DE4424583A1 - Verfahren zum Vergasen von Abfallstoffen im Schlackebad - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur thermischen Entsorgung von Abfallstoffen in einem Reaktor mit einem Schlackebad, das Temperaturen im Bereich von 1200 bis 1600°C aufweist und das mindestens teilweise aus der bei der Oxidation der Abfallstoffe gebildeten Schlacke besteht, wobei man dem Reaktor in den Bereich des Schlackebades sauerstoffhaltiges Gas zuführt.

Ein solches Verfahren ist aus EP-A-0 405 124 bekannt. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, beim eingangs genannten Verfahren auch mit niedrigem Heizwert der Abfallstoffe auszukommen und eine intensive Vergasung zu erreichen. Erfindungsgemäß gelingt dies dadurch, daß man das sauerstoffhaltige Gas zum Aufrechterhalten der Temperatur im Bereich des Schlackebades teilweise durch im Schlackebad mündende Düsen (Unterbaddüsen) und das restliche sauerstoffhaltige Gas von oben durch auf die Schlacke gerichtete Düsen (Überbaddüsen) einleitet, wobei man 10 bis 50% des sauerstoffhaltigen Gases durch die Unterbaddüsen in das Schlackebad leitet und Schlacke­ schaum erzeugt, und daß man die gesamte durch die Unterbaddüsen und die Überbaddüsen eingeleitete Sauerstoffmenge so bemißt, daß sie 60 bis 90% der zur vollständigen Oxidation der dem Reaktor zugeführten brennbaren Bestandteile nötigen Sauerstoffmenge entspricht.

Beim Verfahren der Erfindung gelingt es mit Hilfe der Unterbaddüsen, den eingeleiteten Sauerstoff optimal auszunutzen, so daß der Sauerstoffbedarf des Verfahrens insgesamt niedrig gehalten werden kann. Gleichzeitig wandelt das durch die Unterbaddüsen in die Schlacke eingeleitete sauerstoffhaltige Gas das Schlackebad mehr oder weniger in Schaumschlacke um, welcher die Abfallstoffe zugeführt werden. Die Schaumschlacke mit ihrer hohen Temperatur hüllt die angelieferten Abfallstoffe weitgehend ein, so daß sich die Abfallstoffe sehr schnell aufheizen. Dies führt zur intensiven Entgasung der Abfallstoffe, wobei die Überbaddüsen für eine beschleunigte partielle Verbrennung sorgen. Ohne die Schlackeschaumschicht würden sich die Abfallstoffe nur relativ langsam aufheizen, da die Abfälle auf der Schlacke schwimmen und kaum eintauchen. Es ist ersichtlich, daß durch die intensive Vergasung der Abfallstoffe auch der Bedarf an Zusatzbrennstoff auf niedrigem Niveau gehalten werden kann.

Der Bereich des Schlackeschaums auf dem Schlackebad weist üblicherweise eine Höhe von mindestens 30 cm auf und es ist durchaus möglich, daß sich die ganze Schlacke im Zustand der Schaumschlacke befindet, so daß die Schlacke keinen definierten Flüssigkeitsspiegel mehr bildet. Die Unterbaddüsen münden stets direkt im Schlackebereich, und sie können von unten oder auch von der Seite in die Schlacke gerichtet sein. Vorzugsweise liegen die Mündungen der Unterbaddüsen mindestens 30 cm unter der oberen Grenze der Schaumschlacke.

Es ist zweckmäßig, die Abfallstoffe zu Formkörpern gepreßt in den Reaktor einzubringen, wobei die Formkörper z. B. Kantenlängen von 10 bis 40 cm aufweisen. Solche, aus zerkleinerten Abfallstoffen gebildete Agglomerate heizen sich im Schlackeschaum rasch auf und verringern den Staubgehalt im Abgas. Es kann sich empfehlen, die Abfallstoffe oder die daraus geformten Formkörper oder Agglomerate zu trocknen, bevor man sie in den Reaktor einträgt.

Im allgemeinen besteht die Schlacke zu mindestens 50 Gew.-% und zumeist zu mindestens 70 Gew.-% aus unverbrennlichen Bestandteilen der dem Reaktor zugeführten Abfallstoffe. Es kann zweckmäßig sein, zusammen mit den Abfallstoffen auch Flußmittel, z. B. Kalkstein oder Dolomit, in den Schlackebereich zu geben. Zusatzbrennstoff kann gasförmig, flüssig oder fest (z. B. Pulverkohle) dem Schlackebereich zugeführt werden, um die Temperatur im Schlackebereich ausreichend hoch zu halten. Das Verfahren ist für unterschiedliche Arten von Abfällen geeignet, z. B. für kommunalen oder Industriemüll, industrielle feste oder schlammförmige Abfallstoffe, Klärschlämme oder Restmüll, der nach Aussondern etwa von Metall- und Glasteilen übrigbleibt.

Ausgestaltungsmöglichkeiten des Verfahrens werden mit Hilfe der Zeichnung erläutert. Die Zeichnung zeigt in schematischer Darstellung einen Längsschnitt durch einen Reaktor mit Schlackebad und Schaumschlacke.

Der Reaktor (1), mit einer feuerfesten Auskleidung (1a) versehen, weist im unteren Bereich ein Schlackebad (2) auf, das nach oben immer mehr in Schlackeschaum (3) übergeht. Im allgemeinen gibt es keine genau definierte Grenze zwischen Schlackebad und Schaumschlacke. Oberhalb des Schlackeschaumbereichs (3) befindet sich die Zufuhrleitung (4) für die zu vergasenden Abfallstoffe, wobei man die Abfallstoffe bevorzugt als Agglomerate, z. B. gepreßte Formkörper, dem Reaktor aufgibt. Sauerstoffhaltiges Gas führt man dem unteren Bereich des Reaktors einerseits durch Unterbaddüsen (5) und andererseits durch Überbaddüsen (6) zu. Das sauerstoffhaltige Gas, das vorzugsweise vorgewärmt ist, hat üblicherweise einen O₂-Gehalt von 60 bis 100 Vol.-%.

Einzelne Unterbaddüsen können auch seitlich in das Schlackebad (2) gerichtet sein, was in der Zeichnung nicht berücksichtigt ist.

Falls Zusatzbrennstoff erforderlich ist, kann dieser gasförmig durch die Düsen (5) oder (6) und fest oder flüssig durch die Leitung (4) in den Schlackebereich des Reaktors (1) geleitet werden. 10 bis 50% des insgesamt durch die Düsen (5) und (6) eingeleiteten sauerstoffhaltigen Gases führt man durch die Düsen (5) direkt in das Schlackebad (2). Vorzugsweise liegt dieser Anteil des durch die Düsen (5) eingeleiteten sauerstoffhaltigen Gases bei mindestens 20%.

Durch das Gas der Unterbaddüsen (5) erzeugt man den Schlackeschaum (3), dessen Höhe mindestens 30 cm beträgt. Der Schaum (3) hüllt die von oben zugeführten Abfallstoffe sofort ein und bewirkt die rasche Aufheizung der Abfälle oder Abfallstoff-Agglomerate. Dabei entstehen brennbare Gase, die oberhalb des Bereichs des Schlackeschaums durch den aus den Düsen (6) kommenden Sauerstoff sofort zumindest partiell verbrannt werden. Die partielle Verbrennung unter der Wirkung der Überbaddüsen (6) trägt dazu bei, daß Schadstoffe, z. B. Dioxine und Furane, zerstört werden und die Temperatur im Bereich des Schlackebades hoch bleibt.

Das aus dem Schlackebereich abziehende Abgas strömt zunächst aufwärts durch einen Verweilraum (8) und gelangt dann in einen Waschkühler (9), in welchem es mit Wasser aus der Leitung (10) besprüht wird. Feststoffhaltiges Abwasser zieht man in der Leitung (11) ab und gekühltes, mit Wasserdampf gesättigtes Abgas wird in der Leitung (12) abgezogen und nicht dargestellten, an sich bekannten Kühl- und Reinigungseinrichtungen zugeführt.

Es kann zweckmäßig sein, das Abgas im Verweilraum (8) durch partielle Verbrennung nachzuspalten, um restliche Schwelprodukte, insbesondere Kohlenwasserstoffe, zu beseitigen. Zu diesem Zweck ist in der Zeichnung eine Düse (15) dargestellt, durch welche man sauerstoff­ haltiges Gas einleiten kann. Selbstverständlich können mehrere, an verschiedenen Stellen angeordnete Düsen (15) vorgesehen sein, um die Nachspaltung zu bewirken.

Die Schlacke kann kontinuierlich oder diskontinuierlich aus dem Reaktor (1) abgezogen werden. In der Zeichnung ist ein Kanal (7) vorgesehen, durch welchen die Schlacke bei geöffnetem Verschluß (16) zunächst in eine Auffangkammer (17) fließt, in welcher sie mit Wasser aus der Leitung (18) gekühlt und granuliert wird. Das Schlackegranulat wird durch die Leitung (19) abgezogen und einer nicht dargestellten Sammeleinrichtung zugeführt.

Beispiel

In einem der Zeichnung entsprechenden Vergasungsreaktor mit einer Höhe des Schlackebereichs von 1,1 m und einem Volumen der teilweise geschäumten Schlacke von 2,5 m³ werden würfelförmige Müllpreßlinge mit einer Kantenlänge von 300 mm vergast. Der Müll besteht zu 56 Gew.-% aus brennbaren Bestandteilen, 20 Gew.-% Asche und 24 Gew.-% Feuchte, er hat einen Heizwert von 11 900 kJ/kg. Dem Reaktor werden 3,4 t/h Müllpreßlinge und als Flußmittel 70 kg/h CaO aufgegeben. Pro Stunde werden 750 kg Schlacke erzeugt, die kontinuierlich aus dem Reaktor abgeleitet werden. Durch die Düsen (5) und (6) leitet man technisch reinen Sauerstoff ein, und zwar durch die Unterbaddüsen (5) in einer Menge von 240 Nm³/h und durch die Überbaddüsen (6) 650 Nm³/h. Auf eine Nachspaltung des Abgases im Verweilraum (8) wird verzichtet. Das Abgas, das in einer Menge von 4800 Nm³/h anfällt, besteht aus folgenden Hauptkomponenten:

H₂ 23 Vol.-%
CO 31 Vol.-%
CO₂ 13 Vol.-%
CH₄ 1 Vol.-%
H₂O 29 Vol.-%
N₂ 3 Vol.-%.

Claims (8)

1. Verfahren zur thermischen Entsorgung von Abfallstoffen in einem Reaktor mit einem Schlackebad, das Temperaturen im Bereich von 1200 bis 1600°C aufweist und das mindestens teilweise aus der bei der Oxidation der Abfallstoffe gebildeten Schlacke besteht, wobei man dem Reaktor in den Bereich des Schlackebades sauerstoffhaltiges Gas zuführt, dadurch gekennzeichnet, daß man das sauerstoffhaltige Gas zum Aufrechterhalten der Temperatur im Bereich des Schlackebades teilweise durch im Schlackebad mündende Düsen (Unterbaddüsen) und das restliche sauerstoffhaltige Gas von oben durch auf die Schlacke gerichtete Düsen (Überbaddüsen) einleitet, wobei man 10 bis 50% des sauerstoffhaltigen Gases durch die Unterbaddüsen in das Schlackebad leitet und Schlackeschaum erzeugt, und daß man die gesamte durch die Unterbaddüsen und die Überbaddüsen eingeleitete Sauerstoffmenge so bemißt, daß sie 60 bis 90% der zur vollständigen Oxidation der dem Reaktor zugeführten brennbaren Bestandteile nötigen Sauerstoffmenge entspricht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Abfallstoffe von außen mindestens teilweise in den Schlackeschaum einbringt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlackeschaum eine Höhe von mindestens 30 cm aufweist.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß man die Abfallstoffe als Formkörper in den Reaktor einbringt.

5. Verfahren nach Anspruch 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die Abfallstoffe oder die Formkörper vor dem Einbringen in den Reaktor trocknet.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlacke zu mindestens 50 Gew.-% aus unverbrennlichen Bestandteilen der dem Reaktor zugeführten Abfallstoffe besteht.

7. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß man Zusatzbrennstoff in den Schlackebereich einleitet.

8. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß man das aus dem Schlackebereich abziehende Gasgemisch unter Sauerstoffzugabe nachspaltet.