HULLADÉKOK ENERGETIKAI ÉS BIOLÓGIAI HASZNOSÍTÁSA

8.2 Hulladékból nyert fűtőanyag (RDF)

alkalmazása

Tárgyszavak: hulladékkezelés; hasznosítás; RDF; pirolízis; klórtartalom; RDF-C; oldhatóság; tömegcsökkentés; nagyüzemi technológia; vasgyártás.

A fejlett ipari országok gazdasága a tömegtermelésen, tömegfogyasztá-

son alapul, ami nagy mennyiségű hulladék képződésével jár. A hulladékkeze-lésnek szembe kell nézni ezzel a problémával, különös tekintettel a következő szempontokra:

a) A lerakóhelyek fokozatosan megtelnek. A lerakó kapacitás Japánban egy 1996-os felmérés szerint települési szilárd hulladékra 8,8 év, ipari hulladékokra 3,1 év.

b) A poliklórozott szénhidrogének (dioxinok) egészségügyi kockázata. A hulladékgazdálkodás újragondolása halaszthatatlanná vált, ami azt

eredményezte, hogy a korábban szinte kizárólagos égetés mellett ismét elő-térbe került a 3R (reduce, reuse, recycle = csökkentés, újrahasználat és újra-hasznosítás) kérdése. A japán Szociális, Egészségügyi és Munkaügyi Minisz-térium támogatja az integrált regionális hulladékkezelést, ezen belül pl. a haté-konyabb füstgáztisztítási eljárásokat, áramtermelést és a hamu ártalmatlanítá-sát (pl. megömlesztését). Az energetikai hasznosítás mellett komolyan foglal-koznak az anyagi hasznosítás lehetőségeivel és egyéb kémiai eljárásokkal. Úgy tűnik, hogy fordulat állt be a közgondolkodásban is, egyre többen elfogad-ják az újrahasznosítást mint fenntartható hulladékkezelési megoldást.

A hulladékkezelési eljárások kiválasztásánál elsődleges szempont a helyi adottságok mérlegelése. A már bevezetett és bevált megoldások mellett elen-gedhetetlen újabb és újabb lehetőségek keresése. Az energetikai hasznosítás vagy áramtermelés kisebb településeken nem oldható meg gazdaságosan, számukra a kis- és közepes üzemméret jelenthet kiutat. Ha a települési szilárd hulladékból a nem éghető frakciót (üveg, fém) kiválogatják, akkor ún. hulla-dékból nyert fűtőanyagot (refuse derived fuel = RDF) kapnak. Szakemberek véleménye szerint a főleg szerves hulladékból álló kevert hulladék jobban il-leszkedik a kisebb települések hulladékgazdálkodásához.

Japánban több mint 10 éve folynak kísérletek az RDF hasznosításával. Állami támogatással először 1994-ben épült RFD hasznosító üzem, ezt több hasonló üzem létesítése követte. 1999 végén már 23 ilyen üzem működött or-szágszerte. Az RDF-et elsősorban áramtermelésben hasznosítják, és az így előállított energiával működtetik a légkondicionálókat, központi melegvíz-előállító rendszereket, hóolvasztást végeznek stb.

A Kawasaki Steel cégnél évek óta folynak RDF hasznosításával kapcso-latos kísérletek. Az acélműben az energetikai hasznosítás mellett újrahaszno-sítással is próbálkoztak. Kezdetben az acélgyártásban szénhelyettesítéssel folytattak méréseket. Végső következtetésük az volt, hogy magas illóanyag- és klórtartalma miatt az RDF nem alkalmas szénhelyettesítésre.

Másik lehetőségként a pirolízis kínálkozott. A pirolízis lényege, hogy oxi-gén kizárásával hevítik az RDF-et, ennek során az RDF elszenesedése mellett pirolízisgázok és kátrány keletkezik. Az elszenesedett RDF, amelyet RDF-C-vel jelöltek, kedvező fizikai és kémiai jellemzői alapján az acélgyártás mellett más területeken is alkalmazható. A következők az RDF pirolízisével végzett laboratóriumi és félüzemi kísérleteket ismertetik.

RDF elszenesítése laboratóriumi körülmények között A Kawasaki Steel cégnél az RDF alkalmazhatóságával kapcsolatos kísér-

letek 1995-ben kezdődtek. A technológia különböző fázisaiban, pl. redukáló-szerként, a szinterezésnél és a szénpor-injektálásos kazánban alkalmazták szén helyett az RDF-et. A kísérletsorozat eredményei az 1. táblázatban talál-hatók. Az RDF alkalmazásakor három probléma merült fel:

– az RDF minősége (klórtartalom stb.); – magas illóanyag-tartalom; – végtermék minősége (szilárdság, portartalom).

1. táblázat Kísérleti tapasztalatok az acélgyártásban alkalmazott RDF-fel

Termék neve

Koksztüzelésű kemence

Szinterező kemence

Légbefúvásos kemence

Javaslat

Gáz korrózió HCl-képződés megelőzése

Kátrány WEP* teljesít-ménycsökkenése

kátrány-eltávolítás

Por környezeti probléma poreltávolítás Egyéb a termék gyenge minőségi probléma minőségi

probléma Na, K, Cl eltávolítása szilárdsága

* WEP = wet electric precipitator – nedves elektromos porleválasztó

Az RDF pirolízise laboratóriumi körülmények között 600–700 °C-on tör-tént. A tömegváltozást, a pirolízistermékek mennyiségének alakulását a hő-mérséklet függvényében az 1. és 2. ábra mutatja be.

0

20

40

60

80

100

120

200 400 600 800 1000hamu hőmérséklet, °C

rela

tív tö

meg

válto

zás,

%(m

/m)

1. ábra Az RDF hőbontása

illó a

nyag

ok, k

ötöt

t szé

n,ha

mu,

%(m

/m) 7 6 5 4 3 2 1 0

lór k

once

ntrá

ció

(töm

eg%

/kg-

ham

u) 100

80 60 40 20 0

hk

kuk

i

600 700 800 900 950 1000 1050 RDF szén

2. ábra Az RDF hőbontása

Az RDF illó komponenseinek mennyisége (pl. kátrány

on 10% alá csökkent, ugyanakkor a klórtartalom 900 °C-

amu ötött szén

lór mosás tán lór

lló anyagok

k

) már 600–700 °C-ig nem változott. A

klórtartalom 950 °C felett kezdett el csökkenni, de ezzel párhuzamosan a kö-tött széntartalom is csökkent. A bomlás során elengedhetetlen a klórtartalom alakulásának követése, de az RDF vizes mosásával is eredményesen csök-kenthető a klórtartalom, akár a kiindulási érték egyharmadára-egynegyedére.

A szabadban és prizmában tárolt RDF esetében azt tapasztalták, hogy levegőn elveszíti eredeti szemcsés szerkezetét, és fokozatosan elporlik. Az RDF-C tárolásánál nem tapasztaltak ilyen jellegű változást.

A laboratóriumi körülmények között pirolizált RDF-C-vel sikerült vala-mennyi problémát kiküszöbölni. Ezek alapján úgy döntöttek, hogy üzemi pró-bát végeznek a vasgyártás meglevő berendezésein, elsőként a szinterező üzemben. A nedves elektromos porleválasztó (wet electric precipitator = WEP) áramerősség-változása jól mutatta a kétféle RDF közötti különbséget (3. ábra). A kezeletlen RDF esetében rögtön az indulás után leesett az áramerősség a termék kátránytartalma miatt, míg az RDF-C alkalmazásakor alig észleltek vál-tozást. Az áramerősség 6 órán át nem változott.

idő (h)

500 0

áram

erős

ség

(A)

WEP 1 (a) RDF esetén

WEP 2

6:00 10:00 14:00 18:00 22:00

idő (h) WEP 1

500 0

áram

erős

ség

(A)

3. ábra A nedves ele

A sikeres laboratóriu

tai alapján a Mizushima mtettek. Az üzem főbb para

betáplálás

(b) RDF-C esetén

WEP 2

6:00 10:00 14:00 18:00 22:00

ktromos poal

mi kísérletűveknél egmétereit a

betáplálás

rleválasztó (WEP) áramerősségének akulása

ek és nagyüzemi próbagyártás tapasztala-y 1,25 t/h kapacitású kísérleti üzemet épí-

2. táblázat tartalmazza.

2. táblázat A kísérleti üzem műszaki leírása

Üzemi kapacitás RDF (alapanyag)

RDF-C 30 t/nap 7,5 t/nap

nap Tárolókapacitás RDF

RDF-C 30 t/nap 10 t/nap

Szállítás RDF RDF-C

15 t 10 t vagy a kemence folyamatos etetése szállítószalagról

Működtetés kiszolgáló személyzet feladata

egy fő az RDF betöltése

8 ~ 24 óra/üzemidő

RDF-C előállítás és főbb jellemzői A 2. táblázatban feltüntetett műszaki paraméterekkel rendelkező üzem

2000 május közepén kezdte meg működését, és június végéig kb. 630 t RDF-et dolgozott fel. A folyamat alatt az RDF tömege kb. 75%-kal csökkent (4. ábra).

150 100 50 0

előá

llíto

ttte

rmék

(t)

május 15 május 30 június 14 június 29

időpont

4. ábra A kísérleti üzemben előállított RDF-C mennyisége

A kétféle termék fűtőértéke a 3. táblázatban szerepel, amiből kiderül,

hogy az RDF-C fűtőértéke kb. 10%-kal alacsonyabb az RDF értékénél. Egyes vélemények szerint, ha a műanyag palackok újrahasznosításával kapcsolatos jogi szabályozás elkészül, az RDF-ben a műanyagmennyiség csökkenésével lehet számolni. A szakemberek többsége a fűtőérték alakulása szempontjából nem tekinti ezt döntő szempontnak.

Az RDF-C-ben mért dioxinok mennyisé-ge a 4. táblázatban szerepel. A maximális 0,22 pg-TEQ/g érték jóval alatta marad az 1999-ben Japánban a talajban mért átlagos 6,5 pg-TEQ/g értéknek. A törvényben a tala-jokra vonatkozó és igen érzékeny analitikai módszerrel meghatározott 1 E pg-TEQ/g ér-téknél pedig több nagyságrenddel kisebb.

3. táblázat A fűtőértékek

ték kJ/kg kcal/kg) (4372) ~ 18 914 (4519) (3911) ~ 7 810 (4255)

tőér (300370 1

összehasonlítása

4. táblázat

Dioxinok mennyisége Dioxinok Összes PCB Összesen Hőmérséklet pg/g pg-TEQ/g pg/g pg-TEQ/g pg-TEQ/g 600 °C 27 0,0000 1 900 0,220 0,220 700 °C 27 0,0360 2900 0,029 0,065 800 °c 31 0,0012 8 700 0,100 0,100 TEQ – toxicitás-egyenérték

PCB – poliklórozott bifenilek

5. táblázat Kioldódási vizsgálat

pH = 4 pH = 7 pH = 12 Megnevezés mg/l Cd nem mutatható ki nem mutatható ki nem mutatható ki Pb nem mutatható ki nem mutatható ki nem mutatható ki CrVI nem mutatható ki nem mutatható ki nem mutatható ki As nem mutatható ki nem mutatható ki nem mutatható ki T-Hg nem mutatható ki nem mutatható ki nem mutatható ki Se nem mutatható ki nem mutatható ki nem mutatható ki CN nem mutatható ki nem mutatható ki nem mutatható ki Szerves foszfor nem mutatható ki nem mutatható ki nem mutatható ki PCB nem mutatható ki nem mutatható ki nem mutatható ki

Az oldhatósági vizsgálatot a japán környezetvédelmi hatóság módszere

szerint végezték el. Az oldószer mennyisége a minta tömegének 10%-át tette ki, a 700 °C-on előállított RDF-C-ből nehézfém-, szerves foszfor és PCB-kioldódást vizsgáltak pH = 4–12 közötti tartományban. Az eredmények alapján

megállapították, hogy egyik érték sem haladta meg az előírt határértéket, így talajjavító adalékként alkalmazható.

Az RDF-C előnyei: – A pirolíziskemence közvetlen kapcsolatban áll a szénpor-injektálásos

kemencével (PCI = pulverized coal injection system). Jelenleg szén he-lyettesítésével kapcsolatos kísérletek folynak a légbefúvásos kemen-cében. Acélgyártásban szilárd tüzelőanyag (szén és koksz) helyett, va-lamint redukálószerként alkalmazzák, ami anyagában való hasznosí-tásnak is tekinthető.

– A települési szilárd hulladék tömege az éghetetlen frakciók kiválogatá-sa után felére csökken, elszenesítéssel az RDF tömege újabb 50%-kal csökkenthető, azaz az RDF-C tömege a kiindulási hulladék tömegének mindössze 1/8-a. A tömegcsökkentéssel tetemes költségcsökkenés érhető el.

– A települési szilárd hulladék szerves komponenseiben hosszabb táro-lás során nedvesség hatására rothadás megy végbe, ami kellemetlen szaganyagok keletkezésével jár. Elszenesítéskor a szerves anyagok egyszerű vegyületekké alakulnak át, amelyek már nem bomlanak to-vább, ezért az RDF-C zárt térben is tárolható.

A Kawasaki Steel cégnél kidolgozott technológia

Az RDF-C nagyüzemi gyártástechnológiáját, amelyben a két folyamatot, az RDF és RDF-C előállítást összekapcsolták, a kísérleti üzemben végzett gyártási tapasztalatok alapján dolgozták ki. Az 5. ábrán az egyszerűsített fo-lyamatábra látható.

RDF előállítás. Az RDF-et az ún. RMJ módszerrel állítják elő. A beérkező hulladékot először aprítják, előválogatás után szárítják, utóválogatás után oltott mésszel keverik és tömörítik. A szárítást 600 °C-os forró levegővel végzik, ezál-tal a kiindulási 50% nedvességtartalom 10% alá csökkenthető. A hulladékból aprítással és szárítással 10–15 mm részecskeméretű keveréket állítanak elő.

RDF-C előállítás. Az elszenesítés az alábbi lépésekből áll: a Kawasaki Steel cégnél az RDF-et folyamatosan adagolják az elszenesítő forgókemen-cébe. A pirolízis végterméke az RDF-C, ezen kívül főleg éghető gázok kelet-keznek. A pirolízisgázok a második égetőkemencében teljesen elégnek, az RDF-C-t lehűtés után szállítószalagon a tárolóba továbbítják. A második ége-tőkemencéből távozó füstgáz dioxinkoncentrációja 0,1 ng-TEQ/m3 érték alá csökken.

A rendszer hőregenerálással működik, ami a következőkből áll: – A második égetőből távozó füstgáz hőmérséklete 1200 °C. Ezen a hő-

mérsékleten a szárítás során felszabaduló kellemetlen szagú vegyüle-tek elbomlanak, vagyis megtörténik a szagtalanítás.

– Az aprított hulladékot 600 °C-os forró levegővel szárítják, a távozó le-vegőt hőcserélőben 150 °C-ra lehűtik. Az itt leadott hővel a levegőt is-mét felmelegítik a szárítási hőmérsékletre. Induláskor a hiányzó hő-mennyiséget olaj elégetésével pótolják, aminek a mennyiségét később a hőcserélőben leadott hőmennyiséggel fokozatosan csökkentik.

– A második égetőből távozó füstgáz előzetes tisztítás után a szabadba távozik.

szagtalanító kemence

5. ábra A Kawa

A Kawasaki Steel cégfőbb jellemzői

A rendszer minimális ffelfűtése olajjal történik, ezt az üzemi hőmérsékletet.

utóválogató pelletizáló

forrólevegkemenceoltott mész

második égetkemence RDF-C vég-

termék

RDF-elszenesítő kemence

füstgázelvezetés a hőcserélőhöz

saki Steel RDF–RDF-C-re gyártástechnológiája

nél kidolgozott gyárt

osszilis tüzelőanyagot haskövetően a pirolízisgázok

szárító előválogató

ős

füstgáz kezelő ő-

RDF-C előállítás

hőcserélő

települési szilá

RDF előállításRDF előállítás

kidolgozott

ástechnológia

znál. A második égető elégetésével biztosítják

aprító

rd hulladék

Az elszenesítés alatt a kemence lassú körforgást végez, a végtermék nem csomósodik össze. A füstgázok agresszív komponensei 600 °C-nál ma-gasabb hőmérsékleten elbomlanak, ez lehetővé teszi kerámia hőcserélő al-kalmazását. A távozó füstgázok korom, Na-, K-, Cl- és dioxintartalma minimá-lis. 1000 °C feletti hőmérsékleten a füstgáz dioxinkoncentrációja nem haladja meg a 0,002 ng-TEQ/m3 értéket.

A pirolízisgáz főleg éghető gázokból – H2, metán, etán, etilén – áll. A rendszerben enyhe vákuum uralkodik, a szívóhatás következtében a gázok folyamatosan eltávoznak a pirolízistérből, amivel megakadályozható a gázok berobbanása a kemencetérben.

A főleg szerves anyagokból álló hulladék elszenesítésénél bevált a fa-anyagok elszenesítésénél alkalmazott kemence. A magas hőmérséklet bizto-sítja a szerves anyagok elszenesítését, és az illó komponensek távozása után visszamaradó RDF-C széntartalma adja a termék fűtőértékét.

A füstgázok hőtartalmát hőcserélőkkel hasznosítják a szárításnál, ezáltal a fosszilis energiahordozók kb. 70%-át lehet megtakarítani.

A szárítás során az előválogatott települési szilárd hulladékból kellemet-len szagú gázok, pl. ammónia, kén-hidrogén, metil-merkaptán, acetaldehid stb. keletkeznek. A szagtalanítást korábban 650 °C-on végezték, ami nem adott kielégítő eredményt, és a kellemetlen szagú vegyületek egy része visz-szamaradt. A 900–1200 ° C-os pirolízisgázokkal végzett szárítással sikerült maradéktalanul kiűzni valamennyi gázt.

Az RDF-C alkalmazási lehetőségei Amint az előzőekből is látható, az RDF-C-t először a vasgyártásban al-

kalmazták. A légbefúvásos kemencében koksz helyettesítésére használják (6. ábra), ami két módon lehetséges:

A vastömbök előállításánál redukálószerként szénpor helyett RDF-C-t al-kalmaznak. Korábban a gyengébb minőségű szénből szénport állítottak elő, és ezt használták fel a vasgyártásban illetve a szinterezésnél. A 0,7 mm-nél ki-sebb szemcseméretű szénport forró légbefúvással juttatják a tüzelőtérbe. A gyakorlatban ma már szinte csak ezt az eljárást alkalmazzák, és erre az RDF-C kiválóan alkalmas.

Szinterezés során vastömböket állítanak elő a különböző por alakú anya-gok átkristályosításával ill. megömlesztésével. A szinterezést 1200–1300 °C-on végzik, a kiindulási anyaghoz rendszerint 2–3% kokszot adagolnak. A koksz a szintertömb tetején égni kezd, és a levegő az alsóbb rétegekbe is behatol. A felszínt beborító kokszsalak gyorsan elég, és végbemegy a szinterezés. A koksz helyett eredményesen alkalmazható az RDF-C (7. ábra).

füstgázkezelő R

szénpor-i

nyersan

Az RDF

ságát kívánjátelőként alkaemlített terülerint az RDF-aegészségügy

ÖsszefoglA hullad

Mivel a szemtóak, de megmég ma is éjelent a helyitetlen komposítása.

DF-C

njektálásos kazán

szinterezés

yag betáplálás

6. ábra

-C igen jó adk hasznosít

lmazva és víteken jelenllapú aktív si szempontb

alás ékgazdálkodléletváltás nlehetősen szrezhető töm

hatóságoknnensek kivá

vaskohó

hevítés

fúvóka

RDF-C

légbefúvásos kemence

szállító jármű

koksz

salakgra

RDF-C alkalmazása va

szorpciós tulajdonsággani talajjavításban, folyzmegtartó képességéneg főleg aktív szenet hazén igen jól megfelel pl.ól különösen veszélyes

ásban megnőtt az újraemrég indult meg, az eerények. A települési segfogyasztás következak. A hulladékkezelés elogatása után visszama

RDF-C

nuláló

sgyártásban

al rendelkezik. Ezt a tulajdon-óvizek tisztításában, hőszige- alapuló alkalmazásokban. Az sználnak, és a kísérletek sze- a füstgázokban előforduló és dioxinok megkötésére.

hasznosítás iránti érdeklődés. ddig elért eredmények bízta-zilárd hulladék mennyisége a tében egyre nagyobb gondot gyik lehetséges útja az éghe-radó ún. RDF frakció haszno-

települési szilárd hulladék

RDF előállítás

RDF

elszenesítő kemence

RDF-C

hőcserélő

vasgyártás

elektromos kemence

talajjavítás

hasznosítás (anyagában)

alkalmazási területek

folyóvíztisztítás

gőz aktív szén

hamukezelés elmarad

hamukezelés szükséges

égető (hőhasznosítás)

7. ábra RDF-C előállítás és alkalmazása

Japánban már több mint egy évtizede folynak olyan technológiai kísérle-

tek, amelyek révén nemzetgazdaságilag fontos területeken lehetne hasznosí-tani az RDF frakciót. Kezdetben a vizsgálatok energetikai és termikus kezelé-sekre korlátozódtak. Újabban a termikus hasznosítás és az újrahasznosítás összekapcsolásának gondolata is felmerült, amire jó példa a vaskohászatban jó eredménnyel zárult próbagyártás. Időközben a pirolízissel olyan mértékű

minőségi javulást sikerült elérni, hogy az új termék, az RDF-C alkalmazási le-hetőségei messze túlmutatnak a kohászati alkalmazásokon.

(Haidekker Borbála) Shiotsu, K.; Yamada, S.; Yoshida, T.: Refuse derived fuel carbonization technology and application of carbonized refuse derived fuel. = Kawasaki Steel Technical Report, 46. sz. 2002. jún. p. 74–80. Darley, P.; Bowell, R.: CHP from municipal refuse: learning from operating experience. = Modern Power Systems, 21. k. 3. sz. 2001. p. 37–39.