DE4333082A1

DE4333082A1 - Verfahren zur Gewinnung von Heizgas aus Müll und aufgelassenen Kohleminen

Info

Publication number: DE4333082A1
Application number: DE4333082A
Authority: DE
Inventors: Heinz Hinterholzinger
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-10-10
Filing date: 1993-09-29
Publication date: 1994-04-14

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 NO_x-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, . . . C_nH_2n+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. NO_x-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

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.