Solid transport in a pyrolysis pilot-scale rotary kiln: Preliminary results?stationary and dynamic results

Experiments for the investigation of the flow of granular solids in a pyrolysis pilot-scale rotary kiln are presented. These experiments consisted first in measuring the volumetric filling ratio (steady-state experiences) for several operating conditions and second in recording the exit flow rates after a positive or negative step in one of the operating parameters (dynamic experiences). A dynamical model computing the evolution of the flow rate of granular solids through the kiln has been developed based on Saeman model [Chem. Eng. Prog. 47 (1951) 508]. The simulations are compared with experimental results; the model gives good results for the rolling mode, but for the slipping mode too. (C) 2004 Elsevier B.V. All rights reserved.

回转窑热解处理废锌锰电池试验研究

我国电池生产量已经达到209亿节（2003年），多年来一直占据世界第一大电池生产国的地位，其中锌锰电池占大多数。废锌锰电池丢弃后，其中的重金属物质会逐渐渗透到地下，污染土壤和水体。重金属在生物体内富集，会使生物体致畸或致变。但同时，废锌锰电池中也含有大量有用的资源如锌、二氧化锰等。应对其进行回收利用，变废为宝。本文介绍了废锌锰电池回收处理的主要技术及研究进展，不同的处理技术回收废锌锰电池时的目标产物各不相同，但一般可分为以下几种：以单质形式回收锌、锰和汞；以合金的形式回收锌和锰；回收锌和二氧化锰；回收各金属元素制备复合微量元素肥料；回收锌、锰元素制备锰锌铁氧体；回收锌、锰元素制备硫酸锌和碳酸锰等。本文对一些废锌锰电池回收处理技术的优缺点从无害化程度、资源化程度、产品等级、工艺要求以及二次污染五个方面进行了分析和比较。在对国内外废锌锰电池回收处理技术进行分析比较的基础上提出了一种成本较低、可操作性较强的处理技术：先以干法除去废锌锰电池中的汞，然后以湿法除去其它的有害重金属并进一步加工制备有机螯合微量元素肥料。 本文以回转窑中物料停留时间的经验公式和传热学的知识设计和计算了回转窑的长度和内径尺寸、电热丝的功率以及外围的保温材料厚度等参数。用保温材料和润滑油相结合的方式对回转窑的连接部分实行密封。通过调整回转窑的转速和回转窑支架两端高度差的方式控制物料在回转窑中的停留时间，从而调节热解时间的长短。利用自动控制设备调节电热丝的功率从而调节试验中的热解温度。利用该回转窑在不同条件下对热解处理废锌锰电池进行了试验研究，热解过程中产生的尾气和颗粒物用一系列吸收液进行吸收和固定。 在热解试验中改变影响热解过程的三种因素：热解温度、热解时间和载气流速并按三因素四水平的正交方法安排试验。改变废锌锰电池热解过程中的热解温度、热解时间和载气流速三种因素进行正交试验并利用正交统计学的方法分析了这三种因素对热解除汞率的影响。利用ICP检测仪测定了各吸收液中汞的含量，并分析热解气体产物经过系列吸收液时汞被吸收的情况以及汞的形态分布。利用气相色谱仪对尾气成分进行了测定，并对热解过程中产气的过程和规律进行了分析。用X射线衍射测试的方法研究了热解前后锌锰电池的物质形态变化情况。对除汞率的正交统计分析表明，合适的热解条件为：热解温度690℃，热解时间100min，载气流速0.06m3/h，在这种试验条件下热解处理废锌锰电池的除汞率达到100%。同时还得到：热解时间对除汞效果影响最大，热解温度次之，载气流速的影响较小。ICP测试的结果表明：热解尾气在经过试验中设置的吸收瓶后，其中的汞被完全吸收，尾气中95%以上的汞以单质的形式存在。气相色谱分析的结果表明，热解开始后，废锌锰电池中的有机质迅速分解，其产物为C2H4、CH4和H2等。一段时间后，有机质的分解量大幅度减少，同时废电池中的石墨碳和高价金属氧化物发生氧化还原反应，生成CO气体。对废锌锰电池原料以及热解残渣的X射线衍射分析表明，当热解温度为350℃时，X射线衍射图谱上2θ值为35°附近的区域有新峰出现，但不明显，说明有结晶体形成但量不大。500℃时上述峰明显增强，这是由于ZnO和FeO形成了结晶体，同时在2θ值为41°附近有新峰出现，这是高价锰氧化物与石墨碳发生氧化还原反应生成了MnO并形成了结晶体。650℃时，2θ值在41°附近的峰显著增强，且热解过程中形成的峰稳定下来，基本上不再有新的结晶体生成。热解后，高价锰氧化物的相对含量从32.2%下降到4.6%，而MnO的相对含量则从6.4%上升到38.6%。热解后的残渣中晶体物质含量大，金属元素大多以低价态存在，适合于制备有机螯合微量元素肥料。

基于多重分形的水泥回转窑工况识别研究

鉴于多重分形理论在定量描述复杂系统非线性运行规律方面具有的独特优势,将多重分形理论引入到工况特征识别研究中来,确认了水泥回转窑窑电流信号的多重分形特性。在此基础上,研究了窑电流多重分形谱参数随工况变化的情况,发现多重分形谱参数的变化趋势与回转窑内工况状态的变化趋势之间具有较强的关联性,进而提出了基于多重分形谱参数进行水泥回转窑异常工况特征提取的新方法,为水泥生产过程中工况状态的在线监控和预报提供了有力支持。

Bauxite residue (Red mud) as a pulverised fuel ash substitute in the manufacture of lightweight aggregate

This study looked at the potential of bauxite residue or red mud to be used in the manufacture of lightweight aggregate in replacement of pulverised fuel ash (PFA), commonly used as a way of recycling problematic wastes. The percentage replacements of red mud with PFA were as follows: 25, 31, 38, 44 and 50%. These were blended in a mix with waste excavated clay and sewage sludge – all from the Chongqing municipality in China. Lightweight pellets were produced using a Trefoil rotary kiln and were sintered to 1200 °C. Results showed that 44 % bauxite residue replacement produced lightweight pellets with the highest compressive strength, highest density and largest water holding capacity. This would be expected in materials with a low level of silicates, which causes insufficient glass phase viscosity and therefore poor bloating during firing; producing an aggregate with a higher density but with open pores that allowed for larger water absorption. All ratios of red mud aggregates were significantly reduced in pH after firing to around pH 8, and this reduced the leachability of the aggregates to levels below those set by the European landfill directive (2003/33/EC).

Caracterización y determinación del proceso para la producción de cal comercial a partir de la piedra caliza

La cal es un material producido a partir de la calcinación de la roca caliza y tiene diversas utilidades en el mundo de la industria como la siderúrgica, papelera, alimentaria, en la construcción, entre otras. Es fundamental conocer todas las características de la caliza para poder determinar su grado de calcinación. Con el presente trabajo se pretende estudiar las propriedades de la caliza para su posterior calcinación y el dimensionamento de una planta de producción de cal desde que el mineral llega de la explotación hasta que sale al mercado.Para determinar los equipos se calularon sus dimensiones para una producción de 600 t/h de cal, sabiendo que la planta principal de machaquero solo trabajará 5 días de la semana en jornadas de 8 horas, mientras que a partir del horno de calcinación estará en funcionamento los 7 dias de la semana, 24 horas al día. A partir de esas consideraciones se obtienen las dimensiones de todos los equipos y se realiza un estudio para la elección de un horno, o un horno de eje vertical y un horno rotativo, así como el combustible empleado, ya que es una parte fundamental para determinar los costes para la producción de cal.Tmbién fue objeto de este trabajo, el estudio ambiental de la instalación de la planta, en función de la mezcla de combustible empleada y del impacto en el entorno de la lisma, así como un estudio de viabilidad de la planta, estimando unos costes de la misma y un precio de mercado "ex Works".

Zur Reaktionskinetik der Oxidation von Kohlenstoffmaterialien aus Biomasse

Zur Modellierung von Vergasungs- und Verbrennungsprozessen zur energetischen Nutzung von Biomasse ist die Kenntnis von reaktionskinetischen Daten für die Sauerstoff-Oxidation von Biomassepyrolysaten erforderlich. Eine ausführliche Literaturübersicht zeigt den Stand der Forschung bezüglich der experimentellen Ermittlung von reaktionskinetischen Parametern für die Oxidation von Pyrolysaten aus Lignin, Cellulose und pflanzlicher Biomasse sowie der Suche nach einem plausiblen Reaktionsmechanismus für die Reaktion von Sauerstoff mit festen Kohlenstoffmaterialien. Es wird eine Versuchsanlage mit einem quasistationär betriebenen Differentialreaktor konstruiert, die eine Messung der Reaktionskinetik und der reaktiven inneren Oberfläche (RSA) für die Reaktion eines Pyrolysats aus Maispflanzen mit Sauerstoff ermöglicht. Die getrockneten und zerkleinerten Maispflanzen werden 7 Minuten lang bei 1073 K in einem Drehrohrofen pyrolysiert. Das Pyrolysat zeichnet sich vor allem durch seine hohe Porosität von über 0,9 und seinen hohen Aschegehalt von 0,24 aus. Die RSA wird nach der Methode der Messung von Übergangskinetiken (TK) bestimmt. Die Bestimmung der RSA erfolgt für die Reaktionsprodukte CO und CO2 getrennt, für die entsprechend ermittelten Werte werden die Bezeichnungen CO-RSA und CO2-RSA eingeführt. Die Abhängigkeit dieser Größen von der Sauerstoffkonzentration läßt sich durch eine Langmuir-Isotherme beschreiben, ebenso das leichte Absinken der CO-RSA mit der Kohlendioxidkonzentration. Über dem Abbrand zeigen sich unterschiedliche Verläufe für die CO-RSA, CO2-RSA und die innere Oberfläche nach der BET-Methode. Zur Charakterisierung der Oberflächenzwischenprodukte werden temperaturprogrammierte Desorptionsversuche (TPD) durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen, daß eine Unterscheidung in zwei Kohlenstoff-Sauerstoff-Oberflächenkomplexe ausreichend ist. Die experimentellen Untersuchungen zum Oxidationsverlauf werden im kinetisch bestimmten Bereich durchgeführt. Dabei werden die Parameter Temperatur, Sauerstoff-, CO- und CO2-Konzentration variiert. Anhand der Ergebnisse der reaktionskinetischen Untersuchungen wird ein Reaktionsmechanismus für die Kohlenstoff-Sauerstoff-Reaktion entwickelt. Dieser Reaktionsmechanismus umfaßt 7 Elementarreaktionen, für welche die reaktionskinetischen Parameter numerisch ermittelt werden. Darüber hinaus werden reaktionskinetische Parameter für einfachere massenbezogene Reaktionsgeschwindigkeitsansätze berechnet und summarische Reaktionsgeschwindigkeitsansätze für die Bildung von CO und CO2 aus dem Reaktionsmechanismus hergeleitet.

Zur Adsorption und Reaktion von Stickstoffmonoxid an Aktivkohle

Die Verwendung von Aktivkohlen und -koksen stellt eine Alternative zu herkömmlichen Prozessen zur Verminderung der NOx-Emissionen in Rauchgasen dar. An diesen Materialien wird Stickstoffmonoxid adsorbiert und katalytisch zu N2 reduziert. Eine einheitliche Erklärung über die ablaufenden Vorgänge und die Reaktionsmechanismen gibt es noch nicht. Die Ergebnisse der bisher veröffentlichten wissenschaftlichen Arbeiten sind sehr unterschiedlich, wenn nicht sogar widersprüchlich. In dieser Arbeit wird, anhand der Messung von NO-Durchbruchskurven und thermischen Desorptionsspektren, die Adsorption und Reaktion von Stickstoffmonoxid an Aktivkohlen und -koksen in Anwesenheit von Sauerstoff und Wasserdampf untersucht. Zur Durchführung der experimentellen Untersuchungen wird eine Versuchsanlage, bestehend aus einer Vorrichtung zur Gasgemischaufbereitung, einem Festbettreaktor und einer Gasanalytik, konzipiert und aufgebaut. Die Untersuchungen erfolgen bei Temperaturen zwischen 100 und 150 °C. Die NO-, O2- und H2O-Konzentrationen werden anhand der Rauchgaszusammensetzung kohlegefeuerter Kraftwerke gewählt. Die experimentellen Untersuchungen konzentrieren sich auf die Verwendung einer Aktivkohle aus Ölpalmschalen, die in einem Drehrohrreaktor am Institut für Thermische Energietechnik der Universität Kassel hergestellt wurde. Die experimentellen Ergebnisse zeigen, dass während des Prozesses NO-Adsorption, -Reduktion und -Oxidation, NO2-Bildung, -Adsorption und -reduktive Desorption, H2O-Adsorption sowie O2-Vergasung gleichzeitig stattfinden. Bei niedrigen Temperaturen werden die NO2-Bildung und die Adsorption bevorzugt. Die NO-Reduktion läuft über adsorbiertes NO mit CO2- und CO-Bildung. Durch O2-Vergasung werden aktive freie Cf-Plätzen für die NO-Reaktion und -Adsorption gebildet. Wasserdampf wird an der Aktivkohle adsorbiert und belegt aktive Plätze für diese Prozesse. Aus den experimentellen Ergebnissen werden kinetische und Gleichgewichtsparameter der NO-Sorption bestimmt. Ein vereinfachtes mathematisches Modell des Festbettreaktors, das zur Berechnung der NO-Durchbruchskurven bei unterschiedlichen Temperaturen dient, wird aufgestellt.

Desenvolvimento de um sistema de incineração de resíduos sólidos para utilização com combustão pulsante

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

A comparative assessment of waste incinerators in the UK

The uptake in Europe of Energy from Waste (EfW) incinerator plants has increased rapidly in recent years. In the UK, 25 municipal waste incinerators with energy recovery are now in operation; however, their waste supply chains and business practices vary significantly. With over a hundred more plant developments being considered it is important to establish best business practices for ensuring efficient environmental and operational performance. By reviewing the 25 plants we identify four suitable case study plants to compare technologies (moving grate, fluidised bed and rotary kiln), plant economics and operations. Using data collected from annual reports and through interviews and site visits we provide recommendations for improving the supply chain for waste incinerators and highlight the current issues and challenges faced by the industry. We find that plants using moving grate have a high availability of 87-92%. However, compared to the fluidised bed and rotary kiln, quantities of bottom ash and emissions of hydrogen chloride and carbon monoxide are high. The uptake of integrated recycling practices, combined heat and power, and post incineration non-ferrous metal collections needs to be increased among EfW incinerators in the UK. We conclude that one of the major difficulties encountered by waste facilities is the appropriate selection of technology, capacity, site, waste suppliers and heat consumers. This study will be of particular value to EfW plant developers, government authorities and researchers working within the sector of waste management. © 2013 Elsevier Ltd.

A comparative assessment of waste incinerators in the UK

The uptake in Europe of Energy from Waste (EfW) incinerator plants has increased rapidly in recent years. In the UK, 25 municipal waste incinerators with energy recovery are now in operation; however, their waste supply chains and business practices vary significantly. With over a hundred more plant developments being considered it is important to establish best business practices for ensuring efficient environmental and operational performance. By reviewing the 25 plants we identify four suitable case study plants to compare technologies (moving grate, fluidised bed and rotary kiln), plant economics and operations. Using data collected from annual reports and through interviews and site visits we provide recommendations for improving the supply chain for waste incinerators and highlight the current issues and challenges faced by the industry. We find that plants using moving grate have a high availability of 87-92%. However, compared to the fluidised bed and rotary kiln, quantities of bottom ash and emissions of hydrogen chloride and carbon monoxide are high. The uptake of integrated recycling practices, combined heat and power, and post incineration non-ferrous metal collections needs to be increased among EfW incinerators in the UK. We conclude that one of the major difficulties encountered by waste facilities is the appropriate selection of technology, capacity, site, waste suppliers and heat consumers. This study will be of particular value to EfW plant developers, government authorities and researchers working within the sector of waste management. © 2013 Elsevier Ltd.

Waste 4:electronic-scrap recycling

The Haloclean process, a rotary kiln process for pyrolysis, developed by researchers at the Forschungszentrum Karlsruhe, Germany makes it possible to recover copper and precious metals from the scrap, ready for recycling. Pyrolysis neatly turns brominated electronic scrap plastics into recyclable copper and methanol feedstock while removing the halogens. The process has demonstrated its ability to recycle brominated electronic scrap in extensive parametric studies. A method suitable for the selective production of HBr in the presence of chlorine is the treatment of the pyrolysis oils with molten polypropylene. This treatment is offers the possibility to use the gas and liquid fraction from pyrolysis of electronic scrap as fossil fuel substitute in copper smelter processes or as feedstock for methanol production via gasification.

Axial magnetic bearing development for the BiVACOR Rotary BiVAD/TAH

A suspension system for the BiVACOR biventricular assist device (BiVAD) has been developed and tested. The device features two semi-open centrifugal impellers mounted on a common rotating hub. Flow balancing is achieved through the movement of the rotor in the axial direction. The rotor is suspended in the pump casings by an active magnetic suspension system in the axial direction and a passive hydrodynamic bearing in the radial direction. This paper investigates the axial movement capacity of themagnetic bearing system and the power consumption at various operating points. The force capacity of the passive hydrodynamic bearing is investigated using a viscous glycerol solution. Axial rotor movement in the range of ±0.15 mm is confirmed and power consumption is under 15.5 W. The journal bearing is shown to stabilize the rotor in the radial direction at the required operating speed. Magnetic levitation is a viable suspension technique for the impeller of an artificial heart to improve device lifetime and reduce blood damage.

Centrifuging rotary vacuum filter mud at Tully Mill

Disposal of mud and ash, particularly in wet weather conditions, is a significant expense for mills. This paper reports on one part of a process to pelletise mud and ash, aimed at making mud and ash more attractive to growers across entire mill districts. The full process is described in a separate paper. The part described in this paper involves re-constituting mud cake from the filter station at Tully Mill and processing it in a decanter centrifuge. The material produced by re-constituting and centrifuging is drier and made up of separate particles. The material needs to mix easily with boiler ash, and the mixture needs to be fed easily into a flue gas drier to be dried to low moisture. The results achieved with the particular characteristics of Tully Mill rotary vacuum filter cake are presented. It was found that an internal rotor with a 20º beach was not adequate to process re-constituted rotary vacuum filter mud. A rotor with a 10º beach worked much more successfully. A total of four tonnes of centrifuged mud with a moisture content ranging from 60% to 65% was produced. It was found that the torque, flocculant rate and dose rate had a statistically significant effect on the moisture content. Feed rate did not have a noticeable impact on the moisture content by itself but torque had a much larger impact on the moisture content at the low feed rate than at the high feed rate. These results indicated that the moisture content of the mud can most likely be reduced with low feed rate, low flocculant rate, high dose rate and high torque. One issue that is believed to affect the operation of a decanter centrifuge was the large quantity of long bagasse fibres in the rotary vacuum filter mud. It is likely that the long fibres limited the throughput of the centrifuge and the moisture achieved.