DE19531340A1 - Verfahren und Vorrichtungen zur Ent-, Vergasung und Verwertung von Siedlungsabfall und anderen Abfallstoffen - Google Patents

Description

Bei den neueren Entgasungs-/Vergasungs-Verfahren zur thermischen Behandlung von Siedlungsabfall (Hausmüll) oder anderen Abfallstoffen wird der Kohlenstoff und der Wasserstoff der eingebrachten organischen Bestandteile des Abfalls in ein Kohlenoxyd- und Wasserstoff-haltiges Gas umgewandelt (Noell, Thermoselect).

Das Gasausbeute steigt mit zunehmender Entgasung des Abfalls und hat ihr Maximum bei vollständiger Pyrolyse des organischen Anteils. Der vollständige Pyrolyseprozeß ist jedoch mit dem Nachteil verbunden, daß zusätzlich aufwendige Arbeitsschritte zur Handhabung der Feststoffe erforderlich sind.

Das Gas wird, soweit es nicht im eigenen Prozeß verbraucht wird, zur Stromerzeugung genutzt. Der Erlös aus dem Stromverkauf mindert die Abfallbehandlungskosten.

Der andere Weg, die stoffliche Verwertung des Gases, z. B. zu Methanol, scheidet an den meisten Standorten aus, weil Grundchemikalien nur in größeren Anlagen oder im Anlagenverbund wirtschaftlich hergestellt werden können. Die stoffliche Verwertung kann jedoch auch über Wasserstoff und Kohlendioxyd erfolgen.

Aus dem Wasserstoff- und Kohlenoxyd-haltigem Gas läßt sich der Wasserstoff mittels bekannter Verfahren abtrennen und das Kohlenoxyd zu Wasserstoff und Kohlendioxyd konvertieren.

Wasserstoff ist - neben seiner zukünftigen Bedeutung als Energieträger - ein chemischer Rohstoff, der beispielsweise mit dem in der Anlage schon vorhandenen Sauerstoff zu höherwertigen chemischen Produkten umgesetzt werden kann, bei denen die anfallende Wasserstoffmenge für eine wirtschaftliche Produktion ausreichend ist.

Eine hohe Wasserstoffausbeute ist dabei von erheblichem Vorteil. Sie kann erreicht werden durch einen höheren Entgasungsgrad, durch eine optimale Vergasung, durch Konvertierung des Gases und durch zusätzliches Einspeisen von Erdgas in den Reaktor.

Bei einem bekannten Verfahren wird der teilentgaste Abfall schubweise in den Reaktor geschoben und auf der Oberfläche und in der anorganischen Schmelze vergast. Dies führt zu einem unruhigen Reaktionsverlauf mit Gasstößen, was zu verstärktem Mitreißen von Tropfen und Schadstoffen führt und wodurch eine intensivere Läuterung der Schmelze erforderlich wird (Thermoselect).

Mit dem vorgeschlagenen "Schneidstrahl-Reaktor" (Bild 1) wird der eintretende teilentgaste Abfall wie beim Brennschneiden von Stahl abgeschmolzen, so daß lediglich Tropfen und kleinere Teile in die Schmelze fallen und diese dann leichter und gleichmäßiger vergasen oder schmelzen.

Der "Schneidbrenner" wird gespeist mit dem für den Prozeß erforderlichen Erdgas, dem vorher abgezogenen Schwelgas und dem erforderlichen Sauerstoff. Er kann über die Schwelschachtbreite changieren oder es können mehrere Brenner eingesetzt werden.

Um den teilentgasten Abfall nicht schubweise, sondern kontinuierlich zuzuführen, bietet sich eine aus Gummi- und Kunststoffverarbeitung bekannte Vorrichtung an. Eine speziell an die Eigenschaften des Abfalls angepaßte und temperaturbeständige "Förderschnecke" fördert den vorher grob zerkleinerten Abfall gasdicht in den Reaktor (Bild 2). Die Beheizung kann wie beim Schwelschacht mit einem Teil des erzeugten Gases oder auch mit Fremdenergie erfolgen. Zur Leistungssteigerung können mehrere Schnecken an einen Reaktor angeschlossen werden.

Förderschnecken dieser Art können nur sehr aufwendig in einer für einen höheren Entgasungsgrad erforderlichen Länge hergestellt und betrieben werden. Deshalb wird ergänzend vorgeschlagen, die Schnecke nur kurz als Speiseorgan für den Schneidstrahlbrenner auszubilden und die Entgasung mit einer anderen Vorrichtung durchzuführen. Dies kann z. B. ein Schwelschacht bekannter Ausführung sein oder ein spezielles "Plattenband", in einer ähnlichen Ausführung wie bei einer Wanderrostfeuerung (Bild 3). Der Abfall wird dabei über ein Schleusensystem auf den gasdicht verschlossenen Förderer aufgegeben. Die Beheizung erfolgt direkt durch Konvektion mit umgewälztem Schwelgas, das indirekt mit Rauchgas aufgeheizt wird. Der Plattenbandtrog kann zusätzlich indirekt beheizt werden. Das neu gebildete Schwelgas wird zum Schneidbrenner geführt.

Zur Gewinnung von Wasserstoff wird aus dem gereinigtem Gas mittels herkömmlicher Verfahren abgetrennt, wobei gleichzeitig eine Feinreinigung erfolgt, und auf den für die Weiterverarbeitung erforderlichen Druck verdichtet.

Um die Ausbeute an Wasserstoff zu erhöhen, kann eine Konvertierung vorgenommen oder Erdgas überstöchiometrisch an geeigneter Stelle dem Reaktor zugeführt werden, und zwar derart, daß es überwiegend mit dem Wasserdampf reagiert. Dies geschieht vorzugsweise mit einem speziellen "Spaltbrenner", der mit Erdgas, Schwelgas oder mit dem aus dem vorderen Teil des Schwelschachtes abgezogenen, überwiegend aus Wasserdampf bestehendem Schwelgas und ggf. mit zusätzlichem Wasserdampf und mit dem erforderlichen Sauerstoff gespeist wird.

Die Erdgaszuspeisung kann auch zum Ausgleich von Heizwertschwankungen des Abfalls, zur Vergleichmäßigung der Wasserstoffausbeute und zur Regulierung einer nachgeschalteten Verarbeitung von Wasserstoff eingesetzt werden.

Der Wasserstoff kann vor einer Weiterverarbeitung über einen Hydrid-Speicher geleitet werden, wobei er nochmals gereinigt wird und wodurch er unter erhöhtem Druck abgegeben werden kann.

Nach der Konvertierung des Gases kann auch das in hoher Konzentration vorliegende Kohlendioxyd mittels bekannter Verfahren zur Verwertung abgetrennt oder es kann immobilisiert d. h. in eine Form überführt werden, aus der es nicht mehr in die Atmosphäre gelangen kann. Bei der Abtrennung wird es einer Reinigung unterzogen und in flüssiger oder fester Form zur Weiterverarbeitung bereitgestellt.

Die Wirtschaftlichkeit der vorgeschlagenen Maßnahmen ist abhängig von den jeweiligen Erdgas-, Wasserstoff-, Sauerstoff- und Kohlendioxyd-Preisen. Bei gleichem Preis für Erdgas und Wasserstoff wird in etwa das gleiche Ergebnis wie bei der Verstromung erzielt, sofern ein adäquater Strompreis gezahlt wird. Mit zunehmender Wasserstoffausbeute werden die genannten Verfahren günstiger. Dies gilt umsomehr, wenn die stoffliche Verwertung eines Tages vom Gesetzgeber gefordert oder z. B. steuerlich gefördert werden sollte oder wenn Verpackungsabfälle oder andere Stoffe, für die die stoffliche Verwertung schon vorgeschrieben ist, mitverarbeitet werden sollen.

Claims (17)

1. Verfahren zur Behandlung von Siedlungsabfall (Hausmüll) oder anderen geeigneten Stoffen, bei denen der organische Teil zunächst teilentgast und anschließend in einem Hochtemperaturreaktor vergast wird, dergestalt, daß der teilentgaste Abfall bei Eintritt in den Reaktor mittels eines sogenannten "Schneidbrenners" teilgeschmolzen und teilvergast wird (Bild 1).

2. Anspruch gemäß Pos. 1), daß der "Schneidbrenner" neben Erdgas mit dem aus der Teilentgasung abgezogenen Schwelgas und mit dem erforderlichen Sauerstoff gespeist wird.

3. Anspruch gemäß Pos. 1-2), daß bei Bedarf mehrere Brenner eingesetzt werden oder daß ein Brenner changierend arbeitend eingesetzt wird.

4. Anspruch gemäß Pos. 1-3), daß die Teilentgasung soweit geführt wird, daß eine möglichst hohe Ausbeute an Kohlenoxyd und Wasserstoff bei möglichst geringem Sauerstoffbedarf bei der Vergasung erreicht wird.

5. Anspruch gemäß Pos. 4), daß sich die Gasausbeute nur auf den Wasserstoff bezieht.

6. Anspruch gemäß Pos. 1-5), daß als Teilentgasungsvorrichtung eine spezielle "Förderschnecke" verwendet wird oder mehrere parallel-geschaltet verwendet werden (Bild 2).

7. Anspruch gemäß Pos. 1-5), daß als Teilentgasungsvorrichtung ein Schwelschacht bekannter Ausführung in Verbindung mit einer "Speiseschnecke" verwendet wird, wobei letztere den Eintrag in den Reaktor übernimmt.

8. Anspruch gemäß Pos. 1-5), daß als Teilentgasungsvorrichtung ein spezielles "Schwelplattenband" in Verbindung mit einer "Speiseschnecke" verwendet wird, wobei letztere den Eintrag in den Reaktor übernimmt (Bild 3).

9. Anspruch gemäß Pos. 1-8), daß die Beheizung der Teilentgasungsvorrichtung durch umgewälztes Schwelgas erfolgt, wobei das neu gebildete Gas dem "Schneidbrenner" zugeführt wird.

10. Anspruch gemäß Pos. 1-9), daß der Wasserstoff zwecks Verwertung mittels bekannter Verfahren aus dem Gas abgetrennt wird, wobei er einer Reinigung unterzogen wird und das Kohlenoxyd-haltige Restgas zur Beheizung der Teilentgasungsvorrichtung benutzt wird.

11. Anspruch gemäß Pos. 1-10), daß das Gas mittels bekannter Verfahren konvertiert und anschließend der Wasserstoff zwecks Verwertung mittels bekannter Verfahren abgetrennt wird, wobei er einer Reinigung unterzogen wird und daß zur Beheizung der Teilentgasungsvorrichtung das noch gering Kohlenoxyd-haltige Restgas und/oder bei Vorhandensein zweier oder mehrerer Linien das Gas der nicht zur Wasserstoff-Gewinnung dienenden Linie bzw. Linien und/oder Erdgas benutzt wird.

12. Anspruch gemäß Pos. 1-11), daß zur Erzielung einer höheren Wasserstoff-Ausbeute dem Reaktor an geeigneter Stelle überstöchiometrisch Erdgas und ggf. Wasserdampf zugeführt werden.

13. Anspruch gemäß Pos. 1-12), daß das Erdgas in einem speziellen "Spaltbrenner" zusammen mit dem überwiegend aus Wasserdampf bestehenden Schwelgas der vorderen Zone und/oder mit umgewälztem Schwelgas und/oder mit Wasserdampf und dem erforderlichen Sauerstoff an geeigneter Stelle in den Reaktor eingespeist wird (Bild 2, 3).

14. Anspruch gemäß Pos. 1-13), daß das Erdgas zur Vergleichmäßigung der Gasausbeute insbesondere bei schwankendem Heizwert des Abfalls oder der anderen Einsatzstoffe dem "Spaltbrenner" zugeführt wird.

15. Anspruch gemäß Pos. 1-14), daß der aus dem Gas abgetrennte Wasserstoff mittels bekannter Verfahren, z. B. zusammen mit Sauerstoff weiterverarbeit wird, wobei die Produktionen derart aufeinander abgestimmt werden, daß die Erdgaszuspeisung als Regulierungsinstrument dient.

16. Anspruch gemäß Pos. 1-15), daß der aus dem Gas abgetrennte Wasserstoff vor der Verwertung über einen Hydrid-Speicher geleitet wird, wobei er einer weiteren Reinigung unterzogen wird und unter erhöhtem Druck abgegeben werden kann.

17. Anspruch gemäß Pos. 1-16), daß das Kohlendioxyd zwecks Verwertung oder zwecks Immobilisierung vorzugsweise nach der Konvertierung mittels bekannter Verfahren aus dem Gas abgetrennt wird, wobei es einer Reinigung unterzogen wird und als Flüssigkeit oder Feststoff abgegeben werden kann.