DE3611429A1 - Verfahren zur abfallzersetzung - Google Patents

Verfahren zur abfallzersetzung

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Description

Andrejewski, Honke & Partner, Patentanwälte in Essen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zersetzen von Haushalts- und Industrieabfall unter Ausbildung einer nicht auslaugbaren Schlacke und eines im wesentlichen nur H2 und CO als brennbare Bestandteile enthaltenden Gases.
Heutzutage wird derartiger Abfall außer durch Abkippen auf Deponien fast ausschließlich durch vollständige Verbrennung beseitigt. In der Verbrennungsstufe wird infolge des geringen Wärmewertes, des hohen Wassergehaltes und der ungleichmäßigen Zusammensetzung eine relativ niedrige Temperatur erzielt. Dies bedeutet, daß die Verbrennung unvollständig ist und daß schwerere Kohlenwasserstoffe gebildet werden. Nicht brennbare Bestandteile werden als Asche ausgestoßen, in welcher die Bestandteile gelöst sind oder doch nicht insgesamt gebunden sind, was naturgemäß beim Deponieren der Asche infolge der Staubbildung und infolge der Tatsache, daß schädliche Substanzen leicht aus der Asche ausgelaugt werden können, Probleme mit sich bringt.
Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, ein Verfahren zu schaffen, welches die vorgenannten Nachteile ausschaltet und insofern umweltfreundlich ist, als das Restprodukt im wesentlichen von irgendwelchen ungebundenen Verunreinigungen frei ist und ein Brenngas entsteht, in welchem die brennbaren Bestandteile im wesentlichen nur H„ und CO sind.
Gekennzeichnet ist das erfindungsgemäße Verfahren zur Abfallzersetzung unter Ausbildung einer nicht auslaugbaren Asche und eines nur H„ und CO als brennbare Bestandteile enthaltenden
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Gases im wesentlichen dadurch, daß
a) der Abfall in einen Schachtofen von oben und gleichzeitig Energie in Form eines heißen Oxidationsgases am Boden des Schachtofens eingebracht wird,
b) daß vom Boden des Schachtofens flüssige Schlacke abgezogen und das erzeugte Gas an der Ofengicht entnommen wird, und
c) das erzeugte Gas in eine nachgeschaltete Reaktionskammer eingeleitet wird, während gleichzeitig Energie in Form eines heißen Gases zugeführt wird.
Das im Schachtofen erzeugte Gas enthält Verunreinigungen wie beispielsweise schwere Kohlenwasserstoffe. Die Energiezufuhr zur nachgeschalteten Reaktionskammer und das Vorhandensein von Wasser, welches aus dem Abfall verdampft wurde, läßt die Kohlenwasserstoffe thermisch kracken und CO und H_ entstehen.
Gemäß einem Durchführungsbeispiel der Erfindung wird in einem Plasmagenerator erhitztes Oxidationsgas, vorzugsweise Luft, verwendet, um am Boden des Schachtofens Energie zuzuführen. Die Temperatur läßt sich infolgedessen je nach den Schwankungen in der Zusammensetzung des Abfalls genau und sehr schnell auf den gewünschten Wert steuern.
Zweckmäßigerweise wird das der nachgeschalteten Reaktionskammer zugeführte heiße Gas mittels eines Plasmagenerators erhitzt. Die Verwendung eines Plasmagenerators zur Erhitzung
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gibt diesem eine extrem hohe Energiedichte, sodaß das Volumen des für die gewünschte Energiemenge erforderlichen Gases relativ klein ist.
Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung wird feinpulverisierter Koks und/oder Wasserdampf in die nachgeschaltete Reaktionskammer eingeblasen, um einen zu geringen Gehalt an C und/oder H3O auszugleichen.
Vorzugsweise wird das Gas auch katalytisch gereinigt, um irgendwelche Restbestanteile an schweren Kohlenwasserstoffen zu entfernen. Dabei wird das Gas durch eine einen Katalysator enthaltende Kammer hindurchgeleitet. Als Katalysator wird vorzugsweise Kalk oder Dolomit verwendet, doch können auch andere Katalysatoren wie beispielsweise Nickel verwendet werden.
Vorzugsweise wird das Verfahren derart gesteuert, daß die Temperatur des den Schachtofen verlassenden Gases mindestens 8000C beträgt und daß die die nachgeschaltete Reaktionskammer verlassende Gasmischung mehr als 10000C vorzugsweise annähernd 12000C heiß ist. Die hohe Temperatur in der nachgeschalteten Reaktionskammer erzeugt im wesentlichen eine vollkommene thermische Zersetzung von im Gas vorhandenen schweren Kohlenwasserstoffen.
-Im unteren Teil des Schachtofens wird eine den Schmelzpunkt der Schlacke übersteigende Temperatur eingehalten. Wenn die Schlacke fest wird, werden die unbrennbaren Bestandteile von
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Glas umschlossen, sodaß diese Schlacke völlig sicher, ohne die Umwelt zu belasten, abgekippt werden kann.
Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung werden Chlorverbindungen aus dem Gas dadurch entfernt, daß das Gas nach der Abkühlung durch eine Ätzkalk enthaltende Kammer geleitet wird. Der Ätzkalk wird vorzugsweise einer vorhergehenden katalytischen Reinigung entnommen, bei welcher infolge der hohen Ausgangstemperatur des Gases Kalkstein oder Dolomit kalziniert wurde.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung anhand der beliegenden Zeichnung; es zeigt
Fig.1 eine Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in schematischer Darstellung; und
Fig.2 eine Einrichtung zur katalytischen Zersetzung von schweren Kohlenwasserstoffen und zur Entfernung von Chlorverbindungen aus. dem bei der Pyrolyse des Abfalls erzeugten Gas.
Der Abfall wird durch geeignete Schleusen 2 in einen Schachtofen 1 eingefüllt. Energie und Oxidationsmittel werden am Boden des Schachtofens mittels einer oder mehrerer Anordnungen für die Zufuhr von Heißluft bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel zugeführt. Bei diesen Anordnungen kann es sich beispielsweise um Plasmageneratoren handeln. Das durch Pyrolyse entstandene Gas wird durch eine Ringleitung 5 entnommen, welche
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bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel derart angeordnet ist, daß das Gas unter der Oberfläche 7 des Abfalls 6 im Schachtofen abgezogen wird.
Das auf diese Weise erzeugte Gas wird dann in eine nachgeschaltete Reaktionskammer 8 eingeleitet. Energie wird durch ein Heißgas zugeführt, welches in dem dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel in einem Plasmagenerator 9 erhitzt wird. Die Gesamtheit des Gases oder ein Teil desselben kann durch den Plasmagenerator hindurchgeleitet werden. Feinpulverisierter Koks und/oder Wasserdampf können ebenfalls erforderlichenfalls zugeführt werden, wozu Lanzen 10 verwendet werden, welche nahe dem Einlaß 11 für das im Plasmagenerator erhitzte Gas liegen. Verunreinigungen, hauptsächlich von schweren Kohlenwasserstoffen, werden in dieser Reaktionskammer thermisch zersetzt.
Nach der thermischen Zersetzung kann das Gas einer weiteren Reinigung in einer Einrichtung 12 unterworfen werden, welche in der Zeichnung nur schematisch angedeutet ist und die Form einer leeren Kammer besitzt. Feinpulverisierter Kalk beispielsweise kann in diese Kammer eingeblasen werden, um irgendwelche im Gas verbliebende schwere Kohlenwasserstoffe katalytisch zu zersetzen. Alternativ kann das Gas auch durch eine Füllung aus stückigem Kalk hindurchgeleitet werden, wobei auch irgendwelche anderen Katalysatoren für den Zersetzungsprozeß verwendet werden können.
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Das Gas kann dann einer Entchlorung unterworfen werden, welche im einzelnen unter Bezugnahme auf Fig.2 erläutert wird. Quecksilber kann dem Gas durch Kondensierung in einer Abschlußstufe entzogen werden.
Die in Fig.2 dargestellte Einrichtung zur Gasreinigung besteht aus einem ersten Schacht 13, welcher eine Füllung 14 aus Kalkstein und Dolomit enthält, welche dem Schacht durch eine Schleuse 15 zugeführt wird. Das Gas aus der nachgeschalteten Reaktionskammer wird nach eventuellem Wärmeaustausch durch einen Gaseinlaß 16 am Boden des Schachtes zugeführt und durch einen Auslaß 17 oben am Schacht nach Durchlaufen der Füllung entzogen. Am Boden des Schachtes ist ein Austragtisch oder dergleichen vorgesehen, um teilweise oder insgesamt kalzinierten Kalkstein, der durch eine gasdichte Schleuse 18 entnommen wird, aufzunehmen.
Dieser teilweise oder insgesamt kalzinierte Kalkstein wird dann auf einem Förderband 19 oder dgl. durch eine Schleuse in einen zweiten Schacht 20 eingebracht, um dort eine Füllung 22 zu bilden.
Das den Schacht 13 verlassende Gas strömt durch eine Rohrleitung 23 zu einem Wärmetauscher 24 und wird dort vorzugsweise mit Luft abgekühlt, damit die physikalische Wärme des Gases für die vorhergehenden Verfahrensschritte oder für irgendwelche anderen Zwecke ausgenutzt werden kann. Das Gas wird dann durch die Leitung 25 einem unteren Gaseinlaß 26
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im zweiten Schacht 20 zugeführt und läuft durch die Füllung 22, bevor es durch einen Gasauslaß 27 unter der Decke des Schachtes 20 entnommen wird. Am Boden des Schachtes ist ein Austragtisch oder dgl. angeordnet, um das während der Entchlorung entstandene Produkt über eine gasdichte Schleuse 28 aufzunehmen.
Die Temperatur des am Boden des ersten Schachtes eingeleiteten Gases soll etwa 8000C übersteigen. Bei diesen Temperaturen wird der Kalkstein kalziniert und bildet CaO + CO2- Der Gehalt an schweren Kohlenwasserstoffen des Gases wie beispielsweise Teere oder dgl. wird mit Hilfe von H0O und/oder CO0 unter Verwendung von CaO als Katalysator gekrackt. Die Qualität des Kalksteins sollte entsprechend der herrschenden Gastemperatur ausgewählt werden, da unterschiedliche Kalksteinarten bei unterschiedlichen Temperaturen kalziniert werden. In dieser ersten Stufe wirkt daher der Kalk lediglich als Katalysator beim Kracken und wird nicht durch die chemische Zusammensetzung des Gases beeinflußt. Der entnommene kalzinierte Kalkstein ist zwar noch in stückiger Form, jedoch wesentlich poröser.
Wenn die Teere oder die schweren Kohlenwasserstoffe aus dem Gas entfernt sind, kann dasselbe ohne Schwierigkeiten abgekühlt werden. Dies erfolgt vorzugsweise unter Verwendung von kalter Luft und die erwärmte Luft kann dann in einem oder mehreren der vorhergehenden Verfahrensschritte verwendet werden.
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Der kalzinierte Kalkstein wird weiter dem zweiten Schacht zugeführt, um für diesen eine Füllung zu bilden, welche verwendet wird, um das Gas von Chlorverbindungen und/oder Chlor zu reinigen. CaO und 2HCl reagieren hier, um beispielsweise CaCl2 zu bilden. Diese Reaktion sollte bei einer Temparatur unter dem Schmelzpunkt von CaCl„ in der vorhandenen Form erfolgen.
Das die Anlage verlassende Gas ist daher frei von Kohlenwasser stoff verbindungen und Chlorverbindungen, und nach eventueller Auskondensierung von Quecksilber bestehen die einzigen brennbaren Bestandteile aus CO und HL·. Infolgedessen kann das Gas, welches nach Verbrennung nur noch CO3, H3O und N_ enthält, ohne Umweltbelastung in die Atmosphäre abgelassen werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es daher, daß alle schädlichen, umweltbelastenden Bestandteile, welche normalerweise bei den herkömmlichen Verfahren, wie sie allgemein im Gebrauch sind, große Probleme verursachen, in harmlose und eventuell sogar brauchbare Produkte wie beispielsweise CaCl_ umgewandelt werden.

Claims (14)

  1. Andrejewski, Honke & Partner
    361U29 Patentanwälte
    Diplom-Physiker
    Dr. Walter Andrejewski
    Diplom-Ingenieur
    Dr.-Ing. Manfred Honke
    Diplom-Physiker
    Dr. Karl Gerhard Masch
    Anwaltsakte:
    64 984/E-th
    4300 Essen 1, Theaterplatz 3, Postf. 100254
  2. 2. April 1986
    Patentanmeldung SKF Steel Engineering AB
    P. 0. Box 202 S-813 00 HOFORS, Schweden
    Verfahren zur Abfallzersetzung.
    Patentansprüche.
    1. Verfahren zur Abfallzersetzung unter Ausbildung einer nicht auslaugbaren Schlacke und eines nur H2 und CO als brennbare Bestandteile enthaltenden Gases, dadurch gekennzeichnet , daß
    a) der Abfall in einen Schachtofen (1) von oben und gleichzeitig Energie in Form eines heißen Oxidationsgases am Boden des Schachtofens eingebracht wird,
    Andrejewski, Honke & Partner, Patentanwälte in Essen
    b) daß vom Boden des Schachtofens flüssige Schlacke abgezogen und das erzeugte Gas an der Ofengicht entnommen wird, und daß
    c) das erzeugte Gas in eine nachgeschaltete Reaktionskammer (8) eingeleitet wird, während gleichzeitig Energie in Form eines heißen Gases zugeführt wird.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das der nachgeschalteten Reaktionskammer (8) zugeführte heiße Gas mittels eines Plasmagenerators (9) erhitzt wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß das der nachgeschalteten Reaktionskammer (8) zugeführte heiße Gas aus Luft, Umlaufgas oder Stickstoffgas besteht.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in die nachgeschaltete Reaktionskammer (8) Wasserdampf eingeblasen wird.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in die nachgeschaltete Reaktionskammer (8) fein verteilter Koks eingeblasen wird.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das am Boden des Schachtofens (1) zugeführte heiße Gas mittels eines Plasmagenerators (3; 4) erhitzt wird.
    361U29
    Andrejewski, Honke & Partner, Patentanwälte in Essen
  7. 7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das am Boden des Schachtofens (1) zugeführte heiße Gas aus Luft besteht.
  8. 8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas in einem weiteren Schritt katalytisch gereinigt wird.
  9. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas durch eine aus stückigem Kalk bestehende Füllung (14) geleitet wird.
  10. 10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß pulverisierter Kalk in das Gas eingeblasen wird.
  11. 11. Verfahren nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß irgendwelche im Gas vorhandene Chlorverunreinigungen dadurch gekrackt werden, daß das Gas durch eine Ätzkalk enthaltende Kammer (20) geleitet wird.
  12. 12. Verfahren nach Anspruch 11 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß in katalytischer Zersetzung entstandener Ätzkalk für den Krackprozeß verwendet wird.
  13. 13. Verfahren nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren derart gesteuert wird, daß die Temperatur des den Schachtofen (1) verlassenden Gases höchstens 8500C beträgt.
    Andrejewski, Honke & Partner, Patentanwälte in Essen
  14. 14. Verfahren nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die der nachgeschalteten Kammer (8) zugeführte Energiemenge derart gesteuert wird, daß die Temperatur des in der nachgeschalteten Reaktionskammer erzeugten Gasgemisches über etwa 10000C beträgt.
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