Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Aufarbeiten von
RESH bzw. von Shredderleichtfraktionen, bei welchem RESH bzw.
die Shredderleichtfraktion einem Wirbelschichtvergaser aufgegeben
wird.
Unter RESH bzw. Shredderleichtfraktionen werden im vorliegenden
Fall Recyclingprodukte verstanden, wie sie insbesondere bei der
Aufarbeitung von Kraftfahrzeugen anfallen. Derartige Recyclingprodukte
enthalten hohe Mengen an organischen Substanzen, wobei
in derartigen Ausgangsprodukten elastische, gummiartige Produkte
ebenso wie Gewebe fasern enthalten sind, welche sich in konventionellen
Mühlen nicht ohne weiteres weiters zerkleinern lassen.
Die übliche Aufarbeitung derartiger Recyclingprodukte mit hohem
Anteil an organischen Bestandteilen besteht daher in der Regel
in einer Verbrennung bzw. einer Pyrolyse mit nachfolgender
mechanischer weiterer Aufarbeitung.
Für die mechanische Zerkleinerung von mineralischen Ausgangsprodukten
wurden im besonderen bereits Strahlmühlen vorgeschlagen.
Strahlmühlen werden üblicherweise mit Preßluft betrieben, wobei
das in derartigen Strahlmühlen gemahlene Gut über einen Sichter
ausgetragen werden kann. Je nach Mahlgut und Mahlzeit kann ein
unterschiedlich feines Material hergestellt werden. Strahlmühlen
eignen sich aber ebenso wenig wie andere Mühlen für eine hinreichend
gute Zerkleinerung von Abfällen mit hohen organischen
Anteilen wie beispielsweise RESH.
Die Erfindung zielt nun darauf ab, ein einfaches Verfahren der
eingangs genannten Art zu schaffen, mit welcher es gleichzeitig
gelingt, den energetischen Inhalt von RESH bzw. Shredderleichtfraktionen
zu nutzen und ein hohes Maß an Des integration und
Zerkleinerung zu gewährleisten. Darüber hinaus zielt das erfindungsgemäße
Verfahren darauf ab, unmittelbar in einfacher Weise
zu wirtschaftlich sinnvoll verwendbaren Endprodukten umsetzbare,
zerkleinerte Materialien zur Verfügung zu stellen. Zur Lösung
dieser Aufgabe besteht das erfindungsgemäße Verfahren im wesentlichen
darin, daß in die Wirbelschicht Heißwind oder Verbrennungsabgase
mit einer Temperatur von über 450° C über Düsen
unter Ausbildung eines Gegenstrommahlraumes eingeblasen werden
und daß in die Wirbelschicht CaCO3 eingebracht und unter Desintegration
im Mahlraum kalziniert wird. Dadurch, daß RESH bzw.
die Shredderleichtfraktion einem Wirbelschichtvergaser aufgegeben
wird, gelingt es, den in den Ausgangsmaterialien enthaltenen
Anteil an organischen Substanzen, und insbesondere an elastischen,
gummihaltigen Materialien, zu einem Synthesegas zu
vergasen, welches im wesentlichen aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff
besteht. Für eine derartige Vergasung in der Wirbelschicht
sind Temperaturen von über 450° C erforderlich, wobei das Verfahren
so geführt wird, daß eine Vergasung, nicht aber eine
quantitative Verbrennung erzielt wird, sodaß das entstehende
Synthesegas noch einen hohen Heizwert besitzt. Die Umsetzung muß
somit unterstöchiometrisch geführt werden, um den CO2-Gehalt in
der Wirbelschichtatmosphäre entsprechend gering zu halten.
Dadurch, daß nun bei Temperaturen von über 450° C eine Vergasung
durchgeführt wird, gelingt es bei hinreichend hoher Temperatur
bei gleichzeitigem Einbringen von Kalziumkarbonat insbesondere
in Form von Kalkstein oder Kalkmergel in die Wirbelschicht, derartiges
Kalziumkarbonat zu kalzinieren, wobei in der Wirbelschicht
Kalziumkarbonat bzw. gebrannter Kalk gleichzeitig entsprechend
zerkleinert werden kann, wenn in der Wirbelschicht ein
Gegenstrommahlraum ausgebildet wird. Ein derartiges zerkleinertes
kalziniertes Material wirkt in der Folge als wirkungsvolles
Desintregrationshilfsmittel und erlaubt es, auch schwierig zu
zerkleinernde Ausgangsprodukte entsprechend fein im Gegenstrommahlraum
zu mahlen. Insgesamt wird somit mit dem Zusatz von Kalziumkarbonat
in die Wirbelschicht unter Wahl geeigneter Bedingungen
unmittelbar ein zerkleinertes festes Material gebildet,
welches aus dem Gegenstrommahlraum bzw. der Wirbelschicht ausgebracht
werden kann und in der Folge aufgeschmolzen und thermisch
weiterverarbeitet werden kann, wobei der gebildete gebrannte
Kalk eine verbesserte Verfahrensführung im Anschluß an die Zerkleinerung
ergibt.
Mit Vorteil wird das erfindungsgemäße Verfahren hierbei so geführt,
daß die Ausgangsprodukte mit einer maximalen Partikelgröße
vom 25 mm vorzugsweise 20 mm aufgegeben werden. Zur Verbesserung
der Verfahrensführung und in Hinblick auf die unmittelbare
Herstellung von wirtschaftlich verwendbaren Schlacken,
und insbesondere von hydraulisch aktiven Schlacken, wird mit
Vorteil das erfindungsgemäße Verfahren so durchgeführt, daß in
die Wirbelschicht Aluminatträger in einer Menge eingebracht
werden, welche nach einer Schmelzreduktion der zerkleinerten
Partikel einen Al2O3-Gehalt zwischen 12 und 25 Gew.%, vorzugsweise
etwa 15 Gew.%, ergibt. Bei entsprechender Einstellung des
CaO und Al2O3-Gehaltes lassen sich unmittelbar zementartige Produkte
herstellen, welche zumindest als Zementzumahlstoffe zum
Einsatz gelangen können. Hierfür wird das erfindungsgemäße Verfahren
mit Vorteil so geführt, daß CaCO3 in einer Menge eingetragen
wird, welche nach einer Schmelzreduktion der zerkleinerten
Partikel eine Basizität CaO/SiO2 zwischen 1,3 und 1,9, vorzugsweise
1,5 ergibt.
In der Wirbelschicht erfolgt im Rahmen des erfindungsgemäßen
Verfahrens ein thermokinetischer Aufschluß, wobei elastische
Materialien vergast werden und anorganische Partikel wie Glas
und Metalle mechanisch zertrümmert werden. Der zugesetzte Kalkstein
bzw. Kalkmergel wird gleichzeitig zerkleinert und kalziniert.
Um eine entsprechende Zerkleinerungswirkung sicherzustellen,
muß allerdings dafür Sorge getragen werden, daß der Anteil
an duktilem Material in der Wirbelschicht nicht zu groß
wird. Insbesondere ist es vorteilhaft, den Gesamteisengehalt
entsprechend zu beschränken, wobei das erfindungsgemäße Verfahren
mit Vorteil so durchgeführt wird, daß RESH bzw. die
Shredderleichtfraktion ggf. vorzerkleinert einer Magnetscheidung
unterworfen wird und mit einem Gesamt-Eisengehalt von weniger
als 6 Gew.% eingesetzt wird.
Der Gesamt-Kupfergehalt kann für eine nachfolgende Rückgewinnung
von Schwermetallen bzw. Buntmetallen mit Vorteil größer als
0,5 Gew.% gehalten werden, sodaß eine einfache Magnetscheidung
hier wesentliche Vorteile mit sich bringt.
In besonders vorteilhafter Weise wird so vorgegangen, daß die
zerkleinerten Partikel aus dem Wirbelschichtvergaser bzw. dem
Mahlraum über einen Sichter abgezogen und einem Schmelzaggregat,
insbesondere einem Schmelzzyklon, zugeführt werden, worauf die
erhaltene Schmelze über einem Metallbad, insbesondere einem
Eisenbad, reduziert wird. Das in der Wirbelschicht thermokinetisch
aufgeschlossene Material, welches in der Regel mit Korngrößen
von maximal 2 mm die Wirbelschicht verläßt, kann in besonders
vorteilhafter Weise in einem Schmelzzyklon aufgeschmolzen
werden und einer entsprechenden Schmelzreduktion unterworfen
werden, wofür ein Metallbad, insbesondere ein Eisenbad, besonders
bevorzugt ist. In einer derartigen Schmelzreduktion über
einem Eisenbad lassen sich unterschiedliche Phasen abziehen,
wobei in der Regel ein zweiphasiger Metallregulus vorliegt. Eine
schwere Phase enthält hierbei primär bis zu 80 Gew.% Kupfer,
sowie Eisen, Zinn, Nickel und Chrom. Eine zweite leichtere Phase
besteht aus bis zu 90 Gew.% Eisen, sowie Kupfer, Nickel, Chrom
und etwa 4 Gew.% Kohlenstoff. Derartige Phasen können in der
Folge in einfacher Weise getrennt werden, wobei das erfindungsgemäße
Verfahren mit Vorteil so durchgeführt wird, daß aus dem
Metallbadreaktor eine schwerere Cu-hältige Phase durch Seigerung
getrennt abgezogen wird und daß die verbleibende eisenhaltige
Phase zumindest teilweise als Metallbad im Metallbadreaktor
belassen wird.
Eine weitere Möglichkeit der Anreicherung metallischer Komponenten
kann aber auch dadurch geschaffen werden, daß, wie es einer
bevorzugten Verfahrensweise entspricht, die zerkleinerten Partikel
über einen Heißzyklon abgesaugt werden, daß das im Heißzyklon
anfallende Grobgut zumindest teilweise der Wirbelschicht
rückgeführt wird und daß das aus dem Heißzyklon austretende
Feingut einem Schmelzaggregat, insbesondere einem Schmelzzyklon,
zugeführt wird, worauf die geschmolzene Schlacke über einem
Metallbad reduziert wird. Dadurch, daß hier nicht unmittelbar
ein Schmelzzyklon dem Mahlraum bzw. dem Wirbelschichtvergaser
nachgeschaltet wird, sondern ein Heißzyklon zwischengeschaltet
wird, gelingt es, Grobgut, welches in erster Linie aus schwer zu
zerkleinerndem, duktilen Material und damit aus metallischen
Phasen besteht, abzutrennen. Durch die wenigstens teilweise
Rückführung in die Wirbelschicht können derartige metallische
Komponenten im Kreislauf angereichert werden und gesondert aufgearbeitet
werden. Lediglich das aus dem Heißzyklon austretende
Feingut, welches in erster Linie die mineralischen Anteile enthält,
wird hier einem Schmelzaggregat, insbesondere einem
Schmelzzykon zugeführt und in der Folge bevorzugt in einem Metallbadreaktor
behandelt.
Mit Vorteil wird das erfindungsgemäße Verfahren so durchgeführt,
daß die Temperatur in der Wirbelschicht bzw. im Mahlraum auf
450° C bis 700° C eingestellt wird und der CO2-Gehalt der Wirbelschichtatmosphäre
unter 30 Vol.%, vorzugsweise unter 15 Vol.%
gehalten wird, wobei bei Temperaturen von etwa 700° C bereits
eine entsprechende Kalzinierung beobachtet werden kann. Die
energetische Ausbeute kann dadurch verbessert werden, daß die
Verbrennungsabgase für den Betrieb der Wirbelschichtmühle zumindest
teilweise durch Verbrennen der Abgase der Vergasungsreaktion
in der Wirbelschicht hergestellt werden, welche bevorzugt
unterstöchiometrisch vorgenommen wird.
Für die unmittelbare Herstellung von zementartigen Endprodukten
wird das Verfahren mit Vorteil so durchgeführt, daß RESH und
Kalkstein in einem Gewichtsverhältnis von 1,5:1 bis 3:1 eingesetzt
werden.
Insgesamt läßt sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren neben
einer besonders guten Zerkleinerung auch unmittelbar eine entsprechende
Verfahrensführung sicherstellen, mit welcher metallische
Phasen mit hohem Deckungsbeitrag gewonnen werden können,
wobei der Treibstahl für die Wirbelschichtmühle durch Verbrennung
von zumindest teilweise im Verfahren gewonnenen Synthesegasen
hergestellt werden kann. Bei der unterstöchiometrischen
Verbrennung in der Wirbelschicht entsteht ein Synthesegas mit
hinreichender Verbrennungswärme, wobei zusätzlich noch Konverterabgase
aus dem Metallbadreaktor, welche gleichfalls einen hohen
Anteil an Wasserstoff und etwa 20 Gew.% Kohlenmonoxid enthalten,
zur Herstellung der heißen Gase für den Treibstahl herangezogen
werden können. Zusätzlich kann auch Abfallbrennstoff
direkt in die Wirbelschicht oder in vorgeschaltete Brennkammern
eingebracht werden.
Im Metallbadreaktor ist eine eisenreiche Phase aufgrund des in
der Regel hohen Kohlenstoffanteiles als besonders wirkungsvolles
Reaktionsmedium vorgesehen. Die kupferreiche Phase hat in der
Regel überaus geringes Lösungsvermögen für Kohlenstoff und wirkt
daher in der Schmelzreduktion nahezu inert. Die atmosphilen
Schwermetalle wie Zink und Blei fallen konzentriert während der
ersten Minuten der Schmelzreduktion an und können in konzentrierter
Form aus dem Konverterabgas gewonnen werden.
Der in den Ausgangsmaterialien enthaltene Schwefel findet sich
praktisch quantitativ in der reduzierten Schlacke wieder, wobei
ein derartiger Schwefelgehalt für eine nachträgliche Verwendung
als Zementzumahlstoff durchaus positive Eigenschaften zeigt. Der
Chlorgehalt des Ausgangsproduktes RESH verbindet sich praktisch
quantitativ mit den eingeschleppten Alkalien sowie auch mindestens
teilweise mit den vorhandenen Schwermetallen (Cu, Zn, Pb)
und verdampft bereits in der Wirbelschicht sowie im Schmelzzykon
quantitativ.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung schematisch
dargestellten, für die Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens geeigneten Vorrichtungen näher erläutert. In
dieser zeigen Fig.1 eine erste Ausbildung einer Einrichtung zum
Aufarbeiten von RESH bzw. Automobilshredderleichtfraktionen
schematisch teilweise im Schnitt und Fig.2 eine abgewandelte
Ausbildung der Einrichtung nach Fig.1.
In Fig.1 ist ein Wirbelschichtvergaser 1 dargestellt, über dessen
Aufgabestutzen 2 RESH gemeinsam mit Kalkstein und ggf. Bauxit
oder Schleifstäuben als Aluminatträger aufgegeben wird. Im
Inneren des Wirbelschichtreaktors wird eine Wirbelschicht 3 ausgebildet,
wobei entsprechendes Treibgas über Strahlrohre 4 in
den Reaktor eingeblasen wird. Die Strahlrohre 4 sind mit ihren
Achsen so orientiert, daß die Strahlrichtung auf einen gemeinsamen
Mahlpunkt 5 zielt. Das Treibgas wird über eine Leitung 6
der Ringleitung 7 zugeführt, an welche die Strahlrohre 4 angeschlossen
sind.
Als Treibgas werden hier Verbrennungsabgase eingesetzt, um eine
Temperatur von über 450° im Inneren des Wirbelschichtreaktors 3
sicherzustellen. Die Brennkammer für die Herstellung der Verbrennungsabgase
ist mit 8 bezeichnet.
Das im Inneren des Wirbelschichtreaktors vergaste Produkt wird
im Mahlraum, und insbesondere im Mahlpunkt 5 entsprechend zerkleinert,
wobei Feingut über einen Sichter 9 in einen Schmelzzyklon
10 ausgetragen wird. Das dabei gebildete Synthesegas,
welches als Vergasungsprodukt des Wirbelschichtvergasers auftritt,
wird über eine Leitung 11 abgezogen und über einen Wärmetauscher
12 geführt, worauf dieses Synthesegas zumindest teilweise
über eine Leitung 13 und einen Verdichter 14 der Brennkammer
8 als Brenngas zugeführt wird. Kaltluft für die Verbrennung
in der Brennkammer 8 wird über eine Leitung 15 angesaugt,
wobei das entsprechende Sauggebläse mit 16 bezeichnet ist. Die
Kaltluft wird im Wärmetauscher 12 erwärmt und als Heißluft, ggf.
gemeinsam mit Sauerstoff, der Brennkammer 8 zugeführt.
Das Schmelzprodukt des Schmelzzyklons wird in einen Eisenbadreaktor
17 ausgebracht, in welchem die flüssige Schlacke auf einem
Eisenbad 18 aufschwimmt. Das Eisenbad 18 nimmt bei Reduktion
der flüssigen Schlacke weitere metallische Anteile auf, wobei
insbesondere eine schwerere Phase, welche in hohem Maße kupferhältig
ist, nach Seigerung über die Leitung 19 abgezogen werden
kann, wobei das Eisenbad im Eisenbadreaktor verbleiben kann. Die
Schlacke kann über die Leitung 20 abgestochen werden. Durch geeignete
Einstellung des Kalksatzes bzw. des Anteiles an Aluminatträgern
in der Wirbelschicht gelingt es, über den Abstich 20
unmittelbar ein Produkt abzuziehen, dessen Zusammensetzung einem
synthetischen Zement bzw. einem geeigneten Zementzuschlagstoff
entspricht.
In den Schmelzzyklon wird zusätzliche Verbrennungsluft bzw. Sauerstoff
über Leitungen 21 eingetragen.
Bei der Ausbildung nach Fig.2 entfällt der Sichter. Als Strahlrohre
4 kommen bei dieser Ausbildung Lavaldüsen zum Einsatz,
wobei wiederum ein Mahlpunkt 5 bzw. ein zugehöriger Mahlraum im
Vergasungsreaktor 1 ausgebildet wird. Der Übersichtlichkeit
halber sind die Elemente der Treibgasherstellung für die Düsen
zum Mahlraum in Fig.2 nicht dargestellt.
Das zumindest teilweise kalzinierte und entsprechend zerkleinerte
Produkt wird über eine Leitung 22 einem Heißzyklon 23 zugeführt.
In diesem Heißzyklon werden entsprechend grobe Anteile
als Grobgut über die Leitung 24 ausgetragen, wobei dieses Grobgut
zumindest teilweise über die Leitung 25 in den Wirbelschichtvergaser
rückgeführt werden kann. Das Grobgut enthält
hier in erster Linie schwer zu zerkleinernde, duktile Bestandteile
und besteht daher im wesentlichen aus Metallteilen. Nach
entsprechender Anreicherung der Metallteile können diese über
die Leitung 26 einer mechanischen Aufbereitung 27 zugeführt werden,
in welcher beispielsweise durch Magnetscheidung Eisen von
Nichteisenmetallen abgetrennt werden kann und über gesonderte
Austragsleitungen 28 und 29 ausgetragen werden kann.
Das im Heißzyklon separierte Feingut wird gemeinsam mit dem Synthesegas
bzw. dem Produktgas des Wirbelschichtreaktors über eine
Leitung 30 einem Schmelzzyklon 10 zugeführt, aus welchem die
Schmelze wiederum in einen Eisenbadreaktor 17 gelangt und analog
wie bei der Ausbildung nach Fig.1 unter Abtrennung einer Kupferphase
reduziert wird. Die reduzierte Schlacke wird wiederum über
die Leitung 20 ausgetragen und kann entsprechend weiterverarbeitet
werden.
Insgesamt erfolgt somit im Wirbelschichtreaktor 1 eine Reaktivvermahlung,
bei der der hohe Heizwert einer Autoshredderleichtfraktion
bzw. von RESH ebenso wie der entsprechende Heizwert von
vorzerkleinertem Hausmüll ausgenützt werden kann.
Als Aluminatträger können unmittelbar Schleifstäube eingesetzt
werden, wobei derartige Schleifstäube auch in feuchtem Zustand
eingesetzt werden können, da sie in der heißen Wirbelschicht
einer Trocknung unterworfen werden. Die Zerkleinerung des hohe
organische Anteile enthaltenden Mülls bzw. der Autoshredderleichtfraktion
wird durch den Zusatz von Kalkstein und Bauxit
wesentlich verbessert, wobei der Einsatz von Kalkstein hier den
zusätzlichen Vorteil mit sich bringt, daß in der Wirbelschicht
praktisch die gesamte Schwefelmenge der Eintragsstoffe und vor
allem die Schwefelmenge im RESH im Kalk eingebunden wird. Es
wird somit der Aufwand für eine nachfolgende Abgasaufbereitung
beträchtlich verringert.
Ggf. kann, wie in der Zeichnung nicht dargestellt, ein Abgas des
Eisenbadreaktors 17, welches in jedem Fall gleichfalls etwa
20 Gew.% Kohlenmonoxid und Wasserstoff aufweist, der Brennkammer
zugeführt werden. Die Verfahrensweise im Schmelzreduktionsprozeß
erfordert naturgemäß die Aufrechterhaltung einer entsprechenden
Temperatur, wobei die Erwärmung in beliebiger wirtschaftlicher
Weise erfolgen kann. Wenn der Restkohlenstoffgehalt des Eisenbades
teilweise verbrannt wird, kann unmittelbar die entsprechende
Schmelzwärme und das entsprechende, einen hohen Heizwert aufweisende
Konverterabgas gebildet werden. Zu diesem Zweck wird
Sauerstoff oder Luft durch das Eisenbad hindurchgeblasen. Alternativ
kann auf das Schmelzbad mit Lanzen geblasen werden.
Schließlich ist es möglich, hier Brenner einzusetzen, wobei die
erforderliche Wärme auch elektrisch eingebracht werden kann.
Typisch enthält grob entschrotteter RESH 44 % anorganische Anteile
und 56 % brennbare Anteile sowie Wasser. In typischer
Weise können 65 Gew.% grob entschrotteter RESH gemeinsam mit
30 Gew.% Kalkstein und 5 Gew.% trockenem, stückigen Bauxit in
die Wirbelschichtmühle bzw. den Wirbelschichtreaktor eingebracht
werden.
Eine typische Analyse der anorganischen Teile von RESH ist nachfolgend
wiedergegeben:
RESH- Analyse (Anorganika) |
Komponente | Anteil (%) |
SiO2 | 55 |
CaO | 15 |
Al2O3 | 13 |
Fe2O3 | 5 |
Na2O | 3,5 |
K2O | 2,3 |
MgO | 2 |
Pb | 0,1 |
TiO2 | 1 |
MnO | 0,2 |
Zn | 0,5 |
SO3 | 0,1 |
P | 0,7 |
Cr | 2,5 |
Cu | 2,1 |
Ni | 0,1 |
Cl | 2 |
Der Schwefel wird quantitativ an das eingebrachte Kalzium gebunden.
Chlorid verdampft mit den Alkalien und teilweise den
Schwermetallen (Cu, Zn, Pb) in der Wirbelschicht sowie im
Schmelzzyklon. Der Eintragsschwefel findet sich quantitativ in
der aus dem Eisenbadreaktor abgezogenen Schlacke.
Bei Einsatz von Schleifstäuben als Aluminatträger kann mit einem
erheblichen Deckungsbeitrag gerechnet werden, da derartige
Schleifstäube üblicherweise nur sehr aufwendig zu entsorgen
sind.
Aus einer Tonne RESH entsteht etwa eine halbe Tonne entsprechend
von Metallen und Schwermetallen gereinigter Schlacke, welche
unmittelbar weiterverwendet werden kann.