DE19522457A1

DE19522457A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Behandeln von Hausmüll

Info

Publication number: DE19522457A1
Application number: DE19522457A
Authority: DE
Inventors: John Dr Rizzon
Original assignee: Metallgesellschaft AG
Current assignee: GEA Group AG
Priority date: 1995-03-21
Filing date: 1995-06-21
Publication date: 1996-09-26
Anticipated expiration: 2015-06-22
Also published as: TW344019B; KR19980703226A; DE19522457C2; DE59601109D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Behandeln von Hausmüll.

Verfahren zur thermischen Abfallbehandlung werden weltweit intensiv erforscht und diskutiert. Zahlreiche Publikationen in der Fachpresse sind ein Zeugnis für das große Interesse an diesen Verfahren. Schon zu Beginn der 70er Jahre wurde in vielen Industriestaaten die Erforschung von Pyrolyseverfahren zur Abfallbehandlung vorangetrieben. Die Pyrolyseverfahren sollten als alternative Verfahren für die Behandlung von Haus- und Industriemüll, wie z. B. Kunststoffabfälle, Altreifen, Altkabel u. ä. verwendet werden. Dabei wurde in den Industriestaaten Japan, USA, Großbritannien und Deutschland sehr intensiv an über 60 Pyrolyse-Verfahren gearbeitet.

Aus DE-ZE: Umwelt Technologie Aktuell, S. 232-234 (1993) ist eine Einschmelzanlage bekannt. Das Kernstück der Einschmelzanlage ist ein senkrechter Doppelmantelschmelzofen mit einem sich langsam drehenden Außenmantel, in dem ein zylindrischer Innenmantel konzentrisch eingehängt ist. Die in den Ringschacht zwischen den beiden Mänteln aufgegebenen Rückstände werden der Schmelzkammer zugeführt, in der ein öl- oder gasgefeuerter Hochtemperaturbrenner den Schmelzvorgang einleitet.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein umweltfreundliches und wirtschaftliches Verfahren zum Behandeln von Hausmüll bereitzustellen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch ein Verfahren zum Behandeln von Hausmüll gelöst, bei dem

a) das Material pyrolysiert wird,
b) Pyrolysegas entstaubt wird, ein Teil des entstaubten Pyrolysegases verbrannt und der restliche Teil in einen Schmelzofen eingeleitet wird,
c) heißes Gas aus der Verbrennung zum Beheizen des Pyrolysegases verwendet wird,
d) Abgas aus der Beheizung des Pyrolysereaktors und Pyrolysekoks in das Einschmelzverfahren eingeleitet werden.

Die vorliegende Erfindung stellt ein kombiniertes Pyrolyse- Schmelzverfahren zum thermischen Behandeln von Abfällen bereit. Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß die Verfahren Pyrolyse und Einschmelzung auch entkoppelt betrieben werden können. Die Verfahren können unabhängig gefahren werden. Sie haben durch die Entkopplung eine hohe Verfügbarkeit. Beim Einsatz von gewöhnlichem Hausmüll können die Verfahren energieautark gefahren werden. Die Aschebestandteile und Schwermetalle werden bei der Einschmelzung in ein laugungsresistentes Schmelzgranulat überführt, das verwendet wird. Bei dem kombinierten Verfahren wird abwasserfreie Rauchgasreinigung angewendet. Das kombinierte Verfahren wird unter Normaldruck betrieben. Es ist keine Fremd- oder Zusatzbeheizung erforderlich. Aufgrund der hohen Energieausbeute der einzelnen Verfahren muß kein technischer Sauerstoff eingesetzt werden.

Bei der Pyrolyse wird keine Luft zugeführt, dadurch kann die Entwicklung von Dibenzodioxinen und Dibenzofuranen verhindert werden. Die Heizung der Pyrolysetrommel erfolgt mit verbrannten Pyrolysegasen. Bei der Pyrolyse können verschiedene Abfälle, wie Hausmüll, Sondermüll, Altreifen, Schredderrückstände u. ä. eingesetzt werden. Die Pyrolyseprodukte, wie Koks, Öl und Gas können getrennt gespeichert, verwertet oder entsorgt werden. Die Pyrolyse kann flexibel auf qualitative und quantitative Schwankungen bei den Einsatzstoffen eingestellt werden.

Bei der Einschmelzung erfolgt keine Aufmahlung des Kokses. Die Einschmelzanlage kann schnell an- und abgefahren werden. Es können zusätzlich heizwertreiche Aballstoffe, wie beladener HOK, getrockneter Klärschlamm und flüssige Sonderabfälle in den Einschmelzofen aufgegeben werden. Das Feuerfestmaterial weist eine lange Lebensdauer auf. Flexible Teillastverfahren sind möglich. Durch gestufte Verbrennung in der Primär- und Sekundärkammer werden niedrige NO_x-Werte im Abgas erhalten. Im Abgas ist nur eine sehr geringe Reststaubmenge vorhanden.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist, daß das Material vor der Pyrolyse vorbehandelt wird. Durch diese Maßnahme werden qualitativ gute Pyrolyseprodukte erhalten.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist, daß das Material vor der Pyrolyse auf eine Größe < 1.000 mm zerkleinert, gepreßt und über einen Schacht in den Pyrolysereaktor aufgegeben wird. Durch diese Maßnahme kann die Pyrolyse wirtschaftlich betrieben werden.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist, daß das Material vor der Pyrolyse auf eine Größe < 300 mm zerkleinert und mittels einer Preßschnecke in den Pyrolysereaktor aufgegeben wird. Durch diese Maßnahme kann die Pyrolyse sehr wirtschaftlich durchgeführt werden.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist, daß das Material vor der Pyrolyse von metallhaltigen Stoffen befreit wird. Die Metallabtrennung kann sehr wirkungsvoll durchgeführt werden. Die Metallabtrennung bewirkt eine Verringerung der erforderlichen Kapazität der Pyrolysetrommel.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist, daß als Pyrolysereaktor eine indirekt beheizte Pyrolysetrommel verwendet wird. Durch diese Maßnahme werden die Betriebskosten der Pyrolyse stark herabgesetzt.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist, daß der zum Beheizen des Pyrolysereaktors erforderliche Wärmebedarf durch das Abgas aus der Verbrennung gemäß Verfahrensstufe (b) und einem Teil des Abgases des Einschmelzverfahrens erhalten wird. Durch diese Maßnahme ist der Betrieb der Pyrolysetrommel sehr wirtschaftlich.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist, daß die Entstaubung des Pyrolysegases in einer Öl-Quenche über dem Taupunkt des Wassers erfolgt. Durch diese Maßnahmen werden bei der Entstaubung des Pyrolysegases sehr gute Ergebnisse erreicht. Eine Entstaubung in Keramikfiltern ist auch möglich.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist, daß der Pyrolysekoks gekühlt, von metallhaltigen Stoffen befreit und gesiebt wird, die Fraktion mit einer Größe < 50 mm zerkleinert und mit der Feinfraktion < 50 mm in den Schmelzofen eingeleitet wird. Durch diese Maßnahme wird der Schmelzofen sehr wirtschaftlich betrieben.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist, daß Pyrolysekoks mit einer Größe < 50 mm und mindestens einer der Bestandteile wie getrockneter Klärschlamm, Pyrolysegas, Reststoffe aus der Öl-Quenche, Heizöl, heizwertreiche Abfälle, wie Kunststoffe, pastös, flüssige und gasförmige brennbare Abfälle sowie beladene Aktivkohle und Kokse in den Schmelzofen eingeleitet werden. Durch diese Maßnahme werden andere heizwertreiche Stoffe wirkungsvoll als Brennstoffe verwendet, wobei sie wirtschaftlich und umweltfreundlich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren entsorgt werden.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist, daß das verbrannte Abgas aus dem Schmelzofen in einen Kessel und/oder Rekuperator eingeleitet wird. Durch diese Maßnahme kann die Energie des Abgases sehr nützlich verwendet werden.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist, daß der Staub aus der Staubabscheidung des Schmelzverfahrens in den Schmelzofen zurückgeleitet wird. Durch diese Maßnahme kann der abgeschiedene Staub in die Einschmelzung zurückgeführt werden und muß nicht kostenintensiv entsorgt werden.

Erfindungsgemäß ist eine Vorrichtung zum Behandeln von Hausmüll vorgesehen, bestehend aus Pyrolysereaktor, Entstaubung, Brennkammer, Pyrolysekokskühlung, Metallabscheidung, Zerkleinerung, Schmelzofen, Nachbrennkammer, Wärmenutzung und Rauchgasreinigung.

Erfindungsgemäß ist die Verwendung der Vorrichtung zur thermischen Entsorgung und Nutzung von Hausmüll bei gleichzeitiger Erzeugung eines eluatfesten wiederverwendbaren Schmelzgranulats vorgesehen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung besteht aus Fig. 1 bis Fig. 5

Fig. 1 zeigt ein Verfahrensschema des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Fig. 2 zeigt ein Fließschema des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Fig. 3 zeigt ein Fließschema des Stoffflußplans.

Fig. 4 zeigt eine Seitenansicht des Einschmelzofens.

Fig. 5 zeigt Eluatwerte aus Schmelzgranulaten in tabellarischer Form.

Nach dem in Fig. 1 dargestellten Verfahrensschema und dem in Fig. 2 dargestellten Fließschema liefern Anlieferfahrzeuge den Hausmüll ohne Zwischenschaltung einer externen Aufbereitungsanlage im Müllbunker (11) ab. Das Material wird in der Zerkleinerung (13) auf eine Stückgröße von 300 mm zerkleinert. Das zerkleinerte Material wird in die Pyrolysetrommel (2) aufgegeben. Die Pyrolysetrommel (2) wird kontinuierlich mit dem entstaubten und nachverbrannten Pyrolysegas indirekt über die Außenwand beheizt. Die Temperatur des nachverbrannten Pyrolysegases wird so eingestellt, daß der Erweichungspunkt von eventuell mitgerissenen Staubteilchen nicht überschritten wird. Das abgekühlte Abgas wird von einem Ventilator aus der Trommelwand abgesaugt und einem Dampferzeuger (3) zugeführt. Der Pyrolysekoks wird aus der Pyrolysetrommel (2) mit einer Temperatur von etwa 500°C in eine Pyrolysekokskühlung (7) (Naßentschlacker) geleitet, wo der Pyrolysekoks abgekühlt wird. Der Naßentschlacker (7) dichtet den Auslauf der Pyrolysetrommel (2) gegen die Atmosphäre ab. Danach werden bei einer Metallabscheidung (8) NE-Metalle und Eisen aus dem gekühlten Pyrolysekoks abgetrennt, der dann in den Einschmelzofen (1) aufgegeben wird. Der Pyrolysekoks kann vor der Aufgabe in den Einschmelzofen (1) in einer Zerkleinerung (9) zerkleinert werden. Das Pyrolysegas wird in einer Öl-Quenche (5) entstaubt und in einer Brennkammer (6) nachverbrannt. Überschüssiges Pyrolysegas kann im Einschmelzofen (1) verbrannt werden. Das Öl aus der Öl- Quenche (5) enthält das auskondensierte Pyrolyseöl und den ausgetragenen Staub. Eine Ölaufbereitungsvorrichtung, Zentrifuge oder Dekanter, wird zum Abtrennen des Staubs aus dem Umlauföl verwendet. Die aufkonzentrierte Öl/Staubfraktion wird über Lanzenbrenner in den Einschmelzofen (1) eingeleitet. Pyrolysekoks wird mit einer Stückgröße < 50 mm in die Primärkammer (17) des Einschmelzofen (1) eingetragen. Die Verbrennung des Kokses und die Einschmelzung der Aschebestandteile verläuft energieautark mittels vorgewärmter Luft. Die flüssige Schlacke fließt aus der Primärkammer (17) durch den zentralen Auslauf (18) und tropft durch die Sekundärkammer (21) in das Wasserbad des Naßentschlackers (22). Die flüssige Schlacke erstarrt hierbei zu einem glasigen Granulat. Die Abgase werden in der Sekundärkammer (21) durch Zugabe von Luft auf einen O₂-GehaIt von mindestens 6 Vol.-% eingestellt. Die Abgase aus dem Einschmelzofen (1) und die abgekühlten verbrannten Pyrolysegase aus der Pyrolysetrommel (2) werden gemeinsam über die Nachbrennkammer (10) der Wärmeauskopplung, nämlich dem Kessel (3) zugeführt. Der Kessel (3) besteht aus einem Strahlungs- und Konvektionsteil mit integriertem Luvo. Das abgekühlte Abgas gelangt in die anschließende Rauchgasreinigung (12). In der Rauchgasbehandlung wird in einer zweistufigen Naßwäsche HCl und SO₂ aus dem entstaubten Rauchgas entfernt. In der nachgeschalteten Hg-Abscheidung, die nach dem Sorbalit-, HOK- oder ähnlichem Verfahren funktioniert, werden das elementare Hg sowie Spuren von HCl, SO₂ und Kohlenwasserstoffen abgeschieden. Beim Sorbalit-Verfahren wird das beladene Aktivkohle/Ca(OH)₂-Gemisch in den Einschmelzofen (1) eingeführt. Die Senke für Hg befindet sich dann in der HCl-Wäsche.

Aus dem in Fig. 3 dargestellten Fließschema gehen der Stofffluß und die Verfahrensdaten des erfindungsgemäßen Verfahrens hervor. Das Pyrolysegas verläßt die Pyrolysetrommel (2) mit einer Temperatur von 500°C. Die Mengen der Schadgase H₂S, COS und HCl können durch Zugabe von Kalk in die Pyrolysetrommel (2) minimiert werden. Das Pyrolysegas besteht außer dem verdampften Wasser aus CO und CO₂ sowie höheren Kohlenwasserstoffen. Bei der Abkühlung in der Öl- Quenche (5) auf 150°C kondensieren etwa 40 kg Pyrolyseöl pro Tonne eingesetztem Müll aus. Die Staubbeladung liegt bei 20 bis 30 g/m³ i. N. In der Öl-Quenche (5) werden der pyrophore Staub und die Pyrolyseöle abgeschieden. Der größte Teil des Pyrolysegases verbrennt in der Brennkammer (6) zu einem Heißgas, das mit 1050°C bis 1250°C in den Außenmantel der Pyrolysetrommel (2) eingeleitet wird, wo eine Abkühlung des Pyrolysegases auf eine Temperatur von 550°C bis 600°C erfolgt. Der restliche Teil des Pyrolysegases etwa 30 Vol.-% wird direkt in den Einschmelzofen (1) eingeleitet.

Pyrolysekoks besteht zu etwa 18 Gew.-% bis 20 Gew.-% aus Kohlenstoff. Der Rest sind Asche und Nichteisen- sowie Eisenbestandteile. In der Pyrolysetrommel (2) erreicht der Pyrolysekoks eine Temperatur von 500°C. Im nachgeschalteten Naßentschlacker (7) wird der Pyrolysekoks auf etwa 60°C bis 70°C abgekühlt. Der ausgetragene Pyrolysekoks weist einen Wasseranteil von etwa 15 Gew.-% auf. Der Pyrolysekoks wird danach einer NE- und Fe-Abscheidung unterzogen, wobei Wertstoffe gewonnen werden. Der Pyrolysekoks kann mit einer Stückgröße von < 50 mm in den Einschmelzofen (1) eingeführt werden. Der Pyrolysekoks kann vorher aufgemahlen werden, was gewöhnlich nicht erforderlich ist. Die Aschebestandteile werden bei einer Temperatur von etwa 1350°C im Einschmelzofen (1) eingeschmolzen. Die Schwermetalle sind in einer stabilen Aluminiumsilikatmatrix eingebunden. Die flüssige Schlacke granuliert im Wasserbad des Naßentschlackers (22) zu einem glasigen, laugungsresistenten Granulat. Das Abgas verläßt die Primärkammer (17) des Einschmelzofens (1) mit einer Temperatur von etwa 1350°C. In der Sekundärkammer (21) des Einschmelzofens (1) wird durch Zugabe von Luft ein Sauerstoffgehalt von 6 Vol.-% bis 7 Vol.-% eingestellt. Das Abgas kühlt durch Zugeben von Luft und durch Verdampfen von Wasser aus dem Naßentschlacker (22) auf eine Temperatur von 950°C bis 1150°C ab. Die verdampften Schwermetalle und Alkalimetallverbindungen aus der Primärkammer (17) kondensieren aus und werden als Reststaub ausgetragen. Die Zusammensetzung des Abgases aus dem Kessel (3) entspricht in etwa der Zusammensetzung von Rauchgasen aus einer konventionellen Rostfeuerung.

Aus der in Fig. 4 dargestellten Seitenansicht des Einschmelzofens (1) wird das Schmelzofenprinzip der Erfindung deutlich. Der Einschmelzofen (1) weist auf: verfahrbaren Ofendeckel (14), Doppelpendelklappe (15), mindestens einen Brenner (16), Primärkammer (17), Schlackenabzug (18), hydraulischen Ofenantrieb (19), Video-Ofenüberwachung (20), Sekundärkammer (21) und Naßentschlacker (22).

Claims

1. Verfahren zum Behandeln von Hausmüll, bei dem

a) das Material pyrolysiert wird,
b) Pyrolysegas entstaubt wird, ein Teil des entstaubten Pyrolysegases verbrannt und der restliche Teil in einen Schmelzofen (1) eingeleitet wird,
c) heißes Gas aus der Verbrennung zum Beheizen des Pyrolysegases verwendet wird,
d) Abgas aus der Beheizung des Pyrolysereaktors (2) und Pyrolysekoks in das Einschmelzverfahren eingeleitet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Material vor der Pyrolyse vorbehandelt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem das Material auf eine Größe < 1.000 mm zerkleinert, gepreßt und über einen Schacht in den Pyrolysereaktor (2) aufgegeben wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem das Material auf eine Größe < 300 mm zerkleinert und mittels einer Preßschnecke in den Pyrolysereaktor (2) aufgegeben wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 2 bis 4, bei dem das Material von metallhaltigen Stoffen befreit wird.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, bei dem als Pyrolysereaktor (2) eine indirekt beheizte Pyrolysetrommel verwendet wird.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, bei dem der zum Beheizen des Pyrolysereaktors (2) erforderliche Wärmebedarf durch das Abgas aus der Verbrennung gemäß Verfahrensstufe (b) und einem Teil des Abgases des Einschmelzverfahrens erhalten wird.

8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, bei dem die Entstaubung des Pyrolysegases in einer Öl-Quenche (5) über dem Taupunkt des Wassers erfolgt.

9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, bei dem der Pyrolysekoks gekühlt, von metallhaltigen Stoffen befreit und gesiebt wird, die Fraktion mit einer Größe < 50 mm zerkleinert und mit der Feinfraktion < 50 mm in den Schmelzofen (1) eingeleitet wird.

10. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 9, bei dem Pyrolysekoks mit einer Größe < 50 mm und mindestens einer der Bestandteile wie getrockneter Klärschlamm, Pyrolysegas, Reststoffe aus der Öl- Quenche, Heizöl, heizwertreiche Abfälle, wie Kunststoffe, pastös, flüssige und gasförmige brennbare Abfälle sowie beladene Aktivkohle und Kokse in den Schmelzofen (1) eingeleitet werden.

11. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 10, bei dem das verbrannte Abgas aus dem Schmelzofen (1) in einen Kessel (3) und/oder Rekuperator (4) eingeleitet wird.

12. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 11, bei dem der Staub aus der Staubabscheidung des Schmelzverfahrens in den Schmelzofen (1) zurückgeleitet wird.

13. Vorrichtung zum Behandeln von Hausmüll, bestehend aus Pyrolysereaktor (2), Entstaubung (5), Brennkammer (6), Pyrolysekokskühlung (7), Metallabscheidung (8), Zerkleinerung (9), Schmelzofen (1), Nachbrennkammer (10), Wärmenutzung (11) und Rauchgasreinigung (12).

14. Verwendung der Vorrichtung nach Anspruch 13, zur thermischen Entsorgung und Nutzung von Hausmüll bei gleichzeitiger Erzeugung eines eluatfesten wiederverwendbaren Schmelzgranulats.