DE19853713A1 - Verfahren zur stofflichen und energetischen Verwertung von Rest- und Abfallstoffen - Google Patents

Verfahren zur stofflichen und energetischen Verwertung von Rest- und Abfallstoffen

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Verwertung von Rest- und Abfallstoffen kommunalen, industriellen und landwirtschaftlichen Aufkommens durch eine Kombination von mechanischer oder biologisch-mechanischer Aufbereitung unter Gewinnung von recycelbaren Wertstoffen und energetischer Nutzung der nicht recycelbaren, heizwertreichen Restfraktionen vorgestellt, dadurch gekennzeichnet, DOLLAR A - daß den zu verwertenden Rest- und Abfallstoffen zunächst durch mechanische oder biologisch-mechanische Behandlungsstufen recycelbare Wertstoffe entzogen werden, DOLLAR A - daß heizwertreiche Restfraktionen zu biologisch inerten Brennstoffballen mit querschnittlichen Abmessungen größer 0,5 x 0,5 m verpreßt werden, DOLLAR A - daß die heizwertreichen Brennstoffballen durch Vergasung in einem speziell dafür geeigneten Ballenvergaser in Brenngas umgewandelt werden, DOLLAR A - daß das Brenngas nach Reinigung und Entschwefelung in Heizkraftwerken unter Abgabe von Dampf bzw. Fernwärme verstromt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kombination von mechanischer oder biologisch- mechanischer Aufbereitung von Rest- und Abfallstoffen zur Gewinnung von Wertstoffen und der Vergasung kompaktierter und kompaktierfähiger Materialien zu einem wasserstoff- und kohlenmonoxidreichen Brenngas.
Das Verfahren ist überall dort einsetzbar, wo Abfall- und Reststoffe wie Haus-, Gewerbe- oder Industriemüll, aber auch landwirtschaftliche oder forstwirtschaftliche Produkte aus der Wald- und Feldpflege wie Holzreste oder Dünnholz, Hahnprodukte, Grünschnitt u.ä. nach der Abtrennung direkt recycelbarer Wertstoffe zu einem Brenngas verarbeitet werden sollen.
Nach dem bekannten Stand der Technik müssen solche Materialien in Abhängigkeit vom Vergasungsverfahren grob vorzerkleinert, thermisch homogenisiert, thermisch versprödet und anschließend in einer Aufbereitungsstufe fein zerkleinert werden. Die thermische Behandlung erfolgt üblicherweise in einer Pyrolysestufe, zu der eine aufwendige, problematische Trennung der Pyrolyseprodukte in Pyrolysekoks, Pyrolysegas und Flüssigprodukte gehört. Solche kombinierten Verfahren sind als Siemens-Schwelbrennverfahren aus "Umweltmagazin" Okt. 1993, S. 82 ff, als Thermoselect-Verfahren aus EP 0520 086, als NOELL-KONVERSIONSVERFAHREN aus DE 41 39 512 und VTA-Flugstromvergasung aus EP 0600923 B1 und DE 41 23 406 bekannt. Wegen der der Flugstrom- und auch der Festbettvergasung vorgeschalteten Zerkleinerungs-, Trocknungs-, Pyrolyse- und ggf. Brikettierstufen fallen hohe Investitions- und Betriebskosten bei der Verwertung von Restabfall oder anderer anorganischer und organisch toxischer Stoffe an, so daß diese annähernd schadstofffreie Produkte erzeugenden Vergasungsverfahren insbesondere gegenüber der Kompostierung, Deponie oder auch gegenüber der Verbrennung nicht konkurrieren können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch die Kombination von mechanischer oder biologisch-mechanischer Aufbereitung und einem Vergasungsverfahren, das keine thermische Vorbehandlung und keine Feinzerkleinerung erfordert, aus Rest- und Abfallstoffen zunächst stofflich verwertbare Produkte zu gewinnen und die nicht stofflich verwertbaren Anteile nach grober Formgebung durch eine Ballierung zu einem wasserstoff- und kohlenmonoxidreichen Brenngas zu vergasen, das frei von toxischen Kohlenwasserstoffen wie Dioxinen und Furanen ist, wobei die Asche der Brennstoffballen in Form eluationsfesten Schmelzgranulates anfällt.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren nach den Merkmalen des ersten Patentanspruches gelöst. Die Unteransprüche geben spezielle Ausgestaltungen der Erfindung wieder.
Die erfindungsgemäße Lösung sieht vor, daß Rest- und Abfallstoffe wie Haus- und Gewerbemülle oder Teile davon zunächst einer Fraktionierung und Sortierung unterzogen werden, bei der kompostierbare Anteile und direkt stofflich wiederverwertbare Materialien wie Metalle, Mineralstoffe, Papier und Plastefraktionen abgetrennt und verarbeitet bzw. als Rohstoff vermarktet werden. Der Überlauf dieser mechanischen Aufbereitung, hauptsächlich aus Holzanteilen, Papier-Plaste- Verbundstoffen, Windeln, Stoffresten u.ä. bestehend, wird zu einfachen Ballen gepreßt. Diese Brennstoffballen haben Heizwerte im Bereich von 15-20 MJ/kg und können mit querschnittlichen Abmessungen größer 0,5 × 0,5 in direkt ohne weitere Behandlung einem Vergasungssystem aufgegeben werden, wie es im EP 2382 beschrieben ist. Dabei wird die Temperatur in diesem Ballenvergasungssystem oberhalb der Schmelztemperatur der mineralischen Bestandteile der zu vergasenden Stoffe gehalten. Sie liegt im Bereich von 1200 und 1800°C. Diese hohen Temperaturen verursachen eine totale Aufspaltung der organischen Verbindungen, auch hochtoxischer chlororganischer Verbindungen, die in Rest- und Abfallstoffen in erheblichen Konzentrationen vorhanden sind. Das hauptsächlich aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid bestehende Vergasungsgas wird nach dem Verlassen des Ballenvergasungssystems einer Rohgasreinigung und -entschwefelung unterzogen. Es kann anschließend zur Verstromung in ein Gasmotorenkraftwerk eingesetzt werden.
Im folgenden wird die Erfindung an drei Figuren und drei Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Beispiel 1 zeigt anhand der Fig. 1 die erfindungsgemäße Verwertung von Industrieabfall. Der Industrieabfall wird in üblicher Weise antransportiert und in einem Betriebsbunker 1 zwischengelagert. Anschließend erfolgt beispielsweise durch ein Trommelsieb, in einer Fraktionierung 2 eine Aufteilung in Korngrößen < 200 mm und < 200 mm. Die Fraktion < 200 mm wird zunächst einer Abscheidung von Metallen und Mineralstoffen 3 unterzogen, bevor aus der Grob- und Feinfraktion in getrennten Sortieranlagen 4 Wertstoffe wie Papier, Plaste, Textilien, Häute u. ä. gewonnen werden. Die Sortierreste der Grobfraktion < 200 mm werden nach einer Zerkleinerung 5 mit den Sortierresten der Feinfraktion < 200 mm vereinigt. Nach einer weiteren Metall- und Mineralstoffabscheidung 6 werden diese Sortierreste zu Brennstoffballen mit Abmessung von mindestens 0,5 × 0,5 × 1 m verpreßt. Der Ballenpresse 7 können zusätzlich heizwertreiche Reste aus der Kompostieranlage 8 aufgegeben werden. Die biologisch stabilen Brennstoffballen werden über ein Zwischenlager 9 der Ballenvergasung 10 aufgegeben. Unter Zugabe von Sauerstoff oder sauerstoffenthaltenden Vergasungsmitteln werden die Brennstoffballen zu einem H2- und CO-reichen Brenngas umgesetzt. Dabei werden die Vergasungstemperaturen so eingestellt, daß die Brennstoffasche verflüssigt aus dem Ballenvergaser 10 abfließt und durch direkte Kühlung mit Wasser granuliert und als verglastes Schmelzgranulat ausgetragen wird. Das Brenngas wird nach konventioneller Reinigung und Entschwefelung unter Gewinnung von Fernwärme beispielsweise in einem Motorheizkraftwerk 11 verstromt.
Beispiel 2 zeigt anhand der Fig. 2 die erfindungsgemäße Verwertung von Haus- und Gewerbemüll. Der Haus- und Gewerbemüll wird gleichfalls in üblicher Weise antransportiert und in einem Bunker 1 zwischengelagert. Große bzw. Sperrmüllanteile werden vorgeschreddert, bevor der gesamte Müll sofort einer Sortierung 4 zur Abtrennung von recycelbaren Wertstoffen unterzogen wird. Nach der Wertstoffabtrennung in der Sortieranlage 4 und einer Zerkleinerung 5 erfolgt in einem Windsichter 16 eine Auftrennung in eine leichte und schwere Fraktion. Die leichte Fraktion geht direkt zur Ballenpresse 7. Die schwere Fraktion wird nach einer biologischen Trocknung 17 sowie einer Metall- und Mineralstoffabtrennung 3 gleichfalls der Ballenpresse 7 aufgegeben. Die weitere Technologie gleicht dem Beispiel 1.
Beispiel 3 zeigt anhand der Fig. 3 die schematische Anordnung einer komplexen Anlage zur Rest- und Abfallstoffverwertung. Heizwertreiche Reste einer Kompostieranlage 8, einer mechanischen Aufbereitung von Industrieabfall nach Beispiel 1, dargestellt als 18, einer biologisch-mechanischen Aufbereitung von Haus- und Gewerbemüll nach Beispiel 2, dargestellt als 19, und Rückstände aus der Landwirtschaft wie beispielsweise Stroh und der Waldpflege wie beispielsweise Schwach- oder Reisigholz, dargestellt als 20, werden simultan in der Ballenpresse 7 zu Brennstoffballen verpreßt. Die Brennstoffballen werden wie in den Beispielen 1 und 2 über den Ballenvergaser 10 der energetischen Verwertung 11 zugeführt.
Es ist leicht erkennbar, daß verschiedenste Mischungen von heizwertreichen Resten aus dem Aufkommen nach 8, 18, 19 oder 20 der Ballenpresse 7 zugeführt werden können.
Bezugszeichen
1
Betriebsbunker
2
Fraktionierung
3
Metallabscheidung, Mineralabscheidung
4
Sortieranlage
5
Zerkleinerung
6
weitere Metall- und Mineralstoffaufbereitung
7
Ballenpresse
8
Kompostieranlage
9
Zwischenlager
10
Vergasungssystem
11
Heizkraftwerk
12
13
14
15
Oxidationsmittel
16
Windsichter
17
Trocknung
18
Reste der mechanischen Aufbereitung
19
Reste einer biologisch-mechanischen Aufbereitung
20
Landwirtschafts- und Forstrückstände
21
Papier
22
Kunststoff
23
Textilien
24
Metall
25
Mineralstoffe
26
Granulat

Claims (4)

1. Verfahren zur Verwertung von Rest- und Abfallstoffen aus kommunalem, gewerblichem, industriellem und landwirtschaftlichem Aufkommen durch Kombination einer mechanischer oder biologisch-mechanischen Aufbereitung und einer Vergasung zur Gewinnung von Brenngas, dadurch gekennzeichnet, daß
  • - die nach der Sortierung (4) und der Metall- und Mineralstoffabscheidung (3/6) verbleibende heizwertreiche Restfraktion in einer Ballenpresse (7) zu Brennstoffballen mit querschnittlichen Abmessungen größer 0,5 × 0,5 m verpreßt wird,
  • - die Brennstoffballen unter Verwendung von Sauerstoff oder Sauerstoff enthaltenden Oxidationsmitteln (15) in einem speziell für den Einsatz von Brennstoffballen geeigneten Vergasungssystem (10) in ein H2- und CO-reiches Brenngas umgewandelt werden, wobei die Vergasungstemperaturen so gewählt werden, daß die Asche der Brennstoffballen in schmelzflüssigem Zustand aus dem Vergasungsraum in einem Kühlraum überführt wird,
  • - die schmelzflüssige Asche direkt mit Wasser gekühlt und als Schmelzgranulat gewonnen wird,
  • - das Brenngas nach Reinigung und Entschwefelung in einem Heizkraftwerk (11) zur Erzeugung von Elektroenergie, Dampf und Fernwärme eingesetzt wird,
2. Verfahren nach Anspruch 1 zur Verwertung von Industrieabfällen, dadurch gekennzeichnet, daß
  • - in einer Fraktionierung (2) die Industrieabfälle in eine Grobfraktion < 200 mm und eine Feinfraktion < 200 mm aufgeteilt werden,
  • - die Grobfraktion einer Sortierung (4) unterworfen wird, aus der direkt recycelbare Wertstoffe wie Papier (21), Kunststoff (22) und Textilien (23) abgeschieden werden und danach eine Zerkleinerung 5() erfolgt,
  • - die Feinfraktion einer Metall- und Mineralstoffaushaltung (3) und anschließend einer Sortierung (4) zur Gewinnung direkt regelbarer Wertstoffe, wie Papier (21), Kunststoff (22) und Textilien (23) unterzogen wird,
  • - beide Fraktionen ggf. nach einer nochmaligen Metall- und Mineralstoffaushaltung (6) gemeinsam in einer Ballenpresse (7) zu heizwertreichen Brennstoffballen verpreßt werden,
  • - die heizwertreichen Brennstoffballen unter Verwendung von Sauerstoff oder Sauerstoff enthaltenden Oxidationsmitteln (15) in einem speziell für den Einsatz von Brennstoffballen geeigneten Vergasungssystem (10) in ein H2- und CO- reiches Brenngas umgewandelt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 zur Verwertung von Haus- und Gewerbeabfällen, dadurch gekennzeichnet, daß
  • - die Haus- und Gewerbeabfälle nach einer Vorshredderung einer Sortierung (4) unterworfen werden, aus der direkt recycelbare Wertstoffe, wie Papier (21), Kunststoff (22) und Textilien (23) gewonnen werden,
  • - nach einer anschließenden Zerkleinerung (5) der Sortierreste in einer Sichterstufe (16) eine Trennung in eine leichte und schwere Fraktion erfolgt,
  • - die schwere Fraktion nach einer biologischen Trocknung (17) sowie einer Metall- und Mineralstoffaushaltung (3) gemeinsam mit der Leichtfraktion in einer Ballenpresse (7) zu heizwertreichen Brennstoffballen verpreßt wird,
  • - die heizwertreichen Brennstoffballen unter Verwendung von Sauerstoff oder Sauerstoff enthaltenden Oxidationsmitteln (15) in einem speziell für den Einsatz von Brennstoffballen geeigneten Vergasungssystem (10) in ein H2- und CO- reiches Brenngas umgewandelt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
  • - heizwertreiche Reste einer Kompostieranlage (8), einer mechanischen Aufbereitung von Industrieabfall (18), einer biologisch-mechanischen Aufbereitung von Haus- und Gewerbemüll (19) und Rückstände aus der Land- und Forstwirtschaft (20) gemeinsam der Ballenpresse (7) zugeführt und zu heizwertreichen Brennstoffballen verpreßt werden,
  • - die heizwertreichen Brennstoffballen unter Verwendung von Sauerstoff oder Sauerstoff enthaltenden Oxidationsmitteln (15) in einem speziell für den Einsatz von Brennstoffballen geeigneten Vergasungssystem (10) in ein H2- und CO- reiches Brenngas umgewandelt werden.
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