DE4402878A1 - Verfahren zur Herstellung thermostabiler Mischbriketts - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von thermostabilen Mischbriketts mit hohem Anteil von zerkleiner­ ten Reststoffen, die thermisch weiter verarbeitet, insbeson­ dere in der Festbettdruckvergasung aufbereitet werden, wobei dem Reststoff Kohle, Shredderleichtgut, Klärschlamm und ähn­ liches zugemischt wird. Die Erfindung betrifft außerdem eine Anlage zur Herstellung und Vergasung von thermostabilen Mischbriketts mit hohem Anteil von Reststoffen und damit zur Durchführung des Verfahrens mit Zerkleinerungs- und Mischag­ gregaten sowie Pressen und dem Festbettreaktor.

Im Rahmen der Entsorgung stellen Reststoffe wie Verpak­ kungen u. a. Kunststoffabfälle ein besonderes Problem dar. An zahlreichen Standorten sind Müllverbrennungsanlagen errichtet worden, die auch diese Reststoffe mitverbrennen. Bei der Ver­ brennung ist lediglich ein gewisser energetischer Nutzen in Richtung Dampferzeugung zu verzeichnen. Von daher sind um­ fangreiche Überlegungen angestellt worden, neben oder zusätz­ lich zur Öl- und Kohlevergasung insbesondere über die Fest­ bettdruckvergasung auch solche Abfallstoffe zu vergasen. Auf der 25. Essener Tagung vom 01. bis 03. April 1992 ist von der Energiewerke Schwarze Pumpe AG ein Konzept zur Entsorgung solch problematischer Entsorgungsgüter wie Klär- und Lack­ schlamm, Shredderleichtgut, stark kontaminierte Böden und feste ölhaltige Abfälle im Verbund mit Braunkohle vorgestellt worden. Bei derartigen Gemischen, die sich zur Vergasung im Festbettdruckvergaser eignen ist es schwierig, eine ausrei­ chende Agglomerationsfähigkeit herzustellen. Insbesondere müssen sie auch während des Vergasungsprozesses lange Zeit die notwendige Formstabilität aufweisen, da ansonsten eine ausreichende Durchströmung und damit Vergasung nicht gewähr­ leistet ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Ver­ fahren und eine Anlage zu schaffen, über die eine gleichblei­ bend sichere Vergasung großer Mengen von Rohstoff, vor allem von Kunststoffabfall möglich ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Zumischgut in Form von Kohle, Klärschlamm, Holz u. a. als Mineralkomponente der Ausgangsmischung der Mischbriketts ein gleichbleibendes Schmelzverhalten/Sinterverhalten der Misch­ briketts bei der Vergasung im Festbettreaktor gewährleistend zugegeben und daß das Zumischgut und die Reststoffe auf etwa die gleiche Korngröße zerkleinert und intensiv miteinander gemischt und dann entsprechend geformt werden.

Bei einem derartigen Verfahren wird eine Stabilisierung der Mischbriketts erreicht, die sicherstellt, daß die Misch­ briketts über die ausreichende Zeit im Festbettreaktor ste­ hen, so daß die vollständige Vergasung gewährleistet ist. Dabei ist der Einsatz von Kohle, insbesondere von Braunkohle vorteilhaft, weil hierdurch der Vergasungsprozeß verbessert und beschleunigt wird und dennoch die gewünschte Stabilität des einzelnen Mischbriketts vorhanden ist, so daß während des gesamten Vergasungsprozesses ein gleichmäßiges Durchströmen mit dem Vergasungsmittel möglich ist. Dabei wird die Anfangs­ stabilität problemlos gewährleistet, was auch mit anderen Verfahren sicherlich möglich wäre, um dann während des Ver­ gasungsprozesses diese Stabilität noch durch das Schmelzver­ halten bzw. Sinterverhalten zu erhöhen, zumindestens aber unverändert beizubehalten, so daß die einzelnen Mischbriketts wie schon erwähnt eine vollständige und gleichmäßige Verga­ sung sicherstellen.

Nach einer zweckmäßigen Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Reststoffe und das Zumischgut auf 0-6 mm zerkleinert und dann innig vermischt werden. Der weitge­ hende Aufschluß der Reststoffe und zugleich auch des Zumisch­ gutes, d. h. der Kohle oder des Klärschlammes oder des Holzes oder des Papieres sichern ein gleichbleibendes Schmelzverhal­ ten, wobei durch die gleichmäßige Zerkleinerung und damit das gleichmäßige Korn problematische Zonen in den Mischbriketts nicht entstehen können. Vielmehr ist durch dieses gleichmäßi­ ge Korn eine gleichmäßige Durchmischung möglich und damit auch ein durchgehend gleiches Produkt, das dann auch für die Vergasung gleiche Ausgangswerte und Verfahrensablaufwerte sicherstellt.

Insbesondere das Zerkleinern von Kunststoffen in Form von Folien, Behältern o. a. stellt dann kein Problem dar, wenn diese Reststoffe auf bis zu 15 mm vorzerkleinert werden und wenn dann oder dabei ein Aussondern der Metallteile er­ folgt. Diese den Zerkleinerungserfolg behindernden Metalltei­ le werden frühzeitig und so sicher aussondiert, daß der den Verschleiß besonders belastende Feinzerkleinerungsvorgang dann ablaufen kann, wenn die Metallteile bereits ausgesondert sind.

Um eine möglichst sichere Abtrennung der weiter zu zer­ kleinernden Teile und der Metallteile zu erreichen, ist es von Vorteil, wenn die Reststoffe nach der Vorzerkleinerung einer Windsichtung zugeführt werden, wobei die Metallteile nach unten und die Kunststoffe bzw. die Reststoffe nach oben hin ausgetragen werden können. Die Windsichtung hat darüber hinaus den Vorteil, daß ggf. sogar die Möglichkeit besteht, ein Zwischen- oder Mittelgut auszutrennen, beispielsweise von organischen Reststoffen.

Das entsprechend vorzerkleinerte und sortierte Material muß dann auf unter 6 mm nachzerkleinert werden, was nach dem Verfahren dadurch erreicht wird, daß die Reststoffe in einen Shredder mit integriertem Lochsieb auf unter 6 mm nachzer­ kleinert werden. Über den Shredder kann das Material vorteil­ haft gleichmäßig zerkleinert werden, weil es nicht zermahlen, sondern mehr zerrissen wird so daß eine recht gleichförmige bzw. gleichkörnige Endmasse entsteht.

Zur Verbesserung des Brikettiervorganges aber auch um das in der Braunkohle oder den anderen Zumischprodukten ent­ haltene Wasser frühzeitig auszusondern, sieht die Erfindung vor, daß die Kohle, vorzugsweise Braunkohle und/oder andere Mineralanteilträger vor oder beim intensiven Vermischen mit den Reststoffen erwärmt werden. Dabei ist es von Vorteil, wenn die Kohle und anderen Produkte auf rund 150°C erwärmt und dann vermischt oder daß das Mischprodukt entsprechend beim Vermischen erwärmt wird. Wie schon erwähnt wird dabei sowohl ein Abtrennen von Wasseranteilen begünstigt wie auch der Kompaktiervorgang bzw. Brikettiervorgang.

Hat man bereits ein weitgehend trockenes Reststoffge­ misch, so kann es zweckmäßig sein, wenn die Kohle und anderen Produkte vor der Vermischung getrocknet werden, so daß dann wirksam nur der Mischproduktanteil getrocknet wird, der einen hohen Feuchtigkeitsgehalt aufweist.

Stehen nicht ausreichende Mengen an Braunkohle, Klär­ schlamm o. ä. Mineralanteilträger zur Verfügung, kann es vor­ teilhaft sein, dem Kohlereststoffgemisch einen möglichst gleichbleibenden Erweichungs- bzw. Schmelzpunkt im Ver­ gasungsprozeß gewährleistende, spezielle Zusätze zu­ zumischen. Solche Zusätze können auch dann von Vorteil sein, wenn aufgrund eines langsamen Vergasungsprozesses sehr hohe thermostabile Eckwerte vorgegeben werden müssen. Statt der Zugabe spezieller Zusätze ist es dann während des Vergasungs­ verfahrens im Festbettvergaser auch möglich, die aus dem etwa eine gleiche Korngröße von kleiner 6 mm und einen Mineralkom­ ponentenanteil, der ein gleichbleibendes Schmelzverhalten/Sinterverhalten bei der Vergasung im Fest­ bettreaktor gewährleistet, aufweisenden Mischprodukt herge­ stellten Mischbriktetts im Festbettreaktor eingesetzt werden, wobei das Schmelz-/Sinterverhalten zusätzlich oder ergänzend durch Anpassung des Sauerstoffanteiles des Vergasungsmittels eingestellt und gewährleistet wird. Dieses Verfahren ist als Ergänzung vorteilhaft, weil der relativ teure Sauerstoff nur dann eingesetzt bzw. der Anteil entsprechend erhöht wird, wenn sich dies aufgrund irgendwelcher Gegebenheiten als zweckmäßig erweist. Dabei sei darauf hingewiesen, daß der Mineralkomponentenanteil natürlich auch durch entsprechende Wahl des jeweiligen Zumischproduktes verändert bzw. angepaßt werden kann und natürlich auch durch die Einstellung der Men­ ge des Reststoffes. Der jeweils benötigte Mineralkomponenten­ anteil wird vorab festgestellt und entsprechend als Größe in den Verfahrensprozeß eingegeben, so daß eine sichere Verfah­ rensführung gewährleistet ist. Zur Durchführung des Verfah­ rens dient eine Anlage, bei der die Reststoffe und das Zu­ mischgut gleichmäßig behandelt werden, wozu geeignete Zer­ kleinerungs- und Mischaggregate sowie Pressen und der Fest­ bettreaktor vorgesehen sind. Um hier das Verfahren mit der notwendigen Sicherheit durchführen zu können, sind dem als Intensivmischer ausgebildeten Mischaggregat geeignete Mühlen und Shredder für die Reststoffe und Brecher und Mühlen für die Kohle und weiteren Mineralkomponententräger vorgeordnet und eine Brikettpresse nachgeordnet und daß den einzelnen Bunkern für die Mineralkomponententräger Dosierer zugeordnet sind, wodurch die entsprechende Einstellung der Mineralkompo­ nente möglich ist. Wichtig ist das weitgehende Zerkleinern aller Komponenten des Mischproduktes, das intensive Vermischen und das "Zusammenhalten" des Mischproduktes bis zur gleichmäßigen Verpressung. Dies wird durch den Intensiv­ mischer, die Mühlen und Shredder sowie Brecher gewährleistet und eben die genaue Dosierungsmöglichkeit der Zugabe der ein­ zelnen Komponenten über die Dosierer.

Da nach dem beschriebenen Verfahren auch eine Feinstzu­ gabe von Aktivierern bzw. Mineralkomponententrägern vorgese­ hen ist, wird gemäß der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, daß dem Intensivmischer ein Behälter mit Dosiereinrichtung für die Mineralkomponentenzusätze und/oder dem Festbettreak­ tor ein Sauerstoffzusatzbehälter mit Dosiereinrichtung zuge­ ordnet sind. Damit wird je nach Bedarf die Zugabe von Mine­ ralkomponentenzusätzen bzw. von Sauerstoff während der Ver­ gasung möglich, so daß für alle Eventualitäten Lösungen vor­ handen sind, um die gleichbleibend sichere Vergasung großer Mengen von Reststoffen, vor allem von Kunststoffabfall zu ermöglichen.

Die Erfindung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, daß ein Verfahren und eine Anlage geschaffen ist, über die auch problematische Kunststoffabfälle u. ä. Reststoffe so "aufbereitet" werden können, daß eine optimale Nutzung des Entsorgungsgutes möglich wird. Die thermostabilen Mischbri­ ketts können vorteilhaft in einem Festbettreaktor vergast werden, wobei eine stoffliche Nutzung des Abfalls durch die Erzeugung von Synthesegas erreicht ist und darüber hinaus eine sichere Zerlegung der Schadstoffe durch die hohen Reak­ tortemperaturen gesichert ist. Der Aufwand für die Gasreini­ gung ist schon allein deshalb geringer als bei der Verbren­ nung, weil das Gasvolumen entsprechend verringert ist. Vor­ teilhaft ist weiter, daß eventuelle Schadstoffe sicher in die Schlacke der verbleibenden Mineralsubstanz eingebunden wer­ den, so daß die entsprechende Mineralkomponente gleich einen Doppeleffekt erbringt, nämlich einmal führt sie zu einem thermostabilen Mischbrikett und zum anderen erbringt sie eine Schlacke, die ein sicheres Einbinden von Schadstoffen sicher­ stellt. Schließlich ist herauszustellen, daß die Vergasung der Abfallstoffe wesentlich umweltfreundlicher hinsichtlich der anfallenden Emissionen ist, so daß damit gleichzeitig auch eine besser Akzeptanz zu erreichen ist.

Weitere Einzelheiten und Vorteile des Verfahrens und insbesondere der erfindungsgemäßen Anlage ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnung, in der ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel mit den dazu notwen­ digen Einzelheiten und Einzelteilen schematisch dargestellt ist. Es zeigen:

Fig. 1 ein Fließbild der Anlage zur Her­ stellung thermostabiler Mischbri­ ketts und zu ihrer Vergasung,

Fig. 2 eine schematische Ansicht eines Festbettreaktors zur Vergasung ent­ sprechender Mischbriketts.

Der mit 1 bezeichnete Festbettreaktor ist in Fig. 1 nur schematisch wiedergegeben. Es kann sich hierbei um einen Festbettreaktor 1 handeln, wie er in der Vergangenheit zur Braunkohleveredelung und zur Stadtgasproduktion benutzt wor­ den ist. Diesem Festbettreaktor werden thermostabile Misch­ briketts zugeführt, die eine bestimmte, weiter hinten noch erläuterte Zusammensetzung aufweisen.

Aus einem Bunker 2 werden Reststoffe, insbesondere Kunststoffabfall abgezogen und in einer Mühle 3 vorzerklei­ nert. Das entsprechende Gut wird dann in einem Shredder 4 weiter zerkleinert, nachdem es vorher den Windsichter 5 pas­ siert hat. Das vom Windsichter 5 abgeschiedene Gut, bei dem es sich im wesentlichen um Metallteile handelt, wird ausge­ sondert und getrennt gelagert. Das gleiche gilt für das Mate­ rial, das den Shredder 4 durchlaufen hat und das durch dessen Sieb 6 abgetrennt worden ist.

Das den Shredder 4 verlassende Gut wird dann mit einem weiteren Produkt gemischt.

Dieses weitere Produkt, die sog. Mineralkomponente kann aus mehreren Bunkern 7, 9, 11 abgezogen werden, wobei diese Bunker unterschiedliche Mineralkomponententräger beinhalten.

Der mit 7 bezeichnete Bunker, dem ein Dosierer 8 nach­ geschaltet ist, nimmt beispielsweise Braunkohle auf. Der mit 9 bezeichnete Bunker, dem ebenfalls ein Dosierer nachgeschal­ tet ist, nimmt Klärschlamm auf. Der hier eingesetzte dritte Bunker 11 enthält Papier oder Holz oder auch beides. Auch ihm ist ein Dosierer 12 nachgeschaltet. Über die Dosierer 8, 10, 12 ist es möglich, zwischen den einzelnen Mineralkomponenten­ trägern zu variieren und so die Anteile den jeweiligen Gege­ benheiten auch entsprechend anzupassen.

Das die Bunker 7, 9, 11 verlassende Zumischgut kann zu­ nächst über den Trockner 13 geleitet oder aber gleich dem Brecher bzw. der Mühle 14 zugeleitet werden, wo dieses Zu­ mischgut auf kleiner 6 mm zerkleinert wird. Über das nachge­ schaltete Sieb 15 wird die Einhaltung dieser Korngrenze über­ wacht.

Zwischen dem Brecher 14 bzw. dem Sieb 15 und dem Inten­ sivmischer 18, wo die Mineralkomponententräger, d. h. also das Zumischgut und die Reststoffe miteinander vermischt wer­ den, ist eine Heizeinrichtung 16 geschaltet. Hier kann das Material falls erforderlich weiter getrocknet und insbesonde­ re auch erwärmt werden, um sowohl den Mischprozeß, wie auch den nachfolgenden Brikettierprozeß zu verbessern.

Die beiden Komponenten oder sogar eine dritte Komponen­ te, nämlich ein die Mineralkomponententräger unterstützender Zusatz kann über den Behälter 20 und die Dosiereinrichtung 21 dem Intensivmischer 18 zugeführt werden, wo es zu der notwen­ digen intensiven Vermischung der Komponenten kommt, die beide eine Korngröße unter 6 mm aufweisen.

Falls erforderlich kann das den Intensivmischer 18 ver­ lassende Material einem Zwischenverdichter 19 zugeführt wer­ den, wobei noch einmal eine Erwärmung erfolgen kann, falls dies notwendig ist. Denkbar ist es aber auch, hier noch vor der Brikettpresse 23 eine Zusatzheizeinrichtung 24 vorzuse­ hen, um eine gezielte Erwärmung zu ermöglichen, insbesondere wenn der Zwischenverdichter 19 ausgespart werden kann oder soll.

Die die Brikettpresse 23 verlassenden thermostabilen Mischbriketts gelangen in den Festbettreaktor 1, wobei von unten her über die Dampfleitung 35 die Zuleitung von Dampf und über den Sauerstoffzusatzbehälter 26 und die Dosierein­ richtung 27 Sauerstoff eingeschleust wird, um über dieses Vergasungsmittel den gewünschten Vergasungserfolg zu errei­ chen.

Nähere Einzelheiten zu dem hier vorgeschlagenen Fest­ bettreaktor 1 kann Fig. 2 entnommen werden. Dort ist die Festbettzugabe 92 dem Kopf des Festbettreaktors zugeordnet. In einem zwischengeschalteten Zwischenbunker 30 werden die thermostabilen Mischbriketts so lange vorgehalten, bis sie chargenweise in den Reaktorinnenraum 31 gelangen.

Am Fuß des Festbettreaktors 1 befindet sich das Sauer­ stoffventil 28 und das Dampfventil 36 über das derartige Ver­ gasungsprodukte in der notwendigen Menge zugeführt werden können. Sie durchstreichen die im Reaktorinnenraum 31 abgela­ gerten thermostabilen Mischbriketts und führen zur gewünsch­ ten Vergasung und zum Austrag der Vergasungsprodukte. Dies erfolgt über die Gasleitung 32 während die nicht zu vergasen­ de Asche über den Ascheaustrag 33 mit dem vorgeschalteten Aschesammelbunker ausgeschleust werden.

Alle genannten Merkmale, auch die den Zeichnungen allein zu entnehmenden, werden allein und in Kombination als erfin­ dungswesentlich angesehen.

Claims (12)

1. Verfahren zur Herstellung von thermostabilen Mischbriketts mit hohem Anteil von zerkleinerten Reststoffen, die thermisch weiter verarbeitet, insbesondere in der Fest­ bettdruckvergasung aufbereitet werden, wobei dem Reststoff Kohle, Shredderleichtgut, Klärschlamm und ähnliches zuge­ mischt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Zumischgut in Form von Kohle, Klärschlamm, Holz u. ä. als Mineralkomponente der Ausgangsmischung der Mischbriketts ein gleichbleibendes Schmelzverhalten/Sinterverhalten der Mischbriketts bei der Vergasung im Festbettreaktor gewährlei­ stend zugegeben und daß das Zumischgut und die Reststoffe auf etwa die gleiche Korngröße zerkleinert und intensiv mitein­ ander gemischt und dann entsprechend geformt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reststoffe und das Zumischgut auf 0-6 mm zerklei­ nert und dann innig vermischt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reststoffe auf bis zu 15 mm vorzerkleinert werden und daß dann oder dabei ein Aussondern der Metallteile erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Reststoffe nach der Vorzerkleinerung einer Windsich­ tung zugeführt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 3 und Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Reststoffe in einen Shredder mit integriertem Loch­ sieb auf unter 6 mm nachzerkleinert werden.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohle, vorzugsweise Braunkohle und/oder andere Mine­ ralanteilträger vor oder beim intensiven Vermischen mit den Reststoffen erwärmt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohle und anderen Produkte auf ungefähr 150°C er­ wärmt und dann vermischt oder daß das Mischprodukt entspre­ chend beim Vermischen erwärmt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1 bis Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohle und anderen Produkte vor der Vermischung ge­ trocknet werden.

9. Verfahren nach Anspruch 1 bis Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß dem Kohlereststoffgemisch einen möglichst gleichbleiben­ den Erweichungs- bzw. Schmelzpunkt im Vergasungsprozeß ge­ währleistende, spezielle Zusätze zugemischt werden.

10. Verfahren zur Verwertung von Reststoffen wie Kunststoffabfällen, die zerkleinert und einer Festbettverga­ sung unterzogen und die vorab unter Zumischung von Kohle, Holz, Papier, Klärschlamm u. ä. vermischt und zu Briketts geformt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die aus dem etwa eine gleiche Korngröße von kleiner 6 mm und einen Mineralkomponentenanteil, der ein gleichbleibendes Schmelzverhalten/Sinterverhalten bei der Vergasung im Fest­ bettreaktor gewährleistet, aufweisenden Mischprodukt herge­ stellten Mischbriktetts im Festbettreaktor eingesetzt werden, wobei das Schmelz-/Sinterverhalten zusätzlich oder ergänzend durch Anpassung des Sauerstoffanteiles des Vergasungsmittels eingestellt und gewährleistet wird.

11. Anlage zur Herstellung und Vergasung von ther­ mostabilen Mischbriketts mit hohem Anteil von Reststoffen und damit zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis Anspruch 9 sowie Anspruch 10, mit Zerkleinerungs- und Misch­ aggregaten sowie Pressen und dem Festbettreaktor, dadurch gekennzeichnet, daß dem als Intensivmischer (18) ausgebildeten Mischaggregat geeignete Mühlen (3) und Shredder (4) für die Reststoffe und Brecher und Mühlen (14) für die Kohle und weiteren Mineral­ komponententräger vorgeordnet und eine Brikettpresse (23) nachgeordnet ist und daß den einzelnen Bunkern (7, 9, 11) für die Mineralkomponententräger Dosierer (8, 10, 12) zugeordnet sind.

12. Anlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß dem Intensivmischer (18) ein Behälter (20) mit Dosierein­ richtung (21) für die Mineralkomponentenzusätze und/oder dem Festbettreaktor (1) ein Sauerstoffzusatzbehälter (26) mit Dosiereinrichtung (27) zugeordnet sind.