DE19916271C2 - Verfahren zur Herstellung thermofester Pellets für die Vergasung - Google Patents
Verfahren zur Herstellung thermofester Pellets für die VergasungInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Abfallaufbereitung für die Fest
bett- und Schlackebadvergasung von Müll und Abfallstoffen mit organischen
und anorganischen Bestandteilen. Die Bezeichnung Müll und Abfallstoffe be
zieht sich vorwiegend auf Hausmüll, hausmüllähnlichen Gewerbeabfall, Shred
derleichtgut, Altholz, Kunststoffe u. a. m.
Es ist bekannt, daß solche Stoffe überwiegend der Deponierung und Verbren
nung zugeführt werden. Erklärterweise sind diese Entsorgungsverfahren ent
weder durch hohe Aufwendungen und/oder mit einer äußerst geringen Akzep
tanz in der Öffentlichkeit charakterisiert, so daß ihre Einführung und Anwen
dung deutlich eingeschränkt ist.
Um dies zu vermeiden, hat man nach Lösungen gesucht, vorhandene Verga
sungsanlagen oder andere thermische Umwandlungsanlagen für eine weitge
hend ökologische und stoffliche Verwertung dieser Stoffe nutzbar zu machen.
Aus DE 42 41 283 A1 ist bekannt, daß solche Stoffe einer Flugstromvergasung
unterzogen 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 gasför
mige und flüssige Stoffe, pumpfähige Suspensionen von feinzerkleinerten
Feststoffen in Flüssigkeiten, aber auch in einem Trägergas suspendierte
staubförmige, feste Stoffe zu verstehen. Im Anwendungsfall Müll liegen die ein
zusetzenden Stoffe jedoch in einer solchen Konsistenz und Stückgröße vor,
daß die Überführung in eine fließfähige Form durch mechanische Aufbereitung,
insbesondere durch Aufmahlung, technisch nicht möglich oder nicht wirtschaft
lich zu erreichen ist.
Es ist in DE 42 26 015 C1 vorgeschlagen worden und wird praktiziert, feste und
flüssige Abfallstoffe im Prozeß der Festbettdruckvergasung einzusetzen. Die
ses 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 Flüs
sigkeiten oder Gasen in der 1. Stufe und Vergasung von Feststoffen in der 2.
Stufe ist ein schwierig steuerbarer Prozeß.
Weiterhin ist vorgeschlagen und untersucht worden, Abfallstoffe unterschied
lichster Art einer Pyrolyse, also einer thermischen Umwandlung bei Temperatu
ren von 400-800°C zu unterwerfen. Bei diesen Temperaturen werden ca. 30
bis 50% der eingesetzten 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 schadstoffbela
stet, schwierig zu handhaben und kaum verwertbar sind. Der technologische
Aufwand für die Pyrolyse ist sehr hoch.
Nach DE 42 38 934 A1 ist ein Vorschlag bekanntgeworden, Roh- und Abfallstoffe
einer thermischen Vorbehandlung im Temperaturbereich zwischen 120 und
350°C zu unterziehen und diese nach einer Zerkleinerung in der Flugstrom
vergasung umzusetzen.
Dieses Verfahren weist den Nachteil auf, daß Abfallstoffe mit thermoplasti
schen Bestandteilen, und diese umfassen ein breites Spektrum, bei der vorge
schlagenen thermischen Vorbehandlung in einen erweichten bis viskosen Zu
stand überführt werden, der den gesamten Vorbehandlungsprozeß stört und
bei einer Abkühlung zu kompakten Schmelzverbänden mit anderen Abfallbe
standteilen und Inertmaterial führt. Eine nachfolgende Abtrennung von ver
wertbaren Metallanteilen und Inertmaterial ist hier nur mit hohem Aufwand
möglich und nicht wirtschaftlich.
Aus weiteren Veröffentlichungen ist bekanntgeworden, 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
Flugstromvergasung 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 Sicherheitsprobleme, geringe Energieausbeuten
und Probleme bei der Schlackeeinschmelzung und dem Schlackeabzug aus
dem Vergaser verursachen.
DE 43 24 921 A1 enthält den Vorschlag, getrockneten oder feuchten Müll einem
Schmelzbadreaktor zuzuführen und hier zu vergasen. Die Anwendbarkeit die
ses Verfahrens muß angezweifelt werden, da bereits die geregelte Zuführung
des inhomogenen Einsatzstoffes Müll in den Reaktor scheitern wird sowie die
vollständige Umsetzung von getrocknetem oder alternativ feuchtem Müll in ei
nem Schmelzbad nicht realisiert werden kann.
Der grundsätzliche Nachteil aller bisher beschriebenen und praktizierten Lö
sungen besteht darin, daß bei der Festbett- und Schlackebadvergasung von
Abfallstoffen der mögliche Anteil an Feinkorn begrenzt ist und infolge der In
homogenität und thermischen Instabilität von Abfallstoffen mit höheren Fein
kornanteilen in der Festbettschüttung und den damit bekannten Nachteilen zu
rechnen ist.
Eine neuere Lösung nach DE 196 21 922 A1 sieht vor, Müll auf bekannten Ver
pressungseinrichtungen auf eine Korngröße von 10 bis 100 mm und auf eine
Rohdichte von < 1 t/m3 zu verpressen, wodurch der Müll dann eine entspre
chende Thermostandfestigkeit aufweisen soll. Dieses Verfahren setzt jedoch
die Bereitstellung ganz spezieller Müll- und Abfallstoffzusammensetzungen und
-qualitäten voraus, die aber in der Praxis nur mit hohen Aufwendungen erreicht
werden können.
Der Einsatz von nichtthermofesten Agglomeraten aus Abfällen im Festbett-
bzw. Schlackebadgenerator führt zu Betriebsstörungen oder zur Einschränkung
einer wirtschaftlichen Fahrweise.
Aufgabe der Erfindung ist es, aus den genannten Stoffen Hausmüll, haus
müllähnlichem Gewerbemüll, Shredderleichtgut, Altholz, Kunststoffen und ähn
lichen Stoffen Agglomerate herzustellen, die transport- und thermostabil sind
und somit in der Festbett- und Schlackebadvergasung problemlos eingesetzt
werden können.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit den erfinderischen Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Erfindungsgemäß werden dazu die genannten Stoffe einzeln oder im Gemisch
verwertet. Die Zusammensetzung des Mischgutes kann in Abhängigkeit von
den Anlieferungen stärker schwanken.
Die eingefahrenen Abfälle wurden auf eine Teilchengröße von vorzugsweise <
60 mm zerkleinert, worauf eine Metallaushaltung erfolgt. Die zerkleinerten Ab
fälle können zudem in eine Fein- und Grobfraktion klassiert werden. Das Ge
samtgut und/oder die Gutfraktionen wurden mittels Trommeltrockner oder an
derer geeigneter Einrichtungen auf einen optimalen Agglomerationsfeuchtege
halt getrocknet. Das Verfahren kann ebenso mit einer erst auf die Trocknung
folgenden Klassierung betrieben werden.
Je nach der Stoffzusammensetzung der Abfälle wurden dem Trockengut bzw.
den Trockengutfraktionen ein oder mehrere Zusatzstoffe als Vergasungs
hilfsmittel zugesetzt. Der Mischprozeß erfolgt so, daß die Vermischung weitge
hend homogen ist. Dazu wird der Mischprozeß sehr intensiv durchgeführt.
Durch diese Mischung wird das Mischgut durch Haftverbunde stabilisiert und
das Agglomerationsvermögen der Abfälle mobilisiert. Gleichzeitig entsteht ein
Stoffsystem mit der Eigenschaft, die Thermostabilität der daraus erzeugten
Agglomerate zu verbessern.
Die Abfälle werden einzeln oder im Gemisch mit dem jeweiligen stoffspezifi
schen optimalen Feuchtegehalt und unter Zusatz der Vergasungshilfsmittel
pelletiert.
Die Vergasungshilfsmittel verleihen den Pellets durch ihr eigenes Stoffverhal
ten unter den Vergasungsbedingungen und vor altem auch durch eigene
thermo-chemische Reaktionen mit den Abfallstoffen die notwendige
Thermofestigkeit durch die Ausbildung von thermoplastischen Bindemittel- oder
Festkörperbrücken in den Phasen des Vergasungsprozesses, in denen ein
vorzeitiger Zerfall eintreten kann.
Die eigentliche Agglomerierung der vorbereiteten Mischungen aus den ge
trockneten Abfällen und den Hilfsmitteln erfolgt vorzugsweise auf bekannten
Einrichtungen, wie Lochscheiben- oder Lochwalzenpressen (Matrizenpressen).
Die dabei entstehenden stangenförmigen Pellets verleihen dem Preßgut durch
ihr rundes Format die Schrumpf- und Pyrolyseeigenschaften, die für den Erhalt
des Preßlings beim Einsatz in einem Festbett- oder Schlackebadvergaser
wichtig sind.
Die Pellets werden mit Durchmessern von 5 bis 50 mm, vorzugsweise 10 bis 20 mm,
und variabler Stücklänge hergestellt. Die Verpressungstemperatur stellt
sich stoffabhängig an der Presse ein, kann aber auch stoffabhängig eingestellt
werden. Die Kerntemperatur der Agglomerate muß < 80°C betragen. Im Falle
eines hohen Anteiles an Kunststoffen im Gemisch der Abfälle sollte die Tempe
ratur 180°C nicht übersteigen.
Die gepreßten Pellets werden mit Luft gekühlt und anschließend zur Verga
sungsanlage transportiert.
Für die Herstellung eines thermofesten stückigen Vergasungsstoffes ist es
notwendig, daß die Abfälle bzw. die Abfallgemische mit dem Vergasungs
hilfsmittel homogen vermischt werden, das den Agglomeraten durch seine ei
gene Thermostabilität und/oder durch thermo-chemische Reaktionen mit Be
standteilen der Abfälle die notwendige Formbeständigkeit bei hohen Tempera
turen verleiht. Die Thermobeständigkeit der Agglomerate wird durch die Aus
bildung von formschlüssigen Versteifungen durch verhärtende Koksfasern,
durch thermo-viskose Zwickelverbunde, durch Ausbildung von Festkörperbrüc
ken und Abpufferung von thermoplastischen Teilschmelzen erreicht.
Als Vergasungsmittel sind Melasse und leicht zerfasertes Holz geeignet. Holz
kann beispielsweise in einem Doppelschneckenzerfaserer durch hohe Scher
kräfte zerfasert und aufgeschlossen werden. Das Hilfsmittel Melasse sollte ei
nen Feststoffanteil von ≧ 50% aufweisen, und das Hilfsmittel Holz sollte zu
einem Faserstoff mit einem Feuchtegehalt von 30% bis 60% aufgeschlossen
werden.
Das Hilfsmittel feucht zerfasertes Holz wird mit einem Anteil von 3 bis 50 Ma.-
%, vorzugsweise 5 bis 25 Ma.-%, und das Hilfsmittel Melasse mit einem Anteil
von 1 bis 30 Ma.-%, vorzugsweise 3 bis 15 Ma.-%, zugegeben, bezogen auf
die Gesamtmasse des Mischgutes.
Die Hilfsmittel Melasse und feucht zerfasertes Holz bewirken, daß
- - die Qualität der Agglomerate durch ihre Wirkung als Gleit- und Bindemittel verbessert wird und die Agglomerate eine hohe Dichte und eine hohe me chanische Festigkeit erhalten,
- - der formschlüssig versteifte Partikelverbund durch die eigene Einordnung stabilisiert wird,
- - eine masseschwundkonforme Volumenschrumpfung während der Verga sung begünstigt wird und
- - die Thermostabilität der Agglomerate durch Ausbildung von Koksstützge rüsten, durch thermo-viskose Verbindungen und Festkörperbrücken we sentlich erhöht wird.
Im folgenden soll die Erfindung mittels zweier Ausführungsbeispiele näher er
läutert werden:
Abfälle, bestehend aus 95 Ma.-% Hausmüll und 5 Ma.-% Kunststoff aus dem DSD,
werden auf Teilchen ≦ 60 mm zerkleinert und anschließend in eine Grobfraktion < 20 mm
und in eine Feinfraktion < 20 mm klassiert. Die Fraktionen werden einzeln in
Trommeltrocknern auf einen Feuchtegehalt ≦ 2% getrocknet.
Der Grobfraktion der Abfälle wird in einem Mischer feucht zerfasertes Holz mit einem
Mengenanteil von 20%, bezogen auf die Gesamtmasse, zudosiert. Der in einem
Doppelschneckenzerfaserer hergestellte Holzfaserstoff hat einen Feuchtegehalt von
40%. Das Mischgut wird auf Pelletpressen (Lochring- oder Lochscheibenwalzen
pressen) zu festen Presslingen (Pellets) mit einem Durchmesser von 16 mm ge
presst. Die Pellets haben beim Austritt aus der Presse eine Kerntemperatur von
≧ 100°C. Die Pellets werden gekühlt. Nach der Abkühlung weisen die Pellets nach
dem Sturzrohrtest eine Sturzfestigkeit von ST-R 10 (100 = < 90%) auf. Zur Prüfung
der Thermofestigkeit werden die Pellets einer Pyrolyse mit der Aufheizgeschwindig
keit von 5 K/min bis 800°C und 1 h Ausgardauer bei 800°C unterzogen.
Der Pyrolyserückstand hat eine Abriebbildung nach dem Sturzrohrtest von ST-D 1
(25) ≦ 25%. Die Pellets sind thermofest.
Die nach Beispiel 1 hergestellte Abfallfeinfraktion < 20 mm weist einen Aschegehalt
von 28%, bezogen auf die wasserfreie Substanz, auf. Die Feinfraktion wird auf den
Feuchtegehalt ≦ 10% getrocknet. Dem Förderstrom der getrockneten Feinfraktion
wird der Hilfsstoff feuchtes, zerfasertes Holz mit einem Zusatzanteil von 20 Ma.-%,
bezogen auf die Gesamtmasse, zugesetzt.
Parallel zur Abfallaufbereitung wird der Hilfsstoff Holz, vorzugsweise Altholz,
geshreddert und in einer Zerfaserungsmaschine unter Zusatz von Wasser in einen
Faserstoff überführt, der einen Feuchtegehalt von 40% aufweist.
Beide Produkte werden in einem kontinuierlich arbeitenden Intensivmischer
gefördert. Während des Mischvorganges wird der Hilfsstoff Melasse mit einem
Zusatzanteil von 10 Ma.-%, bezogen auf die Gesamtmasse, zudosiert und mit den
Abfällen und dem Hilfsstoff zerfasertes Holz intensiv vermischt.
Das Mischgut wird auf Pelletpressen mit einem Durchmesser von 14 mm verpresst.
Die Presslinge treten aus der Presse mit einer Kerntemperatur von ≧ 80°C aus und
werden anschließend gekühlt. Die Presslinge haben eine Sturzfestigkeit nach dem
Sturzrohrtest von ST-R 10 (100) < 90%. Zur Bestimmung der Thermofestigkeit wer
den die Pellets einer Pyrolyse mit definierter Aufheizgeschwindigkeit von 5 K/min bis
800°C und 1 h Ausgardauer bei 800°C unterzogen. Der Pyrolyserückstand hat nach
dem Sturzrohrtest eine Abriebbildung von ST-D 1 (25) ≦ 25%. Die Pellets sind ther
mofest.
Claims (8)
1. Verfahren zur Herstellung thermofester Pellets für die Vergasung, insbesondere
für die Festbett- oder Schlackebadvergasung, aus zerkleinerten, getrockneten
und von Metall befreiten Müll- und Abfallstoffen mit organischen und anorgani
schen Bestandteilen, wie Hausmüll, hausmüllähnlicher Gewerbeabfall, Shredder
leichtgut, Altholz, Kunststoffe und andere Abfallarten, dadurch gekennzeichnet,
dass
als Agglomerations- und Vergasungshilfsmittel wahlweise ein unter hydrother malen Bedingungen zerfasertes, teilweise bis in die Zellstrukturen aufge schlossenes Holz oder eine Kombination von solchem zerfaserten und aufge schlossenen Holz und Melasse verwendet wird,
die Müll- und Abfallstoffe mit dem Agglomerations- und Vergasungshilfsmittel zu einem homogenen Gemisch durch Intensivmischung verarbeitet werden,
das Mischgut anschließend auf herkömmlichen Einrichtungen, vorzugsweise auf Lochscheiben- oder Lochringwalzenpressen, zu hochverdichteten und mechanisch hochfesten sowie thermostabilen Pellets verpresst wird.
als Agglomerations- und Vergasungshilfsmittel wahlweise ein unter hydrother malen Bedingungen zerfasertes, teilweise bis in die Zellstrukturen aufge schlossenes Holz oder eine Kombination von solchem zerfaserten und aufge schlossenen Holz und Melasse verwendet wird,
die Müll- und Abfallstoffe mit dem Agglomerations- und Vergasungshilfsmittel zu einem homogenen Gemisch durch Intensivmischung verarbeitet werden,
das Mischgut anschließend auf herkömmlichen Einrichtungen, vorzugsweise auf Lochscheiben- oder Lochringwalzenpressen, zu hochverdichteten und mechanisch hochfesten sowie thermostabilen Pellets verpresst wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass den Müll- und Abfall
stoffen ein Holzfaserstoff in Mengenanteilen von 5 bis 25 Ma.-% zugesetzt wird,
der durch hydrothermale Zerfaserung von feuchtem Holz vorzugsweise mit Hilfe
eines Doppelschneckenzerfaserers erzeugt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass den Müll- und Abfall
stoffen eine Kombination von zerfasertem und aufgeschlossenem Holz und Me
lasse zugesetzt wird, wobei der Mengenanteil des Holzfaserstoffes 5 bis 25 Ma.-
% und der Mengenanteil der Melasse 3 bis 15 Ma.-% beträgt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Melasse nach
Erwärmung und/oder Verdünnung im flüssigen Zustand eingesetzt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zudosierung des
festen Vergasungshilfsstoffes zu den Abfällen vor oder während des Prozesses
der Mischung, der Zusatz des flüssigen Hilfsstoffes während der Mischung erfolgt.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Heißagglomera
tion bei Temperaturen von 80°C bis 180°C stattfindet, bei der die Hilfsstoffe die
Funktion von Bindestoffen übernehmen, die die Abfallpartikel im Agglomeratver
band binden und später unter Pyrolysebedingungen selbst stabilisierende Koks
brücken bilden.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pellets mit Durch
messern von 5 bis 50 mm, vorzugsweise von 10 bis 20 mm, hergestellt werden
und eine variable Stücklänge aufweisen.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hilfsstoff Holz zu
einem Faserstoff mit einem Feuchtegehalt von 30% bis 60% aufgeschlossen
wird und für den Hilfsstoff Melasse ein Feststoffanteil von 50% eingestellt wird.
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