DE4022535C1 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Pyrolysieren nach dem Oberbegriff des Haupt­ anspruchs.

Die hinlänglich bekannten Abfallprobleme der Industriegesellschaften sind durch Abfallver­ meidungsstrategien und Stoffrecycling allein nicht lösbar. Die thermische Abfallbehandlung wird als notwendiges Mittel zur Schonung knapper werdender Deponieflächen von der Fachwelt als unentbehrlich betrachtet. Herkömmliche klassische Müllverbrennungs­ anlagen erfordern wegen ihres industriellen Aufwandes und der notwendigen Schutzmaßnahmen für die Umwelt erhebliche Investitionen und sind, sollen die Kosten für die Entsorgung in vertretbaren Grenzen bleiben, nur in Ballungsräumen sinnvoll.

Darüber hinaus ist die Müllverbrennung in den bisher üblichen Feuerungsanlagen mit erheblichen Schadstoffemissionen in Form von Stäuben und Gift- bzw. Schadgasen verbunden, deren Begrenzung oder gar Vermeidung durch Filteranlagen zusätzliche Investitions- und Betriebskosten verursacht. Die erforderlich hohen Durchsätze schnell bewegter Gasmengen und der hiermit zwangsläufig große Staubtransport sowie die schwer zu kontrollierenden Temperaturverhältnisse sind vor allem für die beklagenswert ungünstigen Emissionsverhältnisse der Müllverbrennung auf Feuerungsanlagen bei Rost geschützten Öfen verantwortlich. Die hoch gefährliche Dioxin- und Furanbildung ist unver­ meidbar.

Eine Abhilfe der vorstehend aufgezeigten Probleme wurde durch Pyrolyseverfahren erwartet, bei denen die organischen Bestandteile der Abfälle unter Sauerstoffmangel entgast oder teilweise vergast werden jeweils abhängig davon, bei welchen Temperaturen die Pyrolyse betrieben wird, d. h. ob das Verfahren als Niedertemperaturpyrolyse oder Hochtemperaturpyrolyse abläuft.

Die Fachwelt erhoffte sich insbesondere, daß auch der Betrieb kleiner Pyrolyseanlagen unter wirtschaftlich vertretbaren Bedingungen möglich sei. Drei Funktionsprinzipien wurden für den eigentlichen Pyrolyseofen verwirklicht und mit unterschiedlichen Ergebnissen im Dauerbetrieb erprobt, nämlich der Schachtofen konventioneller Bauart, der Drehrohrofen und der gleichfalls hinlänglich bekannte Wirbel­ schichtofen.

Schachtöfen sind diskontinuierlich arbeitende Einrichtungen geringer Kapazität und damit nur in Sonderfällen einsetzbar. Drehrohr- und Wirbelschichtöfen erfordern aufwendige Separierungs-, Zerkleinerungs- und Aufbereitungsarbeiten des Beschickungsmaterials und sind mit starker Staub- und Geräuschemission verbunden. Auch die Nachbereitung der gasförmigen, flüssigen und festen Pyrolyserückstände erwies sich als aufwendig und kostenintensiv. Hinsichtlich bekannter Ent­ gasungsreaktoren wird beispielsweise auf die OE-PS 1 16 725 und 3 63 577 hingewiesen. Eine thermische Nutzung der durch Kondensat belasteten Gase der Niedertemperaturpyrolyse setzt eine Entstaubung bei entsprechend hohen Temperaturen voraus, da sowohl der Drehrohrofen als auch die Wirbelschichtpyrolyse stark stauberzeugend sind. Die Belastung der Pyrolysegase mit thermisch stabilen organischen Verbindungen, wie Dioxinen, erfordert eine Hochtemperaturverbrennung mit definierten Gasverweilzeiten im Reaktor. Die Nutzung der hoch mit Schadstoffen belasteten Kondensate als Roh­ stoff für die Petro-Chemie ist nur in Ausnahmefällen möglich, wenn der Kondensatanfall nach Art und Menge den Ansprüchen der Abnehmer genügt, wie das in der Vergangenheit teilweise bei der Altreifen­ pyrolyse, für die es inzwischen aber kosten­ günstige Beseitigungsmethoden gibt, der Fall war. In allen anderen Fällen ist insbesondere auch das Pyrolysekondensat ein erhebliches Umweltproblem. Die Feststoffrückstände der bekannten Pyrolyse­ verfahren sind nach den bestehenden Umweltbe­ stimmungen schadstoffhaltiges Deponiematerial. Ob der Kohlenstoffanteil dieser Rückstände hin­ reichend schadstoffbindende Eigenschaften besitzt, ist zumindest hinsichtlich einer Langzeitresistenz gegen Eluierung ungeklärt, so daß Pyrolysekoks aus der Abfallpyrolyse als Sondermüll mit ent­ sprechenden Deponierungsrisiken und -kosten zu betrachten ist.

Aber auch die bisher zum Einsatz gebrachten Pyrolyse­ öfen selbst weisen bis heute nicht behobene Mängel auf. Dabei handelt es sich häufig um Dichtungsprobleme beim Beschicken und Ausbringen des Pyrolysegutes, wodurch die Öfen trotz auf­ wendiger und störanfälliger Schleusenkonstruktionen zu unkontrollierbaren Emissionsquellen für Schad­ stoffe, insbesondere auch mit hoher Geruchs­ belastung werden. Andererseits führen Anhaftungen und Verklebungen des Pyrolysegutes im Pyrolyse­ ofen zu Betriebsstörungen, d. h. Pyrolyseöfen bisheriger Bauart sind wartungs- und reparatur­ intensiv. Über die kostenintensiven Stillstandzeiten der Anlagen hinaus kommt es somit zwangsläufig zu einem vermehrten Personalbedarf.

Diese bis heute mangelhaften Pyrolysetechniken werden von der einschlägigen Fachwelt als technisch unsicher und wirtschaftlich nur schwer vertretbar eingestuft, zumal die wenigen über das Prototypen­ stadium hinaus weiterentwickelten Anlagen zu Investitionen in dreistelliger Millionenhöhe (US-$) führten. Die Hoffnung, außerhalb der Ballungs­ gebiete das Abfallproblem mit Hilfe kleinerer Pyrolyseanlagen und damit insbesondere kommunal zu lösen, erwies sich bis heute als vergeblich, obwohl die Entwicklung von Pyrolyseverfahren in der zweiten Hälfte der 70er Jahre weltweit mit Milliardenbeträgen gefördert wurde und obwohl die Ausgangsüberlegungen zu den Vorteilen der Pyrolyse als Abfallbehandlungsverfahren unver­ ändert gültig sind. Die Anforderungen an eine weiterentwickelte Pyrolysetechnik richten sich somit auf die Lösung der folgenden Mängelprobleme beim Stand der Technik, damit umwelttechnisch befriedigende und wirtschaftlich vertretbare Ergebnisse erzielt werden können:

• 1. Wegfall der Staub und Lärm emittierenden investitionsträchtigen Abfallaufbereitung vor der eigentlichen Pyrolyse.
• 2. Funktionssichere, möglichst selbstreinigende Pyrolysekammer ohne bewegliche Hochtemperatur­ dichtungen.
• 3. Weitgehend geschlossenes Gesamtsystem, dessen Ausgabebereiche für die gasförmigen und festen Endprodukte automatisch und registrierend überwacht werden können.
• 4. Schadstoff-Freiheit der gasförmigen Endprodukte und Deponiefähigkeit der Festrückstände durch Langzeitbeständigkeit gegen Eluierung.
• 5. Wirtschaftlich vertretbarer Betrieb auch kleinerer Einheiten ohne Einbuße an Umwelt­ verträglichkeit und Betriebssicherheit.
• 6. Minimierung der Lärmemission.
• 7. Weitgehende Freiheit in der Standortwahl durch maximierte Umweltverträglichkeit.
• 8. Einfache Separierungsmöglichkeit wieder­ verwendbarer Metalle.
• 9. Anpassungsfähigkeit an Abfall wechselnder Zusammensetzung, und
• 10. Fortfall jeglicher Art von Prozeßwasser aus Vor- und Nachbereitungsprozessen.

Dieser Anforderungskatalog ist mit den bisher praktizierten Pyrolysetechniken nicht zu ver­ wirklichen, deren gemeinsamer gedanklicher Ansatz darin gesehen werden muß, daß die geringe Wärme­ leitfähigkeit des Abfalls in seiner natürlichen Konsistenz durch Zerkleinerung und Aufbereitung zu Partikeln mit großem Oberflächen/Volumen- Verhältnis kompensiert werden muß; ein technischer Irrweg, wie sich gezeigt hat.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Pyrolysieren von organischen Substanzen und zum Vergasen bzw. zum Einschmelzen anorganischer Stoffe der gattungs­ gemäßen Art zu schaffen, die die vorstehend genannten Schwierigkeiten überwindet.

Die Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung erreicht, wie sie im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 definiert ist. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen dieser Aufgabenlösung ergeben sich aus den Unter­ ansprüchen.

Geht die bisher praktizierte Pyrolysetechnik davon aus, die Durchwärmung des Abfalls durch Auflockern zu verbessern und zu beschleunigen, was zu aufwendigen Aufbereitungsanlagen und voluminösen Pyrolyseöfen führt, so beruht die erfindungsgemäße reaktive Kompaktierung auf der Beobachtung, daß durch eine Verdichtung des Abfalles auf Dichten von zum Teil mehr als 2 g/cm³ die Wärmeleitfähigkeit in dem zu pyrolysierenden Material so weit verbessert werden kann, daß eine Pyrolyse im verdichteten Zustand problemlos möglich wird. Metallische Inhaltsstoffe des Abfalls verbessern hierbei zusätzlich die Wärmeleitfähigkeit, Inertstoffe, beispielsweise Glas, stören den Verfahrensablauf nicht; eine der Temperaturbehandlung vorher­ gehende Separierung ist eher abträglich. Auch die natürliche Feuchte der Abfälle führt durch Verdampfung und damit Ausbildung von Dampf­ strömung zu einer verbesserten Durchwärmung. Die Kompaktierung ermöglicht dabei die Entwicklung von Pyrolyseöfen, die extrem geringen Platzbedarf bezogen auf ihren Materialdurchsatz haben, was eine wesentliche Voraussetzung für eine sichere Kontrolle aller Emissionen ist.

Die für das reaktive Kompaktieren von Abfall kennzeichnende Gleichzeitigkeit von Verdichtung und Pyrolyseablauf ermöglicht nicht nur eine im Volumen minimierte geschlossene Bauart der Pyrolyseanlagen, deren Emission automatisch auf Schadstofffreiheit und Deponiefähigkeit überwacht werden kann, sondern auch den Wegfall jeglicher Hochtemperaturdichtungen und der damit verbundenen Schwierigkeiten. Die Selbstreinigung des Pyrolyserohres durch das unter Druckkontakt mit dessen Innenwandung stehende Pyrolysegut garantiert Betriebssicherheit bei reduziertem Bedienungs­ personal, die Kompaktbauweise gestattet zusätzlich eine wirkungsvolle Kapselung gegen Geräuschemission. Des weiteren sorgt die mit der reaktiven Kompak­ tierung verbundene Drucksteigerung der gasförmigen Pyrolyseprodukte im Pyrolyserohr für einen effektiveren Prozeßablauf, bereits bei niedrigen Pyrolysetemperaturen von 400 bis 450°C findet eine weitgehende Zersetzung der sonst in diesem Temperaturbereich vermehrt auftretenden Kondensate statt. Es kann hier von einer Hochdruck-Nieder­ temperaturpyrolyse gesprochen werden.

Das reaktive Kompaktieren bietet somit alle Voraus­ setzungen, den Anforderungen gerecht zu werden, die an ein modernes wirtschaftliches Entsorgen von Abfallprodukten zu stellen sind, zumal auch für die Funktion kleinerer Anlagen keine prinzipiellen Einschränkungen zu machen sind.

Der vollständige Vorrichtungsaufbau des reaktiven Kompaktierens, mit dem Verdichtung und Pyrolyse­ reaktion gleichzeitig stattfinden können, läßt sich anhand nachstehender Zeichnungsdarstellungen näher erläutern.

Diese Zeichnungen zeigen jedoch nur Ausführungsbeispiele für den Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in stark vereinfachter Wiedergabe.

Fig. 1 erläutert in schematischer Schnittdarstellung den Gesamtaufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, der Übersichtlichkeit halber in ungefülltem Zustand. Die Fig. 2 und 3 zeigen die Funktion einer Beschickungs­ einrichtung für die Vorrichtung gemäß Fig. 1. Fig. 4 verdeutlicht den Ablauf der Niedertemperaturpyrolyse für die Vorrichtung gemäß Fig. 1 und Fig. 5 und 6 zeigen eine weitere Ausführungsform mit der auch starke Feuchte enthaltende Abfälle oder dergleichen pyrolysiert werden können.

In Fig. 1 ist ein, nachfolgend als Pyrolyserohr 1 be­ zeichnetes, beheizbares Rohr oberhalb eines Schmelz­ badbehälters 10 vertikal angeordnet und mit diesem gasdicht verbunden. Der Materialtransport zwischen dem Rohr 1 und dem Schmelzbadbehälter 10 erfolgt daher durch Schwerkraft. Aufwendige, temperaturbelastete und störanfällige Transporteinrichtungen entfallen. Eine Vorverdichtungseinrichtung für das in die obere Öffnung des senkrecht stehenden Pyrolyserohres 1 einzufüllende Pyrolysegut an der Beschickungsseite des Pyrolyserohrs 1 besteht im wesentlichen aus einem kastenförmigen Bau­ element 15, das einseitig durch eine Klappwand 14 oder dergleichen Verschlußelement begrenzt wird, dem Schieber 3, der mit Hilfe des Kniehebels 4 horizontal beweglich ist, sowie dem Antriebszylinder 5. Durch die Bewegung des Schiebers 3 und der Klappwand 14 wird das Pyrolysegut zweistufig vorverdichtet und in die Mündung des Pyrolyserohres eingeschoben. Pyrolyse­ gut geeigneter Konsistenz kann aber auch mit Hilfe eines Schneckenverdichters gefördert, vorverdichtet und in das Pyrolyserohr eingeschoben werden. Die in Fig. 1 dargestellte Vorverdichtungseinrichtung 3, 4, 5, 14, 15 hat den Vorteil, auch sperriges Pyrolysegut ohne vorherige Aufbereitung dem Pyrolyserohr 1 zuführen zu können. Die Zuführung des Pyrolysegutes wird begünstigt durch eine trichterförmige Erweiterung des Pyrolyserohres 1 im oberen Öffnungsbereich. Eine Stopfeinrichtung 2 bewegt sich periodisch in die trichterförmige Erweiterung hinein und verbringt das vorverdichtete Pyrolysegut schubweise in das Pyrolyserohr 1.

Der Beschickungsbereich des Pyrolyserohres 1 ist aus Gründen möglicher Verschleißerscheinungen mit einer auswechselbaren Hülse 1′ ausgekleidet. So wird dem möglicherweise erhöhten Verschleiß in diesem Zuführungs­ bereich Rechnung getragen. Nicht dargestellt ist in Fig. 1 ein gesonderter Einlaß für flüssiges Pyrolysegut im Beschickungsbereich des Pyrolyserohres das gegebenen­ falls dem festen Pyrolysegut dosiert zugemischt werden kann.

Die Stopfeinrichtung 2 ist ein pneumatisch-, hydraulisch- oder schwerkraftbetriebener Hammer, wie er in vergleich­ barer Ausbildung und Arbeitsweise beispielsweise zum Einrahmen von Spundwänden oder Gründungspfählen handels­ üblich ist. Der Hammer wird mit Hilfe von Führungsrollen 2′′ oder anderen geeigneten Führungen zum Pyrolyserohr fluchtend so geführt, daß er in vertikaler Richtung auf- und abbeweglich ist. Sein Stößel 2′ besitzt ein geformtes Kopfstück, mit dem das Pyrolysegut periodisch in das Pyrolyserohr 1 eingestopft bzw. eingeschlagen wird. Mit Hilfe eines Zugseils 17, das mit dem Kniehebel 4 ver­ bunden ist, wird der Hammer während der Beschickungsphase angehoben, während des Vorverdichtens mit Hilfe des Schiebers 3 abgesenkt und in kraftschlüssigem Eingriff mit dem Pyrolysegut gebracht. Die ausschließlich kraft­ schlüssige Verbindung zwischen Pyrolysegut und Hammer hat den wesentlichen Vorteil, daß keine unzulässig hohen Kräfte im Beschickungsbereich auftreten können, die bei zwangsgeführter Stopfvorrichtung ansonsten unvermeidlich sind. Besonders feste Bestandteile im Pyrolysegut, wie Metallteile o. dgl. könnten sonst, zumindest zwischenzeitlich zu Überlastungen der Stopfeinrichtung führen. Dies ist bei der wie vorstehend beschriebenen Vorrichtung ausgeschlossen. Das Pyrolyserohr 1, welches über seine gesamte Länge,stoß­ weise durch dieses hindurchbewegt, Pyrolysegut aufnimmt, hat ein Längen-/Durchmesserverhältnis von größer als 10.

Bei Rohren dieser Geometrie ist es möglich, die Vorschubgeschwindigkeit des Pyrolyse­ gutes, dem Verdichtungszustand des Pyrolysegutes im Pyrolyserohr 1 und damit die Andruckverhältnisse des Pyrolysegutes an die Wandungen des Pyrolyserohres so aufeinander abzustimmen, daß das Pyrolysegut voll­ ständig pyrolisiert die Mündung des Pyrolyserohres 1 verläßt. Weiterhin garantiert diese Rohrlänge infolge der optimierten Abstimmung der Pyrolyseparameter einen optimierten Mengendurchsatz.

Die Beheizung des Pyrolyserohres 1 erfolgt zweck­ mäßigerweise durch von außen wirkende Gasbrenner 9, die innerhalb des Heizmantels 16 längs des Rohres verteilt angeordnet sind. Die Außenbeheizung mit Gasbrennern hat dabei den großen Vorteil, daß die ent­ stehenden Pyrolysegase selbst direkt thermisch ge­ nutzt werden können. Das Zwischenschalten einer Regel­ einrichtung 8 zwischen die Gasauslässe 6 und die Brenner 9 gestattet dabei in einfacher Weise die Prozeßregelung. Das Pyrolyserohr wird dabei auf Temperaturen zwischen 300° und 500°C erwärmt, wobei der Beschickungsbereich des Pyrolyserohres von der Beheizung ausgenommen ist. In diesem Bereich (Bereich des Bauelementes 1′) bil­ det sich beim Stopfen ein fester Verschlußpfropfen, der den Gasaustritt aus der Mündung des Pyrolyserohres ins Freie sicher unterbindet, und der sich ständig selbst erneuert: Ein wesentlicher Vorteil, da gas­ dichte Beschickungsschleusen, die bei Pyrolyseein­ richtungen nach dem Stand der Technik sich als ex­ trem störanfällig erwiesen haben, vollständig über­ flüssig werden. Die Abgase der Brenner 9 werden im Mantel 16 gesammelt und in Pfeilrichtung einem Abgas­ kamin zugeführt, gegebenenfalls über eine Filteran­ lage. Die Auslaßöffnungen 6 für die Pyrolysegase be­ finden sich in der Nähe des Mündungsbereiches des Pyrolyserohres. Sie werden in einer Ringleitung 7 ge­ sammelt und der Regeleinrichtung 8 zur Verteilung zuge­ führt. In Fig. 1 nicht dargestellt ist die vorteilhafte Möglichkeit, die Verbrennungsluft für den Betrieb der Gasbrenner 9 vorzuwärmen, beispielsweise durch Führung längs der Außenflächen des Heizmantels 16, und/oder die Verbrennungsluft mit Sauerstoff anzureichern. Die mit diesen Maßnahmen verbundene Erhöhung der Flammtemperatur der Brenner garantiert die Zersetzung organischer Schad­ stoffe im Pyrolysegas und somit die Schadstofffreiheit der Abgase.

Der Auslaßbereich des Pyrolyserohres 1 weist ein keil­ oder konusförmiges Verengungsteil 1′′ auf, dessen Quer­ schnitt gegebenenfalls regelbar gestaltet werden kann. Mit dieser konstruktiven Maßnahme wird erreicht, daß die Reststoffe der Pyrolyse nachverdichtet werden, wodurch auch der Auslaßbereich des Pyrolyserohres 1 gegen Gas­ austritt abgedichtet wird. Der mit dieser Nachverdich­ tung verbundene Rückstau im Pyrolysegut, begünstigt dessen Verdichtung beim Stopfen und verbessert somit den Gesamtablauf der Pyrolyse.

Der Schmelzbadbehälter 10 ist fluchtend unter dem Pyro­ lyserohr 1 angeordnet. Er ist mit einer feuerfesten, mit einer Temperatur oberhalb von 1300°C beaufschlagbaren Innenauskleidung 11 versehen. Die Erwärmung des Schmelz­ bades erfolgt mit Hilfe der Gasbrenner 9′, die auf die Oberfläche des Schmelzbades gerichtet sind. Ihre Wirkung kann durch eine in Fig. 1 nicht dargestellte regelbare Sauerstoffzufuhr unterstützt werden. Mit Hilfe der Sauerstoffzufuhr können kohlenstoffhaltige Pyrolyse­ reststoffe nachverbrannt werden, wodurch einmal die Menge der Festrückstoffe reduziert wird, wodurch zum andern aber auch dem Schmelzbad Wärmeenergie zusätzlich zuge­ führt wird. Eine Sauerstoffzufuhr ist aber auch durch einen Sauerstoffüberschuß im Brenngas der Brenner 9′ möglich. Die hohe Schmelzbadtemperatur führt zu einer Mineralisierung der Pyrolyserückstände. Die minerali­ sierte Schlacke garantiert eine auslaugungsfeste Ein­ bindung jeglicher Schadstoffe und macht so die Rück­ stände zu umweltfreundlichen, bzw. inerten Materialien für die Baustoffindustrie oder dergleichen.

Altglasinhalte des Pyrolysegutes begünstigen diese Eigen­ schaften: Ein Aussortieren des Altglases kann entfallen. Die physikalischen Eigenschaften des Schmelzbades 12 im Schmelzbadbehälter 10 können dabei durch Zuschlags­ stoffe verbessert werden, die dem Pyrolysegut vor seiner Einbringung in das Pyrolyserohr 1 beigefügt werden. Zu­ schläge von Kalk oder Dolomit erwirken sowohl eine Schadstoffbindung bereits während der Pyrolyse, als auch eine Verflüssigung der Schlacke im Schmelzbad.

Entsprechend der Darstellung in Fig. 1 ist dem Aus­ laßbereich des Pyrolyserohres ein in das Schmelzbad ein­ tauchendes Tauchrohr 13 nachgeordnet, das den Übertritt von Stäuben des Pyrolysereststoffes in den Gasraum des Schmelzbadbehälters 10 verhindert und die unmittelbare Einleitung der Reststoffe in die Schmelze sichert. Die Abgase des Schmelzbadbehälters 10 werden durch eine in Fig. 4 schematisch dargestellte Abgasleitung 18 in die Pyrolysegase rückgeführt, ihr möglicher Schadstoffgehalt wird durch die Nachverbrennung in dem Gasbrenner 9 bzw. 9′ unschädlich gemacht. Die mit der Gasrückführung verbundene mögliche Minderung des Brennwertes der Pyrolysegase wird durch die höhere Temperatur der Abgase des Schmelzbadbehälters 10 weitgehend kompensiert.

Die hohe Temperatur des Schmelzbades für die Pyrolyse­ rückstände ermöglicht nicht nur eine effektive Schad­ stoffeinbindung durch Mineralisierung, sie bietet auch die Möglichkeit, wertvolle Inhaltsstoffe des Pyrolyse­ gutes zu separieren. Wählt man beispielsweise die Temperatur des Schmelzbades 12 größer als die Schmelz­ temperatur des Stahls, so lassen sich die mineralisierten Leichtstoffe, die auf den geschmolzenen Stahl aufschwimmen, durch mehrere Überläufe fraktioniert ausbringen. Durch die Separierung recyclingfähiger Metalle ändert sich zu­ sätzlich nicht nur der benötigte Deponieraum, sondern die Effektivität des Verfahrens wird weiter erhöht.

Die Fig. 2 und 3 erläutern die Arbeitsweise der Vor­ verdichtungseinrichtung 3, 4, 5, 14, 15. Im geöffneten Zustand (Fig. 2) ist der Schieber 3, dessen Wirkfläche die Krümmung des Rohrinnendurchmessers besitzt, zurück­ gefahren, und die Klappwand 14 die zwischen den beiden Leitflächen 17′ beweglich ist, ist nach außen geklappt. Dadurch entsteht zwischen dem U-förmigen Kasten 15, den Führungsblechen 17′ und der Klappwand 14 ein rechteckiger trichterförmig erweiterter Beschickungs­ raum, der beispielsweise mit Hilfe eines nicht darge­ stellten Becherwerkes problemlos zu befüllen ist. Nach der Befüllung dieses kastenförmigen Trichteraumes, klappt die Klappwand 14 in die Senkrechte, wodurch das Pyrolyse­ gut vorverdichtet wird. Anschließend bewegt sich der kniehebelgesteuerte Schieber 3 auf die Mündung des Pyro­ lyserohres 1 zu. Dabei wird das Pyrolysegut weiter ver­ dichtet und in das Pyrolyserohr so lange eingeschoben, bis die in Fig. 3 dargestellte Endposition des beweglichen Schiebers 3 erreicht ist. Daran schließt sich dann je­ weils ein vorstehend beschriebener Stopfhub der Stopf­ einrichtung 2 an.

Fig. 4 zeigt in Übereinstimmung mit der Darstellung, wie Fig. 1, den eigentlichen Pyrolysevorgang. Die Stopfvor­ richtung 2 besteht im wesentlichen aus dem Stopfstössel 2′ mit konvexem Kopfteil. Durch diese Ausbildung wird von Anfang an beim Stopfen ein Radialdruck auf das Pyrolysegut aufgebaut, der die notwendige Wandreibung für eine dichtende Pfropfenbildung bewirkt. Durch die periodische Stopfbewegung in Pfeilrichtung wird das Pyrolysegut in dem ungeheizten Mündungsbereich des Pyrolyserohres 1 hoch verdichtet und bildet den gewünschten Dichtpfropfen. Durch den stetigen Durch­ schub des Pyrolysegutes, bildet sich dieser Pfropfen immer wieder neu und bewirkt eine wartungsfreie zuverlässige Dichtung. Mit dem Eintritt in die Heiz­ strecke beginnt die Pyrolyse von der Rohrwandung her. Der stetige Nachschub von Pyrolysegut gleicht dabei den Masseverlust durch die Pyrolyse selbst aus, so daß der für den guten Wärmeübergang notwendige An­ druck des Pyrolysegutes an die Rohrwandung bis zum Schluß aufrechterhalten bleibt. Mit wachsendem Durch­ schub wächst die Dicke der pyrolysierten Zone an, so daß kurz vor dem Auslaßbereich, etwa in Höhe der Auslaßbohrungen 6 für das Pyrolysegas, das Pyrolyse­ gut vollständig durchpyrolysiert ist. Die festen Reststoffe der Pyrolyse fallen dann bei fortschrei­ tendem Durchschub durch das Tauchrohr 13 in das Schmelzbad 12, wo sie in der beschriebenen Weise mineralisiert werden. In Fig. 4 ist die Abgasleitung 18 des Schmelzbadbehälters 10 mit eingezeichnet, die die Abgase des Schmelzbades den Pyrolysegasen im Bereich der Regeleinrichtung 8 wieder zumischt.

Die Fig. 1 und 4 lassen erkennen, daß eine Stoffemission (Abgase, mineralisierte Feststoffrückstände) nur an zwei, leicht kontrollierbaren Stellen erfolgt. Hier ist eine automatische, registrierende Über­ wachung der Schadstofffreiheit mit einfachen Mitteln durchzuführen. Die Kompaktbauweise der Pyrolyseein­ richtung ermöglicht durch das Prinzip des reaktiven Kompaktierens, gestattet es darüber hinaus aber auch, unkontrollierte Abwärme durch effektive Wärmeisolierung zu vermeiden, und Schallemission durch Abschirmung zu unterdrücken. Die, wie vorstehend beschrieben, aufgebauten Vorrichtungen sind daher frei in ihrer Standortwahl. Ein weiterer Vorteil muß darin gesehen werden, daß ihre Dimensionierung bezüglich einer möglichen Minimierung nur durch die Stückgröße des Pyrolysegutes begrenzt wird. So können kleinstückige Sonderabfälle beispielsweise in kleinen Anlagen effektiv direkt am Ort ihrer Entstehung beseitigt werden.

In den Fig. 5 und 6 ist eine weitere Ausführungs­ form einer Pyrolysevorrichtung im Schnitt dargestellt, die besonders für die Abfallbeseitigung von brei­ förmiger Konsistenz oder entsprechenden Abfällen mit größerem Feuchtigkeitsgehalt geeignet ist. Fig. 5 zeigt den vereinfachten, ungefüllten Grund­ aufbau und Fig. 6 erläutert die Arbeitsweise der Einrichtung gemäß Fig. 5.

Die den Fig. 1 bis 4 entsprechenden Bauelemente sind auch in den Fig. 5 und 6 mit gleichen Bezugs­ zeichen versehen. Die Anordnung des Pyrolyserohres 1, des Schmelzbadbehälters 10, der Heizbrenner 9 und 9′ und deren Gaszufuhrelemente, wie etwa die Regel­ einrichtung 8, entspricht derjenigen von Fig. 1. Die Querschnittsverengung 1′′ ist im Unterschied zu der Anordnung gemäß Fig. 1 in einem gesonderten Bauteil 20, das zwischen dem Pyrolyserohr 1 und dem Schmelzbadbehälter 10 eingefügt ist, verschiebbar untergebracht. Trennspalte 21 zwischen dem Pyrolyse­ rohr 1 einerseits und dem Schmelzbadbehälter 10 andererseits verhindern die Übertragung von Längs­ kräften zwischen Pyrolyserohr 1 und Schmelzbadbehälter 10, wobei diese so ausgeführt sind, daß die gasdichtende Verbindung zwischen Pyrolyserohr und Schmelzbadbehälter erhalten bleibt.

Die Querschnittsverengung 1′′ wird durch zwei Walz­ körper gebildet, die mittels Federkraft beaufschlagt geführt im Bauteil 20 gelagert sind. Die Walzen­ körper geben somit eine spaltförmige Verengung vor, wofür es genügt, wenn einer von ihnen regelbar nachgiebig in dem Bauelement 20 gelagert ist. Damit läßt sich die Verdichtung der Pyrolyse-Reststoffe von ihrer Ausbringung in den Schmelzbadbehälter 10 optimieren, und der Ablauf der Pyrolyse im Pyrolyse­ rohr 1 regeln.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 5 erfolgt die Vor­ verdichtung des Pyrolysegutes nicht mehr unmittelbar vor der Beschickungsmündung des Pyrolyserohres 1, sondern getrennt davon. In den unteren Bereich eines senkrechten Transportrohres 23 etwa auf der Ebene des Schmelzbadbehälers ist für diesen Zweck eine weitere Vorverdichtungseinrichtung 24, 26, 27, 3′, 4′ einge­ fügt. Einem Transportband 25 ist ein Beschickungs­ trichter zugeordnet, über den Abfälle mit hohem Feuchtigkeitsgehalt zugeführt werden. Eine Klappwand 27, die Teil des Beschickungstrichters ist, entspricht in ihrer Wirkungsweise der Klappwand 14 in Fig. 1. Mit Hilfe einer Preßplatte 26 oder dergleichen Druck­ element, das mit Hilfe des Hydraulikzylinder 24 in einen Verdichtungsraum A auf und ab bewegt werden kann, ist das zugeführte Material vorverdichtbar. Der Boden des Verdichtungsraumes ist perforiert oder anderweitig durchbrochen und von einem flüssigkeits­ dichten Mantel 28′ umgeben. Der Sammelbehälter 28 fängt somit die Flüssigkeiten auf, die beim Vorverdichten von Pyrolysegut größeren Feuchtigkeitsgehalts durch die Vorverdichtungseinrichtung 24, 26, 27, 3′, 4′ ausgepreßt werden.

Im Vorverdichtungsraum A horizontal beweglich ist ein Schieber 3′, dessen Antriebsausbildung und Wirkungsweise dem gleichen Bauelement in Fig. 1 entspricht. Das vorverdichtete Pyrolysegut wird portionsweise mit Hilfe des Schiebers 3′ in das Transportrohr 23 eingeschoben, wobei sein unterer Bereich, wie dargestellt, ebenfalls noch zur zusätzlichen Entfeuchtung des Pyrolysegutes genutzt werden kann.

Eine periodisch wirkende Durchschubeinrichtung 30 für das Pyrolysegut bewegt dieses durch das Transportrohr 23 von unten nach oben. Der Be­ schickungsbereich des Pyrolyserohres 1 und der Austrittsbereich des Transportrohres 23 sind durch eine Querfördereinrichtung verbunden, die analog zur Darstellung in Fig. 1 aus dem Schieber 3, dem Kniehebel 4 und dem Antriebszylinder 5 in Form des dort bezeichneten kastenförmigen Bauelementes besteht. Abweichend von der Darstellung der Fig. 1 ist die Bodenplatte 15′ bei der Ausführung gemäß Fig. 5 und 6 nicht ortsfest, sondern beweglich und mit dem Schieber 3 verbunden. Sie weist am Schieber 3 eine Durchlaßöffnung auf, deren Durchmesser dem Transportrohr 23 und dem Pyrolyserohr 1 entspricht. Je nach Schieberstellung befindet sich diese Durchlaß­ öffnung einmal vor dem Transportrohr, zum anderen vor dem Pyrolyserohr.

Ein Schutzmantel 29, der die Stopfeinrichtung 2 umgibt, erhöht die Arbeitssicherheit und ver­ mindert Geruchs- und Lärmemission. Das Transportrohr 23 ist mit einer Ummantelung 22 versehen, das seinerseits eine Abgasleitung 31 aufweist. Die Ummantelung 22 ist mit dem Heizmantel 16 des Pyrolyserohrs 1 verbunden, so daß die Abgase der Gasbrenner 9 nach der Aufheizung des Pyrolyserohres auch das Transportrohr 23 erwärmen, bevor sie über den Auslaß 31 die Vorrichtung verlassen und gegebenenfalls nach einer Nachbehandlung einem Abgaskamin zugeführt werden.

Die Arbeitsweise der Gesamtanordnung nach Fig. 5 sei anhand der mit Abfallmaterial beschickten Darstellung in Fig. 6 beschrieben.

Das breiige oder anderweitig stark feuchtehaltige Pyrolyse-Rohgut 32 wird mit Hilfe des Transport­ bandes 25 dem Vorverdichtungsraum A zugeführt. Danach wird durch das Schließen der Klappenwand 27 in Pfeilrichtung sowie durch das Niederdrücken der Preßplatte 26 bis etwa zur Höhe des Klappenscharniers 33 und durch die horizontale Schubbewegung des Schiebers 3′ das Pyrolysegut vorverdichtet und dabei gleichzeitig druckentwässert.

Flüssigkeit 34 sammelt sich in der dargestellten Weise im Sammelbehälter 28. Sie kann von dort abgeführt und einer Nachbehandlung unterzogen werden. Die Vor­ verdichtung ist abgeschlossen, wenn das Pyrolyse­ gut mit Hilfe des Schiebers 3′ voll in das Transport­ rohr 23 eingeschoben ist. Es bildet hier den Vorver­ dichtungspfropfen 35, der mit Hilfe der Durchschub­ einrichtung 30 in dem Transportrohr 23 schrittweise weiterbewegt wird. Im unteren Teil des Transport­ rohres wird die Entwässerung fortgesetzt. Der anschließende Bereich des Transportrohres 23 wird von den Abgasen der Gasbrenner 9 des Pyrolyse­ rohres zusätzlich beheizt, wodurch sowohl nachge­ trocknet wird, als auch eine zusätzliche Vorwärmung des Pyrolysegutes erfolgt, was den nachfolgenden Pyrolyseprozeß begünstigt. Entstehender Wasserdampf wird durch Bohrungen im oberen Bereich des Transportrohres 23, die in den Abgasraum münden, dem Abgas zugeleitet und mit diesem abgeführt. Jeweils ein vorverdichteter Pyrolysegutpfropfen 35 wird mit einem Hub der Durchschubeinrichtung 30 vor den Schieber 3 der Querfördereinrichtung der Beschickungsseite des Pyrolyserohres geschoben.

Die mit dem Schieber 3 gekoppelte Bodenplatte 15′ steht am Ende der Querförderungsbewegung mit ihrer Durchlaßöffnung vor der Mündung der auswechselbaren Hülse 1′ des Pyrolyserohres 1, so daß die Stopf­ einrichtung 2 die vorverdichtete Pyrolysegut­ portion in das Pyrolyserohr 1 einschieben kann. Der weitere Ablauf des Pyrolysevorganges entspricht dem in Fig. 2 Dargestellten und hierzu Beschriebenen.

In den Fig. 5 und 6 ist das Transportrohr 23 parallel zum Pyrolyserohr 1 angeordnet. Dies ist eine Aus­ führung, die einen sehr kompakten Aufbau der Gesamt­ einrichtung ermöglicht.

Claims (22)

1. Vorrichtung zum Pyrolysieren von organischen Substanzen, wie Haus- und Industriemüll oder dergleichen, und zum Vergaser bzw. Einschmelzen anorganischer Stoffe mit einer beheizbaren Pyrolysekammer, in die das Pyrolysegut unter Verdichtung eingebracht wird und durch die das Pyrolysegut in dem über den Kammerquerschnitt verdichteten Zustand hindurchgebracht wird, bei gleichzeitiger Wärmezufuhr durch die mit dem Pyrolysegut in Druckkontakt stehenden Kammerwandungen gemäß Patent 40 11 945, dadurch gekennzeichnet, daß die Pyrolysekammer aus einem beheizbaren Rohr (1) besteht, mit einer Vorverdichtungs­ einrichtung (3, 4, 5, 14, 15) an seiner Beschickungs­ seite, einer das vorverdichtete Pyrolysegut unter Nachverdichtung in die Pyrolysekammer einbringenden Stopfeinrichtung (2), mindestens einer Gasauslaßeinrichtung (6) in der Nähe der Auslaßöffnung der Pyrolysekammer und mit einem der Pyrolysekammer austrittsseitig unmittelbar nachgeordneten und mit dieser gasdicht verbundenen Schmelzbadbehälter (10).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine überwiegend vertikal ausgerichtete Anordnung des Pyrolyserohres (1) oberhalb des Schmelzbadbehälters (10) .

3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Vorverdichtungseinrichtung (3, 4, 5, 14, 15) einen periodisch arbeitenden Verdichter aufweist.

4 Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Vorverdichtungseinrichtung für das Pyrolysegut ein Schneckenverdichter oder eine intermittierend bewegliche Preß­ vorrichtung ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Beschickungsteil des Pyrolyse­ rohres (1) aus einer trichterförmig erweiterten Öffnung besteht.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Beschickungsteil des Pyrolyserohres (1) auswechselbar (1′) ist und aus einem verschleißfesten Werkstoff besteht und daß er gegebenenfalls einen ge­ sonderten Einlaß für flüssiges Pyrolysegut enthält.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Stopfeinrichtung (2) ein pneumatisch-, hydraulisch- oder schwerkraft­ betriebener Hammer ist, wobei ein Stopfstößel (2′), geführt in die obere Beschickungsöffnung des Py­ rolyserohres (1) eintaucht und wobei das Eintau­ chen ausschließlich durch Kraftschluß mit dem Pyrolysegut geregelt ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Pyrolyserohr (1) ein Längen-/Durchmesserverhältnis von größer als 10 : 1 aufweist.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Pyrolyserohr (1) mittels Gasbrennern (9) außenbeheizt ist, wofür die Brenner mit wenigstens einer Gasauslaß­ einrichtung (6) des Pyrolyserohres (1) unter Zwischenschaltung einer Regeleinrichtung (8) verbunden sind.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Pyrolyserohr (1) im Auslaßbereich ein keil- oder konusförmiges Verengungsteil (1′′) aufweist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Verengungsteil (1′′) bezüglich seines freien Querschnitts regelbar ist.

12. Vorrichtung nach eine der vorhergenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Schmelzbadbehälter (10) fluchtend unterhalb des Pyrolyserohres (1) angeordnet ist, in seinem oberen Bereich näherungsweise dem Durchmesser des Pyrolyse­ rohres entspricht und sich in seinem unteren Bereich topfartig erweitert.

13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Schmelzbadbehälter (10) mit einer feuerfesten, mit einer Temperatur oberhalb 1300°C beaufschlagbaren Innen­ auskleidung (11) versehen ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelzbadbehälter (10) eine regelbare Sauerstoffzufuhr-Einrichtung und auf die Oberfläche der Schmelze (12) gerichtete Brenner (9′) aufweist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß ein die festen Pyrolyserückstände unterhalb des Auslaßbereiches des Pyrolyserohres (1) auf­ nehmendes, in das Schmelzbad eintauchendes hochtemperaturbeständiges Tauchrohr (13) innerhalb des Schmelzbadbehälters (10) vorge­ sehen ist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelzbadbehälter (10) mehrere Überläufe zur fraktionierten Ausbringung unterschiedlicher Schmelzbadbestandteile besitzt.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abgasleitung (18) von dem Schmelzbad­ behälter (10) zu der Leitung (19) der gas­ förmigen Pyrolyseprodukte, die aus dem Pyrolyse­ rohr (1) austreten, geführt ist.

18. Vorrichtung nach einem der voran­ gegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Beschickungseinrichtung, bestehend aus einer weiteren Vorverdichtungseinrichtung (24, 26, 27; 3′, 4′), einem Transportrohr (23), das die Vorverdichtungseinrichtung mit einem Querförderer an der Beschickungsseite des Pyrolyserohres (1) verbindet, und aus einer Durchschubeinrichtung (30) für das vorver­ dichtete Pyrolysegut.

19. Vorrichtung nach einem der voran­ gegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wände der weiteren Vorverdichtungseinrichtung (24, 26, 29; 3′, 4′) und/oder des Transportrohres (23) zumindest teilweise perforiert sind, wobei dem per­ forierten Bereich ein Sammelbehälter (28) für Flüssigkeiten zugeordnet ist.

20. Vorrichtung nach einem der voran­ gegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Transportrohr (23) zumindest längs einer Teilstrecke beheizbar ist.

21. Vorrichtung nach einem der voran­ gegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Transportrohr von den Abgasen mindestens eines Gasbrenners (9) des Pyrolyserohres (1) durch einen Heizmantel (22) längs des Transport­ rohres beheizt ist.

22. Vorrichtung nach einem der voran­ gegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Transport­ rohr (23) zumindest annähernd parallel zum Pyrolyserohr (1) angeordnet ist.