DE4011945C1 - Waste material pyrolysis system - compresses material and heats it by friction against chamber walls - Google Patents
Waste material pyrolysis system - compresses material and heats it by friction against chamber wallsInfo
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- C10B47/02—Destructive distillation of solid carbonaceous materials with indirect heating, e.g. by external combustion with stationary charge
- C10B47/12—Destructive distillation of solid carbonaceous materials with indirect heating, e.g. by external combustion with stationary charge in which the charge is subjected to mechanical pressures during coking
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Description
Mit zunehmendem Wohlstand werden Industrieabfälle
und Hausmüll überdurchschnittlich steigen. Die
größere Sensibilität der Bevölkerung für Umweltpro
bleme führt auch dazu, daß Fragen der Müllentstehung
und -entsorgung eine wesentlich höhere Priorität ge
winnen. Die bisherigen Lösungsvorschläge zur über
zeugenden Müllentsorgung sind unzureichend.
Die klassische Entsorgungsform von Haus- und Industrie
abfällen aller Art ist auch heute noch das Deponieren,
ohne daß dadurch das Entsorgungsproblem tatsächlich
gelöst wäre. Rund 80% aller anfallenden Abfälle wer
den so behandelt. Die hohe Umweltbelastung und fehlen
de Deponieflächen zwangen jedoch zu Alternativ-Lösun
gen.
Einen Ausweg sah man in Müllverbrennungsanlagen. Das
Verbrennen von Abfällen beinhaltet eine Vielzahl von
Nachteilen, wie z.B. schlechter Wirkungsgrad, hoher
Schadstoffanfall und hohe Investitions- und Betriebs
kosten. Darüber hinaus sind Müllverbrennungsanlagen
aufgrund der hohen Kosten nur für Ballungsgebiete
wirtschaftlich sinnvoll, ohne daß dabei die Schadstoff
emission befriedigend gelöst werden konnte.
Mit der Entgasung von organischen Abfällen glaubte
man, über eine Möglichkeit zu verfügen, um die Müll
verbrennung zu vermeiden und Kleinanlagen wirtschaft
lich betreiben zu können.
In den letzten Jahren wurde daher eine Vielzahl von
Pyrolyseverfahren entwickelt und erpropt. Diese Ver
fahren unterscheiden sich vor allem bezüglich der Ent
gasungseinheiten, während die nachgeschalteten Aggre
gate, wie Verbrennungs- und Nachverbrennungskammer,
Staubfilterung und Abgasreinigung, weitgehend bei
heutigem Stand der Technik vergleichbar sind.
Die heute bekannten Entgasungseinheiten lassen sich
in drei Typen einteilen:
- 1. Schachtöfen, in die das Pyrolysegut von oben eingebracht wird, und den Ofenschacht in verti kaler Richtung durch Schwerkraft durchwandert.
- 2. Drehrohröfen, bei denen durch Rotation des Rohr schachtes das rieselfähige Pyrolysegut durch mischt und mit den erwärmten Wänden ständig erneut in Kontakt gebracht wird, und
- 3. Wirbelschichtöfen, bei denen ein in ständig ver wirbelter Bewegung befindliches Sandbett für einen Wärmeübergang mit dem Pyrolysegut sorgt.
Die beschriebenen Entgasungsreaktoren, wie beispielsweise
aus den AT-PS′en 1 16 725 und 3 63 577 bekannt, sind mit einer
Vielzahl von Nachteilen und technisch zur Zeit noch nicht
befriedigend lösbaren Problemen behaftet. Allen drei
Reaktortypen ist gemeinsam,
- 1. daß zur Verbesserung des Wärmeübergangs die zu pyrolisierenden Abfälle vorzerkleinert werden müssen, was hohe Kosten verursacht,
- 2. daß mit den organischen Substanzen zum Pyrolisieren Atmosphärenluft mit Sauerstoff eingebracht werden muß, der im Pyrolysereaktor zu Verbrennungen und Verpuffungen führt und darüber hinaus die Pyrolyse produkte mit Verbrennungsabgasen verdünnt.
- 3. daß die Aufheizung der Abfälle relativ langsam verläuft und mit erheblichen Wärmeverlusten ver bunden ist, da der Wirkungsgrad schlecht ist und der eingebrachte Stickstoff miterwärmt und mit entsorgt werden muß.
- 4. Die beschriebenen Entgasungsreaktoren müssen aus wirtschaftlichen Gründen ein relativ großes Volumen besitzen und sind bei den herrschenden Temperaturen von über 450°C an der Grenze der mechanischen Be lastbarkeit, so daß sie nur für den Betrieb bei et wa Atmosphärendruck geeignet sind.
- 5. Des weiteren wird von den Entgasungreaktoren Gas dichtheit gefordert, um den Austritt von Schad und Wirkstoffen zu verhindern. Aus diesem Grunde besitzen sie aufwendige temperaturbelastete Schleusenkonstruktionen und Dichtungen zum Ein und Ausbringen des Pyrolysegutes, bzw. der Pyro lyserückstände.
Schachtöfen führen bei Niedertemperatur-Pyrolyse durch
Verklebung des Pyrolysegutes zur Kanal- und Brückenbildung.
Drehöfen sind wegen ihrer mechanischen Bewegung, ihrer
Schleusentechnik und den schmirgelnden Inertbestand
teilen im Pyrolysegut hohen Verschleißerscheinungen
ausgesetzt. Alle Reaktoröfen haben einen so schlech
ten Wirkungsgrad, daß man bei Dreh- und Wirbelschicht
öfen vorgeschlagen hat, den Wärmeübergang durch ständig
rückgeführten Heißsand und/oder erhitzte Stahl- oder
Keramikkugeln zu verbessern.
Hinzu kamen Schwierigkeiten beim Betrieb der Pyrolyse
einheiten; bei der Niedertemperturpyrolyse durch Ver
kleben der Pyrolyserückstände aufgrund ihres relativ
hohen Gehalts an wachs- bzw. teerartigen Substanzen,;
bei der Hochtemperaturpyrolyse durch Aufschmelzen und
Verkrusten von Schlacken.
Alle bekannten Verfahren sind aufgrund von technisch
nicht zu lösenden Problemen in den Pyrolyseöfen und/oder
der negativen Energiebilanz gescheitert. Ca. 80% aller
gebauten Anlagen sind zwischenzeitlich stillgelegt.
Die Hoffnungen, mit Hilfe der bekannten Pyrolyseverfahren
über ein wirtschaftliches und umweltfreundliches ther
misches Entsorgungskonzept zu verfügen, haben sich
nicht erfüllt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ver
fahren zur Pyrolyse von organischen Substanzen aller
Art anzugeben, bei dem die Entgasungseinheit - im
folgenden Pyrolysekammer genannt - einen hohen Wirkungs
grad bei großer Leistung aufweist, störungsfrei und
funktionssicher arbeitet und bei der die Pyrolysepro
dukte, wie Dampf, Gase und Kokse, energetisch optimal
genutzt werden. Darüber hinaus sind Entgasungseinheiten
zu schaffen, die auch in kleinen Anlagen wirtschaft
lich arbeiten und gegebenenfalls ortsveränderbar einge
setzt werden können.
Die Erfindungsaufgabe wird durch den kennzeichnenden
Teil des Anspruchs 1 gelöst, die Unteransprüche stellen
vorteilhafte Weiterbildungen dar.
Durch Verdichten des Pyrolysegutes wird das Porenvo
lumen reduziert, was die Wärmeleitfähigkeit spürbar
verbessert und die Abmessung der Pyrolysekammer mini
miert. Die kleine Abstrahlfläche der Pyrolysekammer
garantiert auch einen relativ geringen Wäreme
verlust.
Eine Zwangsförderung des verdichteten Pyrolysegutes
gewährleistet einen ständigen Druckkontakt zwischen dem
Pyrolysegut und den beheizten Kammerwänden, so daß
die Wärmeübertragung von den Kammerwänden auf das Pyro
lysegut optimiert wird.
Zusätzlich wird der Volumenverlust in der Pyrolyse
kammer durch Entgasung (Pyrolysegas/Wasserdampf)
und/oder Austrag fester Bestandteile durch Nachfüllen
und Nachverdichten mit Pyrolysegut ausgeglichen.
Da das Pyrolysegut durch hohe Verdichtung nur noch
wenig Luftvolumen enthält, ist sein Wäremleitver
mögen gegenüber der sonst üblichen Schüttdichte bedeu
tend verbesert, die Isolationswirkung der Luft ist
weitgehend reduziert.
Der höhere Druck in der pyrolysekammer garantiert eine
bessere Zwangsdurchströmung des Pyrolysegutes und des
Pyrolysekokses durch die gasförmigen Pyrolysebestand
teile, was zu einer besseren Erwärmung und zusätzlich
zu einer kürzeren Entgasungszeit führt, so daß eine
hohe Leistung der Anlage gewährleistet ist.
Verdichtung, Zwangsförderung und Nachverdichtung des
Pyrolysegutes erfolgen in einer vorteilhaften Ver
fahrensweiterbildung intermittierend.
Die Einbringung des Pyrolysegutes und die Ausbringung
der festen Reststoffe können in einfacher Weise da
durch erfolgen, daß eine rohrförmig ausgebildete Pyrolyse
kammer an ihrer Ein- und Austrittsseite gegebenen
falls regelbare Querschnittsverengungen aufweist,
so daß sich an der Ein- und Austrittsseite Pfropfen
bilden, die das Ausströmen gasförmiger Pyrolysepro
dukte unterbinden. Durch die fortlaufende Zuführung
und Verdichtung von Pyrolysegut wird der selbstdich
tende Pfropfen ständig erneuert. Es ist auch möglich,
an der Austrittsseite den Gegendruck zur selbstdich
tenden Pfopfenbildung über mechanische Hilfsmittel,
wie z.B. federverspannte Teller oder in ihrer Wir
kungsweise ähnliche Bauelemente, zu erzeugen.
Vorteilhaft sind rohrförmige Pyrolysekammern mit
einem lichten Durchmesser zwischen ca. 100-400 mm,
wobei das Längen-/Durchmesser-Verhältnis größer 10 : 1
betragen sollte.
Eine schubweise, d.h. intermittierend erfolgende Zwangs
förderung des Pyrolysegutes bzw. des nachverdichteten
festen Reststoffes hat darüber hinaus den Vorteil, daß
im Zusammenwirken mit dem Druckkontakt des Pyrolyse
gutes zu den Kammerwänden Verkrustungen und Anbackungen
von Pyrolyserückständen an den Kammerwänden durch stän
dige Reibung des nachrückenden Pyrolysegutes entfernt
werden. Die Pyrolysekammer ist bei derartiger Aus
führung selbstreinigend. Sie enthält auch keinerlei
bewegliche Bauelemente, die bei längerfristigem Be
trieb zu Störungen führen und vor allem bezüglich der
Abdichtung und Schmierung Schwierigkeiten bereiten
können.
Die festen Pyrolyserückstände werden vorteilhaft im
heißen Zustand (ca. 400°C) in einen Schmelzzyklon
(Nachverbrennungskammer) ausgebracht und dort unter
Sauerstoffzufuhr verbrannt bzw. zu Schlacke aufgeschmol
zen.
Der gesamte Energieinhalt des heißen Pyrolysekokses
kann so direkt genutzt werden.
Bei Einsatz reinen Sauerstoffs oder wenigstens sauer
stoffangereicherter Luft muß der hohe Stickstoffanteil
der Luft nicht miterwärmt werden, so daß sich das Ab
gasvolumen erheblich reduziert und die Abgasreinigung
technisch gut zu konrollieren und kostengünstiger zu
gestalten ist.
Der bei der Niedertemperaturpyrolyse anfallende hohe
Kohlenstoffgehalt des Reststoffes besitzt gute schad
stoffbindende Eigenschaften. Das kann noch dadurch unter
stützt werden, daß dem Pyrolysegut vor der Verdichtung
schadstoffbindende Zusätze beigegeben werden.
Ein weiterer besonderer Vorteil ergibt sich dadurch,
daß der Austritt der gasförmigen Pyrolyseprodukte aus
der Pyrolysekammer am Ende der Förderstrecke erfolgt.
In diesem Falle durchströmen die heißen gasförmigen
Pyrolyseprodukte zum einen das Pyrolysegut in voller
Länge, zum anderen wird die Pyrolysekammer hierdurch
erst unmittelbar vor der Ausbringung drucklos gemacht,
was die Abdichtung der Pyrolysekammer an der Austritts
seite vereinfacht. Gemäß der sich einstellenden Strö
mung der gasförmigen Pyrolyseprodukte und des dadurch
bedingten Druckabfalls längs der Pyrolysekammer
herrschen die höchsten Drücke an der Einbringungs
seite und sorgen hier sowohl für schnelle Durchwär
mung als auch für schnelle Entgasung.
Optimaler Wärmeübergang durch Druckkontakt, opti
mierte Wärmeleitfähigkeit durch Minderung des Poren
volumens und zusätzliche Volumenbeheizung durch die
gasförmigen Pyrolyseprodukte selbst sind die schon er
wähnten Vorteile des erfindungsgemäßen Pyrolyse
verfahrens bezüglich der Erwärmung des Pyrolysegutes
gegenüber dem bisherigen Stand der Technik. Durch die
Pyrolyse selbst wird die Wärmeleitfähigkeit des Pyrolyse
gutes ständig verbessert, vor allem in den Kontakt
zonen der Wände, so daß die hier schon bevorzugt pyro
lisierten Bereiche die Wärme auch durch gute Wärme
leitung an die Innenbereiche, die noch nicht soweit
pyrolisiert sind, weitergeben. Ein zusätzlicher Effekt
ist dadurch gegeben, daß die kohlenstoffreichen Rest
stoffe im verdichteten bzw. nachverdichteten Zustand
sehr viel bessere Wärmeleitung besitzen als das ur
sprüngliche Pyrolysegut. Erfindungsgemäßer Verdichtungs
zustand von Pyrolysegut und Reststoffen sowie der stän
dige Druckkontakt des Pyrolysegutes mit den Kammer
wänden minimieren nicht nur die notwendigen Abmessungen
der Pyrolysekammer, sie verkürzen auch die notwendige
Pyrolysezeit erheblich.
Bei mobilen Anlagen kann es vorteilhaft sein, dem
unverdichteten Pyrolysegut in so ausreichender Menge
ein warmhärtendes, vernetzendes Bindemittel zuzugeben,
daß die Pyrolyserückstände in einen brikettähnlichen,
druckfesten Zustand überführt werden, wobei die Staub
anteile in hohem Maße mit in die Briketts eingebunden
bleiben, so daß sie einer anderweitigen Verbrennung auch
über größere Strecken problemlos zugeführt werden können.
Die staubbindenden Eigenschaften der geringfügigen Binde
mittelmengen sind darüber hinaus aber auch von Vorteil,
da sie den Staub von den Pyrolysegasen fernhalten, so
daß deren Reinigung sich vereinfacht und verbilligt.
Aufgrund der hohen Strömungsgeschwindigkeit der kon
trolliert austretenden gasförmigen Pyrolyseprodukte
können diese unmittelbar über eine Kraftmaschine ge
leitet und energetisch genutzt werden.
Die heißen Abgase, die bei der Verbrennung der Pyro
lyseprodukte (Gas und Koks) bei 1200°C anfallen, können
zum Beheizen der Pyrolysekammer eingesetzt werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Niedertemperaturpyrolysever
fahren können der Pyrolysekammer alle zum Stand der
Technik gehörigen Folgeeinrichtungen - wie beispiels
weise Spaltgasbildner (Cracker), Staubfilter, Abgas
wäschen und dergleichen - nachgeordnet werden.
Claims (11)
1. Pyrolyseverfahren zur Entgasung von organischen
Substanzen, wie beispielsweise Haus-, Industriemüll und
dergleichen, in einer beheizbaren Pyrolysekammer,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Pyrolysegut unter Verdichtung in die Pyro
lysekammer eingebracht und unter Beibehaltung eines
verdichteten Zustandes über den Kammerquerschnitt
diese durchläuft, daß die Wärmezufuhr zum Pyrolyse
gut durch die mit dem verdichteten Pyrolysegut in
Druckkontakt stehenden Kammerwandungen erfolgt, und
daß die sich bildenden gasförmigen Pvrolyseprodukte
bei erhöhtem Druck abgeführt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Pyrolysekammer in ihrem Beschickungsbereich
durch das verdichtete Pyrolysegut gasdicht ver
schlossen wird, und daß sie im Abströmbereich der
gasförmigen Pyrolyseprodukte einen erhöhten Strömungs
widerstand durch Nachverdichtung der festen Pyrolyse
reststoffe besitzt.
3. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Pyrolysegut durch eine rohrförmige Pyrolyse
kammer gefördert wird.
4. Verfahren nach mindestens einem der vorangegan
genen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Zufuhr des Pyrolysegutes, seine Verdichtung
und der Durchlauf durch die Pyrolysekammer intermittie
rend erfolgen.
5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche
1-3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Zufuhr des Pyrolysegutes, seine Verdichtung
und sein Durchlauf durch die Pyrolysekammer kontinuier
lich erfolgen.
6. Verfahren nach mindestens einem der vorangegan
genen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die festen Pyrolyserückstände vor ihrer Aus
bringung nachverdichtet werden.
7. Verfahren nach mindestens einem der vorange
gangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die ungekühlten festen Pyrolyserückstände (Pyrolyse
koks) unter Sauerstoffzufuhr verbrannt werden.
8. Verfahren nach mindestens einem der voran
gegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Abgase der Verbrennung der Pyrolyserückstände
zumindest teilweise zur Beheizung der Pyrolysekammer
genutzt werden.
9. Verfahren nach mindestens einem der vorangegan
genen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß dem Pyrolysegut schadstoffbindende Zusätze zuge
geben werden.
10. Verfahren nach mindestens einem der voran
gegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß dem unverdichteten Pyrolysegut Bindemittel
zugegeben wird.
11. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Pyrolyse in dem Temperaturbereich zwischen
250°C und 500°C erfolgt.
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Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE4011945C1 true DE4011945C1 (en) | 1990-11-29 |
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ID=6404341
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Legal Events
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