DE19621921C1 - Verfahren zur Herstellung eines Einsatzstoffes aus Müll für die Festbettdruckvergasung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Festbettdruckvergasung von Müll und Abfallstoffen mit organischen und anorganischen Bestandteilen. Die Erfindung dient zur Dekontamination des Mülls durch Zerstörung oder Immobilisierung von Schad­ stoffen und Verwertung der organischen Bestandteile zur Gaserzeugung. Insbeson­ dere ist das Verfahren zur ökologischen Verwertung von Haus- und Gewerbemüll, Shredderrückständen Elektronikschrott und anderen Mischabfällen geeignet.

Es ist bekannt, solche Stoffe zu deponieren und zu verbrennen. Die dabei anfallen­ den hohen Kosten und die zu erwartenden ökologischen Auswirkungen bewirken jedoch eine geringe Akzeptanz durch die Öffentlichkeit.

Weiterhin ist vorgeschlagen und untersucht worden, Abfallstoffe unterschiedlichster Art einer Pyrolyse, also einer thermischen Umwandlung bei Temperaturen von 400-800°C zu unterwerfen. Bei diesen Temperaturen werden ca. 30 bis 50% der einge­ setzten Roh- und Abfallstoffe verflüchtigt. Dabei entsteht ein Pyrolysekoks, der schlecht verwertbar ist. Es entstehen zusätzlich Gase und kondensierbare Öl- und Teerdämpfe, die wie der Pyrolysekoks schadstoffbelastet, schwierig zu handhaben und kaum verwertbar sind. Der technologische Aufwand für die Pyrolyse ist sehr hoch.

Es sind auch Vorschläge bekannt geworden, Müll und Abfallstoffe mit organischen und anorganischen Bestandteilen der Vergasung zuzuführen, wobei der Festbett­ druckvergasung eine besondere Rolle zukommt. So ist in DE 42 26 015 vorgeschla­ gen worden, feste und flüssige Abfallstoffe im Prozeß der Festbettdruckvergasung einzusetzen. Dieses Verfahren weist den Nachteil auf, daß Abfallstoffe, die feinkörnig sind bzw. zum Zerfall neigen, nicht in hohen Mengenanteilen einsetzbar sind.

Aus dem Fachbuch "Recycling von Kunststoffen", Carl Hanser Verlag München, Wien, 1992, ist bekannt, Abfallstoffe im Hochtemperaturvergasungsverfahren einzu­ setzen. Dazu wurden in einer ersten Verfahrensstufe Flüssigkeiten oder Gase ver­ brannt und Feststoffe in einer zweiten Stufe vergast. Dieses Verfahren ist jedoch lediglich in einer Pilotanlage erprobt und konnte sich großtechnisch nicht durch­ setzen. Die Schwierigkeiten scheinen in der schwierigen Steuerbarkeit dieses zwei­ stufigen Prozesses zu liegen.

In DE 42 43 155 ist ein Verfahren zur Vorbereitung von Abfällen und Rückständen für einen Einsatz in der Festbettdruckvergasung beschrieben worden. Dieses Patent geht von der Verpressung eines Gemisches aus, das aus mindestens zwei Kompo­ nenten besteht, unter einem Preßdruck zwischen 20 und 120 MPa. Der Feuchtig­ keitsgehalt des Einsatzgutes soll 20% nicht überschreiten. Durch die Verpressung entstehen Preßlinge von ca. 40 mm Länge und einem Durchmesser von etwa 14 mm. Das beschriebene Verfahren bezieht sich auf fasrige und feindisperse pastöse und trockene organische und anorganische Rückstände und Abfallstoffe. Die aus Farbrückständen, Säureharzen oder Klärschlämmen bestehen. Eine einfache Über­ nahme des Verfahrens zur Vorbereitung von Hausmüll für die Festbettdruck­ vergasung hat sich in der Praxis als nicht möglich erwiesen. Dabei spielen die wechselnde Zusammensetzung und die sich daraus ergebende instabile Thermo­ stabilität eine wesentliche Rolle. Die Verwertung von Hausmüll in der Festbettdruck­ vergasung bedarf einer besonderen Vorbereitung.

Der grundsätzliche Nachteil aller bisher beschriebenen und praktizierten Lösungen besteht darin, daß bei der Festbettvergasung von Abfallstoffen der mögliche Anteil an Feinkorn begrenzt ist und infolge der Inhomogenität und thermischen Instabilität von Abfallstoffen mit höheren Feinkornanteilen in der Festbettschüttung und den damit bekannten Nachteilen zu rechnen ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Lösung zur verbesserten ökologischen und tech­ nischen Vorbereitung von Müll für die Festbettdruckvergasung aufzuzeigen.

Erfindungsgemäß wird Hausmüll getrennt oder gemeinsam mit bekannten Zuschlag- und/oder Brennstoffen getrocknet, wonach die Mischung einen Wassergehalt von 2 bis 20% und einen Aschegehalt von 5 bis 25% aufweist und durch die Verpressung der Mischung des vorbehandelten Hausmülls mit vorbehandelten Brenn- und/oder Zuschlagstoffen mit einem auf < 20% eingestellten fixen Kohlenstoffgehalt der Mischung in einer an sich bekannten Vorrichtung auf eine Korngröße von 10 bis 100 mm und auf eine Schüttdichte von 0,3 bis 0,9 t/m³, eine derartige Thermostands­ festigkeit bewirkt wird, daß nach einer Aufheizung auf 800°C und einer nach­ folgenden Trommlung mit 25 Umdrehungen in einer Zeit von 1 min der Feinkornanteil < 1 mm < 25% beträgt. Die auf diese Weise erzeugten Müllkompaktate werden in der Festbettdruckvergasung zu Rohgas, flüssigen Kohlenwasserstoffen und Schlacke umgesetzt.

Überraschend wurde in kleintechnischen Versuchen festgestellt und in groß­ technischen Versuchen bestätigt, daß eine Vergasung von Müll in der Festbett­ druckvergasung nach einer speziellen Art der Aufbereitung mit thermostabilen Müll­ kompaktaten, für deren Spezifizierung und Charakterisierung ein minimaler einge­ stellter fixer Kohlenstoffgehalt und ein Feinkornanteil < 1 mm nach einer speziellen thermomechanischen Behandlung gefunden wurde, problemlos und wirtschaftlich mit hohen Durchsatzmengen möglich ist.

Bei der Durchführung des Verfahrens können bei der Müllkompaktierung von Haus­ müll Einsatzstoffe für die Festbettdruckvergasung hergestellt werden, die nach einer Aufheizung auf 800°C und einer nachfolgenden Trommlung mit 25 Umdrehungen in einer Zeit von 1 min Feinkornanteile < 1 mm sowohl < als auch < 25% besitzen. Vor der Zuführung dieser Einsatzstoffe in die Festbettdruckvergaser werden diese in solchen Anteilen gemischt, daß der die Thermostandsfestigkeit kennzeichnende Feinkornanteil der Mischung < 25% beträgt. Damit wird gewährleistet, daß bei stark schwankender Produktqualität der Einsatzstoffe für die Aufbereitung bzw. bei Störungen im Aufbereitungsprozeß und damit bei Schwankungen in dem die Thermostandsfestigkeit kennzeichnende Feinkornanteil der Einsatzprodukte für die Festbettdruckvergasung die Festbettdruckvergasung von Hausmüllkompaktaten an sich problemlos verläuft.

Bei der Durchführung des Verfahrens kann für die Kompaktierung von Hausmüll als Zuschlagstoff auch backende Steinkohle als zugemischter Brennstoff zum Erzielen einer hohen Thermostandfestigkeit und zur Einstellung eines minimalen fixen Kohlenstoffgehaltes des Einsatzstoffes von 21% für die Festbettdruckvergasung verwendet werden.

Im Rahmen des Verfahrens bei dem aus Hausmüll Einsatzstoffe für die Festbett­ druckvergasung hergestellt werden, die nach einer Aufheizung auf 800°C und einer nachfolgenden Trommlung mit 25 Umdrehungen in einer Zeit von 1 min Feinkorn­ anteile < 1 mm von < 25% aufweisen, können diese Einsatzstoffe vor der Zuführung in den Festbettdruckvergaser mit anderen Brenn- und/oder Zuschlagstoffen, die nach einer Aufheizung auf 800°C und einer nachfolgenden Trommlung mit 25 Um­ drehungen in einer Zeit von 1 min Feinkornanteile < 1 mm von < 25% besitzen, in solchen Anteilen gemischt werden, daß der die Thermostandsfestigkeit kennzeich­ nende Feinkornanteil der Mischung < 25% beträgt.

Das erzeugte Gas kann nach mechanischer Reinigung und Abkühlung sowie Ent­ schwefelung für energetische Zwecke, zum Betreiben von Gasturbinen und Gas­ motoren sowie auch als Synthesegas eingesetzt werden. Die erzeugten flüssigen Kohlenwasserstoffe können vermarktet oder auf einfache Weise in einer Flugstrom­ vergasung zu Rohgas umgesetzt werden. Die erzeugte eluationsfeste Schlacke ent­ hält einen beachtlichen Anteil des Schwermetallinhaltes der eingesetzten Stoffe und kann im Bauwesen verwendet werden.

Ein Ausführungsbeispiel wird im folgenden näher beschrieben.

Hausmüll wird nach einer Vorsortierung, bei der Metallanteile und kompostierbare Anteile weitgehend entfernt werden, auf eine Korngröße von < 40 mm zerkleinert und anschließend einem Trocknungsprozeß unterzogen, bei dem der Wassergehalt des zerkleinerten Mülls auf 12% eingestellt wird. Der auf diese Weise vorbehan­ delte Müll mit einem C-fix-Gehalt von 12% wird mit 25% backender, auf < 4 mm zerkleinerter Steinkohle mit einem Wassergehalt von 4% und mit einem C-fix-Gehalt von 58% vermischt und einer Ringwalzenmatritzenpresse, deren Preßkanäle einen Durchmesser von 15 mm und eine Länge von 150 mm aufweisen, zugeführt und zu Müll/Steinkohlekompaktaten verarbeitet. Die Müll/Steinkohlekompaktate weisen eine derartige Thermostandsfestigkeit auf, daß nach einer Aufheizung auf 800°C und einer nachfolgenden Trommlung mit 25 Umdrehungen der Feinkornanteil < 1 mm 12% beträgt.

In einen Festbettdruckvergaser werden stündlich - 16 t Müll/Steinkohlekompaktate eingebracht.

Über dem Drehrost 14 wird das Vergasungsmittel als Gemisch von 2800 m³i.N. Sauerstoff und 19 t Vergasungsdampf in den Prozeß eingebracht. Bei der Ver­ gasung der Einsatzstoffe entstehen 21000 m³i.N. Rohgas mit folgender Zusammen­ setzung:

- CO₂
- 32,0 Vol-%
- CO	- 15,0 Vol-%
- H₂	- 40,0 Vol-%
- CH₄	- 10,0 Vol-%
- N₂	- 1,3 Vol-%
- CnHm	- 1,5 Vol-%
- H₂S	- 0,2 Vol-%

Der Staubaustrag mit dem Rohgas beträgt < 3 g/m³i.N. und der kondensierbare Kohlenwasserstoffanfall wird mit 30 g/m³i.N. gemessen.

Die erzeugten flüssigen Kohlenwasserstoffe werden in einer Flugstromvergasung zu Rohgas umgesetzt. Das erzeugte Gas wird nach mechanischer Reinigung und Ab­ kühlung sowie Entschwefelung für energetische Zwecke, zum Betreiben einer Gasturbine sowie auch als Synthesegas eingesetzt.

Bei der Durchführung des Verfahrens entstehen 2,5 t/h Schlacke, die aus dem Fest­ bettdruckvergaser ausgeschleust werden. Die erzeugte eluationsfeste Schlacke wird im Bauwesen verwendet.

Claims (3)

1. Verfahren zur Herstellung eines Einsatzstoffes aus Müll für die Festbettvergasung bei Zumischung von bekannten Zuschlag- und/oder Brennstoffen, wobei der Müll insbesondere Hausmüll, aber auch Gewerbemüll, Shredderrückstand, Elektronik­ schrott oder Mischabfall sein kann, mit den Verfahrensschritten

• (A) - Bereitstellung einer Mischung mit den resultierenden Werten
  - Wassergehalt 2 bis 20%
  - Aschegehalt 5 bis 25%
  - fixer Kohlenstoffgehalt < 20%.
• (B) - Verpressung der Mischung auf eine Korngröße von 10 bis 100 mm und eine Schüttdichte von 0,3 bis 0,9 t/m³
• (C) - Einstellen des Feinkornanteiles < 1 mm des Einsatzbrennstoffes auf < 25% nach erfolgter Aufheizung der Preßlinge auf 800°C und nachfolgender Trommlung mit 25 U/min für die Zeitdauer von 1 min.

2. Verfahren zur Herstellung eines Einsatzstoffes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatzstoff nach einer Aufheizung von 800°C und einer nachfolgenden Trommlung mit 25 Umdrehungen in einer Zeit von 1 min Feinkornanteile < 1 mm von < 25% besitzt und dieser Einsatzstoff vor der Zuführung in den Festbettdruckvergaser mit anderen Brenn- und/oder Zuschlagstoffen, die nach einer Aufheizung auf 800°C und einer nachfolgenden Trommlung mit 25 Umdrehungen in einer Zeit von 1 min Feinkornanteile < 1 mm von < 25% besitzen, in solchen Anteilen gemischt wird, daß der die Thermo­ standsfestigkeit kennzeichnende Feinkornanteil der Mischung < 25% beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß backende Stein­ kohle als zugemischter Brennstoff zum Erzielen einer hohen Thermostandsfestig­ keit des Einsatzstoffes für die Festbettdruckvergasung verwendet wird.