DE4333082A1 - Verfahren zur Gewinnung von Heizgas aus Müll und aufgelassenen Kohleminen - Google Patents
Verfahren zur Gewinnung von Heizgas aus Müll und aufgelassenen KohleminenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von
Heizgas aus Müll und aufgelassenen Kohleminen sowie eine
Schleusenvorrichtung, insbesondere zur Durchführung des
Verfahrens.
Den heutzutage immer größer werdenden Mengen an Müll, ins
besondere Haushaltsmüll bestehend aus zumeist organischem
oder Kunststoffmüll, wird im Rahmen der Entsorgung in der
Regel dadurch begegnet, daß der Müll entweder in
Müllverbrennungsanlagen energiegewinnend verheizt wird,
oder aber, daß der Müll einfach auf Halde liegt oder unter
Tage verbracht wird. Dabei wird der Müll häufig in nicht
mehr gebrauchten Abraumminen oder -stollen, deren
Aufnahmekapazität entsprechend groß ist, verbracht, wo er
eingelagert wird. In den Minen, insbesondere in Kohlemine,
befinden sich jedoch häufig noch Restmengen an Abbaugut,
also beispielsweise Kohle oder Kohlenstaub, der neben dem
ebenfalls in gewissem Maße als Energieträger dienenden Müll
ungenutzt verbleibt.
Der Erfindung liegt somit das Problem zugrunde, ein Verfah
ren zu schaffen, bei welchem aus einer Verarbeitung von
Müll und noch vorhandenem, restlichem Abbaugut ein Energie
träger als Verarbeitungsprodukt erhalten werden kann.
Zur Lösung der Aufgabe ist bei einem Verfahren mit den oben
genannten Merkmalen erfindungsgemäß vorgesehen, daß der
Müll in eine mittels einer Schleusenvorrichtung im wesent
lichen dicht verschließbare, als Reaktionsraum dienende
Kohlemine verbracht wird, wo eine Verarbeitung des Mülls
durch eine durch Aktivierung eingeleitete Reaktion des
Mülls mit Kohle und/oder Kohlenstaub der Kohlemine und
Wasser unter Bildung von Heizgas erfolgt. Bei einer derar
tigen Reaktion wird somit vorteilhaft zum einen der in Men
gen anfallende Müll, der sonst unverarbeitet auf Halde lie
gen würde, verarbeitet, zum anderen kann die Kohlemine noch
weitergehend abgebaut und ausgebeutet werden, so daß bisher
ungenutzte bzw. nicht benutzbare Energiequellen noch weit
ergehend verbraucht werden können. Neben der reinen
Entsorgung des Mülls entsteht mit besonderem Vorteil durch
die Reaktion ein hochwertiges Heizgas, nämlich Kohlen
wasserstoffgas, das zur Verbrennung in Haushalten,
Kraftwerken oder dergleichen verwendet werden kann.
Um die Effizienz sowohl der Reaktion als auch der Ausbeute
zu erhöhen, kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dem Müll
brenn- und/oder sprengbare Materialen, insbesondere Altrei
fen und/oder Sprengstoff, insbesondere zu entsorgenden
Sprengstoff und/oder Munition, zuzufügen, so daß die Verar
beitung aufgrund der Brenn- bzw. Sprengbarkeit der Materia
lien noch effizienter wird, darüberhinaus können so wei
tere, sonst speziell zu entsorgende Materialien einfachst
mit entsorgt werden.
Da es bei derartigen Kohleminen nicht unbedingt gewährlei
stet ist, daß das zur Reaktion nötige Wasser in ausreichen
den Mengen zur Verfügung steht, kann im Rahmen der Erfin
dung ferner vorgesehen sein, daß Wasser in die Kohlemine
insbesondere durch eine Hochdruckleitung gepumpt wird, fer
ner kann in einem weiteren Verfahrens schritt erfindungsge
mäß vorgesehen sein, daß die Kohlemine, die als Reaktions
raum dient, vor der Aktivierung der Reaktion weitestgehend
luftleer gepumpt wird, was insbesondere zur Minimierung der
bei der Reaktion gebildeten Schadstoffen, beispielsweise
NOx-Gasen oder Kohlenstoff-Sauerstoff-Verbindungen dient.
Um eine effiziente und sofortige Reaktion des Mülls mit der
Kohle und dem Wasser einleiten zu können, kann in Weiter
bildung der Erfindung vorgesehen sein, daß die Aktivierung
der Reaktion durch Zündung wenigstens einer in die Kohle
mine eingebrachten Zünd- oder Sprengladung, insbesondere
einer Thermalsprengladung erfolgt, wodurch sich infolge der
Sprengkraft der Zündladung, wenn diese in ausreichender
Menge in den Reaktionsraum eingebracht ist, sich vorteil
haft die für die Reaktion nötigen Druck- und Temperaturver
hältnisse einstellen lassen, wobei im Hinblick darauf die
Zündung erfindungsgemäß ferngesteuert erfolgt. Um zu ge
währleisten, daß nach einer erfolgten Zündung, bei der
möglicherweise die erforderlichen Druck- und Temperaturver
hältnisse noch nicht erreicht wurden oder bei der abhängig
von der eingebrachten Menge an Müll zumeist nicht alles
umgesetzt und verarbeitet werden konnte, eine nachfolgende
Zündung erfolgen kann, ohne daß sich die mit der Er
stzündung hervorgerufenen Druck- und Temperaturverhältnisse
merklich bis zum Zeitpunkt der nachfolgenden Zündung verän
dern, kann in Weiterbildung des Erfindungsgedankens vorge
sehen sein, daß die brenn- und/oder sprengbaren Materialien
und/oder die Zünd- oder Sprengladungen nach Beginn der
Reaktion kontinuierlich zugefügt werden, so daß durch mit
besonderem Vorteil ein kontinuierliches, mit einem be
stimmten Zeitversatz gesteuertes Zünden möglich ist, bis
der eingebrachte Müll weitestgehend verarbeitet ist.
Das im Rahmen der Reaktion gebildete Heizgas, also das
Kohlenwasserstoffgas, welches in der Regel ein Mischgas
bestehend aus verschiedenen Kohlenwasserstoff-Verbindungen
(z. B. CH4, C2H6, . . . CnH2n+2), gegebenenfalls H2, und
Schadstoffgasen ist, kann erfindungsgemäß über ein
Entnahmeventil abgezogen werden, wobei sich dem Ent
nahmeschritt ein Reinigungsschritt zum Entfernen von Schad
stoffgasen wie z. B. NOx-Gasen, CO und CO2 oder Halogen
verbindungen aus dem Heizgas, die im Rahmen der Reaktion
infolge der Müllbestandteile gebildet werden können, an
schließt.
Um die Kohlemine entsprechend abdichten zu können, damit
zum einen im Inneren des Reaktionsraums die eingestellten
Verhältnisse aufrecht erhalten werden können, zum anderen,
damit eine Gefährdung der Außenwelt ausgeschlossen ist,
beispielsweise durch die bei Zündung entstehende Druck
welle, die Hitze oder entstehende Schadstoffgase, sieht die
Erfindung ferner eine Schleusenvorrichtung, insbesondere
zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens vor, bei der
in einem in einem im Bereich des Mineneingangs angeordneten
Stahlbetonkern gebildeten Schleusenschacht wenigstens ein
im wesentlichen kegelförmiges, über einen Öffnungs- und
Schließmechanismus betätigbares Schleusenelement angeordnet
ist, das zur Abdichtung an einem an der Kegelmantelfläche
angreifenden Widerlager aufgelagert ist. Mit besonderem
Vorteil läßt sich mit einer derartigen Schleusenvorrich
tung, die in dem Stahlbetonkern, der über dem Eingang zum
neuen Minenschacht entsprechend verankert ist, angeordnet
ist, eine ausreichende Abdichtung des Reaktionsraums errei
chen. Dafür kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, daß we
nigstens der mit dem Reaktionsraum in Verbindung stehende
Bereich der Außenfläche des Schließelementes mit einer wär
mebeständigen Beschichtung, insbesondere einer Keramikbe
schichtung versehen ist, um so den entstehenden Temperatu
ren standhalten zu können.
Um an den an den Widerlagern angreifenden Bereichen eine
ausreichende Abdichtung zu ermöglichen, kann in weiterer
Ausbildung des Erfindungsgedankens ferner vorgesehen sein,
daß wenigstens der an dem Widerlager aufgelagerte Bereich
der Außenfläche des Schließelementes und/oder die Auflager
fläche des Widerlagers mit einer wärmebeständigen Be
schichtung, insbesondere aus Teflon, versehen ist, wobei
dies, wenn erfindungsgemäß zwei übereinander und voneinan
der beabstandet angeordnete, eine Schleusenkammer zwischen
sah bildende Schließelemente angeordnet sind, für beide
Schließelemente gilt. Mit einer derartigen Doppelanordnung
der Schließelemente läßt sich somit mit besonderem Vorteil
für eine noch weitergehende Abdichtung und Absicherung sor
gen.
Um nun das entstehende Heizgas aus dem Reaktionsraum nach
außen abführen zu können, kann die Erfindung ferner vorse
hen, daß in dem Stahlbetonkern wenigstens eine Entnahmelei
tung für das gebildete Heizgas angeordnet ist, die über ein
Entnahmeventil mit dem Reaktionsraum in Verbindung steht,
wobei in weiterer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens zur
Einbringung des zur Reaktion nötigen Wassers eine in dem
Stahlbetonkern angeordnete, über ein Zuleitungsventil betä
tigbare Zuleitung in den Reaktionsraum vorgesehen ist. Fer
ner kann erfindungsgemäß in dem Schleusenschacht wenigstens
eine Einrichtung zum Einbringen der Zünd- oder Sprengladung
und/oder des Mülls in den Reaktionsraum angeordnet sein,
wobei die Einrichtung erfindungsgemäß eine Winde ist. Um
nach erfolgter Zündung mögliche, in der Schleusenkammer
entstehende Drucküberhöhungen ausgleichen zu können, kann
in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, in
dem Stahlbetonkern wenigstens eine über ein Ventil mit der
Schleusenkammer kommunizierende Druckentlastungsleitung an
zuordnen, wobei ferner erfindungsgemäß in dem Stahlbeton
kern wenigstens eine über ein Ventil betätigbare Zuleitung
für Kühlflüssigkeit in die Schleusenkammer angeordnet ist,
um so zumindest das untere, näher am Reaktionsraum angeord
nete Schließelement kühlen zu können.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung
ergeben sich anhand des im folgenden beschriebenen Ausfüh
rungsbeispiels sowie aus den Zeichnungen. Dabei zeigen
Fig. 1 ein Ablaufdiagramm der einzelnen Verfahrens
schritte, und
Fig. 2 eine Schnittansicht durch die Schleusenvorrich
tung.
Wie aus Fig. 1 zu entnehmen ist als erster Verfahrens
schritt die Einbringung des Mülls in die Kohlemine 1 vor
gesehen. Bei dem Müll handelt es sich um organischen oder
Kunststoffmüll, nicht brennbare Müllbestandteile, wie bei
spielsweise Metalle oder Schutt sind vorher auszusondern.
Dem Müll werden weitere brenn- und/oder sprengbare Materia
lien 2 zugegeben, bei denen es sich beispielsweise um Alt
reifen und Altmunition, die zu entsorgen ist, handelt.
Nachfolgend wird zur Erhöhung des Feuchtigkeitsgehaltes im
Reaktionsraum für die Reaktion nötiges Wasser 3 zugegeben.
Um die Reaktion einleiten zu können, wird in einem
Verfahrensschritt 4 eine Zünd- oder Sprengladung in den Re
aktionsraum eingebracht, die, nachdem im Schritt 5 die Luft
im Reaktionsraum weitestgehend abgepumpt worden ist, im
Verfahrensschritt 6 ferngesteuert gezündet wird. Daran an
schließend kann sich entweder sofort die Entnahme des ge
bildeten Reaktionsgases 7a, bestehend aus einem hochwerti
gen Heizgas, welches mit Schadstoffgasen verunreinigt sein
kann, anschließt, wobei das Heizgas nachfolgend in einem
Schritt 8a von den Schadstoffgasen gereinigt wird. Alterna
tiv dazu kann dem Schritt 6 ein Verfahrensschritt 9 an
schließen, in welchem weitere brenn- und/oder sprengbare
Materialien oder weitere Sprengladungen eingebracht werden,
so daß ein kontinuierliches Zünden im Reaktionsraum möglich
ist, vor allem dann, wenn die eingebrachte Müllmenge derart
groß ist, daß sie nach einmaliger Zündung nicht verarbeitet
werden kann. An den Verfahrensschritt 9, der beliebig oft
wiederholt werden kann, schließt sich dann im Verfahrens
schritt 7b die Entnahme und im Verfahrens schritt 8b die
Reinigung des Heizgases an, wonach wiederum zu verarbeiten
der Müll 1 eingebracht wird.
Fig. 2 zeigt eine Schleusenvorrichtung 11, bestehend aus
einem im Erdreich 12 fest verankerten, oberhalb des Minen
schachtes angebrachten Stahlbetonkern 13, in welchem ein
Schleusenschacht 14 ausgebildet ist, in dem zwei Schleusen
elemente 15, 16 angeordnet sind. Beide Schleusenelemente
15, 16 sind im wesentlichen kegelförmiger Gestalt und kön
nen mittels nicht dargestellter Öffnungs- und Schließmecha
nismen bewegt werden. Um eine ausreichende Abdichtung des
Reaktionsraumes 17 bei Reaktion zu gewährleisten, sind an
der Innenwandung des Schleusenschachtes 14 ringförmig um
lauf ende Widerlager 18, 19 angeordnet, an welchen die Man
telflächen 20, 21 der jeweiligen Schleusenelemente 15, 16
in geschlossener Stellung anliegt. Um eine ausreichende Ab
dichtung des anliegenden Bereiches gewährleisten zu können,
sind die Widerlager 18, 19 mit einer wärmebeständigen Be
schichtung 22, 23 beschichtet, wofür Teflon ein geeigneter
Werkstoffist. Damit insbesondere das am Reaktionsraum 17
anschließende Schleusenelement 16 den herrschenden Tempera
turverhältnissen im Reaktionsraum, die durch Zünden einer
Sprengladung 24 erzielt werden, standhalten kann, ist die
mit dem Reaktionsraum 17 in Verbindung stehende Unterseite
des Schleusenelementes 16 mit einer hitzebeständigen Be
schichtung 25 insbesondere aus Keramik versehen. Zur Ein
bringung der Sprengladung 24 ist eine Einrichtung 26 in
Form einer Winde in der Schleusenkammer angeordnet, über
welche auch im Reaktionsraum 17 befindlicher und bei durch
Zündung der Sprengladung 24 aktivierter Reaktion umgesetz
ter Müll 27 eingebracht werden kann. Durch die Zündung der
Sprengladung 24 setzt eine Reaktion zwischen dem Müll 27,
restlicher, im Reaktionsraum noch vorhandener Kohle bzw.
Kohlenstaub 28 und Restwasser ein, wobei als Re
aktionsprodukt ein hochwertiges Heizgas entsteht. Um für
einen ausreichenden Feuchtegehalt, der für die Reaktion nö
tig ist, im Reaktionsraum sorgen zu können, ist im Stahlbe
tonkern 13 eine Zuleitung 29 vorgesehen, durch welche, über
ein nicht dargestelltes Zuleitungsventil gesteuert, Reakti
onswasser eingebracht werden kann. Das bei der Reaktion
entstehende Heizgas wird über eine Entnahmeleitung 30, der
ebenfalls ein nicht dargestelltes Entnahmeventil zugeordnet
ist, abgezogen. Werden nach erfolgter Zündung der Sprengla
dung 24 weitere Sprengladungen oder brenn- oder sprengbare
Materialien oder Müll mittels der Winde 26 eingebracht,
kann sich in der zwischen dem Schleusenelementen 15, 16 ge
bildeten Schleusenkammer 31 der Druck und die Temperatur
erhöhen, da zum Einbringen das untere Schleusenelement 16
kurzzeitig geöffnet werden muß. Um die Druckerhöhung in der
Schleusenkammer ausgleichen zu können, ist im Stahlbeton
kern 13 ferner eine Druckentlastungs-Leitung 32 angeordnet,
darüberhinaus kann eine Zuleitung 33 zum Einbringen von
Kühlflüssigkeit 34 in die Schleusenkammer 30 vorgesehen
sein, so daß eine Kühlung der Mantelfläche 21 des unteren
Schleusenelementes 16 möglich ist. Beide Leitungen 32, 33
werden wiederum über nicht dargestellte Ventile gesteuert.
Claims (20)
1. Verfahren zur Gewinnung von Heizgas aus Müll und auf
gelassenen Kohleminen, dadurch gekennzeichnet, daß
der Müll in eine mittels einer Schleusenvorrichtung im
wesentlichen dicht verschließbare, als Reaktionsraum
dienende Kohlemine verbracht wird, wo eine Verar
beitung des Mülls durch eine durch Aktivierung ein
geleitete Reaktion des Mülls mit Kohle und/oder
Kohlenstaub der Kohlemine und Wassers unter Bildung
von Heizgas erfolgt (1).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
Wasser in die Kohlemine, insbesondere durch eine
Hochdruckleitung gepumpt wird (2).
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich
net, daß dem Müll brenn- und/oder sprengbare Materia
lien, insbesondere Altreifen und/oder Sprengstoff,
insbesondere zu entsorgender Sprengstoff und/oder Mu
nition, zugefügt werden (2).
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß der Reaktionsraum vor Akti
vierung der Reaktion luftleer gepumpt wird (5).
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß die Aktivierung der Reaktion
durch Zünden wenigstens einer in die Kohlemine einge
brachten Zünd- oder Sprengladung, insbesondere einer
Thermalsprengladung, erfolgt (4, 6).
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
die Zündung ferngesteuert erfolgt (6).
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch
gekennzeichnet, daß die brenn- und/oder sprengbaren
Materialien und/oder die Zünd- oder Sprengladung nach
Beginn der Reaktion kontinuierlich zugeführt werden
(9).
8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß das gebildete Heizgas über
eine vorzugsweise mit einem Entnahmeventil versehene
Entnahmeleitung abgezogen wird (7a, 7b).
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß
das Heizgas von Schadstoffgasen gereinigt wird (8a,
8b).
10. Schleusenvorrichtung, insbesondere zur Durchführung
des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch
gekennzeichnet, daß in einem in einem im Bereich des
Mineneingangs angeordneten Stahlbetonkern (13) gebil
deten Schleusenschacht (14) wenigstens ein im wesent
lichen kegelförmiges, über einen Öffnungs- und
Schließmechanismus betätigbares Schleusenelement
(15, 16) angeordnet ist, das zur Abdichtung an einem an
der Kegelmantelfläche (20, 21) angreifenden Widerlager
(18, 19) aufgelagert ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
daß wenigstens der mit dem Reaktionsraum (17) in Ver
bindung stehende Bereich der Außenfläche des Schließe
lementes (16) mit einer wärmebeständigen Beschichtung
(25), insbesondere einer Keramikbeschichtung, versehen
ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekenn
zeichnet, daß wenigstens der an dem Widerlager (18, 19)
aufgelagerte Bereich der Außenfläche (20, 21) des
Schließelementes (15, 16) und/oder die Auflagefläche
des Widerlagers (18, 19) mit einer wärmebeständigen Be
schichtung (22, 23), insbesondere aus Teflon, versehen
ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10-12, gekenn
zeichnet durch zwei übereinander und voneinander be
abstandet angeordnete, eine Schleusenkammer (31) bil
dende Schleusenelemente (15, 16).
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10-13, dadurch
gekennzeichnet, daß in dem Stahlbetonkern (13) we
nigstens eine Entnahmeleitung (30) für das gebildete
Heizgas angeordnet ist, die über ein Entnahmeventil
mit dem Reaktionsraum (17) in Verbindung steht.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10-14, gekenn
zeichnet durch eine in dem Stahlbetonkern (13) ange
ordnete, über ein Zuleitungsventil betätigbare Zulei
tung (29) für in den Reaktionsraum (17) einzubringen
des Wasser.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10-15, dadurch
gekennzeichnet, daß in dem Schleusenschacht (13) we
nigstens eine Einrichtung (26) zum Einbringen der
Zünd- oder Sprengladung (24) und/oder des Mülls (27)
in den Reaktionsraum (17) angeordnet ist.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet,
daß die Einrichtung (26) eine Winde ist.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13-17, dadurch
gekennzeichnet, daß in dem Stahlbetonkern (13) wenig
stens eine über ein Ventil mit der Schleusenkammer
(31) kommunizierende Druckentlastungsleitung (32) an
geordnet ist.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13-18, dadurch
gekennzeichnet, daß in dem Stahlbetonkern (13) wenig
stens eine über ein Ventil betätigbare Zuleitung (33)
für Kühlflüssigkeit (34) in die Schleusenkammer (31)
angeordnet ist.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10-19, gekenn
zeichnet durch die Verwendung zum dichtenden Ver
schließen einer Kohlemine im Rahmen eines Verfahrens
zur Gewinnung von Heizgas aus Müll und aufgelassenen
Kohleminen.
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