DE4136438A1 - Verfahren zur thermischen steuerung von drehrohrverbrennungsanlagen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur thermischen Steuerung von Drehrohrverbrennungsanlagen. Die thermische Entsorgung von Sonderabfällen in Dreh­ rohröfen ist seit langen bekannt. Das Verbrennen von Sonderabfällen mit dem Ziel der Volumenreduktion und Inertisierung der Verbrennungsrückstände darf zur Emissionsminimierung nur unter eindeutig definierten Randbedingungen durchgeführt werden. Hierbei sind die Verbrennungsführung im Drehrohrofen und die Einhaltung vorgegebener Temperaturen in der Nachbrennkammer zen­ trale Forderungen. Um diesen Forderungen für eine um­ weltverträgliche Verbrennung nachzukommen, wird seit langem mit wenig Erfolg versucht, aus dem heterogenen Abfallanfall durch Zerkleinern und Mischen, verbunden mit einem überproportionalem analytischen Aufwand, Ver­ brennungsmenues mit möglichst gleichbleibenden Verbren­ nungseigenschaften zu gewinnen, um eine optimale Ausre­ gelung der Verbrennung unter minimiertem Einsatz heiz­ wertreicher fluider Abfälle, heizwertreicher Abfallga­ se oder, wenn letztere nicht zur Verfügung stehen, un­ ter Einsatz wertvoller Primärenergieträger, wie leich­ tem Heizöl oder Erdgas, zu erreichen.

In der Praxis müssen trotz der vorgenannten Anstren­ gungen bis zu 40% der thermisch zu behandelnden Ab­ fallmenge aus heizwertreichen fluiden Abfällen be­ stehen oder zusätzlich beispielsweise Deponiegas zur Verfügung stehen, damit die Feuerung optimal gesteuert und die erforderlichen Nachverbrennungstemperaturen eingehalten werden können.

Die in den letzten Jahren zunehmend erkennbaren Ver­ änderungen der Sonderabfallzusammensetzung zeigen zu­ dem, daß die Anteile an Lösemitteln und Altölen und damit generell der Anteil an dosierbaren heizwert­ reichen Abfällen rückläufig sind, während der Anteil an wasserreichen Dünnschlämmen und heizwertarmen Fest­ stoffen zunimmt. Die Ursachen hierfür liegen unter anderem darin, daß flüssige Kohlenwasserstoffe ver­ stärkt recycelt bzw. als Ersatzbrennstoffe in energie­ intensiven Produktionen (z. B. in Zementwerken) ver­ brannt werden.

Die Sonderabfallverbrennung hat einen technologischen Stand erreicht, der die umweltschonende Behandlung von Abfällen erlaubt. Umweltschonend im Sinne der gehobe­ nen Ansprüche zur Emissionsrückhaltung, die ihren Nie­ derschlag im Bundes-Emissionsschutzgesetz und seinen Verordnungen gefunden haben. Im übrigen begünstigt auch diese Umweltgesetzgebung Matrixveränderungen bei Son­ derabfällen in oben genanntem Sinne. Dieser technolo­ gische Stand erfordert jedoch nicht nur die Verfügbar­ keit entsprechender Prozeßapparate, sondern auch die der notwendigen Prozeßmedien. So ist das Erzielen einer auslaugungssicheren Schlackenqualität von der ausrei­ chenden Verfügbarkeit von Stützenergieträgern abhängig, die einen hohen Grad an Wärmeentbindung im Drehrohr ge­ währleisten. Außerdem erfordern die für einen Schad­ stoffabbau in der Nachbrennkammer einzuhaltenden Pro­ zeßtemperaturen geeignete Energieträger. Ein weiterer Bedarf an Stützenergieträgern ist auch für Primärmaß­ nahmen zur Schadstoffminimierung zu erwarten, wie sie in modernen Konzepten von Nachbrennkammern erprobt wer­ den.

Der Anteil hochkalorischer flüssiger Abfälle am gesam­ ten Sonderabfallinput erreicht heute erfahrungsgemäß nur noch ca. 18%. Bei den oben genannten Tendenzen im Sonderabfallaufkommen steht zu erwarten, daß in Zukunft diese Abfallarten als Stützenergielieferanten nicht mehr zur Verfügung stehen und dies dazu führt, daß die thermische Behandlung von Sonderabfällen unter den festgeschriebenen Bedingungen nur bei Einsatz wert­ voller Primärenergieträger, wie leichtem Heizöl oder Erdgas, möglich sein wird.

Anderweitige Möglichkeiten zur Stützenergieversorgung von Drehrohrverbrennungsanlagen sind begrenzt. Schließt man den Einsatz von Primärenergieträgern und die Ver­ fügbarkeit unkonventioneller Energien aus und berück­ sichtigt, daß der Luftvorwärmung mit oberen Arbeitstem­ peraturen im Bereich von 400°C Grenzen gesetzt sind, verbleibt nur noch die Möglichkeit, geeignete Energie­ träger zu generieren.

Diesem Mangel der Drehrohrverbrennung, daß über das Sonderabfallaufkommen hinaus zum umweltschonenden Ver­ brennen von Sonderabfällen wertvolle Primärenergieträ­ ger verbrannt werden müssen, die eine zusätzliche, ver­ meidbare Umweltbelastung ergeben, nur weil Abfallener­ gie nicht in der geeigneten Erscheinungsform zur Ver­ fügung steht, wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren begegnet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Drehrohr­ verbrennung mit der Verwertung anderer Abfallstoffe bzw. Reststoffe oder der thermischen Vorentgiftung spe­ zieller überwachungsbedürftiger Abfälle dergestalt zu kombinieren, daß diese Abfallstoffe, Reststoffe oder überwachungsbedürftigen Abfälle zur Erzeugung von für die Steuerung der Drehrohrverbrennung geeigneten Ener­ gieträgern eingesetzt werden.

Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren zur thermischen Steuerung von Drehrohrverbrennungsanlagen, welches sich dadurch auszeichnet, daß zur Erzeugung von regelbaren Energieträgern aus beliebigen Stoffen mit organischer Struktur, wie beispielsweise kohlenwasser­ stoffhaltige Abfälle, und insbesondere auch nachwach­ sender Rohstoffe oder anderer energiehaltiger Stoffe mit organischer Struktur, durch eine gezielte ther­ mische Umwandlung, vorzugsweise durch Pyrolyse zwischen 500 und 1000°C, insbesondere zwischen 650 und 800°C ein Brenngas, ölige brennbare Kondensate und Rückstände mit mehr oder weniger brennbaren Anteilen erzeugt und in geschlossenen Kreisläufen soweit aufgearbeitet wer­ den, daß die einzelnen Stoffströme nach Ausschleusung von Wertstoffen gemeinsam eine geregelte, umweltver­ trägliche Drehrohrverbrennung von energiearmen, selbst­ gängig nicht brennbaren überwachungsbedürftigen Ab­ fallstoffen ermöglichen, um bei optimaler Volumenre­ duzierung eine ausreichende Mineralisierung für eine umweltverträgliche Deponierung oder sogar Verwertung der Rückstände zu erreichen, wobei aus den bei der Pyrolyse - worunter die thermische Zersetzung unter Ausschluß von Luftsauerstoff verstanden wird - orga­ nischer Stoffe entstandenen Spaltgasen durch eine gezielte Reinigung durch Quenchen und mehrstufige Kondensationswäsche ein weitgehend schadstofffreies, insbesondere von organischen Schadstoffen, wie haloge­ nierten Dibenzodioxinen und Dibenzofuranen, freies, speicherbares und mit herkömmlichen Aggregaten kompri­ mierbares Brenngas mit Heizwerten zwischen 12 500 und 34 000 kj/Nm³, insbesondere mit Heizwerten von 16 000 bis 21 000 kJ/Nm³, erzeugt wird und dieses Brenngas vorzugsweise für die indirekte Beheizung des Pyroly­ seaggregats und als Stützenergie für die Ausregelung der Nachbrennkammertemperatur der Drehrohrverbrennung eingesetzt und verbrannt wird.

Zur erfindungsgemäßen Lösung der Aufgabenstellung kön­ nen grundsätzlich drei Ansätze unterschieden werden: Zum einen können überwachungsbedürftige Abfälle obenge­ nannte Sonderabfälle), bei denen die umweltverträgliche Entsorgung im Vordergrund steht, zur Erzeugung geeigne­ ter Stützenergien herangezogen werden, wobei die kriti­ schen Stoffinhalte des Abfallinputs in einem der Abpro­ dukte der Pyrolyse akkumuliert und danach der Drehrohr­ verbrennung in dosierter und prozeßverträglicher Kon­ zentration aufgegeben werden können.

Zum anderen können überwachungsbedürftige Abfälle zur Erzeugung geeigneter Stützenergien herangezogen werden, bei denen mit der thermischen Spaltung unter Ausschluß von Luftsauerstoff gleichzeitig eine Vorentgiftung er­ reicht wird, die auch insbesondere durch die spezielle Nachbehandlung der Spaltgase das Erreichen einer mög­ lichst emissionsarmen Drehrohrverbrennung nachhaltig unterstützt.

Des weiteren können Abfälle jeglicher Art zur Erzeugung geeigneter Stützenergien eingesetzt werden und dies ge­ koppelt mit Stoffrecycling-Schwerpunkten, indem Metal­ le, Pyrolysekoksfraktionen, besondere Salzarten und auch gefragte Fraktionen der organischen Kondensate ausgeschleust und verwertet werden.

Besonders bevorzugte Ausführungsformen des erfindungs­ gemäßen Verfahrens zeichnen sich dadurch aus, daß

• - feste energiereiche Abfallstoffe aus der Gruppe überwachungsbedürftiger Abfälle eingesetzt werden,
• - kunststoffhaltige Reststoffe- bzw. Abfallsorten wie beispielsweise Leiterplatten- und Elektronikabfälle oder metallhaltige kaschierte Verpackungsabfälle oder Autoshredderabfälle, unter Beachtung besonders spezifischer Recyclingschwerpunkte, wie beispiels­ weise dem gleichzeitigen Ziel der Metallrückgewin­ nung, eingesetzt werden,
• - Abfallstoffe eingesetzt werden, deren umweltgerechte Beseitigung durch Verbrennen aufgrund von Beimengun­ gen an bekannten Prekursoren für die Bildung von ha­ logenierten Dibenzodioxinen und Dibenzofuranen als besonders kritisch angesehen wird, wie beispielsweise von Abfallstoffen und Beimengungen an halogenierten Bi- und Terphenylen, halogenierten Phenolen, haloge­ nierten Diphenyläthern oder ähnlichen Verbindungen, wobei die Pyrolyse gleichzeitig als Stufe zur Mini­ mierung der Prekursoren-Konzentrationen und die ge­ zielte Gasreinigung durch Quenchen und Kondensations­ wäsche als Senke für die Abscheidung von Resten halo­ genierter Dibenzodioxine und Dibenzofurane dient,
• - die heißen Rauchgase aus der indirekten Pyrolysebe­ heizung mit Temperaturen von ca. 700°C entweder di­ rekt oder nach Wärmenutzung oder auch im gemischten Betrieb zur Ausregelung einer NO_x-armen Verbrennung im Strömungsfeld der Stützbrenner der Nachbrennkammer aufgegeben werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird anhand der nachfol­ genden Ausführungsbeispiele näher beschrieben.

Beispiel 1

Parallel zum Drehrohrofen wird eine Drehrohr-Pyroly­ se betrieben. Kohlenwasserstoff- und/oder kohlenhydrat­ haltige Abfälle, Reststoffe, Sonderabfälle oder Stoffe mit noch anderer organischer Struktur oder sonstige organische Stoffe werden in der Pyrolyse-Trommel bei Temperaturen um 650°C verschwelt. Aus dem dabei ent­ stehenden Pyrolysegas werden in einer mehrstufigen Reinigung ein stapelbares und mit herkömmlichen Ag­ gregaten komprimierbares Reingas erzeugt und organische Kondensate isoliert. Das Öl kann, sofern eine Konta­ minierung mit z. B. halogenorganischen Verbindungen vorliegt, in einem gesonderten Aufarbeitungsschritt dekontaminiert werden. Die Öle können bis zu einer energetischen Verwendung sowohl kontaminiert als auch dekontaminiert zwischengelagert werden. Die festen Reststoffe werden kaskadenartig aufbereitet. Hierbei werden Wertstoffe, wie z. B. Metalle, aber auch Inerte abgetrennt und der Koksstaub bei ausreichendem Kohlen­ stoffgehalt über eine Staubfeuerung dem Drehrohrofen aufgegeben oder aber als Energieträger aus dem Pro­ zeß ausgekoppelt und anderweitig verwendet. Feste Rückstände aus dem Pyrolyse-Prozeß, die weder als Wertstoffe verwertet noch als Inertstoffe deponiert werden können, werden zusammen mit den festen Son­ derabfällen der Drehrohrverbrennung zugeführt. Der Wärmebedarf für die indirekte Beheizung des Pyro­ lyse-Drehrohres wird durch Verbrennen des gereinigten Spaltgases gedeckt. Die heißen Rauchgase aus dieser Py­ rolysebeheizung mit Temperaturen von ca. 700°C fallen in emissionsgerechter Reinheit an und werden entweder direkt oder nach Wärmenutzung zur Ausregelung einer NO_x-armen Verbrennung im Strömungsfeld der Stützbrenner der Nachbrennkammer des Drehrohrofens aufgegeben.

Beispiel 2

Es werden kunststoffhaltige Reststoffe- bzw. Abfälle, wie Leiterplattenabfälle, für die Erzeugung geeigneter Stützenergieträger pyrolisiert. Nach Reinigung des durch thermische Spaltung unter Ausschluß von Luft­ sauerstoff erzeugten Spaltgases stehen ca. 18 bis 30% des Inputs als gereinigtes Brenngas zur Verfügung. Als Produkt der Gasreinigung werden ca. 12 bis 25% orga­ nische Kondensate isoliert. Der kohlenstoffhaltige Py­ rolyserückstand beträgt ca. 48 bis 55% des Inputs und enthält ca. 15 bis 20% metallische Beimengungen. Nach Abtrennung der Metalle, die hierbei in 85 bis 97%iger Reinheit anfallen, enthält der Restkoks im Mittel noch ca. 5% Kupfer und ca. 2% Antimon. Leiterplattenma­ terialien werden mit Hilfe bromierter Flammhemmer und Antimontrioxid schwerentflammbar ausgerüstet. Das Brom wird während der pyrolytischen Behandlung als Halogen­ wasserstoff abgespalten und in der Spaltgasreinigung als Salz abgeschieden. Der Restkoks, mit Heizwerten zwischen 23 000 und 30 000 kJ/kg, eignet sich staub­ förmig zur Aufgabe über einen Stirnwandstaubbrenner als Stützbrennstoff für den Drehrohrofen, ist aber auch aufarbeitungswürdig für Verwendungen, wie beispiels­ weise den Einsatz als Elektrodenkoks.

Beispiel 3

Es werden Abfallstoffe eingesetzt, deren umweltgerechte Beseitigung durch Verbrennen aufgrund von Beimengungen an bekannten Prekursoren für die Bildung von haloge­ nierten Dibenzodioxinen und Dibenzofuranen als beson­ ders kritisch angesehen werden, wie beispielsweise ha­ logenierte Bi- und Terphenyle, halogenierte Phenole, halogenierte Diphenlyäther oder ähnliche Verbindungen als Bestandteil von Schmier- und Hydraulikölen oder als Weichmacher von Kunststoffen oder als Dielektrikum ne­ ben organischen und metallischen Feststoffen in elek­ trischen Bauteilen u. a. m. Die Pyrolyse als Verfahren, bei dem neben der Spaltung der organischen Struktur auch Dehydrohalogenierungsreaktionen ablaufen, mini­ miert gleichzeitig die Prekursoren-Konzentrationen, während die Gasreinigung in Form einer speziellen mehr­ stufigen Kondensationswäsche als Senke für die Abschei­ dung von Resten halogenierter Dibenzodioxine und Diben­ zofurane wirkt. Wechselnde Halogengehalte des Pyrolyse­ inputs bis zu ca. 10% Chlor sind ohne nachhaltigen Einfluß auf den Resthalogengehalt der aus dem Spaltgas isolierten organischen Kondensate. In der Regel ent­ halten die organischen Kondensate noch ca. 0,1% orga­ nisch gebundenes Chlor, wovon Konzentrationen im zwei­ stelligen ppm-Bereich von beispielsweise Restgehalten an polyhalogenierten Diphenylen und Konzentrationen im zweistelligen ppb-Bereich von halogenierten Dibenzodi­ oxinen und Dibenzofuranen beansprucht sein können. Für die weitere Verwendung der in genannter Größenordnung kontaminierten organischen Kondensate als fluider Ener­ gieträger oder auch für die stoffliche Verwertung wer­ den sie in einer Sumpfphasen-Dehalogenierung nachbe­ handelt, wobei oben genannte Verbindungen bis unter Nachweisgrenze abgebaut werden. Die Qualität der aus den Spaltgasen durch Kondensations-Reinigung erzeugten Brenngase schwankt nur in engen Grenzen und ist weit­ gehend unabhängig von der Art des Input, da es nach der Gasreinigung etwa nur aus den bei 20°C permanent gas­ förmigen Spaltprodukten besteht.

Claims (5)

1. Verfahren zur thermischen Steuerung von Drehrohrver­ brennungsanlagen dadurch gekennzeichnet, daß zur Er­ zeugung von regelbaren Energieträgern aus beliebigen Stoffen mit organischer Struktur, wie beispielsweise kohlenwasserstoffhaltige Abfälle, insbesondere auch nachwachsender Rohstoffe oder anderer energiehaltiger Stoffe mit organischer Struktur, durch eine gezielte thermische Umwandlung, vorzugsweise durch Pyrolyse zwi­ schen 500 und 1000°C, insbesondere zwischen 650 und 800°C ein Brenngas, ölige brennbare Kondensate und mehr oder weniger brennbare Rückstände erzeugt und in geschlossenen Kreisläufen soweit aufgearbeitet werden, daß die einzelnen Stoffströme nach Ausschleu­ sung von Wertstoffen gemeinsam eine geregelte, umwelt­ verträgliche Drehrohrverbrennung von energiearmen, selbständig nicht brennbaren, überwachungsbedürftigen Abfallstoffen ermöglichen, um bei optimaler Volumenre­ duzierung eine ausreichende Mineralisierung für eine umweltverträgliche Deponierung der Abfallrückstände zu erreichen, wobei aus den bei der Pyrolyse organi­ scher Stoffe entstehenden Spaltgasen durch eine ge­ zielte Reinigung durch Quenchen und eine mehrstufige Kondensationswäsche ein weitgehend schadstofffreies, insbesondere von organischen Schadstoffen, wie halo­ genierten Dibenzodioxinen und Dibenzofuranen, freies, speicherbares und mit herkömmlichen Aggregaten kompri­ mierbares Brenngas mit Heizwerten zwischen 12 500 und 34 000 KJ/Nm³, insbesondere mit Heizwerten von 16 000 bis 21 000 KJ/Nm³, erzeugt wird und dieses Brenngas vorrangig zur Wärmebedarfsdeckung der ther­ mischen Spaltung, vorzugsweise für die indirekte Be­ heizung der Pyrolyse, und als Stützenergie für die Aus­ regelung der Nachbrennkammertemperatur der Drehrohr­ verbrennung eingesetzt und verbrannt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß feste energiereiche Abfallstoffe aus der Gruppe überwachungsbedürftiger Abfälle eingesetzt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß kunststoffhaltige Reststoffe- bzw. Abfallsorten, wie beispielsweise Leiterplatten- und Elektronikab­ fälle oder metallhaltige kaschierte Verpackungsabfäl­ le oder Autoshredderabfälle, unter Beachtung besonders spezifischer Recyclingschwerpunkte, wie beispielsweise dem gleichzeitigen Ziel der Metallrückgewinnung, einge­ setzt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Abfallstoffe eingesetzt werden, deren umwelt­ gerechte Beseitigung durch Verbrennen aufgrund von Beimengungen an bekannten Prekursoren für die Bildung von halogenierten Dibenzodioxinen und Di­ benzofuranen als besonders kritisch angesehen wird, wie beispielsweise von Abfallstoffen mit Beimen­ gungen an halogenierten Bi- und Terphenylen, halo­ genierten Phenolen, halogenierten Diphenyläthern oder ähnlichen Verbindungen, wobei die Pyrolyse gleichzeitig als Stufe zur Minimierung der Prekur­ soren-Konzentrationen und die gezielte Gasreinigung durch Quenchen und Kondensationswäsche als Senke für die Abscheidung von Resten halogenierter Diben­ zodioxine und Dibenzofurane dient.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die heißen Rauchgase aus der indi­ rekten Pyrolysebeheizung mit Temperaturen von ca. 700°C entweder direkt oder nach Wärmenutzung oder auch im gemischten Betrieb zur Ausregelung einer NO_x-armen Verbrennung im Strömungsfeld der Stützbrenner der Nachbrennkammer aufgegeben werden.