DE69027675T2

DE69027675T2 - Vorrichtung und verfahren zur behandlung von abfällen

Info

Publication number: DE69027675T2
Application number: DE69027675T
Authority: DE
Inventors: William Roland Milner
Original assignee: MILTOX HOLDING Pte Ltd
Current assignee: Plas Ltd
Priority date: 1989-04-12
Filing date: 1990-04-12
Publication date: 1997-02-20
Anticipated expiration: 2010-04-13
Also published as: KR0163410B1; ATE140076T1; CA2053879A1; WO1990012251A1; AU5529690A; KR920701753A; EP0467929A4; SG41945A1; AU645013B2; ES2091821T3; DK0467929T3; EP0467929B1; US5265545A; DE69027675D1; EP0467929A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und Verfahren zur Abfallbehandlung.
Die Erfindung findet besondere, jedoch nicht ausschließliche Verwendung bei einer Vorrichtung und Verfahren zur ver aschenden Verarbeitung von Abfällen mit Gehalt an organischen Verbindungen, und zur Erläuterung wird auf diese Anwendung Bezug genommen. Es ist jedoch selbstverständlich, daß diese Erfindung auch bei anderen Anwendungszwecken verwendet werden kann, z.B. der veraschenden Verarbeitung von Abfällen, die sich von organischem Material enthaltendem Abfall unterscheiden.
Die Industrie birgt als unvermeidliche Folge ein wachsendes Problem bei der Entsorgung der erzeugten, oftmals toxischen Abfälle. Dieser Abfall kann jede Form von partikelförmigen Materialien mit Submikrongröße bis zu Flüssigkeiten und Gasen einnehmen und kann Substanzen mit extremer Toxizität für den Menschen oder die Umgebung, wie toxische Metalle, synthetische örganische Verbindungen und unnatürliche Konzentrationen von normalerweise unschädlichen Substanzen, wie Kohlenwasserstoffe, Müll und Abwasser enthalten. Wenn die tatsächliche Toxizität der Industrieabfälle bei ihrer Entsorgung keinen signifikanten Faktor darstellt, boten die in der Vergangenheit angewendeten Behandlungsverfahren ein behandeltes Produkt, das sich entweder aus ästhetischem Gesichtspunkt oder in Anbetracht der zu entsorgenden Masse des zu behandelnden Materials schwer entsorgen läßt.
Stark toxische Abfälle vom organischen Typ, wie polychlorierte aromatische Kohlenwasserstoffe, wie PCB (polychlorierte Biphenyle) werden gegenwärtig durch Hochtemperaturverbrennung entsorgt. Der Abfall muß oftmals über das Meer transportiert werden, damit er entweder in ausländischen spezialisierten Anlagen oder auf dem Meer zerstört wird. Die Behandlung im Ausland ist äußerst teuer, dies sind Kosten, die die Kosten des Herstellers zu Hause erhöhen. Die Errichtung kostengünstiger Einrichtungen ist nur ökonomisch, wenn sehr große Mengen behandelt werden müssen, da ein ökonomischer Betrieb dieses sehr energieaufwendigen Verfahrens nur in großem Umfang erreicht werden kann. Die Entsorgung auf dem Meer, die nicht eingeschränkt, jedoch grundsätzlich internationalen Gesetzen unterworfen ist, führte, wenn es ökonomisch zweckmäßig war, dazu, daß der Abfall abgekippt wurde. Wenn tatsächlich eine Verbrennung erfolgteffand sie bei geringeren Standards der Emissionskontrolle sowohl bei den erzeugten Abgasen als auch dem weggeschütteten Rückstand statt.
Andere weniger toxische Abfälle werden durch weniger intensive und kostengünstigere Behandlungen entsorgt, z.B. die Zementierung und das Vergraben oder das Abkippen des festen Abfallproduktes. Dieses Entsorgungsverfahren zeigt ein Problem bei der Entsorgung des flüssigen Überstands des Zementierungsverfahren als auch bei der Entsorgung des zunehmenden Volumens des oftmals auswaschbaren festen Materials. Abfallfeststoffe aus dem Abwasser werden im allgemeinen noch einfacher entsorgt, indem die Aufschlämmungen aus der ersten Behandlung abgesetzt und verdampft werden und der teilweise entwässerte Schlamm anschließend in einer offenen Deponie gelagert wird. Obwohl der Toxizitätswert dieser Abfallmenge im allgemeinen gering ist, kann diese Behandlung toxische Elemente und Substanzen in den deponierten Feststoffen konzentrieren, dies führt zu einer möglichen Auswaschung toxischer Flüssigkeiten in wasserführende Schichten und Wasserläufe.
Wenn auf Kohlenwasserstoff basierender Abfall, wie gesundheitschädlicher Brennstoff und Schmiermittelabfälle, zerstört werden muß, erfolgt dies allgemein durch Verbrennen. Die Energiewerte dieses Abfalls gehen jedoch allgemein verloren, da eine Verunreinigung des Abfalls mit Wasser dessen Verwendung als Brennstoff für die Verbrennung bei der Behandlung anderer Abfälle mit hohem Feststoffgehalt verhindert, da das verunreinigende Wasser normalerweise eine Verstopfung üblicher Brennerdüsen verursacht.
Die Internationale Patentschrift WO-A-8 802 284 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Behandlung von Abfallmaterialien, das das Mischen des Materials mit einem Bindemittel, das Stückigmachen der Mischung und das Brennen des Korns in einem zweistufigen Verfahren umfaßt, wobei das Korn zuerst bei reduzierenden Bedingungen pyrolisiert und dann bei oxidierenden Bedingungen gebrannt wird, wobei die durch die Pyrolyse erzeugten brennbaren Abgase ausgenutzt werden. Das Verfahren beruht auf einem Abfallstrom, der entweder ein Material umfaßt oder dem dieses zugesetzt wurde, das pyrolisiert werden kann, wodurch ein brennbares Gas gebildet wird. Das Verfahren beruht auch darauf, daß die Temperatur im Brennabschnitt bei 1200±200ºC gehalten wird. Der Nachteil des Verfahrens umfaßt die erforderliche zusätzliche Verarbeitung, damit gesichert wird, daß innerhalb eines großen Bereiches von Abfallquellen ein geeigneter gasförmiger Brennstoff aus dem Pyrolyseschritt entweicht, und die dem Verfahren eigene Einschränkung bei der Behandlungstemperatur im Brennschritt. In der Praxis führt die Anwendung von Temperaturen, die oberhalb des beschriebenen Durchschnittwertes von 1200ºC liegen, zur Agglomeration oder zum Verschmelzen des Korns zu einer Masse, die nicht verarbeitet werden kann.
Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Behandlung einer großen Vielfalt von Abfällen bereitzustellen, wobei die Vorrichtung und das Verfahren die Mängel aus dem Stand der Technik beseitigen und zuverlässig, ökonomisch und bei der Anwendung wirksam sind. Weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend deutlich.
In Anbetracht der vorangegangen und weiterer Aufgaben besteht ein Aspekt der Erfindung weitestgehend in einem Verfahren zur Behandlung von Abfällen, daß das Mischen des Abfallmaterials mit einem Bindemittel, das Stückigmachen der Mischung und das Brennen des Korns umfaßt, das dadurch gekennzeichnet ist, daß das Korn beim Brennen zu einem Keramikmaterial formuliert wird und vor dem Brennen mit einem partikelförmigen hitzebeständigen Material beschichtet wird und das Brennen des beschichteten Korns bei oxidierenden Bedingungen in einem Brennofen bei einer Temperatur von mindestens 1300ºC erfolgt.
Es hat sich gezeigt, daß das Erwärmen des Abfallkorns in einem Ofen, der auf eine Temperatur von mehr als 1300ºC erwärmt worden ist, ein Klinkerprodukt liefert, das eine geringere Auswaschbarkeit und eine höhere chemische und physikalische Beständigkeit aufweist. Die Abgase sind im Vergleich mit herkömmlichen Verfahren ebenfalls weniger mit nichtpyrolisierten Verunreinigungen kontaminiert.
Das Abfallmaterial kann jedes feste, flüssige oder gemischte Abfallprodukt umfassen, einschließlich Abwasserschlamm, Ölschlamm, allgemeiner Müll oder flüssige toxische Metallabfälle und einschließlich Mischungen von Abfallmaterialien. Vor dem Brennen hat das Abfallmaterial vorzugsweise einen Feststoffgehalt und/oder der Mischung werden Feststoffe zugesetzt, so daß die Mischung aus Abfallmaterial und Bindemittelmaterial eine Konsistenz aufweist, die für das Stückigmachen geeignet ist. Vor dem Brennen hat das Abfallmaterial vorzugsweise einen Gehalt an brennbaren Materialien und/oder der Mischung werden brennbare Materialien zugesetzt, so daß der Energiebedarf des Brennverfahrens abnimmt. Bei Abfällen mit wenig oder ohne eigene Energie, die durch die Hochtemperaturoxidation in Luft verfügbar wird, wird jedoch in Betracht gezogen, daß der gesamte Energiebedarf durch eine äußere Quelle geliefert werden kann, z.B. Elektrizität, gemahlene Kohle, Gas oder Heizöl.
Wenn die Mischung sauer ist, können Kalk und kalkhaltige Materialien oder andere basische Materialien zugesetzt werden, damit die Mischung beim Brennen zumindest teilweise neutralisiert wird, wodurch das Ausgasen geregelt wird; dies führt zur Herstellung von Korn, bei dem die Oberfläche durch Brennen geschlossen ist. Das Ausgasen neigt zur Bildung von Hohlräumen im Korn, die die Oberfläche erreichen können und Poren bilden. Dieses Phänomen kann erwünscht sein, wenn das Korn mit z.B. flüssigem Abfall, der im Korn adsorbiert ist, zum Verfahren rezirkuliert werden soll.
Obwohl viele flüchtige Materialien das Ausgasen fördern können, wodurch dieser Effekt erreicht wird, wird in Betracht gezogen, daß der Schwefelgehalt der Kommischung für die Herstellung der erwünschten Poren- und Hohlraumstruktur besonders relevant ist. Der Schwefelgehalt der Kommischung kann deshalb durch jede Maßnahme variiert werden, z.B. die Auswahl der Abfälle und der Zusatz von Schwefel, wodurch beim Brennen das Ausgasen von Schwefel aus dieser Mischung gefördert wird.
Wenn das zu behandelnde Material von der Art ist, die ihr eigenes Bindemittel bildet, kann das zusätzliche Bindemittel unnötig sein. Abfälle, wie Schlamm von der primären Abwasserbehandlung, enthalten im allgemeinen Fette und Schmierfette, wodurch der Abfall während des Herstellungsverfahrens des ungebrannten Korns selbstbindend wird. Die Ofenbehandlung eines derartigen Abfalls führt zu einem inerten Keramikklinker.
Der Brennofen kann jede Form haben, die die Funktion des Erwärmens des Korns auf eine Temperatur von mehr als 1300ºC erfüllt. Der Brennofen hat vorzugsweise die Form eines Saugzugsinterofens. Das Erwärmen des Korns im Drehofen kann gesteuert werden, indem die Verweilzeit des Korns im Brennofen geändert wird. Die Verweilzeit kann z.B. geändert werden, indem ein oder mehrere Parameter aus Länge des Brennofens, Neigung des Brennofens und Rotationsgeschwindigkeit variiert werden. Es kann somit bevorzugt sein, den Brennofen so zu montieren, daß seine Rotationsachse geändert werden kann. Bei sehr leichtem Material kann der Brennofen nahezu vertikal sein, und das Abfallmaterial kann sich in z.B. 40 bis 120 s durch den Brennofen bewegen. Der Drehofen kann in einen Steigstromofen überführt werden, bei dem das Abfallmaterial durch die Ausdehnung der Gase in den brennbaren Abfallmaterialien suspendiert wird. Wenn der Winkel des Drehofens zunimmt, wird die Rotationsgeschwindigkeit im allgemeinen verringert, und die Abwärtsbewegung des Materials im Brennofen wird durch das spezifische Gewicht des Materials im Gegensatz zur Ausdehnung der Verbrennungsgase bestimmt.
Die oben beschriebene Behandlung im Drehofen ist natürlich ein energiemtensives Verfahren, das große Mengen an brennbarem Material erfordert, die entweder im Abfall selbst vorhanden sind oder in Form von Heizöl für den Ofen oder gemahlener Kohle zugesetzt werden. Auch wenn die Wärmeausbeute des Abfalls das sich selbst unterhaltende kontinuierliche Verfahren nach der vorliegenden Erfindung theoretisch stützen kann, ist das Verfahren im allgemeinen nicht sich selbst unterhaltend, dies beruht auf dem Verlust der verfügbaren Wärmeenergie über die heißen Abgase und durch die unvollständige Verbrennung der im Abfall enthaltenen kohlenstoffhaltigen Materialien.
Somit betrifft ein weiterer Aspekt dieser Erfindung die Brennofenvorrichtung eines Typs, der einen Brennofenkörper, eine Beschickungseinrichtung, die der Zufuhr von Abfallmaterial zum Brennofenkörper dient, und eine Abgabeeinrichtung umfaßt, damit der gebrannte Abfall aus dem Brennofenkörper entfernt wird, wobei der Brennofen außerdem eine Wärmegewinnungseinrichtung umfaßt, wodurch zumindest ein Teil der Wärme vom Brennen im Brennofenkörper gewonnen und zum Brennofenkörper rezirkuliert werden kann.
Der Brennofenkörper kann jede Form einnehmen, die die Funktion des Brennens des vorzugsweise stückig gemachten Abfallmaterial erfüllt. Der Brennofenkörper kann z.B. einen Drehofen vom Steigstrom- oder Saugzug-Typ (Gegenstrom- Typ) umfassen. Der Brennofenkörper ist vorzugsweise ein geneigter, rotierender Saugzugsinterofen mit verstärkter Ventilation, wodurch zur Erzielung der hohen Temperaturen und der Gasmasseübertragung beigetragen wird, die für ein wirksames Verfahren notwendig sind. Die Neigung des Brennofens trägt dazu bei, die Trennung des einzelnen Korns während des Brennens zu erhalten, und hilft auch bei der Beförderung des brennenden Korns entlang der Drehofentrommel. Der Drehofenkörper ist vorzugsweise mit einem hitzebeständigen Ziegelmaterial ausgekleidet, so daß Behandlungstemperaturen von mehr als 1300ºC erreicht werden können.
Der Drehofenkörper umfaßt vorzugsweise einen im wesentlichen zylindrischen oberen Abschnitt, der nach unten zu einem im wesentlichen zylindrischen unteren Abschnitt mit geringerem Durchmesser konisch verläuft, wodurch die Dynamik des Abgases optimiert wird, wohingegen im oberen Abschnitt das relativ große Volumen des ungebrannten Matenals aufgenommen wird.
Die Beschickungseinrichtung kann jede Form einnehmen, die die Funktion der Zufuhr des Abfallmaterials zum Brennofenkörper erfüllt. Einrichtungen, die für die Verwendung in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung in Betracht gezogen werden, umfassen einfache Schwerkraftrutschen und dergleichen mit oder ohne mechanische Unterstützung der Zufuhr durch Schnecken, Stößel und dergleichen.
Die Abgabeeinrichtung kann ebenfalls jede Form einnehmen, die ihre Funktion erfüllt, einschließlich der einfachen Abgabe aus dem Brennofenkörper unter Schwerkraft. Es ist jedoch bevorzugt, daß die Abgabeeinrichtung eine Einrichtung zur Wärmegewinnung von der Produktmenge des Brennofens umfaßt, wie es nachfolgend beschrieben wird.
Die Wärmegewinnungseinrichtung liegt vorzugsweise in Form eines Wärmeaustauschers vor, der der Gewinnung der Abgaswärme und der anderen abgegebenen Wärme und der erneuten übertragung dieser gewonnenen Wärme auf die für den Brennofen zugeführten Materialien dient. Der Wärmeaustauscher umfaßt vorzugsweise eine wärmeabsorbierende Masse, bei der mindestens eine Oberfläche mit der Quelle der überschüssigen Wärme des Ofens in Kontakt steht, und bei der zumindest eine andere Oberfläche mit dem dem Ofen zuzuführenden Vorrat in Kontakt steht. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfaßt die Wärmegewinnungseinrichtung eine Leitung, die im Brennofenkörper befestigt ist und der Beförderung der vom Brennofen erzeugten Abgase zum Wärmeaustauscher dient. Die Leitung befördert das Abgas vorzugsweise durch den Boden des Brennofens nach außen, dies steht im Gegensatz zum normalen Hilfsmittel, daß das Entlüften des Brennofens durch die Oberseite umfaßt. Die Oberseite des Brennofenkörpers ist bei diesem bevorzugten Brennofen im wesentlichen verschlossen, außer daß eine verschließbare öffnung bereitgestellt wird, die den Einlaß des zu behandelnden Abfallmaterials ermöglicht.
Die Wärmeaustauschereinrichtung ist vorzugsweise ein Gas/Luftaustauscher, der dazu dient, die als Oxidationsmittel für die Verbrennung im Brennofen bestimmte Luft zu erwärmen. Wegen der hohen Anfangstemperatur des Abgases beim Verlassen des Brennofens ist es bevorzugt, den Wärmeaustauscher aus hitzebeständigem Material herzustellen. Es ist besonders bevorzugt, einen Wärmeaustauscher bereitzustellen, der selbst eine signifikante Wärmekapazität aufweist, so daß eine exakte Regelung der Luftprodukttemperatur erfolgen kann indem einfach die Strömungsrate der Luft durch den Wärmeaustauscher gesteuert wird.
Die Luft für den Wärmeaustauscher (und die abschließende Verbrennung, wenn das Abfallmaterial brennbare Substanzen enthält) wird vorzugsweise bei Umgebungsbedingungen durch ein Vakuumgebläse aus der Atmosphäre gezogen, das die Luft durch den Austauscher zieht. Dies ermöglicht, die Gewinnung einer sekundären Abwärmequelle, und zwar die Wärme, die im körnigen gebrannten Produkt des Brennofens enthalten ist. Die Luft wird vorzugsweise durch oder über die körnige Masse gezogen, wodurch die Luft vor ihrem Eintritt in den Wärmeaustauscher vorgewärmt wird. Wenn die Luft über das Korn gezogen wird, wird das Korn vorzugsweise auf eine heiße Fördereinrichtung abgegeben, wodurch das Verhältnis von Oberfläche zu Volumen erhöht und somit die Wärmegewinnung aus dieser Quelle verbessert wird.
Nach der Erwärmung im Wärmeaustauscher wird zumindest ein Teil der Luft vorzugsweise durch den Abfallmaterialbestand geleitet, wodurch dessen Temperatur vor der Beschickung durch die Oberseite des Brennofens erhöht wird. Anschließend wird die Luft vorzugsweise zum Einlaß des Brennofens befördert. Das Vorwärmen des Korns vor dem Brennen führt zur Abtrennung von einem Teil des Wassers und der brennbaren flüchtigen Komponenten vom Korn. Der mit diesen brennbaren Komponenten zugeführte Luftstrom wird vorzugsweise direkt zum Brennofen geführt, wodurch die Wärme der brennbaren Materialien sofort verfügbar ist, wodurch die Temperatur des Brennofens erhalten bleibt.
Vorzugsweise wird zumindest ein Teil der vorgewärmten Luft durch den Luftdurchgang des Brenners geblasen, der dem Vorwärmen des Brennofens und/oder dem "Auffüllen" des Energieniveaus des Brennofens dient. Es ist in jedem Fall bevorzugt, daß die erwärmte Luft vollständig zum Brennofen rezirkuliert wird, obwohl in Betracht gezogen wird, daß die Wärme außerdem in Form von Heizkesselwasser oder dergleichen gewonnen werden kann.
Das Abgas hat nach dem Wärmeaustausch einen Teil der flüchtigen Komponente im Wärmeaustauscher abgeschieden. Das vom Wärmeaustauscher abgelassene Abgas kann dann einer weiteren Fällung und/oder Gaswäsche unterzogen werden, um die partikelförmigen Materialien und/oder ausgewählte gasförmige Komponenten zu entfernen, bevor es eventuell in die Atmosphäre abgelassen wird. Das Korn wird bei einer Temperatur von mehr als 1300ºC gebrannt, wobei höhere Temperaturen vorzugsweise für größeres und/oder schwereres Korn verwendet werden.
Die abschließende Natur des Korns hängt von den vewendeten Abfällen ab. Wenn die Abfälle sauer sind, werden die Abfälle in Gegenwart von Wärme und Sauerstoff leicht flüchtig, und die erzeugten Gase führen zu poröserem Korn. Das Vorhandensein von Kohlenstoff im Korn kann auch der Herstellung von porösem Korn dienen, wenn die Temperatur und die Geschwindigkeit gesteuert werden, mit der um das Korn eine plastische Beschichtung gebildet wird. Bei stark verschmolzenen Mengen können Arsenabfallmaterialien verwendet werden, da Arsen einen guten Fluß aufweist. Das Fluß- oder Schmelzmittel kann aus jedem mineralischem Mittel gewählt werden, das die Asche oder den Rückstand des Abfallmaterials bei einer Temperatur von mehr als 1300ºC binden kann. Geeignete Materialien umfassen Ton, Siliciumdioxid und andere Minerale, wobei Tonmaterialien aufgrund der Kosten und der Verfügbarkeit bevorzugt sind. Das Verfahren hat sich jedoch auch als wirksam erwiesen, wenn andere Erdmaterialien verwendet werden, vorausgesetzt, daß diese Materialien in Kombination mit dem Abfallmaterial zum Brennen stückig gemacht werden können.
Die Verwendung eines oxidierenden Flußmittels kann vorteilhaft sein, wenn im System anscheinend nicht ausreichend Sauerstoff vorhanden ist. Wenn oxidierende Bedingungen erforderlich sind, sind mögliche Flußmischungen, die in die Mischung eingeführt werden können:
a) Magnesiumoxid 10 Teile
Natriumcarbonat 15 Teile
Kaliumchlorat 1 Teil
b) Magnesiumoxid 2 Teile
Natriumcarbonat 3 Teile
Kaliumnitrat 1 Teil
c) Natriumcarbonat 1 Teil
Magnesiumoxid 2 Teile
d) Aluminiumoxid 1 Teil
Die oxidierende Wirkung der einen oder anderen Mischung bei erhöhten Temperaturen ist bekannt. Die oxidierende Natur der Mischungen bei diesen erhöhten Temperaturen, wie sie bei den erfindungsgemäßen Verfahren festgestellt wird, trägt vermutlich zum Zusammenbruch der PCB im zugrundeliegenden Material bei. Von allen im Brennofen verbrannten Materialien wird nur Kohlendioxid erzeugt, unabhängig davon, ob das organische Material von PCB oder einer anderen Quelle stammt.
Die Mischung ist vorzugsweise extrudierbar, so daß sie durch Extrusion und Scheren der Extrusion zu Korn geformt werden kann. Alternativ wird das extrudierte Material zu Korn gestanzt. Das Korn kann getrommelt oder gerollt werden, wodurch eine glatte Oberfläche erzeugt wird, die in Abhängigkeit von der Art der betreffenden Materialien ein abschließendes gebranntes Kornprodukt mit glatter Oberfläche oder ein nicht poröses Aggregat liefern kann. Das Korn wird mit Aluminiumsilicat oder einem anderen nichtagglomerierenden Material (z.B. hitzebeständigen Tonmaterialien) beschichtet, wodurch das Korn oder Granulat nach dem Brennen voneinander getrennt bleiben kann.
Der Zeitraum des Brennes kann jede geeignete Zeit umfassen&sub1; wobei dies von der Art des zu behandelnden Abfalls abhängt. Bei einigen Abfällen kann eine ziemlich lange Verweilzeit, z.B. mehr als 10 min, notwendig sein, damit die entstehenden Aggregate geeignet inert bleiben. Andere Materialien, wie jene, die hohe Wert flüchtiger Substanzen enthalten, können eine nur geringe Verweilzeit von wenigen Minuten erfordern.
Vor der Ofenbehandlung des Abfalls wird er zu einer Form verarbeitet, die stückig gemacht werden kann. Müll, z.B. Haushaltsmüll wird vorzugsweise zu einer Partikelgröße zerkleinert, die zum Stückigmachen geeignet ist. Falls erforderlich, kann der Wassergehalt des Abfalls eingestellt werden, wodurch das Stückigmachen des Abfalls verbessert wird. Feuchter Abfall kann durch den Zusatz von Verdikkungsmitteln, z.B. Ton oder ein anderes Erdmaterial, eingedickt werden, wodurch das Stückigmachen verbessert wird. Es kann erwünscht sein, dem Haushaltsmüll sowohl Wasser als auch ein Behandlungsmittel&sub1; wie Ton, zuzusetzen, damit die Herstellung eines für das Brennen geeigneten Korns gesichert wird.
Das Vermahlen des Abfalls kann ein deutliches Problem der ökonomischen Abfallverarbeitung darstellen. Nach einem weiteren Aspekt besteht diese Erfindung somit weitestgehend in einer Zerkleinerungseinrichtung für die Verarbeitung von Abfallmaterial, die ein Gehäuse mit einer darin definierten Kammer, einen im Gehäuse montierten Rotor, eine Antriebseinrichtung für den Rotor und eine Schnittklinge umfaßt, die am radialen Ende des Rotors angebracht ist, wobei das Gehäuse mit einer ersten Öffnung, die im wesentlichen axial zum Rotor angeordnet ist, und einer zweiten Öffnung versehen ist, die auf der Linie angeordnet ist, die zum Rotor im wesentlichen tangential ist.
Das Gehäuse definiert vorzugsweise einen im wesentlichen zylindrischen kreisförmigen Raum, in dem der Rotor exzentrisch angeordnet ist, wobei der größte Abstand zwischen der gekrümmten Innenwand des Gehäuses und dem Rotor zum Auslaß im wesentlich diametral ist. Der Rotor hat vorzugsweise die Form eines stabförmigen Gliedes, das auf einer Antriebswelle befestigt ist und dazu dient, sehr nahe an der flachen Seitenwand des Gehäuses zu laufen.
Die Schnittklinge hat im allgemeinen die Form eines Vorsprungs, der zum Rotor im wesentlichen senkrecht ist und parallel zur Rotationsachse des Rotors verläuft. Nach einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind auf den Enden des Rotors, der um seine Rotationsachse symmetrisch ist, Schnittklingen befestigt. Die vom Rotor entfernten Enden der Schnittklingen dienen vorzugsweise dazu, in Laufnuten zu laufen, die in der zweiten Endwand des Gehäuses vorgesehen sind. Alternativ können die Enden der Klingen durch einen Ring oder dergleichen miteinander verbunden sein, der in einer Laufnut läuft, die am Ende des Gehäuses vorgesehen ist, wobei der Ring dazu dient, den schiefen Lauf der Klingen zu verhindern. Die Schnittklingen sind vorzugsweise abnehmbar, so daß sowohl für die Wartung der Vorrichtung als auch für eine Spezifizierung der installierten Klingen für einen Austausch gesorgt wird, damit die Klingen der Art des zu mahlenden Abfalls angepaßt werden.
Die vom Antriebsschaft entfernte Endwand weist vorzugsweise entlang der Linie der Rotationsachse des Rotors eine Öffnung auf, wodurch die erste Öffnung in das Gehäuse definiert wird. In Abhängigkeit von der Rotationsrichtung des Rotors kann diese Öffnung eine Eintrittsöffnung für den Abfall oder eine Austrittöffnung für den Abfall sein. Diese Öffnung ist geeigneter Weise die Eintrittöf fnung für flüssige und weiche Abfälle und die Austrittsöffnung für trockene und feste Abfälle. Die Abfallöffnung umfaßt vorzugsweise außerdem eine Trichter oder dergleichen, wodurch das Abfallmaterial in das oder aus dem Gehäuse geleitet wird, und kann je nach Eignung mit einem Sieb oder dergleichen versehen sein.
Die zweite Öffnung ist vorzugsweise eine Öffnung in der gekrümmten Wand des Gehäuses, die entlang der Tangente zu dem Bogen angeordnet ist, den der rotierende Rotor beschreibt. Die Öffnung führt vorzugsweise in einen rohrförmigen Körper, der für das Gehäuse gefertigt oder einstückig damit ausgebildet ist. Falls geeignet kann die erste Öffnung ebenfalls mit einem Sieb versehen sein, wodurch verhindert wird, daß Partikel mit Übergröße aus dem Gehäuse befördert werden. Der rotierende Rotor läuft vorzugsweise nahe der Kante der Öffnung die er fast genau erreicht. Da Abfallmaterialien oftmals abschleifende Materialien enthalten, ist es bevorzugt, daß die wirksamen Abstände der Mahlvorrichtung einstellbar sind, damit sowohl der Verschleiß ausgeglichen werden kann, als auch bestimmte Abstände angepaßt werden können, die bestimmten Arten des zu mahlenden Abfallmaterials dienen. Es ist besonders bevorzugt, daß die oben genannte innerste Kante der Öffnung aus einem einstellbaren Verschleißblock oder dergleichen gebildet ist, damit der Abstand zwischen dem Rotor und der Kante der Öffnung in festgelegten Grenzen erhalten bleibt.
Wie vorstehend beschrieben, ist es bevorzugt, die Abfallmaterialquelle zu granulieren oder stückig zu machen, wodurch die Herstellung des gewünschten körnigen verschmolzenen Produktes gesichert wird. Wenn sich die Materialquelle selbst zum Stückigmachen eignet, oder das Produkt das gemahlene Produkt der oben genannten Zerkleinerungseinrichtung ist, ist es bevorzugt, das Produkt durch Extrusion stückig zu machen, wodurch eine übereinstimmende Korngröße gesichert ist, so daß das einzelne Korn den gleichen Behandlungswert erfährt und ein Produkt mit vorhersehbaren Eigenschaften hergestellt wird.
Die Vorrichtung zum Stückigmachen umfaßt:
eine Führungsplatte mit einer Anzahl hindurchgehender Öffnungen;
eine Formplatte, die von den Führungsplatten getrennt ist und eine Anzahl von Öffnungen aufweist, deren Position der der Öffnungen in der Führungsplatte entspricht; und eine Auflageplatte, die im Verhältnis zur Führungsplatte und zur Formplatte beweglich ist und eine Anzahl von Formstiften trägt, deren Position der der Öffnungen in der Führungsplatte entspricht, wobei das zwischen die Platten eingeführte Abfallmaterial durch die Vorwärtsbewegung der Stifte durch die Öffnungen in den Platten zu Korn geschnitten wird.
Die Vorrichtung zum Stückigmachen kann in einem Gehäuse enthalten sein, das Öffnungen für die Aufnahme der Mischung von z.B. einem Extruder aufweist. Die Führungsplatte steht vorzugsweise in einem gefederten Verhältnis zur Auflageplatte, wodurch die Kompression des zwischen die Platten eingeführten Materials möglich wird.
Die Erfindung zielt ebenfalls darauf, die Energiewerte des Abfalls vorteilhaft auszunutzen. Bestimmte Abfälle erfordem jedoch für die Behandlung nach der vorliegenden Erfindung eine zusätzliche Energiezufuhr. Gleichzeitig gibt es einen Bereich flüssiger Abfälle, die energiereich sind, sich für das oben genannte Verfahren jedoch schwer stückigmachen lassen. Bei einem vernünftig reinen Brennstoffabfall kann dieser für die Feuerung herkömmlicher Brenner verwendet werden. In der Vergangenheit war es jedoch unpraktisch, die Brenner mit dem größten Teil der Kohlenwasserstoffabfälle zu betreiben, da eine Verunreinigung, einschließlich der üblichen Wasserverunreinigung dieser Abfälle, eine Blockierung der Brennerdüsen verursacht hat, dies wurde von der Gefahr eines ungeteilten Flüssigkeitsbrandes begleitet.
Zum besseren Verständnis dieser Erfindung und um diese in die Praxis zu überführen, wird sie anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben, welche zeigen:
Fig. 1 die erfindungsgemäße Brennofenvorrichtung;
Fig. 2 das Detail des unteren Endes des Brennofens von Figur 1;
Fig. 3 die Wärmeaustauschervorrichtung, die für die Verwendung in Verbindung mit dem Brennofen von Fig. 1 geeignet ist;
Fig. 4 eine Seitenansicht des Wärmeaustauschers von Fig. 3;
Fig. 6 eine Mahlvorrichtung;
Fig. 7 eine Seitenansicht der in Fig. 6 gezeigten Mahlvorrichtung;
Fig. 8 eine seitliche Schnittansicht der Vorrichtung zum Stückigmachen;
Fig. 9 eine teilweise weggeschnittene Draufsicht der Vorrichtung zum Stückigmachen von Fig. 8;
Fig.10 eine Seitenansicht der Vorrichtung zum Stückigmachen nach Fig. 8;
Fig.11 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Herstellung des Korns.
Wie gezeigt, umfaßt diese Erfindung einen Brennofen 10 mit einem oberen erweiterten Abschnitt 11 und einem unteren zylindrischen Abschnitt 12. Der Brennofen ist mit einer hitzebeständigen Auskleidung 13 ausgekleidet und zur Rotation auf Lagern 14 befestigt, die Kugeldruckendlager 15 umfassen. Die Lager übertragen die Belastungen des Brennofens auf den Stützrahmen 16.
Das obere Ende des Brennofens 10 ist mit einer Verschlußplatte 17 versehen, die mit einem Brenner 18 und einer Einlaßrutsche zur Aufnahme des stückig gemachten Abfallmaterials ausgestattet ist. Die Einlaßrutsche 20 nimmt das Korn von der Vorwärmeinrichtung 21 für das Korn auf, die ein vorwärmendes Sieb 22 und die Feinstoffsammlung 23 umfaßt. Die Vorwärmeinrichtung 21 wird vom Lager 24 für die Aufbewahrung des Korns beschickt. Der Brenner 18 empfängt flüssigen Brennstoff durch die Leitung 26 vom Tank 25 und wird durch die Luftleitung 27 mit vorgewärmter Luft beschickt.
Am unteren Ende des Brennofens 10 befindet sich eine Blindplatte 30, die durch die Abgasleitung 31 perforiert ist, die das heiße Abgas zum Wärmeaustauscher 32 befördert. Das Abgas verläßt den Wärmeaustauscher 32 durch den Schornstein 33, wodurch das Abgas zu einem Gaswäscher/Abscheider 34 befördert wird, wonach es durch den Auslaß 35 in die Atmosphäre abgelassen wird. Die heißen verbrannten Abfallmaterialien werden bei 36 zurückgehalten, wodurch sie auf die Fördereinrichtung 37 aus perforiertem Metall geleitet werden.
Ein Gebläse 40 zieht Luft über die Heißluftleitung 41 und den Luftkasten 42 durch den Wärmeaustauscher 32 an. Die Luft betritt den Wärmeaustauscher 32 durch dessen Unterseite, nachdem sie das Metallband 37 und das heiße Abfallmaterial durchquert hat. Dies wird dadurch unterstützt, daß die Unterseite des Wärmeaustauschers 32 an der Stelle 43 offen ist. Heiße Druckluft aus dem Gebläse 40 wird durch die Leitung 44 zur Vorwärmeinrichtung 21 befördert, wobei ein Teil der Heißluft durch die Heißluftleitung 27 dem Brenner 18 zugeführt.
Flüchtige Bestandteile, die auf dem Sieb 22 aus dem Korn ausgepreßt wurden, werden durch das Gebläse 45 und die Leitung 46 direkt dem Brennofen zugeführt. Die Abgabe der Abgase erhält durch die Bereitstellung eines Abgasgebläses 47 einen weiteren Antrieb. Der Wärmeaustauscher 32 umfaßt eine hitzebeständige Auskleidung 50 im Gehäuse 51, das den Abgasraum 52 umgibt, der von einem Grundteil 53 und einem Oberteil 54 verschlossen wird. Es werden Luftdurchlässe 55 mit großer Oberfläche verwendet, diese sorgen für den Durchgang der Luft durch die Kammer 52, die von den Abgasen getrennt ist, die von der Leitung 31 abgegeben werden. Der Raum 52 wird durch den Absaugkasten 57 zu einem Kaminschacht 56 hin entlüftet
Durch die Einlässe 60 wird Luft aus der Atmosphäre zu den Luftdurchlässen 55 mit großer Oberfläche geleitet, wobei die Luft die Luftdurchlässe mit großer Oberfläche durch die Luftauslässe 61 verläßt, die diese zum Luftkasten 62 abgeben, der mit dem Luftkasten 42 in Verbindung steht. Dann kann die Luft entlang der Heißluftleitung 41 zum Gebläse 44 gezogen werden.
Figuren 6 und 7 zeigen eine Mahlvorrichtung, die ein Gehäuse 80 umfaßt, das einen im wesentlichen zylindrischen Raum 81 definiert, in dem ein Rotorglied 82 zur Rotation befestigt ist. Das Rotorglied 82 ist mit Blättern 43 versehen und mit einem Schaft 84, der von Lagern 85 getragen wird, am Gehäuse 80 angebracht. Die Leistung für die Rotation des Rotors wird durch das mit Nuten versehene Antriebsende 86 der Antriebswelle 84 übertragen.
Die Vorderseite des Gehäuses 80 wird von der Verschlußplatte 87 verschlossen, die Nuten 90 aufweist, in der die Spitzen der Platten 83 laufen. In der Verschlußlatte 87 ist der Einlaß 91 für den zylindrischen Raum 81 vorgesehen, und der Auslaß 92 dient der Abgabe zur Außenseite der Vorrichtung.
Wenn wahrscheinlich trockener Abfall, z.B. Haushaltsmüll, bearbeitet werden soll, wirken der Einlaß 91 und der Auslaß 92 wie beschrieben, und die Rotationsrichtung des Rotors ist wie in Fig. 6 gezeigt. Wenn jedoch feuchter Abfall bearbeitet werden soll, werden der Einlaß und der Auslaß untereinander ausgetauscht. Der Auslaß 92 kann mit einem Sieb 93 versehen sein, wodurch verhindert wird, das Material mit Übergröße die Mahlvorrichtung verläßt.
Bei der in den Figuren 8, 9 und 10 gezeigten Ausführungsform der Vorrichtung zum Stückigmachen, ist eine Vorrichtung zum Stückigmachen vorgesehen, die ein Gehäuse aufweist, das eine Stifte tragende Platte 101 umfaßt, die im Gehäuse beweglich ist und von einem doppelt wirkenden Hydraulikzylinder 102 betrieben werden kann. Unter der Trichterplatte ist eine perforierte Führungsplatte 103 im Gehäuse befestigt, die durch Federstützen 104, die Feder 105 und den verbindungsstab 106 mit der Stiftplatte 101 verbunden ist. Die Unterseite des Gehäuses wird von einer befestigten perforierten Formplatte 107 verschlossen. Die Stiftplatte 101 weist Stifte 110 auf, die starr an dieser angebracht sind und deren Position der der Öffnungen in der Platte 103 und der Formplatte 107 entspricht.
Bei Verwendung wird das Material, das stückig gemacht werden kann, z.B. von einem Mischtrommelextruder zu dem Raum 111 befördert, der zwischen der Führungsplatte 103 und der Formplatte 107 definiert wird. Die Federbelastung, die die Führungsplatte 103 durch die Feder 105 erhält, sichert, daß das Material komprimiert wird, bevor die Stifte 110 in die Masse eindringen, wodurch durch die Formplatte 107 Korn gebildet wird.
Fig. 11 zeigt ein Fließschema der typischen Verarbeitung von Material und Korn. Der gemahlene Abfall wird zu einem verschlossenen Schüttrichter 120 befördert, wonach er einem magnetischen Abfalltrenner 121 zugeführt wird, der magnetisch entfernbaren Abfall in den Abfalltrichter 122 ablegt. Der nicht magnetische Abfall wird von der Fördereinrichtung 123 zu einem Vorbrechwerk 124 geleitet, das dem ersten Mahlen dient. Ein geeignetes Vorbrechwerk 124 umfaßt eine Reihe kreisförmiger Messer. Vom Vorbrechwerk 124 wird der Abfall von der Fördereinrichtung 125 zum Gehäuse 80 des Mahlwerks befördert, worin er gemahlen wird.
Der gemahlene Abfall wird durch den Auslaß 92 des Mahlwerks zu einem Zyklonabscheider 126 geleitet, worin der Abfall vom Luftstrom getrennt wird. Der gefällte Abfall wird vom Zyklon 126 zu einer vom Motor 128 betriebenen Mischtrommel 127 abgegeben, wonach der Abfall mit einem geeigneten Anteil flüssigem Abfall gemahlen wird, der durch die Zufuhrleitung 131 vom Abfall- und Schlammbehälter 130 transportiert wird. Die Anteile und die Art des Abfalls und des Schlamms und der Flüssigkeit werden so eingestellt, daß ein vermengtes Gemisch bereitgestellt wird, das von der Mischtrommel durch den Extruder 132 direkt zur Kammer 111 der Vorrichtung 100 zum Stückigmachen extrudiert werden kann.
Von der Vorrichtung zum Stückigmachen fällt der körnige Abfall direkt auf eine Walzbeschichtungstrommel 133, in der das Korn gerollt wird, wodurch dessen Oberfläche verbessert und es mit eine Flußmittel beschichtet wird, wie es beschrieben wurde. Von der Beschichtungstrommel 133 kann das Korn zum Korntrichter 124 befördert werden. Das Korn wird anschließend im Brennofen gebrannt, so daß es in die gewünschte Form des Abfallproduktes überführt wird.

Claims

1) Verfahren zur Behandlung von Abfällen, das das Mischen des Abfallmaterials mit einem Bindemittel, das Stückigmachen der Mischung und das Brennen des Korns umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß das Korn beim Brennen zu einem Keramikmaterial formuliert wird und vor dem Brennen mit Aluminiumsilicat, hitzebeständigen Tonmaterialien oder einem anderen nicht agglomerierenden Material beschichtet wird und das Brennen des beschichteten Korns bei oxidierenden Bedindungen in einem Brennofen (10) erfolgt, der bei einer Temperatur von mindestens 1300ºC betrieben wird.

2) Behandlungsverfahren nach Anspruch 1, wobei das Abfallmaterial sein eigenes Bindemittel umfaßt.

3) Behandlungsverfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Brennofen (10) ein rotierender Saugzugsinterofen (10) ist.

4) Behandlungsverfahren nach Anspruch 3, wobei das Brennen des Korns durch Änderung der Verweilzeit des Korns im Brennofen (10) kontrolliert wird.

5) Behandlungsverfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei zumindest ein Teil der Verbrennungswärme gewonnen und zum Brennofen (10) zurückgeleitet wird.

6) Behandlungsverfahren nach Anspruch 5, wobei die Wärmegewinnung durch Wärmeaustausch zwischen den Abgasen des Brennofens (10) und der Verbrennungsluft des Brennofens (10) erfolgt.

7) Behandlungsverfahren nach Anspruch 6, wobei zumindest ein Teil der erwärmten Verbrennungsluft des Brennofens (10) durch den Abfallmaterialbestand geleitet wird, wodurch dessen Temperatur vor der Einführung in den Brennofen (10) erhöht wird.

8) Behandlungsverfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, das den Schritt der Behandlung des Abgases des Brennofens (10) durch Fällen und/oder Waschen umfaßt, wodurch partikelförmige Materialien und/oder ausgwählte gasförmige Komponenten vor dem Ablassen in die Atmosphäre entfernt werden.

9) Vorrichtung zur Behandlung von Abfällen, welche umfaßt:

eine Zerkleinerungseinrichtung (80) zur Verringerung der Partikelgröße des Abfallstromes, einen Mischer zum Mischen des Abfalls, wordurch eine Zusammensetzung gebildet wird, die stückiggemacht werden kann, eine Einrichtung (100) zum Stückigmachen, einen Brennofen (10) der einen geneigten rotierenden Brennofenkörper umfaßt,

eine Beschickungseinrichtung (20) zum Zuführen des Korns in den Brennofenkörper, und

eine Abgabeeinrichtung (36) zur Entnahme des gebrannten Abfalls aus dem Brennofenkörper, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Beschichtungseinrichtung (133) umfaßt, damit das Korn vor dem Brennen mit Aluminiumsilicat, hitzebeständigen Tonmaterialien oder einem anderen nicht agglomerierenden Material beschichtet wird, und der Brennofen dem Brennen des beschichteten Korns bei oxidierenden Bedingungen und einer Temperatur von mindestens 1300ºC dient.

10) Vorrichtung zur Behandlung von Abfällen nach Anspruch 9, wobei der rotierende Brennofenkörper einen im wesentlichen zylindrischen oberen Abschnitt (11) und einen im wesentlichen zylindrischen unteren Abschnitt (12) mit geringerem Durchmesser umfaßt.

11) Vorrichtung zur Behandlung von Abfällen nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Beschickungseinrichtung (20) eine Schwerkraftbeschickungsrutsche mit oder ohne Hilfe mechanischer Beschickung umfaßt.

12) Vorrichtung zur Behandlung von Abfällen nach einem der Ansprüche 9 bis 11, die eine Wärmegewinnungseinrichtung (32) umfaßt, wodurch zumindest ein Teil der Wärme vom Brennen des Korns gewonnen und zum Brennofenkörper zurückgeleitet werden kann.

13) Vorrichting zur Behandlung von Abfällen nach Anspruch 12, wobei die Wärmegewinnungseinrichtung einen Wärmeaustauscher (32) umfaßt, der der Gewinnung der Abgaswärme dient.

14) Vorrichtung zur Behandlung von Abfällen nach Anspruch 13, wobei die Abgaswärme durch eine Leitung (31) gewonnen wird, die im Brennofenkörper befestigt ist und der Beförderung der im Brennofen (10) erzeugten Abgase zum Wärmeaustauscher (32) dient.

15) Vorrichtung zur Behandlung von Abfällen nach Anspruch 13 oder 14, wobei die Abgabeeinrichtung (36) eine Einrichtung (37) umfaßt, die der Wärmegewinnung vom abgegebenen Abfallmaterial dient, indem zumindest ein Teil der Verbrennungsluft durch oder über das abgegebene Abfallmaterial geleitet wird, so daß die Luft vor dem Eintritt in den Wärmeaustauscher (32) vorgewärmt wird.

16) Vorrichtung zur Behandlung von Abfällen nach einem der vorstehenden Ansprüche 9 bis 15, wobei der Brennofen (10) ein Saugzugsinterofen (10) ist.

17) Vorrichtung zur Behandlung von Abfällen nach Anspruch 9, wobei die Zerkleinerungseinrichtung (80) ein Gehäuse mit einer darin definierten Kammer (81), einen Rotor (82), der im Gehäuse befestigt ist, eine Antriebseinrichtung für den Rotor und eine Schnittklinge (83) umfaßt, die am äußeren radialen Ende des Rotors angebracht ist, wobei das Gehäuse mit einer ersten Zutrittsöffnung (91), die im wesentlichen axial zum Rotor angeordnet ist, und einer zweiten Zutrittsöffnung (92) versehen ist, die über der Linie angeordnet ist, die im wesentlichen tangential zum Rotor ist.

18) Vorrichtung zur Behandlung von Abfällen nach Anspruch 9, wobei die Einrichtung (100) zum Stückigmachen eine Führungsplatte (103) mit einer Anzahl hindurchgehender Öffnungen, eine Formplatte (107), die von den Führungsplatten getrennt ist und eine Anzahl von Öffnungen aufweist, deren Position der der Öffnungen in der Führungsplatte entspricht, und eine Auflageplatte (101) umfaßt, die im Verhältnis zur Führungsplatte beweglich ist und eine Anzahl von Formstiften (110) trägt, deren Position der der Öffnungen in der Führungsplatte entspricht, wobei das zwischen die Platten eingeführte Material durch die Vorwärtsbewegung der Stifte durch die Öffnungen in den Platten zu Korn geschnitten wird.