NL9101786A - Werkwijze voor het tussentijds opslaan, transporteren en/of benutten van energie alsmede bestanddelen van alle soorten afvalmateriaal. - Google Patents

Description

Werkwi.ize voor het tussentijds opslaan, transporteren en/of benutten vanenergie alsmede bestanddelen van alle soorten afvalmateriaal.

De tot nu toe in praktijk gebrachte of beproefde vuilverwerkings-methoden zijn onvoldoende en weinig overtuigend ten aanzien van de optre¬dende milieuproblemen. Dit geldt zowel voor de tussentijdse opslag alsookvoor het transport van en naar de afvalverwerkingsinrichtingen en inbijzondere mate voor de opwerking van het afvalmateriaal, of dit nu ge¬woon huishoudelijk of industrieel afval, speciaal afval of ook reedsgestort vuil is.

De klassieke vorm van verwerking van alle soorten huishoudelijk enindustrieel afval is ook vandaag de dag nog het storten in of op grotestortplaatsen bij gedeeltelijk zeer lange transportwegen. De hiermeeverbonden milieuproblemen zijn alom bekend, maar er werd tot nu toe geenoplossing voor gevonden.

Een bekende alternatieve oplossing voor het storten van vuilniszijn vuilverbrandingsinrichtingen. Het verbranden van afval brengt echtervele andere nadelen met zich mee. De verbranding vindt namelijk tot nutoe plaats met een zeer slecht rendement, waarbij grote hoeveelhedenschadelijke stoffen ontstaan. Voor de desbetreffende verbrandingsinrich¬tingen zijn hoge investerings- en bedrijfskosten noodzakelijk. Ook zijnvuilverbrandingsinrichtingen alleen voor agglomeraties economisch althansvoldoende zinvol gebleken.

Met de eveneens bekende ontgassing van organisch afval werd ge¬hoopt, over een mogelijkheid te beschikken, de vuilverbranding althansvoor een gedeelte van het ontstane afvalmateriaal te vermijden en opeconomische wijze geschikte kleine inrichtingen te kunnen bedrijven.

Onafhankelijk hiervan werden verschillende pyrolysewerkwijzen ont¬wikkeld en beproefd, die zich vooral ten aanzien van de ontgassingswerk-wijzen van elkaar onderscheiden. Voor- of nageschakelde aggregaten, zoalssorteerinrichtingen en inrichtingen om het materiaal kleiner te maken,naverbrandingskamers, stoffilters en zuivering van afgewerkte gassen zijnbij de pyrolyse van vuilnis in hoofdzaak onderling vergelijkbaar.

De bekende pyrolysewerkwijzen passen drie types ovens toe, name¬lijk: 1. schachtovens, waar het pyrolysemateriaal van bovenaf wordt toege¬voerd en in vertikale richting door de schacht van de oven loopt, 2. draaibuisovens, waarbij het stortbare pyrolysemateriaal door rota¬tie van de buisschacht wordt vermengd en steeds opnieuw met de verwarmde buiswanden in contact wordt gebracht, en 3. ovens met een gefluïdiseerd bed, waarbij een continu in gefluïdi-seerde beweging gehouden zandbed zorgt voor warmte-overdracht aanhet pyrolysemateriaal.

Ontgassingsreactoren, zoals die bijvoorbeeld bekend zijn uit AT-C-II5.725 en 363*577. brengen een groot aantal nog niet bevredigend opge¬loste problemen met zich mee. Daar moet bijvoorbeeld om de warmte-over¬dracht te verbeteren het te pyrolyseren afval eerst worden kleingemaakt,wat hoge kosten veroorzaakt. Voorts is het noodzakelijk, dat met de orga¬nische stoffen voor het pyrolyseren lucht uit de atmosfeer in grote hoe¬veelheden, eventueel met zuurstof, moet worden toegevoerd. De pyrolyse-reactor werkt op deze wijze slechts met een gering rendement. De verhit¬ting van het afval verloopt relatief langzaam en met aanzienlijke warmte¬verliezen. De bekende pyrolyse-ovens moeten om economische redenen eenrelatief groot volume bezitten en bevinden zich bij de heersende tempera¬turen van meer dan 450“C aan de grens van de mechanische belastbaarheid,zodat ze alleen geschikt zijn voor bedrijf bij ongeveer atmosferischedruk. Tenslotte moet van de ontgassingsreactoren absolute gasdichtheidworden geëist, om het uittreden van schadelijke stoffen te verhinderen,wat kostbare door hoge temperaturen belaste sluisconstructies en afdich¬tingen noodzakelijk maakt.

De bekende werkwijzen en hun bijbehorende inrichtingen hebben opgrond van de genoemde, tot nu toe niet opgeloste problemen geen ingang inde praktijk gevonden. Ongeveer 80# van de tot nu toe bedreven inrichtin¬gen zijn tussentijds stilgelegd.

Bijzonder problematisch was tot nu toe ook de verdere verwerkingvan de in hoofdzaak als stof verkregen pyrolysecokes, aangezien vergas¬sing daarvan als gevolg van het ontbreken van doorstromingseigenschappenniet of slechts na technisch gecompliceerde brikettering van het kolen¬stof mogelijk is.

Het opslaan en transporteren van afvalmaterialen van het soort waarhet hier om gaat, vindt plaats bij een relatief geringe stortdichtheid,waarbij de fysische en chemische instabiliteit, alsmede bij biologischontleedbaar vuilnis de geur- en gasontwikkeling bijzonder nadelig zijn.Bemoeilijkend is, dat vele afvalmaterialen schadelijke stoffen bevattendevloeistoffen bevatten, die ze ten minste ten dele verliezen bij hettransport of de opslag. Bij ondeskundige opslag kunnen uitwassingen alsgevolg van neerslag nauwelijks worden vermeden. De geringe stortdichtheidvan het afvalmateriaal leidt tot grote opslag- en transportvolumina.

Wanneer wordt gestreefd naar een tussentijdse opslag van het afvalmate-riaal - bijvoorbeeld omdat het afvalmateriaal moet worden opgewerkt voorhergebruik en/of thermische benutting - dan worden door regeringsverorde¬ningen tegen uitwassen bestendige bunkers met een aanzienlijk bouwvolumeof bijzonder ingerichte onderaardse opslagplaatsen voorgeschreven met dedaarmee samenhangende hoge extra investeringskosten. Ook het transportvan dergelijke afvalmaterialen veroorzaakt, niet in de laatste plaatsdoor hun geringe stortdichtheid, aanzienlijke kosten.

Bij chemisch instabiel afvalmateriaal kan naast sterke geurvorminggasvorming of dergelijke optreden, zodat in het bijzonder voor opslagbun-kers zonder extra gasafvoer explosiegevaar bestaat. Permanente ontluch-ting, veelvuldige verversing van de lucht per uur, alsmede extra filter¬en veiligheidsinrichtingen vormen ook bij de tussentijdse opslag van hetafvalmateriaal kostenfaktoren.

Voor het transport van sommige afvalmaterialen is het bekend om metin het voertuig geïntegreerde persen bijvoorbeeld huisvuil gemakkelijkvoorgecomprimeerd te transporteren. Een aansluitende thermische benuttingvan het afvalmateriaal wordt door het geringe stortgewicht ervan en dedaarmee samenhangende grote volumina technisch bemoeilijkt.

Bij de toepassing van een buisvormige pyrolysekamer volgens deuitvinding die wordt gevuld met het afvalmateriaal onder behoud van eenverdichte toestand, wordt een zeer goed warmtegeleidend vermogen voor enin het compact gemaakte afvalmateriaal bereikt als gevolg van het optre¬dende drukcontact met de wand van de kamer zonder luchtporiën. Een gun¬stige lengte/doorsnede-verhouding is de toepassing van buiskamers waarvande verhouding tussen lengte en doorsnede groter dan 10:1 is, gebleken.Deze geometrie van de pyrolysekamer vormt echter een beperking voor decapaciteit van dergelijke inrichtingen. Wanneer bijvoorbeeld voor grotedebietvolumina doorsneden worden toegepast die duidelijk groter zijn dan400 mm, dan zijn inrichtingen met een ongepast grote hoogte het gevolg;doorsneden voor technisch probleemloze bouwhoogten beperken op hun beurtde doorloopcapaciteit van het te pyrolyseren afvalmateriaal. Ook tredenbij de toepassing van relatief lange pyrolysebuizen aanzienlijk verhoogdedoorschuifkrachten op. Door de resulterende mechanische belastingen is depyrolysetemperatuur in de praktijk beperkt tot waarden die niet boven o 500 C mogen liggen, om deformaties van de pyrolysebuis te vermijden.

Doel van de onderhavige uitvinding is het verschaffen van nietalleen verbeterde voorwaarden voor de tussentijdse opslag en het trans¬port van industrieel en huishoudelijk afval, alsmede van alle soorten afvalmateriaal, maar in het bijzonder ook nieuw vorm te geven aan debenutting van energie en bestanddelen daarvan bij een verbeterd rende¬ment.

Dit doel wordt volgens de uitvinding gerealiseerd door de in hetkenmerkende deel van conclusie 1 genoemde kenmerken. Doelmatige verdereontwikkelingen en uitvoeringen van deze realisatie van het doel blijkenuit de volgconclusies.

Doordat het afvalmateriaal eerst onder behoud van zijn meng- encomposietstructuur, d.w.z. zonder de toepassing van kostbare sorteerwerk-wijzen en -inrichtingen, wordt gecompacteerd tot pakketten met bij bena¬dering dezelfde geometrie, kan het afvalmateriaal zonder problemen in eendoelmatig ongeveer buisvormig vat met een stopinrichting vullend wordenverdicht, wat zonder complicaties en ongevoelig voor storingen kan gebeu¬ren. Dit voorcompacteren tot een geometrische vorm, die bijvoorbeeld isaangepast aan een buisvormig vat, verhindert, dat bij de aansluitendenaverdichting, waarbij het vat wordt gevuld, volumineuze bestanddelen vanhet afvalmateriaal het naverdichtingsproces belemmeren. In verdichtetoestand heeft het afvalmateriaal nog slechts ongeveer 1/3 tot ongeveer1/20 van het oorspronkelijke volume, wat een overeenkomstig verminderdopslag- en transportvolume oplevert, onafhankelijk van een nageschakeldethermische ontgassing respectievelijk pyrolyse van het afvalmateriaal.

De eerste trap van de verdichting van het afvalmateriaal kan welis¬waar in principe met behulp van een open verpakking, zoals omhulling meteen net of verpakking met een spanriem, plaatsvinden, maar het inbrengenervan in een alleen aan de kopse kant open vat heeft het voordeel, dathet hier bovendien dicht is ingesloten, zodat de geurvorming tot eenminimum wordt gereduceerd en er niet behoeft te worden gevreesd vooruitwassingen, bijvoorbeeld als gevolg van neerslag. Hiervoor kunnen zon¬der grote kosten ook de kopse kanten van de vaten tijdelijk worden geslo¬ten. Voor de eventueel aan het transport en/of de tussentijdse opslagaansluitende benutting van warmte en bestanddelen van het aldus verdichteen gesloten verpakte afvalmateriaal ontstaan een hele reeks voordelen. Zokunnen bijvoorbeeld buisvormige, dicht gevulde vaten in een kamer- ofdoorloopoven probleemloos worden onderworpen aan de ontgassing. De ver¬blijftijd in dergelijke pyrolysekamers kan worden geoptimaliseerd volgenscriteria van de economie van de werkwijze. Er zijn geen beperkende voor¬waarden ten aanzien van de lengte/doorsnede bij buisvormige vaten die ophun beurt de ontgassingsoven doorlopen. Aangezien ook vaten met een grotedoorsnede kunnen worden toegepast, kunnen op deze wijze ook grote en volumineuze wrakken van industriële goederen worden verwerkt.

Gunstige voorwaarden voor de thermische benutting van de afvalmate-rialen ontstaan doordat alle ontgassingsprodukten direct en zonder tus¬sentijdse afkoeling kunnen worden onderworpen aan een behandeling methoge temperatuur. De gevormde verdichte cokes, de overgebleven resterendekoolstof, kan gemakkelijk uit dergelijke vaten worden verwijderd en wor¬den toegevoerd aan de behandeling met hoge temperatuur, om ten minstegedeeltelijk te worden vergast. Hierbij ontstaat door splitsing van eengedeelte van de meegevoerde stoom kraakgas (CO, H2). De door ontgassinggevormde produkten worden gekraakt tot kleiner gedimensioneerde bestand¬delen. De reactietemperatuur wordt door de exotherme reactie van de ge¬vormde dichte cokes met zuurstof in stand gehouden. Het op deze wijzevrijgekomen kooldioxide wordt volgens het evenwicht volgens Boudouard metkoolstof omgezet in koolmonoxide. In de hoge temperatuurreactor wordt eenoptimale omzetting en benutting van alle produkten gegarandeerd.

De met de koolstofvergassing en kraakgasvorming verbonden hogetemperaturen leiden tot een direct bruikbaar energierijk procesgas, zon¬der dat condenseerbare organische bestanddelen met een sterk verminderdwatergehalte worden verkregen. Door de bij de pyrolyse onder druk gevorm¬de dichte cokes en de met het proces samenhangende geringe stromingssnel¬heden worden de hoeveelheden stof die in het procesgas ontstaan, tot eenminimum gereduceerd.

De smeltbare metalen en minerale bestanddelen van de reactieproduk-ten vormen bij de behandeling met hoge temperatuur in een insmeltvergas-ser een metaal- respectievelijk slakkensmelt met ten dele zeer uiteen¬lopende dichtheden, zodat stofbestanddelen eenvoudig van elkaar kunnenworden gescheiden en aan een effectieve benutting kunnen worden toege¬voerd .

De koolstofvergassing en kraakgasvorming, gekoppeld aan het uit¬smelten van bruikbare waardevolle stoffen, kunnen op doelmatige wijze ookworden uitgevoerd in een schachtoven van het op zichzelf bekende bouw¬type, waarbij aan de de dichte procescokes bevattende schacht op bekendewijze zuurstof wordt toegevoerd. Hierbij kunnen in de vaste pyrolyseresi-duen zonder problemen temperaturen van meer dan 1500°C worden bereikt,waarbij zowel staalsoorten en andere metalen alsook glazen uitsmelten.Deze waardevolle stoffen kunnen door gefractioneerd afsteken of dooroverlopen worden verwijderd. De toepassing van zuurstof in plaats vanlucht is zeer doelmatig voor het garanderen van hoge temperaturen, gerin¬ge gassnelheden en -volumina, alsmede de vermijding van de vorming van stikstof-zuurstofverbindingen.

Het ontwijken van de door thermische splitsing gevormde vluchtigeverbindingen in de dicht gevulde vaten wordt begunstigd, indien metalenbuizen of dergelijke die aan de kopse kant open en geperforeerd zijn,worden toegepast. Bij een geschikte dimensionering ontstaan optimalevoorwaarden ten aanzien van gasafvoer, vervaardigingskosten en toepasbareontgassingstemperaturen.

Het afvalmateriaal kan voor het transport en de tussentijdse opslagook in thermisch benutbare, uit chemisch bestendig materiaal bestaandevaten in voorgeconfectioneerde vorm worden gedaan en later in de ther¬misch stabiele ontgassingsbuizen die aan de pyrolyse worden onderworpen,worden gebracht.

Bij de toepassing van de werkwijze volgens de uitvinding is hetdoelmatig, het ongesorteerde afvalmateriaal in tot meer dan 100°C voor¬verwarmde vaten vullend te verdichten, om een verkorting van de aanslui¬tende ontgassings tijd te garanderen en door de voorverwarming van hetafvalmateriaal zoveel mogelijk vocht te verdampen.

Volgens de uitvinding worden in een doorloopoven een groot aantalvaten, doelmatig buiskardoezen met extra, hun uitwendig oppervlak vergro¬tende radiale ringen, in kringloop gevoerd. Op deze wijze kan de capaci¬teit van een inrichting worden gemaximaliseerd. Wanneer de vaten voor hetvullend verdichten vóór de warmtebehandeling en voor het ledigen na dewarmtebehandeling in de oven worden gelaten, dan worden de warmteverlie¬zen ervan nog verminderd en wordt het warmteverlies van het totalesysteem geminimaliseerd.

De verdichting van huisvuil en dergelijke kan belangrijk wordenverbeterd, wanneer het afvalmateriaal tijdens het voorcompacteren wordtbehandeld met een steriliserend heet gas, bij voorkeur stoom. Hierdoorneemt de mogelijkheid van plastificering van het afvalmateriaal en dechemische stabiliteit ervan, alsmede de houdbaarheid zonder stankoverlasten gasvorming toe.

In verband met het gewenste grote warmtegeleidende vermogen naar enbinnen het afvalmateriaal in het vat, maar ook in verband met het op¬slag-, transport- en optimaal afvalvolume voor de ontgassing is het doel¬matig, de vaten zodanig te vullen, dat de vuldichtheid bij huisvuil onge¬veer 1 kg/dm3 bedraagt. Als stopinrichting voor het verdichtend vullenvan de buisvormige vaten kan een periodiek werkende hamer worden toege¬past, die mechanisch, hydraulisch of pneumatisch wordt aangedreven.

Wanneer de verdichtend gevulde buizen lange tijd tussentijds worden opgeslagen voordat ze naar een thermische benutting worden gevoerd, danis het doelmatig, wanneer de kopse vlakken van het met naverdicht afval-materiaal gevulde buisvormige vat met thermisch ontleedbare foelies ofbekledingen worden afgedekt. Op deze wijze is enerzijds directe afgiftevan schadelijke stoffen aan het milieu uitgesloten, anderzijds worden ookstankoverlast vermeden. De thermisch ontleedbare afdekking kan directthermisch worden benut bij de pyrolyse. Nasist kunststoffoelies zijn hier¬voor bijvoorbeeld bitumineuze afstrijklagen geschikt, die goedkoop eneenvoudig kunnen worden opgebracht. Overigens gedragen de buizen zich bijtoepassing van de pyrolysewerkwijze volgens de uitvinding nagenoeg zelf¬reinigend. Hun toepassing optimaliseert niet alleen de voorwaarden voorde pyrolyse zelf, maar reduceert bij hun toepassing als transportvat hettransportvolume met ongeveer 80%. De als resultaat van de pyrolyse in debuisvormige vaten gevormde verdichte pyrolysecokes bezit uitstekendedoorstromingseigenschappen, zodat deze bijzonder geschikt is voor eenaansluitende kolenvergassing.

Bij de hierboven beschreven werkwijze wordt voor de eerste keer tenminste een gedeelte van het natuurlijke vocht van het vuilnis door debeschreven koolwatergasreactie omgezet in brandbaar gas.

Claims (7)

1. Werkwijze voor het tussentijds opslaan, transporteren en/ofbenutten van energie, alsmede bestanddelen van industrieel, speciaal enhuishoudelijk afval, alsmede van wrakken van industriële goederen met eenuiteenlopende samenstelling en van alle soorten dergelijk afvalmateriaal,met het kenmerk, dat het afvalmateriaal onder behoud van zijn meng- encomposietstructuur tot een veelvoud van zijn oorspronkelijke stortdicht-heid wordt verdicht en in verdichte vorm wordt onderworpen aan een pyro-lyse, dat het geheel van de onder verhoogde druk staande pyrolyseproduk-ten onmiddellijk zonder tussentijdse afkoeling wordt onderworpen aan eenbehandeling met hoge temperatuur, waarbij de verdichte koolstofbestandde-len van de pyrolyseprodukten onder splitsing van ten minste een gedeeltevan de meegevoerde stoom vergast en de gasvormige bestanddelen uit hetgeheel van de pyrolyseprodukten in kleinmoleculige bestanddelen gesplitsten eveneens vergast worden, en dat tenslotte de metalen en minerale be¬standdelen uit het overgebleven geheel worden uitgesmolten en wordenafgescheiden.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de toepas¬sing van hoge temperatuur onder toevoeging van zuurstof zodanig wordtuitgevoerd, dat het kooldioxide uit de exotherme reactie van de koolstofmet zuurstof volgens de reactie van Boudouard wordt omgezet in kool¬monoxide en dat daarbij temperaturen van meer dan 1500“C op het geheelvan de reactieprodukten inwerken.

3. Werkwijze volgens conclusies 1 en 2, met het kenmerk, dat hetafvalmateriaal eerst tot geometrisch aan de vorm van een vat aangepastepakketten met ongeveer dezelfde geometrie wordt gecompacteerd, dat hetaldus gecompacteerde afvalmateriaal met behulp van een stopinrichting indergelijke vaten vullend verdicht wordt en dat het afvalmateriaal aan¬sluitend in deze verdichte toestand in het vat blijvend wordt onderworpenaan de pyrolyse. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat als vatenaan de kopse kant open metalen buizen worden toegepast.

5. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het afval¬materiaal in buisvormige vaten met een temperatuur van meer dan 100"Cvullend wordt verdicht, waarbij de gevormde damp uit het vocht van hetafvalmateriaal door gasafvoerkanalen van het vat wordt afgevoerd.

6. Werkwijze volgens conclusies 1-5, met het kenmerk, dat de warm¬tebehandeling van het in verdichte toestand in het vat aanwezige afval¬materiaal plaatsvindt in een doorloopoven waarin een groot aantal van de vaten in kringloop wordt gevoerd.

7. Werkwijze volgens ten minste één van de voorafgaande conclusies,met het kenmerk, dat door het afvalmateriaal ten minste gedurende decompactering een steriliserend heet gas stroomt.

8. Werkwijze volgens ten minste één van de voorafgaande conclusies,met het kenmerk, dat de kopse kanten van de met verdicht afvalmateriaalgevulde buisvormige vaten worden verzegeld met thermisch ontleedbarefoelies of bekledingen.