DE102007004145A1

DE102007004145A1 - Verfahren zur Entsorgung energiehaltiger Abfallstoffe und Verfahren zur Herstellung von Formlingen

Info

Publication number: DE102007004145A1
Application number: DE200710004145
Authority: DE
Inventors: Konrad Wieser
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-01-22
Filing date: 2007-01-22
Publication date: 2008-07-24

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entsorgung energiehaltiger Abfallstoffe mit unterschiedlicher Konsistenz, Feuchtigkeitsgehalt und Partikelgröße, das die folgenden Schritte aufweist: a) Feststellen der Energiemengen der zu entsorgenden energiehaltigen Abfallstoffe und Feststellen der Konsistenz der Abfallstoffe; b) Mischen energiehaltiger Abfallstoffe unterschiedlicher Konsistenz miteinander, wobei das Mischen so erfolgt, dass die in der Mischung vorhandene Energiemenge optimiert und die gegenseitige Mischbarkeit und Verarbeitbarkeit gewährleistet wird, und wobei zumindest pastöse Abfallstoffe, insbesondere Schlämme wie Klärschlamm und Papierschlamm, Kleister und/oder Reste aus Biogasanlagen, mit partikel- oder staubförmigen Abfallstoffen vermischt werden, so dass die partikel- oder staubförmigen Abfallstoffe durch die pastösen Abfallstoffe gebunden werden; c) Ausformen von Formlingen aus der in Schritt b) hergestellten Mischung mit Hilfe eines Schneckenextruders; d) Zuführen der Formlinge zu einer Anlage zur Verbrennung, Vergasung oder/und Verschwelung, insbesondere einer Müllverbrennungsanlage oder Pyrolyse; und e) Verbrennen, Vergasen oder/und Verschwelen der Formlinge.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entsorgung energiehaltiger Abfallstoffe und ein Verfahren zur Herstellung von Formlingen aus energiehaltigen Abfallstoffen.
Die Verwertung und Entsorgung von Abfallstoffen stellt nach wie vor ein großes Problem dar. Dies trifft insbesondere auf so genannte Problemabfallstoffe zu, d. h. Abfallstoffe, die toxisch sind bzw. toxische Bestandteile enthalten sowie Abfallstoffe, die aufgrund ihrer Konsistenz schwierig zu entsorgen sind, beispielsweise staubförmige Abfallstoffe. Verschärft wird diese Problematik durch jüngere Gesetzgebung, wonach vor der Deponierung von Abfallstoffen darin enthaltene Restenergie zu nutzen ist. Besonders problematische Abfallstoffe sind Reststäube aus Lackierereien und Kunststoffbeschichtungsanlagen, die Farben und Lacke beinhalten. Diese staubförmigen Abfallstoffe werden zurzeit in Müllverbrennungsanlagen und Pyrolyseanlagen verbrannt, was jedoch äußerst problematisch ist, da beim Einkippen des staubförmigen Stoffes in die Verbrennungs- bzw. Verschwelungsanlage eine extrem hohe Staubbelastung für die Arbeiter auftritt und da staubförmige Abfallstoffe beim Einbringen in den Verbrennungs- bzw. Verschwelungsraum leicht verpuffen und unverbrannt in den Rauchgasfilter gelangen, d. h. in der Anlage aufsteigen. Ähnliche Probleme tauchen bei der Entsorgung von Pulver- und staubförmigen Chemikalien auf. Auch Schlämme, insbesondere Kläranlagenschlämme und so genannte Zyklonschlämme aus Müllverbrennungs- und Müllpyrolyseanlagen sind Problemabfallstoffe. Je nach Ursprung der in den Kläranlagen behandelten Abwasser, beispielsweise aus Ledergerbereien, sind die anfallenden Klärschlämme oft toxisch. So beispielsweise kann der aus Abwässern einer Gerberei entstehende Klärschlamm chromhaltig sein. Ein übliches Verfahren zur Entsorgung solcher Schlämme ist das Beimischen von Kalk, die Einstellung des Trockensubstanzgehalts auf 20 bis 40% und das Lager in der Deponie. Wie aus den aufgeführten Beispielen deutlich wird, gibt es kein einziges gemeinsames Verfahren, mit welchem möglichst viele Problemabfallstoffe entsorgt werden können. Stattdessen muss für jeden Abfallstoff bzw. für jede Abfallstoffklasse ein gesondertes Entsorgungsverfahren eingesetzt werden.
Aus der DE 32 26 798 C2 und der DE 34 01 220 A1 sind jeweils Verfahren zur Verwertung von Abfallstoffen bekannt. Es wird jeweils Müll bis zu einer bestimmten Größe zerkleinert, feuchte Abfallstoffe werden entwässert. Anschließend werden diese vorbereiteten Abfallstoffe mit Branntkalk versetzt, vermischt und einer Brikettierpresse zugeführt, wo Briketts hergestellt werden, die dann in einer Verbrennungsanlage verbrannt werden. Bei diesen beiden Druckschriften geht es zwar prinzipiell ebenfalls um die Entsorgung von Müll, es werden jedoch Problemabfallstoffe gerade nicht berücksichtigt. Zudem erhöht das Zusetzen von Branntkalk die zu entsorgende Müllmenge. Die Entwässerung feuchter Abfallstoffe bedarf zusätzlicher Energie und das Pressen zu Briketts ist verhältnismäßig energieaufwändig. Insgesamt verschlechtert sich dadurch die Energiebilanz, d. h. das Verhältnis von der durch die Verbrennung bereitgestellten Energie zu der zur Herstellung der Müllbriketts eingesetzten Energie.
In Anbetracht des Standes der Technik ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, mit welchem energiehaltige Abfallstoffe, insbesondere Problemabfallstoffe, verwertet und die Deponiemengen reduziert werden können.
Die vorliegende Aufgabe wird zumindest teilweise gelöst durch ein Verfahren zur Entsorgung von energiehaltigen Abfallstoffen nach Anspruch 1 und ein Verfahren zur Herstellung von Formlingen aus energiehaltigen Abfallstoffen nach Anspruch 9. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Gemäß einer bevorzugten Ausführung weist das erfindungsgemäße Verfahren zur Entsorgung energiehaltiger Abfallstoffe mit unterschiedlicher Konsistenz, Feuchtigkeitsgehalt und Partikelgröße die folgenden Schritte auf:

a) Feststellen der Energiemengen der zu entsorgenden energiehaltigen Abfallstoffe und Feststellen der Konsistenz der Abfallstoffe;
b) Mischen energiehaltiger Abfallstoffe unterschiedlicher Konsistenz miteinander, wobei das Mischen so erfolgt, dass die in der Mischung vorhandene Energiemenge optimiert wird und das Verhältnis der eingesetzten Abfallstoffe bezüglich der Konsistenz so ausgewählt wird, dass sie miteinander mischbar und verarbeitbar sind, und wobei zumindest pastöse Abfallstoffe, insbesondere Schlämme wie Klärschlamm und Papierschlamm, Kleister und/oder Reste aus Biogasanlagen, mit partikel- oder staubförmigen Abfallstoffen vermischt werden, so dass die partikel- oder staubförmigen Abfallstoffe durch die pastösen Abfallstoffe gebunden werden;
c) Ausformen von Formlingen aus der in Schritt b) hergestellten Mischung mit Hilfe eines Schneckenextruders;
d) Zuführen der Formlinge zu einer Anlage zur Verbrennung, Vergasung oder/und Verschwelung, insbesondere einer Müllverbrennungsanlage oder Pyrolyse; und
e) Verbrennen, Vergasen oder/und Verschwelen der Formlinge.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Formlingen aus energiehaltigen Abfallstoffen mit unterschiedlicher Konsistenz, Feuchtigkeitsgehalt und Partikelgröße, weist die folgenden Schritte auf:

a) Feststellen der Energiemengen der energiehaltigen Abfallstoffe und Feststellen der Konsistenz der Abfallstoffe;
b) Mischen energiehaltiger Abfallstoffe unterschiedlicher Konsistenz miteinander, wobei das Mischen so erfolgt, dass die in der Mischung vorhandene Energiemenge optimiert und die gegenseitige Mischbarkeit und Verarbeitbarkeit gewährleistet wird, und wobei zumindest pastöse Abfallstoffe, insbesondere Schlämme wie Klärschlamm und Papierschlamm, Kleister und/oder Reste aus Biogasanlagen, mit partikel- oder staubförmigen Abfallstoffen vermischt werden, so dass die partikel- oder staubförmigen Abfallstoffe durch die pastösen Abfallstoffe gebunden werden; und
c) Ausformen von Formlingen aus der in Schritt b) hergestellten Mischung mit Hilfe eines Schneckenextruders.

Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Verfahren ist, dass die jeweiligen negativen physikalischen Eigenschaften diverser Problemabfallstoffe gegenseitig so kombiniert und ergänzt werden, dass insgesamt ein verwertbarer Stoff entsteht. Es ist grundsätzlich möglich, jeden beliebigen Abfallstoff durch Einarbeiten in die Masse, aus der die Formlinge gebildet werden, zu entsorgen und zu verwerten. Durch die Verarbeitung zu Formlingen entsteht ein leicht handhabbares Material, das problemlos in alle Arten von Verbrennungs-, Vergasungs- oder Verschwelungsanlagen eingebracht werden kann. Durch das Binden der staubförmigen Abfallstoffe in den Formlingen werden die Entsorgungskosten für derartige Stoffe stark reduziert und in den Anlagen können aufwändige Vorkehrungen zum Handhaben dieser staubförmigen Problemabfallstoffe entfallen. Durch die Reduktion der Restmüllmenge nach dem Verbrennungsvorgang reduzieren sich die Deponiekosten. Schließlich werden die vom Gesetzgeber verlangten Anforderungen erfüllt, in Abfallstoffen enthaltene Energie auszunutzen.
Gemäß bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung werden die Formlinge vor dem Zuführen zu der Verbrennungs-, Vergasungs- oder Verschwelungsanlage getrocknet, wobei die Trocknungstemperatur beispielsweise maximal 90°C beträgt. Das Vermischen der Stoffe erfolgt bevorzugt in einem Mazerator. Der Anteil der pastösen Abfallstoffe an der Mischung wird so eingestellt, dass eine fließfähige und formbare Masse entsteht, aus welcher standfeste Formlinge ausgebildet werden können. Der Anteil ist abhängig unter anderem von der Art und dem Anteil an staubförmigen Abfallstoffen. Je nach Art des staubförmigen Abfallstoffes vermögen diese eine verhältnismäßig große Wassermenge zu binden. Weiter hängt es vom Trockensubstanz- bzw. Feuchtigkeitsgehalt des pastösen Abfallstoffes selber ab. Der Trockensubstanzgehalt beträgt je nach Art der Aufbereitung zwischen 20 und 40%. Für den Fachmann ist es ein Leichtes, die Abfallstoffe gezielt zu dosieren und die Mengen zu bestimmen, die zur Ausbildung standfester Formlinge benötigt werden. Da sich an einem gegebenen Standort in der Regel die anfallenden Abfallstoffe wiederholen, wird es möglich sein, die einzusetzenden Abfallmengen- und Abfallarten innerhalb einer bestimmten Bandbreite vorzubestimmen und einzustellen. Das Zuführen der Formlinge in die Verbrennungs-, Vergasungs- bzw. Verschwelungsanlage kann beispielsweise mit einer regelbaren Schnecke erfolgen.
Der Mischung aus Abfallstoffen nach Anspruch 1 können noch andere Zuschlagstoffe beigefügt werden. So ist vorgesehen, dass zur Erhöhung der Energiedichte Kohlenstaub- und/oder Altfette, gereinigtes Altöl, Fichtennadelextrakt oder harzhaltige Rinden beigemischt werden oder andere Stoffe mit hohem Energiegehalt. Damit kann ein Qualitätsausgleich erfolgen, falls die eingesetzten Ausgangsprodukte keine ausreichend hohe Energiedichte haben. Der Anteil an energiedichteerhöhenden Zuschlagsstoffen übersteigt vorzugsweise 2 Gew.-% nicht. Es können auch Holz und andere brandfördernde Mittel, wie Hausmüll oder Sperrmüll, zugemischt werden. Diese Stoffe müssen auf eine entsprechende Partikelgröße zerkleinert werden. Als Holzbestandteile werden insbesondere Altholz, Abfallholz, Abbruchholz oder Astholz eingesetzt. Auch Stroh, Getreide und Gras sind brandfördernde Mittel. Nach einer weiteren, bevorzugten Ausführung wird zu der Mischung aus Abfallstoffen und ggf. Energiedichteerhöhern oder/und brandfördernden Mitteln eine eisenhaltige Verbindung zugesetzt wird, insbesondere Eisen-III-chlorid und/oder Eisensulfat. Das Zusetzen erfolgt bevorzugt im Mazerator. Durch die eisenhaltige Verbindung wird das Brandverhalten der Formlinge verbessert.
Nachfolgend soll an einem Beispiel dreier Problemabfallstoffe die Wirkweise des Verfahrens erläutert werden. Die zu verwertenden Abfallstoffe sind: Reststäube aus einer Kunststoffbeschichtungsanlage, Restschlamm aus der betriebseigenen Kläranlage einer Ledergerberei, d. h. chromhaltiger Schlamm, und kohlenstoffhaltiger Zyklonschlamm einer Müllpyrolyseanlage. Bei den Reststäuben handelt es sich in der Regel um Farbmischungen aus den im Betrieb verwendeten Farben, die im Filtersystem zurückgehalten werden. Es sind folglich Gemische in Pulverform. Wie oben ausgeführt, sind derartige Stoffe äußerst problematisch zu entsorgen. Klärschlamm aus Ledergerbereien wird derzeit gekalkt und auf einer Kammerfilterpresse auf einen Trockensubstanzgehalt von wenigstens 35% ausgepresst. Nachteilig ist unter anderem, dass der Kalkanteil sehr viel Wasser bindet, wodurch sich das Müllvolumen und insbesondere die Masse stark erhöht. Zyklonschlamm aus Pyrolyseanlagen weist einen Trockensubstanzgehalt von 20 bis 25% auf. Er wurde bis jetzt noch weiter entwässert und dann der Deponie zugeführt. Es fallen somit hohe Trocknungs- und Deponiekosten an. Die genannten drei Stoffe lassen sich jedoch vorteilhaft gemäß der Erfindung zu einem Formling verbinden, wobei sich die nachteiligen Eigenschaften des jeweiligen Abfallstoffes in der Kombination zu vorteilhaften entwickeln. Der staubförmige Farbstoffabfall wird durch die beiden anderen feuchten und damit pastösen Abfallstoffe gebunden. Weiter wird vorgeschlagen, dass als Fällungsmittel Polymere anstelle Branntkalk für den Klärschlamm in der Ledergerberei zum Einsatz kommt. Dadurch wäre zwar der Feuchtigkeitsgehalt höher, da durch die Fällung mit Polymeren und die Entwässerung über eine Zentrifuge der Trockensubstanzgehalt auf ca. 25% eingestellt würde, aber das Volumen wäre insgesamt geringer aufgrund des fehlenden Kalkanteiles und die zusätzliche Wassermenge wäre bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Formlinge nicht schädlich, da dieses Wasser durch die staubförmigen Abfallstoffe gebunden würde. Der Zuschlagstoff Farbstoffstäube bindet eine große Menge an Wasser und Schlämmen.
Die in den Schlämmen enthaltenen mikrofeinen Faserstoffe und die bei der Nitratfällung verwendeten Eisenverbindungen entfalten ihre Wirkung in der erfindungsgemäßen Mischung, da sie Kunststofffarbpartikel, die an sich nicht wasserlöslich sind, und die Zyklonstaubpartikel binden und schmierende Wirkung zeigen. Zudem wird durch die verbrennungsfördernde Wirkung der Eisenverbindungen für eine vollständige Verbrennung oder Verschwelung eine durchgehende Erhitzung der Formlinge gewährleistet. Eine gute Verbrennung, Vergasung oder Verschwelung vermindert den Anfall von Flugasche und Schlacke. Der Formling trägt so zur Steuerung des Verbrennungs-, Vergasungs- bzw. Verschwelungsvorgangs positiv bei.
Dadurch werden wiederum die Energieausbeute, der Durchsatz und damit die Wirtschaftlichkeit und Rendite entsprechender Anlagen gesteigert.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden die Abfallstoffe in jeweils gesonderten Silos gelagert. Zuschlagsmaterial, z. B. Holz, Hausmüll etc. ist ggf. zumindest vorzerkleinert, zum Beispiel gehäckselt. Auch die pastösen Abfallstoffe und die staubförmigen Abfallstoffe werden in Behältern gelagert. In dem Behälter mit den pastösen Abfallstoffen wird in der Regel ein Rührwerk vorgesehen sein, um ein Absetzen von z. B. Schlämmen zu verhindern. Schließlich ist ggf. ein weiterer Vorratsbehälter für Zuschlagsstoffe zur Steuerung der Energiedichte vorgesehen. Die Ausgangsmaterialien werden einem Mazerator zugeführt, wo sie miteinander vermischt werden und wo gegebenenfalls eine weitere Zerkleinerung der Holz- und sonstigen Energieträgerausgangsstoffe erfolgt. Anders als beim herkömmlichen Verfahren sind folglich die Anforderungen an die Homogenität der Ausgangsstoffe wesentlich geringer. Durch den Einsatz eines Mazerators kann beim Formlingsherstellungsprozess die notwendige Zerkleinerung erfolgen. Bei Erreichen der Zielgröße wird die Masse in einen Schneckenextruder verschoben, wo die Ausformung der Formlinge erfolgt. In Abhängigkeit von der gewünschten Größe der Formlinge wird die Matrize des Schneckenextruders entsprechend angepasst und ausgewählt. Die gewünschte Länge der Formlinge wird beispielsweise durch rotierende Messer erzielt, welche die austretende geformte Masse abschneiden. Im Schneckenextruder erfolgen eine Kompaktierung der Masse und die Formgebung zu Formlingen. Nach Verlassen des Schneckenextruders können die Formlinge getrocknet werden. Dies kann beispielsweise auf einem Bandtrockner geschehen. Die Formlinge fallen nach dem Verlassen des Schneckenextruders und Abschneiden auf die gewünschte Länge auf ein Band des Bandtrockners. Das Trocknen kann beispielsweise bei einer Temperatur bis maximal 90°C geschehen, vorzugsweise bei ca. 60–70°C. Die zum Trocknen notwendige Wärme wird bevorzugt aus dem Restwärmeaufkommen der Entsorgungsanlage entnommen. Da die Energie der Anlage wieder zugeführt wird, erhöht sich die Energiebilanz.
Die für die Durchführung des Verfahrens notwendigen Geräte, Mazerator, Schneckenextruder und ggf. Trocknungsanlage, werden nach einer weiteren Ausführungsform in einzelnen Behältern, beispielsweise Container, bereitgestellt. Ein solcher Container z. B. kann dann vergleichsweise einfach transportiert werden. Hierdurch ist es möglich, dass Problemabfälle vor Ort, z. B. in Kläranlagen, Müllverbrennungsanlage, Pyrolyseanlagen etc., verarbeitet werden. Wird die Anlage beispielsweise auf dem Gelände einer Pyrolysanlage aufgebaut, so können die Formlinge sofort nach Verlassen des Extruders, d. h. ohne Trocknungsvorgang, der Müllpyrolyse zugeführt werden. In dem Anlagencontainer sind vorteilhafterweise zudem die Behälter mit ggf. notwendigen Zuschlagstoffen, wie Energiedichteerhöher, Eisenverbindung etc. fest vorgesehen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 3226798 C2 [0003]
- DE 3401220 A1 [0003]

Claims

Verfahren zur Entsorgung energiehaltiger Abfallstoffe mit unterschiedlicher Konsistenz, Feuchtigkeitsgehalt und Partikelgröße, das die folgenden Schritte aufweist: a) Feststellen der Energiemengen der zu entsorgenden energiehaltigen Abfallstoffe und Feststellen der Konsistenz der Abfallstoffe; b) Mischen energiehaltiger Abfallstoffe unterschiedlicher Konsistenz miteinander, wobei das Mischen so erfolgt, dass die in der Mischung vorhandene Energiemenge optimiert und die gegenseitige Mischbarkeit und Verarbeitbarkeit gewährleistet wird, und wobei zumindest pastöse Abfallstoffe, insbesondere Schlämme wie Klärschlamm und Papierschlamm, Kleister und/oder Reste aus Biogasanlagen, mit partikel- oder staubförmigen Abfallstoffen vermischt werden, so dass die partikel- oder staubförmigen Abfallstoffe durch die pastösen Abfallstoffe gebunden werden; c) Ausformen von Formlingen aus der in Schritt b) hergestellten Mischung mit Hilfe eines Schneckenextruders; d) Zuführen der Formlinge zu einer Anlage zur Verbrennung, Vergasung oder/und Verschwelung, insbesondere einer Müllverbrennungsanlage oder Pyrolyse; und e) Verbrennen, Vergasen oder/und Verschwelen der Formlinge.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Formlinge vor dem Zuführen zu der Anlage getrocknet werden, wobei das Trocknen insbesondere bei Temperaturen bis max. 90°C erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil der pastösen Abfallstoffe so eingestellt wird, dass in Schritt b) eine fließfähige und formbare Mischung ausgebildet wird, so dass standfeste Formlinge ausgeformt werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die staubförmigen Abfallstoffe Farbpulver oder Lackpulver sind.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erhöhung der Energiedichte Kohlenstaub und/oder Altfette eingemischt werden, wobei der Anteil maximal 2 Gew.-% beträgt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich Holz oder andere brandfördernde Mittel zugemischt werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Vermischen in einem Mazerator erfolgt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine eisenhaltige Verbindung zugesetzt wird, insbesondere Eisen-III-chlorid und/oder Eisensulfat.
Verfahren zur Herstellung von Formlingen aus energiehaltigen Abfallstoffen mit unterschiedlicher Konsistenz, Feuchtigkeitsgehalt und Partikelgröße, das die folgenden Schritte aufweist: a) Feststellen der Energiemengen der energiehaltigen Abfallstoffe und Feststellen der Konsistenz der Abfallstoffe; b) Mischen energiehaltiger Abfallstoffe unterschiedlicher Konsistenz miteinander, wobei das Mischen so erfolgt, dass die in der Mischung vorhandene Energiemenge optimiert und die gegenseitige Mischbarkeit und Verarbeitbarkeit gewährleistet wird, und wobei zumindest pastöse Abfallstoffe, insbesondere Schlämme wie Klärschlamm und Papierschlamm, Kleister und/oder Reste aus Biogasanlagen, mit partikel- oder staubförmigen Abfallstoffen vermischt werden, so dass die partikel- oder staubförmigen Abfallstoffe durch die pastösen Abfallstoffe gebunden werden; und c) Ausformen von Formlingen aus der in Schritt b) hergestellten Mischung mit Hilfe eines Schneckenextruders.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Formlinge getrocknet werden, wobei das Trocknen insbesondere bei Temperaturen bis max. 90°C erfolgt.