DE2943309C2 - Verfahren zur gemeinsamen Pyrolyse von Ballastkohle und Müll mit anschließender Vergasung und Anlage zur Durchführung der Pyrolyse - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Pyrolyse mit anschließender Vergasung von vorzugsweise unvorbehandeltem Müll zusammen mit Kohlenstoffträgern, wobei der Müll zunächst von nicht brennbaren Teilen befreit, dann unter ständigem Umwälzen einer Pyrolysierung unterzogen und anschließend unter Zufuhr des Pyrolysegases und von Luft- und Wasserdampf vergast wird. Die Erfindung betrifft außerdem eine Anlage zur Durchführung der Pyrolyse.

Bekannt ist es, Kohle bestimmter Kenndaten in Vergasungsanlagen zu vergasen. Verwendet weiden dafür insbesondere solche Kohlen, die nicht /.um Zusammenbacken neigen. Allerdings werden tla/n auibereiteie Kohlen eingesetzt, während das ähnliche Qualitatsmerkmale aufweisende Mittelgut sowie Sichterstäubc. llolationsherge. Sehkimmkohlcn u. a. Ballastkohlen bisher allenfalls in Kraftwerken eingesetzt werden. Kine Vergasung dieser Ballastkohlen isi mit bekannten Ver

fahren wirtschaftlich nicht darstellbar.

Bekannt ist außerdem die Müllpyrolyse. Dieses Verfahren beinhaltet insbesondere bezüglich der nachzuschaltenden Gasreinigung erhebliche Probleme, weil die Pyrolysegase stark mit Teeren, ölen, Phenolen und verschiedenen Säuren verunreinigt sind.

Bekannt ist schließlich ein Verfahren zur zweistufigen Verarbeitung von vorzugsweise unvorbehandeltem Müll zusammen mit Kohlenstoffträgern. Hierbei wird

ίο der Müll zunächst von nicht brennbaren Teilen befreit und dann unter ständigem Umwälzen einer Pyrolyse unterzogen. Schließlich erfolgt unter Zufuhr von Pyrolysegas sowie von Luft und Wasserdampf eine Vergasung, Bei diesem Verfahren werden die Kohlenstoffträger ausschließlich zur Unterstützung des Pyrolyse- bzw. Vergasungsvorganges zugemischt, so daß es sich eigentlich um eine Verwertung von Müll handelt. Als Kohlenstoffträger sind Altreifen genannt, sowie der beim Hausund Industriemüll anfallende Kunststoffabfall. Diese Abfälle werden gemeinsam durch indirekte Beheizung unter Luftabschluß bei Temperaturen zwischen 300 und 600°C verschwelt und dann in einer zweiten Stufe wie erwähnt weiterbehandelt. Nachteilig bei diesen bekannten Verfahren ist, daß nur die sowieso im Müll vorhandenen Kohlestoffträger mitbenutzt und mitverwertet werden, so daß das erwähnte Problem der Ballastkohlen damit nicht gelöst werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein für die gemeinsame Pyrolyse von Basllastkohle und Müll mit

jo anschließender Vergasung geeignetes Verfahren mit hoher Ausbeute eines ohne umfangreiche Reinigungsmaßnahmen in Kraftwerks- oder Gaskesseln zu verbrauchenden Gases und eine kleinbauende, heiztechnisch günstige Anlage zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als zusätzlicher Kohlenstoffträger vorzugsweise unvorbchandelte Ballastkohle eingesetzt wird, die dem Müll bereits vor der Pyrolyse zu einer im Heizwert homogenisierten Mischung zugegeben und dann während der Pyrolyse bei 500 bis 700⁰C intensiv und wiederholt mit dem Müll durch taktmäßige Änderung der Fließ- bzw. Förderrichtung durchmengt wird.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens kann Ballastkohle, die für die Vergasung bisher als ungeeignet und unbrauchbar galt, in vorteilhafter Weise mit Müll zusammen pyrolysiert und vergast werden, wobei der eine Stoff die negativen Eigenschaften des anderen ausgleicht, so daß ein günstiges Vergasungsprodukt vorliegt. Es ist überraschend möglich, mit dem erfindungsgemäßen Verfahren die schwer zu verwertenden Brennstoffe zusammen mii dem ebenfalls schwer zu verwertenden Müll so aufzubereiten und zu verwerten, daß ein in Kraftwerks- oder Gaskesseln zu verwertendes Gas erzeugt wird. Das Verfahren stellt somit einen wesentlichen Beitrag zur Lösung der anstehenden Müll- und Bergehaldenprobleme dar.

Nach einer Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß das zu pyrolysiercnde Gut während der Pyrolyse im Pendclschritt vor- und zurückgefördert wird, wobei die Vorwartsförderung die Rückwärtsbewegung im vorgcbbaren Maß überschreitet. Bei einer derartigen Ausbildung ties Verfahrens ist sichergestellt, daß d;is zu r>yrolysicrende aus Müll und Hallastkohle bestehende (int

h^ri intensivst durchmischt und dabei gleichzeitig p\rol\Mcrt w ι ril.

Zur Durchführung des Verfahrens dient eine Anlage, die aus bekannten Teilen wie einer Gattierung¹-,inkiire

ind Bunkern sowie einem beheizbaren, aus Innen- und Vußenrohr bestehende Pyrolysereaktor mit einer Transportvorrichtung und einem Vergaser besteht. Zur /orteilhaften Durchführung des Verfahrens ist erfiniungsgemäß vorgesehen, daß der Pyrolysereaktor als Pendelschritt-Pyrolysereaktor ausgebildet ist, dessen Innenrohr von beiden Enden her beheizbar ist und in dessen zwischen Innen- und Außenrohr ausgebildetem . Außenmantel paddeiförmige Mischereinbauten angeordnet sind. Ein derart ausgebildeter Pyrolysereaktor stellt in vorteilhafter Weise sicher, daß das zu pyrolysierende Gut intensiv durchmischt und gleichmäßig und gleichzeitig indirekt aufgeheizt wird. Die paddeiförmigen Mischereinbauter. sichern einmal die gleichmäßige Durchmischung und Pyrolysierung und fördern das Gut gleichzeitig in dem vorgesehenen Pendelschritt in Richtung Eintrag und andererseits in Richtung Austrag. Dabei wird das Hin- und Herbewegen des Pyrolysegutes dadurch erreicht, daß der Pyrolysereaktor erfindungsgemäß bezüglich der Drehrichtung umschaltbar ausgebildet ist Dabei kann in vorteilhafter Weise eine unterschiedliche Länge der einzelnen Pendelschritte erreicht werden, indem der Pyrolysereaktor in wahlweise einstellbaren Zeittakten abwechselnd in die eine und andere Drehrichtung zu betreiben ist. Diese Ausbildung der erfindungsgemäßen Anlage erweist sich auch deshalb als besonders vorteilhaft zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, weil der Pyrolysereaktor mit einfachen Maßnahmen auf sich ggf. ändernde Zusammensetzungen des Pyrolysegutes einzustellen ist.

Zur Optimierung der Sicherheit ist erfindungsgeftiäß vorgesehen, daß ein mit Inertgas gefüllter Aufgabebunker als Verbindungsteil zwischen Pyrolysereaktor und Vergasungsstufe geschaltet ist. Das Pyrolysegut kann so in einer Fließrichtung und ohne gesonderte Abkühlungs- oder sonstige Maßnahmen vom Pyrolysereaktor der Vergasungsstufe unmittelbar zugeführt werden, um dort bei der Vergasung das für die Weiterverwendung geeignete Gas zu erzeugen.

Bezüglich des Verfahrens ergibt sich insbesondere der Vorteil, daß die besonderen Probleme bei der Müllpyrolyse bzw. der Vergasung und die Beschaffung der benötigten Kohlenstoffträger durch die gezielte Zugabe von Ballastkohle gelöst werden können. Gleichzeitig ergibt sich dabei der große Vorteil, daß die bisher für andere Zwecke, insbesondere aber für die Vergasung ungeeigneten Ballastkohlen für die Gewinnung eines wirtschaftlich wertvollen Gasproduktes eingesetzt werden können. Bezüglich der Anlage ist insbesondere auf die kurze Bauweise und die hohe Effizienz des Pyrolysereaktors und der zugehörigen Anlagenteile hinzuweisen. Die Anlage eignet sich insbesondere zur Versorgung von Stromerzeugungsanlagen, wöbe-- unter der Berücksichtigung der durch Verwertung der ansonsten aufzuhaldenen Einsatzmittel eine wesentlich preiswertere Stromerzeugung möglich ist.

Anhand der Zeichnung wird der Anmeldungsstand weiter erläutert.

Müll wird in einer Müllsortierungsanlage 1 vorzugsweise von Metallen 14 befreit. In einer Gattierungsanlage 2 werden sowohl der vorsortierte Müll als auch verschiedene Ballastkohlesorten, z. B. Feinkohle bzw. Sichterstaub, in den Bunkerabteilungen der Gattierungsanlage A, B. C bzw. D und E gelagert. Über einen Gattierungswagen 5 wird das gewünschte, zu vergasende Kohlenmüligemisch wertigkeitsmäßig,/. B. automalisch gesteuert, zusammengefügt Die Füllung des Gatticrurmswasens kann über Schwingrinnen (Dosierrinnen), energiemäßig gestaffelt und gewünscht, aus dem Gattierungsbunker dem Gattierungswagen 5 zugeführt werden. Der Gattierungswagen führt die vorgewählten, dosierten, zu vergasenden Energiestoffe der Kohle-Misch-

und Zuteiianiagc 6 zu. Aus dieser Mischanlage, die mit einem Vorratsbunker gekuppelt ist, wird das Kohlemüllgemisch der erfindungsgeiviäßen ersten Verfahrensstufe 7, die als Pyrolysereaktorstufe ausgebildet ist, zugeführt. Erfindungsgemäß ist diese Stuie vorzugswei-

lu se als Pcndelschritt-Pyrolysereaktor ausgebildet im Gegensatz zu den bekannten Pyrolysereaktoren.

Bekannte Müllpyrolysereaktoren arbeiten vorzugsweise als Drehtrommelreaktoren, außen beheizt, mit innen angeordneten Mischereinbauten, um beim Drehen den Müll standig aufzulockern und pyrolysefähig zu halten.

Hierzu ist es erforderlich, daß bei großer Durchsalzleistung sehr lange Pyrolysetrommeln notwendig werden, die z. B. mehr als 50 m lang sein müßten und aufgrund ihres langen Bauteils nur von außen zu beheizen sind und daher trotz dickwandiger Isolierung hohe Wärmeverluste haben.

Im Gegensatz dazu wird der erfindungsgemäße Pyrolysereaktor mit einem relativ kurzen Innenrohr 16 ausgebildet, wobei die Beflammung 18 beidseitig im Innenrohr 17 machbar ist und im Außenrohr 19 der Müll über den Bunker 20 in den Außenmantel aufgegeben wird und hier über Einbauten 21 aufgelockert wird und nach dem Pyrolyseprozeß bei 22 einem Bunker 16, der als Verbindungsteil zwischen dem Müllpyrolysereaktor und der Vergasungsstufe dient, übergeben wird.

Der erfindungsgemäße Pendelschritt, der z. B. X + 1 das zu pyrolysierende Gut vorwärtsbewegt und X cm zurückschreitet, ermöglicht eine sehr lange Verweilzeit in einem relativ kurzen Vergasungsreaktor, wobei das innen-bcheizte Rohr durch die zu pyrolysierende Masse infolge einer schlechten Wärmeleitung und der nach der Außenwand strömenden Gase eine zusätzliche Isolierung erfährt, so daß dieser Reaktor nicht nur den Vorteil des kurzen Bausystems besitzt, sondern auch noch gleichzeitig geringere Wärmevcrluste aufweist.

Die Temperatur wird im Pyrolysereaktor 7 vorzugsweise zwischen 500—700⁰C gehalten. Als Heizmedium dient ein Teil des Vergasungsgases aus der nachfolgenden Vergasungsstufe.

Aus dem Pyrolysereaktor wird das entsprechende Pyrolysegas 8 in das zweite Drittel der nachgeschalteten Halbkoks-Vergasungsstufe (12) eingeleitet.
Der gewonnene Halbkoks aus dem Pyrolysereaktor fällt über den Aufgabebunker 16, der mit Inertgas überdeckt ist, in die Vergasungsstufe 9, die vorzugsweise als /.. B. Drehrostgenerator oder auch Pendelschrittreaktor ausgebildet sein kann.

Der eigentliche Kohlevergaser 9 bekommt nun aufgrund der vorgeschalteten Pyrolysereaktorstufe einen definierten homogenisierten Halbkoks als Vergasungsprodukt, der sich aufgrund bekannter Erfahrungen hervorragend vergasen läßt.

Das obere Drittel der Vergasungsstufe 9, die ebenfalls

bo wie die erste Verfahrensstufe vorzugsweise drucklos arbeitet, enthält einen Ringraum, in dessen Innerem sowohl das Spül- als auch Vergasungsgas nach der Reaktic.·" mit dem Halbkoks im Gegenstrom reagiert.

Die Tcmpcriur in der Vergasungsstufe liegt vorzugs-

bi weise um 1100 C.

Im obersten Drittel erfolgt die Entgasung des HaIbkokses und Umsetzung der im Spülgas (Pyrolysegas) vorhandenen Teer· und Öldämpfe sowie der höheren

Olefine.

Der entgaste Halbkoks gelangt nunmehr in die Vergasungszone und wird mit Luft und Wasserdampf II in ein Luftgas umgesetzt. Über einen Drehrost, welcher gleichzeitig das Vergasungsmittel verteilt, oder über ein Pendelschrittreaktorsystem fällt die Asche in z. B. eine getauchte Ascheschüssel zum Austrag(15).

Alternativ kann auch die Umwandlung der ungesättigten Kohlenwasserstoffe des Spülgases mit der Gasphase aus dem reagierenden Halbkoks der Luftvergasung, vorzugsweise einer thermischen Spaltung entsprechend, erfolgen.

Die hohe Reaktionsbereitschaft des Kokses ist durch die Eintrittstemperatur desselben aus dem Pyrolyseofen gegeben.

Die schwierigen Gasreinigungsprozesse sowohl bei der Müllpyrolyse als auch bei der Kohlevergasung können nach dem erwähnten Verfahren wegfallen, da mit einer technisch ausgereiften Rauchgasentschwefclungstechnik nach dem Einleiten des Heizgases 23 in den Kraftwerkskessel 10 unter Wegfall des E-Filters eine umweltfreundliche Technologie garantiert werden kann.

Die Verwendung von Müll und nicht einsatzfähigen Ballastkohlerückständen für den bestehenden Kraftwerkskesselbcreich bietet für die BRD die Möglichkeit des Betreibens von mehreren Kraftwerksblöcken oder Fernheizanlagen, wobei die Stromerzeugung wirtschaftlicher und somit preiswerter für den Abnehmer gestaltet werden kann, als es z. B. bei Kohlekraftwerken zur Zeit möglich ist.

Diese Folgerung ist unter der Betrachtung zu sehen, daß die Kommunen für die Beseitigung des Mülls z. Zt. enorme Aufwendungen betreiben, die sicherlich für den Betreiber der erfindungsgemäßen Anlagentechnik als j·; Vergütung eingesetzt werden könnten. Weiterhin werden die Flotationsbergehalden substituiert.

Unter der Beachtung, daß ca. 50% der Stromerzeugungskosten durch den Einsatz von Steinkohle entstehen, ist es sicher wirtschaftlich vertretbar, in allen BaI-lungsgebieten, wo Steinkohle und oder auch Braunkohle gefördert wird und gleichzeitig Hausmüll anfällt, einen Energiewandlungsprozeß entsprechend der erfindungsgemäßen Verfahrenstechnologie zu betreiben. Dabei ist zu bedenken, daß Kohle und Müll schlußendlieh über die Vergasungstechnologie einem Gaskessel zugeführt werden können, der wirtschaftlicher arbeitet als ein Kohlekraftwerkskessel oder auch wesentlich wirtschaftlicher arbeitet als ein Müllverbrennungskessel.

Das bedeutet eine 10%ige Verbesserung des Wirkungsgrades gegenüber einem normalen Kohlekraftwerksprozeß.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur gemeinsamen Pyrolyse von Ballastkohle und Müll mit anschließender Vergasung von vorzugsweise unvorbehandeltem Müll zusammen mit Kohlenstoffträgern, wobei der Müll zunächst von nicht brennbaren Teilen befreit, dann unter ständigem Umwälzen einer Pyrolysierung unterzogen und von Luft- und Wasserdampf vergast wird, dadurch gekennzeichnet, daß als zusätzlicher Kohlenstoffträger vorzugsweise unvcrbehandelte Ballastkohle eingesetzt wird, die dem Müll bereits vor der Pyrolyse zu einer im Heizwert homogenisierten Mischung zugegeben und dann während der Pyrolyse bei 500 bis 700°C intensiv und wiederholt mit dem Müll durch taktmäßige Änderung der Fließ- bzw. Förderrichtung durchmengt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zu pyrolysierende Gut während der Pyrolyse im Pendelschritt vor- und zurückgefördert wird, wobei die Vorwärtsförderung die Rückwärtsbewegung im vorgebbaren Maß überschreitet.

3. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, bestehend aus einer Gattierungsanlage und Müll bzw. Ballastkohle aufnehmenden Bunkern, einem beheizbaren, aus Innen- und Außenrohr bestehenden Pyrolysereaklor mit einer Transportvorrichtung und einem Vergaser, dadurch gekennzeichnet, daß der Pyrolyscreaktor (7) als Pendelschritt-Pyrolysereaktor ausgebildet ist, dessen Innenrohr (13) von beiden Enden her beheizbar ist und in dessen zwischen Innen- und Außenrohr (15) ausgebildetem Außenmantcl paddclförmige Mischereinbauten (21) angeordnet sind.

4. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Pyrolysereaktor (7) bezüglich der Drehrichtung umschaltbar ausgebildet ist.

5. Anlage nach Anspruch 3 ur.d Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Pyrolysereaktor (7) in wahlweise einstellbaren Zeittakten abwechselnd in die eine und andere Drehrichtung zu betreiben ist.

6. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit Inertgas gefüllter Aufgabebunker (16) als Verbindungsteil zwischen Pyrolysereaktor (7) und Vergasungsstufe (9) geschaltet ist.