EP0465406A2 - Verfahren zum kontinuierlichen Einschmelzen von festen oder dickflüssigen Stoffen - Google Patents

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EP0465406A2
EP0465406A2 EP91810417A EP91810417A EP0465406A2 EP 0465406 A2 EP0465406 A2 EP 0465406A2 EP 91810417 A EP91810417 A EP 91810417A EP 91810417 A EP91810417 A EP 91810417A EP 0465406 A2 EP0465406 A2 EP 0465406A2
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EP
European Patent Office
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stage
melting
preheating
residues
crucible
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EP91810417A
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English (en)
French (fr)
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EP0465406A3 (en
EP0465406B1 (de
Inventor
Niklaus Seiler
Martin Schaub
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Sulzer Management AG
Original Assignee
Sulzer Chemtech AG
Sulzer AG
Gebrueder Sulzer AG
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Publication of EP0465406A3 publication Critical patent/EP0465406A3/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G5/00—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor
    • F23G5/08—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor having supplementary heating
    • F23G5/085—High-temperature heating means, e.g. plasma, for partly melting the waste
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G5/00—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor
    • F23G5/02—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor with pretreatment
    • F23G5/027—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor with pretreatment pyrolising or gasifying stage
    • F23G5/0273—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor with pretreatment pyrolising or gasifying stage using indirect heating

Definitions

  • the invention relates to a process for the continuous melting of heterogeneous solid or viscous residues and an apparatus for carrying out the process.
  • Residues are to be understood in the following: residues and residues from industry, trade and household in particular also residues with pollutants that are difficult to inert, e.g. filter ash and slag from energy generation and incineration plants, paint sludge from paint shops, filter press and electroplating sludge and residues from flue gas cleaning.
  • the pollutants contained in the residues have to be converted, rendered inert or recycled, especially heavy metals such as mercury, lead, zinc and cadmium and toxic, organic components such as dioxins and furans.
  • Heavy metals such as zinc and lead can also be recycled.
  • the harmful components of the residues must be rendered inert to the extent that they can be landfilled.
  • the solubility of inerted harmful components must be negligibly low, so that there is no impairment of the Groundwater can occur. Annoyance from smell and dust from a landfill should also be avoided.
  • a known process for the inertization of such residues is the inclusion process in which e.g. Filter dust containing heavy metals from coal-fired power plants or other incineration plants is mixed with cement and structural minerals and incorporated into a concrete-like mass.
  • this process requires large amounts of additives, it requires correspondingly large landfill volumes, and the long-term stability with regard to washing out integrated, harmful components is at least still unclear.
  • the object of the present invention is to overcome the disadvantages of the known methods and to provide a method and a device for inerting residues create, which allows an extensive and controllable integration of pollutants, especially heavy metals and which can also form a SO2 sink.
  • the chemical conversions and physical evaporation of residual material components corresponding to this temperature take place in a controlled manner in the preheating and fractionation stage. Undesired reactions and evaporation of components that occur above the preheating temperature T1 are thus avoided.
  • the remaining residues in the melting stage are then heated relatively quickly to at least their flow temperature, fused and solidified by cooling. This relatively rapid melting process largely prevents undesired further decomposition of the residues (e.g. CaSO4).
  • a substantial proportion of the sulfur contained in the flue gas gypsum is thus rendered inert or incorporated in slag, i.e. it creates a SO2 sink.
  • the inerting method according to the invention is thus also much more comprehensive and effective than the previously known. A qualitatively and quantitatively larger spectrum of residues can be melted down and converted into an inert, landfill-capable solid final state.
  • the preheating temperature T1 can preferably be between 400 ° C and 1000 ° C, and it can be at least 200 ° C below the melting temperature T2.
  • the preheating temperature T1 can also be selected according to the composition of the residues Exhaust gas fraction and adjusted to the softening temperature of the residues.
  • the residence time in the fractionation stage can be chosen to be longer than the residence time in the melting stage, often several times longer.
  • the residence time in the melting stage can advantageously be less than 15 minutes, often even less than 5 minutes.
  • the temperatures and dwell times of the preheating stage and melting stage or their heating outputs and feed rates can be set and controlled as operating parameters so that the desired proportions are fractionated in the preheating stage and the remaining residues are melted down completely will.
  • the hot exhaust gases can be abruptly cooled by blowing in cold gas or solid, so that heavy metal salts can be desublimated and converted into a usable powder form, without having to stay in the critical temperature range of 300 ° C to 400 ° C for a long time Cooling toxic organic substances such as dioxins and furans are formed.
  • Exhaust gases of a relatively low preheating temperature T1 and short dwell time t1 can be subjected to a subsequent high-temperature treatment, for example afterburning, in which any undestroyed toxic organic compounds are completely decomposed.
  • the device according to the invention can have a plurality of preheating stages, each with a material inlet, a heater and an exhaust pipe, with individually adjustable and controllable operating parameters of the preheating stages, so that different material inlets can each be optimally treated.
  • the volume of the melt in the crucible or melting vessel must be at least five times smaller than the volume of the preheating stage in order to achieve a relatively short residence time in the melting stage.
  • the crucible can also have an adjustable or adjustable discharge siphon.
  • Crucibles made of ceramic materials or electrically conductive crucibles made of refractory metals such as molybdenum, tantalum and tungsten or of other electrically conductive materials such as graphite and silicon carbide are suitable for the relatively high temperatures T2 of the melting stage.
  • a ceramic crucible wall can also be surrounded with electrically conductive material.
  • Electric crucible heaters can thus be implemented as inductive or resistance heaters. This results in a quickly and easily controllable heating in the immediate vicinity of the melting material.
  • electrically conductive internals in the crucible enable very good heat transfer.
  • the conductivity can also be achieved by conductive residues or additives.
  • the crucible can also have indirect gas or oil heating.
  • Gas or oil heating, resistance heating or induction heating are also possible for the preheating stage.
  • the heating of the melting stage can also be used to heat the preheating stage 4.
  • the device according to the invention is particularly suitable as an integrated part of disposal systems in general and in particular in combination with a flue gas cleaning device.
  • the melting device according to the invention can have one or more preheating stages. 1 shows three separate preheating and fractionation stages 4, 41, 42, into which various residues 3, 31, 32 are fed (2, 21, 22).
  • the residues are moved through the preheating stages by means of conveying devices 7, 71, 72 in a throughput time t1, t11, t12 and are thereby heated to the preheating temperatures T1, T11, T12 by means of the associated heaters 6, 61, 62.
  • Fractionated exhaust gases are produced in each stage , which are discharged via lines 8, 81, 82 and supplied to any further treatment stages (9).
  • the preheating temperatures T1, T11, T12 can be adjusted separately to the corresponding residue composition and the desired fractionation effect.
  • All residues of the parallel preheating stages 4, 41, 42 are then passed together into a melting stage 10, where they are heated to a melting temperature T2 which corresponds at least to the flow temperature of the remaining solid phase.
  • T2 melting temperature
  • the residues can be melted down completely or to a small extent enclosed by the melt, without undesired decomposition and evaporation occurring, as was unavoidable in previous large and very slow glass furnaces is.
  • the melted phase can be solidified very quickly in a cooling or quenching device 15 or can be converted into a desired shape using controlled temperature gradients.
  • the exhaust gases of this stage 10 are also carried away via an exhaust line 13 and supplied to any further treatment stages.
  • Fig. 2 shows a melting device with a screw conveyor 7, which is driven by a motor 29. By controlling this motor, the throughput time or the dwell time t1 in the preheating stage 4 can be set.
  • a gas oven 26 serves here as heating for both stages 4 and 10.
  • a heating outlet 27 serves as heating 12 of the melting stage 10 and the heating outlet 28 serves as heating 6 of the preheating stage 4.
  • the pipe 13 serves as the exhaust pipe of this stage 10.
  • the preheating stage 4 has two further exhaust pipes 81 and 82, which can accommodate different exhaust gas fractions, for example, with slow heating. Under the exit 14, the melt 17 falls into a water bath as a quenching device 15.
  • the inertized, landfill-capable residues 20 can be supplied for further use via a conveying bath 25.
  • FIG. 3 shows a melting stage with induction heating 35, power supply lines 36 and water cooling 37, which heats up an electrically conductive crucible 11 directly. This results in a very concentrated heating, which enables a quickly controllable temperature setting T2.
  • An adjustable outlet siphon 16 determines the desired height H of the melt 17 in the crucible 11.
  • the siphon drain pipe 40 is actuated via an adjusting rod 38 in an adjustment range 39.
  • the desired melting height H can also be set by replaceable inserts of the siphon drain pipe 40. If there is a slight layer of slag on the melt, an additional drain can be installed in the crucible.
  • the melting stage 10 is heated directly, the preheating stage 4 indirectly by means of a bypass 45 and adjustable, for example, by a flap 46.
  • the exhaust pipe 8 of the preheating stage is a subsequent high-temperature treatment stage 92 supplied, which is also heated by the gas furnace 26.
  • Toxic organic compounds that are contained in the residue or that arise at low preheating temperatures of 300 ° C to 500 ° C can be completely decomposed in this high temperature stage 92.
  • the high temperature stage can also consist of afterburning, the thermal energy of which can also be used to heat the preheating stage.
  • the inclined arrangement of preheating stage 4 simplifies the conveyance of residues and preheating.
  • the funding can also be provided by a rotary kiln.
  • FIG. 5 shows a disposal system with an integrated melting device 4, 10 according to the invention.
  • a combustion system 47 the flue gases 49 are treated in a dust separation stage 48 and the resulting filter ash 32 together with the furnace ash 33 and the filter cake 34 from a waste water purification system of the preheating and fractionation stage 4 fed.
  • the residue treatment is carried out as described via the melting stages 10 to the resulting inert solid 20. If necessary, a floating slag layer can be removed 66 separately.
  • the exhaust gases 8 and 13 are fed to a quench stage 91 as a further treatment stage 9 and cooled and blown in very quickly by blown-in air 59 solidified.
  • the resulting concentrated heavy metal salts 50 can be used further.
  • An exhaust gas outlet of the quench stage leads into an activated carbon filter 65, in which the toxic mercury and other highly volatile, toxic substances 51 are eliminated.
  • Exhaust gas 58 is then returned to the incinerator.
  • the exhaust gases 55 from the dust separator 48 are fed to a wet flue gas cleaning unit 56.
  • Their outputs are clean gas 54 and waste water, which is separated in a waste water purification system 57 into clean salts 52 (e.g. road salt), clean waste water 60 and a contaminated filter cake residue 34.
  • the filter residue 34 in turn is returned to the preheating stage 4.
  • the method according to the invention is further illustrated on the basis of the temperature profile T (t) over time in FIGS. 6 to 8 and the following examples.
  • Example 2 Average preheating temperatures T1 of e.g. 600 ° C. can be used to pyrolyze organic components, for example paint sludge with paint residues (curve 72 in FIG. 7).
  • the correct preheating temperature T1 is important here because, on the one hand, pyrolysis does not take place completely if the temperature is too low, so that violent reactions with abrupt gas formation can then occur at the high melting temperature in the crucible, which residues can be undesirably entrained in the exhaust gas. On the other hand, if the preheating temperatures T1 are too high, rapid reactions can take place and entrain dust into the exhaust gas.
  • Example 4 Flue gas gypsum originating from flue gas cleaning contains substantial amounts of heavy metal impurities which have to be rendered inert. However, these heavy metals cannot be evaporated at the necessary high temperatures as is the case in conventional glazing systems, because at these high temperatures above 1000 ° C the calcium sulfate decomposes again and the previously bound SO2 is released again. In the process according to the invention, however, the heavy metal portion in the preheating stage can be at a temperature T1 of e.g. 700 ° C are already largely evaporated without undesired production of SO2 by decomposition of calcium sulfate, and organic substances can also be pyrolyzed in the process.
  • T1 e.g. 700 ° C
  • the undecomposed calcium sulfate can be melted down quickly together with a suitable residual and / or aggregate thanks to the very short throughput time t2.
  • the sensitive substance then remains inertized in the solidified melt (curve 74 of FIG. 6) or is removed separately as slag.
  • T15 600 ° C (e.g. for pyrolysis)
  • T16 1000 ° C (e.g. evaporating heavy metals).
  • any desired optimal temperature profile can in principle be set by appropriate subdivision and metering of the heater 6.

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Abstract

Beim kontinuierlichen Einschmelzen werden heterogene feste oder dickflüssige Reststoffe zuerst in einer Vorwärm- und Fraktionierungsstufe (4) auf eine Vorwärmtemperatur (T1) erhitzt, wobei flüchtige Anteile ausgetrieben und als Abgas (8) zur weiteren Behandlung abgeführt werden, dann in einer Einschmelzstufe (10) mindestens auf die Fliesstemperatur aufgeheizt (T2) und anschliessend durch Abkühlung in einen inerten festen Endzustand gebracht. Dadurch werden ein kleines Schmelzvolumen und eine kurze Verweilzeit (t2) in der Schmelzstufe (10) erreicht. Dies ergibt eine bessere Inertisierung der Reststoffe sowie eine optimiert steuerbare Fraktionierung allfälliger Wertstoffkomponenten. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontinuierlichen Einschmelzen von heterogenen festen oder dickflüssigen Reststoffen sowie eine Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens. Unter Reststoffen sollen im folgenden verstanden werden: Reststoffe und Rückstände aus Industrie, Gewerbe und Haushalt im besonderen auch Rückstände mit schwer zu inertisierenden Schadstoffen z.B. Filterasche und Schlakken aus Energieerzeugungs- und Verbrennungsanlagen, Lackschlämme aus Lackierbetrieben, Filterpressen- und Galvanikschlämme und Rückstände aus Rauchgasreinigungen. Dabei müssen die in den Reststoffen enthaltenen Schadstoffe vor allem Schwermetalle wie quecksilber, Blei, Zink und Kadmium und giftige, organische Komponenten wie Dioxine und Furane umgewandelt, inertisiert oder einer Wiederverwertung zugeführt werden. Schwermetalle wie Zink und Blei mit oft relativ hohem Gehalt können auch einer Wiederverwertung zugeführt werden. Die schädlichen Komponenten der Reststoffe müssen soweit inertisiert werden, dass sie deponiefähig sind. Dazu muss die Löslichkeit inertisierter schädlicher Komponenten verschwindend gering sein, so dass keine durch Auswaschen verursachte Beeinträchtigung des Grundwassers auftreten kann. Ebenso sollen Belästigungen durch Geruch und Staub aus einer Deponie vermieden werden.
  • Ein bekanntes Verfahren zur Inertisierung derartiger Reststoffe bildet das Inklusionsverfahren bei dem z.B. Schwermetalle enthaltender Filterstaub aus Kohlekraftwerken oder anderen Verbrennungsanlagen mit Zement und Strukturmineralien vermischt und in eine betonartige Masse eingebunden wird. Dieses Verfahrens benötigt jedoch grosse Mengen von Zusatzstoffen, es erfordert entsprechend grosse Deponievolumen und die Langzeitstabilität bezüglich Auswaschen eingebundener, schädlicher Komponenten ist zumindest noch unklar.
  • Ein anderes bekanntes Verfahren zur Inertisierung derartiger Reststoffe besteht in deren Verglasung, welche in grossen Wannen von grossen Glasöfen langsam auf hohe Temperaturen aufgeheizt und möglichst homogen verglast werden. Diese Glasschmelzverfahren sind z.B. im Abfallwirtschaftsjournal 1 (1989) Nr. 7/8, Seiten 27 bis 28 beschrieben. Durch die grossen Verweilzeiten von mehreren Stunden bei den hohen Schmelztemperaturen wird hier zwangsläufig auch der grösste Teil der flüchtigen Komponenten, im speziellen auch der Schwermetalle, ausgedampft und muss in einer zusätzlichen, folgenden Stufe entsorgt bzw. verwertet werden. Im besonderen wird in den bisherigen langsamen Glasschmelzverfahren auch der Rauchgasgips wieder zersetzt und das vorher darin gebundene SO₂ wieder freigesetzt, was eine anschliessende zusätzliche Entschwefelungsstufe erfordert. Diese Verfahren bilden also keine SO₂-Senke.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Nachteile der bekannten Verfahren zu überwinden und ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Inertisierung von Reststoffen zu schaffen, welche eine weitgehende und steuerbare Einbindung von Schadstoffen, insbesondere auch von Schwermetallen ermöglicht und das auch eine SO₂-Senke bilden kann.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren nach Anspruch 1 und mittels einer Vorrichtung nach Anspruch 12.
  • Durch Wahl der Vorwärmtemperatur T1 laufen in der Vorwärm- und Fraktionierungsstufe die dieser Temperatur entsprechenden chemischen Umwandlungen und physikalischen Abdampfungen von Reststoffkomponenten kontrolliert ab. Unerwünschte Reaktionen und Verdampfungen von Komponenten, welche oberhalb der Vorwärmtemperatur T1 auftreten, werden somit vermieden. Anschliessend werden die verbleibenden Reststoffe in der Einschmelzstufe relativ rasch mindestens auf deren Fliesstemperatur erhitzt, verschmolzen und durch Abkühlung verfestigt. Durch diesen relativ raschen Einschmelzvorgang kann eine unerwünschte weitere Zersetzung der Reststoffe (z.B. von CaSO4) weitgehend vermieden werden. Ein wesentlicher Anteil des im Rauchgasgips enthaltenen Schwefels wird so inertisiert oder in Schlacke eingebunden, d.h. es entsteht eine SO₂-Senke. Das erfindungsgemässe Inertisierungsverfahren ist damit auch viel umfassender und wirksamer als die bisher bekannten. Es kann ein qualitativ und quantitativ grösseres Spektrum von Reststoffen eingeschmolzen und in einen inerten, deponiefähigen festen Endzustand übergeführt werden.
  • Die abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung. Dabei kann die Vorwärmtemperatur T1 vorzugsweise zwischen 400°C und 1000°C liegen, und sie kann mindestens 200°C unter der Einschmelztemperatur T2 liegen. Die Vorwärmtemperatur T1 kann auch entsprechend der Zusammensetzung der Reststoffe auf eine gewünschte Abgasfraktion und auf die Erweichungstemperatur der Reststoffe abgestimmt eingestellt werden. Zwecks gut kontrollierter Fraktionierung kann die Verweilzeit in der Fraktionierungsstufe grösser gewählt sein als die Verweilzeit in der Schmelzstufe, oft um ein mehrfaches grösser. Zwecks rascher und vollständiger Einbindung aller Komponenten kann die Verweilzeit in der Schmelzstufe mit Vorteil weniger als 15 Min., oft sogar weniger als 5 Min. betragen. Abhängig von den physikalischen Eigenschaften und der chemischen Zusammensetzung der Reststoffe können als Betriebsparameter die Temperaturen und die Verweilzeiten von Vorwärmstufe und Schmelzstufe bzw. deren Heizleistungen und Förderraten einstellbar gesteuert und geregelt werden, so dass die gewünschten Anteile in der Vorwärmstufe ausfraktioniert und die verbleibenden Reststoffe vollständig eingeschmolzen werden. In einer anschliessenden weiteren Behandlungsstufe können die heissen Abgase durch Einblasen von kaltem Gas oder Feststoff schlagartig abgekühlt werden, damit können z.B. Schwermetallsalze desublimiert und in eine weiterverwertbare Pulverform übergeführt werden, ohne dass durch langen Aufenthalt im kritischen Temperaturbereich von 300°C bis 400°C beim Abkühlen toxische organische Substanzen wie Dioxine und Furane gebildet werden. Abgase einer relativ tiefen Vorwärmtemperatur T1 und kurzen Verweilzeit t1 können einer anschliessenen Hochtemperaturbehandlung z.B. Nachverbrennung unterzogen werden, in der allfällig entstandene resp. nicht zerstörte toxische organische Verbindungen vollständig zersetzt werden. Die erfindungsgemässe Vorrichtung kann mehrere Vorwärmstufen mit je einem Stoffeingang, einer Heizung und einer Abgasleitung aufweisen, mit einzeln einstellbaren und steuerbaren Betriebsparametern der Vorwärmstufen, so dass verschiedene Stoffeingänge je optimal behandelbar sind. Vorzugsweise kann das Volumen der Schmelze im Tiegel bzw. Schmelzgefäss mindestens fünf Mal kleiner sein als das Volumen der Vorwärmstufe, um eine relativ kurze Verweilzeit in der Schmelzstufe zu erreichen. Um optimale Betriebsbedingungen für unterschiedliche Reststoffeingänge einzustellen, kann der Tiegel auch einen regulierbaren oder einstellbaren Auslaufsiphon aufweisen.
  • Für die relativ hohen Temperaturen T2 der Schmelzstufe eignen sich Tiegel aus keramischen Materialien oder elektrisch leitende Tiegel aus hochschmelzenden Metallen wie Molybdän, Tantal und Wolfram oder aus anderen elektrisch leitfähigen Materialien wie Graphit und Siliziumcarbid. Es kann auch eine keramische Tiegelwand mit elektrisch leitendem Material umgeben sein. Damit können elektrische Tiegelheizungen als induktive - oder Widerstandsheizungen realisiert werden. Dies ergibt eine rasch und gut steuerbare Heizung in nächster Nähe des Schmelzgutes. Im Fall von induktiver Beheizung ermöglichen elektrisch leitende Einbauten im Tiegel einen sehr guten Wärmeübergang. Die Leitfähigkeit kann auch durch leitende Reststoffe oder Zusatzstoffe erreicht werden. Der Tiegel kann aber auch eine indirekte Gas- oder Oelheizung aufweisen. Für die Vorwärmstufe sind ebenfalls Gas- oder Oelheizungen, Widerstandsheizungen oder Induktionsheizungen möglich. Als mögliche Vereinfachung kann die Heizung der Schmelzstufe auch zum Heizen der Vorwärmstufe 4 eingesetzt sein. Die erfindungsgemässe Vorrichtung eignet sich besonders als integrierter Teil von Entsorgungsanlagen im allgemeinen und im besonderen in Kombination mit einer Rauchgasreinigungsvorrichtung.
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand von Beispielen und Figuren weiter erläutert. Dabei zeigen:
    • Fig. 1 schematisch das erfindungsgemässe Verfahren an einer Vorrichtung mit mehreren Reststoffeingängen und Vorwärmstufen;
    • Fig. 2 eine Vorrichtung mit Vorwärmstufe und Einschmelzstufe;
    • Fig. 3 einen Einschmelztiegel mit Induktionsheizung;
    • Fig. 4 eine kombinierte Heizung von Einschmelzstufe und Vorwärmstufe;
    • Fig. 5 eine Entsorgungsanlage mit Rauchgasreinigung und integrierter Einschmelzvorrichtung;
    • Fig. 6 bis 8 verschiedene Beispiele von Temperaturverläufen in Vorwärm- und Einschmelzstufe.
  • Die erfindungsgemässe Einschmelzvorrichtung kann eine oder mehrere Vorwärmstufen aufweisen. Die schematische Darstellung von Fig. 1 zeigt drei separate Vorwärm- und Fraktionierungsstufen 4, 41, 42, in die verschiedene Reststoffe 3, 31, 32 zugeführt werden (2, 21, 22). Die Reststoffe werden mittels Fördereinrichtungen 7, 71, 72 in einer Durchlaufzeit t1, t11, t12 durch die Vorwärmstufen bewegt und dabei auf die Vorwärmtemperaturen T1, T11, T12 aufgeheizt mittels der zugehörigen Heizungen 6, 61, 62. Dabei entstehen in jeder Stufe ausfraktionierte Abgase, welche über die Leitungen 8, 81, 82 abgeführt und allfälligen weiteren Behandlungsstufen (9) zugeführt werden. Die Vorwärmtemperaturen T1, T11, T12 können dabei separat auf die entsprechende Reststoffzusammensetzung und auf die gewünschte Fraktionierungswirkung eingestellt werden.
  • Alle Reststoffe der parallelen Vorwärmstufen 4, 41, 42 werden anschliessend zusammen in eine Einschmelzstufe 10 geführt, wo sie auf eine Einschmelztemperatur T2 erhitzt werden, welche mindestens der Fliesstemperatur der verbleibenden Feststoffphase entspricht. In einem relativ kleinen Tiegel 11 mit zugeordneter Heizung 12 und entsprechender möglicher kurzer Durchlaufzeit t2 können die Reststoffe vollständig eingeschmolzen oder zu einem geringen Teil von der Schmelze eingeschlossen werden, ohne dass unerwünschte Zersetzungen und Abdampfungen auftreten, wie dies in bisherigen grossen und sehr trägen Glasöfen unvermeidbar ist.
  • Anschliessend an den Schmelzeaustritt 14 kann die eingeschmolzene Phase in einer Kühl- oder Abschreckvorrichtung 15 sehr rasch verfestigt oder mit kontrolliertem Temperaturgradienten in eine gewünschte Form übergeführt werden. Die Abgase dieser Stufe 10 werden ebenfalls über eine Abgasleitung 13 weggeführt und allfälligen weiteren Behandlungsstufen zugeführt.
  • Fig. 2 zeigt eine Einschmelzvorrichtung mit einer Förderschnecke 7, welche durch einen Motor 29 angetrieben ist. Durch Steuerung dieses Motors kann die Durchlaufzeit bzw. die Verweilzeit t1 in der Vorwärmstufe 4 eingestellt werden. Ein Gasofen 26 dient hier als Heizung beider Stufen 4 und 10. Ein Heizausgang 27 dient als Heizung 12 der Einschmelzstufe 10 und der Heizausgang 28 als Heizung 6 der Vorwärmstufe 4. Am Ende von Vorwärmstufe 4 und Förderschnecke 7 fallen die verbleibenden Reststoffe in einem Rohr vertikal nach unten in den Tiegel 11 der Einschmelzstufe. Das Rohr 13 dient als Abgasleitung dieser Stufe 10. Die Vorwärmstufe 4 weist zwei weitere Abgasleitungen 81 und 82 auf, welche z.B. bei langsamer Erwärmung verschiedene Abgasfraktionen aufnehmen können. Unter dem Austritt 14 fällt die Schmelze 17 in ein Wasserbad als Abschreckvorrichtung 15. Ueber ein Förderbad 25 können die inertisierten deponiefähigen Reststoffe 20 der weiteren Verwendung zugeführt werden.
  • Fig. 3 zeigt eine Einschmelzstufe mit Induktionsheizung 35, Stromzuleitungen 36 und einer Wasserkühlung 37, die einen elektrisch leitenden Tiegel 11 direkt aufheizt. Dies ergibt eine sehr konzentrierte Heizung, welche eine rasch steuerbare Temperatureinstellung T2 ermöglicht. Ein einstellbarer Auslaufsiphon 16 bestimmt die gewünschte Höhe H der Schmelze 17 im Tiegel 11. Dazu wird das Siphonablaufrohr 40 über eine Verstellstange 38 in einem Einstellbereich 39 betätigt. Eine Einstellung der gewünschten Schmelzhöhe H kann auch durch auswechselbare Einsätze des Siphonablaufrohrs 40 erfolgen. Für eine möglicherweise auftretende leichte Schlackenschicht auf der Schmelze kann ein zusätzlicher Ablauf im Tiegel eingebaut sein.
  • Fig. 4 zeigt eine kombinierte Heizung beider Stufen durch einen Gasofen 26. Die Einschmelzstufe 10 wird direkt beheizt, die Vorwärmstufe 4 indirekt über eine Bypass 45 und einstellbar z.B. durch eine Klappe 46. Die Abgasleitung 8 der Vorwärmstufe ist hier einer anschliessenden Hochtemperatur-Behandlungsstufe 92 zugeführt, welche ebenfalls vom Gasofen 26 beheizt ist. Toxische organische Verbindungen, die im Reststoff enthalten sind oder beiniedrigen Vorheiztemperaturen von 300°C bis 500°C entstehen, können in dieser Hochtemperaturstufe 92 vollständig zersetzt werden. Die Hochtemperaturstufe kann auch in einer Nachverbrennung bestehen, deren Wärmeenergie auch zum Aufheizen der Vorwärmstufe genutzt werden kann. Die geneigte Anordnung der Vorwärmstufe 4 vereinfacht hier die Förderung der Reststoffe und auch die Vorheizung. Die Förderung kann dabei auch durch einen Drehrohrofen erfolgen.
  • Fig. 5 zeigt eine Entsorgungsanlage mit einer integrierten erfindungsgemässen Einschmelzvorrichtung 4, 10. In einer Verbrennungsanlage 47 werden die Rauchgase 49 in einer Staubabscheidungsstufe 48 behandelt und die entstehende Filterasche 32 zusammen mit der Ofenasche 33 und dem Filterkuchen 34 aus einer Abwasserreinigungsanlage der Vorwärm- und Fraktionierungsstufe 4 zugeführt. Die Reststoffbehandlung erfolgt wie beschrieben über die Einschmelzstufen 10 bis zum resultierenden inerten Feststoff 20. Falls erforderlich kann eine aufschwimmende Schlackeschicht separat abgezogen werden 66. Die Abgase 8 und 13 werden einer Quenchstufe 91 als weiterer Behandlungsstufe 9 zugeführt und durch eingeblasene Luft 59 sehr rasch abgekühlt und verfestigt. Die dabei entstehenden konzentrierten Schwermetallsalze 50 können weiter verwertet werden. Ein Abgasausgang der Quenchstufe führt weiter in ein Aktivkohlefilter 65, worin das giftige quecksilber und andere leicht flüchtige, toxische Stoffe 51 ausgeschieden wird. Das Abgas 58 wird dann in den Verbrennungsofen zurückgeleitet. Die Abgase 55 der Staubabscheidung 48 werden einer Rauchgasnassreinigung 56 zugeführt. Deren Ausgänge sind Reingas 54 und Abwasser, welches in einer Abwasserreinigungsanlage 57 in saubere Salze 52 (z.B. Streusalz), sauberes Abwasser 60 und einen kontaminierten Filterkuchenrückstand 34 getrennt wird. Der Filterrückstand 34 wiederum wird in die Vorwärmstufe 4 zurückgeführt. Das erfindungsgemässe Verfahren wird anhand des zeitlichen Temperaturverlaufs T (t) in den Figuren 6 bis 8 und der folgenden Beispiele weiter illustriert.
  • Beispiel 1a: Beiniedrigen Vorwärmtemperaturen T1 = 400°C bis 500°C und sehr kurzen Verweilzeiten t2 in der Einschmelzstufe von wenigen Minuten oder sogar unter einer Minute können Schwermetalle z.B. Zink und Blei grossteils in den Reststoffen verbleiben und damit zu einer Verbesserung der Schmelzenqualität (z.B. Blei als hervorragender Glasbildner) beitragen. Dies ist auch günstig, wenn die Wiederaufbereitung von Schwermetallen anschliessend nicht gegeben ist. Kurve 71 in Fig. 6 mit T1 = 400°C und T2 = 1400°C zeigt einen solchen Temperaturverlauf den die Reststoffe erfahren.
  • Beispiel 1b: Umgekehrt können bei hohen Vorwärmtemperaturen T1 = 1000°C und längeren Verweilzeiten t1 und t2 die Schwermetalle zu einem grossen Teil abgedampft werden und damit im Konzentrat für eine Wiederverwertung verwendbar sein (Kurve 73 in Fig. 7).
  • Beispiel 2: Mittlere Vorwärmtemperaturen T1 von z.B. 600°C können zum Pyrolysieren von organischen Anteilen beispielsweise von Lackschlämmen mit Farbresten eingesetzt werden (Kurve 72 in Fig. 7). Die richtige Vorwärmtemperatur T1 ist hier wichtig, weil einerseits bei zu niedriger Temperatur die Pyrolyse nicht vollständig erfolgt, so dass anschliessend bei der hohen Einschmelztemperatur im Tiegel heftige Reaktionen mit schlagartiger Gasbildung auftreten können, welche Reststoffteile unerwünschterweise ins Abgas mitreissen können. Bei zu hohen Vorwärmtemperaturen T1 können anderseits auch rasche Reaktionen ablaufen und Staub ins Abgas mitreissen.
  • Beispiel 3: Für zwei verschiedene Reststoffeingänge mit zwei parallelen Vorwärmstufen 41 und 42 mit separat einstellbaren Vorwärmtemperaturen T11 und T12 kann eine optimale Vorbehandlung von Reststoffen erreicht werden, z.B. kann in der ersten Stufe 41 ein Zuschlagstoff wie Flaschenglas oder Borax den Reststoffen beigegeben werden zur Reduktion der Fliesstemperatur in der anschliessenden Schmelzstufe auf z.B. T2 = 1100°C. Die Vorwärmstufe 41 wird dann z.B. mit T11 = 600°C, noch unterhalb des Erweichungspunktes der Zuschlagstoffe betrieben. Die Reststoffe der zweiten Stufe 42, von welchen durch hohe Erhitzung, z.B. aus Flugasche, Schwermetalle weitgehend abzudampfen sind, kann mit relativ hoher Temperatur von T12 = 1000°C betrieben werden (Kurven 72 und 73 von Fig. 7).
  • Beispiel 4: Aus der Rauchgasreinigung stammender Rauchgasgips enthält wesentliche Mengen an Schwermetallverunreinigungen, welche inertisiert werden müssen. Diese Schwermetalle können aber nicht bei den notwendigen hohen Temperaturen abgedampft werden wie dies in herkömmlichen Verglasungsanlagen der Fall ist, weil sich bei diesen hohen Temperaturen über 1000°C das Kalziumsulfat wieder zersetzt und das vorher gebundene SO2 wieder frei wird. Im erfindungsgemässen Verfahren kann jedoch der Schwermetallanteil in der Vorwärmstufe bei einer Temperatur T1 von z.B. 700°C schon zu grossen Teilen verdampft werden ohne unerwünschte Produktion von SO2 durch Zersetzung von Kalziumsulfat, und es können dabei auch organische Substanzen pyrolysiert werden. In der anschliessenden Schmelzstufe kann das unzersetzte Kalziumsulfat zusammen mit einem geeigneten Rest- und/oder Zuschlagstoff dank sehr kurzer Durchlaufzeit t2 rasch eingeschmolzen werden. Der empfindliche Stoff bleibt dann in der erstarrten Schmelze inertisiert zurück (Kurve 74 von Fig. 6) oder wird als Schlacke separat abgezogen.
  • Beispiel 5: Fig. 8 zeigt den Temperaturverlauf nach Kurve 75 einer zweiteiligen Vorwärmstufe, in deren ersten Teil auf T15 = 600°C (z.B zur Pyrolyse) und anschliessend im zweiten Teil auf T16 = 1000°C aufgeheizt wird (z.B. Schwermetalle abdampfen). Mit der erfindungsgemässen Vorwärmstufe 4 ist durch entsprechende Unterteilung und Dosierung der Heizung 6 im Prinzip ein beliebiges optimales Temperaturprofil einstellbar.
    • Bezeichnungsliste
    • 2, 21, 22
    Zuführung
    3, 31, 32
    Reststoffe
    4, 41, 42
    Vorwärm- und Fraktionierungsstufe
    6, 61, 62
    Heizung von 4
    7, 71, 72
    Fördereinrichtung
    8, 81, 82
    Abgasleitung von 4
    9
    weitere Behandlungsstufe
    10
    Einschmelzstufe
    11
    Tiegel
    12
    Heizung von 10
    13
    Abgasleitung von 10
    14
    Schmelzeaustritt
    15
    Kühl-, Abschreckvorrichtung
    16
    Auslaufsiphon
    17
    Schmelze
    20
    inertisierte Reststoffe
    25
    Förderband
    26
    Gasofen
    27
    Heizausgang für 10
    28
    Heizausgang für 4
    29
    Motor für 7
    30
    Wertstoffe, Metallsalze
    32
    Elektrofilterasche
    33
    Ofenasche
    34
    ARA Filterkuchen
    35
    Induktionsheizung
    36
    Stromzuleitungen
    37
    Wasserkühlung
    38
    Verstellstange
    39
    Einstellbereich
    40
    Siphonablaufrohr
    45
    Bypass von 26
    46
    Einstellklappe
    47
    Verbrennungsanlage
    48
    Staubabscheidungsstufe
    49
    Rauchgas
    50
    Metallsalze, Wertstoffe
    51
    Hg
    52
    Salze (Streusalz)
    53
    Ofenschlacke
    54
    Reingas
    55
    Abgase von 48
    56
    Nassreinigung
    57
    Abwasserreinigung
    58
    Abgas
    59
    Luft in 91
    60
    sauberes Abwasser
    65
    Aktivkohlefilter
    66
    zusätzlicher Ablauf Schlackeschicht
    71 bis 75
    Temperaturverläufe T (t)
    91
    Quenchstufe
    92
    Hochtemperaturstufe
    T1, T11, T12, T15, T16
    Vorwärmtemperaturen
    T2
    Einschmelztemperatur
    t1, t11, t12, t15, t16
    Verweilzeiten in Stufe 4
    t2
    Verweilzeit in Stufe 10
    H
    Höhe der Schmelze 17

Claims (25)

  1. Verfahren zum kontinuierlichen Einschmelzen von heterogenen festen oder dickflüssigen Reststoffen, dadurch gekennzeichnet, dass die Reststoffe in einer Vorwärm- und Fraktionierungsstufe (4) kontrolliert auf eine einstellbare Vorwärmtemperatur (T1) erhitzt werden, wobei flüchtige Anteile ausgetrieben oder abgespalten und als Abgas abgeführt werden, welche Abgase einer weiteren Behandlungsstufe zuführbar sind, und dass die vorgewärmte verbleibende Feststoffphase in einer anschliessenden Einschmelzstufe (10) auf eine Temperatur (T2) erhitzt wird, welche mindestens ihrer Fliesstemperatur entspricht und dass sie durch anschliessende Abkühlung oder Abschreckung in einen glasförmig oder kristallinen festen, inerten Endzustand gebracht wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorwärmtemperatur (T1) entsprechend der Zusammensetzung der Reststoffe und auf die gewünschten Abgasfraktionen abgestimmt eingestellt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorwärmtemperatur (T1) zwischen 400°C und 1000°C liegt.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorwärmtemperatur (T1) mindestens 200°C unter der Einschmelztemperatur (T2) liegt.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorwärmtemperatur (T1) auf die Erweichungstemperatur und die Zusammensetzung der Reststoffe abgestimmt eingestellt wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verweilzeit (t1) der zu behandelnden Reststoffe in der Fraktionierungsstufe (4) grösser ist als die Verweilzeit (t2) in der Schmelzstufe (10).
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verweilzeit (t2) in der Schmelzstufe weniger als 15 Min. beträgt.
  8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verweilzeit (t2) in der Schmelzstufe höchstens 5 Min. beträgt.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsparameter, abhängig von den physikalischen Eigenschaften und der chemischen Zusammensetzung der anfallenden Reststoffe und auf die gewünschte Anteile von im Abgas auszufraktionierender Stoffe abgestimmt, einstellbar gesteuert und geregelt werden, wobei als Betriebsparameter die Temperaturen (T1, T2) und die Verweilzeiten (t1, t2) der Vorwärmstufe und der Schmelzstufe, bzw. die entsprechenden Heizleistungen und die Förderrate gesteuert werden.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die heissen Abgase in einer weiteren Behandlungsstufe (91) durch Einblasen von kalter Luft oder eines anderen Gases oder kalten Feststoffes schlagartig abgekühlt und desublimierende Stoffe ausgeschieden werden.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgase einer anschliessenen Hochtemperaturbehandlung (92) unterzogen werden.
  12. Vorrichtung zum kontinuierlichen Einschmelzen von Reststoffen gemäss Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Zuführung (2) der Reststoffe (3) in eine Vorwärm- und Fraktionierungsstufe (4) mit einer ersten Heizung (6), einer Fördereinrichtung (7) und einer ersten Abgasleitung (8), und durch eine darauffolgende Einschmelzstufe (10) mit einem die geförderten Reststoffe aufnehmenden Tiegel (11), einer zweiten Heizung (12), einer weiteren Abgasleitung (13) und einem Schmelzeaustritt (14).
  13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere parallele Vorwärmstufen (4, 41, 42) mit je einem Stoffeingang (3, 31, 32), einer Heizung (6, 61, 62) und einer Abgasleitung (8, 81, 82) vorgesehen sind, wobei die Betriebsparameter (T1, T11, T12, t1, t11, t12) der Vorwärmstufen, abgestimmt auf verschiedene Stoffeingänge (3, 31, 32), einzeln einstellbar und steuerbar sind.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen der Schmelze im Tiegel (11) mindestens fünf Mal kleiner ist als das Volumen der Vorwärmstufe (4) für die Reststoffe.
  15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Tiegel (11) einen regulierbaren oder einstellbaren Auslaufsiphon (16) zum kontinuierlichen Ablassen der Schmelze (17) aufweist.
  16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Tiegel (11) aus keramischen Materialien besteht.
  17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Tiegel (11) aus elektrisch leitfähigen, hochschmelzenden Metallen wie Molybdän, Tantal, Wolfram oder deren Legierungen oder anderen elektrisch leitfähigen Materialien wie Graphit, Siliziumkarbid oder Tongraphit besteht.
  18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die die Schmelze enthaltende Tiegelwand aus keramischem Material besteht und dass in der Tiegelwand oder um den Tiegel herum oder als Einbauten im Tiegel elektrisch leitfähiges Material angebracht ist.
  19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Tiegel (11) eine steuerbare direkte oder indirekte elektrische Widerstandsheizung aufweist.
  20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektrisch leitender Tiegel (11) und eine induktive Heizung vorgesehen sind.
  21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Tiegel (11) eine Gas- oder Oelheizung aufweist.
  22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorwärmstufe (4) eine Gas- oder Oelheizung, eine Widerstandsheizung oder eine Induktionsheizung aufweist.
  23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizung (12) der Schmelzstufe (10) mindestens teilweise auch zum Heizen der Vorwärmstufe (4) nutzbar ist.
  24. Entsorgungsanlage mit einer Einschmelzvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 12 bis 23 als integriertem Teil der Anlage.
  25. Entsorgungsanlage nach Anspruch 24, welche eine Rauchgasreinigungsvorrichtung kombiniert mit der Einschmelzvorrichtung aufweist.
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