DE10140353A1

DE10140353A1 - Verfahren und Anlage der verschmutzungsfreien Aufbereitung von organischen Abfällen

Info

Publication number: DE10140353A1
Application number: DE2001140353
Authority: DE
Inventors: Huang-Chuan Chen
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-08-17
Filing date: 2001-08-17
Publication date: 2003-02-27
Anticipated expiration: 2021-08-18
Also published as: DE10140353B4

Abstract

Es wird ein Verfahren und eine Anlage der verschmutzungsfreien Aufbereitung von organischen Abfällen beschrieben, wobei im Abbauprozess der Abfälle Stahlkugeln geeigneter Menge in den Reaktor gegeben werden, die zusammen mit den zerkleinerten Abfällen geführt werden, wodurch die Wärmeenergie wegen der guten Wärmeleitfähigkeit der Stahlkugeln in die zerkleinerten Abfälle eindringt, der Stoß der Stahlkugeln auf die zerkleinerten Abfälle die Molekülbewegung verstärkt und die Abbaureaktion der Abfälle somit beschleunigt wird, die Masse der Stahlkugeln die Abführung des Kokses beschleunigt, wenn die Stahlkugeln mit dem durch den Abbau erzeugten Koks abgeführt werden, und die Stahlkugeln die an der Abführungsöffnung haftenden Gegenstände entfernen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren der verschmutzungsfreien Aufbereitung von organischen Abfällen, das im Abbauprozess der Abfälle Stahlkugeln geeigneter Menge in den Reaktor gibt, die zusammen mit den zerkleinerten Abfällen gerührt werden, wodurch die Stahlkugeln gleichmäßig in die Abfälle einmischen, so daß die Wärmeleitung erhöht wird. Die Erfindung betrifft auch eine Anlage zur Durchführung dieses Verfahrens.
Die Entwicklung der petrochemischen und der Autoindustrie ist in den vergangenen Jahrzehnten zügig vorangegangen, womit auch Unmengen an Reifen und Plastik verbraucht wurden. Da organische Abfälle durch Bakterien nur sehr schwer zersetzt werden sind solche Abfälle für die Entsorgung auf Mülldeponien sehr ungeeignet. Das Problem der Entsorgung von Abfallreifen und Plastik hat Umweltschutzorganisationen seit langem beschäftigt. Wissenschaftler und Ingenieure haben kontinuierliche Studien und Untersuchungen zur Wiedergewinnung von organischen Abfällen, wie Abfallreifen, angestellt. In der Vergangenheit war die Entsorgung auf Mülldeponien stets die hauptsächliche Entsorgungsmethode. Wegen den beschränkten Landressourcen sind solche Mülldeponien jedoch problematisch. Zudem ist die traditionelle Pyrolyse unbeliebt, da Abfallreifen nicht nur erst mit einer Temjseratur zwischen 800°C und 1000°C thermisch zersetzt werden können, sondern ebenfalls die Reaktionszeit aufwendig und unwirtschaftlich lange ist. Dies führt zwangsläufig zu höheren Betriebskosten solcher Anlagen, während die Sicherheit beim Betrieb jedoch unzureichend ist. Zudem sind aus solchen Pyrolysen erzeugte Kohleprodukte mit niedriger Qualität nur schwer vermarktbar. In den vergangenen paar Jahrzehnten wurden mehr als 36 Pyrolyseprojekte in den Vereinigten Staaten von Amerika entwickelt, und nur ein paar wenige davon sind heute noch in Betrieb.
Statistisch gesehen wurden 1997 nur 0,14% der Abfallreifen mit dem herkömmlichen Pyrolyseverfahren in den Vereinigten Staaten aufbereitet. Die Hauptbestandteile der Reifen sind natürlicher Kautschuk (NR), Synthesekautschuk und Füllstoffe, einschließlich Rußschwarz, Oxidationsschutzmittel und Vulkanisierungsmittel usw. Für den Synthesekautschuk werden für die heutigen Reifen meistens Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR) und Cis-Butadienkautschuk (BR) verwendet. Allgemein sind 65% bis 70% der Außenfläche von Reifen aus SBR hergestellt. Die Elastizität des NR wird bei höheren Temperaturen größer, während der BR einen stabileren und besseren Zustand bewahrt. Daher wird BR für Reifen mit höherer Güte durch NR ersetzt, um diesen mit dem SBR als Hauptbestandteil der Reifen zu mischen.
Die weitverbreitete und auf dem Markt geläufige Pyrolysetechnik wurde während vielen Jahren zur Beseitigung von Abfallreifen angewendet. Unter den Bedingungen der Anaerobik und hohen Temperaturen werden die Kohleverkettungen der organischen Abfälle gespalten und zum Erzeugen von Ressourcen aus Gasöl und Kohle abgebaut. Dieses Verfahren wird als Pyrolyse bezeichnet, das sich von der Verbrennung unterscheidet, bei welcher diese Abfälle vollständig verbrannt werden und dadurch CO₁, H₂O und Ascherückstände entstehen. Die durch die Verbrennung des Rauchgases entstandene Energie kann zum Erzeugen von Dampf und Kraftquellen zurückgewonnen werden. Mit dieser Methode werden die Reifen jedoch nur auf eine negative Art und Weise entsorgt, und organische Abfälle können in keine wertvolle Ressourcen umgewandelt werden. Überdies können das durch die Verbrennung der organischen Abfälle entstandene Abgas und CO₂ schadhafte Auswirkungen auf die Umwelt haben.
Durch die Pyrolyse organischer Abfälle kann gewinnbares Pyrogas, Ölressourcen und Koks erzeugt werden. Für pyrolytische Reaktionen werden organische Abfälle in einen horizontal gelagerten Reaktor gegeben, der zum Zersetzen der Späne der organischen Abfälle in Kohle und Pyrogas kontinuierlich direkt erhitzt wird. Nach der Reaktion wird das Pyrogas zur Gewinnung von Ölressourcen gekühlt, währenddem das Restmaterial zur Erhaltung von Koks gekühlt wird. Durch die Tatsache, daß die Qualität der Ölressource und der molekularen Struktur des zersetzten Stoffs sehr stark von der Temperatur der Pyrolyse abhängt wird Schwefelwasserstoff (H₂S) im Pyrogas durch das Spalten der langen Molekularkette des zersetzten Stoffs erzeugt, um Moleküle des Alkyl-Kohlenwasserstoffs und H₂ zu erhalten. Bei höheren Temperaturen entsteht zwischen dem H₂ und dem Schwefelmolekülen eine Reaktion der Wasserstoffentschwefelung. Je höher die Reaktionstemperatur und je länger die Reaktionszeit sind, desto höher ist normalerweise der Ertrag des Pyrogases und des Pyroöls. Ist die Reaktionstemperatur jedoch zu hoch, kann ein Teil des Öls eine Nebenreaktion durch Hydrospaltung verursachen, was zu einer beträchtlichen Reduzierung des Ölertrags führt. Proportionell wird der Pyrogasgehalt erhöht (der Gehalt an C₃-C₅-Inhaltsstoffen ist höher).
Da die Hitzeleitfähigkeit der Abfallreifen extrem niedrig ist und die organischen Abfälle mit der herkömmlichen Pyrolysemethode in einem horizontal gelagerten Reaktor verarbeitet werden muß dieser Reaktor ständig erhitzt werden, um die Pyrolyse zu beschleunigen, damit der Anteil an organischen und flüchtigen Verbindungen (VOC) in der Kohle reduziert werden kann. Zu hohe Temperaturen bei der Pyrolyse wirken sich jedoch für die Erzeugung von Rußschwarz ungünstig aus. Obwohl mit dem herkömmlichen Pyrolyseverfahren gewinnbares Pyrogas, Ölressourcen und Kohle von organischen Abfällen erhalten werden können erfolgt die Pyrolyse organischer Abfälle kontinuierlich im selben Reaktor bis zum Ende der Reaktion, so daß dabei die Temperatur ansteigt und die Reaktionszeit für jede Ladung an organischen Abfällen länger dauert, was sich auf die Aufbereitung einer jeden solcher Ladung negativ auswirkt. Überdies ist das Pyrolyseverfahren schwierig zu kontrollieren, was ein Gewinnen von Kohle mit guter Qualität erschwert, den Ertrag der Ölressource niedrig hält und Pyrogas mit einem zu hohen Gehalt an Schwefelmolekülen erzeugt, wodurch ein wirksames und nützliches Umwandeln der organischen Abfälle in Ressourcen nahezu verunmöglicht wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anlage der verschmutzungsfreien Aufbereitung von organischen Abfällen zu schaffen, wobei im Abbauprozess der Abfälle Stahlkugeln geeigneter Menge in den Reaktor gegeben werden, die zusammen mit den zerkleinerten Abfällen gerührt werden, wodurch die Wärmeenergie wegen der guten Wärmeleitfähigkeit der Stahlkugeln in die zerkleinerten Abfälle eindringt, der Stoß der Stahlkugeln auf die zerkleinerten Abfälle die Molekülbewegung verstärkt und die Abbaureaktion der Abfälle somit beschleunigt wird, die Masse der Stahlkugeln die Abführung des Kokses beschleunigt, wenn die Stahlkugeln mit dem durch den Abbau erzeugten Koks abgeführt werden, und die Stahlkugeln die an der Abführungsöffnung haftenden Gegenstände entfernen.
Der Erfindung liegt eine weitere Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anlage der verschmutzungsfreien Aufbereitung von organischen Abfällen zu schaffen, wobei sich die obengenannten Stahlkugeln gleichmäßig in den zerkleinerten Abfällen verteilen, wodurch die zerkleinerten Abfälle durch die Stahlkugeln beabstandet werden, so daß das durch den Abbau erzeugte Gas leicht abgeleitet werden kann, weshalb die Qualität der Abbaureaktion erhöht wird.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Flußbild der Erfindung,
Fig. 2 eine schematische Darstellung der Rührbewegung der Stahlkugeln im Reaktor,
Fig. 3 eine schematische Darstellung der ersten Siebmaschine.
In Fig. 1 ist eine Anlage des Abbauprozesses der Erfindung gezeigt, die von einem Reaktor (B) zum Abbau der Abfälle ausgeht. Im Zusammenhang mit der Abbaureaktion sind weiterhin ein Erhitzer (H), ein Trennungsbehälter (C1) für das durch den Abbau erzeugte Ölgas, ein Kondensator (C2), ein Gassammelbehälter (C3), ein primärer Ölbehandlungsbehälter (E 1) für das abgekühlte Ölgas, ein Ölsammelbehälter (E2), ein primärer Koksbehandlungsbehälter (D1) für den durch den Abbau erzeugten Koks, ein sekundärer Koksbehandlungsbehälter (D2), ein Kokskühlbehälter (D3) und eine Zerkleinerungsmaschine (A) zur Zerkleinerung der Abfälle vor dem Abbau vorgesehen. Die obengenannten Bauelemente der Anlage werden durch Rohrleitung miteinander verbunden, um Gas, Öl und Koks, die durch den Abbau erzeugt werden, zu befördern.
Erfindungsgemäß sind dem Reaktor (B) ein primärer Koksbehandlungsbehälter (D1) für den durch den Abbau erzeugten Koks, eine erste Siebmaschine (I), ein magnetischer Trenner (J), ein Kokssammelbehälter (K), eine zweite Siebmaschine (L), ein sekundärer Koksbehandlungsbehälter (D2), ein Kokskühlbehälter (D3), ein Rußsammelbehälter (O), eine Mühle (M) und ein Aktivkohlensammelbehälter (N) nachgeschaltet. Im Abbauprozess werden Stahlkugeln (P) geeigneter Menge in den Reaktor (B) gegeben, wie in Fig. 2 dargestellt ist. Die Stahlkugeln werden durch die Rührbewegung der Rührachse (B3) gleichmäßig in die zerkleinerten Abfälle (S) eingemischt und mit diesen zusammen gerührt. Wegen der guten Wärmeleitfähigkeit der Stahlkugeln (P) dringt die Wärmeenergie der Abbaureaktion in die zerkleinerten Abfälle (S) ein. Der Stoß der Stahlkugeln auf die zerkleinerten Abfälle (S) verstärkt die Molekülbewegung, wodurch die Abbaureaktion der Abfälle beschleunigt wird. Bei der gleichmäßigen Verteilung der Stahlkugeln (P) in den zerkleinerten Abfällen (S) werden die zerkleinerten Abfälle (S) durch die Stahlkugeln (P) beabstandet, wodurch das durch den Abbau erzeugte Gas leicht abgeleitet werden kann, so daß die Qualität der Abbaureaktion erhöht wird. Wenn die Stahlkugeln mit dem durch den Abbau erzeugten Koks abgeführt werden, kann die Masse der Stahlkugeln die Abführung des Kokses beschleunigen. Zudem können die Stahlkugeln die an der Abführungsöffnung haftenden Gegenstände entfernen.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, wenn die Verkokung der zerkleinerten Abfälle im Reaktor (B) 80% erreicht, wird der Koks aus dem Reaktor (B) abgeführt, wobei der abgeführte Kokskuchen Stahlkugeln, Stahldrähte aus den Abfällen, Rohkoks und Koks enthält. Der Kokskuchen wird dem nachgeschalteten primären Koksbehandlungsbehälter (D1) zugeführt, in dem der Koks durch Abkühlung in Form fixiert wird. Anschließend werden die Stahlkugeln und der Rohkoks in der Siebmaschine (I) ausgesiebt und zurück in den Reaktor (B) befördert, wodurch die Stahlkugeln wiederholt benutzt werden können und der Rohkoks weiter abgebaut wird.
Wie aus Fig. 1, 3 ersichtlich ist, umfaßt die erste Siebmaschine (I) aufeinanderliegend einen oberen Rührförderer (I1) und einen unteren Rührförderer (I3), zwischen denen ein Siebnetz (I2) vorgesehen ist, das zum Aussieben der Stahlkugeln (P) und des Rohkokses (S1) mit einem Volumen von 0,5 cm³ dient. Die Stahlkugeln (P) und der Rohkoks (S1) können das Siebnetz nicht durchdringen und bleiben im oberen Rührförderer (I1) zurück. Sie werden sodann in den Reaktor (B) zurückgefördert. Der Koks (S2) mit einem Volumen unter 0,5 cm³ und die Stahldrähte (Q) durchdringen das Siebnetz (12) und fallen in den unteren Rührförderer (13). Sie werden so von dem Rohrkoks (S1) getrennt und in den magnetischen Trenner (J) gesendet, wo die Stahldrähte (Q) angezogen werden und somit von dem Koks (S2) getrennt werden. Der Koks (S2) wird sodann im Kokssammelbehälter (K) gesammelt.
Der so erhaltene Koks wird der zweiten Siebmaschine (L) zugeführt, in der der Koks nach Größe sortiert wird. Der Koks mit kleinerem Volumen wird in den sekundären Koksbehandlungsbehälter (D2) gesendet, wo der Koks erhitzt wird, um den flüchtigen Gehalt zu entfernen. Im nachgeschalteten Kokskühlbehälter (D3) wird Ruß hoher Güte erhalten, der im Rußsammelbehälter (O) gesammelt wird. Der Koks mit größerem Volumen wird in der Mühle (M) zermahlt und als Aktivkohle hergestellt, die im Aktivkohlenbehälter gesammelt wird. Selbstverständlich kann der zermahlte Koks auch in den sekundären Koksbehandlungsbehälter (D2) zurückgefördert werden, um den flüchtigen Gehalt zu entfernen und als Ruß hergestellt zu werden.
Als Wärmequelle für die Abbaureaktion wird die erhitzte Heißluft aus dem Erhitzer verwendet. Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, wird die Luft im Vorheizer (H₁) vorgeheizt und anschließend dem Erhitzer (H) zugeführt. Dort wird die Luft auf 700 J erhitzt und direkt in den Reaktor (B) geleitet, um den Reaktor (B) zu erwärmen. Die Temperatur der aus dem Reaktor abgeführten Luft wird auf ca. 500 J reduziert. Diese Heißluft kann in den sekundären Koksbehandlungsbehälter. (D2) weitergeleitet und als Wärmequlle verwendet werden. Die Temperatur der aus dem sekundären Koksbehandlungsbehälter (D2) abgeführten Luft wird auf ca. 400 J reduziert. Diese Heißluft kann in den Vorheizer (H1) zurückgesendet und als Wärmequlle für die dem Vorheizer (H1) zugeführte Luft verwendet werden. Danach wird sie abgeleitet.
Das durch die Abbaureaktion erzeugte Ölgas im Reaktor (B) wird in den Trennungsbehälter (C1) geleitet, wo der Ölschlamm abgeschieden wird. Vom dem Trennungsbehälter (C1) wird das Ölgas in den Kondensator (C2) weitergeleitet, wo das Ölgas durch Kondensation in Öl und Gas getrennt werden. Das Abbaugas, das nicht kondensiert werden kann, wird im Gassammelbehälter (C3) gespeichert, um es in den Erhitzer (H) zu leiten und dort als Brenngas zu verwenden. Das schwefelhaltige Abgas wird im Abgasbrenner (C4) entschwefelt und dann abgeleitet. Das durch Kondensation erhaltene Öl im Kondensator (C2) wird dem primären Ölbehandlungsbehälter (E1) zugeführt, wo es stabilisiert wird. Danach wird das Öl in den Ölsammelbehälter (E2) gesendet und dort gespeichert, wobei ein Teil des Öls für die Anzündung in den Erhitzer (H) geleitet werden kann.
Zusammenfassend ist festzustellen, daß die Erfindung im Abbauprozess der Abfälle Stahlkugeln geeigneter Menge in den Reaktor gibt, die zusammen mit den zerkleinerten Abfällen gerührt werden, wodurch die Stahlkugeln gleichmäßig in die Abfälle einmischen, so daß die Wärmeleitung erhöht wird.

Claims

1. Verfahren der verschmutzungsfreien Aufbereitung von organischen Abfällen, dadurch gekennzeichnet, daß im Abbauprozess der Abfälle Stahlkugeln geeigneter Menge in den Reaktor gegeben werden, die zusammen mit den zerkleinerten Abfällen gerührt werden, wodurch die Wärmeenergie wegen der guten Wärmeleitfähigkeit der Stahlkugeln in die zerkleinerten Abfälle eindringt, der Stoß der Stahlkugeln auf die zerkleinerten Abfälle die Molekülbewegung verstärkt und die Abbaureaktion der Abfälle somit beschleunigt wird, die Masse der Stahlkugeln die Abführung des Kokses beschleunigt, wenn die Stahlkugeln mit dem durch den Abbau erzeugten Koks abgeführt werden, und die Stahlkugeln die an der Abführungsöffnung haftenden Gegenstände entfernen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Abbau des Kokses vorgesehen ist, indem der Koks bei einer 80%igen Verkokung aus dem Reaktor abgeführt wird und sich einer Weiterbehandlung unterzieht.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem zweiten Abbau des Kokses ein Sieben durchgeführt wird und durch den zweiten Abbau der flüchtige Gehalt des Kokses entfernt wird, so daß Ruß hoher Güte oder Aktivkohle erhalten wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem zweiten Abbau des Kokses ein Zermahlen durchgeführt wird und durch den zweiten Abbau der flüchtige Gehalt des Kokses entfernt wird, so daß Ruß hoher Güte oder Aktivkohle erhalten wird.

5. Anlage der verschmutzungsfreien Aufbereitung von organischen Abfällen, dadurch gekennzeichnet, daß im Abbauprozess der Abfälle Stahlkugeln geeigneter Menge in den Reaktor gegeben werden und dem Reaktor eine erste Siebmaschine nachgeschaltet ist, die die Stahlkugeln aussieben.

6. Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Siebmaschine aufeinanderliegend einen oberen Rührförderer und einen unteren Rührförderer umfaßt, zwischen denen ein Siebnetz vorgesehen ist, das zum Aussieben der Stahlkugeln und des Rohkokses dient, die das Siebnetz nicht durchdringen, im oberen Rührförderer zurückbleiben und in den Reaktor zurückgefördert werden, während der Koks und die Stahldrähte das Siebnetz durchdringen, in den unteren Rührförderer fallen und somit von dem Rohrkoks getrennt werden.

7. Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Reaktor ein primärer Koksbehandlungsbehälter, eine erste Siebmaschine, ein magnetischer Trenner, ein Kokssammelbehälter, eine zweite Siebmaschine, ein sekundärer Koksbehandlungsbehälter, ein Kokskühlbehälter, ein Rußsammelbehälter, eine Mühle und ein Aktivkohlensammelbehälter nachgeschaltet sind, wobei die erste Siebmaschine die Stahlkugeln aussiebt, der magnetische Trenner die Stahldrähte aussondert, die zweite Siebmaschine den Koks sortiert, die Mühle den Koks zermahlt, der sekundäre Koksbehandlungsbehälter den Koks zum zweiten Mal erhitzt, und der erhaltene Ruß sowie Aktivkohle jeweils in dem Rußsammelbehälter und Aktivkohlensammelbehälter gesammelt werden.

8. Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Reaktor ein Trennungsbehälter für die Behandlung des durch die Abbaureaktion erzeugten Ölgases, ein Kondensator, ein Gassammelbehälter, ein primärer Ölbehandlungsbehälter für das durch Kondensation erhaltene Öl und ein Ölsammelbehälter nachgeschaltet sind, und eine Zerkleinerungsmaschine für die Vorbehandlung der Abfälle vorgesehen ist, wobei die Bauelemente der Anlage durch Rohrleitung miteinander verbunden sind, um Gas, Öl und Koks, die durch den Abbau erzeugt werden, zu befördern.