DE2825429A1

DE2825429A1 - Verfahren zur pyrolyse von muell

Info

Publication number: DE2825429A1
Application number: DE19782825429
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr Ing Hillekamp; Ruediger Dr Schmidt; Franz Steininger
Original assignee: Babcock Krauss Maffei Industrieanlagen GmbH
Current assignee: BKMI Industrieanlagen GmbH
Priority date: 1978-06-09
Filing date: 1978-06-09
Publication date: 1979-12-13
Also published as: DE2825429C2; DE2844741C2; DE2844741A1

Description

Verfahren zur Pyrolyse von Müll
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Pyrolyse von Müll aller Art, wobei der Müll in einem Drehrohrofen unter weitgehendem Luftabschluß verschwelt und die Schwelgase zwecks Crackung der in ihnen enthaltenen langkettigen organischen Bestandteile einer Hochtemperaturbehandlung unterworfen werden.
Bei einem bekannten Verfahren zur Pyrolyse von Müll (DT-AS 24 32 504) erfolgt die Hochtemperaturbehandlung der Schwelgase in der Weise, daß die Schwelgase durch eine von glutheißem Schwelkoks und gegebenenfalls anderen Kohlenstoffträgern gebildete Reaktionszone hindurchgesaugt werden. Dabei wird eine Umwandlung und Aufspaltung der in den Schwelgasen enthaltenen Feuchtigkeit in hochwertige Brenngase (Wassergas-Reaktion) angestrebt.
Ein wesentlicher Nachteil dieses bekannten Verfahrens liegt in der beträchtlichen Gefahr einer Verschlackung des in der Hochtemperaturzone verwendeten Kohlenstoffbettes (mit allen dadurch bedingten betrieblichen Nachteilen). Um dieser Gefahr nach M6glichkeit zu begegnen, muß bei dem bekannten Ver- fahren weitgehend aschearme Kohle eingesetzt werden, wenn man die Crack-Temperatur ausreichend hoch wählen will. Dies vergrößert die Betriebskosten erheblich. Um beispielsweise eine Crack-Temperatur von ca. 11000C einstellen zu können, ist eine Kohle erforderlich, deren Aschegehalt 3 bis 4 Gew.-% nicht überschreitet. Bei höherem Aschegehalt muß zur Vermeidung der Verschlackungsgefahr die Crack-Temperatur gesenkt werden. Dies verschlechtert jedoch wesentlich das Crack-Ergebnis.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung dieser Mängel ein Verfahren zur Pyrolyse von Müll aller Art zu entwickeln, das sich durch einen einfachen, störungsfreien Betrieb auszeichnet und ein Pyrolysegas mit einem ganz geringen Gehalt an organischen Schadstoffen und einem hohen Heizwert liefert.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Kombination folgender Maßnahmen gelöst: a) Die Hochtemperaturbehandlung der Schwelgase erfolgt in einem von den Schwelgasen durchströmten Reaktor, der durch eine teilweise, unterstöchiometrische Verbrennung der Schwelgase beheizt wird; b) die Temperatur im Reaktor wird so hoch gewählt, daß bei einer Verweilzeit der Schwelgase im Reaktor von höchstens 10 s, vorzugsweise von 0,5 bis 4 s, ein vorgegebener Gehalt der ge- crackten Schwelgase an organischen Schadstoffbestandteilen nicht überschritten wird; c) die Abkühlung der Schwelgase nach Verlassen des Reaktors erfolgt mit einer Abkühlungsgeschwindigkeit von mindestens 1250C/s, vorzugsweise zwischen 200 und 5000C/s.
Indem bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Kohlenstoffbett für die Hochtemperaturbehandlung der Schwelgase vermieden wird, entfallen alle mit der Gefahr der Verschlackung eines solchen Bettes verbundenen Nachteile. Die Crack-Temperatur kann damit frei gewählt und so eingestellt werden, daß das Ziel der Crackung am besten erreicht wird.
Bei den der Erfindung zugrundeliegenden, umfanreichen Versuchen zeigte sich überraschend, daß das Cracken der in den Schwelgasen enthaltenen langkettigen organischen Bestandteile in ebenso einfacher wie wirksamer Weise unter Verwendung eines von den Schwelgasen durchströmten, durch teilweise Verbrennung der Schwelgase direkt beheizten Reaktors erfolgen kann, sofern die Crack-Temperatur und die Verweilzeit geeignet gewählt werden. Zwischen der Crack-Temperatur und dem Restgehalt der gecrackten Schwelgase an organischen Schadstoffbestandteilen besteht dabei ein umgekehrter Zusammenhang: Je höher die Crack-Temperatur gewählt wird, umso niedriger liegt in den gecrackten Schwelgasen der Gehalt an organischen Schadstoffen.
Ein weiterer, für das erfindungsgemäße Verfahren wesentlicher Zusammenhang besteht zwischen der Crack-Temperatur und der Verweilzeit der Schwelgase im Reaktor: Zur Einhaltung desselben vorgegebenen Gehaltes an organischen Schadstoffen in den gecrackten Schwelgasen kann die Crack-Temperatur umso niedriger angesetzt werden, je länger die Verweilzeit gewählt wird.
Aus verschiedenen Gründen (insbesondere mit Rücksicht auf die Anlagen- und Betriebskosten) ist an sich eine möglichst niedrige Crack-Temperatur anzustreben. Bei niedriger Crack-Temperatur und entsprechend langer Verweilzeit ist ein besonders hoher Anteil ungesättigter Kohlenwasserstoffe im gecrackten Schwelgas festzustellen. Bei einem derart hohen Anteil ungesättigter Kohlenwasserstoffe und entsprechend langer Verweilzeit können diese Kohlenwasserstoffe polymerisieren, was erneut zu einem hohen Anteil an langkettigen Kohlenwasserstoffen führt. Um dies zu vermeiden, beträgt die Verweilzeit der Schwelgase im Reaktor höchstens 10 s; bevorzugt wird eine Verweilzeit zwischen 0,5 und 4 s.
Beim Crack-Vorgang entstehen ferner Radikale, die dazu neigen, sich zu ungesättigten Kohlenwasserstoffen zu verbinden, was bei genügender Verweilzeit zur Bildung langkettiger Kohlenwasserstoffe führt. Um dieser Gefahr zu begegnen, ist es zweckmäßig, den beim Crack-Vorgang entstandenen Zustand möglichst rasch durch Abkühlung einzufrieren".
Hierbei setzen sich die Radikale mit dem zur Ver- fügung stehenden Wasserstoff zu Methan um. Beim erfindungsgemäßen Verfahren werden daher die Schwelgase nach Verlassen des Reaktors rasch, und zwar mit einer Abkühlungsgeschwindigkeit von mindestens 125"C/s, vorzugsweise zwischen 200 und 5000C/s, abgekühlt.
Die Crack-Temperatur und die Verweilzeit der Schwelgase im Reaktor werden zweckmäßig so gewtihlt, daß die gecrackten Schwelgase einerseits einen Maximalgehalt an gesättigten Kohlenwasserstoffen (CH4, C2H6, C3H8 usw.) und andererseits höchstens den vorgegebenen Gehalt an organischen Schadstoffbestandteilen aufweisen. Der Heizwert der gecrackten Schwelgase liegt dabei im allgemeinen umso höher, je niedriger die Crack-Temperatur gewählt wird.
Geht man beispielsweise davon aus, daß der maximal vorgegebene Gehalt der gecrackten Schwelgase an Schadstoffen bei Einleitung dieser Schwelgase in Waschwasser einem Verbrauch von 300 mg Kaliumpermanganat pro 1 Waschwasser entspricht, so hat es sich im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens als optimal erwiesen, wenn bei einer Verweilzeit der Schwelgase im Reaktor von etwa 0,5 s die Crack-Temperatur zwischen 1250 und 13500C liegt, bei einer Verweilzeit von etwa 2 s zwischen 920 und 11500C und bei einer Verweilzeit von 3 s zwischen 900 und 10000C.
Erfindungsgemäß wird zweckmäßig ein rohrförmiger Reaktor verwendet, dessen Wand aus mindestens 60%, vorzugsweise 60 bis 80% Siliciumcarbid und höchstens 40%, vorzugsweise 10 bis 30% Aluminiumoxyd, besteht. Dieser Werkstoff besitzt die notwendige Verschleißfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit, um dem erodierenden und korrodierenden Einfluß der mit Feststoffpartikeln und anorganischen Schadstoffen angereicherten Schwelgase standzuhalten. Der verhältnismäßig niedrige Gehalt an Aluminiumoxyd (Al203) erklärt sich daraus, daß Aluminiumoxyd bei hohen Temperaturen die Blausäurebildung aus Methan und Ammoniak (beide Verbindungen sind in den Schwelgasen enthalten) katalytisch begünstigt.
Die Dichtigkeit des für die Reaktorwand verwendeten Siliciumcarbid-Aluminiumoxyd-Steines liegt zweckmäßig zwischen 1,7 und 2,1 kg/l, vorzugsweise zwischen 1,8 und 2,0 kg/l.
Die Beheizung des Reaktors und damit die Erzielung der notwendigen Crack-Temperatur erfolgt durch eine teilweise, unterstöchiometrische Verbrennung der Schwelgase. Die Temperatursteuerung geschieht hierbei durch eine entsprechende Dosierung von Luft oder reinem Sauerstoff.
Das Verschwelen des Mülls im Drehrohrofen geschieht zweckmäßig in einem Temperaturbereich zwischen 450 und 6500C, vorzugsweise zwischen 500 und 6000C.
Die Schwelgase des Drehrohrofens werden vor Eintritt in den Reaktor zweckmäßig zunächst entstaubt, nach Austritt aus dem Reaktor in einem indirekten Luftkühler rasch bis auf eine Temperatur unterhalb von 7000C abgekühlt und anschließend einer Gaswäsche unterworfen.
Die Erfindung sei im folgenden noch anhand eines in der Zeichnung schematisch veranschaulichten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
Die Zeichnung zeigt das Fließschema einer Pyprolyse-Pilotanlage mit einem Durchsatz von ca.
500 kg Müll pro Stunde.
Der Müll (Industrie-/Gewerbemüll, Hausmüll und/oder organischer Sondermüll) wird in einem Zerkleinerer auf etwa Handflächengröße zerkleinert und dann zusammen mit organischen Schlämmen über ein gasdichtes Schleusensystem in einen indirekt beheizten Drehrohrofen (Länge 9 m, Durchmesser 0,8 m) eingeschleust. Dieser Drehrohrofen kann wahlweise mit Erdgas und/oder Schwelgas beheizt werden. Im Anfahrbetrieb wird der Drehrohrofen mit Erdgas beheizt; wird dann genügend Schwelgas erzeugt, so erfolgt eine Umstellung der Beheizung auf Schwelgas. Der Drehrohrofen ist in sechs unabhängig voneinander zu beheizende Zonen unterteilt, wodurch es möglich ist, sich dem verschiedenen Wärmebedarf in den einzelnen Zonen anzupassen. Die Verweilzeit des Schwelgutes im Drehrohrofen ist durch Einstellung von Drehzahl und/oder Neigung des Ofens in einem weiten Bereich veränderbar.
Das aus dem Drehrohrofen abgezogene Schwelgas (Rohgas) wird zunächst in einem Zyklon entstaubt und gelangt dann zwecks Crackung der langkettigen Kohlenwasserstoffe in den Crack-Reaktor. Dieser Crack-Reaktor ist rohrförmig ausgebildet (Höhe 6,6 m, Außendurchmesser 1000 mm, Innendurchmesser 470 mm). Am oberen Ende dieses von den Schwelgasen von oben nach unten durchströmten rohrförmigen Reaktors ist der Brenner bzw. die Luftzufuhr vorgesehen.
Der Crack-Reaktor steht über eine verhältnismäßig kurze Verbindungsleitung (2,5 m Länge, 0,25 m Durchmesser) mit einem indirekten Luftkühler in Verbindung.
Anschließend gelangt das Gas in einen Wäscher, in dem Ruß und anorganische Schadstoffe entfernt werden. Das hierbei anfallende Abwasser wird einer Kläranlage zugeführt. Das gereinigte Pyrolysegas verläßt die Waschanlage mit etwa 800C.
Der Saugzug hält das Druckgefälle im Gasreinigungsstrang aufrecht und verdichtet das Pyrolysegas für die Rückführung zum Drehrohrofen sowie zum Crack-Reaktor auf etwa 400 mm WS. Im übrigen wird das gereinigte Pyrolysegas einem Stromerzeuger bzw.
einer sonstigen externen Nutzung zugeführt.
In Abhängigkeit von Temperatur und Verweilzeit der Schwelgase im Crack-Reaktor ergibt sich für dieselbe Müllzusammensetzung eine unterschiedliche Analyse des gereinigten Pyrolysegases, wie anhand von zwei Beispielen erläutert sei: Beispiel 1 Crack-Temperatur ca. 12000 Verweilzeit ca. 2 s KMN04 -Verbrauch (für Einleitung des den Restgehalt an Schadstoffbestandteilen aufweisenden Abwassers in einen Vorfluter) ca. 120 mg/l Abwasser Gaszusammensetzung des gereinigten Pyrolysegases H2 25 Vol.% N2 56 Vol.% CO 12 Vol.% CO2 5 Vol.% CH 2 Vol.% nm ~~~~~~~ 100 Vol.% Der Heizwert beträgt 1205 kcal/Nm3.
Beispiel 2 Crack-Temperatur ca. 900°C Verweilzeit ca. 4,5 s 1NO4 -Verbrauch ca. 160 mg/l Abwasser H2 20,5 Vol.% N2 55 Vol.% CO 8 Vol.% CO2 12 Vol.% CnHm 6,5 Vol.% Der Heizwert beträgt 1418 kcal/Nm'.
Unter "Müll" im Sinne dieser Beschreibung sind die gesamten organischen Abfallstoffe zu verstehen, wie Hausmüll, Industrie- und Gewerbemüll, Sondermüll, Tankrückstände, ölschlämme, ölverschmutztes Erdreich, Kunststoffe, Reifen etc., ferner auch Rückstände aus Textil- und Zellulose-Fabriken, Leerseite

Claims

Patentansprüche: 1. Verfahren zur Pyrolyse von Müll aller Art, wobei der Müll in einem Drehrohrofen unter weitgehendem Luftabschluß verschwelt und die Schwelgase zwecks Crackung der in ihnen enthaltenen langkettiqen organischen Bestandteile einer ochtemperaturbehandlung unterworfen werden, g e k e n n z e i c h n e t durch die Kombination folgender Maßnahmen: a) Die EIochtemperaturbehandlung der Schwelgase erfolgt in einem von den Schwelgasen durchströmten Reaktor, der durch eine teilweise, unterstöchiometrische Verbrennung der Schwelgase beheizt wird; b) die Temperatur im Reaktor wird so hoch gewählt, daß bei einer Verweilzeit der Schwelgase im Reaktor von höchstens 10 s, vorzugsweise von 0,5 bis 4 s, ein vorgegebener Gehalt der gecrackten Schwelgase an organischen Schadstoffbestandteilen nicht überschritten wird; c) die Abkühlung der Schwelgase nach Verlassen des Reaktors erfolgt mit einer Abkühlungsgeschwindigkeit von mindestens 1250C/s, vorzugszweise zwischen 200 und 5000C/s.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Crack-Temperatur und die Verweilzeit der Schwelgase im Reaktor so gewählt werden, daß die gecrackten Schwelgase einerseits einen Maximalgehalt an gesättigtenKohlenwasserstoffen und andererseits höchstens den vorgegebenen Gehalt an organischen Schadstoffbestandteilen aufweisen.
3. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Verwendung eines Reaktors, dessen Wand aus mindestens 60%, vorzugsweise 60 bis 80% Siliciumcarbid und höchstens 409, vorzugsweise 10 bis 30% Aliminiumoxyd, besteht.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand des Reaktors aus einem Silciumcarbid-Aluminiumoxyd-Stein besteht, dessen Dichtlgkeit zwischen 1,7 und 2,1 kg/l, vorzugsweise zwischen 1,8 und 2,0 kg/l, beträgt.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwelgase des Drehrohrofens vor Eintritt in den Reaktor zunächst entstaubt, nach Austritt aus dem Reaktor in einem indirekten Luftkühler rasch bis auf eine Temperatur unterhalb von 7000C abgekühlt und anschließend einer Caswsche unterworfen werden.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschwelung des Mülls im Drehrohrofen bei einer Temperatur zwischen 450 und 6500C, orzugsweise zwischen 500 und 600"C, erfolgt.
7. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Verweilzeit der Schwelgase im Reaktor von etwa 0,5 s die Crack-Temperatur zwischen 1250 und 13500C liegt.
8. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Verweilzeit der Schwelgase im Reaktor von etwa 2 s die Crack-Temperatur zwischen 920 und 11500C liegt.
9. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Verweilzeit der Schwelgase im Reaktor vqn etwa 3 s die Crack-Temperatur zwischen 900 und 10000C liegt.
10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der maximal vorgegebene Gehalt der gecrackten Schwelgase an organischen Schadstoff-Bestandteilen bei Einleitung dieser Schwelgase in Waschwasser einem Verbrauch von 300 mg Kaliumpermanganat pro 1 Waschwasser entspricht.
11. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Gaswäsche der in den Schwelgasen enthaltene Ruß zusammen mit den daran adsorptiv gebundenen Stoffen, insbesondere Chloriden, Zyaniden, Sulfiden und organischen Verbindungen, abgeschieden wird.