DE19734319A1 - Verfahren und Anlage zur Behandlung von feuchten Reststoffen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung feuchter und fester Rückstände bzw. Reststoffe, bei dem das Gut in speziellen Festbettreaktoren kontinuierlich in einem 2-Stufen-Prozeß unter Auflockerung des Materials trockenkonditioniert wird. Dabei handelt es sich um Abfälle aus dem kommunalen Einzugsbereich, welche sich aus Haus- und Gewerbeabfall sowie Sperrmüll zusammensetzen und zusätzlich hohe Anteile an feuchteren Materialien wie Bioabfall oder Großmarktabfall aufweisen können.

Aus der DE-PS 36 37 393 ist ein Verfahren bekannt, bei dem hausmüllähnliche Abfälle in einem geschlossenem Behälter über luftdurchlässige Bodenplatten durch am Behälterboden angebrachte Gebläse mit Luft beaufschlagt werden. Die oben am Behälter austretende und mit Kohlendioxid und Wasser beladene Abluft wird durch die Abluftöffnung an die Atmosphäre abgegeben. Währenddessen wird das als lose Schüttung vorliegende Abfallhaufwerk nicht bewegt bzw. aufgelockert. Durch die Anpassung der Luftzufuhr an den gleichzeitig stattfindenden biologischen Abbauprozeß soll auf diese Weise ein optimaler Organikabbau bei Minimierung der Gebläseleistung erreicht werden, Ferner wird vorgeschlagen, statt Luft mit 21% O₂ und über 70% weitgehend biologisch inertem Stickstoff reinen Sauerstoff zu verwenden, wodurch der biologische Organikabbau beschleunigt und die Abluftmengen gering gehalten werden können.

Aus der DE 43 22 688 C2 ist ein Verfahren zur Kompostierung organischer Stoffe bekannt, bei dem ebenfalls statt Luft als Sauerstoffträger mit reinem Sauerstoff ein Gasgemisch zur Anwendung kommt, das zur Belüftung eines unbewegten Haufwerks eingesetzt wird. Dabei wird die zuzuführende Menge Sauerstoff derart eingestellt, daß für den Rottevorgang immer genügend Sauerstoff vorhanden ist. Das Abgas kann hierbei ohne weitere Reinigung oder CO₂-Abreicherung nach Abscheiden des biogen entstandenen Wassers durch Kondensation im Kreislauf gefahren werden. Als weitere vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens wird die Konstanthaltung des Feuchtigkeitsgehaltes der im Umluftverfahren geführten Abluft angeführt. Als Regelparameter dient für die Bemessung der zugeführten Gasmenge die durch biologisch exotherme Abbauprozesse entstehende Temperaturerhöhung im Haufwerk. Gleichzeitig soll die Behältertemperatur bzw. die des Rottegutes durch die umgewälzte Gasmenge beeinflußt bzw. gesteuert werden.

Nachteilig bei diesen Verfahren ist zum einen, daß durch die beschriebene Anordnung des Abfalls als mehr oder minder kompakte Schüttung im geschlossenen Behälter die Zugänglichkeit des Materials für Luft sehr unzureichend ist. Insbesondere bei Restabfällen ist nämlich mit feuchten Materialien zu rechnen, die von Folien u. ä. Materialien umschlossen sind und damit nur sehr schlecht oder gar nicht direkt mit Luft in Kontakt gebracht werden kann. Ferner bilden sich in der ersten Phase der Belüftung des Haufwerks Strömungskanäle aus, welche die Entstehung von Zonen unterschiedlicher Gutfeuchten begünstigen. Als Folge davon verbleiben sogenannte feuchte Nester oder schlechtbelüftete Zonen im Abfallhaufwerk, wo aerobe Abbauvorgänge mit einer hinreichend guten Temperaturerhöhung nicht stattfinden können. Ohne Sauerstoff aber setzen innerhalb weniger Stunden anaerobe Abbauvorgänge im feuchten Milieu ein mit der Bildung von unerwünschtem Methangas und Schwefelwasserstoff. Während letzteres als sehr geruchsintensives und giftiges Gas Probleme bei der Abgasreinigung bereitet, erfordert freiwerdendes Methan einen erhöhten apparatetechnischen Aufwand, z. B. in bezug auf Maßnahmen zum Explosionsschutz.

Die Belüftung des Haufwerks mit reinem Sauerstoff oder mit reinem Sauerstoff angereichertem Gas hingegen verringert zwar die notwendige Gebläseleistung und Abgasmenge und führt gleichzeitig zu einer Beschleunigung der biologischen Abbauvorgänge, stellt aber eine wesentliche Erhöhung der Betriebsmittelkosten sowie des meß-, steuer-und regeltechnischen Aufwandes dar. Insbesondere aber ist eine Reduzierung der Zuluft durch Anreichung oder Ersatz mit Reinstsauerstoff nachteilig, was die Erreichung eines guten Trocknungsergebnisses betrifft, da die in der Menge reduzierte Zuluft nunmehr eine nur beschränkte Wassermenge aufnehmen und abführen kann.

Aus der DE 14 08 950 A1 ist ein System bekannt, bei dem die Kompostierung organischer Materialien im geschlossenen Behälter unter Luftzuführung durch Trocknung zu einem Zeitpunkt zum Stillstand gebracht werden, an dem die biologisch leicht abbaubaren Stoffe weitgehend umgesetzt sind. Geregelt wird dieser Prozeß durch Messung des Gewichts des Haufwerks, dessen Wert in Korrelation mit dem Grad der Trocknung steht und den Kompostierungsfortschritt kennzeichnet.

Auch hier stellt die ständige Gewichtserfassung der Behälter einen hohen bautechnischen Aufwand sowie eine Begrenzung des Durchsatzes dar und wird deshalb bei dem genannten Verfahren als nachteilig angesehen.

In DE 196 07 352 C1 wird ein Verfahren zum Trockenblasen beschrieben, bei dem die zu kompostierenden Abfälle in einem geschlossenen Behälter unter Zwangsbelüftung kompostiert werden und bei dem die Kompostierung durch Trocknen zum Stillstand gebracht wird, wenn die leicht kompostierbaren Bestandteile des Rottegutes abgebaut worden sind. Als Kriterium für die Beendigung des Trocknens bzw. Trockenblasens gilt der Unterschied des Zustandes zwischen Zu- und Abluft hinsichtlich Temperatur und Feuchtigkeit. Besteht kein Unterschied, kann der Trocknungsvorgang als beendet angesehen werden.

Hierbei werden die beiden genannten Parameter dahingehend verwendet, den genauen Endzeitpunkt des satzweise betriebenen Prozesses zu ermitteln, nicht jedoch dazu, den Trocknungsvorgang dahingehend zu optimieren, daß die notwendige Zuluftmenge bzw. Gebläseleistung reduziert wird und die Transportgeschwindigkeit des Materials im Reaktor und damit der Durchsatz gesteigert werden kann.

In der DE 43 07 430 C2 wird ein Verfahren zur Kompostierung von organischen Stoffen beschrieben, bei dem das Rottegut zunächst unter Luftzuführung in der Intensivrotte mikrobiell abgebaut wird. Anschließend wird es zerkleinert, befeuchtet und erneut in dem Behälter unter Luftzufuhr weiter abgebaut. Nachteilig ist auch hier der hohe verfahrenstechnische Aufwand zum biologischen Abbau der organischen Stoffe sowie deren Aufschluß und erneute Verfüllung in die Behälter. Auch wird eine Trocknung des Materials am Ende des Kompostierungsprozesses durch die vorherige Anfeuchtung zusätzlich erschwert.

Aus dem bekannten Stand der Technik ist somit kein Verfahren zu entnehmen, nach welchem eine hinreichende Trockenkonditionierung von Reststoffen in Kombination mit exothermen aeroben Abbauprozessen bei kontinuierlicher Betriebsweise vor einer Pyrolyse, Vergasung oder Verbrennung im Hinblick auf eine Optimierung der genannten thermischen Behandlungsprozesse vorgenommen werden kann.

Der vorliegenden Erfindung lag somit die Aufgabe zugrunde, ein dynamisches Verfahren zu entwickeln, bei dem feuchte und feste Reststoffe, die einer thermischen Behandlung zugeführt werden sollen, soweit konditioniert werden, daß sie hinsichtlich ihrer Inhaltsstoffe, mechanischen Eigenschaften, Gewicht und Volumen sowie ihrer biologischen Aktivität positiv beeinflußt werden.

Das Verfahren soll mit hohem Automatisierungsgrad, geringen Lüfterleistungen bzw. Abgasmengen bei niedrigen Betriebskosten zur Herstellung eines Materialstromes dienen, welcher eine verbesserte thermische Behandlung mit vorangeschalteter, mechanischer Klassierung und Fraktionierung ermöglicht. Zum Gegenstand der Erfindung gehört auch eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 10 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den jeweiligen zugehörigen Unteransprüchen enthalten.

Demnach beinhaltet die Erfindung ein Verfahren zur Trockenkonditionierung von Reststoffen mit einem hohen Feuchteanteil, wobei die Inpuffeuchte der Reststoffe nach einer mechanischen Aufbereitung der Reststoffe unter Verwendung von Luft als Trocknungsmittel in einem mindestens 2-stufigen Trockenprozeß abgesenkt wird, wobei die aufbereiteten Reststoffe in einer 1. Trocknungsstufe einem Festbettreaktor zugeführt werden und diesen durchlaufen und die Reststoffe dabei intensiv über einen sich bewegenden, gelochten Schubboden belüftet werden. Nach Verlassen des Festbettreaktors werden die vorgetrockneten Reststoffe einer mechanischen Auflockerung zugeführt. Anschließend werden die Reststoffe in einer 2. Trocknungsstufe einem Festbettreaktor (9) zugeführt und wiederholt intensiv über einen sich bewegenden gelochten Schubboden belüftet.

Nach einem bevorzugten Merkmal der Erfindung wird die Trockenkonditionierung der aufbereiteten Reststoffe in den einzelnen Trocknungsstufen durch eine Erfassung und Auswertung der Trocknungsparameter Abluftfeuchte und -temperatur gesteuert. Die Kenntnis beider Werte macht es möglich, den Grad der Trocknung in der 1. Stufe recht genau abzuschätzen bzw. zu berechnen und damit zum einen den Durchsatz zu steigern über eine Erniedrigung der Verweilzeit, zum anderen die Belüftung auf das gerade notwendige Maß zu drosseln und die Abluftmengen darüber entsprechend zu mindern. Eine ständige Probenahme aus dem Haufwerk zur Ermittlung des aktuellen Wassergehaltes, was technisch nur sehr schwer oder fast nicht möglich, zur Abschätzung des Trocknungsfortschritts aber unabdingbar im Hinblick auf eine optimale Bemessung des Durchsatzes ist, wird damit überflüssig.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung beinhaltet eine Anlage zur Trockenstabilisierung von Reststoffen mit einem hohen Feuchteanteil in Form eines Festbettreaktors, wobei der Festbettreaktor durch lufttechnisch voneinander getrennte Abschnitte in zwei separate Trocknungsstufen aufgeteilt ist, die mit beweglichen Schubböden ausgestattet sind und im Übergangsbereich zwischen zwei Trockenstufe mindestens eine Einrichtung zur mechanischen Auflockerung der Reststoffe angeordnet ist.

Die Zweistufigkeit des Reaktors kann auch so ausgeführt sein, daß ein entsprechend langer Tunnel lufttechnisch in zwei separate Abschnitte geteilt wird, wobei der 1. Abschnitt entsprechend länger ausgeführt sein muß und sich im Übergangsbereich von der 1. zur 2. Stufe ein Wender befindet. Dieser bewegt sich entlang der Tunnelbreite und lockert das Material auf, wodurch nicht frei zugängliche Feuchte trocknungstechnisch zugänglich wird. Als Wender kommen vorteilhaft nach einem besonderen Merkmal der Erfindung horizontal-verfahrbare, senkrechte Schnecken oder horizontal-verfahrbare, senkrecht liegende Mischwerkzeuge in Frage.

Die bewegbaren Schubböden der Trockenstufen weisen nach einem weiteren Merkmal eine Vielzahl geeigneter Öffnungen auf, über welche die Zuführung des Trocknungsmittels in die Reaktorräume erfolgt.

Die Trockenstufen verfügen dabei über mindestens eine Einrichtung zur Erfassung der Trocknungsparameter Abluftfeuchte und -temperatur.

Nachfolgend soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der zugehörigen Fig. 1 ist ein Verfahrensfließbild schematisch dargestellt.

In dem vorliegenden dynamischen Verfahren zur Behandlung von feuchten Reststoffen (z. B. Restabfall) soll in einem kontinuierlich betriebenen 2-Stufen Prozeß die Inputfeuchte des Materials unter Verwendung von Luft als Trocknungsmittel sehr effektiv abgesenkt werden, wodurch das Material für eine anschließende weitergehende mechanische Aufbereitung (Fraktionierung) oder thermische Nachbehandlung wie z. B. Pyrolyse, Vergasung oder Verbrennung konditioniert wird.

Unsortierter Restabfall, der aus Papier, Küchenabfällen, Kunststoffen, Glas, Textilien, Teppichresten, Bioabfall, Holz etc. besteht und eine Eingangsfeuchte von ca. 40% aufweist, soll in einer Anlage mit einer Jahreskapazität von ca. 10.000 Mg auf eine Endfeuchte von 15-20% innerhalb von 6-14 Tagen getrocknet werden. Hierzu ist zunächst eine mechanische Vorbehandlung in Form Vorzerkleinerung 1 mittels Schneidmühle auf eine mittlere Teilchengröße von 150 mm notwendig, um geschlossene und kompakte Materialien wie z. B. gefüllte Kunststoffbeutel, großflächige Teppichreste und kompakte Holzteile zu zerkleinern, aufzuschließen und darin enthaltenes Feuchtmaterial dem Trocknungsmittel zugänglich zu machen.

In der 1. Stufe des Trocknungsverfahrens wird das zerkleinerte Material anschließend mittels Radlader oder Förderband 2 einem Festbettreaktor 3 mit perforiertem Schubboden zugeführt. Der Reaktor stellt einen Tunnel von 4 m Breite, 4 m Höhe und 20-30 m Länge dar und ist zum Dach hin soweit luftdicht verschlossen, daß eine vollständige Ablufterfassung möglich ist und damit keine weiteren Emissionen frei werden können. Die Trocknung im Reaktortunnel gestaltet sich derart, daß der Feuchtabfall - je nach Eingangsfeuchte - innerhalb einer Zeit von 4-6 Tagen den Reaktor durchläuft und hierbei intensiv über den sich bewegenden gelochten Schubboden belüftet wird. Durch sehr bald einsetzende biologische Abbauvorgänge erhitzt sich das Trockengut auf Temperaturen über 60°C, was dem Trocknungsvorgang infolge der Anwärmung der Trocknungsluft und einer damit verbundenen erhöhten Wasseraufnahme sehr förderlich ist.

Gesteuert wird der Prozeß durch on-line Erfassung 4 der Trocknungsparameter Abluftfeuchte und -temperatur.

Für das Abgas muß, bevor es ins Freie geleitet werden kann, ein hinreichend groß bemessener Aktivkohle- oder Biofilter 5 vorgesehen werden, der die mehr oder minder stark mit Geruchsstoffen beladenen Abgase entsprechend der geltenden gesetzlichen Abgasrichtlinien (z. B. TA-Luft) abreinigt. Ferner ist zur Geruchsneutralisation eine Behandlung der Abluft im lonisator möglich, der in der Figur ebenfalls mit dem Bezugszeichen 5 versehen ist. In Abhängigkeit vom Restabfall ist gegebenenfalls eine Staubabscheidung 6 erforderlich.

Nach Durchlaufen der 1. Stufe weist das Trockengut immer noch eine Restfeuchte von < 20% auf. Es hat sich gezeigt, daß eine weitere Absenkung dieses Wertes nur durch unverhältnismäßig lange, zusätzliche Verweilzeiten des Abfalls im Reaktor erreicht werden kann, da die dem Trocknungsmittel zugängliche Feuchtigkeit bereits in den ersten 2-3 Tagen eliminiert wird. Hingegen kann die trotz Vorzerkleinerung immer noch in hohem Maße eingeschlossene Feuchtigkeit nur durch eine mechanische Auflockerung 8 durch Umwälzung des Materials freigelegt und einer weiteren Trocknung entfernt werden. Dieses geschieht nunmehr in der 2. Stufe des Prozesses.

Das Material wird hierzu über eine geeignete Umsetzvorrichtung, z. B. Trommel, Walze oder Schnecke in einen höher- oder tieferliegendem Festbettreaktor überführt und hier, entsprechend der gemessenen Abgastemperatur und -feuchte 9, belüftet und nach Art eines Wanderbettes transportiert. Die hierbei zugeführte Luft kann, nachdem sie in einem Kondensator 7 getrocknet wurde, aus der Trocknung der 1. Stufe stammen. Gleichzeitig kann die aus der 2. Stufe stammende, mit Feuchtigkeit und Geruchsstoffen beladene Luft wiederum nach der Kondensatabscheidung der 1. Stufe, gegebenenfalls unter Zumischung von Frischluft, zugeführt werden. In beiden Fällen ist außerdem eine Anwärmung 11 des Trocknungsmittels im Hinblick auf eine Verkürzung der Trocknungsdauer in beiden Stufen sinnvoll.

Nach ca. 2-4 Tagen hat das Material die 2. Stufe durchlaufen und verläßt diese mit einer Feuchte von < 15%. Wandergeschwindigkeit bzw. Durchsatz und benötigte Menge an Trocknungsmittel können durch die ständig erfaßte Abgastemperatur und -feuchte sehr genau eingestellt bzw. bemessen werden.

Claims (15)

1. Verfahren zur Trockenkonditionierung von Reststoffen mit einem hohen Feuchteanteil, wobei die Inputfeuchte der Reststoffe nach einer mechanischen Aufbereitung der Reststoffe unter Verwendung von Luft als Trocknungsmittel in einem mindestens 2-stufigen Trockenprozeß abgesenkt wird, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die aufbereiteten Reststoffe in einer 1. Trocknungsstufe einem Festbettreaktor (3) zugeführt werden und diesen durchlaufen, wobei die Reststoffe intensiv über einen sich bewegenden gelochten Schubboden belüftet werden,
• - die vorgetrockneten Reststoffe nach Verlassen des Festbettreaktors (3) einer mechanischen Auflockerung (8) zugeführt werden und anschließend
• - in einer 2. Trocknungsstufe einem Festbettreaktor (9) zugeführt werden und diesen durchlaufen, wobei die Reststoffe wiederholt intensiv über einen sich bewegenden gelochten Schubboden belüftet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trockenkonditionierung der aufbereiteten Reststoffe in den einzelnen Trocknungsstufen durch eine Erfassung und Auswertung der Trocknungsparameter Abluftfeuchte und -temperatur gesteuert wird.

3. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die sich in den Festbettreaktoren (3) und (9) bildende Abluft über einen Aktivkohle- und/oder Biofilter (5) gereinigt wird.

4. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die sich in den Festbettreaktoren (3) und (9) bildende Abluft einem lonisator (5) und/oder Staubabscheider (6) zugeführt wird.

5. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die sich in der 1. Trocknungsstufe im Festbettreaktoren (3) bildende Abluft in einem Kondensator (7) getrocknet wird und der 2. Trocknungsstufe als Trocknungsmittel zugeführt wird.

6. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die sich in der 2. Trocknungsstufe im Festbettreaktoren (9) bildende Abluft in einem Kondensator (7) getrocknet wird und der 1. Trocknungsstufe als Trocknungsmittel, ggf. unter Zumischung von Frischluft zugeführt wird.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abluft nach Kondensatabscheidung (7) und vor der Wiederverwendung als Trocknungsmittel eine Anwärmung (11) erfährt.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Abluft nach Kondensatabscheidung (7) und vor der Wiederverwendung als Trocknungsmittel eine Anwärmung unter Nutzung der Kondensatwärme erfährt.

9. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach der 1. Trockenstufe die weitere Trocknung mit vermindertem Lufteintrag und/oder kürzerer Verweilzeit erfolgt.

10. Anlage zur Trockenstabilisierung von Reststoffen mit einem hohen Feuchteanteil in Form eines Festbettreaktors, dadurch gekennzeichnet, daß

• - der Festbettreaktor durch lufttechnisch voneinander getrennte Abschnitte in zwei separate Trocknungsstufen (3) und (9) aufgeteilt ist,
• - die mit beweglichen Schubböden ausgestattet sind,
• - wobei im Übergangsbereich zwischen zwei Trockenstufe mindestens eine Einrichtung zur mechanischen Auflockerung (8) der Reststoffe angeordnet ist.

11. Anlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Trockenstufen soweit luftdicht verschlossen sind, daß eine vollständige Ablufterfassung möglich ist.

12. Anlage nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegbaren Schubböden der Trockenstufen eine Vielzahl geeigneter Öffnungen aufweisen, über welche die Zuführung des Trocknungsmittels in die Reaktorräume erfolgt.

13. Anlage nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Trockenstufen eine Einrichtung (4) zur Erfassung der Trocknungsparameter Abluftfeuchte und -temperatur aufweisen.

14. Anlage nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß den Abluftleitungen der Trockenstufen ein Staubabscheider (6) und/oder Kondensator (7) und/oder Filter (5) und/oder Ionisator (5) nachgeordnet sind.

15. Anlage nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (8) zur mechanischen Auflockerung der Reststoffe ein horizontal, quer zur Bewegungsrichtung der Reststoffe verfahrbares Mischwerk ist.