AT398778B - Verfahren zur herstellung eines festen verbrennbaren materials basierend auf festem stadtmüll und/oder industriemüll, der assimilierbar ist an stadtmüll und/oder landwirtschaftsmüll - Google Patents

Description

AT 398 778 B

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Materials, das als Brennstoff für Kraftwerke, in Zementfabriken, etc. verwendet werden kann, basierend auf festem Stadtmüll und festem Industriemüll, der an Stadtmüll assimilierbar ist.

Im Zusammenhang mit dem Bevölkerungswachstum stellt sich in zunehmendem Maß das Problem der 5 Eliminierung aller Arten von Abfallmaterial aus der industriellen Produktion im Bergbau, in der Industrie und auch der Eliminierung von festem Stadtmüll und an Stadtmüll assimilierbarem festen industriemüll; fester Stadtmüll wird auf mindestens 1 kg pro Person/Tag geschätzt. Für Spanien kann diese Menge zu 14x106 t pro Jahr berechnet werden.

Der Mangel an Müllplätzen und die Probleme, die mit diesen verbunden sind, sowie der Mangel an ro Brennstoffen sind zwei Probleme, die sich heute stellen. Um eine annehmbare Lösung für diese Probleme zu bieten, wird vorgeschlagen, festen Stadtmüll und an Stadtmüll assimilierbaren festen Industriemüll, die gemahlen und von Glas, Metallelementen und Feuchtigkeit befreit und thermochemischer Behandlung unterworfen werden, umzuwandeln in ein festes, geformtes Material, das transportiert und gelagert und als Brennstoff in Kraftwerken, in Zementfabriken und dergleichen verwendet werden kann. 75 Es gibt verschiedene Patente, gemäß welchen organische Rückstände pyrolysiert und carbonisierte Produkte gemischt werden, wie die französischen Patente 2376894 und 2369505. Auch das Verbrennen von organischem Material in einer Wirbelschicht ist von NIPPON STEEL CORP. durch das JP-A-53049001 patentiert. Die Verbrennungsprodukte werden polymerisiert und pyrolysiert, unter Zugabe anderer Brennstoffe, mit einem Hiifsbrenner. 20 In einigen Fällen wird Kalkstein als Entschwefelungsmittel und Schlackenentferner zugesetzt, wie im US-Patent 4078914 und US-Patent 4977840, mit Trocknung vor der Pyrolyse bei 116-371 °C. Das wird jedoch nicht angeführt bei Verwendung zur Herstellung von Kompost, weil angenommen wird, daß das nur eine Teillösung ist im U.S.-Patent 4934285.

Die Verwendung von Wasserdampf unter Druck zur Gewinnung der latenten Wärme, um den Müll zu 25 trocknen, um eine Verbrennung ohne Verwendung von weiterem Brennmaterial bei überkritischen Temperaturen und unterkritischen Drücken durchzuführen, wird im US-Patent 4898107 beschrieben.

Es wird auch auf das Verbrennungsverfahren im US-Patent 4882903 US-PS 4867866 oder US-PS 4859177 nicht eingegangen.

In einigen Verfahren, wie in dem des US-Patents 4445906, erfolgt Vortrocknung, die die Feuchtigkeit 30 auf 8-10% reduziert, durch Komprimieren und Brikettieren als ursprünglichen Punkt. Das Schmelzen der erhaltenen Asche wird im US-Patent 4346661 beansprucht, unter Verwendung von Verbrennung auf einem Fließbett bei hohen Temperaturen und Durchgang durch die Asche.

Die Anwendung einer Verminderung des Atmosphärendrucks ermöglicht einen positiven Luftstrom und verhindert Probleme für das Personal. Die Verwendung von Kalkstein als Reiniger von Austrittsgasen wird 35 im Patent DE-A-2846032 angewandt.

Im italienischen Patent 1105230 wird Stadtmüll gepulvert und auf einen vorbestimmten Wert getrocknet, um die Bildung von Pilzen und mögliche Fermentationen zu vermeiden. Spezifische chemische Produkte werden zugesetzt, um die Bildung toxischer Gase bei der späteren Verbrennung des pelletierten Produktes zu vermeiden. 40 Zusammenfassend kann man sagen, daß von etwa 100 früheren Patenten die Mehrzahl auf die direkte Verbrennung von Stadtmüll hinausläuft.

In einigen Fällen werden die Austrittsgase mit Kalkstein gereinigt, hauptsächlich um das SO2 zu eliminieren. In verschiedenen Fällen wird Stadtmüll für die Biokatalyse-Hersteller von Methan und Wasserstoff verwendet. Pyrolyse wird in vielen Fällen angewandt. Das Fließbett und die vorherige Abtrennung von 45 Metallen werden häufig patentiert für die direkte Energieerzeugung in Kesseln ohne andere Behandlung. Vorheriges Trocknen erfolgt durch Brikettieren oder in einer kaum definierten Form in dem erwähnten italienischen Patent.

Die Anmeldung für das französische Patent Nr. 2472.421 beschreibt ein Behandlungsverfahren für Stadtmüll zu künstlichen Zuschlägen. 50 Zu diesem Zweck werden die metallischen Elemente entfernt und in der resultierenden Masse, die 30% Cellulose und Feuchtigkeiten zwischen 20 und 45% haben kann, wird eine Reaktion mit Branntkalk und/oder einem Calciumsalz bei Temperaturen zwischen 2500 C und 450 · C hervorgerufen, so daß ein feinpulveriges Produkt erhalten wird, das durch Pressen nach Zugabe eines Bindemittels, agglomeriert, um Körner zu bilden. Das gleiche FR-Patent Nr. 2472.421 zeigt auch, daß die Körner einer thermischen Behandlung 55 unterworfen werden, abschließend oder anschließend an obige, bei Temperaturen zwischen 150°C und 3500 C, in ausreichender Dauer, daß sie vollständig durcherwärmt werden. Das vorgeschlagene Bindemittel ist eine Mischung von Monocalciumphosphat, Kreide, Harnstoff, Casein, Knochenleim und Polyvinylacetat. Das Patent zeigt, daß Beschickungen, wie Industriemüll, Harze und Silicate eingebracht werden können. Die 2

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Verwendung als verbrennbares Material, wie im vorliegenden Fall, wird jedoch nicht angegeben oder beansprucht.

Wenn verbrennbare Materialien für Kessel verwendet werden, gibt es zahlreiche Patente, die Stadtmüll verwenden, aber in keinem Fall wenden sie Trocknung an, außer im britischen Patent 1597443, in dem nach einer ballistischen Klassifikation, gefolgt von Anfeuchten und Trocknung, Pelletieren mit einem Bindematerial aus Polyethylen und Lignin erfolgt. Im britischen Patent 1604948 gibt es auch eine Abtrennung von Metallen und auch von Kunststoffen und Glas, und die aus der Fermentation erhaltenen Alkohole werden als Brenn- bzw. Treibstoffe verwendet.

Die Methoden nach den oben erklärten Techniken sind nicht ganz zufriedenstellend, insbesondere weil der Verbrauch von Energie zur Eliminierung des Wassers verlorengeht und diese die korrosiven Eigenschaften einiger bei der Verbrennung abgegebener Gase, wie SO2, NOx und HCl, erhöht, während sie sich im vorliegenden Fall mit dem im resultierenden Material enthaltenen Calciumhydroxid vereinigen und die mögliche Korrosion der Heizelemente bei Dampfkesseln vermindert wird und gleichzeitig mögliche kontaminierende aromatische, organische, Biphenol- und chlorierte Verbindungen, wie Furane und Dioxine, abnehmen, wie das in einem Brennstoff für Kraftwerke wünschenswert ist.

Anderseits ist seine biologische Stabilität bedeutend, weil das frühere kontaminierende Potential eliminiert wird und es geruchlos bleibt.

Die vorliegende Erfindung hat zum Ziel, ein Verfahren zu bieten, das erlaubt, daß man ein Material erhält, welches, wie bereits erwähnt, eine optimale Kombination biologischer und physikalisch-chemischer Eigenschaften aufweist, die besonders nützlich sind für seine Verwendung als Brennstoff für Kraftwerke, Zementfabrikation, etc.

Verfahren zur Herstellung eines brennbaren Materials, basierend auf festem Stadtmüll und festem, an Stadtmüll assimilierbarem Industriemüll: Fester Stadtmüll und an Stadtmüll assimilierbarer fester Industriemüll werden gemahlen, ferromagnetische Materialien werden entfernt, dann wird auf kleinere Größe gemahlen, Glas und paramagnetische Materialien werden entfernt, und Branntkalk und Wasserdampf werden unter Verwendung einer Schnecke zugegeben. Es wird zwischen 100°C und 200 °C getrocknet, so daß die maximale Temperatur niedriger ist als der Flammpunkt der verbrennbaren Materialien, die sich in dem Stadtmüll befinden können, insbesondere wenn sie schon teilweise getrocknet sind, d.h. ihr Wassergehalt unter 1% liegt. Die Austrittstemperatur aus dem Trocknungsofen muß nahe dem Siedepunkt von Wasser -100° C - sein, um maximales Ergebnis beim Trocknen bei Normaldruck zu erreichen.

Dieses Material wird erneut vermahlen und kann als Brennstoff in Kraftwerken mit folgenden Vorteilen verwendet werden: Es enthält keine Feuchtigkeit, ist stabil, geruchlos, transportierbar, gibt bei Verbrennung keine oder nur' ein Minimum an toxischen Produkten ab und vermindert die Korrosion im dampferzeugenden System in Kraftwerken. Die aus der Verbrennung erhaltene Asche kann zur Herstellung von Zement (als Rohmaterial), zur Reinigung von Rauch oder als Additiv zu Portlandzement verwendet werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß fester Stadtmüll und fester, an Stadtmüll assimilierbarer Industriemüll, die frei von kontaminierenden metallischen Materialien und Glas sind, mit einem pulverförmigen Mineralmaterial, das Calciumoxid enthält, vermischt werden.

Die so erhaltene Mischung wird mit Wasserdampf bei erhöhten Temperaturen, 100°C - 200*0, behandelt, um die organische Struktur der Materialien zu zerstören, aus denen der feste Stadtmüll und der feste, an Stadtmüll assimilierbare Industriemüil bestehen, Proteine, Fette und hauptsächlich Kohlenhydrate, und um die spätere Formgebung durch Laminierung zwischen Walzen zum Zweck der Erhöhung der Dichte leichter zu machen und um die spätere Trocknung zu erleichtern, die in einem Drehofen mit innerer schraubenförmiger Bahn, die das Weitergehen des Materials innen unterstützt, durchgeführt wird. Das Trocknen erfolgt durch heiße Luft, die frei von CO2 ist und erzeugt in einem Austauscher mit dem Wasserdampf, wodurch die Carbonatation des durch die Reaktion des Wassers mit dem Branntkalk gebildeten Calciumhydroxids vermieden wird und die chemisch-biologischen Eigenschaften des Materials erhalten bleiben.

Gemäß der Grundlage der vorliegenden Erfindung ergibt sich, daß die Kombination der thermischen Behandlung mit Branntkalk, des geformten Materials, das durch Lamination unter Druck aus einer Mischung von gemahlenem Müll mit dem Branntkalk erhalten wird, und von einem zweiten Prozeß der Granulierung des nach der thermischen Behandlung erhaltenen Produktes unter Druck die Eigenschaften verleiht, die für den Transport und die Lagerung erforderlich sind, wie Dichte, Geruchlosigkeit, optimale Größe, keine biologisch abbaubaren Stoffe, etc. Überraschend wurde festgestellt, daß diese Gesamtheit von Operationen ermöglicht, daß ein verbrennbares Produkt erhalten wird, das biologische Inertheit, die Abnahme der Korrosionsmöglichkeiten für Verbrennungsanlagen und eine bedeutende Abnahme bei der Produktion kontaminierender Gase bietet. Aufgrund des Kalkgehalts kann die Asche verwendet werden, um Gase in Reinigungssystemen zu 3

AT 398 778 B eliminieren, als Rohmaterial bei der Herstellung von Zement, mit einer Abnahme des Energieverbrauchs, oder als puzzolanisches Material zur Zugabe zu Portlandzement.

Der Kalk kann auch aus calciniertem Dolomit stammen, d.h. der Gehalt an Magnesiumoxid ist kein besonderes Problem. Sein Prozentsatz wird zwischen 4 und 8% variieren, wobei Gehalte von 5% des Trockenmaterials bevorzugt werden. Daß das Material - Stadtmüll oder an Stadtmüll assimilierbarer Industriemüll - bakteriologisch kontaminiert ist, ist kein Problem bei der Verwendung, weil der Sterilisie-tungsprozeß unter Anwendung von Temperaturen oder Wasserdampf-Druck, die Zugabe von Branntkalk und das spätere Trocknen bei 200 °C die Lebensfähigkeit unterbinden.

Um die Erfindung zu erläutern, wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung eine Beschreibung gegeben für die Durchführung der Behandlung von festem Stadtmüll, festem Industriemüll, der assimilierbar ist zu Stadtmüll und/oder Landwirtschaftsmüll, zur Umwandlung in industriellem Brennstoff oder dergleichen.

In diesem Fall wird die klassische vorherige Behandlung der Zerkleinerung 1 und 2 ausgeführt, Zerkleinerung auf Größen von etwa 10 cm, und magnetische Trennung 3, dann weiteres Mahlen 4 auf Größen von 1 cm. Anschließend an die Abtrennung 5 von Keramikmaterialien, Glas und paramagnetischen Metallen und die Vereinigung mit Branntkalk in einer Schnecke 6 unterliegt das Produkt in der Schnecke der Wirkung von Wasserdampf 7 bei 100 ° C-200 ° C in der gleichen Schnecke, wodurch die Zellmembranen im organischen Teil des Abfalls aufgebrochen und zerstört werden, hauptsächlich der Proteine und Kohlenhydrate, und der Abbau der Zucker und Stärken, die hydrolysieren, einsetzt. Die Schnecke fungiert gleichzeitig als Mischer, Transportvorrichtung und Kompressor.

Dieser Teil des Verfahrens erhöht die Dichte des Materials, was nach der Formung bewirkt, daß die Größe des Trocknungssystems abnimmt, und weiters werden Substanzen mit leichter Bindungs- oder Agglutinierungsfähigkeit gebildet, wie der Schritt von Stärke zu Dextrinen, was den Schritt durch die Laminatoren ohne Verlust der Form ermöglicht. Weiters verursacht die Behandlung mit Wasserdampf bei Drücken von 0,1 - 2 N/mm2 die vollständige Zerstörung von Bakterien, Viren und Pilzen und anderen kontaminierenden Organismen, die im Stadtmüll enthalten sind oder sein können. Der Branntkalk unterstützt diese Aufgabe und verhindert aufgrund des stark basischen pH-Wertes die Möglichkeit, daß der Müll nach der Behandlung als Nahrung für Insekten oder Nagetiere dient. Die Trocknungstemperatur und die niedrige Endfeuchtigkeit tragen zu diesem lebensfeindlichen Prozeß bei.

Danach tritt das Material am Ende der Schnecke ein in eine Reihe von vier Paaren von Walzzylindern 8, die in horizontaler Position sind, mit Abständen von 1,5 cm, 1 cm, 0,5 cm und 0,25 cm, mit der Möglichkeit der Trennung durch Federwirkung, wobei Federn an ihren Achsen senkrecht zur Durchgangsrichtung des Materials angebracht sind, um den Durchgang möglicher voluminöser und nicht komprimierbarer Substanzen zu erlauben. Diese Zylinder fungieren als Formgeber und entfernen überschüssige Feuchtigkeit.

Auf diese Art steigt die Dichte des Mülls von 0,1 g/ml auf 0,4 g/ml und in einigen Fällen auf 1 g/ml, und die Feuchtigkeit nimmt von 30% auf 15% ab, dann geht das Produkt etwa 20 bis 30 Minuten in einen Trockenofen, in axialer Richtung durch besagten Drehrohrofen 9, der mit seiner Drehachse praktisch in horizontaler Position oder mit leichter Neigung in der Vorschubrichtung des Materials in dem Ofen angeordnet ist und innere schraubenförmige Wege hat.

Das Trocknen in dem Ofen erfolgt mit heißer Luft bei Temperaturen von 100°C bis 200 ”C, wobei Carbonatisierung des Kalks und Kombination durch CO2 vermieden wird, und ein Anstieg des Trocknungsergebnisses, da die Produkte der Brennstoffverbrennung, CO2 und H2O, nicht in Kontakt sind und die Luft daher weniger feucht ist. Die heiße Luft wird erreicht in einem Austauscher Restwasserdampf niedriger Enthalpie - Luft, und daher wird Wasserdampf ohne andere mögliche Verwendung aufgrund seiner niedrigen Enthalpie verwendet. Das getrocknete Produkt mit einer Feuchtigkeit von 1% kann unter Verwendung einer Reihe von Walzen 10, die denen vorher ähnlich sind, eckig oder rund geformt werden, wenn es die Schnecke verläßt. Die Formgebung wird durch das vorhandene Calciumhydroxid unterstützt, das als Binder fungiert, gleichzeitig mit den gebildeten Kalkseifen, die die Senkung der Zug-Reibung unterstützen.

Eine andere Variante ist das Formen in Zylindern durch einen Granulator 11, der bei erhöhten Drücken von etwa 600 bar arbeitet. Das geformte Produkt wird unter Dach unbegrenzt gelagert, bis es als Brennstoff verwendet wird. Der obere Heizwert liegt in der Größenordnung von durchschnittlich mehr als 3500 kcal/kg. Dieser Brennstoff kann vorteilhaft verwendet werden, um Wasserdampf zu Heizzwecken oder zur Bewegung von Dampfturbinen zu erzeugen. Verbrennung erfolgt an einem herkömmlichen Wirbelbett, wobei man gute Wärmeleistung erreicht. Weiters kann die gebildete Asche vorteilhaft unter Einsparung an Wärmeenergie verwendet werden, weil sie schon teilweise aktiv ist und weniger Reaktionswärme benötigt, um mit Kalk zu reagieren zur Bildung von Tricalciumsilicaten als Rohmaterial für die Herstellung von Portlandklinker, auch für die Produktion von Calciumsilicat-Steinen und auch als puzzolanisches Additiv, da die Wärme, der sie 4

Claims (4)

1. AT 398 778 B während der Verbrennung und der Formung ausgesetzt war, zusammen mit dem Kalkgehalt, die puzzolani-schen Eigenschaften aktiviert hat. Der hohe Kalkgehalt erlaubt auch partielles Recycling zum Ersatz des ursprünglich zugesetzten Kalks und auch die Verwendung bei der Reinigung von Rauch. Im Falle von Kraftwerken würde sie den SO-Endgehalt im Rauch senken. 5 Nun wird auf eine Reihe von Ausführungsbeispielen der Erfindung Bezug genommen: Beispiel 1: Man erhält ein homogenes Gemisch von Müll mit einem Gewicht von etwa 945 kg und einer Anfangsfeuchtigkeit von etwa 30 Gew.-% (erhalten nach Abtrennung von 45 kg Schrott aus der Ausgangsmasse von 1000 kg Stadtmüll, der direkt aus der Müllsammlung erhalten wurde, und weiteren 45 kg Glas, Ziegel, Fliesen und verschiedener Metalle), dem 25 kg Branntkalk zugesetzt wurden. io Diese Mischung wird mit Luft und/oder Wasserdampf bei 150°C behandelt und danach unter Verwendung eines horizontalen Systems von Formwalzen zu Parallelepipeden oder Zylindern mit ungefähr 1 cm Kante oder Radius x 5 cm Länge geformt. Die Mischung erleidet einen Wasserverlust von 15% während des Trocknens bei 100'C-200°C, wodurch das Gewicht beim Eintritt in den Ofen 795 kg ist. Diese Temperaturen erreicht man durch Durchgang eines heißen Luftstroms, der seinerseits durch 15 Austausch mit Wasserdampf erzeugt wird. Während des 30minütigen Aufenthalts in dem Trocknungsofen werden weitere 14% Wasser verloren, und daher hat das resultierende Produkt eine Masse von ungefähr 655 kg mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 1%. Während der Verbrennung kann dieses Produkt 3895 kcal/kg liefern und etwa 163 kg Asche, die für Puzzolanerde verwendet werden kann, zurücklassen. Dieses Produkt kann für leichteren Transport und 20 Verbrennung unter einem Druck von etwa 600 bar unter Verwendung eines Granulators mit in Reihe angeordneten rotierenden Walzen granuliert werden, um zylindrische Körper mit etwa 8 mm Durchmesser und einer Länge zwischen 10 und 20 mm zu bilden. Es ist auch möglich, ihnen die gewünschte Form zu geben, indem man das getrocknete Material eine Reihe von Zylindern passieren läßt, die das Material in der gewünschten Größe in Parallelepiped- oder 25 zylindrischer Formen ähnlicher Größen wie die beim Eintritt in den Ofen formt. Dieses nach einem der Systeme produzierte Granulat wird bei Temperaturen über 850 · C während mehr als 2 Sekunden und mit mindestens 6% Sauerstoff, um die Bildung von toxischen chlorierten Verbindungen, wie Dioxine oder Furane, zu unterbinden oder sie zu zerstören, in einem Wirbelbett verbrannt, um in einem Kessel Wasserdampf bei Temperaturen zu erzeugen, die geeignet sind, um eine 30 Dampfturbine zu betreiben, die einen Wechselstromgenerator antreibt, um elektrische Energie zu erzeugen. Der Wasserdampf mit weniger Enthalpie wird für die Behandlung und Trocknung recycliert, und die gebildete Asche kann aufgrund des Kalkgehalts auch teilweise wiederverwendet werden, auch als Dekonta-minations- oder Reinigungsmaterial für Verbrennungsgase, wie SO, NOx und Dioxine, und für die früher angegebenen Verwendungszwecke. 35 Beispiel 2: In diesem Fall wurden ausgehend von 1000 kg Stadtmüll mit einer Feuchtigkeit von 25% 58 kg' ferromagnetischer Schrott, 60 kg Glas und 20 kg paramagnetische metallische Materialien, hauptsächlich Kupfer und Aluminium, zusammen mit Porzellan entfernt. 30 kg Branntkalk und 20 kg Wirbelbett-Asche wurden zugesetzt. Nachdem der Formgebungs- und Trocknungsprozeß die Feuchtigkeit auf 0,75% gesenkt hat, was einen Wasserverlust von 249 kg bedeutet, wurden 662,7 kg getrocknete Körner erhalten, die die 40 Möglichkeit zur Erzeugung von 3820 kcal/kg bieten und 167 kg Asche ergeben. Beispiel 3: Es wird ein ähnliches Verfahren eingehalten wie oben im Beispiel 1 und 2. Es geht aus von 1000 kg Stadtmüll, der 35 Gew.-% Feuchtigkeit enthält und einen Gehalt von 6% ferromagnetischem Schrott, 5% Glas und 5% paramagnetischem Schrott, Porzellan, Asche und Steine. Anschließend an die Zugabe von 25 kg Branntkalk und Trocknen des verbleibenden Materials auf 1,5% Feuchtigkeit werden 530 45 kg Granulat erhalten, das 3885 kcal/kg erzeugen kann und nach Verbrennung in einer Wirbelschicht 133 kg Asche hinterläßt. Nachdem nun das Wesen der Erfindung und die praktische Durchführung ausreichend beschrieben wurden, sollte festgehalten werden, daß die beschriebenen und in den beigelegten Zeichnungen angeführten Vorrichtungen im Detail modifiziert werden können, solange ihr Grundprinzip nicht geändert wird. 50 Patentansprüche 5 AT 398 778 B einer Formgebung unterworfen wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Branntkalk auch Magnesiumoxid enthält.
3. 3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an CaO etwa 5% des Trockengewichts des Stadtmülls beträgt.
4. 4. Verfahren nach irgendeinem der genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Ausgangsmaterial aus der Verbrennung in einem Wirbelbett erhaltene Asche zugesetzt wird, um den Anteil des dem Müll zugesetzten Branntkalks zu senken. Hiezu 1 Blatt Zeichnungen 6