DE3608005C2 - - Google Patents

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entsorgung von Müll, der toxische oder umweltschädliche Bestandteile enthält oder bei der Pyrolyse oder Verbrennung entstehen läßt, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die Notwendigkeit einer Entsorgung problematischer Sonder­ abfälle ist in den letzten Jahren zunehmend in das Blickfeld der Öffentlichkeit gerückt.
Für die Vernichtung von hochtoxischem Sondermüll, im allge­ meinen schwefel- und halogenhaltige Kohlenwasserstoffe wie z.B. Tetrachlordibenzodioxin, polychlorierte Biphenyle und chemische Kampfstoffe sowie von problematischem Haushalts­ müll (z.B. PVC-haltige Abfälle) und Industrieabfällen (z.B. halogenierte Kohlenwasserstoffe) fehlen sichere und kosten­ günstige Verfahren. Die bisher vielfach angewandte Deponie­ rung stößt gerade in dichtbesiedelten Ländern immer mehr auf Schwierigkeiten. Auch eine Verbrennung solchen Mülls auf hoher See ist wegen der damit verbundenen hohen Umweltrisiken keine Lösung für die Zukunft.
Bei den gängigen Verfahren der Abfallpyrolyse (Verschwelung des Abfalls durch Wärmezufuhr unter Luftabschluß in einem Drehrohrofen) ist eine ausreichend lange Verweilzeit bei der erforderlichen Temperatur nicht in jedem Falle für den ge­ samten eingebrachten Sondermüll zu gewährleisten. Es kann so­ gar vorkommen, daß bei der Vernichtung von an sich weniger gefährlichen Abfällen (z.B. PVC-haltigem Haushaltsmüll) durch die Reaktionsbedingungen neue Gifte (z.B. Dioxin) entstehen. Daher ist eine aufwendige und kostspielige Nachbehandlung der Abgase erforderlich, die bisher nur für bestimmte Sonder­ müllarten technisch durchführbar ist.
Aus der US-PS 36 47 358 ist es bekannt, Rauchgas dadurch zu reinigen, daß es durch eine Salzschmelze geleitet wird. Eine Anwendung des Verfahrens zur Müllentsorgung ist nicht offenbart.
Die DE-AS 23 04 369 beschreibt ein Verfahren zur Entsorgung von Müll, der toxischen oder umweltschädlichen Bestandteile enthält oder bei der Pyrolyse oder Verbrennung entstehen läßt, mit Pyrolyse des Mülls und Nachkracken des entstandenen Gases in einer heißen Flüssigkeit mit einer Temperatur über 1300°C. Dieses Verfahren bildet den Oberbegriff des Anspruchs 1. Der Müll gelangt bei diesem Verfahren stückig in die heiße Flüssigkeit. Es kann daher nicht garantiert werden, daß eine vollständige Durchreaktion erfolgt.
Aufgabe der Erfindung ist es, das genannte Verfahren dahingehend zu verbessern, daß der Müll möglichst vollständig durchreagiert.
Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe durch die kenn­ zeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Bei der Nachbehandlung werden die Pyrolysegase bzw. die Ab­ gase aus der Müllverbrennung zusammen mit einem Oxidations­ mittel, vorzugsweise Sauerstoff oder Luft, durch eine heiße Flüssigkeit, vorzugsweise eine Metallschmelze, wie z.B. flüs­ siges Eisen bei 1600°C, geblasen. Der Aufstieg der Gasblasen nimmt dabei eine gewisse Mindestzeit in Anspruch, die je nach Blasengröße einige Sekunden bis zu einer Minute dauert; wäh­ rend dieser Zeit sind die Gasblasen auch sicher auf der Tem­ peratur der Metallschmelze.
Die hierbei auftretenden chemischen Reaktionen sind von der Stahlerzeugung her bekannt. Während des Aufstiegs der Gas­ blasen durch die Metallschmelze reagieren die in den Pyro­ lysegasen enthaltenen Kohlenwasserstoffe mit dem Oxidations­ mittel unter Bildung von Kohlenmonoxid und Wasserstoff. Diese Reaktion ist exotherm und hält die Metallschmelze auf der ge­ wünschten Temperatur. Zur Temperaturregulierung kann der als Oxidationsmittel verwendete Sauerstoff (bzw. Luft) ganz oder teilweise durch Wasserdampf oder Kohlendioxid ersetzt werden, wobei die Verwendung von Gemischen oder eine abwechselnde Be­ triebsweise in Frage kommt.
Aus den in den Pyrolysegasen enthaltenen Halogenverbindungen (hauptsächlich chlorierte Kohlenwasserstoffe) entstehen unter den dabei vorliegenden Bedingungen die entsprechenden Halogenwasserstoffe (hauptsächlich HCl). Ebenso entsteht aus den enthaltenen Schwefelverbindungen Schwefelwasserstoff und aus den enthaltenen Phosphorverbindungen Phosphorwasserstoff. Diese im Produktgas in geringer Konzentration vorliegenden sauren Gase können z.B. durch Zugabe geeigneter Zuschlag­ stoffe (vorzugsweise CaO, MgO, SiO2, Al2O3 und Altglas) unter Bildung einer Schlacke gebunden werden. Dieses Ver­ fahren ist von der Stahlerzeugung und von der Kohlevergasung her bekannt. Derartige Schlacken sind wasserunlöslich und können problemlos deponiert oder weiterverwendet werden, z.B. im Straßenbau.
Bei der Verwendung einer Eisenschmelze als heißer Flüssigkeit ist ein Kohlenstoffgehalt von etwa 2 bis 4 Gew.-% zur Erzie­ lung einer erhöhten Standzeit der Reaktorauskleidung durch Verminderung der Sauerstoffaktivität in der Eisenschmelze vorteilhaft. Dies läßt sich erreichen, indem man das Ver­ hältnis zwischen eingesetztem Abgas und Oxidationsmittel entsprechend varriiert.
Die Zusammensetzung der Metallschmelze kann den Erfordernis­ sen der jeweils eingesetzten Pyrolysegase oder der sonst ein­ gesetzten Abgase speziell angepaßt werden. Hierbei kann das Eisen ganz oder teilweise durch Metalle wie Kupfer, Kobalt, Nickel, Wolfram, Chrom oder Molybdän ersetzt werden. Zur Erzielung extremer Temperaturen kann auch eine Metalloxid­ schmelze oder eine Salzschmelze verwendet werden.
Das beschriebene Verfahren ist in analoger Weise zur Ent­ giftung der Abgase von Kraft- und Heizwerken einsetzbar. Wenn der Heizwert der eingesetzten Abgase zur Aufrechterhal­ tung der Temperatur der Schmelze nicht ausreicht, ist eine Beimischung oder abwechselnde Einleitung von energiereichen Gasen (z.B. Erdgas, verdampfte Kohlenwasserstoffe) oder eine Zugabe von energiereichen Stoffen wie z.B. Steinkohle mög­ lich.
Folgend ist ein Ausführungsbeispiel beschrieben und durch eine Skizze erläutert.
Die Figur zeigt schematisch eine geschlossene, mit feuer­ festem Material ausgekleidete Wanne, die vorzugsweise in Form eines liegenden Zylinders 1 ausgebildet ist; die Größe kann dem jeweils erforderlichen Gasdurchsatz angepaßt werden.
Innerhalb der Wanne 1 befindet sich eine heiße Flüssigkeit bzw. Schmelze 2, vorzugsweise flüssiges Eisen bei ca. 1600°C; auf welcher eine Schlacke 3 schwimmt, über der sich ein Produktgas 4 befindet.
Die Schlacke 3 wird durch Schlackenzuschlagstoffe 5 erzeugt, welche über Absperrarmaturen 6 der heißen Flüssigkeit 2 zu­ geführt werden. Am Schlackenabzug 7 erfolgt dann ihr perio­ discher Abstich 8.
Das Pyrolysegas 9 oder die sonst zum Einsatz kommenden Gase und das Oxidationsmittel 10 werden durch am Boden der Wanne 1 angeordnete Düsen 11 in die Schmelze 2 eingeleitet. Die Düsen 11 sind dabei vorzugsweise konzentrisch ausgebildet, wobei das Oxidationsmittel 10 durch die äußeren Teile der Düsen 11 geleitet wird, um deren thermische Belastung zu verringern.
Ein alternatives Verfahren (in der Figur nicht dargestellt) besteht darin, eines der Gase 9, 10 oder beide in hoher Ge­ schwindigkeit (z.B. 200 m/s) von oben in die heiße Flüssig­ keit bzw. Schmelze 2 einzublasen, ohne daß die Düsen 11 in die heiße Flüssigkeit 2 oder die Schlacke 3 eintauchen.
Die Düsen 11 sind nur in der einen Hälfte der Wanne 1 ange­ ordnet, so daß sich in der anderen Hälfte, wo sich der Schlackenabzug 7 befindet, eine Schlackenberuhigungszone 12 ausbildet. Dies hat den Vorteil, daß die dort abgezogene Schlacke 3 nicht so sehr mit aufgewirbelten Tröpfchen der heißen Flüssigkeit bzw. SchmeIze 2 durchmischt ist und daß das während des Prozesses entstandene und dort über einen Gasauslaß 13 abgenommene Produktgas 4 einen geringeren Staubgehalt aufweist.
Das Produktgas 4 wird zunächst in einem Kondensator 14 ge­ kühlt. Dabei fällt ein Kondensat 15 an, das vorwiegend aus Wasser besteht, besonders, wenn Wasserdampf als Oxidations­ mittel 10 verwendet wurde.
Außerdem fallen dort flüchtige Schwermetalle (z.B. Queck­ silber) an, sofern sie im eingesetzten Pyrolysegas 9 ent­ halten waren.
Das abgekühlte Produktgas 4 wird anschließend in einem Filter 16 entstaubt. Der anfallende Staub kann über eine Leitung 17 in die Wanne 2 rückgeführt werden. Das gereinigte Produktgas 4 besteht anschließend aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid (Synthesegas) und kann in der technisch üblichen Weise weiterverwendet werden. Bei Einsatz von Luft als Oxidations­ mittel 10 enthält es daneben noch einen Anteil an Inertgasen wie Stickstoff und Argon.

Claims (11)

1. Verfahren zur Entsorgung von Müll, der toxische oder umweltschädliche Bestandteile enthält oder bei der Pyrolyse oder Verbrennung entstehen läßt, mit Pyrolyse des Mülls und Nachkracken des entstandenen Gases in einer heißen Flüssigkeit mit einer Temperatur über 1300°C, dadurch gekennzeichnet, daß
  • - der Müll bei einer Temperatur zwischen 500 und 900°C verschwelt (pyrolysiert) wird
  • - das dabei entstandene Pyrolysegas (9) in die heiße Flüssigkeit (2) gebracht wird und
  • - ein gasförmiges Oxidationsmittel (10) zugeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als heiße Flüssigkeit (2) flüssiges Eisen mit einer Temperatur zwischen 1400 und 1600°C verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch Steuerung der Menge des zugesetzten Oxidations­ mittels (10) in dem flüssigen Eisen (2) ein Kohlenstoff­ gehalt zwischen 2 und 4 Gew.-% aufrechterhalten wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die heiße Flüssigkeit (2) flüssiges Kupfer ist.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die heiße Flüssigkeit (2) eine Metalloxid- oder Salz­ schmelze ist.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß das Oxidationsmittel (10) ein Gemisch aus einer starken und einer schwachen Komponente ist, wobei eine Variation des Verhältnisses beider Kompo­ nenten zur Temperaturregulierung verwendet wird, oder daß zu diesem Zweck beide Komponenten abwechselnd verwendet werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die starke Komponente des Oxidationsmittels (10) Sauerstoff oder Luft und die schwache Komponente Wasserdampf oder Kohlendioxid ist.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Oxidationsmittel (10) mit hoher Geschwindigkeit, z.B. 200 m/sec von oben in die heiße Flüssigkeit (2) eingeblasen wird.
9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Wanne (1) für die heiße Flüssigkeit (2) und Düsen (11) zum Einbringen von Pyrolysegas (9) und gasförmigem Oxidationsmittel (10).
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen (11) am Boden der Wanne (1) angeordnet sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen (11) nur in einer Hälfte der Wanne (1) angeordnet sind.
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