramm pro Sekunde) organische Stoffe und 1925 Pfund pro Stunde Partikelstoffe und der Rest Spülgas. Der Olsprühkühler 410 kann ein Kühlkrümmer sein mit einem Rohr, das nach unten zu dem Sumpf des Adsorbers 460 abgewinkelte Sprühdüsen besitzt. Der Olsprühkühler 410 besitzt einen Kühlsprüheinlaß 412 für Öl mit einer Temperatur von etwa 250ºF (121,11ºC) und einer Durchflußrate von etwa 29950 Pfund pro Stunde (3770,71 Gramm pro Sekunde) sowie einen Auslaß für den Austragsstrom 414 mit einer Temperatur von etwa 350ºF (176.67ºC). Der Austragsstrom 414 enthält Abgas und Öl in einem kondensierten, gekühlten Strom mit flüssigen und gasförmigen Komponenten. Der Austragsstrom 414 liefert das Abgas an einen Absorberturm 416 mit Stnpperschalen, der z. B. von Glitsch Technologies erhältlich ist. Der Absorber 416 besitzt Stnpperschalen 418 zum Strippen von Schwerölen, wie Asphaltenen, Pyndmen und Pyrenen. Das Abgas wird in einem getrennten Gasstrom 420 mit etwa 3500 Pfund pro Stunde (440,65 Gramm pro Sekunde) und einer Temperatur von etwa 250ºF (121,11ºC) abgezogen. Dieses Abgas besteht primär aus organischen Stoffen mit niedrigerem Siedepunkt (583 Pfund pro Stunde) (73,4 Gramm pro Sekunde) mit etwas Restwasser und Partikelstoffen (29 Pfund pro Stunde) (3,65 Gramm pro Sekunde) und hat eine Temperatur in der Größenordnung von 250ºF (121,11ºC). Diese Temperatur liegt sehr nahe bei der Regeltemperatur und kann auf Wunsch variiert werden.
Das Abgas in dem abgetrennten Gasstrom 420 wird einem Absorber-Kondensator 422, einem Röhrenwärmeaustauscher, zugeführt, um die Bestandteile mit niedrigerem Siedepunkt und Restwasser herauszukondensieren. Es ist zu beachten, daß dieser Kondensator wegen der Zusammensetzung der Bestandteile in dem Beschickungsstrom leicht zu reinigen sein sollte. Ein Kühlwassereinlaß 426 liefert Kühlwasser mit einer Temperatur von etwa 50ºF bis 100ºF (10ºC bis 37.78ºC). Ein Kuhlwasserauslaß 424 fuhrt Wasser aus dem Kondensator 422 mit einer Temperatur von etwa 50ºF bis 120ºF (10ºC bis 48.89ºC) ab. Der Adsorber- Kondensator 422 besitzt Kondensatorkühlschlangen 427. Ein Kondensator-Belüftungsgasauslaß 428 trägt die abgetrennten Gase aus. Eine Temperaturmeß- und -Steuereinrichtung 429 regelt auf Wunsch die Durchflußrate des Kühlwassers. Ein Kondensflüssigkeitsauslaß 421 gibt Kondensflüssigkeit mit einer Temperatur von etwa 50ºF bis 120ºF (10ºC bis 48.89ºC) an einen Öl-/Wasser-Separator 430 aus, der sowohl für Materialien ausgelegt ist, die leichter sind als Wasser, als auch für solche, die schwerer sind als Wasser. Der Öl- /Wasser-Separator kann von Greate Lakes Environmental geliefert werden. Der Öl-/Wasser- Separator 430 besitzt einen Auslaß 432 für abgetrenntes Wasser, das mit einer Durchflußrate von etwa 228 Pfund pro Stunde (28,71 Gramm pro Sekunde) und einer Temperatur von etwa 50ºF bis 120ºF (10ºC bis 48.89ºC) mit Hilfe einer Restwasserpumpe 433 abgezogen wird, die dem Bedarf entsprechend (mit einer Förderleistung in der Größenordnung von 10 bis 50 gpm (6,31 · 10&supmin;&sup4; bis 3,16 · 10&supmin;³ m³/s)) bemessen ist. Das Restwasser 434 kann dem in Fig. 2 dargestellten Öl-/Wasser-Separator 330 für die weitere Bearbeitung zugeführt werden. Eine Wasserpegelmeß- und -Steuereinrichtung 435 regelt den Flüssigkeitspegel in dem Öl-/Wasser-Separator 430.
Ein von einem Antriebsmotor 438 angetriebener Schneckenförderer-Auslaß 436 dient für das zwangsweise Ausräumen von Schlämmen und Schwerölen aus dem Öl-/Wasser-Separator 430. Leichtöle werden durch eine Leichtöl-Auslaßleitung 440 aus dem Öl-/Wasser-Separator 430 abgezogen und dem Schneckenförderer 436 zugeführt. Eine Pegelmeß- und -Steuereinrichtung 442 überwacht den Pegel der Schlämme und Schweröle in dem Schneckenförderer 436. Das rückgewonnene Schwerölprodukt wird über eine Leitung 446 für rückgewonnenes Schwerölprodukt aus dem Schneckenförderer 436 abgezogen.
Ein Teil des Schwerölprodukts kann aus dem Adsorber 416 mit Hilfe der Produktrückführung 448 abgezogen werden, wenn eine Kombination 447 aus Pegelmeß- und -Steuereinrichtung und Steuerventil anzeigt, daß dies notwendig ist. Das Produkt in der Produktrückführung 448 kann mit dem rückgewonnenen Schwerölprodukt in der Leitung 446 kombiniert und einer Speicherung in der Leitung 449 zugeführt werden. Produktspeicherpumpen 450 pumpen das zurückgewonnene Schwerölprodukt aus der Leitung 449 über die Leitung 452 in einen Produktkühler 454. In bestimmten Anwendungen kann der Produktkühler 454 entfallen. Wenn der Produktkühler 454 jedoch benutzt wird, kühlt er das Produkt von etwa 120ºF (48.89ºC) auf die benötigte Temperatur herunter. Der Produktkühler 454 besitzt einen Kühlwassereinlaß 458, dessen Durchfluß durch eine Temperaturmeß- und -Steuereinrichtung 460 und ein Steuerventil geregelt wird, um dem Produktkühler 454 Kühlwasser zuzuführen. Ein Kühlwasserauslaß 456 führt das Kühlwasser in den Kühlwasserkreislauf oder z. B. zu einem Kühlturm zurück.
Das gekühlte Produkt wird aus dem Produktkühler 454 durch einen Produktauslaß 462 mit einer Durchflußrate von etwa 1,3 gpm (8,20 · 10&supmin;&sup5; m³/s) in den Produktspeichertank 470 ausgebracht. Der Produktspeichertank 470 kann dem Speichertank 474 für behandeltes Wasser gleichen, der oben anhand von Fig. 2 beschrieben wurde. Der Produktspeichertank 470 besitzt jedoch einen elektrischen Tankerhitzer 471, der von einer durch einen Temperaturmdikator 474 gesteuerten elektrischen Stromquelle 472 gespeist wird. Der Produktspeichertank 470 besitzt weiterhin einen Pegelindikator (z. B. ein Sichtglas) 475. Ein Steuerventil, z. B. ein manuelles Steuerventil 476, dient zum Abführen des Produkts aus dem Produktspeichertank 470. Eine Produktförderpumpe 478 zieht das Produkt mit einer Durchflußrate von etwa 10 bis 50 gpm (6,31 · 10&supmin;&sup4; bis 3,16 · 10&supmin;³ m³/s) ab, das einer Ölprodukt-Ladeleitung 479 zugeführt und z. B. in einen Tanklastwagen geladen wird.
Der Produktspeichertank 470 besitzt ferner einen Kondensationsabzug 468 (z. B. einen Luftabzug), der z. B. irgendwelche restlichen VOCs wieder verflüssigt. Der Kondensationsabzug 468 ist von Graham Manufacturing beziehbar.
Je nach Bedarf kann der Absorber 416 mit einem System zur Lösungsmittelzuführung ausgestattet sein, das weiter unten diskutiert wird. Ein Tank 480 zur Zuführung von Lösungsmittel enthält, wie in der Industrie bekannt, ein leichtes Rückführöl (mit einem hohen Gehalt an aromatischen Bestandteilen) oder ein anderes geeignetes Lösungsmittel, wie Hexan oder Toluol, oder aber ruckgeführte BTEX-Bestandteile, die aus dem Trockner-Abgasstrom 50/250 zurückgewonnen und von dem stromabwärtigen Absorber-Kondensator recycelt werden. Der Tank 480 zur Lösungsmittelzuführung besitzt einen Kondensationsabzug 482, der ähnlich beschaffen ist wie der oben diskutierte Kondensationsabzug 468.
Der Tank 480 zur Lösungsmittelzuführung enthält eine Beschickungsleitung 484 für Lösungsmittel (mit einer Temperatur von etwa 200ºF (93.33ºC) und einer Durchflußrate von etwa 9,5 gpm (5,99 · 10&supmin;&sup4; m³/s)) und eine Lösungsmittelzuführungspumpe 486 für die Förderung von Lösungsmitteln zu dem Absorber 416 über die Recycling-(Rückfluß)-Leitung 492. Die Lösungsmittel dienen im Bedarfsfall zum Strippen von organischen Bestandteilen. Eine Durchflußmeß- und -Steuereinrichtung und ein Ventil 488 regeln den Lösungsmitteldurchfluß zu dem Absorber 488.
Der Absorber 416 nimmt auch einen separierten Fiüssigkeitsstrom 494 auf, der die mit Hilfe der Stripperschalen 418 abgestreiften flüssigen organischen Bestandteile enthält. Der Fiüssigkeitsstrom 494 hat eine Temperatur von etwa 350ºF (176.67ºC) und eine Durchflußrate von etwa 2370 Pfund pro Stunde (298,58 Gramm pro Sekunde) mit etwa 1895 Pfund pro Stunde (238,58 Gramm pro Sekunde) an Partikelstoffen. Eine Leitung 498 für kombinierten Fiüssigkeitsstrom enthält Flüssigkeit aus der Leitung 494 für den abgetrennten Fiüssigkeitsstrom und Flüssigkeit aus der Rückführleitung 496. Die Flüssigkeit in dem kombinierten Fiüssigkeitsstrom 498 wird Absorber-Recyclingpumpen 500 zugeführt, die die Flüssigkeit in automatische Rückspülfilter 502 pumpen. Diese Filter können von Krystal Klear oder Rosemont bezogen werden. Die automatischen Rückspülfilter 502 sind typischerweise aus rostfreiem Stahl und werden wegen der schweren Partikelstoffe, die von ihnen getrennt werden, periodisch und automatisch gereinigt. Eine Auslaßleitung 504 für das Recycling der gefilterten Flüssigkeit führt die gefilterte Flüssigkeit zu dem Absorber 416 zurück. Ein Absorber-Recycling-Kühler 506 mit einer Leistung von etwa 2 mm BTUH (586 142 W) hat, kühlt die Flüssigkeit in der Auslaßleitung 504 für gefilterte Recycling-Flüssigkeit auf etwa 250ºF (121,11ºC). Der Absorber-Recycling-Kühler 506 besitzt ferner einen Kühlwassereinlaß 501, der von einer Temperaturmeß- und -Steuereinrichtung 512 so geregelt wird, daß eine Temperatur von etwa 250ºF (121.11ºC) beibehalten wird, sowie einen Kühlwasserauslaß 508. Wie oben beschrieben wurde, kann die gekühlte Flüssigkeit über die Rückflußleitung 492 zu dem Absorber 416 zurückgeführt oder durch die Versorgungsleitung 448 gefördert und mit dem zurückgewonnenen Schwerölprodukt in der Leitung 446 gemischt werden. Die Flüssigkeit in der Rückflußleitung 492, die eine Temperatur von etwa 200ºF bis 350ºF (93,33ºC bis 176.67ºC) und eine Durchflußrate von etwa 10 bis 60 gpm (6,31 · 10&supmin;&sup4; bis 3,16 · 10&supmin;³ m³/s) hat, wird von der Durchflußmeß- und -Steuereinrichtung und dem Steuerventil 490 geregelt.
Die automatischen Rückspülfilter 502 besitzen eine von einem Zeitsteuerventil 516 gesteuerte Rückspülleitung 514, die das Rückspülgut mit etwa 11450 Pfund pro Stunde (1141,56 Gramm pro Sekunde) und einer Temperatur von etwa 200ºF bis 350ºF (93.33ºC bis 176,67 ºC) zu dem Rückspülklärkasten 518 fördert. Der Rückspülklärkasten 518 kann ein Absetzsystem mit einem Fassungsvermögen von 20 bis 40 Kubik-Yard (15,29 bis 30,58 m³) sein. Der Rückspülklärkasten 518 weist eine Leitung 520 auf für das Abtrennen von Feststoffen, die die Feststoffe an die Recyclingeinrichtung 522 liefert. Diese Feststoffe können auch Restöl enthalten und zu der Materialbeschickung 10 gefördert werden, die oben anhand von Fig. 1 diskutiert wurde. Die Flüssigkeiten werden aus dem Rückspülklärkasten 518 über die Rückführleitung 496 abgezogen, die von dem Steuerventil 497 gesteuert wird.
Mit der beschriebenen Anordnung stellt die vorliegende Erfindung ein System zur Verfügung, in dem alle Materialien innerhalb des Systems recycelt oder kontrolliert entsorgt werden können. So liefert die vorliegende Erfindung einen Rückgewinnungs- und Recyclingprozeß zur Dekontaminierung von Boden und Schlämmen. In diesem System werden organische (und auf Wunsch anorganische) Komponenten zurückgewonnen und in einen Nutzprozeß recycelt. Durch die separaten Gasstromsysteme wird auch die Rückgewinnung von speziellen Komponenten signifikant verbessert. Nach einem Aspekt treibt der Heißöl- Schneckentrockner 40 Wasser und andere organische Bestandteile aus, die sich in dem Öl- /Wasser-Separator leicht trennen lassen. Der indirekt befeuerte rotierende Kalzinier-Desorber 60 treibt auch die Bestandteile mit höherem Siedepunkt aus. Wegen der Abwesenheit von Wasser und der erhöhten Temperatur des in den rotierenden Desorber eingebrachten Materials, die es erlaubt, daß das System sehr viel rascher die Pyrolyse-Temperaturen erreicht, hat der Desorber eine größere Pyrolyse-Effizienz. In diesem Abgassystem lassen sich die Abgase und die schweren organischen Bestandteile in einer Stripping-Kolonne ohne Zusatz von Wasser leicht trennen. Die abgetrennten schweren organischen Bestandteile ähneln schwerem Rohöl und können z. B. als Rohstoff für eine Raffinerie verwendet werden.
Die vorliegende Erfindung wurde anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben, die derzeit als die bevorzugten Ausführungsbeispiele betrachtet werden. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die offenbarten Ausführungsbeispiele beschränkt. Sie soll im Gegenteil auch verschiedene Modifizierungen und äquivalente Anordnungen abdecken, die im Schutzbereich der anliegenden Ansprüche liegen.

Claims

1. Prozeß zum Rückgewinnen und Behandeln von gefährlichen und ungefährlichen Komponenten aus von einem kontinuierlichen System erzeugten Prozeßströmen, um aus kontaminiertem Material selektiv organische und anorganische Bestandteile zu trennen, wobei der Prozeß umfaßt:

(a) Erhitzen (40) des kontaminierten Materials auf eine erste Temperatur, die ausreicht, um Wasser und in dem Material enthaltene Bestandteile mit niedrigerem Siedepunkt zu verdampfen, und dadurch Erzeugen eines getrockneten festen Materials und eines ersten Gases, das Wasserdampf und verdampfte Bestandteile mit niedrigerem Siedepunkt enthält,

(b) Trennen (50/250) des ersten Gases von dem getrockneten festen Material,

(c) Rückgewinnen (310/326) der Bestandteile mit niedrigerem Siedepunkt aus dem ersten Gas,

(d) Erhitzen (60) des getrockneten festen Materials auf eine zweite Temperatur, die ausreicht, um in dem getrockneten Material enthaltene Bestandteile mit höherem Siedepunkt zu verdampfen, und dadurch Erzeugen eines im wesentlichen dekontaminierten festen Materials und eines zweiten Gases, das verdampfte Bestandteile mit höherem Siedepunkt enthält,

(e) Trennen (70/270) des zweiten Gases von dem im wesentlichen dekontaminierten festen Material und

(f) Rückgewinnen (410/416) der Bestandteile mit höherem Siedepunkt aus dem zweiten Gas,

dadurch gekennzeichnet, daß

(i) das kontaminierte Material in dem Schritt (a) in einem Trockner (40) erhitzt wird,

(ii) das getrocknete feste Material in dem Schritt (b) in einem Desorber (60) erhitzt wird, der einen indirekt befeuerten rotierenden Kalzinier-Desorber umfaßt,

(iii) der Desorber mit naturgasbefeuerten Brennern (64) beheizt wird.

(iv) Verbrennungsprodukte aus den naturgasbefeuerten Brennern abgeführt werden und

(v) die abgeführten Verbrennungsprodukte als Spulgas (46/66, 68) (i) dem Trockner zugeführt werden, um das Erhitzen des kontaminierten Materials in dem Schritt (a) zu unterstützen, oder (i) dem Trockner (40) und (n) dem Desorber zugeführt werden, um das Erhitzen des getrockneten festen Materials zu unterstützen und einen geeigneten Partialdruck für das wirksame Desorbieren von kontaminierenden Stoffen aufrechtzuerhalten.

2. Prozeß nach Anspruch 1, bei dem das Material in dem Schritt (a) in einem Trockner behandelt wird, der einen indirekt beheizten Heißöl-Schneckentrockner mit einer Materialförderschnecke aufweist.

3. Prozeß nach Anspruch 2, mit dem weiteren Merkmal: Erhitzen von Heißöl in einem Heißölsystem und Einspeisen des erhitzten Heißöls in die Schnecke, um das dem Trockner zugeführte kontaminierte feste Material indirekt zu erhitzen.

4. Prozeß nach Anspruch 3, bei dem

das getrocknete Material in dem Schritt (b) in einem Desorber erhitzt wird, der einen indirekt befeuerten rotierenden Kalzinier-Desorber aufweist,

mit den weiteren Merkmalen:

Erhitzen des Desorbers mit naturgasbefeuerten Brennern und

Abführen der Verbrennungsprodukte aus den Brennern zu dem Heißölsystem, um das Erhitzen des Öls zu unterstützen.

5. Prozeß nach Anspruch 1, mit den weiteren Merkmalen:

Einspeisen des ersten Gases in eine Sprühwasserkühlungs- und Kondensatoranordnung und

Trennen des ersten Gases in Trocknerbelüftungsgas und in durch Kondensator/Sprühwasserkühlung kondensierte Flüssigkeit.

6. Prozeß nach Anspruch 5, bei dem

das getrocknete Material in dem Schritt (b) in einem mit naturgasbefeuerten Brennern erhitzten Desorber erhitzt wird und

das Trocknerbelüftungsgas entweder (i) als zusätzlicher Brennstoff in die naturgasbefeuerten Brenner oder (ii) in Kohle-Adsorber zum Absorbieren von organischen Stoffen aus dem Trocknerbelüftungsgas oder in beide eingespeist wird.

7. Prozeß nach Anspruch 5, bei dem die Kondensflüssigkeit einem Öl-Wasser-Separator zugeführt wird, um die Kondensflüssigkeit zu trennen in Öle leichter als Wasser und abgetrennte Flüssigkeiten.

8. Prozeß nach Anspruch 7, bei dem die leichteren Öle diejenigen umfassen, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Benzol, Toluol, Ethylen und Xylol besteht.

9. Prozeß nach Anspruch 7, mit dem weiteren Merkmal: Filtern der abgetrennten Flüssigkeiten, um feste Stoffe und Flüssigkeiten voneinander zu trennen.

10. Prozeß nach Anspruch 9, mit dem weiteren Merkmal: Rückführen der festen Stoffe zu dem kontaminierten Material, das in dem Schritt ia) erhitzt wird.

11. Prozeß nach Anspruch 9, mit den weiteren Merkmalen:

Recyceln eines Teils der abgetrennten Flüssigkeiten in die Sprühwasserkühlungs- und Kondensationsanordnung und

Übertragen eines Teils der abgetrennten Flüssigkeiten zu Lehm-Anthrazit- und Kohle- Adsorbern zum Trennen von organischen Stoffen aus dem Teil der abgetrennten Flüssigkeit, um behandeltes Wasser zu erzeugen.

12. Prozeß nach Anspruch 9, mit den weiteren Merkmalen: Befeuchten des in dem Schritt (e) abgetrennten, aus dem Desorber abgezogenen und im wesentlichen dekontaminierten festen Materials unter Verwendung des behandelten Wassers.

13. Prozeß nach Anspruch 1, bei dem der Schritt (f) das Einspeisen des zweiten Gases in dem Schritt (e) in einen Sprühölkühler und das Erzeugen eines abgekühlten Strom umfaßt.

14. Prozeß nach Anspruch 13, mit den weiteren Merkmalen.

Einspeisen des abgekühlten Stroms in einen Absorber und

Trennen des abgekühlten Stroms (i) in einen abgetrennten Gasstrom, der primär organische Stoffe mit niedrigerem Siedepunkt zusammen mit Restwasser umfaßt, und (ii) in einen Kondensflüssigkeitsaustritt.

15. Prozeß nach Anspruch 14, mit dem weiteren Merkmal: Einspeisen des abgetrennten Gasstroms in einen Absorber-Kondensator zum Kondensieren des abgetrennten Gasstroms zu einem kondensierten Strom.

16. Prozeß nach Anspruch 15, mit den weiteren Merkmalen:

Einspeisen des kondensierten Stroms in einen Öl-Wasser-Separator,

Trennen des kondensierten Stroms in Wasser und Schweröle und

Entnehmen von leichteren Ölen aus dem Öl-Wasser-Separator.

17. Prozeß nach Anspruch 16, mit eiern weiteren Merkmal separates Entnehmen der Schweröle, der leichteren Öle und des Wasser aus dem Öl-Wasser-Separator.

18. Prozeß nach Anspruch 17, mit dem weiteren Merkmal: Einspeisen des Wassers in einen Öl-Wasser-Separator, der zum Trennen von Ölen und Wasser benutzt wird, die aus einem System zum Behandeln des in dem Schritt (b) abgetrennten ersten Gases austreten.

19. Prozeß nach Anspruch 17, mit dem weiteren Merkmal: Hinzufügen der leichteren Öle zu den Schwerölen, um einen Ölproduktstrom zu bilden, der aus dem Öl-Wasser-Separator entnommen wird.

20. Prozeß nach Anspruch 17, mit dem weiteren Merkmal: Einspeisen des Ölproduktstroms in einen beheizten Speichertank.

21. Prozeß nach Anspruch 14, mit den weiteren Merkmalen: Einspeisen des Kondensflüssigkeitaustritts in ein Spülfilter und Erzeugen einer gefilterten Flüssigkeitaustritts und eines Klärflüssigkeitaustritts.

22. Prozeß nach Anspruch 22, mit dem weiteren Merkmal: Einspeisen der gefilterten Flüssigkeit zurück in den Absorber durch eine Rückflußleitung.

23. Prozeß nach Anspruch 22, mit dem weiteren Merkmal: Einspeisen eines Lösungsmittels in die Rückflußleitung, um die Trennung in dem Absorber zu unterstützen.

24. Prozeß nach Anspruch 21, mit dem weiteren Merkmal: Einspeisen eines Teils des gefilterten Flüssigkeitaustritts in den Ölsprühkühler.

25. Prozeß nach Anspruch 19, mit den weiteren Merkmalen: Zuführen des Kondensflüssigkeitaustritts zu dem Spülfilter, Erzeugen eines gefilterten Flüssigkeitaustritts und Einspeisen eines Teils des gefilterten Flüssigkeitaustritts in den Ölproduktstrom.

26. Vorrichtung zum Rückgewinnen und Behandeln von gefährlichen und ungefährlichen Komponenten aus von einem kontinuierlichen System erzeugten Prozeßströmen, um aus kontaminiertem Material selektiv organische und anorganische Bestandteile zu trennen. wobei die Vorrichtung umfaßt:

einen Trockner (40) zum Erhitzen des kontaminierten Materials auf eine erste Temperatur, die ausreicht, um Wasser und in dem Material enthaltene Bestandteile mit niedrigerem Siedepunkt zu verdampfen, und dadurch Erzeugen eines getrockneten festen Materials und eines ersten Gases, das Wasserdampf und verdampfte Bestandteile mit niedrigerem Siedepunkt enthält,

eine erstes Trennsystem (50/250) zum Trennen des ersten Gases von dem getrockneten festen Material,

ein erstes Rückgewinnungssystem (310/326) zum Rückgewinnen der Bestandteile mit niedrigerem Siedepunkt aus dem ersten Gas,

einen Desorber (60) zum Erhitzen des getrockneten festen Materials auf eine zweite Temperatur, die ausreicht, um in dem getrockneten Material enthaltene Bestandteile mit höherem Siedepunkt zu verdampfen, und dadurch Erzeugen eines im wesentlichen dekontamimerten festen Materials und eines zweiten Gases, das verdampfte Bestandteile mit höherem Siedepunkt enthält,

ein zweites Trennsystem zum (70/270) Trennen des zweiten Gases von dem im wesentlichen dekontaminierten festen Material und

ein zweites Rückgewinnungssystem (410/416) zum Rückgewinnen der Bestandteile mit höherem Siedepunkt aus dem zweiten Gas,

dadurch gekennzeichnet, daß

(i) der Desorber (60) einen indirekt befeuerten rotierenden Kalzinier-Desorber umfaßt,

(ii) der Desorber mit naturgasbefeuerten Brennern (64) beheizt wird,

(iii) eine Abzugleitung (178) Verbrennungsprodukte aus den naturgasbefeuerten Brennern abführt und

(iv) ein Zubringersystem (178, 180, 182, 184) die abgeführten Verbrennungsprodukte als Spulgas (46/66, 68) (i) dem Trockner zuführt, um das Erhitzen des kontaminierten Materials zu unterstützen, oder (i) dem Trockner (40) und (ii) dem rotierenden Kalzimer-Desorber zufuhrt, um das Erhitzen des getrockneten festen Materials zu unterstützen und einen geeigneten Partialdruck für das wirksame Desorbieren von kontaminierenden Stoffen aufrechtzuerhalten.

27. Vorrichtung nach Anspruch 26, bei dem der Trockner einen indirekt beheizten Heißöl-Schneckentrockner mit einer Materialförderschnecke aufweist.

28. Vorrichtung nach Anspruch 27, ferner mit einem Erhitzer zum Erhitzen des Heißöls in einem Heißölsystem und einem Zubringersystem zum Zuführen des erhitzten Heißöls zu der Schnecke, um das in dem Trockner erhitzte kontaminierte feste Material indirekt zu erhitzen,

29. Vorrichtung nach Anspruch 27, ferner mit einer Abzugleitung zum Abführen der Verbrennungsprodukte aus den Brennern zu dem Heißölsystem, um das Erhitzen des Öls zu unterstützen.

30. Vorrichtung nach Anspruch 26, bei dem das erste Rückgewinnungssystem ein Zubringersystem umfaßt zum Einspeisen des ersten Gases aus dem Trockner in eine Sprühwasserkühlungs- und Kondensatoranordnung und eine Trennvorrichtung zum Trennen des ersten Gases in Trocknerbelüftungsgas und in durch Kondensator/Sprühwasserkühlung kondensierte Flüssigkeit.

31. Vorrichtung nach Anspruch 30, ferner mit einer Belüftungsgaszuführung zum Einspeisen des Trocknerbelüftungsgases entweder (i) als zusätzlicher Brennstoff in die naturgasbefeuerten Brenner oder (ii) in Kohle-Adsorber zum Absorbieren von organischen Stoffen aus dem Trocknerbeiuftungsgas oder in beide.

32. Vorrichtung nach Anspruch 30, ferner mit einer Kondensflüssigkeitzuführung zum Einleiten der Kondensflüssigkeit in einen 01- Wasser-Separator, um die Kondensflüssigkeit zu trennen in Öle leichter als Wasser und abgetrennte Flüssigkeiten.

33. Vorrichtung nach Anspruch 32, bei dem die leichteren Öle diejenigen umfassen, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Benzol, Toluol, Ethylen und Xylol besteht.

34. Vorrichtung nach Anspruch 32, ferner mit einem Filter zum Filtern der abgetrennten Flüssigkeiten, um feste Stoffe und Flüssigkeiten voneinander zu trennen.

35. Vorrichtung nach Anspruch 34, ferner mit einer Rückführleitung zum Rückführen der festen Stoffe zu dem kontaminierten Material, das in dem Trockner erhitzt wird.

36. Vorrichtung nach Anspruch 34, ferner mit einer Rückführleitung zum Recyceln eines Teils der abgetrennten Flüssigkeiten in die Sprühwasserkühlungs- und Kondensationsonordnung und

einem Separator für organisch Stoffe zum Übertragen eines Teils der abgetrennten Flüssigkeiten zu Lehm-Anthrazit- und Kohle-Adsorbern zum Trennen von organischen Stoffen aus dem Teil der abgetrennten Flüssigkeit, um behandeltes Wasser zu erzeugen.

37. Vorrichtung nach Anspruch 34, ferner mit einem Befeuchter zum Befeuchten des im wesentlichen dekontaminierten festen Materials unter Verwendung des behandelten Wassers.

38. Vorrichtung nach Anspruch 26, bei dem das zweite Rückgewinnungssystem ein Zubringersystem zum Einspeisen des zweiten Gases aus dem Desorber in einen Sprüholkühler umfaßt, der einen abgekühlten Strom erzeugt.

39. Vorrichtung nach Anspruch 38, ferner mit einem Zulauf zum Einspeisen des abgekühlten Stroms in einen Absorber und einem Separator zum Trennen des abgekühlten Stroms (i) in einen abgetrennten Gasstrom, der primär organische Stoffe mit niedrigerem Siedepunkt zusammen mit Restwasser umfaßt, und (n) in einen Kondensflüssigkeitsaustritt.

40. Vorrichtung nach Anspruch 39, ferner mit einem Zulauf zum Einspeisen des abgetrennten Gasstroms in einen Absorber-Kondensator zum Kondensieren des abgetrennten Gasstroms zu einem kondensierten Strom.

41. Vorrichtung nach Anspruch 40, ferner mit einem Zulauf zum Einspeisen des kondensierten Stroms in einen Öl-Wasser-Separator, der den kondensierten Strom in Wasser und Schweröle trennt, und einer Abzugleitung zum Entnehmen von leichteren Ölen aus dem Öl-Wasser-Separator.

42. Vorrichtung nach Anspruch 41, ferner mit getrennten Abzugleitungen zum separaten Entnehmen der Schweröle, der leichteren Öle und des Wasser aus dem Öl-Wasser-Separator.

43. Vorrichtung nach Anspruch 42, ferner mit einer Wasserzuführung zum Einspeisen des Wassers in einen Öl-Wasser-Separator, der zum Trennen von Ölen und Wasser benutzt wird, die aus einem System zum Behandeln des in dem Schritt (b) abgetrennten ersten Gases austreten.

44. Vorrichtung nach Anspruch 42, ferner mit einer Leitung zum Hinzufügen der leichteren Öle zu den Schwerölen, um einen Ölproduktstrom zu bilden, der aus dem Öl-Wasser-Separator entnommen wird.

45. Vorrichtung nach Anspruch 42, ferner mit Tankspeiseleitung zum Einspeisen des Ölproduktstroms in einen beheizten Speichertank.

46. Vorrichtung nach Anspruch 39, ferner mit einem Zulauf zum Einspeisen des Kondensflüssigkeitaustritts in ein Spülfilter, das einen gefilterten Flüssigkeitaustritt und einen Klärflussigkeitaustritt erzeugt.

47. Vorrichtung nach Anspruch 46, ferner mit einem Zulauf zum Einspeisen der gefilterten Flüssigkeit zurück in den Absorber durch eine Rückflußleitung.

48. Vorrichtung nach Anspruch 47, ferner mit einem Zulauf zum Einspeisen eines Lösungsmittels in die Rückflußleitung, um die Trennung in dem Absorber zu unterstützen.

49. Vorrichtung nach Anspruch 46, ferner mit einem Zulauf zum Einspeisen eines Teils des gefilterten Flüssigkeitaustritts in den Ölsprühkühler.

50. Vorrichtung nach Anspruch 44, ferner mit einem Auslaß zum Zuführen des Kondensflüssigkeitaustritts zu dem Spülfilter, das einen gefilterten Flüssigkeitaustritt erzeugt und einem Auslaß zum Einspeisen eines Teils der gefilterten Flüssigkeit in den Ölproduktstrom.