EP0680583B1

EP0680583B1 - Verfahren zum verbrennen eines im wesentlichen aus kunststoff bestehenden abfalls, insbesondere pvc-abfall

Info

Publication number: EP0680583B1
Application number: EP94905103A
Authority: EP
Inventors: Theo Burkard; Christoph Schmid; Hans Sobolewski
Original assignee: L&C Steinmueller GmbH
Current assignee: Hitachi Zosen Inova Steinmueller GmbH
Priority date: 1993-01-23
Filing date: 1994-01-21
Publication date: 1997-12-10
Anticipated expiration: 2014-01-21
Also published as: WO1994017332A2; DE4301814A1; US5551358A; DE59404781D1; EP0680583A1; WO1994017332A3

Abstract

Bei diesem Verfahren ist zur Verbesserung des Ausbrandes vorgesehen, daß der im wesentlichen aus Kunststoff bestehende Abfall in einem Drehrohrofen (9) unter Zugabe mindestens eines feinteiligen Feststoffadditives (3, 4, 5) verbrannt wird, das mindestens einen Bestandteil mit einer im Vergleich zur Schmelztemperatur des Kunststoffes höheren Schmelztemperatur aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbrennen eines im wesentlichen aus mindestens einen Zuschlagstoff enthaltenden Kunstoff bestehenden Abfalls.
Aus der EP 0 419 992 A2 ist ein Verfahren zur Verbrennung granularer Kunstharzabfälle, insbesondere von lonenaustauschern bekannt, bei dem trockenes Harz, vermischt mit Tonerdegranulat bzw. feuchten Massen zusammen mit Luft in einer Wirbelschicht verbrannt wird. Dabei dient die Zugabe des Tonerdegranulats zur Mischung und dazu spontan gebildete gegebenenfalls aufgekohlte Agglomerate durch die Mahlwirkung der Inertgranulat enthaltenden Mischung wieder zu zerreiben.
Es ist bekannt (DE-Z "Müll und Abfall", 6/84, S. 169 - 175), Kunststoffe, insbesondere PVC-Kunststoffe, getrennt vom Hausmüll einzusammeln und in einer Verbrennungsanlage zu verbrennen. Neben dem Hausmüll fallen Kunststoffe auch als Restprodukte in der Industrie, z. B. bei der Fensterherstellung und dergleichen, Gebäudesanierung oder dergleichen an. Bei der Verbrennung von im wesentlichen aus Kunststoff bestehendem Abfall in einer Verbrennungsanlage mit Rostfeuerung besteht die Gefahr, daß wegen des niedrigen Schmelzpunktes des Kunststoffabfalls, z. B. im Temperaturbereich von 70 - 200 °C, schmelzflüssiger Kunststoff durch den Rost in die Windkästen fällt und somit der Verbrennung entzogen wird.
Kunststoffe enthalten häufig Zuschlagsstoffe. Als Zuschlagsstoffe kommen in Frage: Stabilisatoren in Form von anorganischen Schwermetallsalzen, Metallseifen, insbesondere von Ba, Cd, Pb, Zn, Ca und andere metallorganische Verbindungen. Weiterhin kann PVC auch gegen UV-Licht eingestellt werden, indem UV-Absorber zugesetzt werden. Zur Einfärbung von Kunststoff-Produkten werden anorganische und organische Pigmente zugesetzt. Weiterhin können Weichmacher erforderlich sein. Neben den bisher genannten Zuschlagsstoffen können Kunststoff-Mischungen auch noch weitere Zusatzstoffe enthalten, wie Treibmittel, Haftvermittler, Füllstoffe, Gleitmittel, Antistatika, Fungizide und dergleichen; mengenmäßig kommt den Füllstoffen eine besondere Bedeutung zu, da sie bis zu 50 Gew.-% im Kunststoff, insbesondere in PVC, enthalten sein können.
Bei der Verbrennung von PVC-Kunststoffabfall ist ebenfalls zu berücksichtigen, daß dieser Kunststoffabfall zu einem hohen Anteil aus Chlor besteht.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren der genannten Art anzugeben, bei dem im wesentlichen ein vollständiger Ausbrand gewährleistet ist und zugleich Zuschlagsstoffe sicher in die Verbrennungsrückstände eingebunden werden.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß als Ofen ein Drehrohrofen eingesetzt wird und bei Verbrennung eines mindestens einen Zuschlagsstoff enthaltenden Kunststoffes, insbesondere PVC, als feinteiliges Feststoffadditiv ein solches zugesetzt wird, das mit mit dem Zuschlagsstoff zu einem eluaffesten Verbrennungsrückstand führt.
Durch die Verbrennung im Drehrohrofen und durch die Zugabe des feinteiligen festen Additivs wird die Pyrolysephase bei der Verbrennung des Kunststoffes (Erschmelzen des Kunststoffes, Entweichen und teilweise Ausbrand von flüchtigen Bestandteilen und Verkokung) so beeinflußt, daß der sich bildende Koks den Drehrohrofen nicht zubackt, eine lockere Struktur aufweist so zügig wie möglich ausbrennt. Dies wird im wesentlichen darauf zurückgeführt, daß der Kunststoff sich nach seinem Erschmelzen auf dem feinteiligen Additiv aufsetzt und somit eine wesentlich größere Oberfläche für die weiteren Stufen der Pyrolysephase zur Verfügung steht. Mit anderen Worten: Es bildet sich eine Koksstruktur aus, die zu einem im wesentlichen vollständigen Ausbrand führt. Es wird bevorzugt, daß ein solches Additiv eingesetzt wird, daß auch am Ende der Verbrennung die Schmelztemperatur des mindestens einen Bestandteils nicht erreicht wird. Die Temperatur am Ende des Drehrohrofens kann z. B. im Bereich von 1100 - 1300 °C liegen. Unter der "Schmelztemperatur des Kunststoffes" wird in der Beschreibung und den Ansprüchen auch ein Temperaturfenster verstanden, da bei einer Mischung von unterschiedlichen Kunststoffen nicht von einer einheitlichen Schmelztemperatur der Kunststoffbestandteile ausgegangen werden kann. Das Fenster kann sich zwischen 70 und 200 °C, weiter bevorzugt zwischen 80 und 150 °C erstrecken.
Durch die Verbrennung in einem Drehrohrofen wird eine ausreichende Verweilzeit für die im wesentlichen gleichmäßige Verteilung des erweichten oder geschmolzenen Kunststoffes auf den Teilen des festen Additivs gewährleistet. Die Verbrennung von festen Abfällen, insbesondere Sonderabfällen, Industriemüll oder dergleichen in einem Drehrohrofen ist bereits vorgeschlagen worden, jedoch dürften bei der allgemeinen Verbrennung von Kunststoffabfall Zuback- und Ausbrandprobleme auftreten.
Als feinteiliges festes Additiv wird in bevorzugter Weise ein oder mehrere Additive ausgewählt aus der Gruppe: Quarzsand, Kies, Feinsplitt, Bauxit, Tonerde, oxidische Erze, Glasbruch, Granit, Verbrennungsrückstände, insbesondere Schlacke, Braunkohle, Steinkohle, insbesondere hochflüchtige Steinkohle, zerkleinerte Asphaltstraßenbeläge, Altreifenschnitzel eingesetzt.
Bei einem Teil der vorstehend genannten Additive wird neben dem Additiv zur Einbindung von Zuschlagsstoffen und gegebenenfalls zur Vergrößerung der Oberfläche auch noch ein Brennstoff in das Verfahren eingetragen, falls der Heizwert des Kunststoffabfalls alleine nicht ausreichend ist. Bei Brennstoffen kann ein zusätzlicher Effekt dadurch erzielt werden, daß flüchtige Bestandteile durch Ausgasen ebenfalls zu einer Auflockerung der Koksstruktur und damit zu einem besseren Ausbrand beitragen.
In besonders bevorzugter Weise wird bei der Verbrennung von Kunststoff, der einen alkali- und/oder erdalkalihaltigen F□llstoff aufweist, ein SiO₂- und/oder Al₂O₃-haltiges Additiv verwendet; hierzu bieten sich aus der vorstehend genannten Gruppe an: Quarzsand, Kies, Feinsplitt einerseits oder Bauxit, Tonerde andererseits, sowie die bei der Verbrennung des Kunststoffabfalls anfallenden und ggf. zerkleinerten Verbrennungsrückstände. Auch mit den anderen Zuschlagsstoffen eingebrachten Bestandteile können durch die Silikat- und/oder Aluminatbildung zum Teil eluatfest eingebunden werden.
Des weiteren bietet die Silikat- und/oder Aluminatbildung den Vorteil, daß die angestrebte Rückgewinnung eines Chloranteils mengenmäßig optimiert wird, da bei der Verbrennung es nicht zu einer Bildung von wasserlöslichem Calciumchlorid in größerem Umfange kommen kann.
Es ist sinnvoll, den Kunststoffabfall vor der Verbrennung zu zerkleinern. Auch erscheint es sinnvoll, den Kunststoffabfall und das feste feinteilige Additiv vor Einführung in den Drehrohrofen miteinander zu vermischen. Das Gemisch kann dadurch stabilisiert werden, daß eine benetzende Flüssigkeit zugesetzt wird. Als Benetzungsmittel kann insbesondere eine Calciumchloridlösung verwendet werden, die bei der Reinigung des Rauchgases unter gleichzeitiger Rückgewinnung von Chlorwasserstoff als Ablauge entsteht. Dieser Ablauf kann auch schlammartige Konsistenz aufweisen. Die Rückgewinnung von Chlorwasserstoff bei der PVC-Verbrennung aus dem Rauchgas gehört zum Stand der Technik und muß hier nicht näher beschrieben werden.
Ggf. kann auch eine Ablauge aus der Auslaugungsbehandlung der Verbrennungsrückstände alleine oder in Zumischung mit der Ablauge aus der Rauchgasbehandlung als Mischhilfsmittel eingesetzt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren bietet auch eine einfache Möglichkeit, feinteilige feste Materialien, die mit organischen Verbindungen, insbesondere Chlorkohlenwasserstoffen verunreinigt sind, zu entsorgen, indem sie im erfindungsgemäßen Sinne als feinteilige Additive in den Drehrohrofen eingeführt werden. Hierbei sind insbesondere kontaminierte Böden angesprochen, die von kontaminierten Sanden und/oder Ki.esen gebildet sind.
Eine erfindungsgemäße Verfahrensführung soll nun anhand der beigefügten Figur näher beschrieben werden.
PVC-Abfall 1 wird einem Mischer 2 kontinuierlich oder diskontinuierlich zugeführt. Dieser Mischer kann in verschiedenster Form gestaltet sein, z. B. als Paddelmischer, Mischschnecke, Pflugscharmischer oder dergleichen. In dem Mischer 2 wird der PVC-Abfall mit rückgeführten Verbrennungsrückständen 3, Quarzsand 4 und Braunkohle 5 unter Zugabe von wasserhaltigem Calciumchloridschlamm 6 vermischt. Ggf. kann anstelle des Schlamms auch Wasser 7 alleine zugeführt werden. Es wird darauf aufmerksam gemacht, daß die Figur nur ein Beispiel betrifft; im Lichte der vorstehenden Ausführungen in der Beschreibungseinleitung kann auch die Zuführung eines der feinteiligen festen Additive 3, 4 oder 5 ausreichend sein. Hinsichtlich des aus der Rauchgasreinigung stammendem Calciumchloridschlamms ist es jedoch zweckmäßig, daß er insgesamt in die Verbrennung zurückgeführt werden kann, da dem Calciumchlorid selbst keine nennenswerten Nutzungsmöglichkeiten zuzuordnen sind.
Das Gemisch 7 wird über eine Aufgabeeinrichtung 8 einem Drehrohrofen 9 aufgegeben, der ggf. mit einer Nachbrennkammer versehen sein kann.
Wie bereits vorstehend erwähnt, kommt von den Zuschlagsstoffen zum PVC der Kreide (CaCO₃) mengenmäßig besondere Bedeutung zu. Im Drehrohrofen werden durch die Verwendung von SiO₂-Additiven folgende Reaktionen eingeleitet:

CaCO₃ + SiO₂ = CaSiO₃ + CO₂

CaO + SiO₂ = CaSiO₃.
Durch diese Reaktionen wird eine eluatfeste Ca-Verbindung aufgebaut, und es wird im wesentlichen vermieden, daß es im wesentlichen Umfang zur Calciumchloridbildung kommt. Für den Restanteil an Calciumchloridbildung ergibt sich folgende Gleichung:

CaCl₂ + SiO₂ + H₂O = CaSiO₃ + 2 HCl.
Das durch das PVC mitgeführte Calcium wird in ein nahezu unlösliches Calciumsilikat überführt. Versuche haben ergeben, daß die Reaktion des SiO₂ mit dem Calciumchlorid bei Temperaturen oberhalb 1 000 °C praktisch vollständig von links nach rechts verläuft. Die Verbrennungsrückstände 3, der Sand 4 und die Inertbestandteile der Braunkohle 5 führen zu einer lockeren Struktur des bei der Verbrennung gebildeten Kokses, wodurch ein im wesentlichen vollständiger Ausbrand erreicht wird.
Die aus dem Drehrohr 9 abgezogenen Verbrennungsrückstände 10a werden in einer Verbrennungsrückstands-Behandlungseinrichtung 11 einer an sich bekannten Wäsche und ggf. Schwermetallauslaugung unterzogen. Ein Teil 3 der Verbrennungsrückstände wird nach einer zerkleinernden Aufbereitung 12 - wie vorstehend beschrieben - dem Mischer 2 zugeführt.
Das aus dem Drehrohrofen abgezogene Rauchgas 10b wird einer Rauchgasbehandlungsanlage 13 zugeführt, aus der gereinigtes Rauchgas 14 und Chlorwasserstoff 15 sowie eine Cacl₂-haltige Rauchgasbehandlungsablauge 16 abgezogen werden. Diese Ablauge kann alleine oder zusammen mit der Ablauge 17 der Verbrennungsrückstands-Behandlungsanlage nach einer Schwermetallfällung in den Mischer 2 geführt werden. Bei 18 wird der Teil der eluierfesten Verbrennungsrückstände abgezogen, der nicht zum Mischer zurückgeführt wird. Falls keine Rückführung von Verbrennungsrückständen beabsichtigt ist, wird bei 18 die Menge an Verbrennungsrückständen insgesamt abgezogen.
Insbesondere bei der Verbrennung von PVC-Abfall bietet das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil, daß die Koksstruktur in einer den Ausbrand fördernden Weise aufgelockert wird, daß zumindest ein wesentlicher Teil der im PVC vorhandenen Zuschlagsstoffe in eluatfeste Verbrennungsrückstände überführt wird und daß der bei der Verbrennung entstehende Chlorwasserstoff mit relativ hoher Ausbeute zurückgewonnen werden kann. Es ist selbstverständlich, daß die bei der Verbrennung freigesetzte Wärme durch Wärmetausch mit dem Rauchgas genutzt wird, insbesondere zur Dampferzeugung.
Der Kunststoffabfall besteht im wesentlichen aus Kunststoff, da Verunreinigungen wie Beschlägeteile im Falle von Kunststoffenstern vorhanden sein können, die mit in den Drehrohrofen eingebracht werden.

Claims

Verfahren zum Verbrennen eines im wesentlichen aus mindestens einen Zuschlagsstoff enthaltenden Kunststoff, insbesondere PVC, bestehenden Abfalls, bei dem der Abfall in einem Ofen unter Zugabe mindestens eines feinteiligen Feststoffadditivs verbrannt wird, das mindestens einen Bestandteil mit einer im Vergleich zur Schmelztemperatur des Kunststoffes höheren Schmelztemperatur aufweist,
bei dem als Ofen ein Drehrohrofen eingesetzt wird und als feinteiliges Feststoffadditiv ein solches zugesetzt wird, das mit dem Zuschlagsstoff zu einem eluaffesten Verbrennungsrückstand führt.
Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß ein solches Additiv eingesetzt wird, das auch am Ende der Verbrennung die Schmelztemperatur des mindestens einen Bestandteils nicht erreicht wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß ein Additiv ein oder mehrere Additive aus der Gruppe: Quarzsand, Kies, Feinsplitt, Bauxit, Tonerde, oxidische Erze, Glasbruch, Granit, Verbrennungsrückstände, insbesondere Schlacke, Braunkohle, Steinkohle, insbesondere hochflüchtige Steinkohle, zerkleinerte Asphaltstraßenbeläge, Altreifenschnitzel ausgewählt wird.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 - 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß bei der Verbrennung von Kunststoff, der einen alkali- und/oder erdalkalihaltigen Füllstoff aufweist, ein SiO₂- und/oder Al₂O₃-haltiges Additiv verwendet wird.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 - 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß als feinteiliges Additiv Verbrennungsrückstände aus der Verbrennung des Kunststoffabfalls selbst eingesetzt werden.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 - 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Kunststoffabfall vor der Verbrennung zerkleinert wird.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 - 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Kunststoffabfall und das feste feinteilige Additiv vor Einführung in den Drehrohrofen miteinander vermischt werden.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 - 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Gemisch eine benetzende Flüssigkeit enthält.
Verfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Flüssigkeit eine Calciumchloridlösung verwendet wird, die bei der Reinigung eines bei der Verbrennung von PVC-Kunststoffabfall entstehenden Rauchgases anfällt.