DE2364660B1 - Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen thermischen Zerlegung von polymeren und/oder anorganischen Stoffen und Stoffgemischen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die kontinuierliche thermische Zerlegung polymerer und/oder anorganischer Stoffe und Stoffgemische. Zur Durchführung des Verfahrens wird beispielsweise eine Vorrichtung beschrieben, bei welcher die thermische Zerlegung durch Pyrolyse erfolgt. Als polymere und/ oder anorganische Stoffe und Stoffgemische kommen beispielsweise in Betracht:

Fe- und NE-Metalle mit Plastikbeschichtung, beschichtete und lackierte Leichtmetallabfälle, Metallpapierfolien, isolierte Elektrokabei und Leitungen, Kapseln, Späne und metallische Gemenge mit stark voneinander abweichenden Schmelzpunkten wie z. B. Zn-Fe, Al-Fe, Pb-Fe, Pb-Al, Pb-Cu, Sn-Cu, Sn-AI sowie Altreifen, Verpackungsmaterial, Gewerbemüll, pastöse Güter u, dgl.

Es ist bekannt, polymere Stoffe in geschlossenen Behältern indirekt zu erhitzen, die sich abspaltenden Komponenten abzuziehen und die festen Rückstände nach Beendigung des Prozesses und ausreichender Abkühlung auszutragen. Bei genügender Feinzerkleinerung des Einsatzgutes ist es weiterhin bekannt, dieses mittels zum Teil dicht anliegender Förderschnekken kontinuierlich durch das Pyrolysegefäß hin-

durchzubewegen und die festen Rückstände stetig oder auch absatzweise in gasdicht inliegende Wasservorlagen oder Vorratsbunker zu entleeren, Als Beispiel hierzu dienen: deutsche Patentschrift 454205, USA.-Patentschriften 3 020Ή2 3 362 887, deutsche Offenlegungsschrif t2143 452.

Weiterhin ist bekannt, sperriges, wolliges und miteinander verfilztes Material, wit Späne von Bohr- und Drehmaschinen, mittels langer und mit Widerhaken versehener Schubstangen in besonderen Unterflurkanälen durch hin- und hergehende Bewegung in Sammelbehälter zu befördern, wobei selbst größere Förderstrecken und -hübe verhältnismäßig geringe Antriebsleistungen erfordern. Eine absatzweise betriebene Pyrolyse benötigt grundsätzlich verhältnismäßig lange Verweilzeiten, deren Dauer bei wechselndem Füllungsgrad und unterschiedlichem Einsatzgut noch großer sein kann unter Berücksichtigung der einzelnen Phasen wie Beschicken, Aufheizen, ReuRtion, Abkühlen und Entnahme. Danach müssen die im Ruhezustand ausreagierten Rückstände im Anschluß an die Entnahme zumeist weiterverarbeitet werden, um die gewünschten Komponenten getrennt zu erhalten. Hierzu sei als Beispiel die Entfernung von Kohlenstoffanhaftungen an NE-Mefallen angeführt. Die demgegenüber fortschrittliche Pyrolyse mittel: kontinuierlich arbeitenden Förderschnecken setzt jedoch einheitliches und hinreichend zerkleinertes Einsatzmaterial voraus im Gegensatz zu strangförmigen, wolligen Feststoffen, welche sich in den Schneckenführungen einklemmen, sie blockieren und damit zeitrrubende Demontage- und Reinigungsarbeiten verursachen können.

Außerdem werden die sich abspaltenden Gase und Dämpfe innerhalb der engen Schneckenrohre und -tröge an einer schnellen Trennung vom festen oder flüssigen Rückstand gehindert, wodurch möglicherweise unerwünschte Kondensationen auf den vielfach als blaok angestrebten Oberflächen metallischer Rückstände auftreten können.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, bei einer Vielzahl pyrolytisch zerlegbarer Materialien in einem Durchgang unter hinreichend genau regelbaren Bedingungen kontinuierlich flüchtige Bestandteile abzuspalten, flüssige bzw. fchmelzflussige Anteile ablaufen zr assen und die festen Rückstände gleichzeitig dergestalt miteinandei zu feldern, zu mischen, zu zerkleinern, zu trennen uud vorzureinigen, daß die stetig ausgetragenen Reststoffe ohne zusätzliche Behandlung verwendet werden können. Die Aufgabe wird trfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ■die in einen mit gasdicht verschließbarem Klappdekkel versehenen Füllschacht bei geöffnetem Deckel auf einen waagerecht den Füllschacht unten gasdicht abschließenden Schieber fallenden Materialien nach Schließen des Deckels und Öffnen des Schiebers in-. ^rhalb des Reaktionsgefäßes aut ein Schubgestänge gelangen, das mit geeigneten Widerhaken versehen ist und sich gegenüber der Anordnung von fest angebrachten Widerhaken hin- und herbewegt. Die bewegliche Schubstange wird über eine gasdichte Stopfbuchse von außerhalb angetrieben. Um auch Wirrmaterial beiriedigend greifen und transportieren zu können, sind die an der Antriebsseite der Schubstange befindlichen und zaLiähnlich gestalteten Widerhaken größer als diejenigen am entgegengesetzten Ende. Das im Einfüllschacht hochgetürmte Material wird damit auf seinem Wege durch das zum Austragsende leicht geneigte und der Länge nach von unten beheizte Reaktionsgefäß avf eine Schütthöhe verringert, die von der Prozeßwärme rasch durchdrungen werden kann. Es wird somit die bei senkrechten Reaktionsschächlen zu beobachtende schlechtere Wärmeleitung von den indirekt beheizten Außenflächen zur Mitte der Beschickungssäule — z.B. bei der Müllpyrolyse ■— vermieden, Beim Durchgang verliert zunächst bauschiges Material sein Volumen; es sackt in sich zusammen, Schrnelzflüssiges Material fließt, unterstützt von der Dreiecksl'orm der Widerhaken, innerhalb des Abgangsstutzens zuerst ab, während die festen Rückstände durch den eigentlichen Autrageschacht in kleinen Teilmengen in eine wassergefüllte Grube fallen. Unterhalb des Wasserspiegels gelangen sie dann in einen Auffangtrichter und mittels einer weiteren Zugstangenvorrichtung aus dem Wasser heraus auf einen (nicht gezeigten) Sortier- bzw. Kontrolltisch.

Das Schubgestänge kann auch aus mehreren Schubstangen und einzeln angebrachten Widerhaken bestehen, wobei vorzugsweise entlang des Bodens innerhalb des liegend angeordneten Reaktionsgefäßes eine Reihe höckerartig ausgebildeter Widerhaken fest angebracht ist, während rechts und links davon je eine bewegliche, ebenfalls mit höckerartig geformten Widerhaken besetzte Stange innerhalb eines definierten Schubes sowohl gleichartige als auch gegenläufige Schub- und Zugbewegungen auszuführen in der Lage ist. Es wurde experimentell festgestellt, daß sich diesen zwei Bewegungsarten eindeutige Materialbewegungen zuordnen lassen. Unverändert davon sind einzelne der höckerartig ausgebildeten Widerhaken jeweils an der Außenseite der beweglichen Schubstangen in zweckmäßigen Abständen an der Innenwandung des Reaktionsgefäßes angebracht.

Während bei gleichlaufendem Betrieb der Schubstangen das Einsatzgut überwiegend zum Austragsende btfordert wird, bewegen gegenläufig arbeitende Schubstangen das Einsatzgut zugleich auch quer zur Förderrichtung, wobei die den Rückschub hemmenden mittleren Widerhaken unterstützend wirken. Eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Gedankens sieht vor, die sich vom Einsatzgut abspaltenden Gase und Dämpfe durch ein erst innerhalb des Reaktionsgefäßes in der Zone höchster Temperatur endendes Abzugsrohr herauszuführen und einem als Injektor wirkenden Hochgeschwindigkeitsbrenner mit separater Brennkammer zuzuleiten, der sie mit Zusatzluft vermischt, sie zündet und sie unter Druck innerhalb einer nachfolgenden Kammer verbrennt. Durch einen oberhalb des Injektionsbrenners vorgesehenen Abzug strömen die ausgebrannten Abgase im Gegenstrom zu den zugeführten Gasen aus und treten über eine Reinigungsanlage und einen Abgaskamin ins Freie.

Die mit der vorliegenden Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß Einsatzmaterialien unterschiedlicher Größe, Beschaffenheit und Zusammensetzung ohne Vorsortierung und Zerkleinerung kontinuierlich der Pyrolyse oder auch dem Schwelverfahren unterworfen werden und die Verfahrensbedingungen nicht nur über Regelung von Temperatur, sondern auch von Hub und Geschwindigkeit der Schubstangen dem Einsatzmaterial angepaßt werden können. Anhaftungen werden schon zeitig von den festen Rückständen getrennt und zerkleinert; sie stören somit das nachfolgende Wasser-

und Reinigungsbad nicht. Der Abzug der Pyrolyse- organ bei zugleich geschlossenem zweitem Organ ge-

gase im heißesten Bereich des Reaktionsgefäßes ver- öffnet werden kann.

^hindert die Abkühlung und Kondensation derselben In Fig.3 sind Ausiragsseite 11 mit als Außen-

an den ständig frisch zugeführten, kühleren Einsatz- stutzen ausgebildetem BIejauslauf 12 und als Innen-

jnaterialien. S stutzen ausgebildetem lytaterialabgang 13 sowie

Ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zur —unterhalb des Wasserspiegels 14 in der Grube 15— Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist Auffangtrichter 16 mit Förderrohr 17 und Zugin der Zeichnung näher dargestellt. Es zeigt fördersystem 18, Antrieb 19 und Sortierplattform 20

Fig. t eine schematische Darstellung eines voll- !(angedeutet) nochmals im einzelnen dargestellt,

ständigen Pyrolyseofens im Längsschnitt, io Der in F i g. 4 schematisch dargestellte Schubstan-

F i g. 1 a ein Schema des Pyrolyseofens mit separa- genantrieb 8 zeigt als Grundriß die unterschiedliche

ter Brennkammer im Grundriß, Formgebung der bewegten Elemente 8 α im Gegen-

F ig. 2 eine schsmatische Teildarstellung der Be- satz zu den feststehenden Teilen 8 und 8 b.

schickungsseite eines Pyrolyseofens, Die Anordnung des Schubsystems beispielsweise

Fig.3 eine schematische Teildarstellung der Ent- 15 innerhalb eines zylindrischen Reaktionsgefäßssl läßt

leerungsseite eines Pyrolyseofens, sich aus dem Schnitt A-A der Fi g. 4 in F i g. 5 erse-

F i g. 4 eine schematische Teildarstellung der hen. Auch die Füllhöhe des nicht gesondert gekenn-

Schubstangenanordnung innerhalb des Reaktionsge- zeichneten Einsatzgutes ist deutlich sichtbar,

faßes im Grundriß, Die unterschiedliche Gestaltung der in etwa halbe

Fig.5 einen Schnitt in der Ebene A-A in Fig.4, ao angenäherte Prismenform aufweisenden Zähnereihe

F i g. 6 eine schematische Teildarstellung eines ist in Grundriß und Seitenansicht sowie im Quer-

Schubstangenabschnittes. schnitt aus F i g. 6 ersichtlich.

Die Erfindung wird im folgenden in ihrem Aufbau Zur kontinuierlichen thermischen Zerlegung in dem geschildert und an Hand eines Ausführungsbeispiels als Beispiel beschriebenen Pyrolyseofen gemäß in ihrer Wirkungsweise erläutert. Die Ausführungs- as Fig. 1 bis Fig.6 werden die eingangs geschilderten form nach Fig. 1 besteht aus einem Reaktionsge- Stoffe und Stoffgemische bei offenem Verschlußdekfaß 1, einer Heizkammer 2, einem Heizbrenner 3, kel 5 auf den geschlossenen Absperrschieber 6 innereiner Einfüllvorrichtung 4 mit einem Verschlußdek- halb des Einfüllschachtes 4 so lange aufgegeben, bis kel 5 und einem Absperrschieber 6. Innerhalb des der Verschlußdeckel 5 noch eben gasdicht verschlos-Reaktionsgefäßes 1 befindet sich oben ein Gasab- 30 sen werden kann. Damit wird ein zu großes Volumen zug 7 und unten ein Schubstangensystem 8. Sein An- eingeschleuster Frischluft vermieden. Bei geschlossetrieb 9 hierfür außerhalb des Reaktionsgefäßes 1 ist nem Deckel 5 ötfnet sich der Schieber 6 und gibt das lediglich angedeutet und durch Stopfbuchsen 10 mit Einsatzgut frei zum Fall auf die sich hin- und herbeden Schubstangen 8 verbunden. Das Reaktionsge- wegenr'en Schubstangen 8. Ihre Bewegung zieht die fäßl mündet außerhalb der Heizkammer 2 in eine 35 Beschickungssäule auseinander und transportiert sie Austragevorrichtung 11 mit einem Bleiauslauf 12 in niedriger Schütthöhe durch das innerhalb der und einem Materiaiabgang 13, der unterhalb des Heizkammer 2 mittels Heizbrenner 3 von unten der Wasserspiegels 14 innerhalb einer Grube 15 nach un- Länge nach erhitzte Reaktionsgefäß 1. Das inzwiten offen st. Unter ihm Öffnet sich ein Auffangtrich- sehen erwärmte Einsatzgut spaltet Gase und Dämpfe ter 16 mit seitlich angebrachtem Förderrohr 17 und 40 ab, die das Reaktionsgefäß 1 durch den innerhalb der einem Zugstangensysfem 18 nebst Antrieb 19. Das heißesten Zone mündenden Gasabzug 7 verlassen in Förderrohr 17 endet außerhalb der Grube 15 ober- Richtung Injektionsbrenner 24 und" Brennkammer halb einer Sortier- und Kontrollvorrichtung 20. Un- 22. Die Schubbewegung der Zähne 8 α unterstützt die terhalb des Bleiauslaufes 12 befindet sich ein beweg- Fließrichtung eventuell abschmelzender Bestandteile, lieh angebrachter Sammler 21. In Fig. 1 a liegt par- 45 die durch den Auslauf 12 das System "'erlassen und allel zum Reaktionsgefäß 1 innerhalb der Heizkam- im Sammelbehälter 21 als Granulat ankommen. mer2 eine Verbrennungskammer 22 mit Injektions- Feinkörnige Aschebestandteile gehen diesen Weg brennkammer 23 und daran angebrachtem Injektions- zum größten Teil, werden aber von der Wasserfülbrenner 24, die über eine Rohrleitung 25 außerhalb lung der Grube 15 als Schwebeteile infolge der notder Heizkammer 2 mit dem Reaktionsgefäß 1 an der 50 wendigen Flüssigeitobewegung hinweggeführt. Die Einfüllöffnung 4 verbunden ist. Die Brennkammer 22 festen Rückstände werden vom Schubstangensyist über einen Abgasstutzen 26 mit der (nicht gezeig- stern 8 über die siebartige Verbindung zwischen ten) Abgasreinigung Und dem (nicht gezeigten) Ab- {Außen- und Innenstutzen 12 und 13 hinweggeführt gaskamin verbunden. und fallen durch den Materialabgang 13 und durch

In F i g. 2 zeigt die Teildarstellung die der Trans- 55 (den Auffangtrichfer 16 auf die Zugstangen 18, die

portrichtung angepaßte abnehmende Größe der den Weitertransport und eine gleichzeitige Reinigung

Zahne8 bei sonst unveränderten Proportionen. Der durch im Gegenstrom durch das Förderrohr 17 flie-

Vcrsch'ußdeckel 5 und der Absperrschieber 6 sind so ßcndes klares Wasser auf dem Wege zur Sortier- und

miteinander gekoppelt, daß jeweils nur ein Verschluß- Kontrollvorrichtung 20 bewirken.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

feil* -1L·*? 3S" . Patentansprüche:

1. Verfahren zur kontinuierlichen thermischen Zerlegung von polymeren und/oder anorganisehen Stoffen und Stoffgemischen, dadurch gekennzeichnet, daß die weitgehend unzerkleinerten und nicht vorsortierten Stoffe bzw, Stoffgeroische auch heterogener Zusammensetzung nach unten in eine zu ihrem Ausgangsende hin schwach geneigte, feststehende Reaktionskammer fallengelassen werden, und daß sie aus der sich dabei bildenden Beschickungssäule innerhalb der Reaktionskammer mit deren Boden von unten stetig auf einstellbare Schütthöhe auseinandergezogen, befördert, in sich quer zur Förderrichtung bewegt, durch Abrieb in feste und kleiner werdende Bestandteile getrennt, zugleich von gas- und dampfförmigen Komponenten sowie schmelzilüssigen Anteilen befreit und aus der

iReaktionskammer ausgetragen werden.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bei der die thermische 7jäü&g<xxig beispielsweise durch Pyrolyse erfolgt, gekennzeichnet durch eine ständig gasdichte Einfülleinrichtung, durch welche die Stoffe bzw. Stoffgemische auf mindestens eine, im Bodenbereich der Reaktionskammer angeordnete und mittels gasdichter Führung von außen angetriebene Schub- bzw. Zugstange fallen und durch eine am Ausgangsende der Reaktionskammer vorgesehene, stets gasdichte Austragseißrichtung zur Ausbringung der von gas- und dampfförmigen Komponenten sowie schmelzflüssigen Anteilen und weiteren Anhaftungen befreiten erwünschten festen Rückstände.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2 zur Durchführung des Verfahrens nach Ansprach 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Einfüllvorrichtung aus einem gasdicht verschließbaren Klappdeckel, einem Einfülltrichter sowie einem waagerecht schließenden Absperrschieber besteht.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 und/ oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Austragseinrichtung aus einer gasdichten Wasservorlage, einem Auffangtrichter, Förderrohr und mindestens einer Zugstange besteht.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der in die Wasservorlage eintauchende Abgangsstutzen der Austragseinrichtung im Inneren einen in der öffnung kleineren Abgangsstutzen aufweist, dessen unteres Ende allein in den Auffangtrichter mit Förderrohr und Transportvorrichtung mündet, während der äußere Stutzen größerer «öffnung kurz unterhalb des Wasserspiegels oberhai'j eines Sammelgefäßes für die schmelzflüssigeri Anteile und feinkörnigen Feststoffe endet, wobei am oberen Ende des im Boden der Reaktionskammer an ihrem Ausgangsende beginnenden Abgangsstutzens der Zwischenraum zwischen der größeren öffnung des äußeren und der kleineren öffnung des inneren Abgangsstutzen eine siebähnliche Vorrichtung die erwünschten festen Rückstände nicht schon dort hindurchfallen läßt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2 zur Durchführung des Verfahrens nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schub- bzw. Zugstange Zähne mit in etwa angenäherter, halber Prismenform aufweist, deren Größe bei sonst unveränderten Proportionen entsprechend der sich ändernden Beschaffenheit und Schütthöhe des Einsatzgutes abnimmt,

7. Vorrichtung nach Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anordnung zwei parallel zueinander laufende Schub- bzw, Zugstangen vorsieht mit einer dazwischen fest angebrachten Reihe hintereinander folgender Widerhaken mit ebenfalls in etwa angenäherter, halber Prismenform,

8. Vorrichtung nach Ansprach 7, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Schub- bzw, Zugstangen gleichsinnig jeweils in eine Richtung bewegt werden.

9. Vorrichtung nach Ansprach 7, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Schub- und Zugstangen gegenläufig zueinander bewegt werden,

10. Vorrichtung nach Ansprach 2, dadurch gekennzeichnet, daß die bei der Pyrolyse dem Einsatzgut entweichenden gas- und dampfförmigen Bestandteile in ein an der heißesten Stelle der Reaktionskammer endendes, an der Decke entlanggeführtes und aus der Reaktionskammer in Nähe der Einfüllrichtung herausgeführtes Rohr hineingesogen werden,

11. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 und-10, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Reaktioiiskammer abgespaltenen gas- und dampfförmigen Bestandteile durch den Unterdruck eines als Injektor wirkenden Hochgeschwindigkeitsbrenners abgesogen und nach Vermischen mit passender Menge an Frischluft innerhalb einer von der Reaktionskammer getrennt vorhandenen Brennkammer unter Druck verbrannt werden.