DE4412360C2

DE4412360C2 - Verfahren zur kombinierten Verwertung von gemischten und verunreinigten Kunststoffabfällen

Info

Publication number: DE4412360C2
Application number: DE19944412360
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Rabe; Bernd Buttker; Lutz Groeschel; Hannes Kunert
Original assignee: Energiewerke Schwarze Pumpe AG
Current assignee: Sustec Schwarze Pumpe GmbH
Priority date: 1994-04-11
Filing date: 1994-04-11
Publication date: 2003-06-12
Anticipated expiration: 2014-04-12
Also published as: CZ90495A3; DE4412360A1; CZ281468B6

Description

Kunststoffe werden vielfältig im Haushalt, im Handel, im Gewerbe und in der Industrie verwer tet. Insbesondere als Verpackungsmaterial genutzt, fallen die Kunststoffe als gebrauchte verun reinigte Kunststoffverpackungen kurzfristig wieder als Abfall an. Im Abfall liegen die Kunst stoffe entweder im Gemisch oder verschmutzt vor. Eine sortenreine Sortierung ist selten mit geringem Aufwand möglich. Ein Großteil der erzeugten Kunststoffe liegt als Verbundwerkstoff mit verschiedenen Kunststoffarten, Papier, Textilien oder Metallen vor und kann so nicht ei nem einfachen Recycling zugeführt werden.

Ein hoher Anteil von Kunststoffabfällen wird gegenwärtig gemeinsam mit Hausmüll deponiert oder in Müllverbrennungsanlagen verbrannt. Da Kunststoffe biologisch nur schwer abbaubar sind, werden sie in Deponien zu Altlasten und begünstigen Deponiebrände. Die Umsetzung in Müllverbrennungsanlagen führt auf Grund des geringen Wirkungsgrades zur Erhöhung der CO₂-Emission, und zusätzlich besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit der Dioxinbildung.

In DE 40 29 880 A1 wird vorgeschlagen, Kunststoffe, auch kunststoffhaltigen Shreddermüll, bei erhöhter Temperatur durch Abbau der Polymere zu verflüssigen und in Brennräume von Ver gasungsreaktoren einzudüsen. Dieses Verfahren ist jedoch lediglich für sortenreine Kunststoff abfälle, die nicht verunreinigt sind und nicht mit Verbundwerkstoffen verarbeitet sind, anwend bar. Diese Einschränkungen stehen einer großtechnischen Anwendung entgegen. In diesem Verfahren wird vorgeschlagen, mechanische Verunreinigungen der Kunststoffe im Prozeß der Verflüssigung abzutrennen. Die mögliche Anwendung für Shreddermüll aus der Altautoaufbe reitung wird angezweifelt, da dieser in der Regel < 20% mineralische und metallische Verun reinigungen enthält. Verwertungsmöglichkeiten für diese Rückstände sind aus der Beschrei bung nicht erkennbar.

In DE 40 17 089 A1 wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Vergasen von Kunststoffen zur Erzeugung von Synthesegas beschrieben. Zur Verflüssigung der Kunststoffe werden Schneckenkneter bzw. Doppelschnecken vorgeschlagen, die bei < 400°C und < 100 bar arbei ten. Den Kunststoffen werden vor der Verflüssigung Stoffe zugegeben, die katalytisch den Molekülabbau beschleunigen sollen. Mechanische Verunreinigungen der Kunststoffe werden beim Verflüssigen dieser abgetrennt. Auf Grund des zu erwartenden Verschleißes bei diesem hohen maschinentechnischen Aufwand ist das vorgeschlagene Verfahren für die Verflüssigung von verunreinigten Kunststoffen nicht geeignet. Für die anfallenden mechanischen Verunreini gungen, die mit geschmolzenen Kunststoffen versetzt sind, werden keine Verwertungsmög lichkeiten aufgezeigt, so daß sie vermutlich als Deponieprodukt enden. Der Zusatz von Metall oxiden vor dem Eintrag in die Vergasungsreaktoren ist dahingehend von Nachteil, daß diese unerwünschte Schlacken bilden können, die zur Zerstörung der Ausmauerung von Reaktoren führen bzw. Gasaustrittssysteme versetzen können.

In einem Vorschlag nach DE 40 28 999 A1 wird eine Rückgewinnung von Metallen aus Ver bundwerkstoffen durch Ablösung der Nichtmetallbestandteile mit definierten Lösungsmitteln bei definierten Verfahrensbedingungen angestrebt. Dieses Verfahren ist technisch sehr auf wendig und bedarf mehrerer Verfahrensstufen für eine sortenreine Gewinnung der Einzelbe standteile. Inwieweit eine großtechnische Anwendung zu wirtschaftlich und technisch ver wendbaren Produkten führt, ist noch offen.

Im vorgeschlagenen Verfahren nach DE 40 29 879 A1 soll nur ein Teil der Kunststoffabfälle mit Sauerstoff verbrannt werden und ein anderer Teil wird vergast oder verflüssigt und danach in den Rauchgasstrom des Verbrennungsanteiles eingedüst. Dieses Verfahren ist deshalb von Nachteil, weil mehrere Verfahrensstufen gleichzeitig mit sehr definierten Verfahrensparametern betrieben werden müssen, um ein brauchbares Synthesegas zu erhalten.

Es ist ebenfalls ein Vorschlag bekannt geworden, Kunststoffabfälle, insbesondere Folien, auf zuschmelzen und zu kompaktieren. Von Nachteil ist bei diesem Verfahren, daß für die Auf schmelzung ein hoher Energieaufwand erforderlich ist und daß hierfür erforderliche Kompak tieranlagen, wie Extruder bei verunreinigten Kunststoffabfällen sehr starke Verschleißerschei nungen aufweisen.

Es ist ebenfalls bekannt geworden, Kunststoffabfälle durch Hydrierung zu verwerten. Nachtei lig ist bei diesem Verfahren, daß eine sehr energieintensive und kostenaufwendige Aufberei tung für den Hydrierprozeß erforderlich ist. Die erzeugte flüssige Kohlenwasserstofffraktion muß für eine weitere Verwertung sehr aufwendig aufbereitet werden. Beim Hydrierprozeß fällt ein schwermetall- und chlorhaltiger Hydrierrückstand an, der separat aufbereitet werden muß.

Verwertungsverfahren für verunreinigte und vermischte Kunststoffabfälle stehen gegenwärtig nicht in ausreichender Kapazität zur Verfügung, so daß bereits Verfahren wie in DE 41 07 023 A1 zur Zwischenlagerung vorgeschlagen werden. Im vorgenannten Verfahren wird vorgeschlagen, Kunststoffabfälle gemischt mit nichtbrennbaren Materialien zur Minderung der Brandgefahr zwischenzulagern. Dieses Verfahren weist den Nachteil auf, daß die Kunststoffabfälle wieder aufwendig abgetrennt werden müssen, stärker verunreinigt sind als zuvor und insgesamt ein sehr hohes Lagervolumen erforderlich ist.

Ziel und Aufgabe der Erfindung bestehen darin, ein Verwertungsverfahren zu finden, welches eine effektive umweltverträgliche Verwertung von gemischten und verunreinigten Kunststoff abfällen im Vergasungsprozeß gestattet.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe der Erfindung mit der Merkmalskombination des Patentanspruchs 1 gelöst.

Zusätzlich können im vorgeschlagenen Verfah ren die verflüssigten Kunststoffe als Trägermedium für insbesondere problembehaftete fein körnige mineralische und/oder organische feste Reststoffe, wie beispielsweise kontaminierte Filterstäube und feinkörnige getrocknete Lacke und Farben für den Eintrag in einen Flugstrom vergaser verwendet werden. Bei der Durchführung des Verfahrens werden die Einsatzstoffe über einen oder mehrere Brennerlanzen eingebracht und zu CO- und H₂-haltigen Gasen umge setzt, wobei die im Einsatzprodukt enthaltenen feinkörnigen festen mineralischen Bestandteile der Einsatzstoffe als Schlackebildner verwendet werden und eine Einbindung von in den ver flüssigten Kunststoffen enthaltenen anorganischen Verunreinigungen und Schadstoffen, wie Schwermetallen, bewirken. Bei dem vorgeschlagenen neuen Verfahren werden die minerali schen und metallischen Verunreinigungen der Kunststoffabfälle in einer Größe von < 5 mm vor der Verflüssigung entfernt bzw. auf kleiner 5 mm zerkleinert. Insbesondere bei Eintrag der verflüssigten Kunststoffe über eine separate Brennerlanze kann der Anteil der Verunreinigun gen im Kunststoff plus dem Anteil problembehafteter feinkörniger mineralischer und/oder or ganischer fester Reststoffe bis zu 40% betragen. Bei < 80% verflüssigter Kunststoffe im Ver gasungseinsatzstoff kann der Anteil der Verunreinigungen im Kunststoff plus dem Anteil pro blembehafteter feinkörniger mineralischer und/oder organischer fester Reststoffe bis zu 15% betragen. Die feinkörnigen mineralischen und/oder organischen festen Reststoffe können eine maximale Korngröße von 5 mm aufweisen.

Das neuartige kombinierte Gesamtverfahren kann vorteilhaft dadurch gekennzeichnet sein, daß vor und bei der Verflüssigung abgetrennte Reststoffe separat im Prozeß der Festbettdruckvergasung verwertet werden. Bei der Durchführung dieses neuen Verfahrens wird die Energie zur Auf schmelzung der gemischten und verunreinigten Kunststoffabfälle aus dem Umwandlungspro dukt dieser gewonnen. Dazu kann das entstehende Synthesegas direkt als Energielieferant verwendet werden. Energielieferant können aber auch aus der Prozeßwärme gewonnener Dampf oder Elektroenergie sein. Der Vorteil liegt insbesondere in der Energieautarkie und dem insgesamt erhöhten Umwandlungswirkungsgrad.

Der Vorteil des Verfahrens besteht insbesondere darin, daß gleichzeitig flüssige und feste Rest stoffe mit einem Verfahrensschritt verwertet werden können und daß mit der Reaktionswär me, die bei der Umwandlung gemischter und verunreinigter Kunststoffabfälle verflüssigt sepa rat oder im Gemisch mit bei Normaltemperatur im flüssigen Zustand vorliegenden Kohlenwas serstoffen im Flugstromvergaser entsteht, die festen mitgeführten Reststoffe in Synthesegas und Schlacke umgewandelt werden werden und dabei die Schwermetalle der flüssigen und fe ste Reststoffe in die mineralischen Bestandteile der festen Reststoffe nicht eluierbar eingebunden werden. In Kombination mit der Festbettdruckvergasung entsteht kein Abfall, der depo niert oder in einer Abfallverbrennungsanlage entsorgt werden muß.

In zwei Ausführungsbeispielen soll die Erfindung nachfolgend näher erläutert werden.

Beispiel 1

In einem Rührkessel 3 werden mittels Wärmeeintrag durch Elektroenergie bzw. durch in einer Aufheizvorrichtung 21 erhitztes Altöl bei einer Temperatur von 400°C 3 t/h gemischte und verunreinigte Kunststoffabfälle 1 verflüssigt. Über ein Abscheidesystem 19 werden stündlich ca. 0,3 kg feste Rückstände ausgehalten, die einer Festbettdruckvergasung im Gemisch mit Kohle zur Vergasung zugeführt werden. Die verflüssigten Kunststoffabfälle werden über eine separate Brennerlanze mittels Fördereinrichtung 20 in den Vergasungsreaktor 10 eingebracht.

Als weiteres Einsatzprodukt wird in dem Vergasungsreaktor 10 als Grundlast ein Altöl 2 in einer Menge von 8 t/h über einen Rührbehälter 7 eingesetzt. Das Altöl enthält folgende Schad stoffkonzentrationen:

PCB	150 mg/kg
Cu	2500 mg/kg
Ni	2000 mg/kg
V	2000 mg/kg

Gleichzeitig werden über den Hauptbrenner 8 ca. 13000 m³/h Sauerstoff 11 und 4 t/h Verga sungsdampf 12 in den Vergasungsreaktor 10 eingebracht. Im Temperaturbereich von 1300 bis 2000°C entsteht aus den organischen Inhaltsstoffen der Einsatzstoffe ein Spaltgas 16, welches in einer Menge von 40000 m³/h nach einer schockartigen Abkühlung auf 195°C mit Quench wasser 14 zur Gasaufbereitung geleitet wird. Die Zusammensetzung des Spaltgases ergibt sich wie folgt:

CO₂	6,0%
H₂	47,0%
CO	45,7%
CH₄	0,3%
N₂	1,0%

Nach einer Konvertierungsstufe und Gasreinigung erfolgt die Umwandlung in Methanol.

Die Schwermetalle werden im Vergasungsreaktor in die entstehende Schlacke eingebunden und fallen im Quenchbehälter 15 als nichteluierbares Granulat 17 in einer Menge von 0,4 t/h an. Das kohlenwasserstofffreie Rußwasser 18 wird in eine einfache Aufbereitung geleitet.

Beispiel 2

Neben dem Einsatzprodukt entsprechend Beispiel 1 wird 1 t/h Klärschlamm 4 über ein Silo 5 in einer Mischeinrichtung 6 mit 3 t/h Altöl 2 vermischt und über den Mischbehälter 3 mit ver flüssigtem Kunststoff über einen separaten Brenner 9 in den Vergasungsreaktor 10 eingeleitet. Der Klärschlamm enthält 90% Feststoff, darin 1000 ng TE Dioxin/kg und 2000 mg Cr/kg. Über den Hauptbrenner werden neben 9 t/h Altöl zusätzlich 17000 m³/h Sauerstoff und 5 t/h Vergasungsdampf in den Vergasungsreaktor 10 eingeleitet. Im Vergasungsreaktor erfolgt zu sätzlich die Umsetzung der Dioxine sowie der organischen Bestandteile des Kunststoff-Klär schlammgemisches zu 51000 m³ Spaltgas 16 pro h, welches dioxinfrei ist. Die Menge des nichteluierbaren Schlackegranulates 17 erhöht sich auf 0,7 t/h.

Verzeichnis der Bezugszeichen

1

Kunststoffabfälle

2

Altöl

3

Rührbehälter

1

4

Klärschlamm

5

Silo

6

Mischeinrichtung

7

Rührbehälter

2

8

Hauptbrenner

9

Brenner

2

10

Vergasungsreaktor

11

Sauerstoff

12

Dampf

14

Quenchwasser

15

Quenchbehälter

16

Spaltgas

17

Schlackegranulat

18

Rußwasser

19

Abscheidesystem

20

Fördereinrichtung

21

Aufheizung

Claims

1. Verfahren zur kombinierten Verwertung von gemischten und verunreinigten Kunststoffab fällen im Vergasungsprozeß, dadurch gekennzeichnet, daß verunreinigte verflüssigte Kunst stoffabfälle separat oder im Gemisch mit bei Normaltemperatur im flüssigen Zustand vorlie genden Kohlenwasserstoffen und/oder mit anteilig < 40% feinkörnigen mineralischen und/oder organischen festen Reststoffen in einen Flugstromvergaser über eine oder mehrere Brennerlanzen eingebracht und zu CO- und H₂-haltigen Gasen umgesetzt werden, wobei die feinkörnigen festen mineralischen Bestandteile der Einsatzstoffe verflüssigt und verschlackt werden und daß die mineralischen und metallischen Verunreinigungen der Kunststoffabfälle in einer Größe von < 5 mm vor der Verflüssigung entfernt bzw. auf kleiner 5 mm zerkleinert und die vor der Verflüssigung abgetrennten Reststoffe separat im Prozeß der Festbett druckvergasung verwertet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Energie zur Aufschmelzung von gemischten und verunreinigten Kunststoffabfällen aus dem Umwandlungsprodukt dieser gewonnen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die feinkörnigen mineralischen und/oder organischen festen Reststoffe eine maximale Korngröße von 5 mm aufweisen.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Prozeß der Kunststoffverflüs sigung abgetrennte feste Reststoffe im Prozeß der Festbettdruckvergasung verwertet wer den.