DE19621922C2

DE19621922C2 - Verfahren zur Behandlung von Müll als Einsatzstoff für die Festbettdruckvergasung

Info

Publication number: DE19621922C2
Application number: DE1996121922
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Rabe; Manfred Duerlich; Wolfgang Seifert; Werner Hauptmann; Klaus Koschmieder
Original assignee: Energiewerke Schwarze Pumpe AG
Current assignee: Sekundaerrohstoff-Verwertungszentrum Schwarze Pump
Priority date: 1996-05-31
Filing date: 1996-05-31
Publication date: 1999-12-16
Anticipated expiration: 2016-06-01
Also published as: DE19621922A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Festbettdruckvergasung von Müll und Abfallstoffen mit organischen und anorganischen Bestandteilen. Die Erfindung dient zur Dekontamination des Mülls durch Zerstörung oder Immobilisierung von Schad stoffen und Verwertung der organischen Bestandteile zur Gaserzeugung. Insbeson dere ist das Verfahren zur ökologischen Verwertung von Haus und Gewerbemüll, Shredderrückständen, Elektronikschrott und anderen Mischabfällen geeignet.

Es ist bekannt, solche Stoffe zu deponieren und zu verbrennen. Die dabei anfallen den hohen Kosten und die zu erwartenden ökologischen Auswirkungen bewirken jedoch eine geringe Akzeptanz durch die Öffentlichkeit.

Aus DE 42 41 283 ist bekannt, daß solche Stoffe einer Flugstromvergasung unterzo gen werden können. Als Nachteil der Vergasung im Flugstrom erweist es sich, daß das Einsatzgut für den Vergasungsprozeß in einer fließfähigen Form vorliegen muß, um eine kontinuierliche und gut regelbare Einspeisung in den Vergasungsreaktor zu erreichen. Als fließfähige Materialien sind gasförmige und flüssige Stoffe, pumpfähi ge Suspensionen von feinzerkleinerten Feststoffen in Flüssigkeiten, aber auch in einem Trägergas suspendierte staubförmige feste Stoffe zu verstehen. Im Anwen dungsfall Müll liegen die einzusetzenden Stoffe jedoch in einer solchen Konsistenz und Stückgröße vor, daß die Überführung in eine fließfähige Form durch mechani sche Aufbereitung, insbesondere durch Aufmahlung, technisch nicht möglich oder nicht wirtschaftlich zu erreichen ist.

Es ist in DE 42 26 015 vorgeschlagen worden und wird praktiziert, feste und flüssige Abfallstoffe im Prozeß der Festbettdruckvergasung einzusetzen. Dieses Verfahren weist den Nachteil auf, daß Abfallstoffe, die feinkörnig sind bzw. zum Zerfall neigen, nicht in hohen Mengenanteilen einsetzbar sind.

Aus der Literatur (Recycling von Kunststoffen, Carl Hanser Verlag München Wien, 1992) ist bekannt, Abfallstoffe im Hochtemperaturvergasungverfahren einzusetzen. Dieses Verfahren ist jedoch lediglich in einer Pilotanlage erprobt und konnte sich großtechnisch nicht durchsetzen. Die Verbrennung von Flüssigkeiten oder Gasen in der 1. Stufe und Vergasung von Feststoffen in der 2. Stufe ist ein schwierig steuer barer Prozeß.

Weiterhin ist vorgeschlagen und untersucht worden, Abfallstoffe unterschiedlichster Art einer Pyrolyse, also einer thermischen Umwandlung bei Temperaturen von 400 bis 800°C zu unterwerfen. Bei diesen Temperaturen werden ca. 30 bis 50% der eingesetzten Roh- und Abfallstoffe verflüchtigt. Dabei entsteht ein Pyrolysekoks, der schlecht verwertbar ist. Es entstehen zusätzlich Gase und kondensierbare Öl- und Teerdämpfe, die, wie der Pyrolysekoks schadstoffbelastet, schwierig zu handhaben und kaum verwertbar sind. Der technologische Aufwand für die Pyrolyse ist sehr hoch.

Nach DE 42 38 934 ist ein Vorschlag bekannt geworden, Roh- und Abfallstoffe einer thermischen Vorbehandlung im Temperaturbereich zwischen 120 und 350°C zu unterziehen und diese nach einer Zerkleinerung in der Flugstromvergasung umzu setzen. Dieses Verfahren weist den Nachteil auf, daß Abfallstoffe mit thermoplasti schen Bestandteilen, und diese umfassen ein breites Spektrum, bei der vorgeschla genen thermischen Vorbehandlung in einen erweichten bis viskosen Zustand über führt werden, der den gesamten Vorbehandlungsprozeß stört und bei einer Abküh lung zu kompakten Schmelzverbänden mit anderen Abfallbestandteilen und Inertma terial führt. Eine nachfolgende Abtrennung von verwertbaren Metallanteilen und Inertmaterial ist hier nur mit hohem Aufwand möglich und nicht wirtschaftlich.

Aus weiteren Veröffentlichungen ist bekannt geworden, Roh- und Abfallstoffe einer thermischen Vorbehandlung im Temperaturbereich zwischen 400 und 600°C zu unterziehen und diese nach einer Zerkleinerung gemeinsam mit den kondensierten Kohlenwasserstoff-Staubgemischen und dem Pyrolysegas in der Flugstromverga sung umzusetzen. Diese Variante hat die Nachteile, daß die Rückstände aus der thermischen Vorbehandlung, die im Feststoffanteil bis zu 70% Ascheanteile und im Flüssigproduktanteil bis zu 50% Wasser enthalten, in der Flugstromvergasung Si cherheitsprobleme, geringe Energieausbeuten und Probleme bei der Schlackeein schmelzung und dem Schlackeabzug aus dem Vergaser verursachen.

DE 43 24 921 enthält den Vorschlag, getrockneten oder feuchten Müll einem Schmelzbadreaktor zuzuführen und hier zu vergasen. Die Anwendbarkeit dieses Verfahrens muß angezweifelt werden, da bereits die geregelte Zuführung des inho mogenen Einsatzstoffes Müll in den Reaktor scheitern wird, sowie die vollständige Umsetzung von getrocknetem oder alternativ feuchtem Müll in einem Schmelzbad nicht realisiert werden kann.

Der grundsätzliche Nachteil aller bisher beschriebenen und praktizierten Lösungen besteht darin, daß bei der Festbettvergasung von Abfallstoffen der mögliche Anteil an Feinkorn begrenzt ist und infolge der Inhomogenität und thermischen Instabilität von Abfallstoffen mit höheren Feinkornanteilen in der Festbettschüttung und den damit bekannten Nachteilen zu rechnen ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur verbesserten Behandlung von Müll als Einsatzstoff für die Festbettdruckvergasung aufzuzeigen.

Erfindungsgemäß wird vorzerkleinerter und vorgetrockneter Müll mit einem Wasser gehalt von 2 bis 20% mit bekannten Verpressungseinrichtungen auf eine Korngröße von 10-100 mm und, auf eine Rohdichte von größer 1 t/m³ verpreßt, wobei durch Einstellung der Aufbereitungs- und Verpressungsparameter eine derartige Thermo standsfestigkeit bewirkt wird, daß nach einer Aufheizung der Müllkompaktate auf 800°C und einer nachfolgenden Trommelung mit 25 Umdrehungen in einer Zeit von 1 min der Feinkornanteil kleiner 1 mm weniger als 25% beträgt. Die auf diese Weise erzeugten Müllkompaktate werden in der Festbettdruckvergasung im Gemisch mit Kohle oder im Gemisch mit Kohle und anderen Rest- und Abfallstoffen zu Roh gasflüssigen Kohlenwasserstoffen und Schlacke umgesetzt.

Überraschend wurde in kleintechnischen Versuchen festgestellt und in großtechni schen Versuchen bestätigt, daß eine Vergasung von Müll in der Festbettdruckverga sung nach einer speziellen Art der Aufbereitung mit thermostabilen Müllkompakta ten, für deren Spezifizierung und Charakterisierung der Feinkornanteil kleiner 1 mm nach einer speziellen thermomechanische Behandlung gefunden wurde, problemlos und wirtschaftlich mit hohen Durchsatzmengen möglich ist.

Bei der Durchführung des Verfahrens können vor der Müllkompaktierung dem Müll bis zu 50% andere Brenn- und/oder Abfallstoffe zugemischt werden. Damit wird er reicht, daß entweder die Thermostabilität der Müllkompaktate den Bereich des Fein kornanteil kleiner 1 mm weniger als 25% nach einer Aufheizung der Müllkompaktate auf 800°C und einer nachfolgenden Trommelung mit 25 Umdrehungen beträgt, bzw andere Brenn- und/oder Abfallstoffe auf diese Weise in diesen Bereich gelangen.

Das bei der Festbettdruckvergasung erzeugte Gas kann nach mechanischer Reini gung und Abkühlung sowie Entschwefelung für energetische Zwecke, zum Betreiben von Gasturbinen und Gasmotoren sowie auch als Synthesegas eingesetzt werden. Die erzeugten flüssigen Kohlenwasserstoffe können vermarktet oder auf einfache Weise in einer Flugstromvergasung zu Rohgas umgesetzt werden. Die erzeugte eluationsfeste Schlacke enthält einen beachtlicher Anteil des Schwermetallinhaltes der eingesetzten Stoffe und kann im Bauwesen verwendet werden.

Ein Ausführungsbeispiel wird im folgenden näher beschrieben. Das Beispiel bezieht sich auf Hausmüll.

Hausmüll wird nach einer Vorsortierung, bei der Metallanteile und kompostierbare Anteile weitgehend entfernt werden, auf eine Korngröße von kleiner 40 mm zerklei nert und anschließend einem Trocknungsprozeß unterzogen bei dem der Wasser gehalt des zerkleinerten Mülls auf 12% eingestellt wird. Der auf diese Weise vorbe handelte Müll wird einer Ringwalzenmatritzenpresse, deren Preßkanäle einen Durchmesser von 15 mm und eine Länge von 150 mm aufweisen, zugeführt und zu Müllkompaktaten verarbeitet. Die Müllkompaktate weisen eine derartige Thermo standsfestigkeit auf, daß nach einer Aufheizung auf 800°C und einer nachfolgenden Trommelung mit 25 Umdrehungen der Feinkornanteil kleiner 1 mm 18% beträgt. In einen Festbettdruckvergaser werden stündlich

- 8 t Braunkohlenbriketts und
- 8 t Müllkompaktate eingebracht.

Über dem Drehrost wird das Vergasungsmittel als Gemisch von 2650 m³ i. N. Sau erstoff und 16,9 t Vergasungsdampf in den Prozeß eingebracht. Bei der Vergasung der Einsatzstoffe entstehen 20000 m³ i. N. Rohgas mit folgender Zusammensetzung:

CO₂	32,0 Vol-%
CO	15,0 Vol-%
H₂	40,0 Vol-%
CH₄	10,0 Vol-%
N₂	1,3 Vol-%
CnHm	1,5 Vol-%
H₂S	0,2 Vol-%

Der Staubaustrag mit dem Rohgas beträgt kleiner 3 g/m³ i. N. und der kondensierba re Kohlenwasserstoffanfall wird mit 30 g/m³ i. N. gemessen.

Die erzeugten flüssigen Kohlenwasserstoffe werden in einer Flugstromvergasung zu Rohgas umgesetzt. Das erzeugte Gas wird nach mechanischer Reinigung und Ab kühlung sowie Entschwefelung für energetische Zwecke, zum Betreiben einer Gasturbine sowie auch als Synthesegas eingesetzt. Bei der Durchführung des Ver fahrens entstehen 2 t/h Schlacke, die aus dem Festbettdruckvergaser ausgeschleust werden. Die erzeugte eluationsfeste Schlacke wird im Bauwesen verwendet.

Claims

1. Verfahren zur Behandlung von Müll als Einsatzstoff für die Festbettdruckvergasung, dadurch gekennzeichnet, daß vorzerkleinerter Müll mit einem Wassergehalt von 2 bis 20% mit bekannten Verpressungseinrichtungen auf eine Korngröße von 10-100 mm und auf eine Rohdichte von größer 1 t/m³ verpreßt wird, wobei durch Einstel lung der Aufbereitungs- und Verpressungsparameter eine derartige Thermo standsfestigkeit erreicht wird, daß nach einer Aufheizung der Müllkompaktate auf 800°C und einer nachfolgenden Trommelung mit 25 Umdrehungen in einer Zeit von 1 min. der Feinkornanteil kleiner 1 mm weniger als 25% beträgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Vergasung den Müllkompaktaten bis zu 50% andere Brenn- und/oder Abfallstoffe zugemischt werden.