DE4031493C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Verbrennung von Abfällen - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Verbrennung von Abfällen

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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 ge­ kühlt werden.
Die Abfallverbrennung mit Sauerstoff in einer höheren Konzentration als in Luft enthalten ist, ist an sich bekannt.
In der US-PS 47 62 074 wird ein Verfahren beschrieben, nach dem man die Verbrennung von flüssigen und festen Abfallmaterialien in Gegenwart von Luft durchführt, deren Sauer­ stoffgehalt um 30-35% erhöht ist. Hierdurch soll die Entstehung giftiger Gase vermindert werden.
Nach US-PS 46 30 555 wird mittels einer speziellen Vorrichtung reiner Sauerstoff in den Verbrennungsofen zum Verbrennen von Abfällen eingedüst.
In der DE-PS 37 35 061 wird ein Verfahren beschrieben, in dem zur Verminderung der Ab­ gasmenge 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 Gasreinigungsanlage abge­ schieden.
Eine Weiterentwicklung dieses Verfahrens ist in der DE-OS 38 13 817 offenbart.
Zur Vermeidung zu hoher Temperaturen im Brennraum als Folge der eingesetzten 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 enthal­ ten sein kann.
Inzwischen weiß man, daß diese Annahme nicht zutrifft.
Untersuchungen haben vielmehr gezeigt daß nach Abkühlen des Rauchgases im Tempe­ raturbereich von 200-400°C, bevorzugt bei ca. 300°C, unter Sauerstoffüberschußbedin­ gungen im Sinne des Deacon-Prozesses in Gegenwart katalytisch wirkender Flugaschebe­ standteile aus dem bei der Verbrennung entstehenden Chlorwasserstoff Chlor gebildet wird, wobei insbesondere Kupferverbindungen sehr wirksame Katalysatoren sind. Dies ist beispielhaft durch folgende Reaktionsgleichungen dargestellt:
Das Chlor wiederum löst in Gegenwart von Kohlenstoff und katalytisch wirkenden Metall­ verbindungen unter Sauerstoffüberschußbedingungen die Dioxin- bzw. Dibenzofuranbil­ dung aus, ohne daß chlororganische Vorläuferverbindungen vorhanden sein müssen. Diese Dioxin- bzw. Dibenzofuranbildung wird auch als "de novo"-Synthese bezeichnet (s. 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 Abfallver­ brennung auch in Gegenwart hoher Konzentrationen an Sauerstoff arbeiten kann, ohne daß Dioxine und/oder chlorierte Dibenzofurane in den Verbrennungsprodukten enthalten sind, dadurch gekennzeichnet, daß hinter der Verbrennungszone ein Abgasfilter aus hoch­ temperaturfestem Material, ausgewählt aus der Gruppe Keramikfilter und Filter aus hoch­ temperaturbeständigen Fasern, in einem solchen Abstand zur Verbrennungszone angeord­ net ist, daß Stäube und Aschen bei einer Temperatur oberhalb 400°C abfiltriert werden, so daß die Bildung von Dioxinen und Dibenzofuranen auch in Gegenwart sehr hoher Sauer­ stoffkonzentrationen bis 100 Vol-% vermieden werden und daß anschließend das Ver­ brennungsgas 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 Schad­ stoffauswurf ist vermindert und die Abgasreinigungsanlage kann kleiner dimensioniert wer­ den.
Da Sauerstoffüberschuß jedoch, wie oben bereits ausgeführt, die Bildung von Dioxinen und chlorierten Dibenzofuranen begünstigt, beeinträchtigt dieser Nachteil die Verwendung ho­ her 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 Entfer­ nung der im Rauchgas enthaltenen Stäube, trotz Einsatz von hohen Sauerstoffkonzentra­ tionen, 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 sonsti­ gen Abgasen 0,1 × 10-9 g/m³ (10-9 g = 1 Nanogramm).
Die vorliegende Erfindung umfaßt daher auch eine Vorrichtung zur Verbrennung von Abfäl­ len in Gegenwart einer Sauerstoffkonzentration von 50 Vol-%, dadurch gekennzeichnet, daß diese hinter der Verbrennungszone einen Abgasfilter aus hochtemperaturfestem Mate­ rial, ausgewählt aus der Gruppe Keramikfilter und Filter aus hochtemperaturbeständigen Fasern aufweist, der in einem solchen Abstand zur Verbrennungszone angeordnet ist, daß Stäube und Aschen bei einer Temperatur oberhalb 400°C abfiltriert werden und daß hinter der Filterzone eine Kühlzone angeordnet ist.
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 ent­ halten sein, wie z. B. Cr₂O₃, ZrO₂, TiO₂, GeO₂, SnO₂ und andere. Auch Metallfasern und Gemische von Fasern aus unterschiedlichen Materialien sind erfindungsgemäß geeignet.
Die genannten Materialien sind nicht als Eingrenzung anzusehen, da der Fachliteratur und den Angebotsunterlagen zahlreicher auf dem Gebiet hochtemperaturbeständiger Materia­ lien tätiger Firmen der einschlägige Stand der Technik entnommen werden kann. Neuent­ wickelte 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 be­ kannt 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 bevorzug­ ter 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 Materialgründen sind so hohe Temperaturen jedoch von geringerem Interesse.
Die Sauerstoffkonzentration kann zwischen der Sauerstoffkonzentration der Luft und rei­ nem 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) ge­ trennt, hinter Drehrohrofen (3), angeordnet ist. Das gefilterte Rauchgas gelangt über Lei­ tung (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 Temperatur­ steuerung rückgeführt.
Die verschiedenen Abfallarten, wie beispielsweise Schlämme, Pasten, Hausmüll, ver­ brauchte 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 eingesetz­ ten Abfallmaterialien und sind dem Fachmann bekannt.
Der in Filterzone (1) anfallende Staub wird über Leitung (8) in den Drehrohrofen (3) rückge­ führt und fällt schließlich über Leitung (9) als Schlacke an.
Bei einer beispielhaften Fahrweise werden 15 t/h an Abfällen und 15 000 kg/h an Sauer­ stoff dem bei 1800°C betriebenen Drehrohrofen zugeführt. 28 000 nm³/h gelangen von der Filterzone in die Kühlzone. Aus der Kühlzone gelangt das Rauchgas mit einer Tempera­ tur < 200°C zum Kamin.

Claims (4)

1. Verfahren zur Verbrennung von Abfällen in Gegenwart von Luft, in der die Sauerstoff­ konzentration auf 50 Vol-% erhöht ist, dadurch gekennzeichnet, daß hinter der Ver­ brennungszone ein Abgasfilter aus hochtemperaturfestem Material, ausgewählt aus der Gruppe Keramikfilter und Filter aus hochtemperaturbeständigen Fasern, in einem sol­ chen Abstand zur Verbrennungszone angeordnet ist, daß Stäube und Aschen bei einer Temperatur oberhalb 400°C abfiltriert werden, so daß die Bildung von Dioxinen und Dibenzofuranen auch in Gegenwart sehr hoher Sauerstoffkonzentrationen bis 100 Vol-% vermieden werden und daß anschließend das Verbrennungsgas abgekühlt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sauerstoffkonzentration 75-100 Vol-% beträgt.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur in der Verbrennungszone 600-2000°C, bevorzugt 800-2000°C und besonders be­ vorzugt 1200-2000°C beträgt.
4. Vorrichtung zur Verbrennung von Abfällen in Gegenwart einer Sauerstoffkonzentration von 50 Vol-%, dadurch gekennzeichnet, daß diese hinter der Verbrennungszone ei­ nen Abgasfilter aus hochtemperaturfestem Material, ausgewählt aus der Gruppe Ke­ ramikfilter und Filter aus hochtemperaturbeständigen Fasern aufweist, der in einem sol­ chen Abstand zur Verbrennungszone angeordnet ist, daß Stäube und Aschen bei einer Temperatur oberhalb 400°C abfiltriert werden und daß hinter der Filterzone eine Kühl­ zone angeordnet ist.
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