DE19737403C1 - Verfahren und Anlage zur thermischen Abfallentsorgung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zur thermischen Abfallentsorgung, bei dem Abfall in einem Pyroly­ sereaktor in ein Schwelgas und in einen Pyrolysereststoff um­ gewandelt wird.

Auf dem Gebiet der Abfallentsorgung sind verschiedene Kon­ zepte zur thermischen Behandlung des Abfalls bekannt. Im we­ sentlichen sind dies auf der einen Seite die konventionellen Müllverbrennungsanlagen, bei denen der Müll ohne Vorbehand­ lung direkt verbrannt wird, und auf der anderen Seite Anla­ gen, bei denen der angelieferte Müll oder Abfall zunächst py­ rolisiert, d. h. einer Wärmebehandlung bei Temperaturen zwi­ schen etwa 400°C und 700°C unterzogen wird. Bei der Pyro­ lyse entsteht ein Pyrolyse- oder Schwelgas, das beispiels­ weise in einer Brennkammer verbrannt wird, wobei das entste­ hende Rauchgas zur Erzeugung von elektrischer Energie genutzt wird.

In der DE 40 26 272 A1 wird ein Verfahren zur thermischen Be­ handlung von Abfall beschrieben, bei dem der Abfall in einem ersten Wirbelschichtreaktor unter Sauerstoffmangel bei 400 bis 700°C und anschließend in einem zweiten Wirbelschichtre­ aktor unter Sauerstoffüberschuß bei 800 bis 1000°C behandelt wird. Die in den Wirbelschichtreaktoren entstehenden Gase werden in einer Nachbrennkammer bei Temperaturen über 1200°C verbrannt. Das Wirbelbettmaterial sowohl des ersten als auch des zweiten Wirbelbettreaktors wird kontinuierlich erneuert, wobei das Wirbelbettmaterial aus dem ersten Wirbelbettreaktor zur weiteren Behandlung in den zweiten Wirbelbettreaktor überführt wird.

Aus der EP-A-0 302 310 oder aus der Firmenschrift "Die Schwel-Brenn-Anlage, eine Verfahrensbeschreibung", Herausge­ ber Siemens AG, Berlin und München 1996, ist eine Schwel- Brenn-Anlage bekannt, bei der im wesentlichen ein zweistufi­ ges Schwel-Brenn-Verfahren durchgeführt wird. In der ersten Stufe wird der angelieferte Abfall in eine Schwel- oder Heiz­ kammer (Pyrolysereaktor) eingebracht und verschwelt (pyrolisiert), d. h. in sauerstoffarmer Atmosphäre einer Wär­ mebehandlung bei Temperaturen zwischen 300°C und 600°C un­ terzogen. Durch diese Wärmebehandlung entstehen in der Schwelkammer Schwelgas und Pyrolysereststoff. Der Pyrolyse­ reststoff besteht aus einem brennbaren und einem nicht-brenn­ baren Anteil. Die Wertstoffe des nicht-brennbaren Anteils, wie Nichteisen- oder Eisenmetalle, werden aussortiert und ei­ ner weiteren Behandlung zugeführt. In der zweiten Stufe des Schwel-Brenn-Verfahrens wird der brennbare Pyrolysereststoff zusammen mit dem Schwelgas in einer Hochtemperatur-Brennkam­ mer bei Temperaturen von ca. 1200°C verbrannt. Die dabei entstehenden Abgase werden anschließend gereinigt.

Die bekannte Schwelkammer ist eine um ihre Längsachse drehbar gelagerte Schwel- oder Heiztrommel, deren Längsachse gegen­ über der Horizontalen geneigt ist. Die Schweltrommel ist mit innenliegenden Heizrohren zur Beheizung des Abfalls versehen, die von einem Heizmedium durchströmt werden. Beim Eintritt in die Schweltrommel weist das Heizmedium typischerweise eine Temperatur von etwa 520°C und beim Austritt eine Temperatur von etwa 300°C auf.

Das Schwelgas aus der Pyrolysetrommel enthält kondensierbare flüchtige Bestandteile, wie Öl oder Teer, sowie feine Staub­ partikel. Um eine möglichst saubere und vollständige Verbren­ nung des Schwelgases in der Brennkammer zu gewährleisten, ist es vorteilhaft, das Schwelgas vor seinem Eintritt in die Brennkammer zu reinigen.

Aus der WO 94/10266 ist ein Gaswäscher zur Reinigung des Schwelgases bekannt. Der Gaswäscher beruht auf dem Prinzip eines Venturi-Wäschers. Bei ihm wird das zu reinigende Schwelgas mit einer kalten Waschflüssigkeit innig vermischt, so daß das Schwelgas abkühlt, wodurch die im Schwelgas be­ findlichen flüchtigen Bestandteile auskondensieren und mit der Waschflüssigkeit aus dem Gaswäscher abgezogen werden kön­ nen. Bei einem solchen Gaswäscher, bei dem das heiße Schwel­ gas in Kontakt mit der kalten Waschflüssigkeit kommt, besteht die Gefahr, daß das auskondensierte Kondensat an den Wänden des Gaswäschers haften bleibt und austrocknet. Mit zunehmen­ der Betriebsdauer können die Ablagerungen an den Wänden des Gaswäschers anwachsen und dessen Wirkungsweise beeinträchti­ gen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur thermischen Abfallbehandlung anzugeben, bei dem das Schwelgas zuverlässig und wirksam über eine lange Betriebsdauer gereinigt wird. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens zur thermischen Abfallbehandlung anzugeben.

Die erstgenannte Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch ein Verfahren zur thermischen Abfallbehandlung, bei dem Abfall in einem Pyrolysereaktor in ein Schwelgas und in einen Pyrolysereststoff umgewandelt wird, und bei dem das Schwelgas einem Festbett zur Kondensation von in ihm enthaltenen Be­ standteilen zugeführt wird, wobei das Festbettmaterial eine niedere Temperatur aufweist als das Schwelgas.

Das dem Festbett zugeführte Schwelgas kommt dabei mit dem kälteren Festbettmaterial in Kontakt. Infolge der Abkühlung kondensieren in dem Schwelgas enthaltene Bestandteile, wie z. B. Öl oder Teer, aus. Die auskondensierten Bestandteile bleiben an dem Festbettmaterial haften; sie können vom Schwelgas nicht mehr mitgerissen werden. Neben dem Kondensat werden im Festbett auch im Schwelgas mitgeführte feine Staub­ partikel abgeschieden. Das Schwelgas verläßt das Festbett als gereinigtes Schwelgas. Ein solches Verfahren, bei dem aus ei­ nem heißen Gas Bestandteile auskondensieren, indem das heiße Gas über ein im Vergleich zu dem Gas kaltes Festbett strömt, wird als "Trockenkondensation" bezeichnet. Das Verfahren bie­ tet den Vorteil, daß der Strömungsweg des Schwelgases auch bei einem kontinuierlichen und lang andauernden Betrieb nicht verstopft.

Bevorzugt wird ein körniges Festbettmaterial verwendet. Ein körniges Festbettmaterial vergrößert in vorteilhafter Weise die Kontaktfläche zwischen dem Festbettmaterial und dem Schwelgas, so daß zum einen eine effektivere Abkühlung des Schwelgases erreicht wird, und zum anderen auf der vergrößer­ ten Oberfläche mehr Kondensat abgeschieden werden kann. Ein weiterer Vorteil eines körnigen Festbettmaterials oder einer körnigen Schüttung ist der, daß sich zwischen den einzelnen Körnern Hohlräume bilden, durch die das Schwelgas strömen kann. Das Schwelgas kann bei einem körnigen Festbettmaterial daher nicht nur über, sondern auch durch das Festbettmaterial hindurch strömen.

Insbesondere ist es besonders vorteilhaft, das Festbettmate­ rial kontinuierlich zu ersetzen oder zu erneuern, wodurch zur Reinigung des Schwelgases zu jedem Zeitpunkt ein mit Konden­ sat unbelastetes Festbettmaterial zur Verfügung steht. Dies gewährleistet eine hohe und gleichbleibende Reinigungswir­ kung.

Eine gleichbleibende Reinigungswirkung wird insbesondere dann erreicht, wenn das Festbettmaterial das Festbett mit einem vorgegebenen Volumenstrom durchströmt. Das Durchströmen des Festbettes mit zeitlich konstantem Volumenstrom wird auch als "stationäre Strömung" bezeichnet.

Das Schwelgas kann bevorzugt gegen die Strömungsrichtung des Festbettmaterials durch das Festbett strömen, so daß ein ho­ her Wärmeaustausch zwischen dem Festbettmaterial und dem Schwelgas erreicht wird. Alternativ hierzu kann das Festbett­ material aber auch in Strömungsrichtung oder quer zur Strö­ mungsrichtung durch das Festbett strömen.

Als Festbettmaterial wird insbesondere anorganisches Material verwendet. Als anorganisches Material kann beispielsweise mi­ neralisches Gestein oder Glas oder ein vergleichbares inertes Material verwendet werden. Daneben oder zusätzlich kann auch organisches Material verwendet werden, das vorzugsweise zu­ sammen mit dem Kondensat in einer Brennkammer verbrannt wer­ den kann.

In einer besonders bevorzugten Vorgehensweise wird ein Teil des Pyrolysereststoffs nach Aussortierung und Abkühlung in das Festbett eingeführt. Somit ist kein separates oder exter­ nes Festbettmaterial nötig, das als zusätzliches Material in das Verfahren eingebracht werden müßte und daher die Rest­ stoffmenge erhöhen würde. Das Abkühlen des zunächst heißen Pyrolysereststoffs ist für ein wirksames Reinigen des Schwel­ gases von Vorteil. Die Aussortierung des Pyrolysereststoffs ist zweckdienlich, um die wertvollen und in einer hohen Rein­ heit vorliegenden Wertstoffe, wie beispielsweise Metalle, nicht unnötigerweise wieder zu verschmutzen. Als Festbettma­ terial bietet sich vorteilhafterweise eine Glas/Steine-Frak­ tion des Pyrolysereststoffs an.

Auch kann verbrauchtes Festbettmaterial bevorzugterweise dem Pyrolysereaktor erneut zur Pyrolyse zugeführt und wiederver­ wertet werden, so daß in der Anlage kaum zusätzlicher Rest­ stoff anfällt.

Alternativ hierzu kann zumindest ein Teil des verbrauchten Festbettmaterials vorteilhafterweise einer dem Pyrolysereak­ tor nachgeschalteten Brennkammer zugeführt werden, in der die im Kondensat gespeicherte Energie durch die Verbrennung des Kondensats, das einen hohen Brennwert aufweist, ausgenutzt wird.

Die auf eine Anlage bezogene Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch eine Anlage zur thermischen Abfallbehandlung mit einem Pyrolysereaktor zur Umwandlung von Abfall in ein Schwelgas und in einen Pyrolysereststoff, mit einem Festbett zur Kondensation von im Schwelgas enthaltenen Bestandteilen und mit einer Schwelgasleitung, die zwischen dem Pyrolysere­ aktor und dem Festbett angeordnet ist.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Anlage Mittel zum stationären Durchströmen des Festbetts mit Festbettmate­ rial auf. Solche Mittel sind beispielsweise ein Förderband oder eine leicht gegen die Horizontale geneigte Ebene, auf der das Festbett angeordnet ist und die in Schwingungen oder Vibrationen versetzt werden kann.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Anlage sind den Un­ teransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbei­ spielen, die in der Zeichnung dargestellt sind, näher erläu­ tert. Es zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Ausschnitt aus einer Schwel-Brenn-Anlage mit einem Festbett,

Fig. 2 eine grob vereinfachte Ansicht eines Förder­ bandes zum kontinuierlichen Durchströmen des Festbetts,

Fig. 3 eine grob vereinfachte Ansicht eines gegen die Horizontale geneigten Festbetts,

Fig. 4, 5 und 6 schematische Skizzen von alternativen Mög­ lichkeiten für das Durchströmen des Fest­ betts.

Gemäß Fig. 1 umfaßt eine Schwel-Brenn-Anlage eine Einfüll­ vorrichtung 2, mittels der Abfall A über eine Förder­ schnecke 4 einem als Schweltrommel 6 ausgeführten Pyrolysere­ aktor zugeführt wird. Der Abfall A wird in der Schweltrom­ mel 6 unter weitgehendem Sauerstoffabschluß pyrolisiert oder verschwelt, d. h. einer Temperaturbehandlung bei etwa 450°C unterzogen. Er wird bei der Pyrolyse in Pyrolysereststoff R und Schwelgas S umgewandelt, welche die Schweltrommel 6 über eine Austragsvorrichtung 8 verlassen.

Der Pyrolysereststoff R gelangt in eine Reststoff-Trennvor­ richtung 10. Das Schwelgas S wird über eine Schwelgaslei­ tung 12 von der Austragsvorrichtung 8 zu einem Festbett 14 geleitet. Nach dem Durchströmen des Festbetts 14 wird das dann gereinigte Schwelgas S in eine Brennkammer 16 geführt. Die Brennkammer 16 ist als Hochtemperatur-Brennkammer ausge­ staltet. Die Temperatur in der Brennkammer 16 kann mehr als 1200°C erreichen. Das verbrannte Schwelgas S verläßt die Brennkammer 16 als Rauchgas G. Eine bei der Verbrennung in der Brennkammer 16 anfallende Schlacke M wird nach unten ab­ gezogen.

In der Reststoff-Trennvorrichtung 10 wird der Pyrolyserest­ stoff R in mehrere Fraktionen unterteilt. Wertstoffe, wie Me­ talle oder Glas, werden dabei in hoher Reinheit und nach Wertstoffart getrennt erhalten. Gemäß Fig. 1 wird ein aus­ sortierter Anteil des Pyrolysereststoffs R von der Reststoff- Trennvorrichtung 10 über einen Transportweg 18 dem Fest­ bett 14 als Festbettmaterial F zugeführt. Als Festbettmate­ rial F eignet sich bevorzugt eine in der Reststoff-Trennvor­ richtung 10 aussortierte Glas/Steine-Fraktion.

Das Schwelgas S gelangt über die Schwelgasleitung 12 in das Festbett 14 und durchströmt dieses. Das Festbettmaterial F weist im Vergleich zum Schwelgas S eine wesentlich geringere Temperatur auf. Beim Durchströmen des Festbetts 14 wird das Schwelgas S daher abgekühlt. Es erreicht eine ausreichend ge­ ringe Temperatur, so daß die im Schwelgas S enthaltenen kon­ densierbaren Anteile, beispielsweise Öl oder Teer, auskonden­ sieren. Die Temperatur, bei der sich die Kondensation voll­ zieht, liegt typischerweise bei etwa 300°C.

Das Festbettmaterial F weist bevorzugt eine große Oberfläche auf und ist daher insbesondere körnig. Die große Oberfläche unterstützt eine effektive Abkühlung des Schwelgases S. So wird eine große Fläche zur Verfügung gestellt, auf der sich das Kondensat ablagern kann. Das Festbettmaterial F wird be­ vorzugt kontinuierlich erneuert oder ausgetauscht, so daß un­ abhängig von der Betriebsdauer eine gleichmäßige Reinigungs­ wirkung für das Schwelgas S erzielt wird. Insbesondere wird das Festbett 14 von einem gleichbleibenden Volumenstrom des Festbettmaterials F, d. h. stationär, durchströmt. Nachdem das Festbettmaterial F das Festbett 14 durchströmt hat, verläßt es dieses als mit Kondensat behaftetes, verbrauchtes Fest­ bettmaterial V. Das verbrauchte Festbettmaterial V wird der Schweltrommel 6 über einen Transportweg 19a und über die Ein­ füllvorrichtung 2 zur Pyrolyse wieder zugeführt. Das im Fest­ bett 14 abgeschiedene Kondensat wird dabei in einem geschlos­ senen Kreislauf zwischen Festbett 14, Schweltrommel 6 und wiederum Festbett 14 geführt. Kondensierbare Bestandteile des Schwelgases S, die im Festbett 14 als Kondensat ausgeschieden werden, können in der Schweltrommel 6 infolge der erneuten Pyrolyse zum Teil weiter aufgespalten und somit in nicht-kon­ densierbare Bestandteile überführt werden. Solche nicht-kon­ densierbaren Bestandteile werden auch als Permanentgas be­ zeichnet. Aus dem Permanentgas kondensieren bei der Abküh­ lung, beispielsweise bis auf Umgebungstemperatur, keine wei­ teren Bestandteile mehr aus. Im Endeffekt läßt sich daher durch das erneute Pyrolisieren des im Festbett 14 ausgeschie­ denen Kondensats eine höhere Schwelgas-Erzeugung (Permanentgas) bei vorgegebener Abfallmenge erzielen. Hiermit verbunden ist auch eine deutliche Erhöhung des Gesamtheizwer­ tes des gereinigten Schwelgases S, das bei der Trockenkonden­ sation im Festbett 14 erhalten wird, bevor es der Brennkam­ mer 16 zugeführt wird.

Das verbrauchte Festbettmaterial V kann alternativ oder teil­ weise auf einem Transportweg 19b der Brennkammer 16 zugeführt werden. Bevorzugt werden hierbei feinkörnige Anteile des ver­ brauchten Festbettmaterials V zugeführt, die in der Brennkam­ mer 16 aufschmelzen können.

Die Verwendung der Glas/Steine-Fraktion als Festbettmate­ rial F erzielt den positiven Nebeneffekt, daß infolge der Reibung zwischen den Glas- oder Gesteinsbrocken feine Glas- oder Gesteinspartikel abgerieben werden. Dies hat insbeson­ dere den Vorteil, daß der Anteil von Siliciumoxid in dem Feinanteil des Pyrolysereststoffs R erhöht wird. Dieser wird in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Brennkammer 16 zuge­ führt. Ein höherer Anteil von feinkörnigem Siliciumoxid in der Brennkammer 16 führt zu einer verbesserten Qualität der Schlacke M, die in der Brennkammer 16 anfällt. Insbesondere werden hierdurch die Fluideigenschaften der Schlacke M ver­ bessert, d. h. die Schlacke M wird durch den höheren Anteil an Siliciumoxid flüssiger.

Gemäß Fig. 2 wird das Festbettmaterial F mit Hilfe eines Förderbandes 20 kontinuierlich erneuert. Das Förderband 20 ist beispielsweise ein um Walzen 22 laufendes Band. Das Fest­ bettmaterial F wird über eine geneigte Fläche dem Förder­ band 20 zugeführt. Die geneigte Fläche ist hier als Rut­ sche 24 ausgebildet. Das Festbettmaterial F verläßt das Fest­ bett 14 anschließend über eine weitere Rutsche 25. Das Fest­ bettmaterial F wird zwischen den beiden Rutschen 24, 25 in Transportrichtung 26 und entgegen der Strömungsrichtung 28 des Schwelgases S transportiert. Mit Hilfe des Förderban­ des 20 ist ein gleichmäßiges und kontinuierliches Erneuern des Festbettmaterials F gewährleistet.

Gemäß Fig. 3 ist das Festbett 14 gegenüber der Horizontalen um einen Winkel α geneigt. Das Festbett 14 kann in Schwingun­ gen oder Vibrationen versetzt werden, was durch Doppel­ pfeile 28 angedeutet ist, so daß aufgrund der Neigung des Festbetts 14 das Festbettmaterial F in Transportrichtung 26 gleichmäßig gefördert wird. Das Festbettmaterial F wird dem Festbett 14 über eine Rutsche 24 zugeführt. Es verläßt es über eine weitere Rutsche 25. Die Schwingung ist beispiels­ weise eine überlagerte Schwingung von oszillierenden Bewegun­ gen in Transportrichtung 26 und/oder in einer Richtung quer zur Transportrichtung 26. Der besseren Übersichtlichkeit hal­ ber wurde in Fig. 3 auf die Darstellung einer oberen Abdec­ kung des Festbetts 14 verzichtet, die für die Führung des Schwelgases S durch das Festbett 14 notwendig ist.

In den Fig. 4, 5 und 6 sind alternative Möglichkeiten dar­ gestellt, wie das Schwelgas S in Bezug auf die Transportrich­ tung 26 des Festbettmaterials F durch das Festbett 14 geführt werden kann. Gemäß Fig. 4 wird das Schwelgas S entgegen der Transportrichtung 26 im Gegenstromprinzip durch das Fest­ bett 14 geführt. Durch die gegenläufige Strömung von Schwel­ gas S und Festbettmaterial F wird eine innige Durchmischung des Schwelgases S mit dem Festbettmaterial F erreicht.

Gemäß Fig. 5 wird das Schwelgas S in Transportrichtung 26 durch das Festbett 14 geleitet. Gemäß Fig. 6 wird das Schwelgas S senkrecht zur Transportrichtung 26 des Festbett­ materials F durch das Festbett 14 geführt.

Die senkrechte oder auch kreuzweise Durchströmung des Fest­ bettes 14 gemäß Fig. 6 kann mit einer der in den Fig. 4 oder 5 gezeigten Möglichkeit kombiniert werden, so daß das Schwelgas S bezüglich der Transportrichtung 26 des Festbett­ materials F schräg durch das Festbett 14 strömt.

Claims (14)

1. Verfahren zur thermischen Abfallbehandlung, bei dem Ab­ fall (A) in einem Pyrolysereaktor (6) in ein Schwelgas (S) und in einen Pyrolysereststoff (R) umgewandelt wird, und bei dem das Schwelgas (S) einem Festbett (14) zur Kondensation von in ihm enthaltenen Bestandteilen zugeführt wird, wobei das Festbettmaterial (F) eine niedere Temperatur aufweist als das Schwelgas (S).

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Festbettmate­ rial (F) des Festbetts (14) ein körniges Material ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Festbettma­ terial (F) kontinuierlich erneuert wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das Festbettmaterial (F) das Festbett (14) mit einem vorgegebenen Volumenstrom durchströmt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem das Schwelgas (S) gegen die Transportrichtung (26) des Festbett­ materials (F) durch das Festbett (14) strömt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem als Festbettmaterial (F) anorganisches Material verwendet wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem ein Teil des Pyrolysereststoffs (R) aussortiert und abgekühlt und danach als Festbettmaterial (F) in das Festbett (14) einge­ führt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem ver­ brauchtes Festbettmaterial (V) dem Pyrolysereaktor (6) zur Pyrolyse zugeführt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem ver­ brauchtes Festbettmaterial (V) einer dem Pyrolysereaktor (6) nachgeschalteten Brennkammer (16) zugeführt wird.

10. Anlage zur thermischen Abfallbehandlung mit einem Pyroly­ sereaktor (6) zur Umwandlung von Abfall (A) in ein Schwel­ gas (S) und in einen Pyrolysereststoff (R), mit einem Fest­ bett (14) zur Kondensation von im Schwelgas (S) enthaltenen Bestandteilen, und mit einer Schwelgasleitung (12), die zwi­ schen dem Pyrolysereaktor (6) und dem Festbett (14) angeord­ net ist.

11. Anlage nach Anspruch 10, bei dem Mittel (20, 24, 25) zum stationären Durchströmen des Festbetts (14) mit Festbettmate­ rial (F) vorgesehen sind.

12. Anlage nach Anspruch 10 oder 11, bei der ein abgekühlter und aussortierter Teil des Pyrolysereststoffs (R) als Fest­ bettmaterial (F) dem Festbett (14) zuführbar ist.

13. Anlage nach einem der Ansprüche 10 bis 12, bei der ver­ brauchtes Festbettmaterial (V) dem Pyrolysereaktor (6) zur Pyrolyse zuführbar ist.

14. Anlage nach einem der Ansprüche 10 bis 13, die eine dem Pyrolysereaktor (6) nachgeschaltete Brennkammer (16) auf­ weist, der verbrauchtes Festbettmaterial (V) zuführbar ist.