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Die
Erfindung betrifft sowohl eine Vorrichtung als auch ein Verfahren,
um aus Kunststoff enthaltendem Abfall auf dem Wege der Thermolyse
flüssige und gasförmige organische Grundstoffe
zu gewinnen.
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Grundsätzlich
sind eine Vielzahl derartiger Vorrichtungen und Verfahren bekannt,
beispielsweise aus
EP 0 592 057 oder
aus
GB 2 061 473 .
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung
und ein Verfahren anzugeben, mit der sich insbesondere auch solche
Kunststoffabfälle verarbeiten lassen, die beispielsweise Polyethylen,
Polypropylen oder Polystyrol enthalten. Diese Kunststoffe neigen
bei der Thermolyse oder bei der Pyrolyse dazu, in kurzer Zeit große
Mengen Gas abzugeben und außerdem in einem Flüssigmetallbad
aufzuschwimmen.
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Die
Vorrichtung und das Verfahren sollen dabei so gestaltet sein, dass
bei der Thermolyse des Kunststoff enthaltenden Abfalls möglichst
keine schädlichen Stoffe wie beispielsweise Dioxine entstehen.
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Erfindungsgemäß wird
die Aufgabe durch eine Vorrichtung gelöst, die einen bis
auf Ein- und Auslässe geschlossenen Behälter aufweist,
der im Betrieb bis zu einem Flüssigmetallspiegel mit einem Flüssigmetallbad
zu befüllen ist und über dem Flüssigmetallspiegel
einen Gasraum aufweist. Der Behälter weist darüber
hinaus eine Abfallzufuhröffnung zum Zuführen zu
behandelnden Abfalls und eine Reststoffauslassöffnung für
feste Abfallreste auf. Zwischen der Abfallzufuhröffnung
und der Reststoffauslassöffnung ist eine im Wesentlichen
horizontal verlaufende Abfallfördereinrichtung angeordnet,
die ausgebildet ist, Abfall, zumindest abschnittsweise, unterhalb
des Flüssigmetallspiegels von der Abfallzufuhröffnung
zu der Reststoffauslassöffnung zu fördern und
dabei in dem Flüssigmetallbad aufschwimmenden Abfall periodisch
tiefer in das Flüssigmetallbad einzutauchen. Außerdem
weist die Vorrichtung eine in den Gasraum mündende Gaszuleitung
für ein Inertgas auf sowie einen Gasauslass, der über
Rohrleitungen mit der Gaszuleitung zu einem Gaskreislauf verbunden
ist. In dem Gaskreislauf ist ein Kondensator angeordnet, um kondensierbare
Gasbestandteile des aus dem Gasraum ausgespülten durch
Thermolyse oder Pyrolyse erzeugten Gases zu kondensieren. In den
Kondensator mündet eine Trägerflüssigkeitszuleitung, über
die eine beispielsweise parafine lösende Trägerflüssigkeit
in den Kondensator so eingeleitet werden kann, dass sich beispielsweise
an den Kondensatorwänden absetzende, kondensierte Parafine
von der Trägerflüssigkeit gelöst und
abgespült werden können. Am Fußpunkt
des Kondensators ist eine Flüssigkeitsableitung angeordnet,
um die Trägerflüssigkeit mitsamt der darin gelösten
Thermolyseprodukte ausleiten zu können. Außerdem
können über die Flüssigkeitsableitung
auch kondensierte, flüssige Thermolyseprodukte, wie beispielsweise Öle
abgeleitet werden.
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Für
das Flüssigmetallbad ist vorzugsweise eine Opferwanne vorgesehen,
die ausgetauscht werden kann, ohne dass der komplette Behälter
erneuert werden muss. Dies ist deshalb vorteilhaft, weil das eingesetzte
flüssige Metall vorzugsweise flüssiges Zinn ist,
welches zu starker Korrosion anderer Metalle führt.
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Die
wesentlichen Bestandteile an der Vorrichtung einschließlich
des Behälters und der Abfallfördereinrichtung
bestehen vorzugsweise aus rostfreiem Stahl des Typs 1.43.01.
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Die
Fördereinrichtung ist vorzugsweise von einer eigenen Hülle
innerhalb des Behälters umschlossen. Diese Hülle
verläuft in einem ersten Abschnitt der Fördereinrichtung
nahe der Abfallzufuhröffnung, teilweise oberhalb des Flüssigmetallpegels, so
dass sich innerhalb der Hülle ein eigener Gasraum ausbildet.
Im Weiteren Verlauf der Fördereinrichtung bis in die Nähe
der Reststoffauslassöffnung verläuft die Hülle
der Fördereinrichtung und damit die Fördereinrichtung
selbst unterhalb des Flüssigmetallpegels.
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Die
Fördereinrichtung weist vorzugsweise Förderelemente
auf, die um eine wenigstens annähernd horizontal verlaufende
Rotationsachse der Fördereinrichtung herum angeordnet sind.
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Es
ist vorteilhaft, wenn die Rotationsachse und damit die Fördereinrichtung
nicht exakt horizontal ausgerichtet ist, sondern in Förderrichtung
leicht ansteigt. Dies unterstützt den Transport des Abfalls, da
dieser dazu neigt, in dem Flüssigmetallbad aufzuschwimmen.
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Zu
den Förderelementen zählen vorzugsweise rotierende
um die Rotationsachse umlaufende, schaufelartige Mitnehmer, die
wenigstens annähernd an die Hülle der Fördereinrichtung
heranreichen, die vorzugsweise in der Nähe der Rotationsachse
in einen schräg zur Rotationsachse verlaufenden Rutschenboden übergehen.
Der Rutschenboden ist dabei so angeordnet, dass er sich in Förderrichtung
zunehmend von einer hüllennahen Kante der Mitnehmer entfernt
und ist außerdem auf der in Rotationsrichtung vorne liegenden
Flachseite des Mitnehmers angeordnet, so dass vom Mitnehmer erfasstes
Abfallmaterial bei einer Abwärtsbewegung des Mitnehmers über
die Horizontale hinaus durch Auftriebskräfte entlang des
Mitnehmers in Richtung der Rotationsachse der Fördereinrichtung
betrieben werden und dort auf den Rutschenboden treffen. Infolge
der Ausrichtung des Rutschenbodens gleiten die zum Aufschwimmen
neigenden Abfall reste dann entlang des Rutschenbodens in Förderrichtung
in einen nächsten Längsabschnitt der Fördereinrichtung,
der ebenfalls einen Mitnehmer mit daran angrenzender Rutsche aufweist.
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Neben
diesen Mitnehmern weist die Fördereinrichtung vorzugsweise
weitere Mitnehmerlamellen auf, die sich in Längsrichtung
der Fördereinrichtung parallel zur Rotationsachse erstrecken
und in radialer Richtung bis nahe an die Hüllenwand heranreichen. Die
Mitnehmerlamellen sind im Vergleich zu den Mitnehmern in radialer
Richtung allerdings wesentlich kürzer ausgebildet.
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Die
Fördereinrichtung weist vorzugsweise mehrere Längsabschnitte
mit jeweils einem Mitnehmer und einer Rutsche auf. Ein oder zwei
erste, der Abfallzufuhröffnung nahe Längsabschnitte
der Fördereinrichtung besitzen einen größeren
Durchmesser als weitere, daran anschließende Längsabschnitte
der Fördereinrichtung. Der größere Durchmesser der
Fördereinrichtung in ihrem Anfangsbereich hat auch eine
Hülle mit größerem Durchmesser zur Folge,
die – wie bereits erwähnt – wenigstens
teilweise über den Flüssigmetallspiegel hinaus
nach oben ragt. In diesem Teil der Hülle der Fördereinrichtung befindet
sich ein eigener Gasraum zur Aufnahme der bei Eintauchen zu behandelnden
Abfalls in das Flüssigmetallbad nahezu schlagartig entstehenden
Pyrolysegase.
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Zum
Zuführen von Abfall ist vorzugsweise eine Abfallzufuhr
vorgesehen, die durch eine äußere, obere Behälterwand
hindurchtritt und von oben in die Hülle der Fördereinrichtung
mündet.
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Am
Ende der Fördereinrichtung in der Nähe des Reststoffauslasses
weist die Hülle der Fördereinrichtung auf ihrer
Oberseite unterhalb des Flüssigmetallspiegels ebenfalls
eine Öffnung auf, die in eine Austragungskammer mündet,
deren ebener Boden genau auf Höhe des Flüssigmetallspiegels
verläuft. Durch die Öffnung am Ende der Fördereinrichtung können
feste Reststoffe des Abfalls bis zum Pegel des Flüssigmetalls
aufschwimmen. In der Austragungskammer ist vorzugsweise ein rotierendes
Flügelrad mit bis auf den Boden der Austragungskammer und
an den Rand der Austragungskammer heranreichenden Flügeln angeordnet.
Diese Flügel sind so ausgebildet, dass sie regelmäßig über
eine mit der Auslassöffnung der Hülle der Fördereinrichtung
an ihrem Ende in Verbindung stehenden Eintrittsöffnung der
Austragungskammer streichen und dabei auf dem Flüssigmetallspiegel
schwimmende feste Reststoffe mitnehmen. Im Boden der Austragungskammer
ist auf der der Eintrittsöffnung abgewandten Seite eine
Fallöffnung angeordnet, durch die von den Flügeln
des Flügelrades transportierte Reststoffe aus der Austragungskammer
herausfallen können.
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Die
einzelnen Längsabschnitte der Fördereinrichtung
sind vorzugsweise fest miteinander verbunden, so dass sie sich gemeinsam
mit gleicher Geschwindigkeit um eine gemeinsame Rotationsachse drehen
können. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass sich
einzelne Längsabschnitte der Fördereinrichtung
mit unterschiedlicher Rotationsgeschwindigkeit bewegen können.
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Zum
Heizen des Flüssigmetallbades sind vorzugsweise elektrische
Heizelemente vorgesehen. Zur Aufnahme der elektrischen Heizelemente
sind vorzugsweise von einem oberen Deckel des Behälters
aus zugängliche, rohrförmige Heizelementaufnahmen
vorgesehen, die bis unter den Flüssigmetallspiegel reichen.
Vorzugsweise sind mehrere dieser Heizelementaufnahmen vorgesehen,
so dass das Flüssigmetall mit mehreren elektrischen Heizelementen
geheizt werden kann. Die Anordnung der Heizelementaufnahmen, ausgehend
von einem oberen Deckel des Behälters hat den Vorteil,
dass bei einer Beschädigung der Heizelementaufnahme kein
flüssiges Metall durch die Heizelementaufnahmen aus dem
Behälter heraus nach außen treten kann.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren zum Behandeln von kunststoffenthaltendem
Abfall weist die folgenden Schritte auf:
- – Einbringen
von Abfall in einen ein Flüssigmetallbad und eine darüber
liegende Gasatmosphäre enthaltenden Behälter,
- – Eintauchen des Abfalls in das Flüssigmetallbad,
- – Fördern des Abfalls innerhalb des Flüssigmetallbades
und dadurch Erzeugen von Thermolysegas und festen Reststoffen,
- – Spülen der Gasatmosphäre mit einem
Inertgas,
- – Trennen des Thermolysegases von dem Inertgas in einem
Kondensator,
- – Lösen kondensierten Pyrolysegases in einer Trägerflüssigkeit,
- – Ableiten der Trägerflüssigkeit
und flüssiger kondensierter Thermolyseprodukte aus dem
Kondensator und
- – Entfernen von verbleibenden Feststoffen aus dem Flüssigmetallbad.
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Vorzugsweise
wird das Verfahren kontinuierlich durchgeführt.
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Vorzugsweise
wird als Trägerflüssigkeit ein Öl oder
Tuluol verwendet.
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Vorzugsweise
wird dem Flüssigmetallbad Kalk (Kalziumkarbonat? oder Kalziumhydroxid?)
zum Binden von im Rahmen der Thermolyse entstehenden Chlor zugesetzt.
Vorzugsweise wird das Verfahren bei Temperaturen zwischen 450°C
und 500°C durchgeführt.
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Vorzugsweise
wird als Metall für das Flüssigmetallbad ganz
oder überwiegend Zinn eingesetzt.
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Vorzugsweise
wird das Verfahren so durchgeführt, dass die Verweilzeit
von zu behandelnden Abfall in dem Flüssigmetallbad etwa
zwei Minuten beträgt.
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Vorzugsweise
wird der zu behandelnde Abfall in dem Flüssigmetallbad
in wenigstens annähernd horizontaler Richtung befördert.
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Weitere
Vorteile der Erfindung sowie weitere bevorzugte Ausführungsvarianten
ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
sowie weiteren Unteransprüchen.
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Die
Erfindung soll nun anhand eines Ausführungsbeispiels mit
Bezug auf die Figuren näher erläutert werden.
Von den Figuren zeigen:
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1: eine Außenansicht der Vorrichtung zur
Behandlung von Abfall;
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2:
einen Schnitt durch die Vorrichtung zur Behandlung von Abfall;
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3:
eine Ansicht der Vorrichtung mit entferntem Deckel;
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4: eine perspektivische Ansicht der Fördereinrichtung
von außen;
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5:
eine perspektivische Ansicht rotierender Förderelemente
der Fördereinrichtung
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6:
eine perspektivische Ansicht eines Bügelrades zum Austragen
fester Abfallreststoffe aus einer Austragungskammer der Vorrichtung.
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Wie 1 zu entnehmen ist, weist die Vorrichtung 10 zur
Behandlung von Abfallstoffen einen Behälter 12 mit
einem wannenartigen Unterteil 14 und einem dreiteiligen
Entdeck 16 auf. Ein erster elektrischer Antrieb 18 ist
vorgesehen, um rotierende Förderelemente im Inneren des
Behälters anzutreiben. Ein zweiter elektrischer Antrieb 20 ist
vorgesehen, um ein Flügelrad zum Austragen von festen Abfallreststoffen
anzutreiben.
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Ein
mittlerer Abschnitt 22 des dreiteiligen Deckels 16 weist
insgesamt 10 Heizelementaufnahmen 24 auf, die ausgehend
vom Deckel 16 in Richtung des Bodens des wannenförmigen
Unterteils 14 des Behälters 12 ragen.
In die Heizele mentaufnahmen 24 können jeweils
ein elektrisches Heizelement eingeführt werden.
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2 ist
ein Längsschnitt durch den Behälter 12 und
offenbart eine in dem Behälter angeordnete Fördereinrichtung 30 in
der Außenansicht. Die Fördereinrichtung 30 weist
eine Abfallzufuhröffnung auf, die mit einer Abfallzuleitung 32 verbunden
ist an dem anderen Längsende der Fördereinrichtung 30 ist
eine Reststoffauslassöffnung vorgesehen, die über
eine kurze Rohrverbindung 34 mit einer Austragungskammer 36 der
Vorrichtung 10 in Verbindung steht. Die Fördereinrichtung 30 ist
von einer in dem Behälter 12 angeordneten Hülle 40 umschlossen.
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3 zeigt
die Vorrichtung zur Behandlung von Abfall mit entferntem Deckel 16.
Dadurch ist die Fördereinrichtung 30 im Inneren
des wannenförmigen Unterteils 14 des Behälters 12 gut
zu erkennen und ebenfalls gut zu erkennen sind die Gasableitungen 42 sowie
die Austragungskammer 38, mit einem darin angeordneten
Flügelrad 46.
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4 zeigt die vollständige Fördereinrichtung 30 einschließlich
des ersten elektrischen Antriebs 18 und der Austragungskammer 38.
An die Hülle 40 der Fördereinrichtung
sind Gasableitungen 42 angeschlossen, die zum Ableiten
von infolge der Thermolyse entstehenden Gasen und Dämpfen
dienen. Außerdem ist in 4 die
Abfallzufuhröffnung 44 zum Zuführen von
zu behandelndem Abfall zur Fördereinrichtung 30 gut
zu erkennen.
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5 zeigt
die im Inneren der Hülle 40 der Fördereinrichtung 30 angeordneten
rotierenden Förderelemente 50. Diese weisen insgesamt
vier Längsabschnitte auf, von denen zwei der Abfallzufuhröffnung
nahe Längselemente 52 einen größeren
Durchmesser aufweisen, als vier weitere Längsabschnitte 54.
Jeder Längsabschnitt 52 oder 54 der rotierenden Förderelemente 50 weist
einen Mitnehmer 56 auf, der bis an die Hülle der
Fördereinrichtung 30 heranragt und in der Nähe
einer Rotationsachse der rotierenden Förderelemente 50 in
eine Rutsche 58 übergeht, deren Rutschenboden 60 schräg
zur Rotationsachse verläuft.
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Im
Betrieb drehen sich die rotierenden Förderelemente 50 in
Bezug auf 5 in einer Richtung entgegen
dem Uhrzeigersinn. Abfallmaterial wird von einem jeweiligen Mitnehmer 56 erfasst
und rutscht dann, wenn ein Mitnehmer 56 sich bei seiner
Abwärtsbewegung über die Horizontale hinaus nach
unten bewegt in Folge von Auftriebskräften in Richtung der
Rutsche 58. In Folge des in Bezug auf die Rotationsachse
der rotierenden Förderelemente 50 schräg
verlaufenden Rutschenbodens 60 werden die aufschwimmenden
Abfallstoffe in Förderrichtung in den nächsten
Längsabschnitt der rotierenden Förderelemente 50 gefördert,
so lange bis die rotierenden Abfallstoffe das Ende der rotierenden
Förderelemente erreichen, welches in Bezug auf 5 oben links
dargestellt ist.
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Neben
den Mitnehmern 56 weisen die rotierenden Förderelemente 50 eine
Vielzahl von Mitnehmerlamellen 62 auf, die von innen bis
an die Hülle 40 der Fördereinrichtung 30 heranragen.
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Im
vierten Längsabschnitt der Fördereinrichtung 30 weisen
die rotierenden Förderelemente 50 anstelle der
Mitnehmerlamellen mehrere Wellen mit darauf angeordneten, frei drehenden
Zahnrädern 64 auf, die eine parallel zur Rotationsachse
der rotierenden Förderelemente aufweisende Rotationsachse aufweisen
und die bis nahe an die Hülle 40 der Fördereinrichtung 30 heranragen.
Die Zahnräder 64 sind dazu geeignet, zwischen
die Hülle 40 der Fördereinrichtung 30 und
die Zahnräder 64 geratende, feste Abfallbestandteile
zu zerkleinern.
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6 zeigt
schließlich einen Abschnitt 70 des Deckels 16,
der die Austragungskammer 38 bedeckt. Außerdem
zeigt 6 das Flügelrad 46 sowie den
zweiten elektrischen Antrieb 20 zum Antreiben des Flügelrades 46.
Das Flügelrad 46 ist so angeordnet, dass es über
den Boden 72 der Austragungskammer 38 streicht.
Der Boden 72 der Austragungskammer 38 befindet
sich exakt auf dem Niveau des Flüssigmetallspiegels in
dem Behälter 12. Aus der Fördereinrichtung 30 über
die Verbindung 36 aus dieser austretende, aufschwimmende
feste Abfallreststoffe schwimmen in der Eingangsöffnung
der Austragungskammer 38 auf der Oberfläche des
Flüssigmetallbades und können so von den Flügeln 48 des Flügelrades 46 erfasst
werden, wenn sich das Flügelrad 46 dreht. Die
Abfallreststoffe werden dadurch durch die Flügel des Flügelrades 46 zur
Reststoffauslassöffnung 76 im Boden 74 des
Austragungskammer 38 gefördert. Die Austragungskammer 38 hat
einen runden Grundriss, deren Durchmesser der Breite der Flügel 48 des
Flügelrades 46 entspricht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 0592057 [0002]
- - GB 2061473 [0002]