DE2855510B1 - Verfahren und Anlage zur thermischen Verwertung von Abfaellen - Google Patents

Description

• Als Entgasungsanlage kann ein ebenfalls bekannter Drehtrommelreaktor, vorzugsweise mit innenliegenden Rauchrohren verwendet werden.
• Als Entgasungsanlage kann auch ein indirekt beheizter Etagenofen verwendet werden, bei dem beispielsweise jede Etage aus zahlreichen nebeneinander angeordneten, halbkreisförmigen Rinnen besteht, in denen Paddelschnecken angeordnet sind. Vorzugsweise werden nur die unterste bzw. die untersten Etagen aus besonders hitzebeständigem Material ausgeführt und für Temperaturen von über 500"C ausgelegt.
• Die erzielten Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens liegen auf der Hand. Der kohlenstoffhaltige Rest im Pyrolysekoks wird vollständig thermisch genutzt. Die Abzweigung von Schwelgas aus der Entgasungsanlage zur Beheizung derselben entfällt Wirbelschichtöfen zur Verbrennung minderwertiger fester Brennstoffe haben sich an verschiedenen Stellen bewährt, beispielsweise zur thermischen Verwertung von sogenannten »Waschbergen« der Kohlegewinnung, in denen manchmal nur noch 20% Kohlenstoff neben Erde, Gestein und Schlacken enthalten sind. Ein weiterer wirtschaftlicher Vorteil ist natürlich auch die Verwertung des Verbrennungsgases aus der Verbrennungsanlage nach einer teilweisen Abkühlung durch die indirekte Beheizung der Entgasungsanlage durch die Nutzung der dann noch enthaltenen Wärmeenergie in der Trocknungsanlage.
• Auf einen weiteren wirtschaftlichen Vorteil muß jedoch auch noch hingewiesen werden: Bei bekannten Entgasungsanlagen wird oft eine relativ hohe Temperatur angewendet, um den kohlenstoffhaltigen Rest, diesen sogenannten Pyrolysekoks, so weitgehend wie möglich zu entgasen. Die Ausbeute an Schwelgas bei Temperaturen über 500"C ist zwar sehr gering, man strebte jedoch diese restlose Ausbeute durch entsprechend hohe Temperaturen an. Diese hohen Temperaturen bei dem Betrieb einer indirekt beheizten Entgasungsanlage erfordern den Einsatz sehr teuren hitzebeständigen Spezialmaterials. Solche hitzebeständigen Speziallegierungen sind oft auch besonders korrosionsanfällig, sie neigen zu Spannungsrissen an den Schweißnähten u. dgl. mehr.
• Da es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren durchaus nicht darauf ankommt, die letzten Prozente an Schwelgas aus dem Pyrolysekoks herauszuholen, ist eine wirtschaftliche Entgasung bei Temperaturen unterhalb 500 bis 600"C möglich ohne den Einsatz dieser problematischen Speziallegierungen.
• Die Figuren erläutern die Erfindung näher: F i g. 1 zeigt ein Kästchenschema der Standardanlage gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren; F i g. 2 zeigt schematisch den Längsschnitt durch einen geeigneten Drehtrommelrekator; F i g. 3 zeigt den Querschnitt durch denselben Drehtrommelreaktor; F i g. 4 zeigt den Querschnitt durch einen Entgasungsreaktor mit im Beispiel nur 2 gezeichneten Etagen aus nebeneinanderliegenden Rinnentrögen mit darin umlaufenden Förderschnecken; F i g. 5 zeigt die gleiche Anlage schematisch im Längsschnitt.
• In F i g. 1 gelangt das Behandlungsgut 1, beispielsweise Hausmüll mit einer normalen Durchschnittsfeuchtigkeit von 30%, in die Trockenanlage 2. Von dort gelangt das vorgetrocknete Behandlungsgut 3 in die Entgasungsanlage 4. Das entstehende Pyrolysegas 5 wird einer unmittelbaren Verwertung zur Energie- oder Wärmeerzeugung zugeführt oder teilweise zu Öl bzw.
• Teeröl kondensiert und als Chemierohstoff verwertet.
• Der Pyrolysekoks 6 gelangt in die Verbrennungsanlage 7, die vorzugsweise als Wirbelschichtreaktor ausgebildet ist. Die vollständige ausgebrannte Asche 8 kann deponiert werden oder zu Baustoffen weiterverarbeitet werden. Die Verbrennungsabgase 9 der Verbrennungsanlage 7 werden zur indirekten Beheizung der Entgasungsanlage 4, beispielsweise durch einen Doppelmantel 10, um die Entgasungsanlage 4 geführt. Die durch die Beheizung der Entgasungsanlage 4 abgekühlten Verbrennungsabgase 11 werden zur direkten oder indirekten Beheizung der Trockenanlage 2 verwertet Die in den Brüden 12 der Trockenanlage 2 enthaltene Wärmeenergie kann noch zur indirekten Aufheizung der Verbrennungsluft 13 für die Verbrennungsanlage 7 verwendet werden.
• Andere Verfahrensweisen mit dem gleichen Anlagenschema sind der Beschreibung und den Patentansprüchen zu entnehmen.
• In Fig. 2 ist der Drehtrommelreaktor 14 mit Guteintrag 15 und Gutaustrag 15a schematisch im Längsschnitt dargestellt. Die radialen Rauchrohre 16 münden in ein zentrales Rauchrohr 17 und wirken gleichzeitig gewissermaßen als Speichen und Versteifung für die Drehtrommel 14. Durch das zentrale Rauchrohr 17 geht eine durchgehende Welle 18, die als Hohlwelle mit Wasserkühlung ausgebildet sein kann. Sie kann innerhalb des Rauchrohres 17 noch mit einem zusätzlichen Rohr 19 gegen zu starke Wärmeübertragung von den Heizgasen geschützt werden.
• Die Innenseite der Drehtrommel 14 und die Außenseite des Rauchrohres 17 sind mit Lamellen 20 besetzt, um eine bessere Wärmeübertragung auf das Behandlungsgut sowie einen Transport und eine Durchmischung des Behandlungsgutes innerhalb des gesamten Drehtrommelreaktors zu verbessern. Der Guteintrag 15 bzw. der Gutaustrag 15a kann beispielsweise über Schnecken geschehen, die auf Hohlwellen um die Welle 18 herum gelagert sind und im Eintrags-bzw. Austragsgehäuse mit gasdichten Zellenschleusen münden. Ebenso wurde in der schematischen Figur die Abdichtung der rotierenden Trommel gegenüber dem Guteintrag und Gutaustrag weggelassen, hierfür gibt es verschiedene bekannte Möglichkeiten.
• F i g. 4 zeigt schematisch den Querschnitt durch einen Mehretagenentgasungs-Reaktor, im Beispiel nur mit 2 Etagen. In dem wärmeisolierten Gehäuse 21 sind die obere Etage 22 und die untere Etage 23 angeordnet. Die Oberseite jeder Etage ist aus aneinandergereihten halbkreisförmigen Rinnen 24 gebildet. In diesen Rinnen 24 liegen Förderschnecken 25, die den axialen Guttransport bewerkstelligen. Die Unterseite der zum Innenraum des Gehäuses 21 gasdichten Etagen 22 und 23 ist durch wärmeisolierte Böden 26 gebildet Durch den Hohlraum zwischen den Rinnen 24 und Böden 26 werden die Heizgase hindurchgeführt und beheizen indirekt das Behandlungsgut über die Rinnen 24. Aus dem Innenraum der Kammer 21 wird das Pyrolysegas über die Rohrleitung 27 abgeführt.
• F i g. 5 zeigt den schematischen Längsschnitt durch die gleiche Anlage. Der Guteintrag geschieht über eine oder mehrere Zellenradschleusen 28 auf das eine Ende der Förderschnecken 25, die in den Rinnen 24 laufen und darin das Behandlungsgut langsam zum anderen Ende fördern. Dort fällt das Behandlungsgut durch Rohre bzw. Schächte 29 auf die Rinnen 24 der unteren Etage 23 und wird dort durch die Förderschnecken wieder in die andere Richtung bewegt. Am Ende dieser Etage 23 in der entsprechenden Förderrichtung der Schnecken 25 fällt der entgaste Pyrolysekoks durch Rohre bzw.
• Schächte 30 über die Zellenradschleusen 31 aus der Entgasungsanlage heraus. Die Heizgase 32, beispielsweise die Abgase einer Verbrennungsanlage für den Pyrolysekoks, werden durch den Zwischenraum zwischen den Rinnen 24 und dem Boden 26 der unteren Etage hindurchgeführt, die damit stärker aufgeheizt wird als die obere Etage 22. Durch den Kanal 33 gelangen die Heizgase dann in den Zwischenraum zwischen den Rinnen 24 und dem Boden 26 der oberen Etage 22 und werden am anderen Ende des Reaktors abgezogen.
• Dieses Schema deutet nur den Aufbau einer derartigen Anlage an, in der Praxis wird man eine viel größere Anzahl an Etagen anwenden. Bei einem Etagenquerschnitt von beispielsweise 5 x 6 m ergibt sich eine nutzbare Oberfläche je Etage von 45 qm, bei der Anwendung von 6 Etagen ergibt dies bereits eine nutzbare Oberfläche von 270 qm für den Wärmeübergang von den beheizten Reaktorflächen auf das Behandlungsgut Bei einer Etagenoberfläche von 10 x 10 m und 10 Etagen ergäbe sich eine Wärmeübertragungsfläche von 1500 qm. Da das Material der einzelnen Etagen, Rinnen 24 und Böden 26 durch die hohe Temperatur stark in der Festigkeit herabgesetzt wird, können diese Etagen auch zwischen den einzelnen Förderschnecken 25 an entsprechend hitzebeständigen Zugankern von oben aufgehängt werden oder durch entsprechend hitzebeständige Stützen von unten abgestützt werden. Trotz sehr großer Reaktoroberfläche ergibt sich eine kompakte Bauweise aus zahlreichen in Serie gefertigten Einzelelementen. Die Wellen der Schnecken 25 können ebenfalls als Hohlwellen ausgebildet und wassergekühlt werden. Das erwärmte Kühlwasser kann ebenso wie das Kühlwasser evtl. Gasmotore für Fernheizzwecke benutzt werden.
• Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die dargestellten Beispiele, sie dienen nur der Erläuterung möglicher Ausführungsformen der einzelnen Anlagenbausteine.

Claims (7)

1. Patentansprüche: 1. Verfahren und Anlage zur thermischen Verwertung von Abfällen, wobei in nacheinander folgenden Verfahrensschritten zuerst getrocknet, anschließend entgast und zuletzt der entgaste, kohlenhaltige Rest verbrannt wird und diese Verfahrensschritte in dafür optimierten Anlagenbausteinen derart durchgeführt werden, daß beispielsweise die Trocknung mit einem Teil der Verbrennungsabgase einer Gasturbine durchgeführt, die Entgasung durch die vollständig oxidierten Verbrennungsabgase der Restverbrennung geschieht und die Restverbrennung z. B. in einer Zyklonbrennkammer oder in einer Wirbelschicht vorgenommen wird, dadurch gekennzeichnest, daß das getrocknete Einsatzmaterial in der Entgasungsanlage durch die oxidierten Verbrennungsabgase von der Restverbrennung indirekt über z. B. metallische, gasdichte Wände erhitzt wird.
2. 2 Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trocknungsanlage direkt oder indirekt mit den durch indirekte Beheizung der Entgasungsanlage zum Teil abgekühlten Verbrennungsabgasen der Verbrennungsanlage beheizt wird.
3. 3. Verwendung eines an sich bekannten Wirbelschichtofens als Verbrennungsanlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1.
4. 4. Verwendung eines an sich bekannten Drehtrommelreaktors, vorzugsweise mit innenliegenden Rauchrohren, als Entgasungsanlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1.
5. 5. Verwendung eines indirekt beheizten Etagenofens als Entgasungsanlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1.
6. 6. Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterseite jeder Etage aus zahlreichen nebeneinander angeordneten, halbkreisförmigen Rinnen besteht, in denen Paddelschnecken angeordnet sind.
7. 7. Anlage nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß nur die unterste bzw. die untersten Etagen aus besonders hitzebeständigem Material ausgeführt und für Temperaturen von über 500"C ausgelegt sind.

   Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Anlage zur thermischen Verwertung von Abfällen, wobei in nacheinander folgenden Verfahrensschritten zuerst getrocknet, anschließend entgast und zuletzt der entgaste, kohlenstoffhaltige Rest verbrannt wird.

   Hierbei ist die Entgasung der wirtschaftlich interessante Vorgang. Anlagen dieser Art werden auch Pyrolyse-Anlagen genannt.

   Einer der wesentlichsten Nachteile bekannter Pyrolyse-Anlagen ist der verbleibende »Pyrolysekoks«, der noch eine beträchtliche Menge unverbrannten Kohlenstoff enthält. Durch die Mischung mit den unbrennbaren, inerten Müll-Bestandteilen ist dieser Kohlenstoff so minderwertig, daß eine Nachverbrennung problematisch ist Eine vollständige Verbrennung geschieht im allgemeinen nur in Vergasungsanlagen, in denen das entgaste Material in der untersten Schicht unterstöchiometrisch verbrannt wird und die dabei entstehenden heißen Gase unmittelbar zur Entgasung der darüber liegenden Materialschicht benutzt werden. Es sind derartige Vergasungsanlagen sowohl in Form von mehrstufigen Verbrennungsanlagen, d. h. mit unmittelbarer Verbrennung des erzeugten Gases, bekannt, und es sind auch solche Anlagen bekannt, in denen das Gas abgezogen und gespeichert oder anderweitig verwertet wird. Im allgemeinen werden hierfür Schachtöfen verwendet.

   Das entstehende Gas ist ein sogenanntes Schwachgas, es ist mit den Verbrennungsabgasen der Verbrennungszone sowie mit Stickstoff aus der Verbrennungsluft stark »verdünnt«. Durch den Einsatz von reinem Sauerstoff bei derartigen Vergasungsanlagen wird die Qualität des erzeugten Brenngases zwar verbessert, weil die Stickstoffverdünnung wegfällt, der Aufwand für die Sauerstofferzeugung ist jedoch erheblich und eine gewisse Verdünnung mindestens durch Kohlendioxyd ist ebenfalls vorhanden.

   Man hat auch versucht, die drei Verfahrensschritte Trocknung, Entgasung und Verbrennung in dafür optimierten Zonen durchzuführen, wobei für die Verbrennung der entgasten Bestandteile bereits ein Wirbelschichtofen verwendet wird (siehe GB-PS 12 89 143). Wirbelschichtöfen eignen sich besonders gut zur Verbrennung minderwertiger fester Brennstoffe mit sehr hohem Asche- oder Inertmaterialgehalt. Auch bei dieser bekannten Anlage handelt es sich jedoch um eine Vergasungsanlage mit direkter Beheizung der Entgasungszone durch die Abgase der Verbrennungszone.

   Schwelgase mit höherem Heizwert entstehen bei der indirekten Beheizung des Entgasungsreaktors. Solche Anlagen werden als indirekte Schachtöfen, als indirekt beheizte Drehtrommeln oder auch als indirekt beheizte Wirbelschichtanlagen gebaut. Im Fall des Schachtofens werden die Außenwände beheizt, im Fall der Drehtrommel wird diese von außen beheizt oder enthält noch zusätzliche innenliegende Rauchrohre, im Fall des Wirbelschichtreaktors werden Rauchrohre durch die Wirbelschicht hindurchgeführt, die durch Verbrennungsabgase beheizt werden. Bei allen bekannten indirekt beheizten Entgasungsanlagen wird ein Teil des Schwelgases zur Beheizung des Entgasungsreaktors verwendet. Eine Nachverbrennung des entstandenen Pyrolysekokses wird bisher nicht durchgeführt, dieser Pyrolysekoks wird als Abfall betrachtet wie bei Verbrennungsanlagen die Schlacke. Der im Pyrolysekoks enthaltene Kohlenstoff bleibt unverwertet.

   Die Aufgabenstellung für ein verbessertes Verfahren zur indirekten Entgasung von Abfallstoffen besteht also darin, auch den Pyrolysekoks restlos zu verbrennen und die darin enthaltene chemisch gebundene Wärmeenergie ebenfalls restlos zu nutzen.

   Die Erfindung löst diese Aufgabe durch ein Verfahren, bei dem das getrocknete Einsatzmaterial in der Entgasungsanlage durch die oxidierten Verbrennungsabgase von der Restverbrennung indirekt z. B.

   über metallische, gasdichte Wände erhitzt wird.

   Die der Entgasungsanlage vorgeschaltete Trocknungsanlage wird vorzugsweise direkt oder indirekt mit den durch die indirekte Beheizung der Entgasungsanlage zum Teil abgekühlten Verbrennungsabgase der Verbrennungsanlage beheizt.

   Für die Verbrennungsanlage (des Pyrolysekokses) wird vorzugsweise ein an sich bekannter Wirbelschichtofen verwendet.