CH682079A5

CH682079A5 -

Info

Publication number: CH682079A5
Application number: CH2912/91A
Authority: CH
Original assignee: Thermoselect Ag
Priority date: 1990-12-17
Filing date: 1991-10-02
Publication date: 1993-07-15
Also published as: DK174091A; BE1004228A3; GB2251294B; SE9103577L; FR2670501B1; GB9122604D0; FR2670501A1; ES2059225A1; ES2059225B1; SE9103577D0; NL9101786A; GB2251294A; ITMI913364A1; AT402552B; ATA206991A; IT1252528B; DK174091D0; DE4040377C1; SE503709C2; ITMI913364A0

Description

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Beschreibung

Die bisher praktizierten oder erprobten Müllentsorgungsmethoden sind unzureichend und wenig überzeugend hinsichtlich der sich ergebenden Umweltprobleme. Das gilt sowohl für die Zwischenlagerung als auch für den Transport von und zu den Entsorgungsanlagen und in besonderem Masse für die Aufbereitung des Entsorgungsgutes, sei es üblicher Haus- oder Industriemüll, Sondermüll oder auch bereits abgelagertes Deponiegut.

Die klassische Entsorgungsform von Haus- und Industrieabfällen aller Art ist auch heute noch das abschüttende Deponieren in und zu grossräumigen Deponieanlagen bei teilweise sehr langen Transportwegen. Damit einhergehende Umweltprobleme sind einschlägig bekannt, sie blieben bisher ungelöst.

Eine bekannte Alternativlösung zur Deponieab-schüttung sind Müllverbrennungsanlagen. Das Verbrennen von Abfällen bringt jedoch viele andere Nachteile mit sich. Die Verbrennung erfolgt nämlich bisher mit sehr schlechtem Wirkungsgrad bei hohem Schadstoffanfall. Hohe Investitions- und Betriebskosten sind für die einschlägigen Verbrennungsanlagen erforderlich. Auch haben sich Müllverbrennungsanlagen nur für Ballungsgebiete als wirtschaftlich wenigstens hinlänglich sinnvoll erwiesen.

Mit der gleichfalls bekannten Entgasung von organischen Abfällen wurde gehofft, über eine Möglichkeit zu verfügen, die Müllverbrennung wenigstens für einen Teil des anfallenden Entsorgungsgutes zu vermeiden und wirtschaftlich entsprechende Kleinanlagen betreiben zu können.

Unabhängig davon wurden verschiedene Pyrolyseverfahren entwickelt und erprobt, die sich vor allem bezüglich der Entgasungsmethoden unterscheiden. Vor- oder nachgeschaltete Aggregate, wie Sortier- und Zerkleinerungsanlagen, Nachverbrennungskammern, Staubfilterung und Abgasreinigung sind bei der Müllpyrolyse weitgehend untereinander vergleichbar.

Die bekannten Pyrolyseverfahren verwenden drei Typen von Öfen, nämlich:

1. Schachtöfen, in die das Pyrolysegut von oben eingebracht wird und den Ofenschacht in vertikaler Richtung durchläuft,

2. Drehrohröfen, bei denen durch Rotation des Rohrschachtes das schüttfähige Pyrolysegut durchmischt und mit den erwärmten Rohnwänden ständig erneut in Kontakt gebracht wird, und

3. Wirbelschichtöfen, bei denen ein in ständig verwirbelter Bewegung befindliches Sandbett für einen Wärmeübergang mit dem Pyrolysegut sorgt.

Entgasungsreaktoren, wie beispielsweise aus den AT-PS'sen 1 15 725 und 3 63 577 bekannt, zeitigen eine Vielzahl von noch nicht befriedigend gelösten Problemen. Dort müssen beispielsweise zur Verbesserung des Wärmeübergangs die zu pyroli-sierenden Abfälle vorzerkleinert werden, was hohe Kosten verursacht. Es ist weiter erforderlich, dass mit den organischen Substanzen zum Pyrolysieren

Atmosphärenluft in grossen Durchsatzmengen, gegebenenfalls mit Sauerstoff, eingebracht werden muss. Der Pyrolysereaktor arbeitet so mit nur geringem Wirkungsgrad. Die Aufheizung der Abfälle verläuft relativ langsam und mit erheblichen Wärmeverlusten. Die bekannten Pyrolyseöfen müssen aus wirtschaftlichen Gründen ein relativ grosses Volumen besitzen und befinden sich bei den herrschenden Temperaturen von über 450°C an der Grenze der mechanischen Belastbarkeit, so dass sie nur für den Betrieb bei etwa Atmosphärendruck geeignet sind. Schliesslich muss von den Entgasungsreaktoren absolute Gasdichtheit gefordert werden, um den Austritt von Schadstoffen zu verhindern, was aufwendige temperaturbelastete Schleusenkonstruktionen und Dichtungen erforderlich macht.

Die bekannten Verfahren und ihre zugehörigen Anlagen haben sich aufgrund der genannten, bisher nicht gelösten Probleme in der Praxis nicht durchgesetzt. Etwa 80% der bisher betriebenen Anlagen sind zwischenzeitlich stillgelegt.

Besonders problematisch war bisher auch die Weiterverarbeitung des im wesentlichen staubförmig anfallenden Pyrolysekokses, da dessen Vergasung wegen seiner nicht vorhandenen Durchströmungseigenschaften nicht oder nur nach verfahrenstechnisch aufwendiger Brikettierung des Kohlenstaubes möglich ist.

Das Lagern und Transportieren von Entsorgungsgütern der hier interessierenden Art erfolgt bei verhältnismässig geringer Schüttdichte, wobei sich seine physikalische und chemische Instabilität sowie bei bologisch zersetzbarem Müll die Geruchsund Gasentwicklung besonders nachteilig auswirken. Erschwerend ist, dass viele Entsorgungsgüter schadstoffhaltige Flüssigkeiten enthalten, die sie wenigstens teilweise beim Transport oder der Lagerung verlieren. Niederschlagsbedingte Auswaschungen sind bei unsachgemässer Lagerung kaum zu vermeiden. Die geringe Schüttdichte des Entsorgungsgutes führt zu grossen Lager- und Transportvolumina. Ist eine Zwischenlagerung des Entsorgungsgutes angestrebt - beispielsweise weil das Entsorgungsgut für Recycling und/oder thermische Verwertung aufbereitet werden soll -, so werden durch staatliche Verordnungen auswaschungssichere Bunker erheblichen Bauvolumens oder besonders ausgestattete unterirdische Lagerstätten vorgeschrieben mit den daraus resultierenden hohen zusätzlichen Investitionskosten. Auch der Transport solcher Entsorgungsgüter verursacht nicht zuletzt wegen dessen geringer Schüttdichte erhebliche Kosten.

Bei chemisch instabilem Entsorgungsgut kann neben starker Geruchsbildung Gasbildung o.dgl. auftreten, so dass besonders für Lagerbunker ohne zusätzliche Gasentsorgung Explosionsgefahr besteht. Permanente Entlüftung, mehrfacher Luftwechsel pro Stunde sowie zusätzliche Filter- und Sicherheitsanlagen bilden Kostenfaktoren auch bei der Zwischenlagerung des Entsorgungsgutes.

Für den Transport mancher Entsorgungsgüter ist es bekannt, mit in das Fahrzeug integrierten Pressen beispielsweise Hausmüll leicht vorkomprimiert

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zu transportieren. Eine anschliessende thermische Venwertung des Entsorgungsgutes wird durch dessen geringes Schüttgewicht und die daraus resultierenden grossen Volumina technisch erschwert.

Bei der Verwendung einer rohrförmigen Pyrolysekammer, in die das Entsorgungsgut unter Beibehaltung eines verdichteten Zustandes eingebracht wird, ergibt sich eine sehr gute Wärmeleitfähigkeit für und in das kompaktierte Entsorgungsgut wegen des gegebenen luftporenfreien Druckkontaktes mit der Wandung der Kammer. Als vorteilhaftes Längen/Durchmesserverhältnis hat sich die Verwendung von Rohrkammern, deren Länge zum Durchmesser grösser als 10:1 ist, herausgestellt. Diese Geometrie der Pyrolysekammer stellt jedoch eine Einschränkung bezüglich der Kapazität derartiger Anlagen dar. Werden beispielsweise für hohe Durchsatzvolumina Durchmesser angewendet, die deutlich grösser als 400 mm sind, so resultieren daraus Anlagen unangemessen grosser Bauhöhe; Durchmesser für technisch problemlose Bauhöhen begrenzen ihrerseits die Durchlaufkapazität des zu pyrolysierenden Entsorgungsgutes. Auch ergeben sich bei der Anwendung relativ langer Pyrolyserohre erheblich erhöhte Durchschubkräfte. Durch die resultierenden mechanischen Belastungen begrenzt sich die praktikable Pyrolysetemperatur auf Werte, die nicht über 500°C liegen sollten, um Deformationen des Pyrolyserohres zu vermeiden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für Industrie- und Hausmüll sowie Entsorgungsgut aller Art nicht nur verbesserte Zwischenlager- und Transportbedingungen zu schaffen, sondern insbesondere auch seine energetische und stoffliche Verwendung bei verbessertem Wirkungsgrad neu zu gestalten.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteihafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen dieser Aufgabenlösung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Dadurch, dass das Entsorgungsgut zunächst unter Beibehaltung seiner Misch- und Verbundstruktur, also ohne die Anwendung kostenintensiver Sortierverfahren und -anlagen zu Paketen näherungsweise gleicher Geometrie vorkompaktiert wird, kann das Entsorgungsgut ohne Schwierigkeiten in einen vorteilhafterweise etwa rohrförmigen Behälter hinein mit einer Stopfvorrichtung verdichtet werden, was unkompliziert und störunganfällig erfolgen kann. Die Vorkompaktierung in eine geometrische Form, die beispielsweise einem rohrförmigen Behältnis angepasst ist, verhindert, dass beim nachfolgenden behälterfüllenden Nachverdichten sperrige Bestandteile des Entsorgungsgutes den Nachverdichtungsvorgang behindern. Im verdichteten Zustand weist das Entsorgungsgut nur noch ca. 1/3 bis ca. 1/20 seines ursprünglichen Volumens auf, was ein entsprechend reduziertes Lager- und Transportvolumen ergibt, unabhängig von einer nachgeschalteten thermischen Entgasung bzw. Pyrolyse des Entsorgungsgutes.

Zwar kann grundsätzlich der erste Schritt der Verdichtung des Entsorgungsgutes mittels einer offenen Verpackung, wie Netzumhüllung oder Spannbandverpackung, erfolgen, seine Einbringung in ein nur stirnseitig offenes Behältnis bringt jedoch den Vorteil, dass es sich hier zusätzlich in dichtem Ein-schluss befindet, so dass die Geruchsbildung auf ein Minimum reduziert ist und Auswaschungen, beispielsweise durch Niederschläge, nicht zu befürchten sind. Hierfür können ohne merklichen Kostenaufwand auch die Stirnseiten der Behältnisse temporär verschlossen werden. Für die sich gegebenenfalls an den Transport und/oder die Zwischenlagerung anschliessende thermische und stoffliche Verwertung des so verdichtet und verschlossen verpackten Entsorgungsgutes ergeben sich eine ganze Folge von Vorteilen. So lassen sich beispielsweise rohrförmige, dicht gefüllte Behältnisse in einem Kammer- oder Durchlaufofen problemlos der Entgasung unterziehen. Die Verweildauer in derartigen Pyrolysekammern ist nach Kriterien der Wirtschaftlichkeit des Verfahrens optimierbar. Einschränkende Längen/Durchmesserbedingungen bei rohrförmigen Behältnissen, die ihrerseits den Entgasungsofen durchlaufen, bestehen nicht. Da auch Behälter grösseren Durchmessers einsetzbar sind, lassen sich au diese Weise auch grössere und sperrige Industriegüterwracks gleichermassen entsorgen.

Vorteilhafte Bedingungen für die thermische Verwertung der Entsorgungsgüter bestehen dadurch, dass alle Entgasungsprodukte direkt und ohne Zwischenabkühlung einer Hochtemperaturbehandlung unterzogen werden können. Der entstehende verdichtete Koks, der verbleibende Restkohlenstoff, lässt sich leicht aus derartigen Behältnissen ausbringen und der Hochtemperaturbehandlung zuführen, um wenigstens teilweise vergast zu werden. Dabei entsteht durch Spaltung eines Teils des mitgeführten Wasserdampfes Spaltgas (CO, H2). Die durch Entgasung entstandenen Produkte werden in niederdimensionale Bestandteile gespalten. Die Reaktionstemperatur wird durch exotherme Reaktion des entstandenen dichten Koks mit Sauerstoff aufrechterhalten. Das so freigesetzte Kohlendioxid setzt sich nach dem Boudouardschen Gleichgewicht mit Kohlenstoff zu Kohlenmonoxid um. Im Hochtemperaturreaktor wird eine optimale Umsetzung und Nutzung aller Produkte sichergestellt.

Die mit der Kohlenstoffvergasung und Spaltgasbildung verbundenen hohen Temperaturen führen zu einem direkt nutzbaren energiereichen Prozessgas, ohne dass kondensierbare organische Bestandteile mit stark verringertem Wasseranteil anfallen. Durch den bei der Druckpyrolyse gebildeten dichten Koks und die prozessbedingten geringen Strömungsgeschwindigkeiten werden anfallende Staubanteile im Prozessgas auf ein Minimum reduziert.

Die schmelzfähigen metallischen und mineralischen Bestandteile der Reaktionsprodukte bilden bei der Hochtemperaturbehandlung in einem Einschmelzvergaser eine Metall- bzw. Schlacken-schmeize mit teilweise sehr unterschiedlichen Dichten, so dass Stoffkomponenten einfach voneinander getrennt und einer effizienten Verwertung zugeführt werden können.

Die Kohlenstoffvergasung und Spaltgasbildung,

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gekoppelt mit einem Ausschmelzen verwertbarer Wertstoffe, lassen sich in vorteilhafter Weise auch in einem Schachtofen an sich bekannter Bauart durchführen, wobei dem den dichten Prozesskoks enthaltenden Schacht in bekannter Weise Sauerstoff zugeführt wird. Dabei lassen sich in den festen Pyrolyserückständen Temperaturen von mehr als 1500°C problemlos erzeugen, bei denen sowohl Stähle und andere Metalle als auch Gläser ausschmelzen. Das Ausbringen dieser Wertstoffe kann im fraktionierten Abstich oder im Überlauf erfolgen. Die Anwendung von Sauerstoff statt Luft ist von erheblichem Vorteil zur Sicherung hoher Temperaturen, geringer Gasgeschwindigkeiten und -volumina sowie der Vermeidung der Bildung von Stickstoff-Sauerstoffverbindungen.

Das Entweichen der durch thermische Spaltung gebildeten flüchtigen Verbindungen in den dicht gefüllten Behältnissen wird begünstigt, wenn stirnseitig offene und perforierte Metallrohre o.dgl. verwendet werden. Bei entsprechender Dimensionierung ergeben sich bezüglich des Gasaustrittes, der Fertigungskosten und der anwendbaren Entgasungstemperaturen optimale Bedingungen.

Das Entsorgungsgut kann für den Transport und die Zwischenlagerung auch in thermisch verwertbare, aus chemisch festem Material bestehende Behältnisse vorkonfektioniert eingebracht und später in die thermisch stabilen Entgasungsrohre, die der Pyrolyse unterworfen werden, eingebracht werden.

Bei der Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens ist es vorteilhaft, das unsortierte Entsorgungsgut in auf über 100°C vorgewärmte Behältnisse hinein zu verdichten, um eine Verkürzung der nachfolgenden Entgasungszeit zu gewährleisten und durch die Vorwärmung des Entsorgungsgutes möglichst viel Feuchte zu verdampfen.

Erfindungsgemäss werden in einem Durchlaufofen eine Vielzahl von Behältnissen, vorteilhaft Rohrkartuschen mit zusätzlichen, ihre äussere Oberfläche vergrössernden Radialringen, im Umlauf geführt. Auf diese Weise lässt sich die Kapazität einer Anlage maximieren. Werden die Behältnisse zum füllenden Verdichten vor der Wärmebehandlung und zum Entleeren nach der Wärmebehandlung im Ofen belassen, so reduzieren sich deren Wärmeverluste zusätzlich und derjenige des Gesamtsystems wird minimiert.

Die Verdichtung von Hausmüll o.dgl. kann entscheidend verbessert werden, wenn während der Vorkompaktierung das Entsorgungsgut mit einem sterilisierenden Heissgas, vorzugsweise Heiss-dampf, beaufschlagt wird. Hierdurch erhöhen sich die Möglichkeit seiner Plastifizierung und die chemische Stabilität des Entsorgungsgutes sowie die Lagerbeständigkeit ohne Geruchsbelästigung und Gasbildung.

Wegen der gewünschten hohen Wärmeleitfähigkeit zu und innerhalb des Entsorgungsgutes im Behältnis, aber auch aus Gründen des Lager-, Transport- und optimalen Entsorgungsvolumens für die Entgasung ist es zweckmässig, die Behälter so zu füllen, dass die Fülldichte bei Hausmüll näherungsweise 1 kg/dm3 beträgt. Als Stopfvorrichtung für das verdichtende Füllen der rohrförmigen Behältnisse kann ein periodisch arbeitender Hammer verwendet werden, der mechanisch, hydraulisch oder pneumatisch angetrieben wird.

Werden die verdichtend gefüllten Rohre längere Zeit zwischengelagert, ehe sie einer thermischen Venwertung zugeführt werden, so ist es vorteilhaft, wenn die Stirnflächen des mit nachverdichtetem Entsorgungsgut gefüllten rohrförmigen Behälters mit thermisch zersetzbaren Folien oder Be-schichtungen abgedeckt werden. Auf diese Weise sind zum einen direkte Schadstoffabgaben an die Umwelt ausgeschlossen, zum anderen werden auch Geruchsbelästigungen vermieden. Die thermisch zersetzbare Abdeckung kann dann direkt bei der Pyrolyse thermisch genutzt werden. Neben Kunststoff-Folien eignen sich hierfür beispielsweise bituminöse Anstriche, die kostengünstig und einfach aufgebracht werden können. Ansonsten verhalten sich die Rohre bei Anwendung des erfindungsgemässen Pyrolyse-Verfahrens praktisch selbstreinigend. Ihre Venwendung optimiert nicht nur die Bedingungen für die Pyrolyse selbst, sondern reduziert bei ihrer Verwendung als Transportbehälter das Transportvolumen um ca. 80%. Der im Ergebnis der Pyrolyse innerhalb der rohrförmigen Behältnisse anfallende verdichtete Pyrolysekoks besitzt ausgezeichnete Durchströmungseigenschaften, so dass er für eine nachfolgende Kohlevergasung besonders geeignet ist.

Bei dem vorstehend beschriebenen Verfahren wird erstmalig zumindest ein Teil der natürlichen Feuchte des Mülls durch die beschriebene Kohlen-wassergasreaktion zu brennbarem Gas umgewandelt.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Zwischenlagern, Transportieren und/oder energetischen sowie stofflichen Verwerten von Industrie-, Sonder- und Hausabfall sowie Industriegüterwracks unterschiedlicher Zusammensetzung und Entsorgungsgut aller Art, dadurch gekennzeichnet, dass das Entsorgungsgut unter Beibehaltung seiner Misch- und Verbundstruktur auf ein Mehrfaches seiner ursprünglichen Schüttdichte verdichtet und in verdichteter Form einer Pyrolyse unterzogen wird, dass die Gesamtheit der unter erhöhtem Druck stehenden Pyrolyseprodukte unmittelbar ohne Zwischenabkühlung einer Hochtemperaturbeaufschlagung unterworfen wird, bei der die verdichteten Kohlenstoffanteile der Pyrolyseprodukte unter Spaltung zumindest eines Teils des mitgeführten Wasserdampfes vergast und die gasförmigen Bestandteile aus der Gesamtheit der Pyrolyseprodukte in niedermolekulare Komponenten gespalten und gleichfalls vergast werden, und dass schliesslich die metallischen und mineralischen Bestandteile aus der verbleibenden Gesamtheit ausgeschmolzen und separiert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochtemperaturbeaufschlagung unter Sauerstoffzugabe derart erfolgt, dass das Kohlendioxid aus der exothermen Reaktion des Kohlenstoffs mit Sauerstoff in Kohlenmonoxid umgewandelt wird und dass dabei Temperaturen von mehr als

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1500°C auf die Gesamtheit der Reaktionsprodukte einwirken.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Entsorgungsgut zunächst zu geometrisch an eine Behältnisform angepassten Paketen näherungsweise gleicher Geometrie kom-paktiert wird, dass das so kompaktierte Entsorgungsgut mit Hilfe einer Stopfvorrichtung in derartige Behältnisse hineinverdichtet wird und dass das Entsorgungsgut anschliessend in diesem verdichteten Zustand im Behältnis verbleibend der Pyrolyse unterzogen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Behältnisse stirnseitig offene Metallrohre verwendet werden.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Entsorgungsgut in rohrförmige Behältnisse mit einer Temperatur grösser als 100°C hineinverdichtet wird, wobei der entstehende Dampf aus der Feuchte des Entsorgungsgutes durch Gasaustrittskanäle des Behältnisses abgeführt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmebehandlung des im verdichteten Zustand im Behältnis verbleibenden Entsorgungsgutes in einem Durchlaufofen erfolgt, in dem eine Vielzahl der Behältnisse im Umlauf geführt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Entsorgungsgut zumindest während der Kompaktierung mit einem sterilisierenden Heissgas durchströmt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnflächen der mit verdichtetem Entsorgungsgut gefüllten rohrförmigen Behältnisse mit thermisch zersetzbaren Folien oder Beschichtungen versiegelt werden.

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