DE102007056907A1

DE102007056907A1 - Anlage und Verfahren zur thermischen Behandlung von Abfallstoffen

Info

Publication number: DE102007056907A1
Application number: DE102007056907A
Authority: DE
Inventors: Peter Morschett; Hans Prof. Dr.-Ing.habil. Lutze; Maximilian Bauknecht; Marco Dr. Klemm
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-11-22
Filing date: 2007-11-22
Publication date: 2008-06-05

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anlage und ein Verfahren zur thermischen Behandlung von Abfallstoffen, wobei die Anlage aus mindestens einem Reaktor (1) mit wenigstens einer Umhausung (1.1) besteht, in welcher wenigstens eine Schnecke (1.2) angeordnet ist, mit einer Zuführung für die Abfallstoffe als Ausgangssubstanzen (SA) und einer Abführung für die thermisch behandelten Endsubstanzen (SE) sowie mit einer Heizeinheit (2) zur Beheizung des Reaktors (1) und mit einer angebundenen Absaugung (3) für die bei der thermischen Behandlung der Abfallstoffe aus diesen abgeschiedenen Gasen/Dämpfen (D), wobei der Reaktor (1) und/oder die Umhausung (1.1) gegenüber der Umgebung weitestgehend oder vollständig abgedichtet ist/sind. Verfahrensgemäß erfolgt die thermische Behandlung der Abfallstoffe bei einer gegenüber der Umgebung weitestgehend oder vollständigen Abdichtung.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anlage und ein Verfahren zur thermischen Behandlung von Abfallstoffen.
Die Anlage kann für alle Anwendungsgebiete eingesetzt werden, in denen Abfälle in ihrem Volumen reduziert werden sollen oder auf andere Weise thermisch behandelt werden müssen.
DE 196 14 689 C2 beschreibt eine multivalent einsetzbare Anlage zur thermischen Behandlung von Ausgangssubstanzen, welche einen beheizbaren Reaktor aufweist, in welchem die Substanzen eine Vorschub- und Umwälzbewegung vollführen und einer Temperatur von 280 bis 400°C ausgesetzt werden. Die dabei entstehenden Gase und Dämpfe werden abgesaugt und kondensiert und können zur Beheizung der Anlage eingesetzt werden.
Nachteil dieser Anlage ist der zu niedrige Temperaturbereich, durch welchen die Behandlung einiger wichtiger Substanzen, z.B. Industrieabfälle aus der Papierindustrie nicht behandelt werden können sowie das noch große Volumen der behandelten Substanzen und die schwierige Beseitigung der Restgase, wodurch die Umwelt belastet wird. Aus DE 28 21 825 C3 ist ein Pyrolyse-Reaktor zur Umsetzung von Abfall bekannt, der im Wesentlichen aus einer über eine Brennkammer indirekt beheizten, rotierenden Retorte, der an einem Ende eine Abfalleingabe und am anderen Ende ein Austrag für pyrolisiertes Material und Pyrolysegas zugeordnet ist, besteht. Die Retorte wird über einen Zahnkranz in Rotation versetzt und ist mit einem Innengewinde versehen, dessen Steigung im Bereich des Austrages kleiner als im Bereich der Abfalleingabe ist. Weiterhin ist die Retorte als abgestumpfter Kegel ausgebildet, der sich in Durchflussrichtung des Materials durch die Retorte verjüngt. Die Retorte weist eine sehr nachteilige gemeinsame Austrittzone auf, in der das aufgrund der Pyrolyse-Reaktion erzeugte Gas von dem pyrolisierten Rückstand getrennt wird. Diese Austrittszone mündet in zwei Leitungen. Eine Leitung erstreckt sich abwärts und dient zur Entladung der pyrolisierten Rückstände aus der Retorte, die andere Leitung erstreckt sich aufwärts und dient der Entladung des Pyrolysegases. Von dieser Leitung aus führt eine Leitung zum Brennstoffeinlass des Brenners.
Auch in DE 30 18 572 A1 wird ein Pyrolyseofen für die Pyrolyse von Abfallstoffen beschrieben, mit einem länglichen Pyrolyseraum, der als Drehrohr ausgebildet ist, einer Beschickungseinrichtung an einem Ende des Pyrolyseraumes, einer Austragseinrichtung am anderen Ende des Pyrolyseraumes, einer den Mantel des Pyrolyseraumes umfassenden Heizeinrichtung, die mehrere Heizkammern mit unterschiedlicher Wärmeabgabe an zugeordnete Bereiche des Pyrolyseraumes aufweist, einer Abzugseinrichtung für die in der Heizeinrichtung entstehenden Abgase und einem Auslass für die bei der Pyrolyse der Abfallstoffe entstehenden Pyrolysegase, die zur Verbrennung der Heizeinrichtung zugeführt werden. Die Beschickung erfolgt dabei über einen Beschickungsstößel und der Austrag über eine Schnecke. Das abgesaugte Pyrolysegas gelangt entweder direkt oder über die Kombination eines Wärmetauschers und einer Nachbrennkammer zum Brenner.
Die EP 0 626 988 B1 bezieht sich auf ein Verfahren zum Beheizen einer Schweltrommel, wobei mit dem Heizgas stets eine ausreichende Wärmemenge in die Schweltrommel eingebracht werden soll. Zur Einstellung der Temperatur des Heizgases, das durch Verbrennung eines Teilstroms des Schwelgases erzeugt wird, wird ein steuerbarer Teilstrom des aus der Schweltrommel abströmenden und somit abgekühlten Heizgases in einem geschlossenen Teilkreis zur Schweltrommel zurückgeführt und dabei dem heißen Heizgas wieder zugemischt. Um dem Heizgas die fehlende Wärmemenge zuzuführen, wird das aus der Schweltrommel abströmende abgekühlte Heizgas zunächst vorgewärmt. Anschließend wird das vorgewärmte Heizgas zusammen mit dem verbrannten Teilstrom des Schwelgases der Schweltrommel wieder zugeführt. Ein Teilstrom des aus der Schweltrommel abströmenden Heizgases wird vor oder nach der Vorwärmung aus dem Heizgaskreis abgezweigt. Die dafür eingesetzte Einrichtung zum Beheizen der Schweltrommel weist eine Brennkammer zum Erzeugen des Heizgases auf, wobei der Brennkammer ein Teilstrom des in der Schweltrommel erzeugten Schwelgases zuführbar ist. Der Schweltrommel wird der Abfall über eine schneckenartige Zuführeinrichtung zugeführt. Der Abfall wird in der Schweltrommel durch die von heißem Rauchgas oder Heizgas beheizten Rohre pyrolisiert oder verschwelt. Das dabei entstehende Schwelgas und der ausgegaste Reststoff werden in der Austragskammer voneinander getrennt. Der Reststoff wird über eine Austragsöffnung einer Weiterverarbeitung zugeführt. Er kann z. B. in der Brennkammer verbrannt werden.
Die vorgenannten Lösungen weisen den Nachteil auf, dass sich im Gas befindliche Feuchtigkeit mit in den Brenner gelangt. Weiterhin ist von entscheidendem Nachteil, dass bei der Zuführung des Abfalls Umgebungsluft in den Reaktor gelangen kann, wodurch die Gefahr besteht, dass sich im Reaktor ein explosives Gasgemisch bildet. Um die Rotation des gesamten Reaktors ( DE 28 21 825 C3 , DE 30 18 572 A1 , EP 0 626 988 B1 ) zu gewährleisten, ist ein relativ hoher Energieaufwand und eine teure Lagerung des Reaktors erforderlich. Drehrohröfen verursachen allgemein hohe Investitions- und Betriebskosten.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anlage und ein Verfahren zur thermischen Behandlung von Abfallstoffen zu entwickeln, die einen einfachen konstruktiven Aufbau aufweist, eine erhebliche Volumenreduzierung der Abfallstoffe gewährleistet, die Behandlung vielfältiger Ausgangssubstanzen ermöglicht und bei einem minimalen Energieeinsatz umweltfreundlich und sicher arbeitet.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des 1. und 35. Schutzanspruchs gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Anlage zur thermischen Behandlung von Abfallstoffen besteht aus wenigstens einem Reaktor mit einer Zuführung für die Abfallstoffe als Ausgangssubstanzen (SA) und einer Abführung für die thermisch behandelten Endsubstanzen und weist eine Heizeinheit zur Beheizung des Reaktors sowie eine Absaugung für Rauchgase und Dämpfe auf.
In dem Reaktor sind ein oder mehrere Umhausungen angeordnet, wobei in jeder Umhausung jeweils wenigstens eine rotierende Schnecke (1.2) vorhanden ist, wobei der Reaktor und/oder die Umhausung gegenüber der Umgebung weitestgehend oder vollständig abgedichtet ist.
Dazu erfolgt die Zuführung zum Reaktor und/oder Abführung vom Reaktor und/oder die Zuführung in die Umhausung und/oder die Abführung aus der Umhausung über eine die Abdichtung zur umgebenden Atmosphäre gewährleistenden Zellradschleuse.
Zusätzlich oder alternativ kann der sich an die die Zuführung anschließende Bereich der Schnecke eine Steigung aufweisen, in welcher die Ausgangssubstanzen so verdichtet werden, dass eine Abdichtung zur umgebenden Atmosphäre gewährleistet ist.
Weiterhin kann der sich vor der Abführung befindliche Bereich der Schnecke eine Steigung aufweisen, in welcher die Endsubstanzen so verdichtet werden, dass eine Abdichtung zur umgebenden Atmosphäre gewährleistet ist.
Vorteilhafter Weise ist in die Anlage ein der Heizeinheit zugeordneter Combustor zur thermischen Nachverbrennung von der abgesaugten Gase bzw. Dämpfe oder von daraus gebildeten Restgasen integriert.
Die Gase/Dämpfe oder die Restgase sind direkt oder über einen Kondensator mittels der Absaugung dem Combustor und der Heizeinheit zuführbar. Durch die Zuführung der Gase/Dämpfe oder Restgase zum Combustor und zur Heizeinheit ist es möglich, das Volumen des Brenngases, welches als Anschubenergie für den Brenner der Heizeinheit erforderlich ist, ggf. soweit zu reduzieren, dass von dem Brenner nur noch eine Stützflamme vorhanden ist. Die gesamte Heizenergie für den Reaktor wird dann durch die Verbrennung abgesaugten Gase/Dämpfe bzw. der Restgase zur Verfügung gestellt.
Alternativ können die Gase/Dämpfe/Restgase einer Energieerzeugungseinrichtung zugeleitet werden. Ebenfalls ist es möglich, einen ersten Teil der Restgase dem Combustor und der Heizeinheit und einen zweiten Teil der abgesaugten Gase/Dämpfe bzw. Restgase der Energieerzeugungseinrichtung zuzuführen. Da bei dem thermischen Behandlungsprozess erfahrungsgemäß das Volumen der abgesaugten Gase/Dämpfe bzw. des erzeugten Restgases um ein Vielfaches höher ist, als das Volumen, welches für die Beheizung des Reaktors erforderlich ist, stellt die Weiterleitung von Gasen/Dämpfen oder Restgasen an die Energieerzeugungseinrichtung eine effiziente Ausnutzung dar.
Die Energieerzeugungseinrichtung kann z.B. ein Dampfkessel und ein Dampfmotor und/oder ein Blockheizkraftwerk sein.
Das Volumen der behandelten Substanzen wird im Verhältnis zum Volumen der Ausgangssubstanzen bis zu 90% reduziert, wodurch nur noch geringe Deponiekosten zu verzeichnen sind.
Dem Kondensator ist bevorzugt ein Ölabscheider nachgeschaltet, aus welchem lipophiles Kondensat und wässriges Kondensat separat abgeleitet werden. Zwischen dem Ölabscheider und dem Kondensator ist zur Erzeugung eines Kühlkreislaufes ein Rückkühlwerk angeordnet. Weiterhin kann dem Reaktor ein Wärmetauscher zur Wärmerückgewinnung und/oder zur Vorkühlung von Brennerluft der Heizeinheit zugeordnet sein.
Die Ausgangssubstanzen durchlaufen bei einer Umwälzbewegung und einer Temperatur, die das Trocknen und/oder die Pyrolyse der Ausgangssubstanzen gewährleistet, den Reaktor (über die in der/den Umhausung angeordneten Schnecke/n). Dabei ist im Reaktor eine die Niedertemperaturpyrolyse gewährleistende Temperatur bis 500°C, eine die Mitteltemperaturpyrolyse gewährleistende Temperatur von 500°C bis 800°C oder eine die Hochtemperaturpyrolyse gewährleistende Temperatur über 800°C einstellbar.
Bevorzugt beträgt die Temperatur 250 bis 800°C.
Die Durchlaufzeit, die Drehzahl der im Reaktor befindlichen Schnecke und die Verweilzeit richten sich nach dem Feuchtigkeitsgehalt der Ausgangssubstanzen.
Die Endsubstanzen sind entweder deponierfähig oder in den Wirtschaftskreislauf rückführbar. Durch die großen Volumen und Masseverluste treten dabei nur noch geringe Deponiekosten auf. Einige Substanzen können ohne oder mit geringer Nachbearbeitung dem Wirtschaftskreislauf erneut zugeführt werden.
Als Ausgangssubstanzen können z.B. Zelluloseschlämme, Spuckstoffe, Schredderabfälle von Kraftfahrzeuginnenteilen oder DSD-Sortierreste (DSD = Duales System Deutschland) und daraus z.B. aluminiumhaltige Fraktionen eingesetzt werden. Weiterhin ist es möglich, folgende Abfallstoffe zu behandeln und somit in ihrem Volumen wesentlich zu reduzieren:

– sonstige Abfälle aus der mechanischen Behandlung von Abfällen,
– Abfälle aus dem Schreddern von metallhaltigen Abfällen, wie Verbundkarton (Tetrapack),
– Schlämme aus einer anderen Behandlung von industriellem Abwasser,
– Schlämme, die gefährliche Stoffe aus einer anderen Behandlung von industriellem Abwasser enthalten,
– Schlämme aus der biologischen Behandlung von industriellem Abwasser,
– Schlämme aus der betriebseigenen Abwasserbehandlung,
– Schlämme aus der betriebseigenen Abwasserbehandlung, die gefährliche Stoffe enthalten,
– Schlämme oder Emulsionen aus Entsalzern, Schlämme aus physikalisch-chemischen Behandlungen,
– Schlämme aus physikalisch-chemischen Behandlungen, die gefährliche Stoffe enthalten,
– Zelluloseschlämme,
– Spuckstoffe,
– Deinking-Schlämme,
– ölhaltige Schlämme.
– Abfälle aus der Kanalreinigung,
– Straßenkehricht,
– Rückstände aus der Schrottaufbereitung (Schredder-Leicht-Fraktion,
– Abfälle, behaftet mit organischen Pflanzenschutzmitteln, Holzschutzmitteln und anderen Bioziden,
– feste Abfälle aus Sandfanganlagen und Öl-Wasserabscheidern,
– Abfälle aus der Sanierung von Böden und Grundwasser,
– Abfälle aus Prozessen der mechanischen Formgebung sowie der physikalischen und mechanischen Oberflächenbearbeitung von Metallen und Kunststoffen,
– Gleisschotter, der gefährliche Stoffe enthält,
– Boden und Steine, die keine gefährlichen Stoffe enthalten,
– Sande aus der Wirbelschicht, die bei der Verbrennung oder Pyrolyse von Abfällen anfallen,
– Abfälle aus der Altölaufbereitung,
– medizinische und krankenhausspezifische Abfälle,
– Schredderabfälle von Kraftfahrzeuginnenteilen aus der Altautoverwertung,
– verschmutzte Mischkunststoffe aus Sortieranlagen,
– Produktionsabfälle,
– DSD-Sortierreste,
– Hühnerkot und andere Fäkalien aus der Tierhaltung
– sowie Mineralien (z.B. Sand, Steine), wobei hier nur eine unwesentliche Volumenreduzierung stattfindet.

Werden z.B. Zelluloseschlämme als Ausgangssubstanzen in der Anlage thermisch behandelt (vorzugsweise bei 350°C) kann die Endsubstanz, die ein zellulosehaltiges Pulver ist, brikettiert und in brikettierter Form als Brennstoff eingesetzt werden.
Beim Einsatz von Abfallstoffen – Ausgangssubstanzen (SA) in Form von Spuckstoffen entsteht als Endsubstanz (SE) vorwiegend Asche und ein großer Volumenanteil an Restgas, welches als Brenngas einsetzbar ist.
Ausgangssubstanzen (SA) in Form von Schredderabfällen von Kraftfahrzeuginnenteilen ergeben als Endsubstanz (SE) Asche mit Metallabscheidungen und Restgas (G_rest), welches als Brenngas einsetzbar ist. Werden als Ausgangssubstanz DSD-Sortierreste behandelt, entsteht als Endsubstanz (SE) Asche mit Metallabscheidungen. Bestehen die DSD-Sortierreste beispielsweise aus Kunststoff-/Papier-/Abfällen mit Aluminiumanhaftungen (wie z.B. Verbundkarton/Tetrapacks), so befinden sich in der Asche größere Metallabscheidungen aus fast reinem Aluminium. Das bei der thermischen Behandlung der DSD-Sortierreste gebildete Restgas kann ebenfalls als Brenngas eingesetzt werden.
Das Restgas wird, wie vorgenannt beschrieben, als Brenngas entweder dem Combustor und der Heizeinheit oder einer Energieerzeugungseinrichtung zur Verfügung gestellt.
Im Reaktor sind ein oder mehrere Schnecken in jeweils einer Umhausung angeordnet. Darin werden die Ausgangssubstanzen umgewälzt und bewegt und der im Reaktor bzw. in der Umhausung herrschenden Temperatur ausgesetzt. Jeder Schneckenmantel weist bevorzugt eine Höhe auf, die größer ist als der Durchmesser der sich im Schneckenmantel befindlichen Schnecke. Weiterhin verjüngt sich der Schneckenmantel im Querschnitt nach oben, wobei die Absaugung für die Dämpfe bevorzugt in diesem Bereich angeordnet ist, wodurch gewährleistet wird, dass feine Partikel und Staub nicht in die Absaugung gelangen können.
Die Umhausungen sind bevorzugt drehfest angeordnet.
An den Ausgang des Reaktors kann sich eine Austragsschnecke anschließen, die in einem zumindest an seiner Unterseite siebartig perforierten Schneckenmantelrohr angeordnet ist, um Staub, Asche und andere kleinere Endsubstanzen von größeren Endsubstanzen (z.B. Metallabscheidungen) zu trennen.
Weiterhin ist es möglich, in einem Reaktor mehrere aus jeweils einem Schneckenmantel und einer Schnecke bestehende Einheiten z.B. neben- und/oder übereinander in einem Reaktor anzuordnen.
Es können auch mehrere Reaktoren miteinander gekoppelt werden.
Der Schneckenmantel und die Schnecke sollten eine Neigung aufweisen, die in Richtung zur Austragsöffnung ansteigt.
Um die Reinigung des Innenraums des Reaktors zu gewährleisten, kann dieser in seiner Wandung eine oder mehrere Revisionsöffnungen aufweisen.
Zur Aufbereitung und Behandlung von metallhaltigen Abfallstoffen auf der Basis von Papier und/oder Kunststoffen, insbesondere in Form von Verbundkarton (Tetrapack), ist in dem Reaktor ein Verschwelen/eine Pyrolyse des Papier- und Kunststoffanteils gewährleistende Temperatur einstellbar und dem Reaktor eine Trenneinrichtung nachgeschaltet, in der abgeschiedenes Metall von den verschwelten Papier- und/oder Kunststoffanteilen trennbar ist.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels und zugehöriger Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1: Prinzipskizze der erfindungsgemäßen Anlage in Form eines Blockschaltbildes,
2: Prinzipdarstellung eines Längsschnittes durch die Umhausung, in welcher eine Schnecke mit unterschiedlichen Steigungen angeordnet ist, ohne Zellradschleusen,
3: Prinzipdarstellung eines Längsschnittes durch die Umhausung, in welcher eine Schnecke mit unterschiedlichen Steigungen angeordnet ist, mit einer Zellradschleuse am Ausgang,
4: Querschnitt eines Schneckenmantels mit darin befindlicher Schnecke,
5: Darstellung einer Aluminiumfraktion, die aus entsprechend behandeltem Verbundkarton gewonnen wurde.
Der Reaktor 1 besitzt gem. 1 eine erste Zellradschleuse (Z1) für die Zuführung der Ausgangssubstanzen SA und eine zweite Zellradschleuse (Z2) für die Abführung der behandelten Substanzen SE. Die Zellradschleusen Z1, Z2 gewährleisten eine nahezu vollständige Abdichtung gegenüber der umgebenden Atmosphäre, so dass über die Umgebungsluft kein Sauerstoff in den Reaktor 1 eindringen kann, wodurch eine Explosionsgefahr ausgeschlossen wird. Die Ausgangssubstanz SA durchläuft unter einer Umwälzbewegung den Reaktor 1 durch eine in einem drehfesten Schneckenmantelrohr (Umhausung 1.1) rotierende Schnecke 1.2 bei einer Temperatur von 250 bis 800°C. Dazu sind dem Reaktor eine Heizeinheit 2 sowie ein Combustor 5 zugeordnet. Der bei der thermischen Behandlung entstehende Dampf D (Pyrolysegase) wird mittels eines Sauggebläses 3 aus dem Reaktor 1 abgesaugt. Das durch die Heizeinheit 2 erzeugte Rauchgas G_rauch wird durch den Schornstein abgeführt. Der Dampf D gelangt zu einem Kondensator 4, in welchem das darin enthaltene Wasser auskondensiert. Das aus dem Kondensator 4 abgeleitete Restgas ^Grest, wird über einen Combustor 5, der zur thermischen Nachverbrennung des Restgases dient, in einem ersten Teilstrom T1 der Heizeinheit 2 und in einem zweiten Teilstrom T2 einer Energieerzeugungsanlage 9 zugeführt. Dazu ist zwischen Kondensator 4 und Combustor 5 das Sauggebläse 3 vorgesehen, durch welches auch die Absaugung der Dämpfe D aus dem Reaktor 1 über dessen Schneckenmantelrohr 1.1 erfolgt.
Es ist möglich, den ersten Teilstrom T1 oder den zweiten Teilstrom T2 zu unterbrechen, so dass das Restgas nur der Heizeinheit oder nur der Energieerzeugungseinrichtung zur Verbrennung zugeführt wird.
Das Kondensat K wird aus dem Kondensator einem Ölabscheider 7 zugeführt. Zwischen Kondensator 4 und Ölabscheider 7 ist ein Filter F angeordnet. Die Kühlung des Kondensators 4 erfolgt über das Kühlwasser WK/den Kühlkreislauf eines Rückkühlwerkes 8 zwischen Ölabscheider 7 und Kondensator 4. Aus dem Ölabscheider 7 wird lipophiles Kondensat K1 und wässriges Kondensat K2 in entsprechende Auffangbehälter abgeleitet.
Die vorgenannt beschriebene Lösung stellt ein destillatives Verfahren für die thermische Behandlung von Abfallstoffen wie z.B. Schleifschlamm, Walz- und Schmiedezunder, Klärschlamm usw. dar.
Für die Realisierung einer Pyrolyse für die Behandlung anderer Abfallstoffe sind die Anlagenteile 4.7, 8, K1, K2 nicht erforderlich. Stattdessen werden für den Teilstrom T1 ein Staubrad, Sauggebläse sowie ein Filter (z.B. ein Zyklonfilter/eine Multizyklonbatterie) eingesetzt und für den Teilstrom T2 nach einem Filter/Zyklon eine energetische Nutzung (9) vorgesehen, die z.B. Heißdampf erzeugt und einer Turbine die Stromgewinnung ermöglicht.
Restliche Nebenprodukte wie Pyrolyseöl, Pyrolysewasser und Pyrolysekoks werden aus dem Prozess entfernt und ggf. weiter behandelt oder entsorgt.
2 und 3 zeigen die Prinzipdarstellung eines Längsschnittes durch die Umhausung 1.1 (Schneckenmantelrohr) eines Reaktors 1, in welchem eine Schnecke 1.2 mit unterschiedlichen Steigungen angeordnet ist. In dem Zwischenraum zwischen der Wandung W des Reaktors 1 und der Umhausung 1.1 wird Heizmedium H zugeführt, welches mit dem hier nicht dargestellten Brenner/Combustorsystem (1) erzeugt und als Rauchgas G_rauch abgeleitet wurde. Nach der Zuführung für die Ausgangssubstanzen SA besitzt die Schnecke 1.2 eine so geringe Steigung a, dass die Ausgangssubstanzen SA verdichtet werden und somit selbst oder zusätzlich gegen die Umgebung abdichten. Darauf folgt ein Bereich mit einer größeren Steigung b, in welchem die Dichte der zu behandelnden Substanzen wieder verringert wird, so dass deren thermische Behandlung erfolgen kann, wobei das Volumen der Ausgangssubstanzen erheblich reduziert wird. In diesem Bereich befindet sich auch die Absaugung für die aus den Ausgangssubstanzen durch die Temperatureinwirkung des Heizmediums entstandenen Gase/Dämpfe D.
Es schließt sich gem. 2 ein Bereich der Schnecke 1.2 mit einer geringeren Steigung c an. Die Steigung c wird dabei so gewählt, dass die behandelten Substanzen SE verdichtet werden und somit selbst oder zusätzlich gegen die Umgebung abdichten. Die Steigung c kann dabei in Abhängigkeit von der Volumenreduzierung gegenüber der Steigung a verkleinert sein.
Alternativ ist es möglich, die Ableitung der behandelten Substanzen SE bei gleich bleibender oder gem. 3 sich verringernder Steigung der Schnecke 1.2 über eine Zellradschleuse Z2 vorzunehmen. Dabei erfolgt die Zuführung der Ausgangssubstanzen wie in 2 bei verringerter Steigung a der Schnecke 1.2, so dass diese selbst abdichten. Dann erhöht sich die Steigung der Schnecke 1.2 auf den Wert b, so dass das Volumen der zu behandelnden Substanzen pro Steigung verringert wird. Da sich nun das Volumen der Substanzen durch die thermische Behandlung stark reduziert, kann die Steigung der Schnecke 2.2 auf den Wert b allmählich verringert werden, ohne dass hier eine Abdichtung innerhalb der Schnecke 1.2 erfolgt. Die Abdichtung gegenüber der Umgebung erfolgt durch die Zellradschleuse Z2 als Abführung der behandelten Substanzen SE.
Die Umhausung 1.1 ist gem. 2 und 3 gestellfest ausgebildet und die Schnecke 1.2 rotiert in der Umhausung 1.1.
In 3 ist nach der zweiten Zellradschleuse Z2 eine Austragsschnecke 10 in einem Schneckenmantelrohr 11 angeordnet.
Das Schneckenmantelrohr 11 weist an seiner Unterseite eine siebartige Perforation auf (nicht näher dargestellt), durch welche Staub, Asche und Feinabscheidungen nach unten in einen Auffangbehälter 12 fallen. Die verbleibenden Ausgangssubstanzen wie Metallabscheidungen können z.B. in einer Brikettierstation 13 brikettiert werden, wodurch deren Volumen weiter reduziert und/oder die weitere Handhabung verbessert wird.
Mit der erfindungsgemäßen Lösung ist es erstmalig möglich, z.B. aus DSD-Sortierresten, wie Verbundkarton-Verpackungen (Tetrapacks) für Getränke oder andere Lebensmittel, die Aluminium enthalten, schnell und äußerst energieeffizient Aluminium wiederzugewinnen.
Die Ökobilanz für derartige Verpackungen kann damit wesentlich verbessert werden.
4 zeigt mögliche Querschnitte einer Umhausung 1.1 mit darin befindlicher Schnecke 1.2. Die Umhausung 1.1 folgt in ihrem unteren Bereich der Krümmung der Schnecke 1.2 und weist in Bild a einen sich nach oben im Wesentlichen rechteckigen erstreckenden Querschnitt auf, dessen Höhe H1.1 größer ist als der Durchmesser D1.2 der Schnecke. In 4 Bild b weist der sich nach oben erstreckende Bereich eine im Wesentlichen trapezförmige Form auf und in Bild c sind die Seitenbereiche des sich nach oben über die Schnecke 1.2 hinaus erstreckenden Bereiches konvex gekrümmt, wodurch die Strömungsverhältnisse der abgesaugten Gase/Dämpfe D wesentlich verbessert werden. Die Absaugung 1.3 für die Gase/Dämpfe D ist jeweils im obersten Bereich der Umhausung 1.1 angebunden. Alternativ sind auch andere, z.B. dreieckige Formen möglich, dabei ist darauf zu achten, dass die Höhe H der Umhausung größer ist als der Durchmesser D1.2 der Schnecke 1.2, da dadurch die Absaugung 1.3 besser und zuverlässiger gewährleistet ist und nicht soviel feine Feststoffpartikel mit abgesaugt werden.
In 5 ist eine Aluminiumfraktion (fast reines Aluminium) dargestellt, welche mit der erfindungsgemäßen Einrichtung aus geschredderten Abfällen des Dualen Systems, die Verbundkarton mit Aluminium enthielten, gewonnen wurde.
Die Abfälle des Dualen Systems (Verbundkarton und andere Kunststoffe) wurden dazu geschreddert und bei einer Temperatur von 350 bis 650°C im Reaktor behandelt. Die Endsubstanz ist Asche mit fast reinem Aluminium. Das abgesaugte Gas kann zum Betrieb der Anlage oder anderweitig als Brennstoff eingesetzt werden.
Mit der erfindungsgemäßen Lösung ist es somit erstmalig möglich in nur einem Verfahrensschritt aus geschredderten Abfällen des Dualen Systems wieder fast reines Metall/Aluminium zurück zu gewinnen.
Mit der erfindungsgemäßen Lösung kann weiterhin eine überraschend große Volumenreduzierung der unterschiedlichsten Ausgangssubstanzen erzielt werden. Darin enthaltene Wertstoffe, die sonst mit den Abfallstoffen auf die Deponie gelangt sind, z.B. Metallfraktionen, können aus den Endsubstanzen entnommen und dem Wirtschaftskreislauf wieder zugeführt werden.

Claims

Anlage zur thermischen Behandlung von Abfallstoffen, bestehend aus mindestens einem Reaktor (1) mit wenigstens einer Umhausung (1.1), in welcher wenigstens eine Schnecke (1.2) angeordnet ist und mit einer Zuführung für die Abfallstoffe als Ausgangssubstanzen (SA) und einer Abführung für die thermisch behandelten Endsubstanzen (SE) sowie mit einer Heizeinheit (2) zur Beheizung des Reaktors (1) und mit einer angebundenen Absaugung (3) für die bei der thermischen Behandlung der Abfallstoffe aus diesen abgeschiedenen Gasen/Dämpfen (D), wobei der Reaktor (1) und/oder die Umhausung (1.1) gegenüber der Umgebung weitestgehend oder vollständig abgedichtet ist/sind.
Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführung zum Reaktor (1) und/oder Abführung vom Reaktor (1) in Form einer die Abdichtung zur umgebenden Atmosphäre gewährleistenden Zellradschleuse (Z) ausgebildet ist.
Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführung in die Umhausung, in welcher die Schnecke angeordnet ist (1.1) und/oder Abführung aus der Umhausung (1.1) in Form einer die Abdichtung zur umgebenden Atmosphäre gewährleistenden Zellradschleuse (Z) ausgebildet ist.
Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der sich an die Zuführung anschließende Bereich der Schnecke (1.2) eine Steigung (a) aufweist, in welcher die Ausgangssubstanzen (SA) so verdichtet werden, dass eine Abdichtung zur umgebenden Atmosphäre gewährleistet ist.
Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der sich vor der Abführung befindliche Bereich der Schnecke (1.2) eine Steigung (c) aufweist, in welcher die Endsubstanzen (SE) so verdichtet werden, dass eine Abdichtung zur umgebenden Atmosphäre gewährleistet ist.
Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen der Heizeinheit (2) zugeordneten Combustor (5) zur thermischen Nachverbrennung der Gase/Dämpfe (D) oder von aus den Gasen/Dämpfen (D) gebildeten Restgasen (G_rest) aufweist.
Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Gase/Dämpfe (D) oder die Restgase (G_rest) direkt oder über einen Kondensator (4) mittels der Absaugung (3) dem Combustor (5) und der Heizeinheit (2) zuführbar sind.
Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Gase/Dämpfe (D) oder die Restgase (G_rest) direkt oder über einen Kondensator (4) einer Energieversorgungseinrichtung (9) zuführbar sind.
Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Teil (T1) der Gase/Dämpfe (D) oder der Restgase (G_rest) dem Combustor (5) und der Heizeinheit (2) und ein zweiter Teil (T2) der Restgase (G_rest) der Energieversorgungseinrichtung (9) zuführbar sind.
Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen der behandelten Substanzen (SE) im Verhältnis zum Volumen der Ausgangssubstanzen (SA) bis zu 90% reduziert ist.
Anlage nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass dem Kondensator (4) ein Ölabscheider (7) nachgeschaltet ist.
Anlage nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Ölabscheider (7) und dem Kondensator (4) ein Rückkühlwerk (8) zur Erzeugung eines Kühlkreislaufes angeordnet ist.
Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass im Reaktor (1) eine das Trocknen und/oder die Pyrolyse der Ausgangssubstanzen gewährleistende Temperatur einstellbar ist.
Anlage nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass im Reaktor (1) eine die Niedertemperaturpyrolyse gewährleistende Temperatur bis 500°C einstellbar ist.
Anlage nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass im Reaktor (1) eine die Mitteltemperaturpyrolyse gewährleistende Temperatur von 500°C bis 800°C einstellbar ist.
Anlage nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass im Reaktor (1) eine die Hochtemperaturpyrolyse gewährleistende Temperatur über 800°C einstellbar ist.
Anlage nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur im Reaktor (1) 250°C bis 800°C beträgt.
Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Endsubstanzen (SE) deponierfähig oder in den Wirtschaftskreislauf rückführbar sind.
Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangssubstanzen (SA) Zelluloseschlämme, Deinking-Schlämme, verschmutzte Mischkunststoffe aus Sortieranlagen, Produktionsabfälle, Spuckstoffe, Schredderabfälle von Kraftfahrzeuginnenteilen aus der Altautoverwertung oder DSD-Sortierreste sind.
Anlage nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass beim Einsatz von Ausgangssubstanzen (SA) in Form von Zelluloseschlämmen und/oder Deinking-Schlämmen die Endsubstanzen (SE) in brikettierter Form als Brennstoff einsetzbar sind.
Anlage nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass beim Einsatz von Ausgangssubstanzen (SA) in Form von Spuckstoffen die Endsubstanzen (SE) Asche ist und die abgesaugten Gase/Dämpfe (D) als Brenngas einsetzbar sind.
Anlage nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass beim Einsatz von Ausgangssubstanzen (SA) in Form von Schredderabfällen von Kraftfahrzeuginnenteilen aus der Altautoverwertung die Endsubstanz (SE) Asche mit Metallabscheidungen ist und die abgesaugten Gase/Dämpfe (D) als Brenngas einsetzbar sind.
Anlage nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass beim Einsatz von Ausgangssubstanzen (SA) in Form von DSD-Sortierresten die Endsubstanz (SE) Asche mit Metallabscheidungen ist und die abgesaugten Gase/Dämpfe (D) als Brenngas einsetzbar sind.
Anlage nach einem der Ansprüche 19 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die als Brennstoff dienende Endsubstanz (SE) und/oder das Brenngas zum Betreiben der Anlage einsetzbar sind.
Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass beim Einsatz von Ausgangssubstanzen (SA) in Form von – Mineralien (z.B. Sand, Steine), – sonstigen Abfällen aus der mechanischen Behandlung von Abfällen, – Abfällen aus dem Schreddern von metallhaltigen Abfällen wie Tetrapacks, – Spuckstoffen, – Zelluloseschlämmen, – Deinking-Schlämmen – ölhaltigen Schlämmen, – Schlämmen aus einer anderen Behandlung von industriellem Abwasser, – Schlämmen, die gefährliche Stoffe aus einer anderen Behandlung von industriellem Abwasser enthalten, – Schlämmen aus der biologischen Behandlung von industriellem Abwasser, – Schlämmen aus der betriebseigenen Abwasserbehandlung, – Schlämmen aus der betriebseigenen Abwasserbehandlung, die gefährliche Stoffe enthalten, – Schlämmen oder Emulsionen aus Entsalzern, – Schlämmen aus physikalisch-chemischen Behandlungen, – Schlämmen aus physikalisch-chemischen Behandlungen, die gefährliche Stoffe enthalten, – Abfällen aus der Kanalreinigung, – Straßenkehricht, – Rückständen aus der Schrottaufbereitung (Schredder-Leicht-Fraktion) – Abfällen, behaftet mit organischen Pflanzenschutzmitteln, Holzschutzmitteln und anderen Bioziden, – festen Abfällen aus Sandfanganlagen und Öl-Wasserabscheidern, – Abfällen aus der Sanierung von Böden und Grundwasser, – Abfällen aus Prozessen der mechanischen Formgebung sowie – der physikalischen und mechanischen Oberflächenbearbeitung von Metallen und Kunststoffen, – Gleisschotter, der gefährliche Stoffe enthält, – Boden und Steinen, die keine gefährlichen Stoffe enthalten, – Sanden aus der Wirbelschicht, die bei der Verbrennung oder Pyrolyse von Abfällen anfallen, – Abfällen aus der Altölaufbereitung, – medizinischen und krankenhausspezifischen Abfällen, – Schredderabfällen von Kraftfahrzeuginnenteilen aus der Altautoverwertung, – verschmutzten Mischkunststoffen aus Sortieranlagen, – Produktionsabfällen, – DSD-Sortierresten, – Fäkalien aus der Tierhaltung, – Substanzen aus der Tierkörperbeseitigung (z.B. Tiermehl) das Volumen der behandelten Substanzen (SE) im Verhältnis zum Volumen der Ausgangssubstanzen (SA) reduziert ist.
Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Umhausung (1.1) eine Höhe (H1.1) aufweist, die über die gesamte Länge der Schnecke oder bereichsweise größer ist als der Durchmesser (D1.2) der sich in der Umhausung (1.1) befindlichen Schnecke (1.2).
Anlage nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Umhausung (1.1) sich im Querschnitt nach oben verjüngt.
Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass sich an den Ausgang des Reaktors (1) eine Austragsschnecke (10) anschließt.
Anlage nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Austragsschnecke (10) in einem zumindest an seiner Unterseite siebartig perforierten Schneckenmantelrohr (11) angeordnet ist.
Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Reaktor (1) mehrere aus jeweils einer Umhausung (1.1) und einer Schnecke (1.2) bestehende Einheiten angeordnet sind.
Anlage nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere aus jeweils einer Umhausung (1.1) und einer Schnecke (1.2) bestehende Einheiten neben- und/oder übereinander in einem Reaktor (1) angeordnet sind.
Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Reaktoren (1) miteinander gekoppelt sind.
Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Umhausung (1.1) und die Schnecke (1.2) eine Neigung aufweisen, die in Richtung zur Austragsöffnung ansteigt.
Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass zur Aufbereitung und Behandlung von metallhaltigen Abfallstoffen auf der Basis von Papier und/oder Kunststoffen, insbesondere in Form von Verbundkarton (Tetrapack), in dem Reaktor ein Verschwelen/eine Pyrolyse des Papier- und Kunststoffanteils gewährleistende Temperatur einstellbar ist und dass dem Reaktor eine Trenneinrichtung nachgeschaltet ist, in der abgeschiedenes Metall von den verschwelten Papier- und/oder Kunststoffanteilen trennbar ist.
Verfahren zur thermischen Behandlung von Abfallstoffen, unter Verwendung wenigstens eines Reaktors (1) aus wenigstens Umhausung (1.1), in welcher wenigstens eine rotierende Schnecke (1.2) angeordnet ist, mit einer Zuführung (Z) für die Abfallstoffe als Ausgangssubstanzen (SA) und einer Abführung (A) für die thermisch behandelten Endsubstanzen (SE) sowie mit einer Heizeinheit (2) und mit einer Absaugung (3) für die aus den Abfallstoffen unter Temperatureinwirkung erzeugten Gase/Dämpfe (D), wobei die thermische Behandlung der Abfallstoffe bei einer gegenüber der Umgebung weitestgehend oder vollständigen Abdichtung erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass in der Zuführung zum Reaktor (1) und/oder in der Abführung vom Reaktor (1) eine Abdichtung zur umgebenden Atmosphäre erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 35 oder 36, dadurch gekennzeichnet, dass in der Zuführung (Z) zur Umhausung (1.1) und/oder in der Abführung (A) von der Umhausung (1.1) eine Abdichtung zur umgebenden Atmosphäre erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 35 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass in dem sich an die Zuführung (Z) anschließenden Bereich der Schnecke die Ausgangssubstanzen (SA) so verdichtet werden, dass sie eine Abdichtung zu der umgebenden Atmosphäre gewährleisten.
Verfahren nach einem der Ansprüche 35 bis 38, dadurch gekennzeichnet, dass in dem sich vor der Ableitung (A) befindlichen Bereich der Schnecke (1.2) die behandelten Substanzen (SE) so verdichtet werden, dass sie eine Abdichtung zu der umgebenden Atmosphäre gewährleisten.
Verfahren nach einem der Ansprüche 36 bis 39, dadurch gekennzeichnet, dass in einem der Heizeinheit (2) zugeordneten Combustor (5) eine thermische Nachverbrennung der abgesaugten Gase/Dämpfe (D) oder von aus den Gasen/Dämpfen (D) gebildeten Restgasen (G_rest) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 35 bis 40, dadurch gekennzeichnet, dass die abgesaugten Gase/Dämpfe (D) oder die aus den Gasen/Dämpfen (D) gebildeten Restgase (G_rest) direkt oder über einen Kondensator (4) dem Combustor (5) und der Heizeinheit (2) zugeführt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 35 bis 41, dadurch gekennzeichnet, dass die abgesaugten Gase/Dämpfe (D) oder die aus den Gasen/Dämpfen (D) gebildeten Restgase (G_rest) direkt oder über einen Kondensator (4) einer Energieversorgungseinrichtung (9) zugeführt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 35 bis 42, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Teil (T1) der Gase/Dämpfe (D) oder der Restgase ₍ _Grest ₎ dem Combustor (5) und der Heizeinheit (2) und ein zweiter Teil (T2) der Restgase (G_rest) der Energieversorgungseinrichtung (9) zugeführt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 35 bis 43, dadurch gekennzeichnet, dass durch die im Reaktor (1) durchgeführte thermische Behandlung der Abfallstoffe das Volumen der behandelten Substanzen (SE) im Verhältnis zum Volumen der Ausgangssubstanzen (SA) bis zu 90% reduziert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 41 oder 42, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kühlung des Kondensators (4) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 35 bis 44, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Temperatur im Reaktor (1)/der Umhausung (1.1) das Trocknen und/oder die Pyrolyse der Ausgangssubstanzen erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 46, dadurch gekennzeichnet, dass im Reaktor (1) bei einer Temperatur bis 500°C eine Niedertemperaturpyrolyse erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 46, dadurch gekennzeichnet, dass im Reaktor (1)/der Umhausung (1.1) bei einer Temperatur von 500°C bis 800°C eine Mitteltemperaturpyrolyse erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 46, dadurch gekennzeichnet, dass im Reaktor (1)/der Umhausung (1.1) bei einer Temperatur über 800°C eine Hochtemperaturpyrolyse erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 35 bis 49, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur im Reaktor (1)/der Umhausung (1.1) 250°C bis 800°C beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 35 bis 50, dadurch gekennzeichnet, dass zur thermischen Aufbereitung und Behandlung von metallhaltigen Abfallstoffen auf der Basis von Papier und/oder Kunststoffen, insbesondere in Form von Verbundkarton (Tetrapack), die Abfallstoffe in dem Reaktor einer Temperatur ausgesetzt werden, die ein Verschwelen/eine Pyrolyse des Papier- und Kunststoffanteils gewährleistet und anschließend das Metall von den verschwelten Papier- und Kunststoffanteilen getrennt wird.
Verfahren nach Anspruch 51, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur 300 bis 650°C beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 35 bis 52, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die Temperatureinwirkung aus den Ausgangssubstanzen freigesetzten Gase/Dämpfe und/oder Restgase und/oder die in fester Form ausgeschiedenen Endsubstanzen zur Beheizung des Reaktors (1) einsetzbar sind.