DE2209936C3 - Verfahren zur thermo-chemischen Zerlegung von polymeren und/oder anorganischen Stoffen - Google Patents

Description

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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur thermo-chemischen Zerlegung von polymeren und/oder anorganischen Abfallstoffen mittels eines im Kreislauf geführten erhitzten Wärmeträgers aus feinkörnigem, hartem Material, bei welchem zwischen dem Wärmeträger und den Abfallstoffen eine Relativbewegung erfolgt.

Der ständig zunehmende Bedarf an Gütern — sowohl für industrielle als auch für private Zwecke — führt nach Beendigung ihres bestimmungsgemäßen Gebrauchs zu steigendem Entfall als Alt- und Abfallmaterialien. Entweder müssen diese Alt- und Abfallmaterialien so aufbereitet werden, daß die in ihnen enthaltenen wertvollen Rohstoffe zurückzugewinnen sind, oder sie sind bei fehlendem Materialwert so zu behandeln, daß ihre Beseitigung möglichst vollständig geschieht In beiden Fällen ist besonders wesentlich, die Verarbeitungsprozesse so ablaufen zu lassen, daß umweltschädigende Einflüsse ausgeschlossen oder wenigstens auf ein vertretbares Maß reduziert werden.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind unter polymeren und anorganischen Stoffen im weitesten Sinne organische und anorganische Stoffe sowie Kombinationen dieser Stoffe zu verstehen.

Ohne Anspruch auf Vollständigkeit sei dazu auf einige Beispiele verwiesen:

Rein polymere Stoffe sind beispielsweise Kunststoffe, welche etwa in Form von Verpackungen anfallen. Als Beispiel füt Kombinationen von polymeren bzw. organischen und anorganischen Stoffen sind Autoreifen als Kombination aus metallischen Werkstoffen und Gummi sowie Elektrokabel als Kombination aus metallischen Leitern und Isolationen zu nennen. Ganz allgemein enthält weiterhin Müll die genannten Stoffe als Bestandteile.

Als anorganische Stoffe sind beispielsweise Metallverbindungen mit verschiedenen Schmelzpunkten zu nennen.

Eei uer Verarbeitung dieser Stoffe tritt nun allgemein das Problem auf, eine Zerlegung derart herbeizuführen, daß die Komponenten entweder in reiner oder in einer für eine nachfolgende — etwa chemische — Weiterverarbeitung geeigneten Form anfallen.

Handelt es sich bei dem zu verarbeitenden Gut etwa um Kabelschrott, so ist es erwünscht das metallische Leitmaterial, wie etwa Kupfer, in reiner Form zurückzugewinnen, während das Isolationsmaterial vernichtet werden soll. Dies kann so erfolgen, daß durch Erwärmung eine sowohl chemische als auch mechanische Trennung der Komponenten erfolgt Durch die mechanischen Vorgänge geschieht zunächst eine Trennung zwischen Leitmaterial und Isolation, wobei aber gleichzeitig chemische und thermische Reaktionen des Isolationsmaterials ablaufen. Die daraus anfallenden Komponenten können teils durch Verbrennung vernichtet und teils durch weitere chemische Reaktionen zu unschäcMichen Abfällen und noch verwertbaren Stoffen umgebildet werden. Derartige thermo-chemische und mechanische Zerlegungsverfahren sind an sich bekannt.

Fs ist weiterhin in der Technik der Kohleaufbereitung ein Kohleveredlungsverfahren mit festen Wärmeträgern bekanntgeworden. Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise in der Zeitschrift »Erdöl und Kohle — Erdgas — Petrochemie vereinigt mit Brennstoffchemie«, 24. Jahrgang (1971), S. 149 bis 152, beschrieben. Das wesentliche eines derartigen Verfahrens besteht darin, daß die Kohle in einem festen erhitzten Medium als Wärmeträger eingebettet ist und mit diesem in einem Kreislaufprozeß transportiert wird. Während dieses Transports mit dem festen Wärmeträger erfolgt dann beispielsweise eine Entgasung und Verkokung der Kohlemischungen. Es findet aber keine Relativbewegung zwischen beiden statt, wenn man von der Ausbildung eines autogenen Wirbelbettes absieht, das von den vom eingebetteten Einsatzgut sich abspaltenden flüchtigen Bestandteilen ausgelöst wird. Bekannt ist auch die Verwendung von heißem Sand als im Kreislauf geführter Wärmeträger zur raschen und gründlichen Verbrennung von Müll und Rückständen. Diese

Veröffentlichung im »New Scientist« vom 24. Februar 1974 läßt erkennen, daß der Sand als Wärmeträger mittels unterschiedlich starker Luftstrahlen und einem Umlenkblech nur innerhalb eines geschlossenen Verbrennungsofens umläuft und primär den Wärmetausch S zwischen brennendem und frischem A»:fgabegut vollziehen soll. Auch müssen die zu verbrennenden Materialien vor Eintritt in den Verbrennungsofen pulverisiert sein, um Transport und schnellen Ausbtand zu ermöglichen.

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die Möglichkeiten derartiger Wärmeträgerverfahren für den oben angeführten Zweck nutzbar zu machen.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Wärmeträger für eine zusätzliche mechanische Zerlegung der Abfallstoffe unter Ausnutzung einer ihm aufgegebenen kinetischen Energie durch die Abfallstoffe hindurchgeleitet wird.

Der wesentliche Unterschied dieses erfindungsgemä-Ben Verfahrens gegenüber den aus den obengenannten Druckschriften bekanntgewordenen Verfahren besteht darin, daß der Wärmeträger durch die zu zerlegenden Stoffe hindurchgeleitet wird, so daß sowohl die Temperatur des Wärmeträgers als auch seine ihm aufgegebene kinetische Energie für die Zerlegung ausnutzbar sind.

Gemäß einer besonders günstigen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, daß sich die Abfallstoffe in Ruhe befinden.

Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren an Hand einer in der Figur der Zeichnung dargestellten Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens näher erläutert. Es sei darauf hingewiesen, daß die in der Figur der Zeichnung dargestellte Vorrichtung lediglich schematischer Natur ist und zur Erläuterung des erfindungsgemäß^n Verfahrens dient. Auf die Erläuterung von praktisch konstruktiven Gesichtspunkten wird daher hier verzichtet.

Die Figur der Zeichnung zeigt in schematischer Darstellung einen mittels einer Beschickungstüre 1 gasdicht zur Außenatmosphäre abgeschlossenen Reaktor 2. Das Einsatzgut 3 liegt in einem Korb auf einem im Reaktor 2 beweglich angebrachten Rost 4, der sich von außen betätigen läßt. Unterhalb dieses Rost s 4 enthält der Reaktor 2 einen Wärmeträger 5, wobei der Boden schräg abwärts geneigt ist und in eine mit gleichem Gefälle geführte Rohrverbindung 6 ausläuft, die ihrerseits wiederum in eine vertikal nach oben weisende Rohrleitung 7 einmündet. Innerhalb des Reaktors 2 befindet sich knapp oberhalb des schrägen Bodens parallel zu ihm eine mit öffnungen versehene Rohrleitung 8, welche innerhalb der Rohrverbindung 6 weiterläuft und außerhalb des Reaktors 2 aus dieserjiach unten austritt, wobei an ihrem Ende ein Hochdruckbrenner 16 angeschlossen ist Der schräg geneigte Roden weist noch vor Austritt der Rohrleitung 8 eine Abzweigung 9 in einem darunterliegenden Sammelbehälter 10 auf.

Die vertikal nach oben führende Rohrleitung 7 besitzt an ihrem unteren Ende ein Gebläse oder einen Druckbrenner 11, oberhalb dessen die Rohrverbindung 6 einmündet, nimmt in ihrem weiteren Verlauf auch das von Reaktor 2 etwas oberhalb herankommende Abgasrohr 12 auf und ragt nach einer Krümmung in die Horizontale an ihrem oberen Ende in einen geschlossenen Beruhigungskasten 13, dessen Rohrleitung 14 in eine (nicht dargestellte) Gasreinigungsvorrichtung bekannter Bauart führt Die aus dem Kasten 13 austretende Rohrleitung 15 führt nach unten in den Reaktor 2. mit welchem sie gasdicht verbunden isi

An Hand dieser im einzelnen erläuterten Obersichtszeichnung läßt sich das Zerlegungsverfahren schematisch wie folgt darstellen: Die vom Hochdruckbrenner 16 erzeugten Abgase treten durch die öffnungen der Rohrleitung 8 in den ins Reaktor 2 vorrätigen Wärmeträger — z. B. Sand — ein, fluidisieren ihn und bringen ihn zum Abfließen durch die Rohrverbindung 6 in die vertikale Rohrleitung 7, wo er von der Luft des Gebläses (oder den Abgasen des Brenners) 11 ei faßt und durch die Rohrleitung 7, den Kasten 13 und die nach unten führende Rohrleitung 15 transportiert wird, um im Reaktor 2 auf das Einsatzgut zu fallen, dieses zu durchsetzen und, in das Fließbett zurückkehrend, den Kreislauf zu schließen.

Auf Grund der Temperatur des Wärmeträgers setzen nun in dem zu behandelnden Gut thermische und chemische Reaktionen ein. Weiterhin erfolgt auf Grund der kinetischen Energie, welche der Wärmeträger auf seinem Fall weg in der Rohrleitung 15 gewonnen hat, auch eine mechanische Beeinflussung des zu behandelnden Gutes.

Dabei werden flüchtige brennbare und nichtbrennbare Reaktionsprodukte, welche auf Grund der durch die Temperatur des Wärmeträgers im Einsatzgut spontan einsetzenden thermo-chemischen Reaktion entstehen, über eine Rohrverbindung 7 in die Förderstrecke für den Wärmeträger, d.h. in die Rohrleitung 13 eingebracht. Feste und schmelzflüssige Bestandteile, welche auf Grund der durch die Temperatur des Wärmeträgers spontan einsetzenden chemischen Reaktionen sowie durch thermische und mechanische Einwirkung entstehen, werden mit dem Wärmeträger aus dem Einsatzgut abgeführt, wobei die schmelzflüssigen Bestandteile im Rückführweg in Form der Rohrverbindung 8 des Wärmeträgers zur Förderstrecke ausgetragen und die festen Bestandteile mit dem Wärmeträger in die Förderstrecke eingebracht werden. Die Möglichkeit der Austragung der schmelzflüssigen Bestandteile aus dem Rückführweg ist schematisch durch eine Abzweigung 9 und einen Sammelbehälter 10 dargestellt.

Die Bemessung der Höhe der Förderstrecke, d. h. der Rohrleitung 13 erfolgt unter zwei Gesichtspunkten. Einmal soll diese Höhe ausreichend sein, daß im Scheitelpunkt des Förderweges die für den Durchsatz des Wärmeträgers durch das Einsatzgut im Reaktionsgefäß 2 erforderliche Energie gewonnen wird. Zum anderen soll diese Höhe ausreichend groß sein, damit die brennbaren flüchtigen Reaktionsprodukte sowie die fecten Bestandteile — soweit sie brennbar sind —, innerhalb der Förderstrecke vollständig verbrennen und die dabei entstehende Verbrennungswärme an den Wärmeträger abgegeben wird. Die dabei entstehenden staub- und säurehaltigen Abgase können über eine beispielsweise zu einer Waschanlage führende Rohrleitung 14 im Scheitelpunkt der Förderstrecke abgeführt werden.

Der Wärmeträger wird in der Förderstrecke, d. h. in der Rohrleitung 13 vorzugsweise so gefördert, daß er im Scheitelpunkt des Förderweges im wesentlichen nur noch potentielle Energie besitzt. Damit ist sichergestellt, daß der Wärmeträger nicht auf Grund von noch vorhandener kinetischer Energie durch die Rohrleitung 14 entweichen kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

1. Patentansprüche:

   Ϊ. Verfahren zur thermo-chemischen Zerlegung von polymeren und/oder anorganischen Abfallstof- S fen mittels eines hn Kreislauf geführten, erhitzten Wänneträgers aus feinkörnigem, hartem Material, bei welchem zwischen dem Wärmeträger und den Abfallstoffen eine Relativbewegung erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeträger für eine zusätzliche mechanische Zerlegung der Abfallstoffe unter Ausnutzung einer ihm aufgegebenen kinetischen tnergiV dtfrcH die Abfallstoffe hindurchgeleitet wird
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß sich die Abfallstoffe in Ruhe befinden.
3. 3. Verfahren nach den Ansprüchen \ und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeträger zu den Abfallstoffen hin und von diesen hinweg pneumatisch und im wesentlichen vertikal gefördert wird, vom Scheitelpunkt des Fö. rderweges auf die Abfallstoffe fällt und nach deren Durchsetzung sowie nach dem Durchlaufen eines Sammelbehälters in die Förderstrecke zurückgeführt wird, wobei die flüchtigen brennbaren und nichtbrennbaren Reaktionsprodukte der Abfallstoffe in die Förderstrecke geleitet und die festen sowie schmelzflüssigen Teile der Abfallstoffe mit dem Wärmeträger aus den Abfallstoffen abgeführt werden.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die schmelzflüssigen Bestandteile der Abfallstoffe im Rückführungsweg des Wärmeträgers zur vertikalen Förderstrecke hin aus dem Wärmeträger ausgetragen und die festen Bestandteile der Abfallstoffe mit dem Wärmeträger in die vertikale Förderstrecke eingebracht werden.
5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der vertikalen Förderstrecke und deren Scheitelpunkt an die für die mechanische Zerlegung der Abfallstoffe erforderliche kinetische Energie des Wärmeträgers und die vollständige Verbrennung der brennbaren flüchtigen Reaktionsprodukte sowie der brennbaren festen Bestandteile der Abfallstoffe innerhalb der vertikalen Förderstrecke angepaßt sind, wobei die Verbrennungswärme an den Wärmeträger abgegeben wird.

   b. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die pneumatische Förderung des Wärmeträgers in der vertikalen Förderstrecke darauf abgestellt ist, daß der Wärmeträger im Scheitelpunkt des Förderweges im wesentlichen nur noch potentielle Energie besitzt.