DE19632731C2 - Verfahren zur thermischen Behandlung oder Verwertung organische Bestandteile enthaltender Abfallstoffe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur thermischen Behandlung oder Verwertung organische Bestandteile enthaltender Abfallstoffe, wie z. B. Haus-, Rest- oder Industriemüll, das die spezifischen Eigenschaften der verschiedenen Komponenten, die normalerweise im hete­ rogen anfallenden Müll enthalten sind, weitestgehend berücksichtigt.

Für die Hochtemperaturverbrennung von Abfällen müssen diese auf ein gewisses Maß zerkleinert werden.

So ist ein entsprechendes Verfahren in der DE 43 18 566 A1 bekannt, bei dem Abfallstoffe, die organische Bestandteile enthalten, durch autotherme Vergasung mit einem sauerstoffhaltigen Vergasungsmittel behan­ delt werden sollen. Die bereits erwähnte Zerkleine­ rung soll nach diesem Verfahren erst nach einer Ver­ sprödung, die durch eine Schockkühlung mit einem inerten Kälteträger durchgeführt werden soll, erfol­ gen. Der inerte Kälteträger soll nach dieser Lösung ein verflüssigtes Gas, z. B. flüssiger Stickstoff sein. Nachteilig ist dabei, daß ein relativ hoher Kältemittelbedarf besteht, um den Abfall ausreichend zu kühlen und damit zu verspröden. Bedingt ist dieser hohe Kältemittelbedarf insbesondere durch den norma­ lerweise im Abfall enthaltenen hohen Wassergehalt, der in der Regel oberhalb von 30% liegt und den wirtschaftlichen Betrieb dieses Verfahrens stark be­ einträchtigt.

Ein weiterer Nachteil dieses bekannten Verfahrens be­ steht darin, daß die Eigenschaften bestimmter Stoffe, die im normal anfallenden Abfall enthalten sind, un­ berücksichtigt bleiben und eine Wiederverwertung re­ cycelbarer Bestandteile nicht möglich ist.

Es ist ebenfalls bekannt, daß Abfallstoffe vor einer Hochtemperaturverbrennung durch eine vorgeschaltete oder in den Vergasungs- oder Verbrennungsprozeß inte­ grierte Pyrolyse vorzubehandeln sind. Die festen Py­ rolyseprodukte werden aufgemahlen und in der an­ schließenden Verbrennung mit flüssigen und gasförmi­ gen Pyrolyseprodukten vorzugsweise mit sauerstoffhal­ tigen Gasen umgesetzt. Ein solcher Pyrolyseprozeß ist jedoch mit sehr hohem technischen Aufwand sowohl für den thermischen Anlagenteil als auch für die mechani­ sche Aufbereitung verbunden.

Aus der DE 41 17 444 A1 ist ein Verfahren zum Behan­ deln von Rückständen einer Abfallverbrennungsanlage bekannt. Bei diesem bekannten Verfahren wird das bei der Verbrennung entstandene Rauchgas nacheinander durch verschiedene Komponenten einer Rauchgasreini­ gungsanlage geführt. Die EP 0 302 310 A1 betrifft ebenfalls ein Verfahren an einer Anlage zur thermi­ schen Abfallentsorgung. Nach diesem Verfahren wird in einem ersten Verfahrensschritt der Abfall in Schwel­ gas und einen Pyrolysereststoff verschwelt. Der Pyro­ lysereststoff wird dann getrennt in einen Feinanteil und einen Grobanteil. Der Feinanteil wird dann zusam­ men mit dem Schwelgas verbrannt.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren vorzugeben, mit dem heterogen anfallender Abfall, die stoffspezifischen Eigenschaften verschiedener Abfall­ bestandteile berücksichtigend, für eine thermische Behandlung vorbereitet wird und in dieser keine die Umwelt negativ beeinflussenden Schadstoffe freige­ setzt werden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungs­ formen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich mit der Verwendung der in den untergeordneten Ansprü­ chen enthaltenen Merkmale.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Abfall vorteilhaft in zwei Stufen zerkleinert, wobei nach einer ersten Vorzerkleinerung, bei der der Abfall relativ grob zerkleinert wird, eine Feinzerkleinerung durchgeführt wird. Zwischen diesen beiden Zerkleine­ rungsstufen wird eine Abtrennung von Abfallbestand­ teilen durchgeführt, die einmal der Feinzerkleinerung durch ihre stofflichen Eigenschaften nicht zugänglich sind oder einer anderen Verwertung zugeführt werden können. So können beispielsweise sämtliche Metalle separiert und in sortierter Form einer Verwertung zugeführt werden. Dabei ist zu beachten, daß Metalle aufgrund ihrer Eigenschaften nur schwer und aufwendig feinzerkleinert werden können.

Neben den Metallen können aber auch nativ-organische Bestandteile des Abfalls, die biologisch behandelbar sind, abgetrennt werden. Mögliche Verwertungsverfah­ ren sind Kompostierung oder Vergärung. Bei der biolo­ gischen Behandlung anfallende Reststoffe, die ander­ weitig nicht genutzt werden können, werden dem vor­ zerkleinerten Abfall zugeführt.

Bei dieser Abtrennung können auch Abfallbestandteile, die eine relativ leichte Fraktion des Abfalls dar­ stellen, wie z. B. Papier oder Kunststoffolien, durch Klassier- oder Sortierverfahren vor der nachfolgenden Feinzerkleinerung abgetrennt werden. Diese relativ leichten Bestandteile können einem separaten stoff­ lichen oder energetischen Verwertungspfad zugeführt werden.

Der verbleibende Abfall wird dann feinzerkleinert, wobei hierzu bevorzugt eine oder mehrere Mikro-Wir­ belmühle(n) eingesetzt werden können. Leichtfrak­ tionsbestandteile entziehen sich dabei möglicherweise der Zerkleinerung aufgrund eines großen Oberfläche/- Masse-Verhältnisses. Durch eine Agglomeration (z. B. Pelletierung) dieser Leichtfraktion wird ein verbes­ sertes Zerkleinerungsverhalten durch Verkleinerung des Oberfläche/Masse-Verhältnisses erreicht.

Durch die in der Feinzerkleinerung entstehende Mahl­ wärme wird der Abfall bereits teilweise getrocknet. Es ist aber häufig vorteilhaft, die dort angesaugte Luft zur Verstärkung des Trocknungseffekts mit Abwär­ me bzw. Dampf, die/der bei der thermischen Behandlung anfällt, vorzuwärmen. Die Abluft, die bei der Fein­ zerkleinerung anfällt, kann dann vorteilhaft der Ver­ brennung zugeführt werden, da sie gegebenenfalls mit Schadstoffen kontaminiert ist. Wird bei der Verbren­ nung des feinzerkleinerten Abfalls nicht die gesamte Abluftmenge aus der Feinzerkleinerung benötigt, kann der überschüssige Teil zwischengespeichert oder über eine Rücklaufleitung erneut in die Feinzerkleinerung geführt werden, so daß ein Austritt der eventuell kontaminierten Abluft an die Umgebung verhindert wird.

Um die relativ hohen Temperaturen bei der Verbrennung des feinzerkleinerten Abfalls zu erhalten, die erfor­ derlich sind, um die nichttrennbaren, anorganischen Bestandteile aufzuschmelzen, kann es erforderlich sein, zusätzlich mit Sauerstoff angereicherte Luft, reinen Sauerstoff oder einen zusätzlichen Brennstoff oder Brenngas einzusetzen.

Der Sauerstoff kann hierbei aus einer herkömmlichen Luftzerlegungsanlage stammen, wobei dies den Vorteil hat, daß der dort anfallende Stickstoff als inertes Gas außerdem genutzt werden kann. Der Stickstoff kann dann in vorhandenen Speichern und Förderleitungen zur Vermeidung von Selbstentzündungen und explosionsfähi­ gen Gemischen eingesetzt werden.

Eine vorteilhafte Ausführung der Erfindung ergibt sich außerdem dadurch, daß im Anschluß an die Fein­ zerkleinerung eine Klassierung des zerkleinerten Ab­ falls durchgeführt wird und dabei das beispielsweise mit einem Zyklon abgetrennte Überkorn erneut in die Feinzerkleinerung gegeben wird. Außerdem können die vor oder nach der Feinzerkleinerung abgetrennten Leichtstoffe, wie bereits beschrieben, in agglome­ rierter Form der Feinzerkleinerung zugeführt werden. Durch diese Maßnahmen wird gesichert, daß der letzt­ endlich in die Verbrennung eingeführte Abfall so zer­ kleinert ist, daß eine optimale Verbrennung gesichert ist.

Die eigentliche Verbrennung erfolgt dann bevorzugt in einer Schmelzkammer oder einem Schmelzzyklon, in die/den der feinzerkleinerte Abfall und die Abluft aus der Feinzerkleinerung, falls erforderlich mit Sauerstoff angereicherte Luft und ggf. zusätzlicher Brennstoff eingeführt werden. Für die Förderung des feinzerkleinerten Abfalls kann dabei zumindest teil­ weise der Abluftstrom aus der Feinzerkleinerung ge­ nutzt werden. Für die Förderung des feinzerkleinerten Abfalls können aber auch mechanische Einrichtungen, wie Schnecken bzw. Zellenradschleusen oder ein Siphon benutzt werden.

Die für die Verbrennung eingesetzten Schmelzkammern oder Schmelzzyklone sollten günstigerweise eine wei­ tere Einführeinrichtung haben, durch die Abfälle, die von Hause aus ausreichend fein sind, ohne jegliche Vorbehandlung in die Verbrennung geführt werden kön­ nen. Ein Beispiel für einen solchen Abfall ist Klär­ schlamm.

Die bei der Verbrennung entstehenden Rauchgase werden in einer herkömmlichen Rauchgasreinigungsanlage von schädlichen Bestandteilen befreit. Außerdem werden die festen staubförmigen Bestandteile aus dem Rauch­ gas abgetrennt und in die Verbrennung rückgeführt. Bei der Verbrennung im Hochtemperaturbereich oberhalb 1200°C wird gewährleistet, daß die mineralischen, anorganischen Bestandteile zumindest größtenteils geschmolzen sind und die festen Bestandteile, also auch der aus dem Rauchgas abgeschiedene Staub in die flüssige Schlacke aufgenommen werden.

Die flüssige Schlacke kann dann kontinuierlich oder periodisch abgezogen und in einem Wasserbad gekühlt werden, so daß die eingelagerten Stoffe (Feststoffe, wie Schwermetalle, Salze und Stäube) auslaugungssi­ cher eingelagert sind und demzufolge die Schlacke als einziger fester Überrest des behandelten Abfalls pro­ blemlos deponiert oder beispielsweise in der Bauindu­ strie verwertet werden kann.

Das Verfahren kann weiter dadurch ergänzt werden, daß eine oder mehrere Metallsorten in die Schmelzkammer bzw. den Schmelzzyklon gegeben und dort aufgeschmol­ zen werden, das bzw. die geschmolzenen Metall(e) kann/können dann in bekannter Form wie die Schlacke abgetrennt und unter Ausnutzung der Dichteunterschie­ de separiert werden.

Nachfolgend soll die Erfindung an einem Ausführungs­ beispiel näher beschrieben werden.

Dabei zeigt die einzige Figur ein Blockschaltbild einer Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Der unsortiert anfallende Haus-, Rest- bzw. Indu­ striemüll wird bei 1 einer ersten Trennstufe 2 zuge­ führt, in der bei 3 Stoffe abgetrennt werden, die anderweitig verwertet werden sollen oder einer nach­ folgenden thermischen Behandlung nicht zugänglich sind.

Der so vorsortierte Abfall gelangt von dort in eine ein- oder mehrstufige Vorzerkleinerung 4, die bei­ spielsweise eine Hammermühle, Rotorschere oder Kaska­ denmühle sein kann und wird dort relativ grob vorzer­ kleinert. Der vorzerkleinerte Abfall wird dann in der nächsten Abtrennstufe 5 von weiteren Stoffen, die einer nachfolgend angeordneten Feinzerkleinerungsstu­ fe 15 nicht zugeführt werden sollen oder ebenfalls einer thermischen Behandlung bzw. Verwertung nicht zugänglich sind, befreit. Dort können bei 8 metalli­ sche Bestandteile (Eisen und Nichteisenmetalle), bei 7 eine Leichtfraktion, wie z. B. Papier oder Kunst­ stoffolien und andere Fraktionen dann bei 9 abgezogen werden. Hierbei können herkömmliche Verfahren wie z. B. die Siebung, Sichtung, eine Magnetabscheidung, oder eine Wirbelstromabscheidung eingesetzt werden.

Über die Leitung 14 gelangt der so vorbereitete Ab­ fall in eine Feinzerkleinerungsstufe 15. Die Feinzer­ kleinerungsstufe 15 kann dabei beispielsweise eine Mikro-Wirbelmühle sein, in der der Abfall relativ fein zerkleinert wird. Die maximale Korngröße des feinzerkleinerten Abfalls soll dabei 10 mm nicht überschreiten, wobei der größere Teil des feinzer­ kleinerten Abfalls eine wesentlich geringere Korn­ größe aufweist. Bevorzugt soll eine Korngrößen­ verteilung erreicht werden, bei der mindestens 50 Gew.-% der erzeugten Partikeln ein Prüfsieb der Maschenweite 2 mm passieren.

Falls erforderlich, kann in der Feinzerkleinerungs­ stufe 15 eine zusätzliche Trocknung des Abfalls durchgeführt werden. Dies kann beispielsweise durch Vorwärmung der Prozeßluft erfolgen, die über die Lei­ tungen 16 bzw. 17 zugeführt wird. Dazu kann heißes Gas, beispielsweise Rauchgas aus der thermischen Be­ handlung 28 oder einer Rauchgasreinigungsstufe 31 direkt verwendet werden. Für die Trocknung der Abluft kann aber auch Dampf aus der thermischen Behandlung des Abfalls eingesetzt werden, die im weiteren Ver­ lauf des Verfahrens dann noch durchzuführen sein wird. Durch diese Vortrocknung ist es möglich, den Wirkungsgrad bei der thermischen Behandlung zu erhö­ hen.

In der vor der Feinzerkleinerungsstufe 15 bereits genannten Abtrennung 5 können auch bei 10 Stoffe ab­ gezogen werden, die einer biologischen Behandlung zugänglich sind. Deren organische Bestandteile können in der biologischen Behandlungsstufe 11 entsprechend aufbereitet werden, so daß diese in günstiger Form ebenfalls verwertbar sind. Beispiele für eine solche biologische Stufe sind Kompostierung und Vergärung. Die dort erhaltenen Stoffe können dann z. B. als Humus 12 verwertet oder, da diese dort erhaltenen Reststof­ fe keine Gefahren mehr für die Umwelt darstellen, problemlos deponiert werden. Die in der biologischen Behandlung erhaltenen Reststoffe können aber auch über Leitung 13 in den Prozeß rückgeführt und dort entsprechend des erfindungsgemäßen Verfahrens weiter behandelt werden.

Die bei 7 abgezogene Leichtfraktion kann einmal einer anderweitigen Verwertung zugeführt werden, es besteht aber auch die Möglichkeit, daß die in der Regel stark kohlenstoffhaltige Leichtfraktion bei 26 agglomeriert wird und das erhaltene Agglomerat über die Leitung 27 dann in der Feinzerkleinerungsstufe 15 entsprechend zerkleinert werden kann, was normalerweise ohne diese Vorbehandlung, wenn überhaupt, nur schwer möglich wäre.

Das durch die Feinzerkleinerungsstufe 15 erhaltene Produkt, das nahezu staubförmig ist, wird durch ein geeignetes Aggregat aus dem Abluftstrom 18 abgeschie­ den. Ein solches Aggregat kann beispielsweise ein Zyklon 20 sein. Die Abtrennung des staubförmigen Pro­ duktes aus der Feinzerkleinerungsstufe 15 kann in 20 vorteilhaft mit einer Klassierung (z. B. Siebung, Sichtung) kombiniert werden. Das mit der Klassierung erhaltene Überkorn, das für die nachfolgende thermi­ sche Behandlung zu groß ist, kann über eine Leitung 24 erneut der Feinzerkleinerungsstufe 15 zugeführt werden.

Für den Fall, daß das mit der Klassierung erhaltene Überkorn aus Bestandteilen besteht, die ein großes Oberflächen/Masse-Verhältnis haben und demzufolge mit der in der Feinzerkleinerungsstufe 15 durchgeführten Prallbeanspruchung nicht ausreichend feinzerkleinert werden können, wie dies z. B. bei Folien der Fall ist, kann diese Fraktion dann ebenfalls über Leitung 25 der Agglomeration 26 zugeführt und dort als Agglome­ rat mit verringertem Oberflächen/Masse-Verhältnis über Leitung 27 der Feinzerkleinerungsstufe 15 zuge­ führt und in dieser Form dann entsprechend feinzer­ kleinert werden.

Das in 20 abgetrennte feinteilige Produkt 19 wird entweder mit dem Verbrennungsgas oder durch mechani­ sche Förderung der Verbrennungsstufe 28 zugeführt. Die Verbrennungsstufe 28 kann dabei bevorzugt eine Schmelzkammer oder ein Schmelzzyklon sein. Ebenso können Abfallstoffe, die bereits in ausreichend fei­ ner Form vorliegen, zusätzlich über 33 direkt in die Verbrennungsstufe 28 eingebracht werden.

Die in 20 abgeschiedene Abluft aus der Feinzerkleine­ rungsstufe 15 wird über die Leitung 21 abgezogen und kann über Leitung 22 in die Verbrennungsstufe 28 ge­ führt werden. Die Abluft wird dort als Verbrennungs­ gas verwendet und kann, falls dies erforderlich ist, mit sauerstoffhaltigem Gas über Leitung 23 angerei­ chert werden. Ist die aus der Feinzerkleinerungsstufe 15 anfallende Abluftmenge so groß, daß sie in der Verbrennungsstufe 28 nicht vollständig benötigt wird, kann diese über Leitung 17 rückgeführt oder, wie dies in der Figur nicht dargestellt ist, in einem Druck­ speicher bevorratet werden.

Für den Fall, daß die bei der Feinzerkleinerung an­ fallende Abluftmenge nicht ausreichend groß ist, kann über Leitung 23 zusätzlich Verbrennungsgas, oder wie bereits genannt, die in einem Druckspeicher zwischen­ gespeicherte überschüssige Abluft aus der Feinzer­ kleinerungsstufe 15 zugeführt werden.

Vor der thermischen Behandlung 28 ist günstigerweise ein nicht dargestellter Zwischenspeicher für den feinzerkleinerten Abfall als Puffer angeordnet.

In der thermischen Behandlungsstufe 28 werden der feinzerkleinerte Abfall 19 und Verbrennungsgas zu Rauchgas, das über die Leitung 30 abgezogen wird und zu Schlacke, die bei 29 abgezogen wird, umgesetzt. Das abgezogene Rauchgas wird der Rauchgasreinigungs­ anlage 31 zugeführt und dort in herkömmlicher Weise von schädlichen Bestandteilen befreit. Der in der Rauchgasreinigungsanlage 31 anfallende Filterstaub wird über die Leitung 32 in die Verbrennungsstufe 28 zurückgeführt und kann dort günstigerweise in die flüssige Schlacke aufgenommen - und nachdem die flüs­ sige Schlacke über den Abzug 29 in einem Wasserbad abgekühlt worden ist - in dieser nicht weiter eluier­ bar eingeschlossen werden. Nicht rückführbare Rauch­ gasreinigungsprodukte werden über 34 abgezogen und einer Verwertung bzw. Entsorgung zugeführt.

Die in fester Form nunmehr vorliegende Schlacke kann dann entweder deponiert oder einer Verwertung z. B. als Füllmaterial, Straßenbauzuschlag oder Dämmstoff zugeführt werden. Dies kann problemlos erfolgen, da sämtliche eventuell enthaltenen Schadstoffe aus­ waschungsstabil in der Schlacke aufgenommen sind.

Claims (16)

1. Verfahren zur thermischen Behandlung oder ener­ getischen Verwertung von organische Bestandteile enthaltenden Abfallstoffen, bei dem unsortier­ ter, unbehandelter Gewerbe- und/oder Siedlungs­ abfall im Anschluß an eine mehrstufige Zerklei­ nerung in feinzerkleinerter Form durch Verbren­ nung mit einem sauerstoffhaltigen Verbrennungs­ mittel in eine schmelzflüssige Schlacke über­ führt und in einem Wasserbad granuliert wird und Feststoffe aus der Reinigung des entstehenden Rauchgases in den Schmelzprozeß rückgeführt wer­ den.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Feinzerkleinerung nicht zugängliche Stoffe nach einer Vorzerkleinerung aus dem Ab­ fallgemisch abgetrennt werden.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, da­ durch gekennzeichnet, daß Abfallbestandteile mit großem Oberflächen/Masse-Verhältnis nach der Vorzerkleinerung abgetrennt, agglomeriert und mit verkleinertem Oberflächen/Masse-Verhältnis feinzerkleinert werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Feinzerkleinerung so durchgeführt wird, daß mindestens 50 Gew.-% der erzeugten Partikeln ein Prüfsieb der Maschenweite 2 mm passieren.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß im Anschluß an die Feinzerkleinerung eine Klassierung des zerklei­ nerten Abfalles durchgeführt und Überkorn zur Feinzerkleinerung rückgeführt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß der feinzerkleinerte Abfall mit Korngrößen über 10 mm rückgeführt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß in der Feinzerkleine­ rungsstufe eine Vortrocknung des Abfalls durch Vorwärmung der Mahlluft unter Nutzung der Abwär­ me oder von Dampf aus der Verbrennung erfolgt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß die Abluft aus der Feinzerkleinerung als Verbrennungsgas in die Brennkammer eingebracht wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß die Abluft aus der Feinzerkleinerung für den Verbrennungsprozeß vorgewärmt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, da­ durch gekennzeichnet, daß überschüssige Abluft gespeichert oder im Rücklauf zur Feinzerkleine­ rung geführt wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, da­ durch gekennzeichnet, daß der feinzerkleinerte Abfall zur Verbrennung mittels der Abluft aus der Feinzerkleinerung gefördert wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, da­ durch gekennzeichnet, daß der feinzerkleinerte Abfall vor der Einführung in die Verbrennung zwi­ schengespeichert wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, da­ durch gekennzeichnet, daß die der Verbrennung zugeführte Luft mit Sauerstoff angereichert wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, da­ durch gekennzeichnet, daß zusätzlicher Brennstoff in die Verbrennung zugeführt wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, da­ durch gekennzeichnet, daß Abfallstoffe, die in ausreichend feiner Form vorliegen, zusätzlich direkt in die Verbrennung eingeführt werden.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, da­ durch gekennzeichnet, daß ein inertes Gas in den/die abfallaufnehmenden Speicher sowie die Förderleitungen eingeführt wird.