164205. lajstromszámú szabadalom • Eljárás szemét megsemmisítésére aknakemencében végzett égetéssel
15 164205 16 a T hőmérséklet az előmelegítés mértékétől függ. A fém- és salaktérben uralkodó redukáló atmoszféra következtében >a gázban az oxidáció legmagasabb fokát a szénmonoxid megjelenése jelzi. Az 1650 C° feletti termikus hajtóerőt a fém- és salaktér adott körülményei mellett az alábbi egyenlettel számítjuk ki: TI = í 5 \ ( 77700 + 1 ' 8 J—22 900 R I ~ ( 9 j ( 8,6 (2 + R) J ahol T1 >a termikus hajtóerő (C°), J az oxidáló gáz előmelegítési eenergiája 26,7 C° felett (gcal/gmól oxigén az oxidáló gázban), R gmól N2 osztva gmól 02-vel az oxidáló gázban. A 3. ábra diagramjából látható, hogy a termikus hajtóerő nagymértékben megnő, ha előmelegített levegő helyett oxigénnel dúsított levegőt vagy tiszta oxigént ihasználunk. Tiszta oxigént szobahőmérsékleten használva a 2500 C° értékű termikus hajtóerő több mint négyszerese a 982 C°-ra előmelegített levegő 593 C° értékének. Különböző összetételű szemetet megfelelően feldolgozva, úgy találtuk, hogy a termikus hajtóerő a mintegy 870 C° értéknél nagyobb kell hogy legyen. Tehát a 3. ábrából látható, hogy az oxidáló gázban az oxigén koncentrációja legalább 40 ttf%r-os kell hogy legyen, amennyiben a mérsékelt előmelegítést, azaz 200 C° hőmérsékletemelést el akarjuk kerülni. A gyakorlatban az oxidáló gáz előmelegítését kívánatos elkerülni, ezért előnyös, ha az oxidáló gázban az oxigén koncentrációja nagyobb mintegy 42%-nál, mivel az ilyen összetételű gáz minden előmelegítés nélkül 870 C° értékű termikus hajtóerőt képvisel. Elképzelhető lenne, hogy az előmelegített levegőhöz valamilyen más fűtőanyagot keverjünk a fém- és salaktérben a hőátadás arányának megnövelésére. Azonlban ez sok esetben semmiféle előnyt nem eredményez, sőt legtöbbször hátrányos lehet, mivel inkább a termikus hajtóerő csökkenését, mint .megnövekedését okozza, Például ha metánt vezetünk a fém- és salaktérbe és 980 C°-ra előmelegített levegővel dolgozunk, a teljes reakció a következő: CH4 + 0,5 0 2 + l,88 N 2 = CO + 2 H 2 + l,88 N 2 Ha a fém- és salaktérben redukáló atmoszféra uralkodik, a széndioxid és vízgőz termodinamikailag nem állandók, így a szénmonoxid lesz az egyetlen oxidált terméke az égetési reakciónak. A fenti körülmények között az égetésből származó termékek egyensúlyi hőmérséklete csak 760 C°, és termikus hajtóerejük — mivel hőmérsékletük 1650 C° alatt van — negatív. így a metán bevezetése jotoban hűti a fém- és salaktér hőmérsékletét, mint melegíti. Következésképpen belátható, hogy további külső fűtőanyag alkalmazása hatástalan a fém- és salaktérben a hőátadás megnövelése szempontjából. Meglepetésszerűen úgy találtuk, hogy a találmány szerinti eljárásnak megfelelően az oxigén kritikus koncentrációja nagyon alacsony, azaz mintegy i0,15—0,28 kg 02 /kg szemét. Ilyen kis mennyiségű oxigént ihasználunk, mivel a találmány szerinti eljárás termikusan igen hatékony és energiavesztesége minimális. Nagy termikus hatékonyság érhető el, mert az ellenáramú műveleti körülmények lehetővé teszik a fémsalaktórből kiáramló égetési termékek termikus hajtóerejének maximális kihasználását, illetve az aknakeimencében felfelé áramló gázok és lefelé osúszó szilárd anyagok tömegáramának arányai kiegyenlítettek. A nagy termikus hajtóerő következtében a felfelé áramló gázok és a lefelé csúszó szilárd anyagok között a hőkicserélés aránya nagy, miáltal a szemét gyorsan lebomlik és a környezetbe távozó hőveszteség minimális. A felfelé áramló gázok és a lefelé csúszó szilárd anyagok közötti tömegegyensúlyra azért van szükség, mert így tudjuk biztosítani, hogy energia szenzibilis hő formájában nem távozik feleslegesen a reaktorból. Ezt az elvet egy példa fogja (bemutatni. Például, ha az aknakemence tetején egy tonna szemetet, alján pedig 0,2 tonna O4 gázt táplálunk be, akkor mintegy egy tonna gáz alakú termék képződik és távozik az aknakemence tetején és mintegy 0,2 tonna megolvadt maradékot csapolunk le az aknakemence alján. Azaz, a felfelé áramló gázok és a lefelé csúszó szilárd anyagok tömegének értékei nagyon közeliek, és ezt az egyensúlyt fenntartjuk az aknakemence teljes hosszában. Az aknakemence tetején egy tonna betáplált szemét után egy tonna gáz távozik, míg alján 0,2 tonna betáplált 02 gáz után 0,2 tonna maradék távozik. Ezen egyensúly következtében az aknakemencében az egymás mellett elhaladó anyagáramok között rendkívül hatékony hőkicserélés megy végbe, mely egyértelműen belátható azon tény alapján, hogy az aknakemence tetején távozó gáz hőmérséklete csak mintegy 93 C°. Ezért a kilépő gázban a szenzibilis hőnek megfelelő energiaveszteség úgyszólván elhanyagolható. Az oxigén felhasználási arányának 0,15 és 0,28 értékek között tartása számos előnnyel jár. A legkézenfekvőbb előny az alacsony oxigénfelhasználással kapcsolatosan jelentkező költségmegtakarítás, azaz ,a tiszta oxigén magas ára következtében jelentkező költségek minimalizálása. Egyenlő jelentőséggel bír az a tény, hogy az oxigén alacsony felhasználási aránya következtében a fém- és salaktérben kémiailag redukáló atmoszféra tartható fenn, így ilyen atmoszférában a fémek {elsősorban a vas) megolvadnak oxidálódás nélkül és szén oldódik ia fémolvadékban, miáltal annak olvadáspontja csökken, és ezáltal jobban folyik és könnyebben csapolható. A további előnyök a reaktort elhagyó éghető gáz vonatkozásában jelentkeznek. Ha a reaktort a kritikus oxigén/szemét súlyaránynál működtetjük, azaz a szemét sztöchiometrikus elégetéséhez szükséges gázmennyi-10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 8
