DE4136438C2 - Verfahren zur thermischen Steuerung von Drehrohrverbrennungsanlagen - Google Patents
Verfahren zur thermischen Steuerung von DrehrohrverbrennungsanlagenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur thermischen
Steuerung von Drehrohrverbrennungsanlagen.
Die thermische Entsorgung von Sonderabfällen in Drehrohr
öfen ist seit langem bekannt. Das Verbrennen von Sonder
abfällen mit dem Ziel der Volumenreduktion und Inertisie
rung der Verbrennungsrückstände darf zur Emissionsmini
mierung nur unter eindeutig definierten Randbedingungen
durchgeführt werden. Hierbei sind die Verbrennungsführung
im Drehrohrofen und die Einhaltung vorgegebener Tempera
turen in der Nachbrennkammer zentrale Forderungen. Um
diesen Forderungen für eine umweltverträgliche Verbren
nung nachzukommen, wird seit langem mit wenig Erfolg
versucht, aus dem heterogenen Abfallanfall durch Zerklei
nern und Mischen, verbunden mit einem überproportionalen
analytischen Aufwand, Verbrennungsmenues mit möglichst
gleichbleibenden Verbrennungseigenschaften zu gewinnen,
um eine optimale Ausregelung der Verbrennung unter mini
miertem Einsatz heizwertreicher fluider Abfälle, heiz
wertreicher Abfallgase oder, wenn letztere nicht zur
Verfügung stehen, unter Einsatz wertvoller Primärener
gieträger, wie leichtem Heizöl oder Erdgas, zu erreichen.
Aus Dorner, Wolf G. "Pyrolyse beseitigt Kunststoffab
fälle", in Technische Rundschau 44/86, Seiten 70 bis 73,
ist es bekannt, organische Abfallstoffe in einem Dreh
rohrofen bei einer Temperatur von 500°C zu pyrolysieren
und die dabei anfallenden Wertstoffe aus dem Prozeß
auszuschleusen.
Heitmann, Aloys "Thermische Behandlung von Sonderabfäl
len", in Chemie-Ing.-Technik 55 (1983) Nr. 5, Seiten 335
bis 341, beschreibt die Möglichkeit, das bei der Pyrolyse
anfallende Gas durch Quenchen und eine mehrstufige Kon
densationswäsche zu reinigen und zur indirekten Heizung
des Drehrohrofens zu verwenden, wie auch das Gas in einer
Nachbrennkammer zu verbrennen.
Die DE-OS 21 08 008 beschreibt Abfallstoffe wie z. B.
Polyolefine, Polyester, Polyamide, Polyurethane und deren
Abfallprodukte aus der Fertigung, die einer Pyrolyse
unterzogen werden.
In der Praxis müssen trotz der vorgenannten Anstrengungen
bis zu 40% der thermisch zu behandelnden Abfallmenge aus
heizwertreichen fluiden Abfällen bestehen oder zusätzlich
beispielsweise Deponiegas zur Verfügung stehen, damit die
Feuerung optimal gesteuert und die erforderlichen Nach
verbrennungstemperaturen eingehalten werden können.
Die in den letzten Jahren zunehmend erkennbaren Ver
änderungen der Sonderabfallzusammensetzung zeigen zu
dem, daß die Anteile an Lösemitteln und Altölen und
damit generell der Anteil an dosierbaren heizwert
reichen Abfällen rückläufig sind, während der Anteil an
wasserreichen Dünnschlämmen und heizwertarmen Fest
stoffen zunimmt. Die Ursachen hierfür liegen unter
anderem darin, daß flüssige Kohlenwasserstoffe ver
stärkt recycelt bzw. als Ersatzbrennstoffe in energie
intensiven Produktionen (z. B. in Zementwerken) ver
brannt werden.
Die Sonderabfallverbrennung hat einen technologischen
Stand erreicht, der die umweltschonende Behandlung von
Abfällen erlaubt. Umweltschonend im Sinne der gehobe
nen Ansprüche zur Emissionsrückhaltung, die ihren Nie
derschlag im Bundes-Emissionsschutzgesetzt und seinen
Verordnungen gefunden haben. Im übrigen begünstigt auch
diese Umweltgesetzgebung Matrixveränderungen bei Son
derabfällen in oben genanntem Sinne. Dieser technolo
gische Stand erfordert jedoch nicht nur die Verfügbar
keit entsprechender Prozeßapparate, sondern auch die
der notwendigen Prozeßmedien. So ist das Erzielen einer
auslaugungssicheren Schlackenqualität von der ausrei
chenden Verfügbarkeit von Stützenergieträgern abhängig,
die einen hohen Grad an Wärmeentbindung im Drehrohr ge
währleisten. Außerdem erfordern die für einen Schad
stoffabbau in der Nachbrennkammer einzuhaltenden Pro
zeßtemperaturen geeignete Energieträger. Ein weiterer
Bedarf an Stützenergieträgern ist auch für Primärmaß
nahmen zur Schadstoffminimierung zu erwarten, wie sie
in modernen Konzepten von Nachbrennkammern erprobt wer
den.
Der Anteil hochkalorischer flüssiger Abfälle am gesam
ten Sonderabfallinput erreicht heute erfahrungsgemäß
nur noch ca. 18%. Bei den oben genannten Tendenzen im
Sonderabfallaufkommen steht zu erwarten, daß in Zukunft
diese Abfallarten als Stützenergielieferanten nicht
mehr zur Verfügung stehen und dies dazu führt, daß die
thermische Behandlung von Sonderabfällen unter den
festgeschriebenen Bedingungen nur bei Einsatz wert
voller Primärenergieträger, wie leichtem Heizöl oder
Erdgas, möglich sein wird.
Anderweitige Möglichkeiten zur Stützenergieversorgung
von Drehrohrverbrennungsanlagen sind begrenzt. Schließt
man den Einsatz von Primärenergieträgern und die Ver
fügbarkeit unkonventioneller Energien aus und berück
sichtigt, daß der Luftvorwärmung mit oberen Arbeitstem
peraturen im Bereich von 400°C Grenzen gesetzt sind,
verbleibt nur noch die Möglichkeit, geeignete Energie
träger zu generieren.
Diesem Mangel der Drehrohrverbrennung, daß über das
Sonderabfallaufkommen hinaus zum umweltschonenden Ver
brennen von Sonderabfällen wertvolle Primärenergieträ
ger verbrannt werden müssen, die eine zusätzliche, ver
meidbare Umweltbelastung ergeben, nur weil Abfallener
gie nicht in der geeigneten Erscheinungsform zur Ver
fügung steht, wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
begegnet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Drehrohr
verbrennung mit der Verwertung anderer Abfallstoffe bzw.
Reststoffe oder der thermischen Vorentgiftung spezieller
überwachungsbedürftiger Abfälle dergestalt zu kombinie
ren, daß diese Abfallstoffe, Reststoffe oder überwa
chungsbedürftigen Abfälle zur Erzeugung von für die
Steuerung der Drehrohrverbrennung geeigneten Energieträ
gern eingesetzt werden.
Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren zur
thermischen Steuerung von Drehrohrverbrennungsanlagen,
welches sich dadurch auszeichnet, daß zur Erzeugung von
regelbaren Energieträgern aus beliebigen Stoffen mit
organischer Struktur, insbesondere aus kohlenwasserstoff
haltigen Abfallstoffen, durch eine gezielte thermische
Umwandlung, vorzugsweise durch Pyrolyse bei Temperaturen
zwischen 500 und 1000°C, ein Spaltgas, das nur zu einem
speicherbaren und mit herkömmlichen Aggregaten kompri
mierbaren Brenngas mit Heizwerten zwischen 16 000 und
34 000 kJ/Nm³ aufgearbeitet wird, ölige brennbare Konden
sate und mehr oder weniger brennbare Rückstände erzeugt
werden, die in geschlossenen Kreisläufen zu lagerfähigen
Stoffströmen mit akkumulierten Energieinhalten und unter
Auskoppelung verwertbarer Stoff-Fraktionen aufgearbeitet
werden und die dann einzeln oder gemeinsam zur Ausrege
lung einer umweltverträglichen Drehrohrverbrennung von
energiearmen selbstgängig nicht brennbaren überwachungs
bedürftigen Abfallstoffen eingesetzt werden.
Zur erfindungsgemäßen Lösung der Aufgabenstellung können
grundsätzlich drei Ansätze unterschieden werden: Zum
einen können überwachungsbedürftige Abfälle (sogenannte
Sonderabfälle), bei denen die umweltverträgliche Entsor
gung im Vordergrund steht, zur Erzeugung geeigneter
Stützenergien herangezogen werden, wobei die kritischen
Stoffinhalte des Abfallinputs in einem der Abprodukte der
Pyrolyse akkumuliert und danach der Drehrohrverbrennung
in dosierter und prozeßverträglicher Konzentration aufge
geben werden können.
Zum anderen können überwachungsbedürftige Abfälle zur
Erzeugung geeigneter Stützenergien herangezogen werden,
bei denen mit der thermischen Spaltung unter Ausschluß
von Luftsauerstoff gleichzeitig eine Vorentgiftung
erreicht wird, die auch insbesondere durch die spezielle
Nachbehandlung der Spaltgase das Erreichen einer
möglichst emissionsarmen Drehrohrverbrennung nachhaltig
unterstützt.
Desweiteren können Abfälle jeglicher Art zur Erzeugung
geeigneter Stützenergien eingesetzt werden und dies
gekoppelt mit Stoffrecycling-Schwerpunkten, indem Me
talle, Pyrolysekoksfraktionen, besondere Salzarten und
auch gefragte Fraktionen der organischen Kondensate
ausgeschleust und verwertet werden.
Besonders bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsge
mäßen Verfahrens zeichnen sich dadurch aus, daß
- - feste energiereiche Abfallstoffe aus der Gruppe überwachungsbedürftiger Abfälle eingesetzt werden,
- - kunststoffhaltige Reststoffe- bzw. Abfallsorten, wie beispielsweise Leiterplatten- und Elektronikabfälle oder metallhaltige kaschierte Verpackungsabfälle oder Autoshredderabfälle, unter Beachtung besonders spezifischer Recyclingschwerpunkte, wie beispiels weise dem gleichzeitigen Ziel der Metallrückgewin nung, eingesetzt werden,
- - Abfallstoffe eingesetzt werden, deren umweltgerechte Beseitigung durch Verbrennen aufgrund von Beimengun gen an bekannten Prekursoren für die Bildung von ha logenierten Dibenzodioxinen und Dibenzofuranen als besonders kritisch angesehen wird, wie beispielswei se von Abfallstoffen mit Beimengungen an halogenier ten Bi- und Terphenylen, halogenierten Phenolen, ha logenierten Diphenyläthern oder ähnlichen Verbin dungen, wobei die Pyrolyse gleichzeitig als Stufe zur Minimierung der Prekursoren-Konzentrationen und die gezielte Gasreinigung durch Quenchen und Kon densationswäsche als Senke für die Abscheidung von Resten halogenierter Dibenzodioxine und Diben zofurane dient,
- - das Brenngas sowohl für die Ausregelung der Dreh rohrverbrennung als auch zur Wärmebedarfsdeckung der thermischen Spaltung, vorzugsweise für die indirekte Beheizung der Pyrolyse, geeignet ist, für letztere Verwendung unter der Maßgabe, daß die heißen Rauch gase aus der indirekten Pyrolysebeheizung entweder direkt oder nach Wärmenutzung oder auch im gemisch ten Betrieb zur Ausregelung einer NOx-armen Verbren nung bei den Stützbrennern der Nachbrennkammer des Drehrohrsystems verwendet oder dem Rauchgasstrom des Verbrennungssystems an geeigneter Stelle zugeführt werden, so daß von dem kombinierten Gesamtsystem der Abfalldrehrohrverbrennung einschließlich dem Vor schaltverfahren zur Erzeugung regelbarer Energieträ ger, Rauchgas nur an einer kontinuierlich regi striert kontrollierten Stelle emittiert wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird anhand der nachfol
genden Ausführungsbeispiele näher beschrieben.
Parallel zum Drehrohrofen wird eine Drehrohr-Pyrolyse
betrieben. Kohlenwasserstoff- und/oder kohlenhydrathalti
ge Abfälle, Reststoffe, Sonderabfälle oder Stoffe mit
noch anderer organischer Struktur oder sonstige organi
sche Stoffe werden in der Pyrolyse-Trommel bei Temperatu
ren um 650°C verschwelt. Aus dem dabei entstehenden
Pyrolysegas werden in einer mehrstufigen Reinigung ein
stapelbares und mit herkömmlichen Aggregaten komprimier
bares Reingas erzeugt und organische Kondensate isoliert.
Das Öl kann, sofern eine Kontaminierung mit z. B. halo
genorganischen Verbindungen vorliegt, in einem gesonder
ten Aufarbeitungsschritt dekontaminiert werden. Die Öle
können bis zu einer energetischen Verwendung sowohl
kontaminiert als auch dekontaminiert zwischengelagert
werden. Die festen Reststoffe werden kaskadenartig aufbe
reitet. Hierbei werden Wertstoffe, wie z. B. Metalle,
aber auch Inerte abgetrennt und der Koksstaub bei ausrei
chendem Kohlenstoffgehalt über eine Staubfeuerung dem
Drehrohrofen
aufgegeben oder aber als Energieträger aus dem Pro
zeß ausgekoppelt und anderweitig verwendet. Feste
Rückstände aus dem Pyrolyse-Prozeß, die weder als
Wertstoffe verwertet noch als Inertstoffe deponiert
werden können, werden zusammen mit den festen Son
derabfällen der Drehrohrverbrennung zugeführt.
Der Wärmebedarf für die indirekte Beheizung des Pyro
lyse-Drehrohres wird durch Verbrennen des gereinigten
Spaltgases gedeckt. Die heißen Rauchgase aus dieser Py
rolyssebeheizung mit Temperaturen von ca. 700°C fallen
in emissionsgerechter Reinheit an und werden entweder
direkt oder nach Wärmenutzung zur Ausregelung einer
NOx-armen Verbrennung im Strömungsfeld der Stützbrenner
der Nachbrennkammer des Drehrohrofens aufgegeben.
Es werden kunststoffhaltige Reststoffe- bzw. Abfälle,
wie Leiterplattenabfälle, für die Erzeugung geeigneter
Stützenergieträger pyrolisiert. Nach Reinigung des
durch thermische Spaltung unter Ausschluß von Luft
sauerstoff erzeugten Spaltgases stehen ca. 18 bis 30%
des Inputs als gereinigtes Brenngas zur Verfügung. Als
Produkt der Gasreinigung werden ca. 12 bis 25% orga
nische Kondensate isoliert. Der kohlenstoffhaltige Py
rolyserückstand beträgt ca. 48 bis 55% des Inputs und
enthält ca. 15 bis 20% metallische Beimengungen. Nach
Abtrennung der Metalle, die hierbei in 85 bis 97%iger
Reinheit anfallen, enthält der Restkoks im Mittel noch
ca. 5% Kupfer und ca. 2% Antimon. Leiterplattenma
terialien werden mit Hilfe bromierter Flammhemmer und
Antimontrioxid schwerentflammbar ausgerüstet. Das Brom
wird während der pyrolytischen Behandlung als Halogen
wasserstoff abgespalten und in der Spaltgasreinigung
als Salz abgeschieden. Der Restkoks, mit Heizwerten
zwischen 23 000 und 30 000 kJ/kg, eignet sich staub
förmig zur Aufgabe über einen Stirnwandstaubbrenner als
Stützbrennstoff für den Drehrohrofen, ist aber auch
aufarbeitungswürdig für Verwendungen, wie beispiels
weise den Einsatz als Elektrodenkoks.
Es werden Abfallstoffe eingesetzt, deren umweltgerechte
Beseitigung durch Verbrennen aufgrund von Beimengungen
an bekannten Prekursoren für die Bildung von haloge
nierten Dibenzodioxinen und Dibenzofuranen als beson
ders kritisch angesehen werden, wie beispielsweise ha
logenierte Bi- und Terphenyle, halogenierte Phenole,
halogenierte Diphenlyäther oder ähnliche Verbindungen
als Bestandteil von Schmier- und Hydraulikölen oder als
Weichmacher von Kunststoffen oder als Dielektrikum ne
ben organischen und metallischen Feststoffen in elek
trischen Bauteilen u. a. m. Die Pyrolyse als Verfahren,
bei dem neben der Spaltung der organischen Struktur
auch Dehydrohalogenierungsreaktionen ablaufen, mini
miert gleichzeitig die Prekursoren-Konzentrationen,
während die Gasreinigung in Form einer speziellen mehr
stufigen Kondensationswäsche als Senke für die Abschei
dung von Resten halogenierter Dibenzodioxine und Diben
zofurane wirkt. Wechselnde Halogengehalte des Pyrolyse
inputs bis zu ca. 10% Chlor sind ohne nachhaltigen
Einfluß auf den Resthalogengehalt der aus dem Spaltgas
isolierten organischen Kondensate. In der Regel ent
halten die organischen Kondensate noch ca. 0,1% orga
nisch gebundenes Chlor, wovon Konzentrationen im zwei
stelligen ppm-Bereich von beispielsweise Restgehalten
an polyhalogenierten Diphenylen und Konzentrationen im
zweistelligen ppb-Bereich von halogenierten Dibenzodi
oxinen und Dibenzofuranen beansprucht sein können. Für
die weitere Verwendung der in genannter Größenordnung
kontaminierten organischen Kondensate als fluider Ener
gieträger oder auch für die stoffliche Verwertung wer
den sie in einer Sumpfphasen-Dehalogenierung nachbe
handelt, wobei oben genannte Verbindungen bis unter
Nachweisgrenze abgebaut werden. Die Qualität der aus
den Spaltgasen durch Kondensations-Reinigung erzeugten
Brenngase schwankt nur in engen Grenzen und ist weit
gehend unabhängig von der Art des Input, da es nach der
Gasreinigung etwa nur aus den bei 20°C permanent gas
förmigen Spaltprodukten besteht.
Claims (5)
1. Verfahren zur thermischen Steuerung von Drehrohr
verbrennungsanlagen, dadurch gekennzeichnet, daß
zur Erzeugung von regelbaren Energieträgern aus
beliebigen Stoffen-mit organischer Struktur, insbe
sondere aus kohlenwasserstoffhaltigen Abfallstoffen,
durch eine gezielte thermische Umwandlung, vorzugs
weise durch Pyrolyse bei Temperaturen zwischen 500
und 1000°C, ein Spaltgas, das nur zu einem spei
cherbaren und mit herkömmlichen Aggregaten kompri
mierbaren Brenngas mit Heizwerten zwischen 16 000
und 34 000 kJ/Nm³ aufgearbeitet wird, ölige brenn
bare Kondensate und mehr oder weniger brennbare
Rückstände erzeugt werden, die in geschlossenen
Kreisläufen zu lagerfähigen Stoffströmen mit akkumu
lierten Energieinhalten und unter Auskoppelung ver
wertbarer Stoff-Fraktionen aufgearbeitet werden und
die dann einzeln oder gemeinsam zur Ausregelung
einer umweltverträglichen Drehrohrverbrennung von
energiearmen selbstgängig nicht brennbaren überwa
chungsbedürftigen Abfallstoffen eingesetzt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet
daß feste energiereiche Abfallstoffe aus der Gruppe
überwachungsbedürftiger Abfälle eingesetzt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß kunststoffhaltige Reststoffe- bzw. Abfallsorten,
wie beispielsweise Leiterplatten- und Elektronikab
fälle oder nietallhaltige kaschierte Verpackungsab
fälle oder Autoshredderabfälle, unter Beachtung be
sonders spezifischer Recyclingschwerpunkte, wie bei
spielsweise dem gleichzeitigen Ziel der Metallrück
gewinnung, eingesetzt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß Abfallstoffe eingesetzt werden, deren umweltge
rechte Beseitigung durch Verbrennen aufgrund von
Beimengungen an bekannten- Prekursoren für die Bil
dung von halogenierten Dibenzodioxinen und Dibenzo
furanen als besonders kritisch angesehen wird, wie
beispielsweise von Abfallstoffen mit Beimengungen
an halogenierten Bi- und Terphenylen, halogenierten
Phenolen, halogenierten Diphenyläthern oder ähnli
chen Verbindungen, wobei die Pyrolyse gleichzeitig
als Stufe zur Minimierung der Prekursoren-Konzen
trationen und die gezielte Gasreinigung durch Quen
schen und Kondensationswäsche als Senke für die Ab
scheidung von Resten halogenierter Dibenzodioxine
und Dibenzofurane dient.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Brenngas sowohl für die Ausregelung der
Drehrohrverbrennung, als auch zur Wärmebedarfsdec
kung der thermischen Spaltung, vorzugsweise für
die indirekte Beheizung der Pyrolyse, geeignet ist,
für letztere Verwendung unter der Maßgabe, daß die
heißen Rauchgase aus der indirekten Pyrolysebehei
zung entweder direkt oder nach Wärmenutzung oder
auch im gemischten Betrieb zur Ausregelung einer
NOx-armen Verbrennung bei den Stützbrennern der
Nachbrennkammer des Drehrohrsystems verwendet oder
dem Rauchgasstrom des Verbrennungssystems an ge
eigneter Stelle zugeführt werden, so daß von dem
kombinierten Gesamtsystem der Abfalldrehrohrver
brennung, einschließlich dem Vorschaltverfahren
zur Erzeugung regelbarer Energieträger, Rauchgas
nur an einer kontinuierlich registriert kontrol
lierten Stelle emittiert wird.
Priority Applications (1)
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