DE2651302A1

DE2651302A1 - Verfahren fuer die umsetzung durch pyrolyse von abfall und vorrichtung zur durchfuehrung desselben

Info

Publication number: DE2651302A1
Application number: DE19762651302
Authority: DE
Inventors: Frederick Michael Lewis
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-05-12
Filing date: 1976-11-10
Publication date: 1977-11-17
Also published as: DE2651302C3; NL7705189A; AU2500677A; IE44683B1; ZA772765B; DK205977A; IE44683L; BR7703064A; GB1584401A; SE7705486L; LU77270A1; CH631479A5; NO145485C; IT1078106B; EG12972A; GR61310B; MC1147A1; JPS534367A; IN145294B; DE2651302B2

Description

PATENTANMELDUNG

Frederick Michael Lewis
142 Waverly Place
Mountain View
California
USA

Verfahren für die Umsetzung durch Pyrolyse von Abfall und Vorrichtung zur Durchführung desselben

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren für die Umsetzung von Abfall durch Pyrolyse in einer sauerstofflosen Atmosphäre, wobei der Abfall eine erhebliche Menge brennbarer Stoffe enthält, und nach und nach in Längsrichtung durch eine Pyrolysezone geführt, die Pyrolysezone durch indirekte Erhitzung aus einer Erhitzungszone auf Pyrolyeetemperatur gebracht und gehalten wird, und aus dem Abfall brennbare

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Gase, verkohlte Produkte und organische Flüssigkeiten in Dampfform gebildet werden.

In den Vereinigten Stallten gibt es jährlich etwa 200 Mill. Tonnen festen Hausmüll. Etwa 90% dieses Abfalls wird durch Landauffüllung beseitigt, wobei 9% verbrannt wird. Die Menge des Hausmülls wächst schneller als die Bevölkerung. Diese Zunahme im Zusammenhang mit der wachsenden Bevölkerung, die immer mehr in die Vorstädte zieht, überfordert die bestehenden Landauffüllungsmöglichkeiten.

Die bekannten Beseitigungsmethoden von Abfall werden berechtigterweise immer mehr in Zweifel gezogen. Offene Abfallabladeplätze werden für ungesetzlich erklärt. Eine schlecht durchgeführte Geländeauffüllung mit Abfall kann das Grundwasser stark verunreinigen und schädliche Gase erzeugen. Müllverbrennungsanlagen werden aufgrund von Luftverschmutzungskontrollen und Schwierigkeiten bei der Verwertung von Glas, Gummi und verschiedenen Kunststoffen immer teurer. Das Bedürfnis nach Abfallbeseitigungsmethoden, die manche der sich im Hausmüll befindlichen Grundstoffe zurückgewinnen können,wächst.

Eine in technischer Hinsicht gute Lösung ist die Pyrolyse. Die Pyrolyse ist ein Verfahren zur thermischen Behandlung von Abfall, das ein Minimum zur Verunreinigung der Umgebung gewährleistet und es ermöglicht, Grundstoffe zurückzugewinnen und lästigen festen Abfall in einen leicht zu verbrennenden gasförmigen Brennstoff umzusetzen, der in bekannten Öfen mit bekannten Brennern verbrannt werden kann. Dadurch werden die Kosten für die Benutzung eines Abfallabladeplatzes wesentlich gesenkt.

Pyrolyse wird als "chemische, durch Hitzeeinwirkung zustande gebrachte Veränderung" definiert. Es ist ein Verfahren der trockenen Destillation, das in einer sauerstofflosen Atmosphäre ausgeführt wird.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren der eingangsgenannten Art zu schaffen, das die Rückgewinnung und Verwertung der Wärmeenergie des Teils des Pyrolyseproduktes, das aus verkohlten Produkten besteht, ermöglicht, um die Pyrolysereaktion in Gang zu halten und infolgedessen die durch die Umsetzung durch Pyrolyse des Abfalls entstandenen Pyrolysegase und organischen Flüssigkeiten zum Verkauf oder zu anderen Zwecken zurückzugewinnen. Dabei soll sich das Verfahren bei einem breiten Bereich im Feuchtigkeitsgehalt des Abfalls selbst in Gang halten. Schließlich soll die Möglichkeit gegeben sein, aus bekannten Vormaterialien, wie Holz und Kokosnußschalen, Kohle und Aktivkohle herzustellen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß vor Beginn des Pyrolyseprozesses der Erhitzungszone Brennstoff zugeführt wird, der in derselben verbrannt wird, um den Abfall auf Pyrolysetemperatur zu erhitzen, und daß anschließend die Pyrolysetemperatur dadurch konstant gehalten wird, daß in der Erhitzungszone wenigstens ein Teil der aus dem Abfall gebildeten Gase verbrannt wird. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung werden zum Konstanthalten der Pyrolysetemperatur Pyrolysegase verwendet, die unmittelbar bei der Pyrolyse in der Pyrolysezone gebildet und von den übrigen entstandenen Produkten getrennt werden, wobei diese übrigen Produkte zur Weiterverwertung aufgefangen werden. Zweckmäßigerweise werden zum Konstanthalten der Pyrolysetemperatur auch Heizgase verwendet, die dadurch entstehen, daß den verkohlten Produkten, die in ein geschlossenes Gefäß geführt werden, Dampf und Luft zugeführt wird, wobei die unmittelbar bei der Pyrolyse gebildeten Pyrolysegase und die organischen Flüssigkeiten zur Weiterverwertung aufgefangen werden. Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die verkohlten Produkte im erhitzten Zustand zur Bildung von Aktivkohle Dampf ausgesetzt werden.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeichnet sich aus durch

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a) eine längliche zylindrische Retorte, in der sich die Pyrolysezone befindet ;

b) eine Feuerkammer, die die Retorte umgibt, wobei die Erhitzungszone sich zwischen der Außenwand der Retorte und der Innenwand der Feuerkammer befindet;

c) einen Brenner, der mit der Erhitzungszone verbunden ist und mindestens einen mit einem Ventil versehenen Brennstoffeinlaß und einen Lufteinlaß aufweist;

d) einen Bunker, in den der zu behandelnde Abfall aufnehmbar und aus dem der Abfall zur Retorte, in der der Abfall nach und nach durch Pyrolyse umsetzbar ist, weiterleitbar istj

e) einen zylindrischen Behälter (34) am Ende der Retorte zum Auffangen der bei der Pyrolyse entstandenen heißen verkohlten Produkte, Pyrolysegase und organischen Flüssigkeiten in Dampfform, wobei an diesen Behälter ein Auslaß für Pyrolysegase und organische Flüssigkeiten in Dampfform sowie ein Auslaß für verkohlte Produkte angeschlossen ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Verwertung von Haus- und Industrieabfall verwendet also einen Pyrolse-Reaktor. Der Reaktor besitzt - wie beschrieben — eine Pyrolysezone, in der der Abfall durch Pyrolyse umgesetzt wird, und er wird durch Wärme aus einer Erhitzungszone indirekt erhitzt. Das Verfahren umfaßt eine Auffangzone, in der sich die durch die Pyrolyse gebildeten verkohlten Produkte ablagern. Die Erhitzungszone wird durch einen Brenner erhitzt. Die Pyrolysezone und die Auffangzone sind miteinander verbunden, wobei die Pyrolysezone gegenüber der umgebenden Atmosphäre sauerstoffrei gehalten wird. Dem Brenner wird zunächst aus einer unabhängigen Quelle Brennstoff zugeführt,

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um die Pyrolyse- und die Erhitzungszone auf die Pyrolysetemperatur zu erhitzen. Der zerkleinerte Haus- und Industriemüll wird dann in die Eingabeöffnung der Pyrolysezone eingeführt, und er bewegt sich durch diese Zone zu deren Ausgabeöffnung. Der zerkleinerte Abfall wird beim Durchqueren der Pyrolysezone in verkohlte Produkte, brennbares Pyrolysegas und komplexe organische Flüssigkeiten umgesetzt.

Die heißen verkohlten Produkte gelangen dann in die Auffangzone, in der sie ein vertikales Bett bilden, durch das Damp und Wasser gleichzeitig zur Erzeugung eines Heizgases strömen können, das brennbare und nichtbrennbare Gase enthält.

Nachdem die Pyrolysezone die Pyrolysetemperatur erreicht hat, wird die Brennstoffzufuhr aus der unabhängigen Quelle zum Brenner unterbrochen, wonach der Brenner die Erhitzungszone mit Heizgas aus der Auffangzone erwärmt. Der Reaktor ifet derart aufgebaut, daß je nach Wunsch des Benutzers die ganze Menge oder ein gewünschter Teil des erzeugten Pyrolysegases einer Stelle außerhalb des Reaktors zur Speicherung oder zu anderen Zwecken, wie beispielsweise der späteren Verwendung als Brennstoff für die Retorte, zugeführt werden kann. Wenn das in der Auffangzone erzeugte Heizgas nicht ausreicht, um die Pyrolyse- und Erhitzungszone auf der Pyrolysetemperatur zu halten, kann die Brenngaszufuhr zum Brenner mit einem Teil des Pyrolysegases, das dorthin geführt wird, erhöht werden. Die durch die Pyrolyse entstandenen verkohlten Produkte können zur Herstellung von Briketts verwendet oder in Aktivkohle umgesetzt werden, wenn die verkohlten Produkte nicht zu Heizzwecken benutzt werden. Wenn der zerkleinerte Haus- oder Industriemüll Glas oder Metalle enthält, können diese von dem Abfall entweder bevor der Abfall die Pyrolysezone erreicht oder bevor der erhitzte Abfall von der Pyrolysezone zur Auffangzone weiterläuft, abgeschieden werden. Das Rauchgas aus der Erhitzungszone kann einem Wärmeaustauscher zugeführt werden, um Wasser in Dampf zu verwandeln, wobei der Dampf zur Krafterzeugung sowie als

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Dampfzufuhr für die Auffangzone verwendet werden kann. Im übrigen kann der Reaktor, der dazu dient, Haus- und Industrieabfall durch Pyrolyse umzusetzen, auch dazu dienen, verkohlte Produkte in Aktivkohle umzusetzen und zwar mittels einer verhältnismäßig kleinen Abänderung .

Das erfindungsgemäße Verfahren setzt Abfall in die folgenden Komponenten um:

kohlenstoffhaltige verkohlte Produkte,
organische Flüssigkeiten (holzsauere Flüssigkeiten) und brennbares Gas (Heizgas und Pyrolysegas).

Die Herstellung von chemischem Vormaterial aus den organischen Flüssigkeiten ist zwar technisch möglich, jedoch aber gegenwärtig wirtschaftlich unzweckmäßig. Sollten sich Brennstoffpreise und Brennstoff erhältlichke it wesentlich ändern, so kann diese Verwertung vorteilhaft werden. Zwischenzeitlich können diese Flüssigkeiten zweckmäßigerweise als Brennstoff verwendet werden. Das erzeugte Heizgas bietet eine sehr vorteilhafte Kombination von Vernichtung und Dampferzeugung.

Die vorliegende Erfindung umfaßt die Benutzung eines indirekt erhitzten Drehofens, der besondere konstruktive Merkmale aufweist, um Haus- und Industriemüll, - ein Material, das heterogen, veränderlich, sperrigi, unhandlich und nicht speicherbar ist - , aufzunehmen und in einen gasartigen Brennstoff umzusetzen, der homogen, kon- *tetenr': und speicherbar ist und in einem bekannten Kessel mit bekennten Brennern verbrannt werden kann.

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Um bei der Pyrolyse das beste Ergebnis zu erreichen, wird der Abfall, bevor er dem Ofen zugeführt wird, zerkleinert. Die zylindrische Retorte des Ofens ist leicht geneigt angeordnet und wird langsam gedreht, so daß sich der Abfall von der Eingabeöffnung zu der Ausgabeöffnung der Retorte bewegt. Die Retorte ist in einer Feuerkammer eingeschlossen, die feuerfest ausgekleidet ist. Ein Teil des Heizgases wird im ringförmigen Raum zwischen der Außenwand der zylindrischen Retorte und dem Innern der Feuerkammer verbrannt. Die Wärme strömt durch die aus einer Legierung hergestellte Wand der Retorte, um den Abfall durch Pyrolyse umzusetzen.

Ein wesentliches Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Teil der entstandenen Heizgase zur Erzeugung der für die Pyrolyse des Abfalls notwendigen Wärme zu verwenden. Eine kleine Menge gekauften Brennstoffs ist für den Anfang notwendig, aber im stabilen Zustand kann die erfindungsgemäße Vorrichtung bei den meisten Abfallkompositionen, die ihr zugeführt werden, sich selbst mit Energie versorgen. Die aus der Pyrolyse entstandenen verkohlten Produkte, die vor allem aus Kohlenstoff, Metall, Glas und Mineralasche bestehen, werden aus dem Reaktor abgezogen und zur Landauffüllung verwendet. Sie können aber auch für die zusätzliche Rückgewinnung von Grundstoffen verarbeitet oder für Brennstoff verwendet werden. Die organischen Flüssigkeiten können je nach Wunsch aus dem Heizgasstrom herauskondensiert oder in einer gasförmigen Aerosolphase gelassen und unmittelbar mit dem Heizgas verbrannt werden. Das Heizgas wird durch Rohre unmittelbar zu einem Gasbrenner, der seitlich an einem Kessel befestigt ist, befördert.

Die Prozentsätze der verschiedenen Komponenten, die im Abfall enthalten sind, unterscheiden sich je nach ihrer Herkunft. Kennzeichnen-

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de Bereiche sind folgende:

Stoff Bereich

brennbares Material 45% - 80%

Feuchtigkeit 10% - 40%

inaktives Material 10% - 25%

Die Feuchtigkeit ist die bedeutenste Variable in der Abfallzusammen— setzung im Hinblick auf den Einfluß auf das Dampferzeugungsvermögen des Pyrolenergieverfahrens. Die Menge Dampf, die erzeugt werden kann, ist am höchsten, wenn keine Feuchtigkeit vorhanden ist, und sie wird im allgemeinen in demselben Verhältnis, in dem die vorhandene Feuchtigkeit zunimmt, abnehmen. Der Feuchtigkeitsgehalt wird am meisten durch die geographische Herkunft, die Jahreszeit und demzufolge depMenge an Gartenabfällen, gemähtem Gras usw. bestimmt. Gemahlener Abfall hat einen niedrigeren Feuchtigkeitsgehalt als unge— mahlener Abfall und zwar aufgrund der Wärme, die im Müllzerkleinerer erzeugt wurde.

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, um aus der Wärmebehandlung von Abfall Grundstoffe zurückzugewinnen, wenn die vorliegende Erfindung angewandt wird, und zwar:

die Erzeugung von Dampf durch die Verbrennung des bei der Pyrolyse entstandenen Heizgases;

die Rückgewinnung von kohlenstoffhaltigem Material aus verkohlten Produkten, das in Aktivkohle zur Behandlung von Wasser oder Herstellung von Heizbriketts oder anderen Produkten umgesetzt werden kann>

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die Rückgewinnung von Metallen (eisenhaltig oder nichteisenhaltig) und Glas;

die Rückgewinnung von organischen Flüssigkeiten.

Die vorliegende Erfindung bietet mehrere vorteilhafte Möglichkeiten der Grundstoff rückgewinnung. Diese Vorteile sind:

Dampferzeugung

Das Verfahren nach der Erfindung setzt den größten Teil des Gehalts an brennbarem Material aus dem festen Abfall in ein brennbares Gas um, das viel einfacher und wirksamer als der nicht durch Pyrolyse umgesetzte, feste Abfall in einem Kessel verbrannt werden kann.

Rückgewinnung von kohlenstoffhaltigen Produkten

Aus den kohlenstoffhaltigen verkohlten Produkten , die aus der Umsetzung durch Pyrolyse von Hausmüll entstehen, kann Aktivkohle hergestellt werden. Das erfordert aber einen besonderen Aktivationsschritt, insbesondere eine Reaktion mit Dampf bei hohen Temperaturen, was bei der vorliegenden Erfindung möglich ist.

Rückgewinnung von Metall und Glas

Das Verfahren nach der Erfindung arbeitet bei einer verhältnismäßig niedrigen Temperatur (760°C) und führt der Retorte keine Luft und keinen Sauerstoff zu. Unter diesen Bedingungen verschmilzt oder backt weder das Glas noch oxydiert das Metall. Das bedeutet, daß das vorliegende Verfahren die Möglichkeit bietet, Glas und Metall vorzugsweise von den verkohlten Produkten anstatt von dem einzufüllenden Abfall zu trennen. Das hat zwei wesentliche Vorteile: Erstens sind das Metall und das Glas thermisch von jeglichem organischem Rückstand gesäubert, und zweitens ist der Umfang der verkohlten Produkte, die die Trennanlage passieren müssen, bedeutend kleiner als der Umfang

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des eintretenden Abfalls. Bekannte Pyrolyseverfahren, die bei hohen Temperaturen arbeiten und Luft in die Pyrolysezone einführen, bieten diese Möglichkeit nicht.

Rückgewinnung organischer Flüssigkeiten

Organische Flüssigkeiten, die auch holzsauere Flüssigkeiten genannt werden, werden durch die Pyrolyse von Abfall hergestellt. Beim Austritt aus der Retorte sind diese organischen Flüssigkeiten in einer gasartigen Aerosolform. In diesem Stadium gibt es mehrere Möglichkeiten sie weiterzuverwerteni

Man hält sie auf der hohen Temperatur und verbrennt sie als gasartigen Brennstoff im Kessel;

man kondensiert sie und speichert sie als Aufwärm brennstoff oder als Zusatzbrennstoff für Tage, an denen der Abfall einen über das normale Maß hinausgehenden Feuchtigkeitsgehalt hat;

zusätzliche Verwertung der kondensierten organischen Flüssigkeiten in chemischen Vormaterialien.

Die Umsetzung durch Pyrolyse von festem Abfall verursacht bei dem erfindungsgemäßen Verfahren weniger Luftverschmutzung als die bekannten Verfahren der Müllverbrennung. Die Gründe für diesen Vorteil der Erfindung gegenüber anderen Müllverbrennungsöfen und Pyrolysereäktoren Hegen darin, daß

1. das Verfahren nach der Erfindung bei einer verhältnismäßig niedrigen Temperatur arbeitet. In der Regel wird die Temperatur in der Tetorte etwa 760 C betragen. Bei dieser Temperatur verflüchtigen sich Schwermetalle wie Blei, Zink und Kadmium, die als Partikel aus den Schornsteinen der konventionellen Müllverbrennungsanla-

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gen austreten nicht, so stark;

2. keine Luft- oder Verbrennungsgase von einer außerhalb liegenden Quelle in die Retorte eingeführt werden. Das bedeutet, daß eine durch Ventilation verursachte Partikelbewegung auf ein absolutes Mindestmaß gehalten wird.

3. kohlenstoffhaltige verkohlte Produkte entstehen. Mehrere Laboruntersuchungen über Pyrolyse haben gezeigt, daß viele vorhandene Verunreinigungen chemisch an dem festen Kohlenstoff gebunden bleiben und deshalb nicht mit den Rauchgasen ausgestoßen werden.

4. ein Heizgas erzeugt wird, das in einer gesonderten Verbrennungskammer verbrannt werden kann. In dieser Kammer sind Metall und Glas, die eine Verschlackung bewirken, nicht vorhanden. Das hat zur Folge, daß das Heizgas bei hohen Temperaturen und mit wenig überschüssiger Luft verbrannt werden kann, was einen hohen thermischen Wirkungsgrad bewirkt. Wenn Anlagen zur Kontrolle der Luftverschmutzung erforderlich sind, können dieselben wesentlich kleiner und billiger sein, weil der geringe Luftüberschuß eine wesentliche Verminderung der Menge an Rauchgasen, die gereinigt werden müssen, mitsichbringt.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich zur Umsetzung durch Pyrolyse von Haus- und Industriemüll oder einem anderen brennbaren Vormaterial, das zerkleinert ist und aus dem die Glas- und Metall bestandteile entfernt werden können. Es ist eine längliche, zylindrische Retorte vorgesehen, die eine Eingabeöffnung und eine Ausgabeöffnung hat. Die Retorte wird in einer Feuerkammer drehbar gelagert, wobei die Eingabeöffnung der Retorte vorzugsweise -.höher liegt als die Ausgabeöffnung.

Die zylindrische Retorte und die Innenfläche der Feuerkammer begrenzen eine Erhitzungszone, die durch einen Brenner erwärmt wird, der einen ersten

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und einen zweiten Brennstoffeinlaß hat. Dem Brenner wird die Luft für die Verbrennung aus einem mittels eines Motors angetriebenen Gebläse zugeführt, das einen ersten und einen zweiten Auslaß hat. Ein Antriebsmotor dient dazu, die Retorte langsam zu drehen.

Der Abfall wird in einen Bunker eingelassen der mit einem Förderorgan verbunden ist, um den Abfall zur Eingabeöffnung der Retorte in der gewünschten Menge zu befördern. Das Förderorgan dient zusammen mit dem transportierten Abfall auch als Abdichtung, die verhindert, daß Sauerstoff aus der umgebenden Atmosphäre in die Pyrolysezone einströmt.

Die Ausgabeöffnung der Retorte ist sowohl mit einem Gefäß, das die verkohlten Produkte auffängt und in seinem Innern eine Auffangzone bildet, als auch mit einer Leitung, der das Pyrolysegas zugeführt wird, verbunden. Das Verfahren beginnt, indem dem ersten Einlaß des Brenners Brennstoff zugeführt wrd bis der Brenner die Pyrolysezone und die Erhitzungszone auf Pyrolysetemperatur erhitzt hat.

Wenn die Pyrolysezone auf Pyrolysetemepratur erhitzt worden ist, neigt der Abfall, der sich in der Nähe der Eingabeöffnung der Retorte befindet, dazu, sich aufgrund der Schwerkraft und der durch die Förderschnecke erzeugten Vorschubkraft in Längsrichtung durch die Retorte zu der Ausgabeöffnung zu bewegen. Während der Abfall die Länge der Retorte durchläuft, wird er in verkohlte Produkte, brennbares Pyrolysegas und organische Flüssigkeiten mit einer komplexen chemischen Struktur umgesetzt.

Die heißen Rauchgase strömen aus der Erhitzungszone nach oben zu einem Wärmeaustauscher, in dem Wasser in Dampf umgewandelt wird. Die heißen verkohlten Produkte entweichen aus der Pyrolysezone in die Auffangzone, wo sie ein Bett bilden, dem ein Luft- und Dampfstrom zugeführt wird,

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wodurch die verkohlten Produkte in eine Mischung aus brennbaren und nichtbrennbaren Gasen umgesetzt werden. Diese Mischung ist brennbar und wird im Folgenden als Heizgas bezeichnet. Es sind Organe vorgesehen, die den freien Durchlauf des Gases zwischen der Pyrolysezone und der Auffangzone beschränken. Das Heizgas und genügend Pyrolysegas werden zum Inganghalten der Pyrolyse zum zweiten Einlaß des Brenners zurückgeführt. Die Brennstoffzufuhr zum ersten Einlaß kann dann beendet werden. Die verkohlten Produkte bilden die Basis für die Erzeugung von Wärme und zwar unabhängig davon, ob sie in der Auffangzone in Heizgas oder in der Erhitzungszone durch ihre unmittelbare Verbrennung in Wärme umgesetzt werden.

Der Auffangzone wird vorzugsweise aus dem Gebläse Druckluft und vorzugsweise aus dem Wärmeaustauscher Dampf zugeführt, wobei ein etwaiger Überschuß an Dampf zur Krafterzeugung verwendet wird.

Wenn es zweckmäßig ist, die durch die Pyrolyse entstandenen komplexen Öle zurückzugewinnen, wird das Pyrolysegas durch einen oder mehrere Kondensatoren geführt. Wenn es darüber hinaus zweckmäßig ist, die verkohlten Produkte in der Auffangzone in Aktivkohle umzusetzen, dann kann die Auffangzone derart verändert werden, daß die verkohlten Produkte dem Einfluß von Wärme und Dampf ausgesetzt werden können. Die Auffangzone kann hierbei ohne Schwierigkeit von einer Vorrichtung begrenzt werden, die die Pyrolysezone und die Erhitzungszone begrenzt.

Die Vorrichtung nach der Erfindung zur Durchführung des Verfahrens wird in der nachfolgenden Beschreibung an Hand eines Ausführungsbeiepieles näher erläutert, das in der Zeichnung dargestellt ist. Es zeigen:

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Fig. 1 eine schematische Darstellung einer gemäß der Erfindung betriebenen und ausgebildeten Vorrichtung mit einem Pyrolyse-Reaktor im Längsschnitt,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht des Pyrolyse-Reaktors nach Fig. 1,

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer Zusatzvorrichtung zu der in

Fig. 1 dargestellten Vorrichtung für die Rückgewinnung der in dem Pyrolysegas vorhandenen organischen Flüssigkeiten und der Entfernung von Wasser aus dem Pyrolysegas, bevor dieses Gas verbrannt wird und

Fig. 4 ein Strömungsdiagramm, das den Wärmeinhalt der Komponenten der Vorrichtung zur Durchführung der Pyrolyse darstellt und zwar wie sich der Wärmeinhalt ändert, wenn der Feuchtigkeitsgehalt in der Biomasse zehn Prozent (10%) und fünfundzwanzig Prozent (25%) beträgt.

Die Vorrichtung A zur Durchführung der Pyrolyse eignet sich für brennbaren zerkleinerten Haus- oder Industrieabfall oder ein anderes Ausgangsmaterial, das einen wesentlichen Wärmeinhalt besitzt. Insbesondere eignet sich die Vorrichtung A für die Verwendung des Pyrolyse-Reaktors R nach Fig. 2.

Die Vorrichtung A enthält eine längliche, zylindrische Retorte 1 aus wärmeleitendem Material,die geneigt angeordnet ist und eine höher als eine Ausgabeöffnung 2 liegende Eingabeöffnung 3 besitzt. Die Retorte 1 wird von Lagern 4 außer halb der Begrenzung einer Feuerkammer 5 drehbar gehaltert. Von der Retorte 1 wird eine Pyrolysezone B begrenzt. Die Aussenfläche der Retorte 1 und die Innenfläche der Feuerkammer 5 umgrenzen gemeinsam eine Erhitzungszone C.

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Ein Zahnkranz 6 ist in der Nähe der Eingabeöffnung 3 an der Retorte 1 befestigt, und ein Getriebe 7, das von einem Antriebsmotor 8, beispielsweise einem Elektromotor, angetrieben wird, greift in den Zahnkranz ein. Die Eingabeöffnung 3 der Retorte 1 steht mit einem Bunker 9 für Abfall, in dem eine Förderschnecke 10 angeordnet ist, in Verbindung. Wenn die Förderschnecke 10 über den Antriebsmotor 11 in Betrieb ist, dient sie dazu, den Abfall 12 aus dem Bunker 9 in den oberen Teil der Pyrolysezone B in der gewünschten Menge zu befördern. Der Feuerkammter ist ein Brenner 13 zugeordnet, der mit der Erhitzungszone C verbunden ist. Der Brenner 13 hat einen ersten Brennstoffeinlaß 14 mit einem zugehörigen Ventil 15 und einen zweiten Brennstoffeinlaß 16 mit einem zugehörigen Ventil 17. Der Lufteinlaß 18 des Brenners 13 ist über einen ersten Auslaß 19 eines Gebläses 20 mit diesem verbunden. Das von einem Antriebsmotor 21 angetriebene Gebläse 20 hat einen zweiten Auslaß 22, der mit einem Ventil 23 in Verbindung steht.

Heiße Verbrennungsgase können von der Erhitzungszone C durch eine Öffnung 24 in der Feuerkammer 5 aufwärts durch einen Abgaskanal 25 strömen, der zu einem Wärmeaustauscher 26 führt. Durch eine Leitung 27 strömt Wasser in den Wärmeaustauscher 26 und wird in Dampf umgesetzt. Der Dampf strömt zu einer Leitung 28, die sich in eine erste Leitung 29 mit einem Ventil 30 und eine zweite Leitung 31 mit einem Ventil 32 aufteilt. Die heißen Verbrennungsgase entweichen aus dem Wärmeaustauscher 26 in einen Kamin 33 und aus dem Kamin in die umgebende Atmosphäre.

Während die Retorte 1 sich dreht, bewegt sich der Abfall 12 in der Pyrolysezone B aufgrund der Schwerkraft in Längsrichtung und aufgrund der Pyrolysetemperatur in der Pyrolysezone B, etwa 760°C, wird er in verkohlte Produkte 12 a, brennbares Pyrolysegas 12 b und komplexe organische Flüssigkeiten 12c in Form eines Öls umgesetzt.

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Die Ausgabeöffnung 2 der Retorte 1 ist unter Abdichtung drehbar mit einem zylindrischen Behälter 34 verbunden, der zu einem Gehäuse 35 mit einer nach obenverlaufenden Leitung 36 und einer nach untenverlaufenden Leitung 37 führt.

Die Leitung 37 geht zu einem geschlossenen Gefäß 38, das in seinem Innern eine Auffangzone 39 begrenzt. Die verkohlten Produkte 12a fallen aufgrund der Schwerkraft in die Auffangzone 39 und bilden darin ein hohes Bett aus heißen verkohlten Produkten. Im oberen Innenbereich des Gefäßes 38 ist ein freidrehbares Sternrad 40 befestigt, das es ermöglicht, daß die verkohlten Produkte 12a durch Schwerkraft in die Auffangzone 39 fallen. Das Sternrad 40 verhindert ein Vermischen des Heizgases aus der Auffangzone 39 mit dem Pyrolysegas 12 b und den organischen Flüssigkeiten 12c aus der Pyrolysezone B. In seinem unteren Bereich ist das Gefäß 38 mit einem Dampfeinlaß 41 und einem Lufteinlaß versehen.

Wenn Dampf und Luft gleichzeitig der Auffangzone 39 zugeführt werden, um durch das Bett aus verkohlten Produkten nach oben zu strömen, werden die verkohlten Produkte in ein brennbares Gemisch aus brennbaren und nichtbrennbaren Gasen umgesetzt, die aus der Auffangzone 39 durch eine mit einem Ventil 43 versehene Leitung 44 entweichen. Das Ventil 43 ist durch eine Leitung 45 mit dem Ventil 17 verbunden.

In der Leitung 36 befindet sich ein Kontrollventil 46. Eine Leitung 47 ist mit der Leitung 78 stromaufwärts von dem Ventil 46 verbunden, und die Leitung 47 erstreckt sich zur Leitung 45. In der Leitung 47 befindet sich ein Kontrollventil 48. Das Ventil 30 ist durch eine Leitung 49 mit dem Dampfeinlaß 41 am Gefäß 38 verbunden.

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Das Ventil 15 steht über eine Leitung 50 mit einer unabhängigen, nicht dargestellten Brennstoffquelle in Verbindung. Der Brenner 13, der mit Brennstoff betrieben wird, der ihm durch den ersten Brennstoffeinlaß 14 zugeführt wird, erhöht die Temperatur der Pyrolysezone B und der Erhitzungszone C auf eine Temperatur, bei der der Abfall 12 durch Pyrolyse umgesetzt wird, indem er die Retorte 1 in Längsrichtung durchläuft, wo bei die Retorte 1 von dem Antriebsmotor 8 langsam gedreht wird.

Hierbei ist das Ventil 46 geschlossen und die Ventile 48 und 17 sind geöffnet, damit das Pyrolysegas, das durch Umsetzung durch Pyrolyse des Abfalls 12 erzeugt worden ist, zum zweiten Brennstoffe inlaß 16 des Brenners 13 strömen kann. Dann schließt das Ventil 15, da Brennstoff aus einer unabhängigen Quelle dem ersten Brennstoffeinlaß 14 nicht länger zugeführt werden muß. Im Wäremaustauscher 26 wird nun Dampf erzeugt, und das Ventil 30 wird geöffnet, wodurch dieser Dampf zum Dampfeinlaß am Gefäß 38 strömen kann. Anschließend wird das Ventil 23 geöffnet, so daß Druckluft durch eine Leitung 51 zu dem Lufteinlaß 42 am Gefäß 38 strömen kann.

Der Dampf und die Luft, die in die Auffangzone 39 ein*strömen, reagieren mit dem Bett aus heißen verkohlten Produkten darin und bilden ein Heizgas, das aus einer Mischung aus Kohlenmonoxid, Wasserstoff und Kohlendioxid besteht. Dann wird das Ventil 43 geöffnet, wodurch das Heizgas durch die Leitung 45 zum zweiten Brennstoffe inlaß 16 am Brenner 13 strömen kann. Das Pyrolysegas und das Heizgas, die auf die vorbeschriebene Weise erzeugt worden sind, liefern genug Brennstoff, um die Pyrolysereaktion in der Pyrolysezone B selbständig zu halten. Im übrigen befindet sich im unteren Teil des Gefäßes 38 ein Ablaßventil 52 zum Abziehen der Asche aus dem Gefäß 38.

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In dem vorstehend beschriebenen Pyrolyseverfahren werden die organischen Flüssigkeiten 12c mit dem Pyrolysegas 12b gemischt. Diese Mischung wird verbrannt, um die Pyrolysereaktion in Gang zu halten.

Wenn es verlangt wird, die organischen Flüssigkeiten 12c sowie Wasser aus dem Pyrolysegas 12 b zu entfernen, so kann die Zusatzvorrichtung nach Fig. 3 der Vorrichtung nach Fig. 1 zugeordnet werden.

Bei Verwendung der Zusatzvorrichtung ist die Leitung 36 mit einem Olkondensator 53 verbunden. Das kondensierte Öl 12c fließt vom Kondensator 53 durch eine Leitung 54 in einen ersten Zweig 55 mit einem Ventil 56 und in einen zweiten Zweig 57 mit einem Ventil 58. Bei Öffnung des Ventils 56 kann das kondensierte Öl 12c durch eine Leitung 59 zu einem nicht dargestellten Speicher strömen. Bei Öffnung des Ventils kann das kondensierte Öl 12 c durch eine Leitung 60 zu dem zweiten Brennstoffeinlaß 16 strömen.

Das Pyrolysegas 12 b strömt vom Olkondensator 53 durch eine Leitung zu einem Wasser kondensator 62, in dem der Wasserdampf im Pyrolysegas kondensiert wird. Das Pyrolysegas 12 b und das Wasser strömen aus dem Wasserkondensator 62 durch eine Leitung 63 zu einem Gas-Flüssigkeit-Abscheider 64. Das Wasser strömt aus dem Abscheider 64 über eine Leitung 65.

Das wasserfreie Pyrolysegas kann aus dem Abscheider 64 entweder durch einen ersten Auslaß 66 mit zugeordnetem Ventil 67 oder einen zweiten Auslaß 68 mit zugeordnetem Ventil 69 entweichen. Das Ventil 67 steht mit der Leitung 45 in Verbindung, die zu dem zweiten Brennstoffeinlaß 16 des Brenners 13 führt. Das Ventil 69 ist mit einer Leitung 70 verbunden, die das Pyrolysegas, das im wesentlichen frei von dem öl 12c und Wasser ist, zu einem geeigneten, nicht dargestellten Speicher führt.

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Aus einer nicht dargestellten Quelle fließt Kühlwasser durch eine Leitung 71 zu dem Wasserkondensator 62 und von hier aus durch eine Leitung 72 zum Ölkondensator 53. Das in dem Ölkondensator 53 erwärmte Kühlwasser fließt von dort aus über die Leitung 27 als Speisewasser in den Wärmeaustauscher 26.

Der bereits erwähnte Einfluß der Feuchtigkeit auf die Pyrolyse ist in Fig. 4 dargestellt. Es wird Abfall mit einem Feuchtigkeitsgehalt von zehn Prozent (10%) und fünfundzwanzig Prozent (25%) verglichen. Die Prozente für die verschiedenen Nebenströme bezeichnen den Prozentsatz des Wärmeinhalts des Abfalls. Die nicht eingeklammerten Prozente beziehen sich auf Abfall mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 10% und die eingeklammerten Prozente auf Abfall mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 25%. Aus Fig. 4 ergibt sich, daß der thermische Wirkungsgrad des Verfahrens 58, 1 % bei einem Feuchtigkeitsgehalt von 10% und 50% bei einem Feuchtigkeitsgehalt von 25% beträgt.

Das genannte Verfahren ist besonders für die Verarbeitung von Haus- und Industrieabfall geeignet. Der Begriff "Haus- und Industrieabfall" umfaßt solche unterschiedlichen Materialien wie Kokosnußschalen, Landbaurückstände, Holzabfall, Abwasser usw.

Obwohl der Pyrolyse-Reaktor R sich insbesondere dafür eignet, Hausund Industrieatafall durch Pyrolyse in verkohlte Produkte, Pyrolysegase und organische Flüssigkeiten umzusetzen, kann er auch dazu verwendet werden, um verkohlte Produkte in Aktivkohle umzusetzen, wenn die verkohlten Produkte anstatt des Abfalls als Ausgangsmaterial benutzt werden. Bei der Umsetzung der verkohlten Produkte in Aktivkohle werden Dampf und Kohlen-dioxyd durch Rohrleitungen in die Pyrolysezone eingeführt. Dampf und Kohlendioxid reagieren dann mit den verkohlten Pro-

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dukten, wobei sich diese in Längsrichtung durch die Pyrolysezone bewegen, um in das Innere des Gefäßes 38 zu gelangen.

Die Erfindung eröffnet viele Anwendungsmöglichkeiten, wie beispielsweise die Verfeuerung von Pyrolysegas und organischen Flüssigkeiten als Brennstoff oder ihre Rückgewinnung für anderweitige Verwendung. Die erhaltenen verkohlten Produkte können zur Herstellung von Briketts oder Aktivkohle verwendet oder Dampf und Luft ausgesetzt werden, um ein Heizgas zu erzeugen. Das Heizgas kann, nachdem die Retorte eine Pyrolysetemperatur erreicht hat, als Brennstoff verwendet werden,
um die Thermodynamische Reaktion in Gang zu halten.

-Patentansprüche-

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a*

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Claims

Anw.-Akte: 9 CS K 1 ^fI? 8.11.1976

PATENTANSPRÜCHE

. Verfahren für die Umsetzung von Abfall durch Pyrolyse in einer sauerstoff losen Atmosphäre, wobei der Abfall eine erhebliche Menge brennbarer Stoffe enthält und nach und nach in Längsrichtung durch eine Pyrolysezone geführt, die Pyrolysezone durch indirekte Erhitzung aus einer Erhitzungszone auf Pyrolysetemperatur gebracht und gehalten wird, und aus dem Abfall brennbare Gase, verkohlte Produkte und organische Flüssigkeiten in Dampfform gebildet werden, dadurch gekennzeichnet, daß vor Beginn des Pyrolyseprozesses der Erhitzungszone (C) Brennstoff zugeführt wird, der in derselben verbrannt wird, um den Abfall (12) auf Pyrolysetemperatur zu erhitzen, und daß anschließend die Pyrolysetemperatur dadurch konstant gehalten wird, daß in der Erhitzungszone (C) wenigstens ein Teil der aus dem Abfall (12) gebildeten Gase verbrannt wird.

2. Verfahrennach Anspruch 1, dadurch' gekennzeichnet, daß zum Konstanthalten der Pyrolysetemperatur Pyrolysegase (12d) verwendet werden, die unmittelbar bei der Pyrolyse in der Pyrolysezone (B) gebildet und von den übrigen entstandenen Produkten getrennt werden, wobei diese übrigen Produkte zur Weiterverwertung aufgefangen werden.

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ORIGINAL INSPECTED

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Konstanthalten der Pyrolysetemperatur Heizgase verwendet werden, die dadurch entstehen, daß den verkohlten Produkten (12a), die in ein geschlossenes Gefäß (38) geführt werden, Dampf und Luft zugeführt wird, wobei die unmittelbar bei der Pyrolyse gebildeten Pyrolysegase (12 b) und die organischen Flüssigkeiten (12 c) zur Weiterverwertung aufgefangen werden.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 -3, dadurch gekennzeichnet, daß die Pyrolysezone (B) von einer rotierenden Retorte (1) gebildet wird, die von einer zweiten, die Erhitzungszone (C) begrenzenden Feuerkammer (JS) umgeben ist, daß sich an die Pyrolysezone (B) eine Auffangzone (39) anschließt, und die Pyrolysezone (B) und die Auffangzone (39) mit der Atmosphäre keine Verbindung haben, daß ferner Brennstoff und Luft der Erhitzungszone (C) zugeführt werden, um in derselben zu verbrennen und die Pyrolysezone (B) auf Pyrolysetemperatur zu erhitzen, daß die verkohlten Produkte (12a) in der Auffangzone (39) ein Bett bilden, und die in der Pyrolysezone (B) gebildeten Pyrolysegase (12 b) und die organischen Flüssigkeiten (12c) in Dampfform abgeführt werden, und daß Dampf und Luft dazu verwendet werden, Heizgase aus den verkohlten Produkten zu bilden, die der Verbrennung in der Erhitzungszone (C) dienen.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die verhoWten Produfaaa (12a) im erhitzten Zustand zur Bildung von Aktivkohle Dampf *usg»«etzt werden.

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6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 -5, dadurch gekennzeichnet, daß aus der Restwärme, die bei der Verbrennung zum Inganghalten der Pyrolysereaktion freikommt, Dampf erzeugt wird.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 -6, dadurch gekennzeichnet, daß die organischen Flüssigkeiten (12 c) in Dampfform von dem bei der Pyrolyse entstehenden Gas getrennt werden, bevor dieses Pyrolysegas (12 b) weiterverwertet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß Wasser von dem Pyrolysegas (12 b) abgeschieden wird.

9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 -8, dadurch gekennzeichnet, daß die aufgefangenen verkohlten Produkte (12 a) zu Briketts geformt werden.

10. Verfahren nach den Ansprüchen 1 -9, dadurch gekennzeichnet, daß die brennbaren Stoffe im Abfall aus pflanzlichen Abfall, wie z.B. Nu ßschalen,bestehen.

11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch !,gekennzeichnet durch

a) eine längliche zylindrische Retorte (1), in der sich die Pyrolysezone (B) befindet}

b) eine Feuerkammer (5), die die Retorte (1) umgibt, wobei die Erhitzungszone (C) sich zwischen der Außenwand der Retorte (1) und der Innenwand der Feuerkammer (5) befindetj

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c) einen Brenner (13), der mit der Erhitzungszone (C) verbunden ist und mindestens einen mit einem Ventil (17) versehenen Brennstoffeinlaß (16) und einen Lufteinlaß (18) aufweist;

d) einen Bunker (9), in den der zu behandelnde Abfall (12) aufnehmbar und aus dem der Abfall zur Retorte (1), in der der Abfall nach und nach durch Pyrolyse umsetzbar ist, weiterleitbar ist;

e) einen zylindrischen Behälter (34) am Ende der Retorte (1) zum Auffangen der bei der Pyrolyse entstandenen heißen verkohlten Produkte (12a), Pyrolysegase (12 b) und organischen Flüssigkeiten (12c) in Dampfform,'wobei an diesem Behälter ein Auslaß für Pyrolysegase und organische Flüssigkeiten in Dampfform sowie ein Auslaß für verkohlte Produkte angeschlossen ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß an den Auslaß für die verkohlten Produkte (12 a) ein Gefäß (38) zur Aufnahme der verkohlten Produkte angeschlossen ist, die darin ein Bett bilden, daß das Gefäß (38) mittels einer Leitung (45) mit dem Brennstoffe inlaß (16) des Brenners (13) für die Zufuhr von Gasen zur Erhitzungszone (C) verbunden ist, und daß der Brenner (13) über die Leitung (14) an eine unabhängige Brennstoffquelle anschließbar ist.

13. Vorrichtung nach den Ansprüchen 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß dem Bunker (9) eine mit einem Antriebsmotor (11) gekoppelte Förderschnecke (10) für die Zufuhr von Abfall (12) in die Retorte (1) zugeordnet ist, und daß die Förderschnecke (10) die Retorte (1) gegenüber der umgebenden Atmosphäre abschließt.

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14. Vorrichtung nach den Ansprüchen 11 -13, dadurch gekennzeichnet, daß die längliche zylindrische Retorte (1) mit einem Antriebsmotor (8) zum langsamen Drehen der Retorte verbunden ist, und daß die Retorte von der Eingabeöffnung (3) des Abfalls (12) aus schräg nach unten verläuft.

15. Vorrichtung nach den Ansprüchen 11 -14, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung (45) zum Brenner (13) über die Leitung (47) und die Leitung (36) an das obere Ende des zylindrischen Behälters (34) am Ende der Retorte (1) angeschlossen ist, um den Brenner (13) mit dem bei der Pyrolyse entstandenen Gas zu heizen.

16. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Gefäß (38) eine Dampf- (49) und eine Luftleitung (51) zur Bildung von Heizgasen aus den verkohlten Produkten angeschlossen sind.

17. Vorrichtung nach den Ansprüchen 11 — 16, dadurch gekennzeichnet, daß eine Leitung (44) für Druckluft zum Brenner (13) vorgesehen ist.

18. Vorrichtung nach den Ansprüchen 11 -17, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Abgaskanal (25) der Feuerkammer (5) ein Wärmeaustauscher (26) angeordnet ist.

19. Vorrichtung nach den Ansprüchen 12 - 18, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Gefäß (38), in dem verkohlte Produkte (12 a) zur Bildung von Heizgas mit Dampf und Druckluft behandelt werden können, eine Leitung angeschlossen ist, die zu einem gesonderten Heizgasverbraucher führt.

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20. Vorrichtung nach den Ansprüchen 11-19, dadurch gekennzeichnet, daß die sich von dem zylindrischen Behälter (34), der die bei der Pyrolyse entstandenen Stoffe auffängt, nach obenerstreckende Leitung (36) mit einem Abscheider für organische Flüssigkeiten und/oder Wasser verbunden ist.

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