DE2834717A1 - Verfahren zur kombinierten muellverwertung und abwasseraufbereitung - Google Patents

Verfahren zur kombinierten muellverwertung und abwasseraufbereitung

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Description

283471?
Adolf H. Borst
Schloss Ramsberg, Donzdorf, Bundesrepublik Deutschland
Verfahren zur kombinierten Müllverwertung und Abwasseraufbereitung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kombinierten Müllverwertung und Abwasseraufbereitung, wobei das Abwasser ggfs« mit mindestens einem Teil des zerkleinerten Mülls vermischt wird> eine Auftrennung in organische und anorganische Bestandteile erfolgt, der Abwasserstrom mit den ggfs. darin gelösten und suspendierten Bestandteilen des Mülls durch ein im Gegenstrom geführtes Zweistufenfilter aus nicht aktivierter und aktivierter Kohle geleitet wird, in einem ersten Reaktor eines Mehrfachreaktormeilers fester Müll bzw. ein Teil der mit Schmutzlast gesättigten Filterkohle unter Gewinnung von Wärme und Brenngas verbrannt wird, in einem zweiten Reaktor der Grossteil der mit Schmutzlast gesättigten Kohle zur Regenerierung thermisch behandelt wird, wobei die Schmutzlastf welche an dem Kohlefilter haftet, unter Gewinnung von Kohle und Schwelgas thermisch zersetzt wird, und die regenerierte Filterkohle des zweiten Reaktors, gegebenenfalls nach deren Aktivierung, wieder in die Abwasserfilterzone zurückgeführt wird. Die Erfindung bezieht sich weiter auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
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Die DE-OS 25 58 7o3 offenbart ein Verfahren zur kombinierten Müllverwertung und Abwasseraufbereitung. Dieses Verfahren arbeitet auf verhältnismässig einfache und wirtschaftliche Art und Weise, indem
1. das Abwasser als Transportmittel für den Müll sowie zu dessen Auftrennung in anorganische und organische Bestandteile dient,
2. das mit dem Müll kontaminierte Abwasser durch mechanische und adsorbtive Filtration mittels Normal- und Aktivkohle gereinigt wird;
3. ein Teil des Mülls bzw. der mit Schmutzlast beladenen Aktivkohle verbrannt wird und dabei neben einem Brenngas die für die Thermolyse erforderliche Wärme abgibt;
4. der Hauptteil der mit Schmutzlast beladenen Filterkohle in einem Thermolysereaktor thermisch zersetzt wird, wodurch die Filterkohle regeneriert sowie neue Kohle und Schwelgas gewonnen werden.
Wenngleich das genannte Verfahren eine Reihe von Vorteilen aufweist, so ist es doch wünschenswert, es im Hinblick auf eine optimale Energienutzung zu verbessern. Ausserdem ist es erforderlich, Nachteile und Schwierigkeiten, die bei der Durchführung des Verfahrens auftreten, auszuschalten. So kann es bei der Verwendung von Kohle bzw. Aktivkohle, die gemäss dem Verfahren der oben genannten DE-OS hergestellt wurde, zu einem Abrieb der Kohle kommen, was zu Kohleverlusten, Verstopfungen der Filtertürme sox-yie einer Verschmutzung des erhaltenen Brauchwassers führt.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Energiebilanz des Verfahrens durch optimale Ausnutzung sämtlicher Energiequellen zu verbessern und den reibungslosen Ablauf des Verfahrens sicherzustellen, was insbesondere durch eine gezielte Wahl der Reaktionsbedingungen innerhalb des Mehrfachreaktormeilers und eine entsprechende Behandlung bzw. Aufarbeitung der aus dem Mehrfachreaktormeiler austretenden Produkte erreicht werden soll.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird dadurch gelöst, daß die Sauerstoff-bzw. Luftzufuhr in den ersten Reaktor des Mehrfachreaktormeilers in einem unterstöchiometrischen Verhältnis derart erfolgt, dass der Pyrolyseprozess aufrechterhalten wird, die Temperatur im wesentlichen nicht über 800 C ansteigt, wobei ein kohlenwasserstoffreiches Brenngas gewonnen und Wärme frei wird, die den zweiten Reaktor _ aufheizt (dieser Verfahrensschritt wird im folgenden als Pyrolyse bezeichnet);
mit Schmutzlast gesättigte Filterkohle im zweiten Reaktor in Sauerstofffreier Atmosphäre entgast und die an der Filterkohle haftende -Schniutzlast thermisch zersetzt wird, wobei ein kohlenwasserstoff reiches Schwelgas und weitere Kohle gewonnen werden (dieser Verfahrensschritt wird im folgenden als Thermolyse bezeichnet) ;
mindestens ein Teil der im zweiten Reaktor hergestellten bzw. regenerierten Kohle einem Pelletierungsverfahren unterworfen wird;
und gegebenenfalls zumindest ein Teil des gebildeten Brenn- bzw. Schwelgases, welches langkettige Kohlenwasserstoffe enthält, gegebenenfalls unter Nutzung des Wärmeinhaltes des Gases mittels Wärmeaustauscher, in einer thermischen Crack-Vorrichtung in kurzkettige Kohlenwasserstoffe zerlegt wird.
Der erfindungsgemäss vorgesehene Mehrfachreaktormeiler kann mehrere Reaktoren der ersten und zweiten Art umfassen, die vorzugs-
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weise kontinuierlich geführte Drehrohrofen darstellen. Außerdem kann der genannte Mehrfachreaktormeiler ggfs. einen Reaktor der dritten Art enthalten, in dem die Aktivierung der regenerierten Kohle erfolgt. Hierfür sind z. B„ Drehrohrofen, wie sie in den DE-OSen 2 600 578 und 2 606 368 beschrieben sind, vorgesehen. Der erste Reaktor befindet sich bevorzugt im unteren Teil des Mehrfachreaktormeilers, während der zweite Reaktor vorzugsweise im oberen Teil des Meilers über und in unmittelbarer Nachbarschaft zum ersten Reaktor angeordnet ist, so daß er durch letzteren durch Konvektionsheizung beheizt werden kann.
Im allgemeinen dient der erste Reaktor der Pyrolyse von Müll, während im zweiten Reaktor die mit Schmutzlast gesättigte Kohle thermolysiert wird. Außerdem kann in periodischen Abständen der erste
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Reaktor des Mehrfachreaktormeilers mit gesättigter Normal- bzw. Aktivkohle beschickt werden, woran sich eine Verbrennung der mit Schwermetallen kontaminierten Kohle anschliesst und die Schwermetalle zusammen mit der Asche aus dem Reaktor entfernt werden. Ausserdem ist es möglich, den Thermolysereaktor (zweiter Reaktor) mit festem, vorzugsweise organischem Müll zu beschicken bzw. dem Ofengut Müll beizumischen.
Das Verfahren gemäss der Erfindung zeichnet sich durch eine besonders vorteilhafte Kombination verschiedener Verfahrensschritte aus, die eine maximale Energieausnützung der im Mehrfachreaktormeiler stattfindenden Vorgänge erlauben, wobei die Wärmeerzeu- -gung bei der Pyrolyse bzw. Verbrennung durch dosierte Luft- bzw. Sauerstoffzufuhr kontrolliert wird, und die restliche Energie in Form eines verhältnismässig kohlenwasserstoffreichen Brenngases erhalten wird. Mit Hilfe des erfindungsgemässen Verfahrens kann es in Abhängigkeit von der Zusammensetzung des Mülls möglich sein, die kombinierte Anlage zur Müllverwertung und Abwasserreinigung ohne Zufuhr externer Energie zu betreiben und ausserdem noch zusätzliche Energie zu gewinnen.
Aufgrund der innerhalb des Mehrfachreaktormeilers gewählten, besonders günstigen Bedingungen wird beim Thermoiyseschritt eine Filterkohle mit guten Adsorptionseigenschaften sowie ein an Kohlenwasserstoffen besonders stark angereichertes Schwelgas erhalten. Durch die spezielle Aufbereitung der aus dem Mehrfachreaktormeiler austretenden Brenn- bzw. Schwelgase wird speicherbare Energie gewonnen, wobei der Wärmeinhalt der Gase mittels Wärmeaustauscher in der Anlage zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens zur Vortrocknung, Aufheizung des Rückspülwassers oder für den Thermolyseschritt genutzt wird. Ausserdem werden durch eine gezielte Behandlung der aus dem Mehrfachreaktormeiler austretenden Filterkohle Schwierigkeiten bei der Durchführung des Verfahrens vermieden* Erfindungsgemäss ist vorgesehen, die im
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Grobfilter verwendete regenerierte Filterkohle entweder zu pelletieren, d.h. in eine kompakte Form von gewünschter Teilchengrösse zu bringen, wodurch Abriebserscheinungen der Kohle und die daraus resultierende Verschmutzung des erhaltenen Wassers sowie auch Verstopfungen von mit Filterkohle gefüllten Filterelementen vermieden werden, oder durch Vorbehandlung der zu aktivierenden, im Feinfilter verwendeten Kohle ein Filtermaterial mit besonders grosser Oberfläche, d.h. mit hohem Adsorptionsvermögen herzustellen. Diese Verfahrensschritte werden im folgenden näher erläutert«
Gemäss der Erfindung erfolgt die Pyrolyse bei einer Temperatur, die im wesentlichen 8000C nicht übersteigen soll. Ein' besonders bevorzugter Temperaturbereich liegt zwischen 5oo und 800 C. Gelegentlich wird es auch bevorzugt, bei Temperaturen im Bereich von 3oo bis 4oo°C zu arbeiti
Schwermetalle zu vermeiden=
von 3oo bis 4oo°C zu arbeiten, um die Verdampfung bestimmter
Die üift-bzw. Sauerstoffzufuhr zu dem ersten Reaktor erfolgt in einem unterstöchiometrischen Verhältnis= Der Sauerstoff wird dabei derart dosiert, dass die Pyrolyse aufrechterhalten wird, jedoch die Temperatur so kontrolliert wird,? dass sie im wesentlichen 800 C nicht übersteigt. Die zugeführte Sauerstoffmenge beträgt vorteilhaft 3o bis 9o% der stöchiometrisch erforderlichen Sauerstoffmenge, bevorzugt 5o bis 80 %„ Die Sauerstoffmenge richtet sich dabei nach der Zusammensetzung des zu verbrennenden Ofengutes sowie nach dessen Feuchtigkeitsgrad.
Das im ersten Reaktor bei der Pyrolyse entstehende Brenngas ist aufgrund der kontrollierten Wärmeerzeugung verhältnismässig reich an Kohlenwasserstoffen; das im zweiten Reaktor bei der Thermolyse der schmutzbeladenen Filterkohle oder des festen Mülls entstehende Schwelgas ist besonders reich an langkettigen Kohlenwasser= stoffen.
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Das gebildete Brenn- bzw. Schwelgas kann als zusätzliche äussere Energiequelle für den Thermolyseprozess oder als Brennstoff für einen separaten Boiler, Gasverbrennungsvorrichtung, vorzugsweise eine Verbrennungsmaschine, oder dergleichen verwendet werden.
Ausserdem ist es möglich, das Brenn- bzw. Schwelgas in einer Crack-Vorrichtung zu behandeln, um langkettige Kohlenwasserstoffe in kurzkettige Moleküle aufzuspalten, die wiederum direkt in. Verbrennungsmaschinen, Turbinen und dergleichen verwendet werden können, oder die nach deren Verflüssigung eine leicht speicherbare Energiequelle darstellen.
Gemäss der Erfindung ist es vorteilhaft, die aus der Hochtemperaturzone austretenden Gase in ausreichendem Masse abzukühlen, um sie zu verflüssigen, wobei gegebenenfalls eine Auftrennung in flüssigen Stickstoff und ein flüssiges, brennbares, stickstofffreies Gas, beispielsweise ein Methangas, erfolgt«,
Bei einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemässen Crack-Vorrichtung, die mit einem hohen Wirkungsgrad arbeitet, erfolgt die Aufspaltung der langkettigen Kohlenwasserstoffe in kurzkettige Kohlenwasserstoffe in einer sauerstoffarmen Hochtemperaturzone bei einer Temperatur von mindestens 12oo C. Die Crackung der langkettigen Kohlenwasserstoffe kann auch in der genannten Apparatur unter Ausschluss von Sauerstoff erfolgen, so dass keine Verbrennung oder Oxidation des.erhaltenen Gases erfolgt. .
Die genannte Hochtemperaturzone wird innerhalb der Crack-Vorrichtung dadurch erzeugt, dass in einen senkrechten Behälter brennbare Stoffe, wie Holz oder Kohle, beispielsweise Filterkohle, eingefüllt werden, dieselben am unteren Ende des Behälters durch Einblasen einer dosierten Luft-bzw. Sauerstoffmenge verbrannt werden, und das Brenngas in Abwärtsrichtung durch die Vorrichtung geleitet wird, wobei die Sauerstoffmenge derart dosiert wird, dass eine kontrollierte Verbrennung der Stoffe
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sowie die Erzeugung der gewünschten Temperatur gewährleistet ist.
Die brennbaren Stoffe werden in ausreichender Menge in die Vorrichtung eingeführt und zwar so, dass während des Betriebes ein Teil dieser Stoffe eine relativ niedere Temperatur aufweist, wobei beim Leiten der genannten Brenn- bzw. Schwelgase über bzw. durch die Stoffe mit einer niedrigen Temperatur die von den Gasen mitgeführten festen und flüssigen Teilchen haften bleiben und diese, sobald die genannten Stoffe in der Hochtemperaturzone zu liegen kommen, mit verbrannt werden.
Es ist vorteilhaft, die entstehenden Abgase durch einen Wärmeaustauscher zu leiten j. wobei die Wärmeenergie von den Abgasen auf das Wärmeausüauschermedium übertragen wird» Die aus dem Abgas gewonnene Wärme kann entweder zur Vortrocknung von festem Müll und/oder von mit Schmutzlast gesättigter Filterkohle verwendet werden, oder sie kann zur Unterstützung der im Mehrfachreaktormeiler ablaufenden Pyrolyse- oder Thermolyseschritte dienen. Äusserdem kann über einen zweiten Wärmeaustauscher die aus dem Abgas gewonnene Wärme dazu verwendet werden, das zur Rückspülung der gesättigten Aktivkohle verwendete Wasser aufzuheizen, um die Desorption der ausgefilterten Stoffe, die an der Aktivkohle haften, zu erleichtern. Äusserdem ist es vorteilhaft, das Abgas zur Entfernung von teilchenartigen Verunreinigungen durch ein Kohlefilter zu leiten.
Erfindungsgemäss ist es vorgesehen, die im zweiten Reaktor hergestellte Filterkohle speziell zu behandeln, um Schwierigkeiten, die während des Verfahxensablaufes infolge Kohleabriebs auftreten können, zu vermeiden. Dazu wird die regenerierte Kohle;
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die verhältnismässig weich ist und eine stark unterschiedliche Partikelgrösse aufweist, nach einem der herkömmlichen Verfahren, gegebenenfalls unter Verwendung eines Bindemittels, pelletiert. Dabei ist es erforderlich, z.B. mittels eines Siebes die feinen Kohleteilchen und den Kohlestaub abzutrennen, die dann der Pelletiervorrichtung zugeführt werden, und als Pellets dem Siebrückstand, d.h. den gröberen Kohleteilchen zugemischt werden können. Dieses Gemisch dient dann der Füllung der Grobfilterelemente (1.Filtrierabschnitt).
Zur Herstellung von Aktivkohle wird erfindungsgemäss die regenerierte Kohle vorbehandelt, um ihr eine ausreichende Härte und eine einigermassen gleichmässige Partikelgrösse zu geben.
Dazu wird die im zweiten Reaktor erhaltene Kohle fein gemahlen und z.B.mit Teer oder Pech im Verhältnis 1o:1 bis 5:1 gemischt. Dieses Kohle/Teer- bzw.-Pech-Gemisch wird dann unter Anwendung hoher Drücke, vorzugsweise 1ooo bis 2ooo kp/cm , und bei Temperaturen, die knapp oberhalb des Erweichungspunktes des jeweiligen Teeres oder Peches liegen, kompaktiert. Anschliessend wird die erhaltene Kohle/Teer- bzw.-Pech-Mischung auf die gewünschte Partikelgrösse heruntergemahlen. Dies kann vorzugsweise mit Hilfe eines Walzenstuhles erfolgen, um den Feinanteil möglichst gering zu halten. Selbstverständlich können auch andere Mahlanlagen, wie z.B. Schlagkreuz-Mühlen, verwendet werden.
Die Partikelgrösse, auf die die Filterkohle heruntergemahlen wird, richtet sich nach dem vorgesehenen Verwendungszweck: Aktivkohle, die für die Fxussigkeitsreinigung eingesetzt wird, sollte vorzugsweise eine Partikelgrösse zwischen o,5 und 1,5 mm aufweisen. Die zur Gasreinigung verwendete Aktivkohle besitzt vorzugsweise eine Partikelgrösse von 2 bis 3 mm.
Sofern die später zu aktivierende Kohle ausschliesslich für die Gasreinigung verwendet wird, ist folgendes Verfahren anwendbar: Die aus dem zweiten Reaktor erhaltene Kohle wird fein gemahlen,
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mit Teer oder Pech im Verhältnis 1o:1 bis 5:1 gemischt und anschliessend bei hohen Drücken, vorzugsweise 1ooo kp/cm , und bei Temperaturen, die knapp oberhalb des Erweichungspunktes des verwendeten Teeres oder Peches liegen, mit Hilfe von Strangpressen direkt zu Formungen der gewünschten Grosse verpresst.
Die so^ erhaltene gemahlene Filterkohle bzw. das Splittergranulat bzw. die Formlinge gewünschter Größe können dann in einer Aktiverungsvorrichtung nach einer in der Technik üblichen Methode mit Heissdampf oder mit Chemikalien aktiviert werden. Dabei wird eine Aktivkohle mit einem besonders hohen Adsorptionsvermögen erhalten.
Die Figuren stellen vorteilhafte Ausfuhrungsformen'gemäss der Erfindung dar,wobei sich hierdurch keine Einschränkung ergibt, und sollen im folgenden erläutert werden:
Fig. 1s Schematisches Fliessbild des erfindungsgemässen Verfahrens 2ur kombinierten Mül !verwertung und Abwasseraufbereitung;
Fig. 2a
und 2b: Kombiniertes Verfahren zur Müllverwertung und Abwasseraufbereitung gemäss der Erfindung;
Figo 3: schematisches Fliessbild zum Herstellungsweg, der Verwendung und dei" Regenerierung von normaler und aktivierter Filterkohle gemäss der Erfindung;
Fi.g 4: Vorderansicht, im Querschnitt, des Mehrfachreaktormeilers gemäss der Erfindung;
Fig. 5: Seitenansicht, im Querschnitt, des in Fig. 4 gezeigten Mehrfachreaktormeilers entlang der Linie 5-5;
Fig. 6: Crack-Vorrichtung gemäss der Erfindung.
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Fig. 1 stellt in einem schematischen Fliessbild den Materialfluss bei der Behandlung von festem und flüssigem Abfall in der Müllverwertungs- und Abwasseraufbereitungsanlage 1o2 gemäss der Erfindung dar. Die Anlage umfasst einen Mehrfachreaktormeiler 1o4. Der aufzuarbeitende feste Müll, welcher u.a. Nahrungsmittelabfälle, Papier, Kunststoffe, öl- und Teerrückstände, Altreifen, Holz, Glas, Asche und dergleichen umfassen kann, wird durch Magnetbandscheidung, Zerfaserung unf Flotation im Abwasser so vorbehandelt, dass er für die Weiterbehandlung im wesentlichen aus organischen Bestandteilen besteht. In dem Mehrfachreaktormeiler 1o4 wird der feste Müll in einem ersten Reaktor in einer sauerstoffarmen Atmosphäre unter Bildung von Wärme, Brenngas und Asche pyrolysiert.
Das Abwasser kann sowohl städtisches Abwasser als auch Industrieäbwasser umfassen. Ein Mehrstufenkohlefilter 1o6 dient zur Reinigung des Abwassers, so dass dieses zumindest für industrielle Zwecke verwendet werden kann. Das Kohlefilter 1o6 ist vorzugsweise ein Zweistufenfilter, das aus einem Grob- und einem Feinfilter besteht. Die Filterkohle des Grobfilters wird zusammen mit den an der Kohle haftenden Teilchen und Schlamm periodisch im Meiler 1o4 regeneriert, d.h. einer Hitzebehandlung unter Sauerstoffausschluss unterzogen. Durch die neugewonnene und regenerierte Kohle werden Kohleverluste kompensiert.
Fig. 2a und 2b, ergänzt durch Fig. 3, zeigen einen Überblick über die Verfahrensweise der Müllverwertungs- und Abwasseraufbereitungsanlage 1o2. Ein Abwassereinlasskanal 1o8 führt Abwasser über ein Absetzbecken 11o und ein Sieb 112 zu dem Grobfilter 114. Daraufhin erfolgt im Feinfilter 116 die endgültige Reingiung des Wassers, welches über den Auslaufkanal 118 die Anlage verlässt.
Das Grobfilter 114 besteht aus einer Vielzahl von Grobfilterelementen 12o, welche durch Heben und Senken das Grobfilter zur Regenerierung verlassen können bzw. wieder in dieses zurückgeführt
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werden können. Jedes Filterelement 12o ist mit Normalfilterkohle von geeigneter Teilchengrösse, vorzugsweise mit pelletierter Filterkohle gefüllt. Die Grobfilterelemente werden beim Betrieb im Gegenstrom zum Abwasserfluss vom Ende des Filter zum Anfang des Filters 124 bewegt.
Das Feinfilter 116 besteht ebenfalls aus einer Reihe von Feinfilterelementen 126, die ebenfalls im Gegenstrom zum Abwasser vom unteren Ende 128 zum oberen Ende 13o stufenweise bewegt werden. Das Feinfilter kann durch Rückspülung, gegebenenfalls in dafür vorgesehenen Rückspüleinrichtungen 134, gereinigt werden. Vorzugsweise wird das Rückspülwasser direkt aus dem Auslauf kanal 118 entnommen, und kann eine Zeit lang in dem Reservoir 136, das mit Heizspiralen 138 ausgestattet ist, gelagert werden. Das durch die Rückspülung kontaminierte Wasser fliesst durch die Rückführleitung 14o zurück zum Abwassereinlass 1o8. Zur Müllaufbereitung wird der feste Müll in einen Bunker 16o entladen, wo mittels eines Magnetbandes 162/dem Förderband 166, den Zerkleinerungswalzen 164 eine erste Behandlung bzw. Auftrennung des Mülls erfolgt. Im Absetzbecken 11o werden die Stoffe mit einer Dichte > 1 abgeschieden und mit Hilfe des Becherförderers 168 entfernt. Eine Reihe von Luftdüsen 17o sorgt für eine gründliche Durchmischung von Abwasser und Müll, was deren Auftrennung in organische und anorganische Bestandteile erleichtert. Ein Förderer 132 transportiert flotierende organische Stoffe zu den beiden Vorratskammern 172 des Mehrfachreaktormeilers 1o4. Ausserdem kann weiterer Müll kontinuierlich über die Traasport-
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bänder 174 zu den Vorratskammern gelangen. Die direkte Zuführung des Mülls, ohne eine vorherige Vermischung mit dem Abwasser ist vor allem dann vorteilhaft, wenn der Müll besonders stark mit schädlichen Stoffen angereichtert ist, oder wenn der Müll keine oder nur einen geringfügigen Anteil an organischen Bestandteilen aufweist.
Der Mehrfachreaktormeiler 1o4, in welchem gleichzeitig in verschiedenen Reaktoren die Pyrolyse und Thermolyse von Müll und/oder mit Schmutzlast beladener Filterkohle stattfindet, ist in den Pig. 4 und 5 dargestellt. Die Reaktoren 178 dienen zur Verbrennung bzw. Pyrolyse von Müll und/oder mit Schmutzlast beladener Filterkohle. Im Reaktor 186 erfolgt die Thermolyse von gesättigter Filterkohle bzw. Müll.
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Das Gehäuse 222 begrenzt das Meilerinnere 19ο= Die Schächte 224 sind auf Lagern 226 gelagert und werden von der Antriebseinrichtung 228 mit dem Motor 23o angetrieben, über die Öffnungen 232 zum Füllen und Entleeren mit einer Tür 234 und einer Tür 236 mit einer weiteren Vorrichtung zum Schliessen der Türen wird das Ofengut in die Reaktoren gefüllt bzw= aus diesen entleert. Die Türen 234 und 236 weisen die Gelenke 262 auf. Ausserdem sind die Reaktoren 178 mit dem Luft-bzw. Sauerstoffeinlaß 238, dem Ablaß für Brenngas 240, den konvexen Sieben 242 ausgestattet. Der Reaktor 178 steht ausserdem in Verbindung mit der Gasleitung 184, die das Rückschlagventil 246 aufweist, sowie der Crackvorrichtung 192, dem Wäscher 196, der Verbrennungsmaschine 2o2, dem Generator 2o4, und der Verzwexgungsleitung 248 mit dem Ventil 25o.
Der Auffangbehälter 252 für Müll weist die Verschlussplatte 254 auf, die den Auffangraum 256 abtrennt«, Am unteren Ende des Auffangraumes 256 befindet sich die mit dem Gelenk versehene Platte 258 mit der Wärmeisolierung 26o.
Der nach unten zu öffnende Auffangraum 264 wird durch die mit einem Gelenk versehene Platte 266 begrenzt. Nach der Thermolyse bzw. Pyrolyse werden die festen Stoffe aus den Reaktoren in die trichterförmigen Behälter 268 und 27o abgegeben. Letztere sind ausgestattet mit .Wärmeaustauscherspiralen 272 und dem Schieber 274. Unter den Behältern 268, 27o befindet sich das Transportband 276.
Ausserdem kann eine L\uftzuführung in das Meilerinnere 19o über die Lufteinlassleitung 278 mit dem Ventil 28o erfolgen, über dem Thermolysereaktor 186 befindet sich die Gasleitung 282 mit dem Ventil 284. Zudem ist der Thermolysereaktor 186 mit einer Wärmetransferleitung 288 ausgestattet.
Die im Reaktor 186 gebildete Kohle wird mit Hilfe
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des Siebes 29o (Fig.3} klassiert. Grössere Kohleteilchen können direkt im Grobfilter 114 verwendet werden. Die ausgesiebten kleineren Kohleteilchen und der Kohlestaub werden in der Pelletiervorrichtung 292 (Fig. 3) zu Pellets von gewünschter Teilchengrösse geformt■. Diese Pellets dienen ebenfalls zur Füllung der Grobfilterelemente 12o. Zur Herstellung von Aktivkohle wird die aus dem Reaktor 186 stammende Filterkohle vorbehandelt, d.h. sie wird in einer Mahlanlage 'fein: vermählen,"snsch-lies-
send gegebenenfalls pelletiert und wiederum zu einer gewünschten Korngrösse vermählen. Die Aktivierung erfolgt in der Aktivierungsvorrichtung 294 . Die erhaltene Aktivkohle dient zur Füllung des Feinfilters 116 oder kann für kommerzielle Zwecke verwendet werden.
Die voranstehenden Ausführungen zeigen deutlich, dass die Müllverwertungs/Abwasseraufbereitungsanlage 1o2 die für die Reinigung des Abwassers erforderliche Normalkohle und Aktivkohle in vollem Umfang herzustellen und zu regenerieren vermag.
In Fig. 6 wird eine Crack-Vorrichtung 192 nach einer bevorzugten Ausfuhrungsform gemäss der Erfindung dargestellt. Die Crack-Vorrichtung besteht aus einem senkrechten doppelwandigen Behälter 298, in welchem ein innerer Behälter 3oo vom oberen Ende 3o2 eines äusseren, tragenden Behälters 3o4 suspendiert ist. Der innere Behälter weist ein oberes Ende 3o6 auf, welches mit einer zu öffnenden Abschlussplatte 3o8 bedeckt ist. Das untere Ende des inneren Behälters 3oo weist die Verengung 31ο und das Sieb 312 auf. Darunter befindet sich ein weiteres Sieb 316.
Eine zirkuläre Luft-bzw. Sauerstoffzuführleitung 318 umgibt die Verengung 310. Diese . Zuführleitung 318 weist eine Vielzahl von Düsen 32o auf, die dazu dienen, Verbrennungsluft oder Sauerstoff in das Innere des Behälters3oo unmittelbar über das Sieb 312 einzublasen. Die Leitung 184 leitet das zu spaltende Gas in den
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oberen Teil des inneren Behälters 3oo ein und endet in einer nach abwärts gerichteten Haube 322. Das Innere des Behälters 3oo wird mit relativ grossen Teilchen eines brennbaren Materials gefüllt,"vorzugsweise Holz, und zwar so dass dieses den Hauptteil des Innenraumes zwischen dem Sieb 312 und der Gasablasshaube 322 füllt-Das sich unmittelbar über dem Sieb 312 befindliche Holz wird angezündet und über die Luftdüsen 32o Sauerstoff zur Verbrennung eingeleitet, so dass sich eine Hochtemperaturzone ausbildet, die jedoch nur einen relativ kleinen Bereich oberhalb des Siebes einnimmt, während das restliche brennbare Material im Inneren des Behälters 3oo vergleichsweise kühl bleibt. Nachdem die Hochtemperaturzone die gewünschte Temperatur erreicht hat, wird das Brenn- bzw. Schwelgas über die Leitung 184 und die Haube 322 in die Crack-Vorrichtung eingeführt. Ausserdem wird das Gebläse 324 betrieben, worauf sich im äusseren Behälter 3o4 ein leichtes Vakuum ausbildet, wodurch das über die Haube 322 eingeleitete Gas durch die kühle Zone an brennbarem Material und die Hochtemperaturzone in den ringförmigen Raum 326 zwischen den Gefässen-über die Saugleitung 328 und das Gebläse 324 ' abgezogen wird- Es ist vorteilhaft, dem Pyrolysereaktor sowie der Crackvorrichtung Sauerstoff zuzuführen, da auf diese Weise der Anteil an Stickstoffgas in den Brenngasen gering gehalten wird.
Das erhaltene Spaltgas kann entweder direkt einer Verbrennungsmaschine 202 zugeführt oder in der Verflüssigungsanlage 206 verflüssigt und gegebenenfalls in ein Gas auf vorzugsweise Methanbasis und flüssigem Stickstoff aufgetrennt werden.
In periodischen Abständen wird der Crack-Vorrichtung über die Abdeckung 308 neues brennbares Material zugeführt. Diese Zuführung kann auch auf kontinuierliche Weise erfolgen.
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Claims (24)

30 973 Adolf H. Borst Schloss Ramsberg, Donzdorf / Bundesrepublik Deutschland Verfahren zur kombinierten Müllverwertung und Abwasseraufbereitung Patentansprüche
1. Verfahren zur kombinierten Müilverwertung und Abwasseraufbereitung/ wobei das Abwasser ggfs. mit mindestens einem T£il des zerkleinerten Mülls vermischt wird, eine Auftrennung in organische und anorganische Bestandteile erfolgt, der Abwasserstrom mit den ggfs. darin gelösten und suspendierten Bestandteilen des Mülls durch ein im Gegenstrom geführtes Zweistufenfilter aus nicht aktivierter und aktivierter Kohle geleitet wird, in einem ersten Reaktor eines Mehrfachreaktormeilers fester Müll bzw. ein Teil der mit Schmutzlast gesättigten Filterkohle unter Gewinnung von Wärme und Brenngas verbrannt wird, in einem zweiten Reaktor der Grossteil der mit Schmutzlast gesättigten Kohle zur Regenerierung thermisch behandelt wird, wobei die Schmutzlast, welche an dem Kohlefilter haftet, unter Gewinnung von Kohle und Schwelgas thermisch zersetzt wird, und die regenerierte Filterkohle des zweiten Reaktors .gegebenenfalls nach deren Aktivierung wieder in die Abwasserfilterzone zurückgeführt wird, dadurch
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gekennzeichnet , dass die Sauerstoff-bzw. Luftzufuhr in den ersten Reaktor des Mehrfachreaktormeilers in einem unterstöchioraetrischen Verhältnis derart erfolgt, dass der Pyrolyseprozess aufrechterhalten wird, die Temperatur im wesentlichen nicht über 8oo C ansteigt, wobei ein kohlenwasserstoffreiches Brenngas gewonnen und Wärme frei wird, die den zweiten -Reaktor· aufheizt;
mit Schmutzlast gesättigte Filterkohle im zweiten Reaktor in sauerstofffreier Atmosphäre entgast und die an der Filterkohle haftende Schmutzlast thermisch zersetzt wird, wobei ein kohlenwasserstoffreiches Schwelgas und weitere Kohle gewonnen werden;
mindestens ein Teil der im zweiten Reaktor hergestellten bzw. regenerierten Kohle einem Pelletierungsverfahren unterworfen wird;
und gegebenenfalls zumindest ein Teil des gebildeten Brennbzw« Schwelgases, welches langkettige Kohlenwasserstoffe enthält, gegebenenfalls unter Nutzung des Wärmeinhaltes des Gases mittels Wärmeaustauscher, in einer thermischen Crack-Vorrichtung in kurzkettige Kohlenwasserstoffe zerlegt wird.
2« Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass der erste Reaktor im unteren Teil in unmittelbarer Nachbarschaft zu den weiteren Reaktoren des Mehrfachreaktormeilers angeordnet ist.
3. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass der zweite Reaktor im oberen Teil des Mehrfachreaktormeilers angeordnet ist.
4. Verfahren gemäss Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , dass das in den Reaktoren des Meilers befindliche Ofengut kontinuierlich vermischt wird, wobei die Vermischung, gegebenenfalls durch Rotation der Reaktoren um eine horizontale Achse erfolgt.
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5. Verfahren gemäss Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , dass der Mehrfachreaktormeiler mehrere Reaktoren der ersten und zweiten Art umfasst.
6. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennung des festen Mülls in dem ersten Reaktor des Mehrfachreaktormeilers bei 5oo bis 8oo°C erfolgt.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass die
i. Sauerstoffzufuhr in den ersten Reaktor des Mehrfachreaktormeilers in Abhängigkeit von der Zusammensetzung und dem Feuchtigkeitsgehalt des festen Mülls 3o bis 9o % der stöchiometrisch erforderlichen Sauerstoffmenge beträgt.
8. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass aus der im zweiten Reaktor gewonnenen Filterkohle bzw. regenerierten Kohle die Kohleteilchen, die unterhalb einer gewünschten Teilchengrösse liegen, und der Kohlenstaub abgetrennt werden, die abgetrennte Kohle zu Kohlepellets pelletiert wird, und anschliessend gegebenenfalls die pelletierte Kohle mit den vorher abgetrennten gröberen Kohleteilchen vermischt wird.
9. Verfahren gemäss Anspruch 8, dadurch g e k e η η zeichnet , dass die pelletierte Kohle und/oder die aussortierten gröberen Kohleteilchen als Filterkohle im ersten Filtrierabschnitt eingesetzt werden.
10. Verfahren nach Anspruch 1r dadurch gekennzeichnet, dass die im zweiten Reaktor des Mehrfachreaktormeilers hergestellte Kohle gegebenenfalls nach erfolgter Vorbehandlung aktiviert wird.
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11. Verfahren gemäss Anspruch 1o, dadurch gekennzeichnet , dass die neugewonnene bzw. regenerierte Filterkohle vor deren Aktivierung fein gemahlen und mit Teer oder Pech im Verhältnis 1o:1 bis 5;1 gemischt wird, das erhaltene Gemisch unter Anwendung hoher Drücke und bei Temperaturen, die wenig oberhalb des Erweichungspunktes des jeweiligen Bindemittels liegen, kompaktiert und anschliessend auf die gewünschte Partikel-= grösse herunter gemahlen wird«,
12. Verfahren gemäss Anspruch 1o, dadurch gekennzeichnet c dass die neugewonnene bzw« regenerierte Filterkohle vor deren Aktivierung fein gemahlen und mit Teer oder Pech im Verhältnis 1os1 bis 5s1 gemischt wird? das erhaltene Gemisch unter Anwendung hoher Drücke und bei Temperaturen, die knapp oberhalb des Erweichungspunktes des jeweiligen Bindemittels liegen, mit Hilfe von Strangpressen direkt zu Formungen der gewünschten Grösse verpresst werden,
13c Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet j, dass das Brenn- bzw» Schwelgas zur Spaltung langkettiger Kohlenwasserstoffe in kurzkettige Kohlenwasserstoffe durch eine sauerstoffarme Hochtemperaturzone mit einer Temperatur von mindestens 12oo C geleitet wird=
14o Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufspaltung der Brenn- bzw, Schwelgase unter Ausschluss von Sauerstoff erfolgt«
15. Verfahren gemäss Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet , dass die genannte Hochtemperaturzone dadurch erzeugt wird,, dass in einem senkrechten Behälter brennbare Stoffe eingefüllt x^erden, dieselben am unteren Ende des Behälters durch Einblasen einer dosierten Sauerstoff-bzw. Lufimenge verbrannt werden, und das Brenngas in Abwärfcsrichtung durch die Vorrichtung geleitet
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wird, wobei die Sauerstoffmenge derart dosiert wird, dass eine kontrollierte Verbrennung der Stoffe sowie die Erzeugung der gewünschten Temperatur gewährleistet ist, und das Gas ohne nennenswerte Verbrennung oder Oxidation die Vorrichtung passiert.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass brennbare Stoffe in ausreichender Menge in die Vorrichtung eingefüllt werden, so dass während des Betriebes ein Teil dieser Stoffe eine relativ niedrige Temperatur aufweist, wobei beim Leiten der Brenn- bzw. Schwelgase über bzw. durch diese Stoffe mit niedriger Temperatur die von den Gasen mitgeführten festen und flüssigen Teilchen haften bleiben und diese, sobald die genannten Stoffe in die Hochtemperaturzone zu liegen kommen, mitverbrannt werden.
17. Verfahren gemäss Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet f dass die aus der Hochtemperaturzone austretenden Gase in ausreichendem Masse abgekühlt werden, um sie zu verflüssigen, wobei gegebenenfalls eine Auftrennung in flüssigen Stickstoff und ein flüssiges, brennbares, stickstofffreies Gas erfolgt.
18. Verfahren gemäss Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet , dass die aus der Hochtemperaturzone kommenden Gase zur Energiegewinnung in eine Gasverbrennungsvorrxchtung eingeleitet werden.
19. · Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet , dass die entstehenden Abgase durch einen Wärmeaustauscher geleitet werden, wobei die Wärmeenergie von den Abgasen auf das Wärmeaustauschmedium übertragen wird.
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet , dass mindestens ein Teil der aus den Abgasen gewonnenen Wärmeenergie mindestens einem der Reaktoren des
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Mehrfachreaktormeilers zur Unterstützung des Pyrolyse- oder Thermolyseschrittes zugeführt wird.
21. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die aus dem Abgas gewonnene Wärme zur Vortrocknung von festem Müll und/oder von mit Schmutzlast gesättigter Filterkohle verwendet wirdο
22. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgas zur Entfernung von teilchenförmigen Verunreinigungen durch ein Kohlefilter geleitet wird.
23. Verfahren gemäss Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet , dass über einen zweiten Wärmeaustauscher die aus dem Abgas gewonnene Wärme dazu dient, das Wasser zur Rückspülung von gesättigter Aktivkohle aufzuheizen, um die Desorption der ausgefilterten Stoffe, die an der Aktivkohle haften, zu erleichtern.
24. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäss Anspruch 1, nit einer Abwasserzuführung mit Absetzbecken, hierin befindlichen Grob- und Feinfilterelementen mit Kohle bzw. Aktivkohle, sowie Müllzerkleinerungsvorrichtungen, einem Mehrfachreaktormeiler mit mindestens einem Thermolysereaktor und mindestens einem Pyrolysereaktor, die in unmittelbarer räumlicher Nachbarschaft angeordnet sind, Müll- bzw. Filterkohlevortrocknungseinrichtungen, gekennzeichnet durch eine dem Thermolysereaktor nachgeschaltete Pelletiervorrichtung zur Pelletierung der austretenden Kohle und Vermahlungseinrichtungen, sowie eine Crack-Vorrichtung zur Aufspaltung der im Brenn- bzw. Schwelgas enthaltenen langkettigen Kohlenwasserstoffe.
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