DE4031493A1 - Verfahren und vorrichtung zur verbrennung von abfaellen - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur verbrennung von abfaellen

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verbrennung von Abfällen mit einem überwiegend aus Sauerstoff bestehenden Oxidationsmittel, wobei die Verbrennungsgase einen hochtemperaturfesten Filter durchfließen und anschließend gekühlt werden.
Die Abfallverbrennung mit Sauerstoff in einer höheren Konzentration als in Luft enthalten ist, ist an sich bekannt.
So wird in der DE-PS 37 35 061 ein Verfahren beschrieben, in dem zur Verminderung der Abgasmenge und zur Erhöhung der Flammentemperatur ein Oxidationsgas mit über 50% Sauerstoff; vorzugsweise mit 99% Sauerstoff verwendet wird. Die hohe Rauchgaswärme von ca. 1800°C wird in einem Abhitzekessel zur Dampferzeugung genutzt. Durch Zusatz von Metalloxiden werden entstehende Säuren, wie z. B. Chlorwasserstoff, gebunden. Anschließend werden die Stäube aus dem Rauchgas in einer Gasreinigungs­ anlage abgeschieden.
Eine Weiterentwicklung dieses Verfahrens ist in der DE-OS 38 13 817 offen­ bart.
Zur Vermeidung zu hoher Temperaturen im Brennraum als Folge der einge­ setzten hohen Sauerstoffkonzentrationen, wird ein Teil des abgekühlten Rauchgases in den Brennraum rückgeführt.
Es ist dem Fachmann bekannt, daß bei Verbrennungen bei hohen Temperaturen Dioxine und chlorierte Dibenzofurane nicht stabil sind und in Gegenwart von Sauerstoff verbrennen.
Man ist daher davon ausgegangen, daß bei Abfallverbrennungen durch Einhalten einer Temperatur von < 1250°C kein Dioxin bzw. chloriertes Dibenzofuran im Rauchgas enthalten sein kann.
Inzwischen weiß man, daß diese Annahme nicht zutrifft.
Untersuchungen haben vielmehr gezeigt, daß nach Abkühlen des Rauchgases im Temperaturbereich von 200-400°C, bevorzugt bei ca. 300°C, unter Sauer­ stoffüberschußbedingungen im Sinne des Deacon-Prozesses in Gegenwart katalytisch wirkender Flugaschebestandteile aus dem bei der Verbrennung entstehenden Chlorwasserstoff, Chlor gebildet wird, wobei insbesondere Kupferverbindungen sehr wirksame Katalysatoren sind. Dies ist beispielhaft durch folgende Reaktionsgleichungen dargestellt:
CuCl₂ + 1/2 O₂ CuO + Cl₂
CuO + 2 HCl CuCl₂+H₂O
2 HCl + 1/2 O₂ H₂O + Cl₂
Das Chlor wiederum löst in Gegenwart von Kohlenstoff und katalytisch wirkenden Metallverbindungen, unter Sauerstoffüberschußbedingungen, die Dioxin- bzw. Dibenzofuranbildung aus, ohne daß chlororganische Vorläuferverbindungen vorhanden sein müssen. Diese Dioxin- bzw. Dibenzofuranbildung wird auch als "de novo"-Synthese bezeichnet. (siehe z. B. VDI-Berichte 634 "Dioxin", H. Hagenmeier, H. Brunner, R. Haak und M. Kraft, 1987, Seiten 557-584, VDI-Verlag GmbH, Düsseldorf).
Die vorliegende Erfindung hat nunmehr überraschend gezeigt, daß man bei der Abfallverbrennung auch in Gegenwart hoher Konzentrationen an Sauerstoff arbeiten kann, ohne daß Dioxine und/oder chlorierte Dibenzofurane in den Verbrennungsprodukten enthalten sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterzone hinter der Verbrennungszone angeordnet ist, welche den im Rauchgas enthaltenen Flugstaub abfiltriert, und daß das Rauchgas anschließend abgekühlt wird.
In der Figur sind beispielhaft das erfindungsgemäße Verfahren und die zur Durchführung des Verfahrens verwendete Vorrichtung dargestellt.
Die Verbrennung in Gegenwart hoher Sauerstoffkonzentrationen bietet mehrere Vorteile, so verringert sich die Rauchgasgesamtmenge, der Energiebedarf ist geringer, der Schadstoffauswurf ist vermindert und die Abgasreinigungsan­ lage kann kleiner dimensioniert werden.
Da Sauerstoffüberschuß jedoch, wie oben bereits ausgeführt, die Bildung von Dioxinen und chlorierten Dibenzofuranen begünstigt, beeinträchtigt dieser Nachteil die Verwendung hoher Sauerstoffkonzentrationen bei der Abfallverbrennung.
Die vorliegende Erfindung hat diesen Nachteil durch die Filtration des noch sehr heißen Rauchgases überwunden. Es hat sich nämlich überraschend gezeigt, daß durch die Entfernung der im Rauchgas enthaltenen Stäube, trotz Einsatz von hohen Sauerstoffkonzentrationen, die "de novo"-Synthese vollständig unterbunden werden kann, so daß Dioxine und chlorierte Dibenzofurane auch mit empfindlichsten Analysengeräten bzw. Methoden nicht mehr nachweisbar sind.
(Bekanntlich ist die zulässige maximale Konzentration an Dioxin in Rauchgas oder sonstigen Abgasen 0,1×10-9 g/m3 (10-9 g = 1 Nanogramm).
Die erfindungsgemäßen Filter müssen gegen sehr hohe Temperaturen beständig sein. Hierzu eignen sich Keramikfilter oder Filter aus hochtemperaturfestem Fasermaterial. Es ist dem Fachmann bekannt, daß solche Fasern aus Metalloxiden bestehen und insbesondere Al2O3 und/oder SiO2 enthalten, jedoch auch sonstige Metalloxide können zusätzlich enthalten sein, wie z. B. Cr2O3, ZrO2, TiO2, GeO2, SnO2 und andere. Auch Metallfasern und Gemische von Fasern auf unterschiedlichen Materialien sind erfindungsgemäß geeignet.
Die genannten Materialien sind nicht als Eingrenzung anzusehen, da der Fachliteratur und den Angebotsunterlagen zahlreicher auf dem Gebiet hochtemperaturbeständiger Materialien tätiger Firmen der einschlägige Stand der Technik entnommen werden kann. Neuentwickelte hochtemperaturfeste Materialien und Filter werden ebenfalls von der vorliegenden Erfindung umfaßt.
Anordnung und räumliche Ausbildung der Filter können in weiten Grenzen variiert werden. Entscheidend ist, daß das Rauchgas vollständig, zumindest in größtmöglichem Umfang den Filter passieren muß. Erfindungsgemäß können Filter einzeln oder als aus zumindest zwei Filtern bestehende Filtervorrichtungen angeordnet sein.
Die Filterkonstruktion und Ausgestaltung braucht im Detail nicht mehr erläutert zu werden, da ein umfangreicher Stand der Technik, insbesondere für den technischen Einsatz bekannt ist. Auch Filterneuentwicklungen fallen in den Rahmen der vorliegenden Erfindung, solange diese die Aufgabe erfüllen, die in Verbrennungsgasen vorhandenen Feststoffe bzw. Stäube vollständig bzw. nahezu vollständig zu entfernen.
Abfallverbrennungen werden in einem weiten Temperaturbereich durchgeführt, nämlich von 600 bis 2000°C. Dieser Bereich gilt auch für die vorliegende Erfindung. Ein bevorzugter Bereich ist 800 bis 2000°C und ein besonders bevorzugter Bereich 1200 bis 2000°C.
Grundsätzlich kann die Verbrennung auch oberhalb 2000°C erfolgen. Aus wirtschaftlichen und Material-Gründen sind so hohe Temperaturen jedoch von geringerem Interesse.
Die Sauerstoffkonzentration kann zwischen der Sauerstoffkonzentration der Luft und reinem Sauerstoff liegen. Bevorzugt sind 50 bis 100 Vol.-%, besonders bevorzugt 75 bis 100 Vol.-%.
Die vorliegende Erfindung wird mit Hilfe der beispielhaften Figur näher erläutert.
(1) stellt die Filterzone dar, die unmittelbar, nur durch einen Schlackenabscheider (4) getrennt, hinter Drehrohrofen (3), angeordnet ist. Das gefilterte Rauchgas gelangt über Leitung (10) in die Kühlzone (2), in der das Rauchgas durch Dampferzeugung gekühlt wird. Der Dampf gelangt über Leitung (11) aus der Anlage.
Anschließend gelangt das Rauchgas über (14) und Kamin (12) in die Atmosphäre. Ein Teil des gekühlten Rauchgases wird über Leitung (13) in den Drehrohrofen (3) zur Temperatursteuerung rückgeführt.
Die verschiedenen Abfallarten wie beispielsweise Schlämme, Pasten, Hausmüll, verbrauchte Öle, Lösungsmittel, Kunststoffe und zahlreiche andere Abfälle gelangen über (16), (17), (18) und die Schleuse (7) in den Drehrohrofen (3).
Aus Luftzerlegungsanlage (6) wird Sauerstoff über Leitung (15) in den Drehrohrofen (3) eingeleitet. (5) dient als Additiv-Silo für Additive, wie z. B. Ammoniumsalze, Kalk, Kalkstein, MgCO3 und andere. Die Wahl der Additive und die Menge richten sich nach den eingesetzten Abfallmaterialien und sind dem Fachmann bekannt.
Der in Filterzone (1) anfallende Staub wird über Leitung (8) in den Drehrohrofen (3) rückgeführt und fällt schließlich über Leitung (9) als Schlacke an.
Bei einer beispielhaften Fahrweise werden 15 t/h an Abfällen und 15000 kg/h an Sauerstoff dem bei 1800°C betriebenem Drehrohrofen zugeführt. 28000 nm3/h gelangen von der Filterzone in die Kühlzone. Aus der Kühlzone gelangt das Rauchgas mit einer Temperatur < 200°C zum Kamin.

Claims (4)

1. Verfahren zur Verbrennung von Abfällen in Gegenwart von Sauerstoff in höherer Konzentration als der Konzentration des Sauerstoffs in Luft unter Einsatz eines Abgasfilters aus hochtemperaturfestem Material, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterzone hinter der Verbrennungszone angeordnet ist, in der Filterzone der im Verbrennungsgas enthaltene Staub abfiltriert wird und anschließend das Verbrennungsgas in einer Kühlzone gekühlt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das in die Verbrennung eingesetzte Gasgemisch eine Sauerstoffkonzentration von derjenigen in Luft bis 100 Vol.-%, bevorzugt von 50 bis 100 Vol.-% und besonders bevorzugt von 75 bis 100 Vol.-% enthält.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur in der Verbrennungszone 600 bis 2000°C, bevorzugt 800 bis 2000°C und besonders bevorzugt 1200 bis 2000°C beträgt.
4. Vorrichtung, die einen Abgasfilter aus hochtemperaturfestem Material enthält, zur Verbrennung von Abfällen in Gegenwart von Sauerstoff in höherer Konzentration als der Konzentration des Sauerstoffs in Luft, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Filterzone in der Vorrichtung hinter der Verbrennungszone befindet und hinter der Filterzone eine Kühlzone angeordnet ist.
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