DE4238935A1 - Verfahren zur Überführung von organisches Material und Kunststoffe enthaltenden Abfallstoffen in ein pulverförmiges Zwischenprodukt und seine Verwendung - Google Patents
Verfahren zur Überführung von organisches Material und Kunststoffe enthaltenden Abfallstoffen in ein pulverförmiges Zwischenprodukt und seine VerwendungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überführung von organisches
Material und Kunststoffe enthaltenden Abfallstoffe in ein pulverförmiges
Zwischenprodukt und seine Verwendung. Das Verfahren kann angewendet
werden, um schwierig mahlbare, organisches Material und Kunststoffe
enthaltende Abfallstoffe wie Hausmüll, kunststoffhaltige
Industrieabfälle, Shredder-Leichtgut der Altauto-Aufbereitung oder
Elektronik-Schrott in ein pulverförmiges Zwischenprodukt zu überführen,
das für den Einsatz in solchen Entsorgungsanlagen geeignet ist, die für
die Verwertung staubförmiger Einsatzprodukte bestimmt sind. Beispiele
für solche Anlagen sind Staubfeuerungen, einschließlich
Schmelzkammer-Feuerungen, Flugstromvergasungsanlagen oder Wirbelschicht-
Vergasungsanlagen, aber auch Anlagen, bei denen das zu entsorgende
Produkt mit einer Flüssigkeit zu einem pumpfähigen Slurry angemaischt
werden muß, bevor es der Verwertung zugeführt werden kann, wie bei
Hydrieranlagen oder Verbrennungs- bzw. Vergasungsanlagen mit Slurry-
Einspeis-System.
In der Energietechnik, in der chemischen Technik und in der Metallurgie
haben sich eine Vielfalt von sehr effizienten Verfahren eingeführt, bei
denen staubförmige Feststoffe mit Gasen, teilweise auch mit
Flüssigkeiten umgesetzt werden. Der Einsatz von staubförmigen
Feststoffen gewährleistet, durch die große Oberfläche des Feststoffes
bedingt, hohe spezifische Belastungen, hohe Umsatzgrade und kurze
Verweilzeiten. Staubförmige Feststoffe lassen sich weiter einfach und
umweltgerecht handhaben, fördern und dosieren.
Viele dieser Verfahren sind an sich hervorragend geeignet zur Entsorgung
und Verwertung toxisch belasteter Abfallstoffe wie z. B.
Kunststoffabfälle, Shredder-Leichtgut, Hausmüll oder Elektronikschrott.
So ist es mit DE 41 11 917 bekannt, schwermetallbelastete brennbare
Rückstände durch Partialoxydation im Flugstrom in ein CO- und H2-reiches
Gas umzuwandeln und die mineralischen Bestandteile in ein
Schlackengranulat mit glasartiger Struktur zu überführen.
Bekannt ist weiter die Entsorgung von belasteten Klärschlämmen in
Schmelzkammerfeuerungen, die Entsorgung von Rückständen im Plasma-Ofen,
insbesondere um die mineralischen Bestandteile aufzuschmelzen und zu
verglasen, und die Aufarbeitung von Kunststoffabfällen durch Hydrierung.
Der Nachteil dieser Verfahren ist jedoch, daß sie für die Verwertung
fester Rückstände nur dann brauchbar sind, wenn diese in staubförmiger
Form vorliegen.
Abfallstoffe, die organische Materialien wie Kunststoffabfälle,
Textilabfälle oder Elektronikschrott enthalten, sind vielfach nur sehr
schwierig zu zerkleinern und in Staubform zu überführen. Solche
Abfallstoffe entzogen sich bisher einer Entsorgung nach den oben
genannten Verfahren.
Es wurde vorgeschlagen, solche Abfallstoffe einer Pyrolyse bei
Temperaturen meist im Bereich von 600°C zu unterziehen und den
kohlenstoffhaltigen Rückstand, gegebenenfalls nach Abtrennung einer
Metallfraktion aufzumahlen und einer Flugstromvergasung oder Verbrennung
zu unterziehen. Dabei wird ausgenutzt, daß der Rückstand eine
halbkoksartige Struktur hat und relativ leicht mahlbar ist. Bei der
Pyrolyse fallen jedoch toxisch belastete Gase und schwer handhabbare,
meist flugstaubhaltige Teere und Öle an, deren Verwertung bzw.
Entsorgung mit hohem Aufwand verbunden ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Überführung von
schwierig mahlbaren, organisches Material und Kunststoffe enthaltenden
Abfallstoffen in ein pulverförmiges Zwischenprodukt und eine Verwendung
derselben vorzuschlagen, das die Mängel des Standes der Technik nicht
aufweist, und das es ermöglicht, solche Abfallstoffe mit Hilfe von
effizienten Verfahren zu verwerten bzw. umweltgerecht zu entsorgen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch den kennzeichnenden Teil des
ersten Anspruches sowie die Ansprüche 11 und 12 gelöst.
Weitere Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den Unteransprüchen
dargestellt.
Bei dem vorgeschlagenen Verfahren werden schwierig mahlbare, organisches
Material und Kunststoffe enthaltende Abfallstoffe, wenn nötig nach einer
Vorzerkleinerung auf eine Stückgröße von etwa 0-50 mm einer
thermischen Behandlung bei Endtemperaturen zwischen 120 und 350°C so
unterworfen, daß ihre organische Substanz versprödet, ohne daß über eine
Verdampfung eines Feuchteanteils hinaus wesentliche Mengen an Gasen und
Dämpfen entbunden werden.
Die Temperatur, die für eine thermische Versprödung notwendig ist, liegt
vorzugsweise zwischen 120 und 250°C, kann aber bei schwer versprödbaren
Kunststoffabfällen auch z. B. 320°C betragen.
Der bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zweckmäßige
Temperaturbereich für die thermische Behandlung ist abhängig von der Art
des zu vergasenden Roh- oder Abfallstoffes. Der Fachmann kann durch
einfache Versuche selbst im Laboratoriumsmaßstab die für den jeweiligen
Anwendungsfall vorteilhafte Temperatur innerhalb des im Anspruch 1
dargestellten Bereiches ermitteln.
Es wurde gefunden, daß eine kunststoffhaltige Hausmüllfraktion
Temperaturen von 220 bis 230°C erfordert, um eine günstige Mahlbarkeit
des thermisch vorbehandelten Materials zu erreichen, ohne daß über eine
Verdampfung eines Feuchteanteils hinausgehende wesentliche Mengen an
Gasen und Dämpfen entbunden werden. Für ein spezielles Shreddergut mit
höherem PVC-Anteil sind bei gleichen Anforderungen dagegen ca. 300°C
für die Vorbehandlung erforderlich.
Bei dieser thermischen Vorbehandlung werden außer der eingetragenen
Feuchtigkeit im Material in der Regel nur 3 bis 10 Prozent der
Trockensubstanz als Gase und Dämpfe ausgetragen.
Eine Teerentbindung erfolgt bei diesen Temperaturen nicht.
Die versprödeten festen Produkte der thermischen Vorbehandlung werden
einer Zerkleinerung zugeführt, wobei ein Feingut mit einer Größe kleiner
1 mm gewonnen wird.
Insbesondere bei Verwertung von Stoffen mit relativ hohem
Feuchtigkeitsgehalt ist es zweckmäßig, der thermischen Behandlung eine
Trocknungsstufe nach bekannten Technologien vorzuschalten.
Abhängig von der Beschaffenheit des zu verwertenden Materials können im
Zuge der Aufbereitung des thermisch behandelten Materials Metallstücke
und mineralisches Grobgut wie Steine ausgehalten und einer separaten
Verwertung oder Deponie zugeführt werden.
Die bei der thermischen Behandlung entbundenen kleinen Mengen an Gasen
und Dämpfen können bei Abführung in die Atmosphäre Geruchsbelästigungen
verursachen. In diesen Fällen ist es nach der Erfindung möglich, die bei
der thermischen Vorbehandlung entbundenen Gase und Dämpfe zur Abtrennung
schädlicher und geruchsbildender Bestandteile über ein Filter zu leiten.
Bevorzugt eignen sich als Filtermaterial preisgünstige Aktivkokse, die
nach Beladung gemeinsam mit dem Produkt der thermischen Behandlung
aufgemahlen und verwertet werden. Es ist möglich, gegebenenfalls unter
Rückgewinnung von Wärme den Anteil an Dämpfen vorher zu kondensieren und
in flüssiger Form weiter zu behandeln.
Für die thermische Behandlung können Technologien aus der
Trocknungstechnik herangezogen werden. Mit dem Ziel, eine Verdünnung der
bei der Erhitzung frei werdenden, geringen Mengen an Gasen und Dämpfen
zu vermeiden, ist es zweckmäßig, die thermische Behandlung durch Kontakt
der Roh- und Abfallstoffe mit heißen Heizflächen zu erreichen. Es
entspricht dem Stand der Technik, hierzu im nachfolgenden Prozeß zur
Verwertung des erfindungsgemäß hergestellten pulverförmigen
Zwischenproduktes anfallende Abwärmequellen zu nutzen.
Alternativ ist eine direkte Aufheizung des zu behandelnden Materials
durch Kontakt mit heißen, im Kreislauf geführten Rauchgasen möglich. In
diesem Falle wird die Wärmemenge durch einen Brenner eingebracht, der
vorzugsweise mit Gas oder Öl beheizt wird, und dessen heiße Rauchgase in
den Rauchgaskreislauf eintreten. Abgestoßen und dem Vergasungsreaktor
zugeführt bzw. über ein Aktivkoksfilter abgeleitet werden Gasmengen, die
der bei der thermischen Vorbehandlung entbundenen Menge von Gasen und
Dämpfen und der Rauchgasmenge aus dem Brennerbetrieb entsprechen.
Das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugte pulverförmige
Zwischenprodukt wird vorzugsweise durch eine nachfolgende Verbrennung
nach bekannten Staubfeuerungsprinzipien oder eine Flugstromvergasung
verwertet. Es kann jedoch auch in allen anderen für die Entsorgung von
staubförmigen Materialien geeigneten Prozessen eingesetzt werden.
Gegebenenfalls ist auch eine Anmaischung mit brennbaren Flüssigkeiten
oder Wasser möglich, um das Material als Feststoff-Flüssigkeits-
Suspension einem Folgeprozeß (beispielsweise einem Hydrierprozeß)
zuführen zu können.
Die Erfindung soll nachfolgend an einem Beispiel erläutert werden.
Die Fig. 1 zeigt die prinzipielle Darstellung des Verfahrens zur
Überführung von organisches Material und Kunststoffe enthaltenden
Abfallstoffen in ein pulverförmiges Zwischenprodukt.
Eingesetzt wird eine textil- und kunststoffreiche Shredderfraktion einer
Korngröße bis 20 mm. Der Feuchtigkeitsgehalt beträgt 9,8 Ma-%. Der
Abfallstoff 8 wird über einen inertisierten Bunker 1 einer Einrichtung
zur Trocknung und thermischen Behandlung 2 aufgegeben und auf
Temperaturen zwischen 220 und 250°C aufgeheizt. Als Heizmedium 9 wird
Sattdampf benutzt, der dabei kondensiert und als Dampfkondensat 10 an
den Dampferzeuger zurückgeliefert wird. Die Einrichtung 2 ist als
Drehrohr mit äußerer Beheizung ausgebildet. Die thermisch behandelten
Abfallstoffe werden in einem Ausfallgehäuse 3 aufgefangen und über die
Leitung 11 einer Mühle 4 zugeführt und auf Korngrößen kleiner 0,5 mm
gemahlen. Das aufgemahlene Gut 12 wird mit üblicher pneumatischer oder
mechanischer Fördertechnik einem Bunker 5 zugeführt. Es steht als
pulverförmiges Zwischenprodukt zur Verfügung und wird einer
Verbrennungsanlage zugeführt.
Das in der Einrichtung 2 für die thermische Behandlung abgetriebene Gas,
das aus Wasserdampf und vorwiegend CO2 und N besteht, wird im
Abscheider 6 von mitgerissenem Feinstaub befreit. Der Feinstaub gelangt
zum Hauptgutstrom 11. Das abgetriebene Gas kann unter Wärmegewinnung in
einem Wärmetauscher oder Kühler 7 gekühlt werden, wobei der
Wasserdampfanteil kondensiert und Heißwasser als Fernwärme 15 gewonnen
wird. Der nichtkondensierte Gasanteil 14 wird über ein mit Aktivkoks
befülltes Filter 16 von geruchsintensiven Bestandteilen befreit und in
die Atmosphäre abgestoßen. Der beladene Aktivkoks wird, im Schema nicht
dargestellt, dem thermisch behandelten Gut vor der Mühle 4 zugegeben.
Das wäßrige Kondensat 13 wird, im Schema nicht dargestellt, der
Verbrennungsanlage zur Entsorgung zugeführt.
Aus 10 t/h eingesetzten Abfallstoffen entstehen 2380 m3/h Gas mit einem
Wasserdampfanteil von 62%. Es werden 900 m3/h nichtkondensierbare Gase
(vorwiegend Stickstoff, Kohlendioxid und ca. 5% Sauerstoff) in die
Atmosphäre abgestoßen. Es entstehen 7800 kg/h pulverförmiges
Zwischenprodukt.
Claims (12)
1. Verfahren zur Überführung von organisches Material und Kunststoffe
enthaltenden Abfallstoffen in ein pulverförmiges Zwischenprodukt,
dadurch gekennzeichnet, daß die Abfallstoffe einer thermischen
Behandlung bei Endtemperaturen im Bereich zwischen 120 und 350°C
unterworfen werden, wobei die Anteile an organischen Materialien und
Kunststoffen verspröden, ohne daß über eine Verdampfung eines
Feuchteanteils hinaus große Mengen von Gasen und Dämpfen entbunden
werden und anschließend einer Feinzerkleinerung unterzogen werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der thermi
schen Behandlung eine Trocknungsstufe bei Temperaturen bis zu etwa
120°C vorgeschaltet ist und die in der Trocknungsstufe entbundenen
Wasserdampfbrüden gesondert abgeführt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Zuge
der thermischen Behandlung entbundene Gase und Dämpfe über ein
Adsorptionsmaterial zur Rückhaltung toxischer und geruchsintensiver
Beimengungen geleitet werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das
Adsorptionsmaterial ein adsorptionsaktives Kohlenstoffmaterial wie
Aktivkoks ist.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das mit
Schadstoffen und geruchsintensiven Bestandteilen beladene
Kohlenstoffmaterial den thermisch behandelten Abfallstoffen
beigemischt und mit diesen gemeinsam der Feinzerkleinerung
unterworfen wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die bei der thermischen Behandlung entbundenen Gase und Dämpfe
gekühlt und die dampfförmigen Bestandteile kondensiert werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die thermische Behandlung durch direkten Kontakt mit einem
aufgeheizten, mindestens zum Teil im Kreislauf geführten Gasstrom
erfolgt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die thermische Behandlung durch Kontakt der Abfallstoffe mit
Heizflächen erfolgt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,
daß die thermische Behandlung und die Feinzerkleinerung in einer
eine Zündung ausschließenden inerten Gasatmosphäre erfolgt.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die inerte
Gasatmosphäre durch Einstellung des Sauerstoffgehaltes auf Werte
kleiner als 10% (im feuchten Gas) erzeugt wird.
11. Verwendung eines nach den Ansprüchen 1 bis 5 hergestellten
pulverförmigen Zwischenproduktes zur Verbrennung.
12. Verwendung eines nach den Ansprüchen 1 bis 5 hergestellten
pulverförmigen Zwischenproduktes als Einsatzmaterial zur
Flugstromvergasung.
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