DE4125257A1

DE4125257A1 - Gasturbine, betrieben mit kunststoffabfaellen

Info

Publication number: DE4125257A1
Application number: DE19914125257
Authority: DE
Inventors: Georg Prof Dr Ing Menges; Reinhard Dr Fischer; Josef Franz Dr Dipl Ing Flatz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1991-07-31
Filing date: 1991-07-31
Publication date: 1993-02-04

Description

Gasturbinen werden bereits häufig zur Verwertung von heißen Abgasen aus den verschieden sten Prozessen benutzt. Die vorliegende Erfindung beansprucht jedoch einerseits die Anwen dung von konzentriertem Sauerstoff für Verbrennung vor oder in der Turbine. Zum anderen soll die Gasturbine ohne bzw. mit weiteren Aggregaten zur Nutzung der Wärme für die ener getische Weiterverwendung von Kunststoffabfällen aus den verschiedensten Quellen einge setzt werden. Solche Abfälle bieten sich in jüngerer Zeit in vermehrten, Maße aus Verpackun gen, Altautos u. a. an.

Gasturbinen werden in der Regel mit Luft als Brenngas betrieben. Es hat sich jedoch gezeigt daß Stickoxide, die sich z. B. aus der Verbrennungsluft bilden, die Werkstoffe der Turbinen, insbesondere die Schaufelwerkstoffe besonders stark angreifen. Die vorliegende Erfindung beansprucht daher die Verwendung von konzentriertem Sauerstoff für die Reaktion mit dem Treibstoff oder Treibgas vor oder in der Turbine. Nachdem sich gezeigt hat, daß die Herstel lung von Sauerstoff durch Absorptionsverfahren bei kleineren Volumina sehr billig geworden ist, insbesondere wenn preisgünstige Energie zur Verfügung steht, bietet sich eine solche An wendung an, umsomehr als durch die mögliche Temperatursteigerung der Abgase auf ca. 1400° der Wirkungsgrad der Turbine verbessert werden kann.

Der zweite Teil der Erfindung betrifft die Verwendung von Altkunststoffen als Brennstoffe für Gasturbinen. Kunststoffabfälle fallen meist gemischt an und der Aufwand zur sortenreinen Trennung zu solchen Reinheitsgraden, daß eine qualitativ ausreichende Wiederverwendung als Kunststoffe sinnvoll erscheint ist nicht gegeben. Kunststoffabfälle haben einen sehr hohen Heizwert, der nahe oder sogar je nach Zusammensetzung höher ist als bei Heizöl. Aus diesen Grunde bietet sich u. a. eine energetische Nutzung an. Eine mögliche, nützliche Verwendung wäre die Erzeugung von wertvoller, z. B. elektrischer Energie, mittels einer Gasturbine. Hierzu ist es jedoch notwendig, diese Kunststoffabfälle in eine homogene energiereiche, pastöse, flüssige oder gasförmige Phase zu überführen. Hierzu bieten sich außer Öfen auch andere die Makromoleküle der Kunststoffe spaltende Prozesse an, wie z. B. die Pyrolyse oder eine Hydrierung.

Eine besonders einfache Möglichkeit ist jedoch der Abbau zu einer bei höheren Temperatu ren dünnflüssigen Masse oder eine Vergasung in einem Extruder, wie dies in den Patentan meldungen EP 91/0 0959, P 40 17 089.2; 40 29 880.9; 40 38 897.2; 40 38 896.4; 40 29 879.5; 40 40 672.5, 41 07 046.1, beschrieben worden ist. Durch die Scherung, die Beheizung auf Temperatu ren von < ca. 350°, Zusatz von reaktiven Gasen, wie Sauerstoff, Luft, Wasserstoff oder Was serdampf oder Gemischen dieser Gase, sowie gegebenenfalls katalytisch wirkender Minera lien oder Metallen, bzw. Metallverbindungen werden die Spaltungen der Moleküle in kurzen Verweilzeiten bewirkt, so daß je nach Belieben ein energiereiches Öl oder Gas am Ende des Extruders zur Verfügung steht. HCL, SO2 können abgesaugt oder andersartig mit bekannten Methoden entfernt werden Dank der Arbeitsweise eines Extruders, der einer Schrauben pumpe entspricht, kann in der Flüssigkeit oder dem am Auslaß anstehenden Gas ein Druck bis zu einigen 100 bar erzeugt werden. Durch eine derartige Herstellung des Betriebsgases für die Turbine kann diese mit höheren Durchschnittstemperaturen betrieben werden, als bei her kömmlichen Gasturbinen, bei denen komplizierte Brennerkonstruktionen direkt auf die Gasturbine aufgesetzt sind. Bei Berücksichtigung der Gesamtkonzeption ist ein kalori scher Wirkungsgrad über 60% erreichbar.

Bei Anwendung dieser Gesamtkonzeption ist zu erwarten, daß je Kreismülldeponie mit einem Einzugsgebiet von je 1 Mio. Einwohner kontinuierlich eine Gasturbine/Generator mit einer fortdauernden Nutzleistung von 50 MVA betrieben werden kann.

Es ist jedoch auch möglich, die Kunststoffabfälle in einem Ofen umzusetzen und die heißen Gase dann einer Abgasturbine zuzuführen, um die Gase zu kühlen, bevor sie der weiteren Nutzung oder Reinigung zugeführt werden. Dies ist besonders interessant für solche Öfen, die die Kunststoffe mit konzentriertem Sauerstoff als Brenngas umsetzen, wie dies z. B. in Anmel dung EP 88/00 927; Offenlegungsschrift DE 35 37 061 A1 und P 40 06 104.3; 40 26 201.4 40 38 905.7 beschrieben ist. Hierbei entstehen nämlich sehr hohe Temperaturen von 1400 und mehr Grad, die gegebenenfalls einer weiteren Verwendung als Synthesegas vgl. die obengenannten Anmeldungen, zugeführt werden sollen. Sie müssen um günstige Prozeßbedingungen zu er reichen, von den hohen Temperaturen auf eine Niveau von 600 bis 1000° heruntergekühlt werden. Diese Kühlung ist natürlich auch mit Wärmetauschern, bzw. Dampfkesselanlagen möglich. Dank der hohen Temperaturen ist jedoch eine Gasturbine besonders wirkungsvoll einzusetzen.

Allerdings ist der Betrieb von Gasturbinen normalerweise auf Temperaturen von ca. 1200° beschränkt, weil die in der Regel Stickstoffoxyde enthaltenden Gase nicht ausreichend entfernt werden können. Dank der Verbrennung mit Sauerstoff ist jedoch kein Stickstoff im Brenngas vorhanden, so daß nur der in den Kunststoffen enthaltene, chemisch gebundene Stickstoff wirken könnte. Es ist nun kein besonderes Problem mit bekannten Methoden solche, Stickstoffe enthaltenden Kunststoffe vor dem Einsatz auszuscheiden, so daß dieser Vorteil der hohen Temperaturen voll ausgenutzt werden konnte. Gleichermaßen können auf die gleiche Weise auch Chlor enthaltende Kunststoffe ausgeschieden werden, so daß auch eine HCL Bildung ausbleibt. Die anderen Begleiter wurden die Turbinen nicht schadigen und können später ausgeschieden werden.

Ein geradezu idealer Treibstoff für Wärmekraftmaschinen sind solche Kunststoffabfälle, die nur aus Polyolefinen bestehen, wie sie beispielsweise mit über 60% bei den im Hausmüll ent haltenen Kunststoffen aus Verpackungen anfallen. Diese Polyolefine sind sehr sauber, weil sie in der Regel weder Füllstoffe noch Stabilisatoren enthalten, die toxisch oder sonst nachteilig wirken könnten. Es sind auch weder Chlor noch Schwefel vorhanden. Polyolefine haben ein spezifisches Gewicht von <0,96 g/ccm und können somit leicht durch einfache Schwimm- Sinckbehandlung von den anderen Abfällen getrennt werden. Dabei eventuell auch vorhan dene, schwimmende Schaumstoffe lassen sich von der Badoberfläche absaugen und so verhin dern, daß doch Stickstoff z. B. aus Polyurethanschäumen eingeschleppt wird.

Öle und Gase aus diesen so abgetrennten Polyolefinabfällen lassen sich z. B. besonders leicht in einem Extruder, wie oben, bzw. in den genannten Patentanmeldungen beschrieben, zu Ölen oder Gasen abbauen. Der Heizwert der Spaltgase aus Polyolefinen liegt über demjenigen von Heizöl.

Beispiel

Ein verfahrenstechnisches Beispiel gibt dafür die beiliegende Zeichnung (Bild 1). Hausmüll wird dabei nach bekannten Verfahren getrennt und gemäß Patentanmeldung EP 91/00 959 in pastöse Masse umgewandelt, die in einem nachgeschalteten Reaktor bzw. der Brennkammer der Turbine mit konzentriertem Sauerstoff oxidiert und der Turbine zugeführt wird. Hierbei entstehen Temperaturen von über 1500°. Auch geringste Spuren von Chlor können bei diesen Temperaturen keine Dioxine oder andere organische, giftige Verbindungen erzeugen. Zur Temperaturregulierung und Verbesserung der Arbeitsweise wird der Turbine Dampf zuge führt. Dank der Abwesenheit von Stickstoff entstehen keine Stickoxide. Mit einer derartigen Anlagenkombination kann ein kalorischer Wirkungsgrad von 60% erreicht werden.

Claims

1. Gasturbinen, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit Gasen betrieben werden, die aus der Verbrennung eines verbrennbaren Produktes mit konzentriertem Sauerstoff oder mit Sauerstoff angereicherten Gas entstehen.

2. Gasturbinen, wie unter Absatz 1 beschrieben, jedoch dadurch besonders gekennzeichnet, daß als Brennstoff Kunststoffabfälle eingesetzt werden.

3. Gasturbinen nach Absatz 1 und 2, dadurch besonders gekennzeichnet, daß daß die Kunst stoffe in einer oder mehreren Extrusionsanlagen mit oder ohne Absaugung von Schadgasen zu plastischen, pastösen, oder ölartigen Massen und/oder Gasen umgesetzt und vergleichmäßigt einem Reaktionsraum vor Einleitung in die Turbine zugeführt werden.

4. Gasturbinen nach Absatz 1; 2, 3., dadurch besonders gekennzeichnet, daß es sich bei den als Brennstoff eingesetzten Kunststoffen um Thermoplaste handelt.

5. Gasturbinen nach Absatz 1, 2, 3, 4 dadurch besonders gekennzeichnet, daß es sich bei den als Brennstoff eingesetzten Kunststoffen um Polyolefine handelt.

6. Gasturbine nach Absatz 1 und 2, dadurch besonders gekennzeichnet, daß diese mit Gasen betrieben werden, die durch Reaktion der Kunststoffabfälle alleine oder im Gemisch mit an deren brennbaren Produkten in einen, geeigneten Ofen unter Anwendung von reinem oder hochkonzentriertem Sauerstoff erfolgt und daß Abgase der Gasturbine zu weiteren Energie gewinnung zugeführt werden.