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Anwendungsgebiet der Erfindung
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Das
erfindungsgemäße „Definierte-Ersatz-Brennstoff-Erzeugungs-Verfahren
oder DEBEs-Verfahren" dient zur umweltgerechten und wirtschaftlichen
Großproduktion endkonfektionierter Qualitätsersatzbrennstoffe
(EBS) mit definiert eingestellten Heizwerten, Schadstofffrachten,
Wassergehalten und Festigkeiten. Der EBS ist Endprodukt einer gemeinsamen
weitergehenden verfahrenstechnischen Aufbereitung von nicht konfektionierten
hoch kalorischen Vorproduktgemengen wie z. B. Shredderleichtfraktionen
mit konfigurierbaren nieder kalorischen Füllbindern wie
z. B. Klärschlämmen und Gärresten. Die
aufzubereitenden hoch kalorischen Vorproduktgemenge fallen kontinuierlich
und in großen Mengen bei der Altfahrzeugverwertung sowie
bei Umweltdienstleistern und Entsorgern an. Im Rahmen des DEBEs-Verfahrens
wird nach vorgegebenen Rezepturen aus hoch kalorischen Vorproduktgemengen und
konfigurierbaren nieder kalorischen Füllbindern im Rahmen
bekannter Verfahrensschritte, die von den aufzubereitenden Stoffströmen
in einer bestimmten Abfolge zu durchlaufen sind, ein qualitativ
hochwertiger endkonfektionierter definierter EBS hergestellt. Durch
die gleich bleibende Brennstoff- und Schüttgutqualität
des erzeugten EBS ist sowohl eine energetische Verwertung durch
Mitverbrennung in unterschiedlichen Feuerungssystemen konventioneller
Kohlekraftwerke als auch eine Monoverbrennung in speziellen Ersatzbrennstoffkraftwerken
möglich. Bei der Verbrennung des erzeugten EBS werden alle in
der 17. BImSchV und in der TA Luft vorgegebenen Werte für
Abgasemissionen eingehalten. Unter Berücksichtigung der
für die Deponierung von stofflich nicht verwertbaren Abfall-
und Reststoffen gemäß TASi ab 1. Juni 2005 gültigen
Vorgaben, werden durch die energetische Verwertung des erzeugten endkonfektionierten
definierten EBS im Sinne des Kreislaufwirtschafts- und Abfallgesetzes
zum Wohle der Allgemeinheit und der Umwelt Deponiekapazitäten
eingespart, natürliche Brennstoffressourcen geschont und
klimawirksame Emissionen reduziert.
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Nachfolgende
Ausführungen dienen zum Verständnis der im weitern
verwendeten Begrifflichkeiten. So wird unter einem definierten Ersatzbrennstoff
(EBS) ein EBS von gleich bleibender Qualität verstanden,
der im Rahmen einer gemeinsamen weitergehenden verfahrenstechnischen
Aufbereitung von stofflich nicht verwertbaren hoch kalorischen Abfallfraktionen
mit konfigurierbaren (nach der Formgebung verfestigte Agglomerate)
nieder kalorischen Füllbindern aus der Abfallwirtschaft
wie z. B. Klärschlämmen und/oder Gärresten
für eine energetische Verwertung erzeugt wird. Die Brennstoffqualität des
erzeugten EBS wird von den Parametern Heizwert, Wassergehalt, Aschegehalt,
der Schadstofffracht sowie von den Transport- und Lagereigenschaften
bestimmt. Die hoch kalorischen Abfallfraktionen und die konfigurierbaren
nieder kalorischen Füllbinder aus der Abfallwirtschaft
werden als Vorproduktgemenge bezeichnet. Im Rahmen der mechanischen
Stofftrennung der Vorprodukte werden die allgemein bekannten Makroprozesse
der mechanischen Verfahrenstechnik Zerteilen und Trennen eingesetzt.
Zur Erzeugung der endkonfektionierten definierten Ersatzbrennstoffe
werden die bekannten Makroprozesse der mechanischen Verfahrenstechnik
zur Stoffvereinigung Mischen und Agglomerieren genutzt. Jeder Makroprozess
wird dabei einzelnen Verfahrensstufen zugeordnet. In Abhängigkeit
von der Behandlungszielstellung und den Materialeigenschaften der
zu behandelnden Abfall- und Reststoffe werden die Verfahrensstufen
in Verfahrensschritte gegliedert. Innerhalb der Verfahrensschritte
werden die für die Behandlung der Abfall- und Reststoffe
verketteten maschinentechnischen Ausrüstungen und Anlagen
in einer bestimmten Reihenfolge angeordnet. Die sequentielle bzw.
gemeinsame Behandlung der zuvor definiert vorbehandelten Vorproduktgemenge
mit der Zielstellung zur Erzeugung eines endkonfektionierten definierten
Qualitätsersatzbrennstoffes (EBS) wird im folgenden immer
als weitergehende verfahrenstechnische Aufbereitung bezeichnet.
Unter Erzeugung eines definierten Ersatzbrennstoffes wird die Einstellung
eines gleich bleibenden Heizwertes, die Realisierung einer bestimmten
Festigkeit der erzeugten EBS-Agglomerate sowie die Verwirklichung
vorteilhafter Schüttguteigenschaften des EBS-Haufwerkes
verstanden. Unter dem Begriff der Festigkeit werden alle Eigenschaften
zusammengefasst, die die Widerstandsfähigkeit der aus den vorbehandelten
Vorproduktgemengen erzeugten Agglomerate sowohl bei definierter
Beanspruchung als auch bei kombinierter, nicht eindeutig definierter
Beanspruchung, wie z. B. bei Transport-, Umschlags- und Lagerprozessen, beschreiben.
Bei der Agglomeration werden durch das Wirksam werden von Bindekräften
aus feineren Teilchen gröbere Teile gebildet. Ein Entmischen
der verschiedenen agglomerierten Fraktionen findet dabei nicht statt.
Für die Durchführung der Agglomeration und die
Festigkeit der Agglomerate sind die jeweils wirksamen Bindemechanismen
und die Größe der Bindekräfte entscheidend. Durch
Kompaktieren werden aus dem feuchten Agglomerationsgemisch definiert
konfigurierte feste Formkörper mit vorteilhaften Schüttguteigenschaften erzeugt.
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Den
Stand der Technik zur Herstellung von Ersatz- oder Sekundärbrennstoffen
durch mechanisch-physikalische Wirkungen dominieren mehrstufige
Verfahren. In der Regel weisen diese Verfahren zur Herstellung von
Sekundär- bzw. Ersatzbrennstoffen jeweils eine Verfahrenstufen
zur Abfallannahme, zur mechanischen Aufbereitung, zur Trocknung
und zur Konfektionierung auf. Die einzelnen Verfahrensstufen werden
dabei in mehrere Verfahrensschritte untergliedert. Die in den einzelnen
Verfahrensschritten zur Realisierung der technischen Makroprozesse benötigten
Ausrüstungen, Maschinen und Anlagen werden u. a. von den
Materialeigenschaften der aufzubereitenden Abfall- und Reststoffe
bestimmt. Die Zahl der Verfahrensstufen und -schritte hängt
vom Behandlungsziel und von den Materialeigenschaften der Abfall-
und Reststoffe ab. Für die bisher nicht verwertbaren Shredder-Leicht-Fraktionen
aus der Altfahrzeugverwertung liegen hinsichtlich der dafür
erforderlichen weitergehenden verfahrenstechnischen Aufbereitungsschritte
keine nahe liegenden verfahrenstechnischen Lösungen vor.
Wegen zu großer Qualitätsschwankungen werden die
bisher erzeugten Sekundärbrennstoffen überwiegend
in Entsorgungsanlagen (Müllverbrennungsanlagen; Ver- und
Entgasungsanlagen) und Produktionsanlagen energetisch verwertet.
Kohlekraftwerksanlagen gehören aus den vorab genannten
Gründen nicht oder nur in geringem Umfang zu den Abnehmern
der aus Vorprodukten der Abfallwirtschaft hergestellten Sekundär-
bzw. Ersatzbrennstoffe.
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In
der Patentschrift
DE
3401220 C2 wird ein mehrstufiges Verfahren zur Verwertung
von Abfallstoffen wie Müll, Klärschlamm, landwirtschaftliche und/oder
industrielle Abfälle und dergleichen beschrieben, bei dem
trockene Abfallstoffe nach Abscheidung der organischen Anteile zerkleinert,
mit vorentwässerten Abfallstoffen und einem Branntkalkanteil
von 3–5% des Abfallgemisches vermischt, zu Briketts gepresst
und zur Energieumwandlung verbrannt werden.
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Ebenfalls
ein mehrstufiges Verfahren und die zugehörigen Vorrichtungen
zur Aufbereitung von organische Bestandteile enthaltenden festen
und flüssigen Abfallgemischen wird in der Patentschrift
DE 10346892 B4 beschrieben.
Im Rahmen der verfahrenstechnischen Aufbereitung durchläuft
der Abfallstoffstrom in mehreren Verfahrensschritten 3 Verfahrensstufen.
Der letztlich übrig bleibende hochkalorische Abfallhauptstoffstrom
wird gemeinsam mit zuvor ausgekreisten organischen Bestandteilen
und Filterrückstände sowie unter Zugabe von Schlämmen und
anderen flüssigen Abfällen kompaktiert bzw. agglomeriert
und im Rahmen einer energetischen Verwertung vergast.
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In
einem in der Offenlegungsschrift
DE 3227896 A1 beschriebenen mehrstufigem
Verfahren zur thermischen Behandlung, insbesondere Verschwelung,
organischer Abfälle und Anlage zur Ausübung des
Verfahrens wird der Abfallstoffstrom aus aufbereitetem Hausmüll
und entwässertem Klärschlamm in einer Kugelmühle
gemischt und zerkleinert und in einem weiteren Apparat verschwelt.
Das entstandene Schwelgas-Brüden-Gemisch wird mittels Kondensation
in Wasser, flüssige und gasförmige Kohlenwasserstoffe
getrennt und der übrig gebliebene Schwelkoks wird zu einem
festen Brennstoff weiter aufbereitet und einer energetischen Verwertung
zugeführt.
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Ein
mehrstufiges Verfahren zur Herstellung thermostabiler Mischbriketts
wird in der Offenlegungsschrift
DE 44 02 878 A1 beschrieben. Im Rahmen des
Verfahrens erfolgt die Einbindung zerkleinerten Kunststoffabfalls
dem dann in einem weiteren Verfahrensschritten als Mineralkomponente
Zumischgut in Form von Kohle, Klärschlamm, Holz u. ä. beigemischt
wird. Dabei wird der Ausgangsmischung eine solche Menge an Mineralkomponenten
zugemischt, dass ein gleich bleibendes Schmelzverhalten/Sinterverhalten
der Mischbriketts bei der Vergasung in einem Festbettreaktor gewährleistet
ist. Dazu werden das Zumischgut und die Reststoffe auf eine Korngröße
von etwa 6 mm zerkleinert, intensiv miteinander gemischt und dann
zu Briketts geformt.
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In
der Patentschrift
DE
102 26 556 C1 wird die Herstellung einer Vergasungsstoffmischung
für die Abfallvergasung dargelegt. Dabei besteht die Aufgabe
darin, eine Lösung zur Verbesserung der Kohle-Abfallgemischzuführung
zur Vergasung und der Kohle-Abfallgemischzuführung im Festbett
sowie zur Vereinfachung der der Vergasung nach geschalteten Prozesse
durch Bereitstellung einer geeigneten Vergasungsstoffmischung aufzuzeigen.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass eine definierte Braunkohleknorpelmenge
mit definierten Parametern im Kohleanteil des Vergasungsstoffgemisches
eingestellt wird.
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Eine
Verfahrenskette zur Entsorgung von Klärschlamm wird in
der Offenlegungsschrift
DE
44 41 393 A1 beschrieben. In der Verfahrenskette werden
anfallende Klärschlämme aus kommunalen und industriellen
Kläranlagen mit geringst möglicher Umeltbelastung
und niedrigem Kostenaufwand entsorgt wobei gleichzeitig die Möglichkeit
besteht, andere Abfallstoffe, wie Rechengut, Altpapier, thermoplastische
Kunststoffabfälle, Farbreste, Staub aus Entlüftungsanlagen
und dergl. kostengünstig zu entsorgen und nach der Brikettierung
in einer Schneckenpresse einer Hochtemperaturvergasung zuzuführen.
Die bei der Vergasung anfallende Asche kann problemlos auf normalen
Deponien abgelagert oder anderweitig verwertet werden.
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Aus
den in Auszügen zitierten Patentschriften und dem recherchierten
Patent- und Fachschrifttum geht im Kern hervor, dass im Rahmen der
in der Regel mehrstufigen Verfahren eine ganze Reihe von Primäranforderungen
zur Aufbereitung von Abfall- und Reststoffen bis hin zu Erzeugung
von Sekundär- bzw. Ersatzbrennstoffen beschrieben werden.
Primäranforderungen sind das Zerteilen/Zerkleinern des
Abfalls in bestimmte Korngrößen, das Trennen/Sortieren
des Abfalls nach bestimmten Merkmalen und Stoffeigenschaften in
Restabfallfraktionen, das Mischen der übrig gebliebenen
unterschiedlichen Restabfallfraktionen und die sich anschließende
Agglomeration/Kompaktierung/Brikettierung dieses Gemisches zu vorkonfektionierten
Endprodukten. Die agglomerierten Endprodukte haben dabei eine sich
zufällig einstellende Brennstoffqualität und Festigkeit.
Diese Endprodukte werden in der Regel im Rahmen verschiedener Vergasungstechnologien einer
energetischen Verwertung zugeführt. Eine weitergehende
Aufbereitung von nicht konfektionierten hochkalorischen Vorprodukten,
wie z. B. Shredder-Leicht-Fraktionen aus der Altautoverwertung,
mit dem Behandlungsziel, Qualitätsersatzbrennstoffe zu erzeugen
und diese einer energetischen Verwertung durch Mitverbrennung in
unterschiedlichen Feuerungssystemen konventioneller Kohlekraftwerke
und durch Monoverbrennung in speziellen EBS – Kraftwerken
zuzuführen, wird im Patent- und Fachschrifttum nicht beschrieben.
Nachteilig bei den oben beschriebenen Aufbereitungsverfahren ist,
dass keine Aussagen zur Brennstoffqualität gemacht werden.
Im Rahmen einer energetischen Verwertung der erzeugten Ersatzbrennstoffe
werden ausschließlich Vergasungstechnologien beschrieben.
Weiterhin werden keine nachvollziehbaren Angaben zu Rezepturen und
zur Qualität der erzeugten Ersatzbrennstoffe gemacht.
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Weitergehende
Anforderungen wie die zielgerichtete sequentielle bzw. gemeinsame
Behandlung von nicht konfektionierten hoch kalorischen Vorproduktgemengen
wie z. B. Shredder-Leicht-Fraktionen aus der Altautoverwertung mit
konfigurierbaren nieder kalorischen Füllbindern aus der
Abfallwirtschaft wie z. B. Klärschlämmen und/oder
Gärresten zur Erzeugung eines EBS mit in der Summe partikelförmigen
Schwermetallfrachten von < 3
bis 5%, mit einem Chloranteil von < 5%
mit einem in Abhängigkeit von der energetischen Verwertungs-/Verbrennungstechnologie
einstellbaren gleich bleibenden unteren Heizwert zwischen 11.000
kJ/kg ≤ 17.000 kJ/kg, mit einer in Abhängigkeit
vom Verwendungszweck einstellbaren Agglomeratgröße,
-form und -festigkeit sowie mit für Transport-, Umschlags-
und Lagerprozesse günstigen Schüttguteigenschaften können
mit den bekannten Aufbereitungsverfahren nicht realisiert werden.
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Aufgabe der Erfindung
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Aufgabe
der Erfindung ist die Entwicklung eines einfachen, wirtschaftlichen
und ökologischen Verfahrens, bei dem nach vorgegebenen
Rezepturen, im Rahmen einer weitergehenden verfahrenstechnischen
Aufbereitung zielgerichtet aus nicht konfektionierten Vorproduktgemengen,
wie z. B. Gemenge von Hochkalorikfraktionen aus der Altfahrzeugverwertung
und/oder der Restabfallverwertung und konfigurierbaren nieder kalorischen
Füllbinder aus der Abfallwirtschaft wie z. B. Klärschlämmen
und/oder Gärresten, großtechnisch endkonfektionierte
definierte Qualitätsersatzbrennstoffe (EBS) mit gezielt einstellbaren
gleich bleibenden Heizwerten zwischen 11.000 kJ/kg und 17.000 kJ/kg,
Schadstofffrachten für Chloranteile < 5% und für Schwermetallanteile < 3 bis 5%, definierten
Wassergehalten, Schüttguteigenschaften und Festigkeiten
erzeugt werden, die dann durch Mitverbrennung in unterschiedlichen Feuerungssystemen
konventioneller Kohlekraftwerke und/oder durch Monoverbrennung in
speziellen Ersatzbrennstoffkraftwerken energetisch verwertet werden
können.
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Lösung der Aüfgabe
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Die
Aufgabe ein einfaches, wirtschaftliches und ökologisches
Verfahren zur großtechnischen Erzeugung definierter Qualitätsersatzberennstoffe
zu entwickeln wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass
in einer ersten Verfahrensstufe (I. VST zur Annahme der Vorproduktgemenge)
die Zuordnung und Überprüfung aller Stoffbegleitpapiere/Deklarationsanalysen,
die Probenahme zur Erstellung von Kontrollanalysen sowie die visuelle
und/oder organoleptische Kontrolle der hoch kalorischen Vorproduktgemenge
wie z. B. Shredder-Leicht-Fraktion von 0 bis 60 mm, Fraktionen aus
der Mechanisch Biologischen Abfallbehandlung (MBA), Sortierungen
aus dem Dualen System Deutschland (DSD), Siebüberläufe
aus der Kompostierung und der konfigurierbaren nieder kalorischen
Füllbinder wie z. B. vorentwässerte kommunale
Klärschlämme, erfolgen. Nach den Kontrollen werden
die Vorproduktgemenge entweder angenommen und stoffspezifisch zwischengelagert
oder bei Annahmeverweigerung zurückgewiesen und abtransportiert.
Aus dem Zwischenlager gelangt dann zuerst das freigegebene hochkalorische
Vorproduktgemenge bzw. die hoch kalorische Ausgangsfraktion in die
aus fünf Verfahrensschritten (VS) bestehende zweite Verfahrensstufe
(II. VST/Mechanische Stofftrennung zur weitergehenden verfahrenstechnischen Aufbereitung).
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Im
ersten Verfahrensschritt (I. VS) der II. VST, dem Abscheiden von
Eisenmetallen (FE-Metallen), wird das hoch kalorische Vorproduktgemenge mit
Hilfe bekannter Magnetscheider nach magnetischen Eigenschaften sortiert.
Dabei werden die magnetisierbaren Vorproduktanteile kontinuierlich
durch Querstromtrennung aus dem Vorproduktgemengestrom herausgezogen,
dann ausgekreist und zwischengelagert. Zur weiteren Aufbereitung
gelangt dann das von FE-Metallen entlastete hoch kalorische Vorproduktgemenge
zum zweiten Verfahrensschritt (2. VS).
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Im
2. VS der II. VST, dem Abscheiden von Nichteisenmetallen (NE-Metallen),
werden mit Hilfe eines elektrostatischen Feldes, das in bekannten Elektroscheidern
erzeugt und aufrecht erhalten wird, die elektrisch leitenden Feststoffe
durch Ablenkung aus dem hoch kalorischen Vorproduktgemenge nach ihrer
jeweiligen Leitfähigkeit als Leiter, als Halbleiter oder
Nichtleiter aussortiert, dann ausgekreist und zwischengelagert.
Zur weiteren Zerkleinerung gelangt dann das von NE- Metallen entlastete
hoch kalorische Vorproduktgemenge als Aufgabegut in den dritten
Verfahrensschritt (3. VS).
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Im
3. VS der II. VST, dem Zerkleinern, werden die zwischen 0 mm und
60 mm liegenden hoch kalorischen Feststofffraktionen des Aufgabegutes durch
die vom jeweiligen bekannten Zerkleinerungsapparat induzierten Wirkungen
zerkleinert und anschließend als Zerkleinerungsgut im vierten
Verfahrensschritt (4. VS) durch Klassieren weiter aufbereitet.
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Im
4. VS der II. VST, dem Klassieren, erfolgt unabhängig von
der Art der Feststoffteichen im Zerkleinerungsgut z. B. mit Hilfe
eines bekannten Spannwellsiebes das Trennen des Zerkleinerungsgutes
nach Kornklassen. Durch das Klassieren wird die Fraktion von 0 mm
bis 20 mm aus dem Zerkleinerungsgut abgetrennt und als vorklassiertes
feines Zwischenprodukt dem sich im fünften Verfahrensschritt
(5. VS) anschließenden Sortieren zugeleitet. Das Abtrennen
der im Zerkleinerungsgut enthaltenen Feinanteile dient gleichzeitig
zur Entlastung des vor geschalteten Zerkleinerungsapparates. Der
aus den Feststofffraktionen von 20 mm bis 60 mm bestehende Siebüberlauf
des Zerkleinerungsgutes, wird dem Zerkleinerungsapparat der 3. VS
erneut zugeleitet und dort gemeinsam mit dem Aufgabegut weiter zerkleinert.
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Im
5. VS der II. VST, dem Sortieren, erfolgt die Trennung des aus mehr
als zwei Feststoffkomponenten bestehenden vorklassierten feinen
Zwischenproduktes nach der Dichte. Durch eingeblasene Luft werden
die Feststoffpartikel der feinen Zwischenproduktfraktion suspendiert
und das fluidisierte Gemisch aus Feststoffpartikeln und Luft strömt
als Feststoffsuspension durch Rinnen oder über einen Herd.
Bei einer Rinnenströmung stellt sich in der Suspensionsströmung
eine Schichtung der Feststoffpartikel nach der Dichte ein. Der nach
der Dichte geschichtete Suspensionsstrom wird am Austrag einer Rinne durch
Teiler in die Trennprodukte zerlegt. Bei einem Herd kommt es durch
die Wirkungen von Strömungs-, Reibungs- und Trägheitskräften
in der Feststoffsuspension sowie der Neigung der Herdplatte zur
Sortierung. Es kommt in folge unterschiedlicher Dichten und Absetzgeschwindigkeiten
zum fraktionsweisen Sortieren des Schwergutes auf der Herdplatte
sowie zur Überspülung des Leichtgutes über
die Herdplatte.
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Überraschender
Weise hat sich gezeigt, dass aus dem Suspensionsstrom der vorklassierten feinen
Zwischenprodukte des hoch kalorischen Vorproduktgemenges, das im
vorliegenden Fall aus Shredder-Leicht-Fraktionen von 0 mm bis 20
mm der Altfahrzeugverwertung besteht, im Aeroherd die noch verbliebenen
eingebetteten und mit Stoffresten verfilzten Kupferlitzen, Kupferdrähte
und kleineren Metallteile (Fraktionen ≤ 6 mm), die Anorganik
und Hochkalorikfraktionen A (SLF A von 0 mm bis 20 mm) und B (SLF
B von 8 mm bis 20 mm) sortiert, abgeschieden und ausgekreist werden
können. Die ausgekreiste Anorganikfraktion wird deponiert.
Die ausgekreisten Kupferlitzen, Kupferdrähte und kleineren Metallteile
werden in den Rohstoffkreislauf zurückgeführt.
Die Hochkalorikfraktion A (SLF A) gelangt dann in den sechsten Verfahrensschritt
(6. VS) innerhalb der dritten Verfahrensstufe (III. VST/Mechanische Stoffvereinigung
zur Erzeugung definierter EBS).
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Im
6. VS der III. VST, dem Vormischen, wird die Hochkalorikfraktion
A (SLF A) nach vorgegebenen Rezepturen mit zuvor aufbereiteten konfigurierbaren
nieder kalorischen Füllbindern wie z. B. Klärschlammgemische
und Siebüberläufen aus der I. VST vorgemischt.
Das erfolgt im technischen Maßstab mit Hilfe bekannter
Mischer. Durch das intensive Mischen entsteht ein feuchtes Agglomerationsgemisch.
Beim Agglomerieren ballen Grenzflächenkräfte das
Feingut zu dispersen Stücken unregelmäßiger,
nicht genau reproduzierbarer Form und Korngröße
zusammen. Überraschender Weise hat sich herausgestellt,
dass die vergleichmäßigten Klärschlammgemische
gut der Hochkalorikfraktion A (SLF A) zudosiert werden können,
wenn diesen Klärschlammgemischen zur Einstellung eines
bestimmten Trockensubstanzgehaltes (TS) zuvor eine bestimmte Menge
krümelige Klärschlämme mit einem TS > 25% untergemischt
wurden. Weiterhin wurde gefunden, dass sich die Hochkalorikfraktion
A (SLF A) und der aufbereitete Siebüberlauf aus der Kompostierung
gut mit dem konfigurierbaren nieder kalorischen Füllbinder,
dem vergleichmäßigtem Klärschlamm, mischen
lassen und sich dabei fein in dem aus dispersen Agglomeraten bestehenden
feuchten Agglomerationsgemisch verteilt haben.
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Das
im 6. VS hergestellte feuchte Agglomerationsgemisch gelangt dann
zum siebenten Verfahrensschritt (7. VS) der III. VST.
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Im
7. VS der III. VST, dem Mischen und Homogenisieren, werden zur Einstellung
des gewünschten gleich bleibenden EBS-Heizwertes dem feuchten
Agglomerationsgemisch nach Rezeptur nochmals aufbereiteter Siebüberlauf
aus der Kompostierung, weitere definierte Volumenanteile aufbereiteter
MBA-Hochkalorik bzw. DSD-Sortierung aus der I. VST sowie die Hochkalorikfraktion
B (SLF B) aus dem 5. VS der II. VST zudosiert, gemischt und homogenisiert.
Beim Homogenisieren entsteht ein gut konfigurierbares disperses
System von hoher Stabilität und Feinverteilung.
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Überraschender
Weise hat sich gezeigt, dass sich die in definierten Mengen zugegebenen hoch
kalorischen Vorproduktgemenge aus der I. VST und die Hochkalorikfraktionen
A und B aus dem 5. VS der II. VST stabil in das feuchte Agglomerationsgemisch
einbetten lassen und dabei fein verteilt werden. Weiterhin hat sich
gezeigt, dass sich so die gewünschten gleich bleibenden
Heizwerte im EBS einstellen lassen.
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Das
so erzeugte konfigurierbare Agglomerationsgemisch gelangt dann zur
Kompaktierung in den achten Verfahrensschritt (8. VS) der III. VST.
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Im
8. VS der III. VST, dem Kompaktieren, wird das vorhandene konfigurierbare
Agglomerationsgemisch durch Formgeben in eine vorgegebene, reproduzierbare
stabile verfestigte Form gebracht. Dies geschieht durch Pressen,
Granulieren und/oder Pelletieren. Als Haftkräfte wirken
beim Kompaktieren unter anderem Flüssigkeitsbrücken,
Bindemittelkräfte, Festkörperbrücken
sowie der kapillare Flüssigkeitsdruck. Beim Pressen kompaktiert
Feingut mittels Druck zu Körpern vorgegebener Abmessungen
und Form. Beim Pelletieren werden aus feinen Feststoffen durch Benetzen
mit Flüssigkeiten und daran gekoppelten bestimmten Bewegungsabläufen
Granalien oder Pellets gebildet. Die Pelletbildung hängt
dabei von solchen Feststoffeigenschaften wie der Kornverteilung,
der Teilchenform, der Benetzbarkeit und von der zugesetzten Flüssigkeitsmenge
ab.
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Es
hat sich herausgestellt, dass das konfigurierbare Agglomerationsgemisch
aus der 7. VS in einem Verarbeitungsextruder gut in Form von Strängen aus
den Öffnungen eines definierten Extruderwerkzeugs (Lochplatte)
heraus gepresst und dann unter Schwerkraftwirkung und in Abhängigkeit
von der stofflichen Zusammensetzung des konfigurierbaren Agglomerationsgemisches
in unterschiedlich lange stabile EBS-Strangbruchstücke
zerteilt werden. Die endkonfektionierten definierten EBS-Strangbruchstücke
werden mit Doppelschneckenextrudern (das Agglomerationsgemisch wird
dabei während der Zwangsförderung zum Extruderwerkzeug
im Sinne einer Zerkleinerung weiter aufbereitet) erzeugt.
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Vorteile der Erfindung
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Das
erfindungsgemäße „Definierte-Ersatz-Brennstoff-Erzeugungs-Verfahren
bzw. DEBEs-Verfahren weist u. a. folgende Vorteile auf:
- 1. Mit Hilfe des DEBEs-Verfahrens können in einfacher
und billiger Massenproduktion nach vorgegebenen Rezepturen aus weitergehend
verfahrenstechnisch aufbereiteten Vorproduktgemengen in unbegrenzter
Menge endkonfektionierte Qualitätsersatzbrennstoffe (EBS)
mit definiert einstellbaren gleich bleibenden Heizwerten, Schadstofffrachten,
Wassergehalten und Festigkeiten hergestellt werden.
- 2. Im Gegensatz zu anderen bekannten Sekundärbrennstoffen
bzw. Ersatzbrennstoffen weisen die durch Agglomeration und Kompaktierung
erzeugten definierten Ersatzbrennstoffe jeweils eine Festigkeit
auf, die sie gegen mechanische Beanspruchen, wie sie bei Transport-,
Umschlags- und Lagerprozessen auftreten, ausreichend widerstandsfähig
machen.
- 3. Durch die gleich bleibende Brennstoffqualität kann
der erzeugte definierte endkonfektionierte EBS sowohl durch Mitverbrennung
in unterschiedlichen Feuerungssystemen konventioneller Kohlekraftwerke
als auch durch Monoverbrennung in speziellen Ersatzbrennstoffkraftwerken energetisch
verwertet werden.
- 4. Durch die Verwendung kommunaler Klärschlämme
als konfigurierbarer nieder kalorischer Füllbinder zur
Einbettung vorbehandelter hoch kalorischer Fraktionen wird im Rahmen
des DEBEs-Verfahrens ein wirksamer Beitrag zur Desintegration kommunaler
Klärschlämme erbracht.
- 5. Durch die energetische Verwertung der im Rahmen des DEBEs-Verfahrens
erzeugten definierten endkonfektionierten Qualitätsersatzbrennstoffe
(EBS) wird ein nachhaltiger Beitrag für die Befriedigung
der in der Allgemeinheit bestehenden Bedürfnisse zur Reduzierung
klimawirksamer Emissionen, zur Substitution natürlicher
endlicher Brennstoffressourcen und zur signifikanten Verminderung
der Deponiegutmengen geleistet.
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Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
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Das
erfindungsgemäße Verfahren zur „Definierten-Ersatz-Brennstoff-Erzeugung"
bzw. DEBEs-Verfahren soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel
zur Massenherstellung eines endkonfektionierten definierten Qualitätsersatzbrennstoffes (EBS)
durch weitergehende verfahrenstechnische Aufbereitung hoch kalorischer
Vorproduktgemenge aus der Altfahrzeugverwertung, aus Siebüberläufen der
Kompostierung und Hochkalorik aus MBA sowie DSD-Sortierungen unter
Einbeziehung aufbereiteter Klärschlämme, als konfigurierbarer
nieder kalorischer Füllbinder, näher erläutert
werden.
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1 zeigt
hier die Abfolge der zu durchlaufenden Verfahrensstufen und Verfahrensschritte.
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In
der ersten Verfahrensstufe (I. VST) werden die hoch kalorischen
Vorproduktgemenge wie die Shredder-Leicht-Fraktion von 0 bis 60
mm, Fraktionen aus der Mechanisch Biologischen Abfallbehandlung,
die Sortierungen aus dem Dualen System Deutschland sowie konfigurierbare
nieder kalorische Füllbinder wie vorentwässerte
kommunale Klärschlämme und Siebüberläufe
aus der Kompostierung angenommen und alle Stoffbegleitpapiere/Deklarationsanalysen
geprüft. Bei Bedarf erfolgt die Probenahme zur Erstellung
eigener Kontrollanalysen sowie die visuelle und/oder organoleptische
Kontrolle aller Vorproduktgemenge. Nach den Kontrollen werden die
Vorproduktgemenge entweder angenommen und stoffspezifisch zwischengelagert
oder bei Annahmeverweigerung zurückgewiesen und abtransportiert. Aus
der I. VST gelangt dann als hoch kalorische Ausgangsfraktion zuerst
die bei der Altfahrzeugverwertung anfallende Shredder-Leicht-Fraktion
(SLF) von 0 mm bis 60 mm in die aus fünf Verfahrensschritten (VS)
bestehende zweite Verfahrensstufe (II. VST) zur weitergehenden verfahrenstechnischen
Aufbereitung durch mechanische Stofftrennung.
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Im
ersten Verfahrensschritt (1. VS) der II. VST, dem Abscheiden von
Eisenmetallen (FE-Metallen), werden aus der SLF von 0 mm bis 60
mm die magnetisierbaren Vorproduktanteile kontinuierlich herausgezogen,
ausgekreist und zwischengelagert.
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Zur
weiteren Aufbereitung gelangt dann die von FE-Metallen entlastete
SLF zum zweiten Verfahrensschritt (2. VS).
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Im
2. VS der II. VST, dem Abscheiden von Nichteisenmetallen (NE-Metallen),
werden mit Hilfe eines elektrostatischen Feldes die elektrisch leitenden
Feststoffe durch Ablenkung aus der SLF nach der jeweiligen Leitfähigkeit
als Leiter, Halbleiter oder Nichtleiter aussortiert, dann ausgekreist
und zwischengelagert. Zur weiteren Zerkleinerung gelangt dann die
von NE-Metallen entlastete SLF als Aufgabegut in den dritten Verfahrensschritt
(3. VS).
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Im
3. VS der II. VST, dem Zerkleinern, werden die zwischen 0 mm und
60 mm liegenden hoch kalorischen Feststofffraktionen als Aufgabegut
in einer Kugelmühle zerkleinert. Das so entstandene Zerkleinerungsgut
wird dann im vierten Verfahrensschritt (4. VS) durch Klassieren
weiter aufbereitet.
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Im
4. VS der II. VST, dem Klassieren, erfolgt mit Hilfe eines Spannwellsiebes
das Trennen des Zerkleinerungsgutes nach Kornklassen. Durch das Klassieren
wird die feine Zwischenproduktfraktion von 0 mm bis 20 mm aus dem
Zerkleinerungsgut abgetrennt und als vorklassiertes feine Zwischenproduktfraktion
dem fünften Verfahrensschritt (5. VS) zur weiteren Sortierung
zugeleitet. Der aus den Feststofffraktionen von 20 mm bis 60 mm
bestehende Siebüberlauf des Zerkleinerungsgutes wird zur
Kugelmühle zurückgeführt und dort zusammen
mit frischem Aufgabegut weiter zerkleinert.
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Im
5. VS der II. VST, dem Sortieren, erfolgt die Trennung des aus mehr
als zwei Feststoffkomponenten bestehenden vorklassierten feinen
Zwischenproduktes nach der Dichte. Durch eingeblasene Luft werden
die Feststoffpartikel der feinen Zwischenproduktfraktion von 0 mm
bis 20 mm suspendiert und das fluidisierte Gemisch aus Feststoffpartikeln
und Luft strömt als Feststoffsuspension über einen
Aeroherd. Aus dem Suspensionsstrom der vorklassierten feinen Zwischenprodukte
der SLF werden im Aeroherd die mit Stoffresten verfilzten Kupferlitzen,
Kupferdrähte und kleineren Metallteilfraktionen bis ≤ 6 mm,
die Anorganik sowie die Hochkalorikfraktionen A (SLF A 0 mm bis
20 mm) und B (SLF B 8 mm bis 20 mm) jeweils nach der Dichte sortiert
und separat ausgekreist. Die ausgekreiste Anorganikfraktion wird
deponiert. Die ausgekreisten Kupferlitzen, Kupferdrähte und
kleineren Metallteile werden in den Rohstoffkreislauf zurückgeführt.
Die flusenreiche Hochkalorikfraktion A (SLF A von 0 mm bis 20 mm)
gelangt dann zur eigentliche Erzeugung des definierten Ersatzbrennstoffes
in die dritten Verfahrensstufe (III. VST) zur mechanischen Stoffvereinigung.
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Im
6. VS der III. VST, dem Vormischen, wird nach folgender Rezeptur
aus Vorproduktgemengen ein feuchtes Agglomerationsgemisch hergestellt:
- i – 25 Vol.-% flusenreiche Hochkalorikfraktion
A (SLF A von 0 mm bis 20 mm)
- ii – 60 Vol.-% aufbereiteter vergleichmäßigter Klärschlamm
mit einem TS von 25
- iii – 15 Vol.-% Fraktion von 0 mm bis 20 mm des aufbereiteten
Siebüberlauf aus der Kompostierung
-
Das
erfolgt mit Hilfe eines bekannten Intensivpflugscharmischers auf
einem Mischplatz. Aus den hoch kalorischen Vorproduktgemengen und
der Hochkalorikfraktion A (SLF A) entsteht so durch das Vormischen
ein feuchtes Agglomerationsgemisch.
-
Das
im 6. VS hergestellte feuchte Agglomerationsgemisch gelangt dann
zum siebenten Verfahrensschritt (7. VS) der III. VST.
-
Im
7. VS der III. VST, dem Mischen und Homogenisieren, wird nach folgender
Rezeptur aus feuchtem Agglomeratgemisch ein konfigurierbares Agglomerationsgemisch
mit einem definiert eingestellten gleich bleibenden Heizwert hergestellt:
- i – 75 Vol.-% feuchtes Agglomerationsgemisch
- ii – 10 Vol.-% Hochkalorikfraktion B (SLF B)
- iii – 05 Vol.-% Fraktion von 0 mm bis 20 mm aufbereitete
Hochkalorik aus MBA
- iv – 05 Vol.-% Fraktion vom 0 mm bis 20 mm aufbereitete
Hochkalorik aus DSD-Sortierung
- v – 05 Vol.-% Fraktion von 0 mm bis 20 mm des aufbereiteten
Siebüberlauf aus der Kompostierung
-
Beim
kontinuierlichen Mischen und Homogenisieren entsteht ein gut kompaktierbares
disperses System von hoher Stabilität und Feinverteilung.
Das so erzeugte konfigurierbare Agglomerationsgemisch gelangt dann
zur Kompaktierung und Endkonfektionierung in den achten Verfahrensschritt
(8. VS) der III. VST.
-
Im
8. VS der III. VST, dem Kompaktieren, wird in einem Verarbeitungsextruder
aus dem konfigurierbaren Agglomerationsgemisch der endkonfektionierte
definierte Qualitätsersatzbrennstoff (EBS), der einen gleich
bleibenden Heizwert von etwa 16.000 kJ/kg hat und Schadstofffrachten
für Chloranteile von < 5%
sowie für Schermetallanteile von < 3 bis 5% aufweist, in Form von stabilen
verfestigten EBS-Strangbruchstücken mit einem Durchmesser von
25 mm bis 30 mm und einer Länge von jeweils 30 mm bis 60
mm hergestellt.
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Schlagwörter
-
Nicht
konfektionierte hoch kalorische Vorproduktgemenge; Restmüllfraktionen;
Altautoverwertung; Umweltdienstleister; Entsorger; nieder kalorischer
Füllbinder; Klärschlämme; Klärschlammdesintegration;
Gärreste; Kommunalwirtschaft; Nahrungsgüterwirtschaft;
Land- und Forstwirtschaft; weitergehende verfahrenstechnische Aufbereitung;
Verfahrensstufen; Verfahrensschritte; Stofftrennung; Stoffvereinigung;
verkettete Ausrüstungen der mechanischen Verfahrenstechnik;
mechanisch-physikalische Wirkungen; Vorproduktgemengeströme;
FE-Abscheidung; NE-Abscheidung; definierte Reihenfolge; Aufgabegut;
Zerkleinerungsgut; feine Zwischenproduktfraktion; Aeroherd; feuchtes
Agglomerationsgemisch; Rezeptur; konfigurierbares Agglomerationsgemisch;
endkonfektionierter definierter Qualitätsersatzbrennstoff;
Ersatzbrennstoff (EBS); Extruder; Extruderwerkzeug; Lochplatte;
Pellet; Brikett; EBS-Strangbruchstücke; Brennstoffqualität;
Heizwert; Schadstofffracht; Wassergehalt; Festigkeit; Schüttgutverhalten;
Sturzfestigkeit; energetische Verwertung; Mitverbrennung; unterschiedliche
Feuerungssysteme; Kohlekraftwerk; Monoverbrennung; Ersatzbrennstoffkraftwerk;
natürliche Brennstoffressourcen; klimawirksame Emission;
Wohl der Allgemeinheit; Umweltschutz.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 3401220
C2 [0004]
- - DE 10346892 B4 [0005]
- - DE 3227896 A1 [0006]
- - DE 4402878 A1 [0007]
- - DE 10226556 C1 [0008]
- - DE 4441393 A1 [0009]