DE19621922A1 - Verfahren zur Vorbereitung von Müll für die Festbettvergasung - 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.

Aus DE 42 41 283 ist bekannt, daß solche Stoffe einer Flugstromvergasung unterzo­ gen werden können. Als Nachteil der Vergasung im Flugstrom erweist es sich, daß das Einsatzgut für den Vergasungsprozeß in einer fließfähigen Form vorliegen muß, um eine kontinuierliche und gut regelbare Einspeisung in den Vergasungsreaktor zu erreichen. Als fließfähige Materialien sind gasförmige und flüssige Stoffe, pumpfähi­ ge Suspensionen von feinzerkleinerten Feststoffen in Flüssigkeiten, aber auch in einem Trägergas suspendierte staubförmige feste Stoffe zu verstehen. Im Anwen­ dungsfall Müll liegen die einzusetzenden Stoffe jedoch in einer solchen Konsistenz und Stückgröße vor, daß die Überführung in eine fließfähige Form durch mechani­ sche Aufbereitung, insbesondere durch Aufmahlung, technisch nicht möglich oder nicht wirtschaftlich zu erreichen ist.

Es ist in DE 42 26 015 vorgeschlagen worden und wird praktiziert, 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 der Literatur (Recycling von Kunststoffen, Carl Hanser Verlag München Wien, 1992) ist bekannt, Abfallstoffe im Hochtemperaturvergasungsverfahren einzusetzen. Dieses Verfahren ist jedoch lediglich in einer Pilotanlage erprobt und konnte sich großtechnisch nicht durchsetzen. Die Verbrennung von Flüssigkeiten oder Gasen in der 1. Stufe und Vergasung von Feststoffen in der 2. Stufe ist ein schwierig steuer­ barer Prozeß.

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.

Nach DE 42 38 934 ist ein Vorschlag bekannt geworden, Roh- und Abfallstoffe einer thermischen Vorbehandlung im Temperaturbereich zwischen 120 und 350°C zu unterziehen und diese nach einer Zerkleinerung in der Flugstromvergasung umzu­ setzen. Dieses Verfahren weist den Nachteil auf, daß Abfallstoffe mit thermoplasti­ schen Bestandteilen, und diese umfassen ein breites Spektrum, bei der vorgeschla­ genen thermischen Vorbehandlung in einen erweichten bis viskosen Zustand über­ führt werden, der den gesamten Vorbehandlungsprozeß stört und bei einer Abküh­ lung zu kompakten Schmelzverbänden mit anderen Abfallbestandteilen und Inertma­ terial führt. Eine nachfolgende Abtrennung von verwertbaren Metallanteilen und Inertmaterial ist hier nur mit hohem Aufwand möglich und nicht wirtschaftlich.

Aus weiteren Veröffentlichungen ist bekannt geworden, Roh- und Abfallstoffe einer thermischen Vorbehandlung im Temperaturbereich zwischen 400 und 600°C zu unterziehen und diese nach einer Zerkleinerung gemeinsam mit den kondensierten Kohlenwasserstoff-Staubgemischen und dem Pyrolysegas in der Flugstromverga­ sung umzusetzen. Diese Variante hat die Nachteile, daß die Rückstände aus der thermischen Vorbehandlung,die im Feststoffanteil bis zu 70% Ascheanteile und im Flüssigproduktanteil bis zu 50% Wasser enthalten, in der Flugstromvergasung Si­ cherheitsprobleme, geringe Energieausbeuten und Probleme bei der Schlackeein­ schmelzung und dem Schlackeabzug aus dem Vergaser verursachen.

DE 43 24 921 enthält den Vorschlag, getrockneten oder feuchten Müll einem Schmelzbadreaktor zuzuführen und hier zu vergasen. Die Anwendbarkeit dieses Verfahrens muß angezweifelt werden, da bereits die geregelte Zuführung des inho­ mogenen Einsatzstoffes Müll in den Reaktor scheitern wird, sowie die vollständige Umsetzung von getrocknetem oder alternativ feuchtem Müll in einem Schmelzbad nicht realisiert werden kann.

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 Verwertung von Müll in der Festbettdruckvergasung aufzuzeigen.

Erfindungsgemäß wird vorzerkleinerter und vorgetrockneter Müll mit einem Wasser­ gehalt von 2-20% mit bekannten Verpressungseinrichtungen auf eine Korngröße von 10-100 mm und auf eine Rohdichte von < 1 t/m³ verpreßt, wobei durch Einstel­ lung der Aufbereitungs- und Verpressungsparameter eine derartige Thermostands­ festigkeit bewirkt wird, daß nach einer Aufheizung der Müllkompaktate auf 800°C und einer nachfolgenden Trommlung mit 25 Umdrehungen in einer Zeit von 1 min der Feinkornanteil < 1 mm < 25% beträgt. Die auf diese Weise erzeugten Müllkom­ paktate werden in der Festbettdruckvergasung im Gemisch mit Kohle oder im Ge­ misch mit Kohle und anderen Rest- und Abfallstoffen zu Rohgas, flüssigen Kohlen­ wasserstoffen und Schlacke umgesetzt.

Überraschend wurde in kleintechnischen Versuchen festgestellt und in großtechni­ schen Versuchen bestätigt, daß eine Vergasung von Müll in der Festbettdruckverga­ sung nach einer speziellen Art der Aufbereitung mit thermostabilen Müllkompakta­ ten, für deren Spezifizierung und Charakterisierung der Feinkornanteil < 1 mm nach einer speziellen thermomechanische Behandlung gefunden wurde, problemlos und wirtschaftlich mit hohen Durchsatzmengen möglich ist.

Bei der Durchführung des Verfahrens können vor der. Müllkompaktierung dem Müll bis zu 50% andere Brenn- und/oder Abfallstoffe zugemischt werden. Damit wird er­ reicht, daß entweder die Thermostabilität der Müllkompaktate den Bereich des Fein­ kornanteils < 1 mm < 25% nach einer Aufheizung der Müllkompaktate auf 800°C und einer nachfolgenden Trommlung mit 25 Umdrehungen erreicht, bzw. andere Brenn- und/oder Abfallstoffe auf diese Weise in diesen Bereich gelangen.

Das bei der Festbettdruckvergasung erzeugte Gas kann nach mechanischer Reini­ gung und Abkühlung sowie Entschwefelung für energetische Zwecke, zum Betreiben von Gasturbinen und Gasmotoren sowie auch als Synthesegas eingesetzt werden. Die erzeugten flüssigen Kohlenwasserstoffe können vermarktet oder auf einfache Weise in einer Flugstromvergasung zu Rohgas umgesetzt werden. Die erzeugte eluationsfeste Schlacke enthält einen beachtlicher Anteil des Schwermetallinhaltes der eingesetzten Stoffe und kann im Bauwesen verwendet werden.

Ein Ausführungsbeispiel wird im folgenden näher beschrieben. Das Beispiel bezieht sich auf Hausmüll.

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 vorbehandel­ te Müll wird einer Ringwalzenmatritzenpresse, deren Preßkanäle einen Durchmes­ ser von 15 mm und eine Länge von 150 mm aufweisen, zugeführt und zu Müllkom­ paktaten verarbeitet. Die Müllkompaktate weisen eine derartige Thermostandsfestig­ keit auf, daß nach einer Aufheizung auf 800°C und einer nachfolgenden Trommlung mit 25 Umdrehungen der Feinkornanteil < 1 mm 18% beträgt.

In einen Festbettdruckvergaser werden stündlich

• - 8 t Braunkohlenbriketts und
• - 8 t Müllkompaktate eingebracht.

Über dem Drehrost 14 wird das Vergasungsmittel als Gemisch von 2 650 m³ i.N. Sauerstoff und 16,9 t Vergasungsdampf in den Prozeß eingebracht. Bei der Verga­ sung der Einsatzstoffe entstehen 2 0000 m³ i.N. Rohgas mit folgender Zusammen­ setzung:

Der Staubaustrag mit dem Rohgas beträgt < 3 g/m³ i.N. und der kondensierbare Kohlenwasserstoffanfall wird mit 30 g/m³ i.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 Ver­ fahrens entstehen 2 t/h Schlacke die aus dem Festbettdruckvergaser ausgeschleust werden. Die erzeugte eluationsfeste Schlacke wird im Bauwesen verwendet.

Claims (2)

1. Verfahren zur Vorbereitung von Müll für die Festbettdruckvergasung, dadurch gekennzeichnet, daß Müll mit bekannten Verpressungseinrichtungen auf eine Korngröße von 10-100 mm und auf eine Rohdichte von < 1 t/m³ verpreßt wird und danach eine derartige Thermostandsfestigkeit aufweist, daß nach einer Auf­ heizung auf 800°C und einer nachfolgenden Trommlung mit 25 Umdrehungen in einer Zeit von 1 min, der Feinkornanteil < 1 mm < 25% beträgt und diese Müll­ kompaktate in der Festbettdruckvergasung zu Rohgas und flüssigen Kohlenwas­ serstoffen umgesetzt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Vergasung den Müllkompaktaten bis zu 50% andere Brenn- und/oder Abfallstoffe zugemischt werden.