DE102016104272B4

DE102016104272B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Verwertung von Misch-Müll

Info

Publication number: DE102016104272B4
Application number: DE102016104272.2A
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-03-09
Filing date: 2016-03-09
Publication date: 2018-10-31
Anticipated expiration: 2036-03-10
Also published as: WO2017153522A1; DE102016104272A1

Abstract

Verfahren zur Verwertung, insbesondere Energieerzeugung, von Misch-Müll (MM), insbesondere gemischtem Hausmüll (MM) durch
a) Abtrennen wenigstens der Fraktionen
- biologisch abbaubare Fraktion (bF)
- thermisch verwertbare Fraktion (tF) aus dem Hausmüll (MM),
b) Erzeugung von Biogas (BG) aus der biologisch abbaubaren Fraktion (bF),
c) Erzeugung von Pyrolysegas (PG) aus der thermisch verwertbaren Fraktion (tF),
d) wobei Biogas (BG) und Pyrolysegas (PG) gemeinsam, insbesondere in Form eines Mischgases (MG) verbrannt werden unter Kraft-Wärme-Kopplung und dabei einerseits elektrische Energie (eE) und andererseits Wärme-Energie (wE) erzeugt wird dadurch gekennzeichnet, dass
e) Biogas und Pyrolysegas vor der gemeinsamen Verbrennung in einem solchen Verhältnis gemischt werden, dass
e1) entweder das gesamte anfallende Biogas einerseits und das gesamte anfallende Pyrolysegas andererseits ohne Zwischenspeicherung permanent verbrannt werden können, und zu diesem Zweck entweder die Zufuhr der biologisch abbaubaren Fraktion in die Biogas-Erzeugung und/oder die Zufuhr der thermisch verwertbaren Fraktion zur Pyrolysegas-Erzeugung entsprechend gesteuert wird,
e2) oder maximal so viel Pyrolysegas zusammen mit dem Biogas verbrannt wird, dass gerade noch eine Verbrennung stattfindet.

Description

Anwendungsgebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verwerten von aus unterschiedlichen Fraktionen bestehenden Misch-Müll, insbesondere Hausmüll, bei der primär Energie erzeugt werden soll, vorzugsweise in Form von elektrischer Energie, aber auch in Form von Wärme-Energie.
Ziel ist dabei generell eine möglichst hohe Ausbeute speziell an elektrischer Energie und/oder insgesamt eine möglichst hohe Energie-Ausbeute, also eine hohe Effizienz eines solchen Verfahrens oder einer solchen Vorrichtung.
II. Technischer Hintergrund
Derartige Verfahren und Vorrichtungen sind insofern bekannt, als bestimmte Fraktionen eines Misch-Mülls - nach deren Separation aus dem Misch-Müll - einzeln verwertet werden, beispielsweise indem

- aus einer biologisch abbaubaren Fraktion in einer Biogasanlage ein brennbares Biogas erzeugt wird und dieses in einem Kraft-Wärme-Erzeuger wie einem Verbrennungsmotor oder einer Turbine verbrannt und dabei über den daran angeschlossenen Generator einerseits elektrische Energie erzeugt wird und die Abwärme dieses Verbrennungsmotors oder dieser Turbine als Wärme-Energie zur Verfügung steht,
- aus einer thermisch verwertbaren Fraktion
- - entweder durch einfaches Verbrennen, also ohne dass durch die Verbrennung elektrische Energie erzeugt wird, lediglich Wärme-Energie erzeugt wird,
- - bevorzugt jedoch durch Pyrolyse ein brennbares Pyrolyse-Gas erzeugt wird, welches wiederum in einem Kraft-Wärme-Erzeuger wie einem Verbrennungsmotor oder einer Turbine verbrannt und dabei über den daran angeschlossenen Generator einerseits elektrische Energie erzeugt wird und die Abwärme dieses Verbrennungsmotors oder dieser Turbine als Wärme-Energie zur Verfügung steht.

Die dabei entstehenden Reste wurden dann in der Regel jeweils getrennt entsorgt oder weiterverarbeitet, sei es zu Kompost oder beispielsweise einem Straßenbau-Material, und dies oft auch noch an einen relativ weit entfernten Ort, also in räumlich getrennten und beabstandeten Anlagen.
Auch die entstehende Wärme-Energie wurde zwar in der Regel in der Nähe genutzt, aber meist für Prozesse, die mit dem primären Verwertungsprozess der Müll-Fraktionen nichts zu tun hatte.
Ferner ist aus der US 2008/0236042 A1 ein Verwertungsverfahren für Hausmüll, also für einen Mischmüll aus mehreren Fraktionen, bekannt, bei dem einerseits aus Biomasse Biogas erzeugt wird und aus Kunststoffen ein Pyrolysegas erzeugt wird.
Diese beiden Gasarten werden gemeinsam in elektrischen Strom umgewandelt unter Nutzung der dabei anfallenden Wärme.
Ferner ist aus der DE 10 2005 043 280 A1 die Kraft-Wärme-Kopplung bei der Verarbeitung von Müll bekannt.
Des Weiteren beschreibt die JP 55131622 A ein Verfahren zum Mischen zweier Gasströme, bei dem der Brennwert des Gemisches anhand von vorgegebenen Parametern konstant gehalten wird.
III. Darstellung der Erfindung
Technische Aufgabe
Es ist daher die Aufgabe gemäß der Erfindung, durch ein geeignetes Verfahren und/oder eine geeignete Vorrichtung die Effizienz und damit Ausbeute an aus dem Misch-Müll, insbesondere Hausmüll, erzeugter Energie, insbesondere der erzeugten elektrischen Energie, zu optimieren, und dabei sowohl den Investitionsaufwand als auch den Wartungsaufwand der hierfür benötigten Anlagen möglichst gering zu halten.
Lösung der Aufgabe
Hinsichtlich des Verfahrens wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass - nach dem Abtrennen zumindest einer biologisch abbaubaren Fraktion und einer thermisch verwertbaren Fraktion aus dem Misch-Müll - aus der biologisch abbaubaren Fraktion ein brennbares Biogas und aus der thermisch verwertbaren Fraktion ein, insbesondere ebenfalls brennbares, Pyrolysegas erzeugt wird, wobei das Pyrolysegas in aller Regel einen wesentlich geringeren Brennwert besitzt als das Biogas, häufig sogar einen so geringen Brennwert, dass es zwar gegebenenfalls einer einfachen Verbrennung lediglich zur Wärmeerzeugung genutzt werden kann, nicht aber alleine in einem Kraft-Wärme-Erzeuger wie etwa einem Verbrennungsmotor oder einer Turbine, welche beide jeweils einen elektrischen Generator antreiben, oder einer Brennstoffzelle als Treibstoff verwendet werden kann.
Deshalb werden Biogas und Pyrolysegas gemeinsam in einem Kraft-Wärme-Erzeuger als Treibstoff verwendet, also in der Regel verbrannt, wobei das Verhältnis zwischen den beiden Gasen vor der Verbrennung - insbesondere abhängig von deren vorher gemessenen Brennwert und/oder anderen Parametern - so eingestellt wird, dass höchstens soviel Pyrolysegas zusammen mit dem Biogas verbrannt wird - also bei Mischung der beiden Gase vor dem Kraft-Wärme-Erzeuger dem Biogas zugesetzt wird - dass noch eine Nutzung in dem Kraft-Wärme-Erzeuger möglich ist.
Das Ziel besteht natürlich darin, sämtliches anfallendes Pyrolysegas zu verwerten, was möglicherweise durch permanente Mischung der anfallenden beiderseitigen Gasmengen nicht möglich ist, da je nach Betriebszustand der Biogasanlage auch der Brennwert des erzeugten Biogases stark schwanken kann, ebenso wie auch der Energiegehalt des Pyrolysegases, beispielsweise abhängig von den aktuellen Bestandteilen und dem Mischungsverhältnis innerhalb der thermisch verwertbaren Fraktion.
Aus diesem Grund kann es sinnvoll sein, über begrenzte Zeitabschnitte ein Zwischenspeichern des Pyrolysegases und/oder des Biogases durchzuführen, um durch wahlweises Entnehmen der einzelnen Gase aus der anfallenden Gasproduktion und/oder dem jeweiligen Gasspeicher das oben beschriebene Ziel permanent erreichen zu können.
Eine zusätzliche und/oder alternative Vorgehensweise besteht auch darin, die Menge und/oder Qualität, insbesondere den Brennwert, der anfallenden Gase in zeitliche Abhängigkeit zu steuern durch Steuerung des jeweiligen Gas-Erzeugungsprozesses in der Biogasanlage einerseits und in der Pyrolyseanlage andererseits, insbesondere durch Steuerung der Zufuhrmenge der jeweiligen Ausgangsstoffe, also der biologisch abbaubaren Fraktion einerseits und der thermisch verwertbaren Fraktion andererseits, in diese Anlagen.
In der Biogasanlage wird die biologisch abbaubare Fraktion vorzugsweise durch anaerobe Verkehrung in Biogas umgewandelt, vorzugsweise mittels der so genannten Trocken-Fermentation.
Vorzugsweise wird vor der Verwertung im Kraft-Wärme-Erzeuger das Biogas und/oder das Pyrolysegas gereinigt, beispielsweise das Pyrolysegas von Staubanteilen gereinigt oder das Biogas von Schwefelanteilen gereinigt, und/oder entfeuchtet.
Ferner werden vorzugsweise die bei der Biogaserzeugung anfallenden Gär-Reste, in der Regel feuchte oder gar annähernd flüssige Stoffe, getrocknet, und aus den getrockneten Gär-Resten ebenfalls Pyrolysegas erzeugt, insbesondere zusammen mit der thermisch verwertbaren Fraktion in einer gemeinsamen, insbesondere der gleichen, Pyrolyseanlage.
Vorzugsweise wird dabei zum Trocknen der Gär-Reste die vom Kraft-Wärme-Erzeuger erzeugte Wärme verwendet, wobei in der Regel darüber hinaus immer noch ein Überschuss an Wärme verbleibt, der anderweitig verwertet und genutzt werden kann. Auch die zum Anfahren eines Biogas-Prozesses benötigte Wärme wird vorzugsweise der vom Kraft-Wärme-Erzeuger abgegebenen Wärme-Energie entnommen.
Dabei ist die bevorzugte weitere Verwertung der vom Kraft-Wärme-Erzeuger erzeugten Wärme-Energie die zumindest teilweise Umwandlung dieser Wärmeenergie in elektrische Energie mittels des so genannten Organic-Rankine-Cycle (ORC)-Prozesses, also in einer ORC-Anlage, wodurch die Ausbeute des Gesamt-Prozesses an elektrischer Energie - die werthaltiger ist und leichter genutzt werden kann und vor allem transportiert werden kann als Wärme-Energie - erhöht werden kann.
Der ORC-Prozess ist ein Verfahren zum Betreiben einer Dampfturbine mit einem anderen Medium als Wasserdampf, in der Regel organische Flüssigkeiten mit einer niedrigeren Verdampfungstemperatur als Wasser. Dieser Prozess wird vor allem dann eingesetzt, wenn das zur Verfügung stehende Temperaturgefälle zwischen Wärmequelle und Wärmesenke zu niedrig für den Betrieb einer mit Wasserdampf angetriebenen Turbine ist. Statt einer Dampfturbine können dabei auch andere Entspannungsmaschinen wie etwa eine Turbine, ein Schraubenexpander, oder ein Dampfmotor, insbesondere in der Form eines Dampf-Hubkolbenexpanders verwendet werden.
Als organische Flüssigkeiten werden dabei häufig Silikonöl, Kältemittel oder brennbare Gase verwendet, die zum Beispiel auch vorab mit Hilfe eines Wärmetauschers mittels der zur Verfügung stehenden Wärmequelle - hier die Wärme-Energie, die vom Kraft-Wärme-Erzeuger abgegeben wird - erwärmt werden vor dem Einbringen in den ORC-Prozess.
Bei einem solchen ORC-Prozess wird nicht die gesamte zur Verfügung stehende Wärme in elektrische Energie umgewandelt, sondern ein Teil verbleibt wiederum als Rest-Wärme. Auch diese Rest-Wärme des ORC-Prozesses kann wie die Wärmeenergie aus dem Kraft-Wärme-Erzeuger für die oben beschriebenen Zwecke verwendet werden.
Vor allem wenn die dafür benötigten Anlagenteile eng benachbart zueinander liegen, werden dadurch Verluste durch Wärmetransport gering gehalten.
Ebenso kann die vorhandene Wärmeenergie - egal aus welchem der oben beschriebenen Prozesse sie stammt - auch zur Trocknung und/oder Erwärmung der thermisch verwertbaren Fraktion vor der Erzeugung von Pyrolysegas hieraus verwendet werden, was die Ausbeute an Pyrolysegas in der Regel steigert.
Die bei der Trocknung von den Gär-Resten und/oder der thermisch verwertbaren Fraktion entstehenden Gase sind häufig sehr geruchsintensiv und müssen vor dem Entlassen in die Umgebung gereinigt werden, insbesondere von diesen geruchsintensiven Stoffen, und/oder auch von darin enthaltenen Keimen, beispielsweise unter Verwendung von Mikroben, wie etwa in einem Biofilter.
Auch für diesen Reinigungsprozess kann Wärme benötigt werden, die dann ebenfalls der von den oben beschriebenen Prozessen zur Verfügung gestellten Wärme-Energie entnommen werden kann.
Nicht nur die getrockneten Gär-Reste aus der Biogaserzeugung, sondern auch die Pyrolysereste aus der Pyrolysegaserzeugung können - gegebenenfalls nach aerober Behandlung der Gär-Reste - - immer noch einem einfachen Verbrennungsprozess unterworfen werden, sind jedoch in aller Regel nicht für die Verbrennung in einem Kraft-Wärme-Erzeuger geeignet, sondern es kann durch die Verbrennung ausschließlich Wärme-Energie erzeugt werden.
Doch kann auch die auf diese Art und Weise zusätzlich erzeugte Wärmeenergie wiederum in einem ORC-Prozess genutzt werden, insbesondere in der gleichen oder einer anderen ORC-Anlage, und daraus wiederum zum Teil elektrische Energie erzeugt werden.
Auch das bei der Erzeugung von Biogas in der Regel anfallende Kondensat und/oder ein eventuell bei der Pyrolysegaserzeugung anfallendes Kondensat muss vor dem Entlassen in die Umgebung, also ins Abwasser, in aller Regel gereinigt werden, insbesondere wiederum von Keimen und/oder von geruchsintensiven Stoffen. Dies kann beispielsweise mittels Aktivkohle und/oder unter Verwendung von Mikroorganismen, beispielsweise in einem Biofilter, erfolgen. Jedoch ist auch hierfür häufig Wärme notwendig, die wiederum den oben beschriebenen zur Verfügung stehenden Wärmequellen entnommen werden kann.
Das generelle Ziel besteht dabei darin, die von dem Gesamtprozess erzeugte Energie zu einem möglichst großen Teil in Form von elektrischer Energie zu erzeugen.
Zusätzlich können aus dem Misch-Müll weitere Fraktionen abgetrennt werden, beispielsweise die stofflich verwertbare Fraktion, die werthaltige Stoffe wie etwa Metalle und Kunststoffe enthält. Diese werden vorzugsweise zusätzlich nach Sorten getrennt, insbesondere auch die Kunststoffe in sortenreine Grundstoffe separiert, und dann in der Regel verkauft, gegebenenfalls nach vorheriger weiterer Aufbereitung wie etwa der Annullierung, Einschmelzen zu definierten Körpern oder ähnlichem.
Ferner verbleibt danach in der Regel eine nicht verwertbare restliche Fraktion, die entweder deponiert wird oder als geringpreisiges Material wie etwa Füllmaterial im Straßenbau oder bei anderen Baumaterialien als Füllstoff abgegeben oder gar verkauft werden kann.
Um die einzelnen Fraktionen aus dem Misch-Müll möglichst fraktionsrein separieren zu können, wird der Misch-Müll in der Regel zunächst zerkleinert, wobei eine maximale vorgegebene Partikelgröße mindestens erreicht werden soll. Denn mit einer vorgegebenen Partikelgröße ist die anschließende Separierung - egal nach welcher Methode diese erfolgt, in der Regel jedoch über mehrere Stufen - wesentlich leichter durchzuführen als bei stark schwankender Partikelgröße.
Vorzugsweise wird der Misch-Müll - sei es vor oder nach dem Zerkleinern - zunächst auch getrocknet auf eine vorgegebene Bandbreite an Wassergehalt, wodurch die Separierungs-Vorgänge besser und mit einer höheren Fraktions-Reinheit ablaufen können.
Hinsichtlich der Vorrichtung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die notwendige Biogasanlage sowie die notwendige Pyrolyseanlage möglichst eng benachbart, also mit geringem Abstand, sowohl zueinander und/oder zu dem ebenfalls benötigten Kraft-Wärme-Erzeuger positioniert werden, um die notwendigen Leitungsmengen für Biogas und Pyrolysegas bzw. das gegebenenfalls vor Erreichen des Kraft-Wärme-Erzeugers durch Mischen daraus hergestellte Mischgas möglichst gering zu halten.
Um das Verhältnis des gemeinsamen Kraft-Wärme-Erzeugers verwerteten Biogases und Pyrolysegases optimal einzustellen, so dass also entweder das gesamte anfallende Pyrolysegas verwertet werden kann oder dem Biogas maximal so viel Pyrolysegas mit geringerem Brennwert zugemischt wird, dass insgesamt noch eine Verwertung, insbesondere Verbrennung, im Kraft-Wärme-Erzeuger möglich ist, ist vorzugsweise ein Sensor vorhanden, der den momentanen Brennwert des Biogases und/oder des Pyrolysegases und/oder eines daraus erzeugten Mischgases misst und an eine Steuerung meldet, welche das im Kraft-Wärme-Erzeuger bei der Verbrennung vorliegende Verhältnis aus Biogas und Pyrolysegas wie oben erläutert steuert.
Vorzugsweise ist ein Zwischenspeicher für Biogas und/oder Pyrolysegas zwischen der Biogasanlage bzw. Pyrolyseanlage und dem Kraft-Wärme-Erzeuger vorhanden.
Vorzugsweise ist eine Reinigungsanlage und/oder Trocknungsanlage und/oder Entschlüsselungsanlage zum Reinigen insbesondere des Pyrolysegases von Staubanteil und/oder des Biogases von Schwefelanteilen zwischen der Biogasanlage bzw. der Trocknungsanlage und dem Kraft-Wärme-Erzeuger vorhanden, bei Vorhandensein jeweiliger Zwischenspeicher insbesondere vor dem einen oder den mehreren Zwischenspeichern.
Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung eine Trocknungsanlage für die in der Biogasanlage übrigbleibenden Gär-Reste und/oder eine Trocknungsanlage für die in der Pyrolyseanlage übrig bleibenden Pyrolyse-Reste.
Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung auch eine einfache Verbrennungsanlage, in der bei der Verbrennung keine elektrische Energie sondern lediglich Wärme-Energie erzeugt wird, und in der die getrockneten Gär-Reste und/oder die Pyrolyse-Reste - gegebenenfalls nach vorheriger gesteuerter Mischung dieser beiden Reste mit dem Ziel eines für die Verbrennung gerade noch ausreichenden Brennwertes - verbrannt werden können.
Auf diese Verbrennungsanlage ist vorzugsweise eng benachbart zur Biogasanlage und/oder zu Pyrolyseanlage und/oder zum Kraft-Wärme-Erzeuger positioniert, ebenso wie die zuvor beschriebene Trocknungsanlage.
Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung eine - insbesondere bevorzugt wiederum in räumlicher Nähe und eng benachbart positionierte - ORC-Anlage, in der die in den anderen Anlagen anfallende Wärmeenergie genutzt wird und teilweise in elektrische Energie umgewandelt wird.
Die dabei verbleibende Rest-Wärme aus der ORC-Anlage wird - wiederum über entsprechende Leitungen - den zuvor erwähnten Anlagen, die Wärme-Energie zu ihrem Betrieb benötigen, zugeführt, insbesondere der Trocknungsanlage, den Reinigungsanlagen, der Verbrennungsanlage oder auch der Biogasanlage, in der Wärme zum Anfahren des Prozesses benötigt wird.
Die Vorrichtung umfasst ferner vorzugsweise einen Shredder, um den Misch-Müll auf eine vorgegebene maximale Partikelgröße zu zerkleinern, was die anschließende Separierung in verschiedene Fraktionen erleichtert sowie den hierfür notwendigen Separierer, wobei einer oder vorzugsweise beide eng benachbart zu Biogasanlage und/oder Pyrolyseanlage und/oder Trocknungsanlage angeordnet werden.
Da somit die erwähnten Anlagen meist zum Weiterverarbeiten unterschiedlicher anfallender Ausgangsstoffe gleichzeitig verwendet werden können, sind die Investitionskosten für die gesamte Vorrichtung relativ gering. Durch die eng benachbarte Anordnung aller Anlagen zueinander wird die Anzahl und Länge der benötigten Förderervorrichtungen wie Rohrleitungen, elektrischen Leitungen, Feststoff-Förderern und Ähnlichem gering gehalten, und dadurch auch der anfallende Wartungsaufwand gering gehalten.
Figurenliste
Ausführungsformen gemäß der Erfindung sind im Folgenden beispielhaft näher beschrieben. Es zeigen:

1: das Grundkonzept gemäß der Erfindung,
2: eine demgegenüber erste Erweiterungsstufe,
3: eine demgegenüber zweite Erweiterungsstufe,
4: eine demgegenüber dritte Erweiterungsstufe.

Das Grundkonzept innerhalb der in 1 dargestellten Vorrichtung besteht darin, dass das in der Biogasanlage 3 erzeugte Biogas BG einerseits und das in der Pyrolyseanlage 5 erzeugte Pyrolysegas PG andererseits über entsprechende Gasleitungen einem Kraft-Wärme-Erzeuger 6 zugeführt wird, indem vorzugsweise daraus vor der Zuführung ein Misch-Gas MG erzeugt wird, welches mittels eines Mischers 13 aus den beiden erzeugten Gasen in einem definierten Mischungsverhältnis gemischt wird.
Das Mischungsverhältnis stellt der Mischer 13 nach Vorgabe einer nicht dargestellten zentralen Steuerung ein, die ihre Vorgabe ermittelt aufgrund der in den Leitungen für Biogas BG und Pyrolysegas PG angeordneten Sensoren 12, die insbesondere den Brennwert oder Energiegehalt dieser beiden Gase messen und an die Steuerung melden.
Ersatzweise oder zusätzlich kann stromabwärts des Mischers 13 in der Zufuhrleitung zum Kraft-Wärme-Erzeuger 6 ein weiterer derartiger Sensor 12 vorhanden sein.
In der Regel geht diesem Grundkonzept - wie in 1 ebenfalls dargestellt - die Abtrennung der hierfür benötigten biologisch abbaubaren Fraktion bF und der thermisch verwertbaren Fraktion tF durch einen Separierer 2 aus dem Misch-Müll MM voraus, wobei dieser Misch-Müll MM vor dem Separierer 2 in aller Regel mittels eines Shredders 1 auf eine vorgegebene maximale Partikelgröße zerkleinert wird.
In der Regel wird dabei auch die stofflich verwertbare Fraktion sF ebenfalls aus dem Misch-Müll MM separiert, die in einer anschließenden Aufbereitungsanlage 9 zum Reinigen und/oder sortenreinen Trennen der stofflich verwertbaren Fraktion sF aufbereitet und danach meist verkauft werden.
Die verbleibende restliche Fraktion rF wird entweder einer Deponie 11 zugeführt oder ebenfalls abgegeben oder gar verkauft.
Hinsichtlich der Effizienzsteigerung ist als erste Optimierungsmaßnahme ebenfalls bereits in 1 dargestellt, dass die vom Kraft-Wärme-Erzeuger 6 erzeugte Wärmeenergie wE - die erzeugte elektrische Energie eE wird in der Regel ins öffentliche Netz eingespeist, jedenfalls meist verkauft und nicht selbst genutzt - zumindest teilweise, aufgeteilt durch einen Verteiler 14, der von der zentralen Steuerung angesteuert wird, einer in der Nähe der Biogasanlage 3 angeordneten Trocknungsanlage 4 zugeführt, in der die Gär-Reste GR aus der Biogasanlage getrocknet werden und gegebenenfalls auch - hier nicht dargestellt - Pyrolyse-Reste aus der Pyrolyse-Anlage.
Ein Teil dieser Wärme-Energie kann auch der Biogasanlage 3 zugeführt werden, falls diese Wärme-Energie benötigt, beispielsweise zum Anfang des Biogas-Erzeugung-Prozesses oder zum Betreiben der Biogasanlage nach gelagerter, hier nicht dargestellter Einrichtungen wie einem Biofilter für das anfallende Kondensat oder an die Umgebung zu entlastende Gase.
Wie in 2 dargestellt, ist demgegenüber in der von dem Kraft-Wärme-Erzeuger 6 wegführenden Leitung, in der Regel die Abgasleitung des als Kraft-Wärme-Erzeuger dienenden Verbrennungsmotors, eine ORC-Anlage 7 angeordnet, vorzugsweise stromaufwärts des Verteilers 14, die die ankommende Wärmeenergie wE teilweise in elektrische Energie umwandelt.
Die verbleibende ORC-Rest-Wärme stromabwärts der ORC-Anlage 7 wird wie zuvor beschrieben für die einzelnen Anlagen verwendet
Die 3 und 4 zeigen eine Erweiterung um eine Verbrennungsanlage 8, in der die trockenen Gär-Reste tGR und/oder die Pyrolyse-Reste verbrannt werden, um Wärmeenergie wE zu erzeugen, jedoch darüber hinaus weder mechanische Energie noch elektrische Energie.
Je nach wirtschaftlichen und technischen Randbedingungen kann die thermisch verwertbare Fraktion tF ganz oder teilweise statt der Pyrolyseanlage 5 zum Gewinnen von Pyrolysegas hieraus auch der Verbrennungsanlage 8. zugeführt werden, was jedoch in aller Regel eine geringerwertige Energieform eben in Form von ausschließlich Wärmeenergie wE ergibt.
4 zeigt die Erweiterung um eine solche vorgeschriebene Verbrennungsanlage 8 und deren mögliche Anwendung gegenüber einer bereits mit einer ORC-Anlage 7 ausgestatteten Vorrichtung gemäß 2.
Bei der Lösung gemäß 3 ist eine solche ORC-Anlage nicht vorhanden, und die von der Verbrennungsanlage 8 erzeugte Wärmeenergie wE wird wie die vom Kraft-Wärme-Erzeuger 6 abgegebene Wärmeenergie wE mit dieser zusammen teilweise in der Vorrichtung selbst verbraucht, wie zuvor beschrieben entweder in der Trocknungsanlage 4 und/oder der Pyrolyseanlage 5 und/oder eventuell einer vor Trocknungsanlage für den Misch-Müll oder die biologische abbaubare Fraktion bF, und der Rest anderweitig verwertet oder verkauft.
Die Aufteilung der Wärmeenergie wE wird durch den in 3 dargestellten Verteiler 14 durchgeführt, der von der nicht dargestellten Zentralsteuerung aus angesteuert wird.
Bezugszeichenliste

1: Shredder
2: Separierer
3: Biogasanlage
4: Trocknungsanlage
5: Pyrolyseanlage
6: Kraft-Wärme-Erzeuger
7: ORC-Anlage
8: Verbrennungsanlage
9: Aufbereitungsanlage
10: Durchfluss-Richtung
11: Deponie
12: Sensor
13: Mischer
14: Verteiler
bF: biologisch abbaubare Fraktion
tF: thermisch verwertbare Fraktion
sF: stofflich verwertbare Fraktion
rF: restliche Fraktion
BG: Biogas
PG: Pyrolysegas
MG: Mischgas
GR: Gär-Rest
tGR: trockener Gär-Rest
PR: Pyrolyse-Rest
eE: elektrische Energie
wE: Wärme-Energie

Claims

Verfahren zur Verwertung, insbesondere Energieerzeugung, von Misch-Müll (MM), insbesondere gemischtem Hausmüll (MM) durch a) Abtrennen wenigstens der Fraktionen - biologisch abbaubare Fraktion (bF) - thermisch verwertbare Fraktion (tF) aus dem Hausmüll (MM), b) Erzeugung von Biogas (BG) aus der biologisch abbaubaren Fraktion (bF), c) Erzeugung von Pyrolysegas (PG) aus der thermisch verwertbaren Fraktion (tF), d) wobei Biogas (BG) und Pyrolysegas (PG) gemeinsam, insbesondere in Form eines Mischgases (MG) verbrannt werden unter Kraft-Wärme-Kopplung und dabei einerseits elektrische Energie (eE) und andererseits Wärme-Energie (wE) erzeugt wird dadurch gekennzeichnet, dass e) Biogas und Pyrolysegas vor der gemeinsamen Verbrennung in einem solchen Verhältnis gemischt werden, dass e1) entweder das gesamte anfallende Biogas einerseits und das gesamte anfallende Pyrolysegas andererseits ohne Zwischenspeicherung permanent verbrannt werden können, und zu diesem Zweck entweder die Zufuhr der biologisch abbaubaren Fraktion in die Biogas-Erzeugung und/oder die Zufuhr der thermisch verwertbaren Fraktion zur Pyrolysegas-Erzeugung entsprechend gesteuert wird, e2) oder maximal so viel Pyrolysegas zusammen mit dem Biogas verbrannt wird, dass gerade noch eine Verbrennung stattfindet.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt b) das Biogas durch anaerobe Vergärung der biologisch abbaubaren Fraktion erzeugt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraft-Wärme-Kopplung realisiert wird durch Verbrennen von Biogas und Pyrolysegas, insbesondere des Mischgases in demselben Motor oder derselben Turbine, der/die einerseits einen Generator antreibt, welcher einerseits elektrische Energie und andererseits Wärme-Energie produziert.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor der gemeinsamen Verbrennung im Schritt d) das Biogas und/oder das Pyrolysegas gereinigt und/oder entfeuchtet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - die bei der Biogas-Erzeugung entstehenden Gär-Reste (GR) getrocknet werden und aus den getrockneten Gär-Resten (tGR) ebenfalls Pyrolysegas, insbesondere zusammen mit der thermisch verwertbaren Fraktion, erzeugt wird und - insbesondere die Trocknung der Gär-Reste mittels der Wärme-Energie aus der Kraft-Wärme-Kopplung bewirkt wird, insbesondere durch Vorwärmung der zur Trocknung und insbesondere einer dabei durchgeführten Aerobisierung verwendeten Luft.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Hausmüll die stofflich verwertbare Fraktion (sF) abgetrennt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Hausmüll die nicht verwertbare restliche Fraktion (rF) abgetrennt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - die im Schritt d) erzeugte Wärme-Energie einem ORC-Prozess zugeführt wird, indem daraus einerseits elektrische Energie und andererseits ORC-Wärme-Energie erzeugt wird und - insbesondere die ORC-Wärme-Energie zur Trocknung der Gär-Reste verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärme-Energie aus der Kraft-Wärme-Kopplung und/oder die stromabwärts des ORC-Prozesses noch vorhandene ORC-Wärme-Energie zur Trocknung der thermisch verwertbaren Fraktion verwendet wird vor der Erzeugung von Pyrolysegas hieraus im Schritt c).
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die bei der Trocknung der Gär-Reste und/oder der thermisch wiederverwertbaren Fraktion entstehenden Gase vor deren thermischer Verwertung gereinigt werden, insbesondere von geruchsintensiven Stoffen und/oder Keimen, insbesondere in einem Biofilter.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - die bei der Erzeugung von Pyrolysegas entstehenden Pyrolyse-Reste (PR) verbrannt werden und die Wärme-Energie aus dieser Verbrennung, insbesondere die in dem entstehenden Rauchgas enthaltene Wärme-Energie in gleicher Weise wie die Wärme-Energie aus der Kraft-Wärme-Kopplung und/oder die die stromabwärts des ORC-Prozesses noch vorhandene ORC-Wärme-Energie verwendet werden, - insbesondere unter Entfernung von Staubanteilen aus dem dabei entstehenden Rauchgas.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärme-Energie aus dieser Verbrennung der Pyrolyse-Reste, insbesondere die in dem entstehenden Rauchgas enthaltene Wärme-Energie, in einem ORC-Prozess genutzt wird, insbesondere zusammen mit der Wärme-Energie aus der Kraft-Wärme-Kopplung.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erzeugung von Biogas mittels der so genannten Trocken-Fermentation erfolgt, insbesondere im Batch-Betrieb.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das bei der Erzeugung von Pyrolysegas anfallende Kondensat und/oder das bei der Erzeugung von Biogas anfallende Kondensat gereinigt wird, insbesondere von Keimen befreit wird, insbesondere mittels Aktivkohle und/oder unter Verwendung von Mikroorganismen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die stofflich verwertbare Fraktion (sF) verkauft wird, insbesondere nach vorheriger Weiterverarbeitung zu werthaltigeren Einheiten, insbesondere unter Einschmelzen von metallischen Anteilen und/oder Kunststoffen, insbesondere sortenreinen Kunststoffen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der gemischte Hausmüll vor dem Abtrennen von bestimmten Fraktionen vorbehandelt wird, insbesondere vorgetrocknet wird und/oder zerkleinert wird auf eine vorgegebene Maximal-Partikelgröße.
Vorrichtung zur Verwertung, insbesondere Energieerzeugung, von gemischtem Hausmüll, umfassend a) eine Biogasanlage (3), b) eine Pyrolyseanlage (5), c) einen Kraft-Wärme-Erzeuger (6), d) einen Sensor (12), der in der Lage ist, ein vorgegebenes Mischungsverhältnis zweier Gasströme einzustellen; gekennzeichnet durch e) eine Steuerung, welche in der Lage ist, Biogas und Pyrolysegas vor der gemeinsamen Verbrennung in einem solchen Verhältnis zu mischen, dass e1) entweder das gesamte anfallende Biogas einerseits und das gesamte anfallende Pyrolysegas andererseits ohne Zwischenspeicherung permanent verbrannt werden können, und zu diesem Zweck insbesondere entweder die Zufuhr der biologisch abbaubaren Fraktion in die Biogas-Erzeugung und/oder die Zufuhr der thermisch verwertbaren Fraktion zur Pyrolysegas-Erzeugung entsprechend gesteuert wird, e2) oder maximal so viel Pyrolysegas zusammen mit dem Biogas verbrannt werden kann, dass gerade noch eine Verbrennung stattfindet.
Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ferner umfasst - einen Verteiler (13), der in der Lage ist, einen Fluidstrom in einem vorgegebenen Verteilungsverhältnis in zwei Teilströme aufzuteilen, und/oder - eine Trocknungsanlage (4) zum Trocknen von Gär-Resten (GR), und/oder - eine ORC- Anlage (7) zur teilweisen Umwandlung von Wärme-Energie (wE) in elektrische Energie (eE), und/oder - eine Verbrennungsanlage (8) zum Verbrennen von getrockneten Gär-Resten (tGR).
Vorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ferner umfasst - einen Shredder (1) zum Zerkleinern von Misch-Müll (MM) und/oder - einen Separierer (2) zum Separieren einzelner Fraktionen aus dem Misch-Müll (MM), und/oder - eine Aufbereitungsanlage (9) zum Aufbereiten einzelner Sorten der stofflich verwertbaren Fraktion (sF), und/oder - eine Deponie (11) zum Ablagern der restlichen Fraktion (rF).