DE19916271A1 - Verfahren zur Herstellung thermofester Pellets für die Vergasung - Google Patents
Verfahren zur Herstellung thermofester Pellets für die VergasungInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft die Herstellung thermofester Pellets für einen Einsatz in der Festbett- oder Schlackebadvergasung, wobei die Pellets aus Müll und Abfallstoffen mit organischen und anorganischen Bestandteilen hergestellt werden sollen, insbesondere aus Hausmüll, hausmüllähnlichem Gewerbeabfall, Shredderleichtgut, Altholz, Kunststoffen und anderen Materialien. Die angelieferten Stoffe (Müll und Abfallstoffe) werden in einer ersten Stufe auf kleiner 60 mm zerkleinert, inerte Bestandteile werden ausgehalten. Das zerkleinerte Gut wird getrocknet, anschließend werden unter einer homogenen Intensivmischung Vergasungshilfsstoffe, wie Melasse und/oder zerfasertes Holz, zugegeben. Danach wird das Mischgut auf herkömmlichen Einrichtungen zu Pellets mit Durchmessern zwischen 5 und 25 mm verpreßt. Diese Pellets weisen eine hohe Dichte und eine hohe mechanische Festigkeit auf.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Abfallaufbereitung für die Fest
bett- und Schlackebadvergasung von Müll und Abfallstoffen mit organischen
und anorganischen Bestandteilen. Die Bezeichnung Müll und Abfallstoffe be
zieht sich vorwiegend auf Hausmüll, hausmüllähnlichen Gewerbeabfall, Shred
derleichtgut, Altholz, Kunststoffe u. a. m.
Es ist bekannt, daß solche Stoffe überwiegend der Deponierung und Verbren
nung zugeführt werden. Erklärterweise sind diese Entsorgungsverfahren ent
weder durch hohe Aufwendungen und/oder mit einer äußerst geringen Akzep
tanz in der Öffentlichkeit charakterisiert, so daß ihre Einführung und Anwen
dung deutlich eingeschränkt ist.
Um dies zu vermeiden, hat man nach Lösungen gesucht, vorhandene Verga
sungsanlagen oder andere thermische Umwandlungsanlagen für eine weitge
hend ökologische und stoffliche Verwertung dieser Stoffe nutzbar zu machen.
Aus DE 42 41 283 ist bekannt, daß solche Stoffe einer Flugstromvergasung
unterzogen 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 gasför
mige und flüssige Stoffe, pumpfähige Suspensionen von feinzerkleinerten
Feststoffen in Flüssigkeiten, aber auch in einem Trägergas suspendierte
staubförmige, feste Stoffe zu verstehen. Im Anwendungsfall Müll liegen die ein
zusetzenden Stoffe jedoch in einer solchen Konsistenz und Stückgröße vor,
daß die Überführung in eine fließfähige Form durch mechanische Aufbereitung,
insbesondere durch Aufmahlung, technisch nicht möglich oder nicht wirtschaft
lich zu erreichen ist.
Es ist in DE 42 26 015 vorgeschlagen worden und wird praktiziert, feste und
flüssige Abfallstoffe im Prozeß der Festbettdruckvergasung einzusetzen. Die
ses 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 Hochtemperaturvergasungsverfahren
einzusetzen. Dieses Verfahren ist jedoch lediglich in einer Pilotanlage erprobt
und konnte sich großtechnisch nicht durchsetzen. Die Verbrennung von Flüs
sigkeiten oder Gasen in der 1. Stufe und Vergasung von Feststoffen in der 2.
Stufe ist ein schwierig steuerbarer Prozeß.
Weiterhin ist vorgeschlagen und untersucht worden, Abfallstoffe unterschied
lichster Art einer Pyrolyse, also einer thermischen Umwandlung bei Temperatu
ren von 400-800°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
konderisierbare Öl- und Teerdämpfe, die wie der Pyrolysekoks schadstoffbela
stet, schwierig zu handhaben und kaum verwertbar sind. Der technologische
Aufwand für die Pyrolyse ist sehr hoch.
Nach DE 42 38 934 ist ein Vorschlag bekanntgeworden, Roh- und Abfallstoffe
einer thermischen Vorbehandlung im Temperaturbereich zwischen 120 und
350°C zu unterziehen und diese nach einer Zerkleinerung in der Flugstrom
vergasung umzusetzen.
Dieses Verfahren weist den Nachteil auf, daß Abfallstoffe mit thermoplasti
schen Bestandteilen, und diese umfassen ein breites Spektrum, bei der vorge
schlagenen thermischen Vorbehandlung in einen erweichten bis viskosen Zu
stand überführt werden, der den gesamten Vorbehandlungsprozeß stört und
bei einer Abkühlung zu kompakten Schmelzverbänden mit anderen Abfallbe
standteilen und Inertmaterial führt. Eine nachfolgende Abtrennung von ver
wertbaren Metallanteilen und Inertmaterial ist hier nur mit hohem Aufwand
möglich und nicht wirtschaftlich.
Aus weiteren Veröffentlichungen ist bekanntgeworden, 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
Flugstromvergasung 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 Sicherheitsprobleme, geringe Energieausbeuten
und Probleme bei der Schlackeeinschmelzung 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 die
ses Verfahrens muß angezweifelt werden, da bereits die geregelte Zuführung
des inhomogenen Einsatzstoffes Müll in den Reaktor scheitern wird sowie die
vollständige Umsetzung von getrocknetem oder alternativ feuchtem Müll in ei
nem Schmelzbad nicht realisiert werden kann.
Der grundsätzliche Nachteil aller bisher beschriebenen und praktizierten Lö
sungen besteht darin, daß bei der Festbett- und Schlackebadvergasung von
Abfallstoffen der mögliche Anteil an Feinkorn begrenzt ist und infolge der In
homogenität und thermischen Instabilität von Abfallstoffen mit höheren Fein
kornanteilen in der Festbettschüttung und den damit bekannten Nachteilen zu
rechnen ist.
Eine neuere Lösung nach DE 196 21 922 sieht vor, Müll auf bekannten Ver
pressungseinrichtungen auf eine Korngröße von 10 bis 100 mm und auf eine
Rohdichte von < 1 t/m3 zu verpressen, wodurch der Müll dann eine entspre
chende Thermostandfestigkeit aufweisen soll. Dieses Verfahren setzt jedoch
die Bereitstellung ganz spezieller Müll- und Abfallstoffzusammensetzungen und
-qualitäten voraus, die aber in der Praxis nur mit hohen Aufwendungen erreicht
werden können.
Der Einsatz von nichtthermofesten Agglomeraten aus Abfällen im Festbett-
bzw. Schlackebadgenerator führt zu Betriebsstörungen oder zur Einschränkung
einer wirtschaftlichen Fahrweise.
Aufgabe der Erfindung ist es, aus den genannten Stoffen Hausmüll, haus
müllähnlichem Gewerbemüll, Shredderleichtgut, Altholz, Kunststoffen und ähn
lichen Stoffen Agglomerate herzustellen, die transport- und thermostabil sind
und somit in der Festbett- und Schlackebadvergasung problemlos eingesetzt
werden können.
Erfindungsgemäß werden dazu die genannten Stoffe einzeln oder im Gemisch
verwertet. Die Zusammensetzung des Mischgutes kann in Abhängigkeit von
den Anlieferungen stärker schwanken.
Die eingefahrenen Abfälle wurden auf eine Teilchengröße von vorzugsweise
< 60 mm zerkleinert, worauf eine Metallaushaltung erfolgt. Die zerkleinerten Ab
fälle können zudem in eine Fein- und Grobfraktion klassiert werden. Das Ge
samtgut und/oder die Gutfraktionen wurden mittels Trommeltrockner oder an
derer geeigneter Einrichtungen auf einen optimalen Agglomerationsfeuchtege
halt getrocknet. Das Verfahren kann ebenso mit einer erst auf die Trocknung
folgenden Klassierung betrieben werden.
Je nach der Stoffzusammensetzung der Abfälle wurden dem Trockengut bzw.
den Trockengutfraktionen ein oder mehrere Zusatzstoffe als Vergasungs
hilfsmittel zugesetzt. Der Mischprozeß erfolgt so, daß die Vermischung weitge
hend homogen ist. Dazu wird der Mischprozeß sehr intensiv durchgeführt.
Durch diese Mischung wird das Mischgut durch Haftverbunde stabilisiert und
das Agglomerationsvermögen der Abfälle mobilisiert. Gleichzeitig entsteht ein
Stoffsystem mit der Eigenschaft, die Thermostabilität der daraus erzeugten
Agglomerate zu verbessern.
Die Abfälle werden einzeln oder im Gemisch mit dem jeweiligen stoffspezifi
schen optimalen Feuchtegehalt und unter Zusatz der Vergasungshilfsmittel
pelletiert.
Die Vergasungshilfsmittel verleihen den Pellets durch ihr eigenes Stoffverhal
ten unter den Vergasungsbedingungen und vor allem auch durch eigene
thermo-chemische Reaktionen mit den Abfallstoffen die notwendige
Thermofestigkeit durch die Ausbildung von thermoplastischen Bindemittel- oder
Festkörperbrücken in den Phasen des Vergasungsprozesses, in denen ein
vorzeitiger Zerfall eintreten kann.
Die eigentliche Agglomerierung der vorbereiteten Mischungen aus den ge
trockneten Abfällen und den Hilfsmitteln erfolgt vorzugsweise auf bekannten
Einrichtungen, wie Lochscheiben- oder Lochwalzenpressen (Matrizenpressen).
Die dabei entstehenden stangenförmigen Pellets verleihen dem Preßgut durch
ihr rundes Format die Schrumpf- und Pyrolyseeigenschaften, die für den Erhalt
des Preßlings beim Einsatz in einem Festbett- oder Schlackebadvergaser
wichtig sind.
Die Pellets werden mit Durchmessern von 5 bis 50 mm, vorzugsweise 10 bis
20 mm, und variabler Stücklänge hergestellt. Die Verpressungstemperatur stellt
sich stoffabhängig an der Presse ein, kann aber auch stoffabhängig eingestellt
werden. Die Kerntemperatur der Agglomerate muß < 80°C betragen. Im Falle
eines hohen Anteiles an Kunststoffen im Gemisch der Abfälle sollte die Tempe
ratur 180°C nicht übersteigen.
Die gepreßten Pellets werden mit Luft gekühlt und anschließend zur Verga
sungsanlage transportiert.
Für die Herstellung eines thermofesten stückigen Vergasungsstoffes ist es
notwendig, daß die Abfälle bzw. die Abfallgemische mit dem Vergasungs
hilfsmittel homogen vermischt werden, das den Agglomeraten durch seine ei
gene Thermostabilität und/oder durch thermo-chemische Reaktionen mit Be
standteilen der Abfälle die notwendige Formbeständigkeit bei hohen Tempera
turen verleiht. Die Thermobeständigkeit der Agglomerate wird durch die Aus
bildung von formschlüssigen Versteifungen durch verhärtende Koksfasern,
durch thermo-viskose Zwickelverbunde, durch Ausbildung von Festkörperbrüc
ken und Abpufferung von thermoplastischen Teilschmelzen erreicht.
Als Vergasungsmittel sind Melasse und leicht zerfasertes Holz geeignet. Holz
kann beispielsweise in einem Doppelschneckenzerfaserer durch hohe Scher
kräfte zerfasert und aufgeschlossen werden. Das Hilfsmittel Melasse sollte ei
nen Feststoffanteil von ≧ 50% aufweisen, und das Hilfsmittel Holz sollte zu
einem Faserstoff mit einem Feuchtegehalt von 30% bis 60% aufgeschlossen
werden.
Das Hilfsmittel feucht zerfasertes Holz wird mit einem Anteil von 3 bis 50 Ma.-%,
vorzugsweise 5 bis 25 Ma.-%, und das Hilfsmittel Melasse mit einem Anteil
von 1 bis 30 Ma.-%, vorzugsweise 3 bis 15 Ma.-%, zugegeben, bezogen auf
die Gesamtmasse des Mischgutes.
Die Hilfsmittel Melasse und feucht zerfasertes Holz bewirken, daß
- - die Qualität der Agglomerate durch ihre Wirkung als Gleit- und Bindemittel verbessert wird und die Agglomerate eine hohe Dichte und eine hohe me chanische Festigkeit erhalten,
- - der formschlüssig versteifte Partikelverbund durch die eigene Einordnung stabilisiert wird,
- - eine masseschwundkonforme Volumenschrumpfung während der Verga sung begünstigt wird und
- - die Thermostabilität der Agglomerate durch Ausbildung von Koksstützge rüsten, durch thermo-viskose Verbindungen und Festkörperbrücken we sentlich erhöht wird.
Im folgenden soll die Erfindung mittels zweier Ausführungsbeispiele näher er
läutert werden:
Abfälle, bestehend aus 95 Ma.-% Hausmüll und 5 Ma.-% Kunststoff aus dem
DSD, werden auf Teilchen ≦ 60 mm zerkleinert und anschließend in eine
Grobfraktion < 20 mm und in eine Feinfraktion < 20 mm klassiert. Die Fraktio
nen werden einzeln in Trommeltrocknern auf einen Feuchteghalt ≦ 12% ge
trocknet. Parallel zur Abfallaufbereitung wird für den Hilfsstoff Melasse ein
Feststoffgehalt von 70% eingestellt.
Der Grobfraktion der Abfälle wird in einem Mischer der Hilfsstoff Melasse mit
einem Zusatzanteil von 7 Ma.-%, bezogen auf die Gesamtmasse, zudosiert.
Beide Produkte werden intensiv miteinander vermischt.
Das Mischgut wird auf Pelletpressen (Lochring- oder Lochscheibenwalzen
pressen) zu festen Preßlingen (Pellets) mit einem Durchmesser von 16 mm
gepreßt. Die Pellets haben beim Austritt aus der Presse eine Kerntemperatur
von ≧ 100°C. Die Pellets werden gekühlt. Nach der Abkühlung weisen die
Pellets nach dem Sturzrohrtest eine Sturzfestigkeit von ST-R10 (100 = < 90%)
auf. Zur Prüfung der Thermofestigkeit werden die Pellets einer Pyrolyse mit der
Aufheizgeschwindigkeit von 5 K/min bis 800°C und 1 h Ausgasdauer bei 800°C
unterzogen.
Der Pyrolyserückstand hat eine Abriebbildung nach dem Sturzrohrtest von
ST-D1 (25) ≦ 25%. Die Pellets sind thermofest.
Die nach Beispiel 1 hergestellte Abfallfeinfraktion < 20 mm weist einen Asche
gehalt von 28%, bezogen auf die wasserfreie Substanz, auf. Die Feinfraktion
wird auf den Feuchtegehalt ≦ 10% getrocknet. Dem Förderstrom der getrock
neten Feinfraktion wird der Hilfsstoff feuchtes, zerfasertes Holz mit einem Zu
satzanteil von 20 Ma.-%, bezogen auf die Gesamtmasse, zugesetzt.
Parallel zur Abfallaufbereitung wird der Hilfsstoff Holz, vorzugsweise Altholz,
geshreddert und in einer Zerfaserungsmaschine unter Zusatz von Wasser in
einen Faserstoff überführt, der einen Feuchtegehalt von 40% aufweist. Beide
Produkte werden in einem kontinuierlich arbeitenden Intensivmischer gefördert.
Während des Mischvorganges wird der Hilfsstoff Melasse mit einem Zusatzan
teil von 10 Ma.-%, bezogen auf die Gesamtmasse, zudosiert und mit den Abfäl
len und dem Hilfsstoff zerfasertes Holz intensiv vermischt.
Das Mischgut wird auf Pelletpressen mit einem Durchmesser von 14 mm ver
preßt. Die Preßlinge treten aus der Presse mit einer Kerntemperatur von 80°C
aus und werden anschließend gekühlt. Die Preßlinge haben einen Sturzfe
stigkeit nach dem Sturzrohrtest von ST-R10 (100) < 90%. Zur Bestimmung der
Thermofestigkeit werden die Pellets einer Pyrolyse mit definierter Aufheizge
schwindigkeit von 5 K/min bis 800°C und 1 h Ausgardauer bei 800°C unterzo
gen. Der Pyrolyserückstand hat nach dem Sturzrohrtest eine Abriebbildung von
ST-D1 (25) ≦ 25%. Die Pellets sind thermofest.
Claims (7)
1. Verfahren zur Herstellung thermofester Pellets für die Vergasung, insbe
sondere für die Festbett- oder Schlackebadvergasung, aus Müll und Ab
fallstoffen mit organischen und anorganischen Bestandteilen, wie Haus
müll, hausmüllähnlicher Gewerbeabfall, Shredderleichtgut, Altholz, Kunst
stoffe und anderen Abfallarten, mittels
- - Zerkleinerung der angelieferten Müll- und Abfallstoffe auf eine Teil chengröße von vorzugsweise kleiner 60 mm,
- - einer nachfolgenden Metallaushaltung,
- - einer Trocknung des Gesamtgutes und/oder aus dem Gesamtgut her ausklassierter Gutfraktionen auf einen optimalen Agglomerisations feuchtegehalt,
- - einer weiteren Störstoffaushaltung, wie Inerte und weitere Metalle,
- - einer darauffolgenden Zumischung von Vergasungshilfsstoffen in Form von 3 bis 15 Ma.-% Melasse und/oder 5 bis 25 Ma.-% unter speziellen hydrothermalen Bedingungen zerfasertes Holz, wobei die Vermischung intensiv erfolgt und zu einem homogenen Gemisch führt,
- - einer anschließenden Verpressung des Mischgutes auf herkömmlichen Einrichtungen, vorzugsweise auf Lochscheiben- oder Lochringwalzen pressen, zu hochverdichteten und mechanisch hochfesten Pellets.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Melasse
nach Erwärmung und/oder Verdünnung im flüssigen Zustand eingesetzt
wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Holz feucht
mittels eines geeigneten Aufbereitungsaggregates, vorzugsweise eines
Doppelschneckenzerfaserers, in ein faseriges, teilweise bis in Zellstruktu
ren aufgeschlossenes Gut überführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zudosierung
des festen Vergasungshilfsstoffes zu den Abfällen vor oder während des
Prozesses der Mischung, der Zusatz des flüssigen Hilfsstoffes während der
Mischung erfolgt.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Heißag
glomeration bei Temperaturen von 80°C bis 180°C stattfindet, bei der die
Hilfsstoffe die Funktion von Bindestoffen übernehmen, die die Abfallpartikel
im Agglomeratverband binden und später unter Pyrolysebedingungen
selbst stabilisierende Koksbrücken bilden.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pellets mit
Durchmessern von 5 bis 50 mm, vorzugsweise von 10 bis 20 mm, herge
stellt werden und eine variable Stücklänge aufweisen.
7. Verfahren zur Herstellung thermofester Pellets für die Vergasung, dadurch
gekennzeichnet, daß für den Hilfsstoff Melasse ein Feststoffanteil 50%
eingestellt wird und der Hilfsstoff Holz zu einem Faserstoff mit einem
Feuchtegehalt von 30% bis 60% aufgeschlossen wird.
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