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Verfahren zur thermischen Aufbereitung von
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Abfallstoffen sowie Vorrichtung zur Durchführung desselben Patentansprüche:
Seiten 2 bis 3 Beschreibung : Seiten 4 bis 14 Zeichnung : Seite 15
Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur thermischen Aufbereitung von üborwiegend organische
Medien enthaltenden Abfallstoffen sowie eine Vorrichtung zu seiner Durchführung.
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Die Erfindung hetrifft insbesondere ein Verfahren zum Behandeln von
gebrauchten Lösemitteln, insbesondere solchen welche in gelöster oder suspendierter
Form weitere Produkte, wie z.B. Öle, Schmierfette, Kunstharze, biturainöse Produkte,
aber auch feste Anteile, wie Pigmente, Abriebstoffe, Salze, anorganische Produkte
und außerdem gegebenenfalls Wasser, enthalten.
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Ein wesentliches Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, aus
den Abfallstoffen wiederverwertbare Rohstoffe zurückzugewinnen und das Verfahren
unter Verwertung des Energieinhaltes der Abfallstoffe bei möglichst geringer Zuführung
zusätzlicher Fremdenergie zu betreiben. Ein weiteres Ziel des erfindungsgemäßen
Verfahrens besteht darin, den Anfall von zu deponierenden Reststoffen so gering
wie möglich zu halten.
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Die Erfindung geht dabei von einem Stand der Technik aus, nach dem
es üblich ist, gebrauchte Lösemittel im Recycling-Verfahren wieder aufzubereiten
oder sie, wie auch die Aufbereitungsrückstände, durch Verbrennung bzw. geeignete
Deponierung zu beseitigen.
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Beim Recycling-Verfahren wird im einfachsten Falle das ,ebrauchte
Lösemittel durch eine Filtration von festen, im Lösemittel dispergierten Ahfallstoffcjn
befreit. Zu wiederver.!ertbaren Lösemitteln komint man jedoch in der Regel nur durch
Destillation und Rektifikation der verunreinigten Lösemittel, wobei je nach Art
der Lösemittel die Temperatur- und Destillationsbedingungen vorgegeben sind. Die
dabei in mehr oder weniger großen Mengen anfallenden Destilw lationsrückstände werden,
insbesondere auf See, verbraniit oder, wenn sie feste Konsistenz haben, auf Sondermülldeponien
oder unter Tage abgelagert. Diese Verfahren sind energievergeudend sowie, insbesondere
im Hinblick auf die Behandlung der Rückstände und ihre Beseitigung als Abfall, sehr
kostenintensiv, unwirtschaftlich und umweltschädigend.
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Zumeist enthalten die Destillationsrückstände noch wesentliche Lösemittelreste,
die man jedoch mit der Technik herkömmlicher Re generierungs an lagen nicht wirtschaftlich
abdestillieren kann, und Stoffe, die ohne kostspielige weitere Aufbereitung unverwertbar
sind, die aber einen sehr hohen Energiegehalt aufweisen.
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Ein weiterer Nachteil dieser Verfahren ist, daß eine vorgesehene Verbrennung
oder Lagerung der Rückstände rneist nicht am Ort des Anfallen erfolgt. Im Regelfall
müssen die Abfälle auf der Straße oder Schiene zu Sammelstationen transportiert
und dort zwischengelagert werden. Danach müssen die
Abfallprodukte
auf Schiffe umgeladen und in entsprechendex Entfernung von der Küste auf See verbrannt
werden. Die Verbrennung auf See wird jedoch zunehmend als ökologisch untragbar empfunden.
Auch eine gegebenenfalls in Frage kommende Ablagerung auf Sondermülldeponien ist
nur quantitativ begrenzt möglich und unter Umweltgesichtspunkten nicht problemfrei.
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Bei der üblichen Aufbereitung organischer Abfallstoffe, isbesondere
gebrauchter Lösemittel, hat man somit in Form des Destillates nur eine Nutzphase.
Der zur Zeit unter vernünftigen wirtschaftlichen Bedingungen nicht mehr destillierbare
Rest wird als Abfallphase betrachtet, deren Beseitigung erhebliche Kosten verursacht.
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Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, den Anteil
an zu deponierenden Rückständen wesentlich zu verringern, und somit den Erfordernissen
des Umweltschutzes zu entsprechen. Gleichzeitig soll der durch Destillation nicht
mehr aufarbeitbare Rückstand zur Gewinnung der Energie für die Aufbereitung der
Abfallstoffe in möglichst hohem Maße herangezogen und somit der allgemeinen Energieknappheit
Rechnung getragen werden. Der erfindungsgemäßen Aufgabe liegen somit drei Problemstellungen
zugrunde: 1. Die mögliche Gesamtmenge der Destillate soll dadurch erhöht werden,
daß die Wirtschaftlichkeitsgrenze des jeweils
erforderlichen Destillationsverfahrens
durch Energiekosteneinsparung infolge Ausnutzung der in den Rückstandsstoffen erhaltenen
Verbrennungswärme gesenkt wird.
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2. Die Menge an Abfallstoffen soll dadurch herabgesetzt werden, daß
die in ihr enthaltenen organischen Bestandteil möglichst quantitativ pyrolysiert
und die Pyrolysegase zur Deckung des Energiebedarfs verwendet werden.
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3. Das Verfahren soll in möglichst einfacher Weise durchführbar und
die hierzu notwendige Vorrichtung einfach und durch modulare Bauweise auf den jeweiligen
Verwendungszweck abstimmbar sein.
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Die erfindungsgemäße Aufgabe wird verfahrenstechnisch dadurch gelöst,
daß man in einer Vorrichtung zunächst einen vorher festgelegten Anteil der Abfallstoffe
in Anwesenheit von Luftsauerstoff im wesentlichen ohne Zersetzung abdestilliert
und danach in der gleichen Vorrichtung die verbliebenen Anteile bei. erhöhten Temperaturen
unter Ausschluß von Luftsauerstoff pyrolysiert.
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Ein wesentliches Merkmal der dem erfindungsgemäßen Verfahren zugrunde
liegenden Erfindung besteht somit darin, daß man in der gleichen Reaktionskammer
zunächst eine in üblicher Form ablaufende Destillation durchführt. Die Bedingungen
der
Destillation werden dabei dem zu destillierenden Gut angepaßt,
indem man das zu behandelnde Gut auf eine entsprechende Temperatur aufheizt. Dabei
kann die Destillation durch Anlegen von Vakuuiv gegebenenfalls bei relativ niedrigen
Temperaturen durchgeführt werden. Je nach Art und Anteil an Lösemitteln kann die
Destillation unter Fraktionierung erfolgen. Es ist auch möglich, unter Verwendung
von Wasser oder Wasserdampf die Destillation unter azeotropen Bedingungen durchzuführen.
Der Anteil, welcher aus den zu behandelnden Abfallstoffen durch Destillation entfernt
werden soll, wird zweckmäßig vorher durch einen Laborversuch bestimmt Die Durchführung
der Destillation ist im wesentlichen durch Art und Menge des destillierbaren Gutes
bestimmt.
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Ist der vorher festgelegte Anteil an Destillat aus dem Abfallstoff
abgetrennt, wird der Behälter gegen die Außenluftabgeschlossen und zweckmäßig durch
Spülen mit Inertgasen von Sauerstoff befreit. Durch weitere Erhöhung der Temperatur
wird nun die Pyrolyse des Rückstandes vorgenommen, die in der Regel bei Temperaturen
von 200 OC beginnt und vorzugsweise bis zu Temperaturen von 450 OC betrieben wird.
Die erhaltenen Pyrolysegase bilden nun wertvolle Betriebsstoffe für das erfindungsgemäße
Verfahren, wobei ein Teil dieser Pyrolysegase indirekt zur Beheizung des Behälters
und damit zur Aufrechterhaltung der weiteren Pyrolyse verwendet wird, während das
restliche Pyrolysegas vorzugsweise zur Beheizung weiterer Destillations- und Pyrolysebehälter
eingesetzt wird.
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Die-bevorzugte Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht
somit darin, daß man eine funktionell entsprechende zweite Destillations- und Pyrolysevorrichtung
mit den gasförmigen Pyrolyseprodukten der ersten Vorrichtung heheizt.
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Es ist dabei besonders bevorzugt, daß man die beiden einander entsprechenden
Destillations-/Pyrolysevorrichtungen im Gegentakt betreibt.
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Hierdurch ist es möglich, durch Verbrennung der Pyrolysegase des ersten
Destillations- bzw. Pyrolysegefäßes das zweite Destillations- bzw. Pyrolysegefäß
zu beheizen, so daß nach dem einmaligen Anfahren der Anlage zenit sekundärer Energie,
z.B. Heizöl, das Verfahren unter praktisch alleiniger Nutzung des Energieinhaltes
der Abfallstoffe betrieben werden kann.
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Es ist dem Fachmann klar, daß man anstelle von zwei im Gegentakt arbeitenden
Vorrichtungen auch eine Mehrzahl hintereinander geschalteter Vorrichtungen verwenden
kann. Hierdurch gelingt eine einfache Anpassung der Verfahrensbedingungen an die
unterschiedlichen aufzuarbeitenden Abfallstoffe. Wesentlich ist dabei die Ausnutzung
der Pyrolysegase zur Erzeugung von Wärme für die Beheizung eines oder mehrerer funktionell
entsprechender Destillations- bzw. Pyrolysegefäße.
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Es hat sich gezeigt, daß die in organischen Abfallstoffen, wie z.B.
gebrauchten Lösemitteln, enthaltenen Schmieröle,
Fette, Kunstharze,
Polymerisate, im wesentlichen ausreichen, um die Prozeßwärme zu liefern bzw. es
ermöglichen, mit möglichst geringen Mengen zusätzlicher Heizenergie aus zur kommen.
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Die erhaltenen Rückstände fallen meist in fester Form, insbesondere
in bröckeliger Form, z.B. in Form von Granulaten, an.
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Dabei wird die Form des zu deponierenden, nicht mehr zu verwertenden
Abfallproduktes im wesentlichen durch die erreichte Endtemperatur sowie durch apparative
Bedingungen, z.B.
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Art der verwendeten Rührorgane, bestimmt.
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Die beim erfindungsgemäßen Verfahren anfallenden festen, pyrolysierten
Endprodukte stellen nur noch einen Bruchteil des zu deponierenden Materials, welches
nach Verfahren des Standes der Technik erhalten wird, dar. Sie können entweder einfacheren
Deponien zugeführt werden oder als Füllstoffe, z.B. Bitumen, zugesetzt und im Straßenbau
verwendet werden.
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Pyrolyseprodukte mit hohen Kohlenstoffgehalten können mtunter zu Adsorptionszwecken
verwendet werden.
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Eine besonders geeignete Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens zwei funktionell einander
entsprechende beheizbare und mit Rührern versehene Behälter, die im oberen Bereich
Rohrleitungen für das Destillat, welche in Verbindung mit einer Kondensations- und
Sammelvorrichtung stehen, Rohrleitungen
für die Pyrolysegase,
welche in eine gemeinsame Brennkammer münden, und Rohrleitungen für die Zuführung
von Inertgas aufweisen, wobei die Behälter jeweils mit einem Heizmantel versehen
sind, welcher über Leitungen mit einem in der Brennkammer angeordneten Wärmeaustauscher
in Verbindung steht, sowie Einrichtungen zum Befüllen und Entleeren der Behälter
umfaßt.
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Das Befüllen der Behälter kann mittels geeigneter Dosierpumpen über
Leitungen erfolgen, sofern die Abfallstoffe in flüssigem, zumindest aber pumpfähigem
Zustand vorliegen.
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Hochviskose, nicht pumpfähige Medien oder Abfallstoffe mit hohem Festkörpergehalt
werden zweckmäßig durch Einfüllstutzen in die Behälter gegeben. Das zu behandelnde
Gut wird in den Behältern mittels Rührern verteilt, wobei insbesondere abstreifende
Rührorgane verwendet werden. Im Boden der Behälter befindet sich eine Austragsvorrichtung
für das thermisch zersetzte Gut.
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Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, einen Teil der Abgase der Brennkammer
in die Zersetzungsbehälter zu leiten, um auf diese Weise den Ausschluß von Sauerstoff
zu gewährleisten.
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In die Destillations- bzw. Zersetzungsbehälter können insbesondere
im unteren Bereich noch Rohrleitungen münden, durch welche Wasser oder Wasserdampf
zur azeotropen Destillation
oder zum Reinigen der Behälter eingeleitet
wird.
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Das bei der Destillation abgetriebene Destillat wird zweckmäßig in
Rektifikationskolonnen kondensiert und nach weiterer Kühlung einem Lagerbehälter
oder einer Abfüllstation zugeführt.
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In die Brennkammer münden die Rohrleitungen, welche die Schwelgase
aus den Zersetzungsbehältern abführen. Zum Anfahren der Anlage ist es sinnvoll,
in der gleichen Brennkammer noch einen Brenner für Hilfsenergie, z.B. Heizöl oder
Erdgas, gegebenenfalls in Verbindung mit einem Frischluftgebläse, anzuordnen. Ist
die Anlage in Betrieb, erübrigt sich in der Regel die Zufuhr dieser Fremdenergie.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist in der Zeichnung noch näher erläutert.
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Die Destillations- bzw. Pyrolysebehälter Sind dabei mit 3 und 4 bezeichnet.
In den Behältern sind Rührer l und 2 angeordnet, welche Abstreiforgane 18 aufweisen.
Die Behälter weisen Einfüllstutzen 19 zur Befüllung mit flüssigem oder pastösem
Gut auf. Pumpfähiges Gut kann aus einem Sammelbehälter 20 mittels einer Pumpe 21
über die Rohrleitungen 14 und 15 den Behältern 3 und 4 zugeführt werden. Die Behälter
3 und 4 weisen eine Mantelbeheizung 11 auf. Im Regelfall wird zunächst beim Anfahren
der Anlage einer der beiden Behälter
mit aufzuarbeitenden Abfallstoffen
gefüllt. Durch Verbrennen eines zusätzlichen Energieträgers, z.B. Heizöl, aus dem
Tank 22 mittels des Brenners 23 wird in der Brennkammer 9 Wärme erzeugt, welche
an den Wärmeaustauscher 13 abgegeben wird. Die im Wärmeaustauscher 13 erhitzte Luft
wird nun mittels des Gebläses 24 über die Leitungen 12 dem Heizmantel 11 des Behälters
3 zugeführt und nach Abkühlung im Behälter 3 wieder vom Gebläse 24 angesaugt. Vorzugsweise
wird das Gebläse 24, wie in der Zeichnung dargestellt, zum Zwecke der besseren Heißluftsteuerung,
als Doppelgebläse ausgeführt. Die zur Verbrennung erforderliche Frischluft kann
durch einen auf der Brennkammer 9 angedeuteten Luftstutzen oder durch ein mit dem
Brenner 23 zu verbindendes Frischluftgebläse zugeführt werden. Nach Überschreiten
des Siedepunktes destillieren die Lösemittel über .die Leitungen 5 in die Rektifikationskolonne
6 und werden gegebenenfalls nach Durchlaufen eines zusätzlichen Kühlers 25 einem
Sammelbehälter 7 zugeführt. Nach Beendigung der Destillation wird die Temperatur
weiter gesteigert und durch Einleiten von Inertgas über die Leitung 10, zweckmäßig
in Form von Verbrennungsgasen, der über dem zu pyrolysierenden Gut befindliche Sauerstoff
im Behälter 3 verdrängt. Die Pyrolysegase gelangen über die Leitung 8 in die Brennkammer
9, wo sie wiederum zur Wärmegewinnung für den Heizmantel 11 des Behälters 3 verbrannt
werden. Die Zuführung von Fremdenergie kann nun gedrosselt oder ganz eingestellt
werden. Es wird nun der analoge zweite Behälter 4 mit aufzuarbeitenden Abfallstoffen
gefüllt,
wobei der Heizmantel 11 des Behälters 4 indirekt mit Hilfe der verbrannten Pyrolysegase
des Behalters 3 aufgeheizt wird. Nach Beendigung der Pyrolyse in dem Behälter 3
soll die Aufarbeitung in dem Behälter 4 so weit fortgeschritten sein, daß auch dort
genügend Pyrolysegase gebildet werden, um den Zersetzungsprozeß aufrechtzuerhalten.
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Aus dem Behälter 3 wird nun das pyrolysierte Gut mittels Abfülleinrichtungen
26 entfernt. Der Behälter 3 kann nun durch Einblasen von Luft gekühlt werden, wobei
die abgeführte Wärme über Wärmeaustauscher wiedergewonnen werden kann.
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Nach der erneuten Chargierung des Behälters 3 erfolgt dessen Aufheizung
mit den in der Brennkainmer 9 verbrannten Schwelgasen aus dem Behälter 4.