NO167818B - Fremgangsmaate og anlegg for gjenvinning av utnyttbar gassfra soeppel - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for gjenvinning av utnyttbar gass fra søppel ved pyrolyse, hvorved søppelet presses til pellets eller granulat med en størrelse fra 1-50 mm, foravvannes til et tørrstoff innhold på minst 755É og derefter føres inn i en oppvarmet utglødningstrommel hvori gass oppnås og separeres fra reststoffet som aske og andre mindre bestanddeler, og hvorved den oppnådde gass føres til en gasskonverter under tilførsel av luft og spaltes til brenngass i nærvær av et glødende kullsjikt.

Foreliggende oppfinnelse angår også et anlegg for gjennom-føring av denne fremgangsmåte omfattende en søppelknuse-anordnlng, en tørkeanordning og en indirekte oppvarmet ulmetrommel som er utstyrt med et i det vesentlige gasstett Innløp, med et utløp for faste reststoffer og med en ulmegassutløpslednlng.

En fremgangsmåte og en apparatur av denne type er beskrevet i DE-OS 33 47 554.

Ved denne fremgangsmåte gjenvinner man uten spesiell miljø-belastning utnyttbar gass fra søppel hvorved det spesielt ikke opptrer noen kostnadsintensive problemer i forbindelse med avvannsbehandllng, selv om den høye ammoniumandel er uønsket i avvannet. Samtidig oppnår man en relativt god virkningsgrad hvorved man komme til et energioverskudd på 50% eller mer.

Det vesentlige ved fremgangsmåten er derved en lavtemperaturpyrolyse i en oppvarmingstrommel. Derved blir den oppnådde gass som efterbehandles 1 senere prosesser anvendt til drift av gassturbiner og gassmotorer. Lavtemperaturulming av avfallsstoffene skjer vesentlig uten luft 1 et temperatur-område under 600<*>C for blandt annet å unngå en forgassing av tungmetaller som kan foreligge i søppelet og en derpå følgende tungmetalloksydasjon da tungmetalloksydet ikke lenger er resirkulerbar og forårsaker omgivelsesskader. Pyrolysen i det nevnte temperaturområdet har dog til følge at det i pyrolyserestene forblir en høy karbonandel som til nu var unntatt fra en energetisk utnyttelse. Når det er høye mengder vegetabilier i søppelet kan karbonandelen i pyrolyseresten gå helt opp i 40 vekt-£. Ved hussøppelpyrolyse ligger karbon-andelen ved ca. 18SÉ. En mangel er også at vegetabi-liene har et vanninnhold som i middel kan utgjøre mer enn 50#. Da varmeverdien for disse vegetabilier er meget lav og det i disse vegetabiliefraksjoner tilstedeværende primær-energiinnhold ikke helt ut kan utnyttes ved en lavtemperaturpyrolyse påvirker slike vegetabilier også den totale energigevinst på negativ måte ved søppelbehandlingen. ;Foreliggende oppfinnelse har derfor til oppgave å forbedre den innledningsvis beskrevne fremgangsmåte slik at det ved opprettholdelse av en lavtemperaturpyrolyse kan forbedre ytterligere den resulterende energigevinst og også kan gjennomføre en ytterligere forbedring av avvannsproblemer med henblikk på ammoniumandelen. ;I henhold til dette løses denne oppgave ved at søppelet deles i en vegetabilsk våtfraksjon og en vektlet-tere lettfraksjon hvorved lettfraksjonen derefter presse» til briketter, pellets eller granulat, og avgasses ved pyrolyse mens våtfraksjonen tilføres et biogassanlegga for metangassdannelse. ;Oppfinnelsen angår også som nevnt et anlegg av den innledningsvis nevnte type for gjennomfør ing ?a v denne fremgangsmåte og dette anlegg karakteriseres ved at det for separering av våtfraksjonen fra lettfraksjonen er tilveiebragt en sorteringsinnretning hvorved det ved* utløpet for den vegetabile våtfraksjon er tilsluttet et biogassanlegg og til utløpet for lettfraksjonen er tilsluttet en innretning for tørking/oppvarming og granulering av søppelet, nedstrøms hvilken det følger en ulmetrommel for • ulmegassproduksjon, hvorved kondensatet fra søppeltørkings- og granuleringsanlegget ved hjelp av en ledning tilføres til forbeholderen og/eller til fermenterlngsgassbunnen Inn 1 biogassanlegget.

Ved sortering og separat bearbeiding av søppelet oppnår man en ytterligere forhøyelse av energigjenvlnningen. Den fraseparerte lettfraksjon, som 1 det vesentlige er vann-fattigere enn den våte og dermed tyngre stabilske fraksjon lar seg behandle på vanlig måte ved lav temperaturpyrolyse og ved den kjente foregående vannavpressing og fordamping til granulat kan bearbeides til en vanlig tørrstoffverdi på 85%. Derved forhøyes varmeverdien til pyrolyserengassen betydelig.

De utsorterte vegetabilier er på grunn av den høye belastning med tungmetaller ikke mere egnet for kompostering generelt. Oppfinnelsesmessig blir denne vegetabilske våtfraksjon dog opparbeidet i et biogassanlegg på bakteriell måte i en fler-trinnsfermenter ved hjelp av tilsvarende bakterier til metangass. Ved fermentering av organiske stoffer under utelukkelse av luft oppstår det en metanholdig gass som også kan benyttes for drift av en gassturbin.

I prinsippet er gjenvinning av metangass fra vegetabilier via et biogassanlegg allerede kjent, men til nu har de vært lite økonomiske. I sammenheng med en lavtemperaturpyrolyse fører de dog til en uventet forbedring av totalanlegget. Således oppstår det ikke noe overskuddsvann fra søppelet. Den tilstedeværende andel blir helt og holdent omdannet til vanndamp i gasskonverteren. Tilstedeværende skadestoffer konsentreres opp i vaskevannet hvori kun en del av dette må erstattes.

På grunn av at den ved lavtemperaturpyrolysen oppnådde varme kan tilføres biogassanlegget som har et tilsvarende varmebehov, blir virkningsgraden tydelig forbedret.

Således kan for eksempel den ved pyrolysen i ulmetrommelen oppståtte pyrolyserest føres til biogassanlegget. Ved siden av varmegevinsten kan på denne måte den i pyrolyseresten inneholdte karbonandel også opparbeides ved metangassdannelsen.

Som biogassanlegg kan man anvende et faseseparert biogassanlegg (syre-, eddiksyre-, metanfase).

Av fordel er det også når det ved granulering og/eller tørking av den lette fraksjon oppstående dampkondensat tilføres henholdsvis iblandes 1 hydrolysetrinnet for utlutning av biologisk materiale. På denne måte anvender man den høye temperatur til dampkondensatet til forvarming av biogassanlegget. Videre skjer derved en biologisk opparbeiding og en energetisk medutnyttelse av den i dampkondensatet inneholdte ammoniumandel som kan utgjøre opptil 200 g/m^ og som derved er uønsket for bortføring i kanalsystemer på grunn av den betongødeleggende virkning.

I ytterligere utførelsesformer kan man tenke seg at vaskevannskonsentratet som oppstår ved vasking, filtrering og kjøling av pyrolysegassene, tilføres til biogassanlegget hvorved de organiske bestanddeler i vaskevannskonsentratet også kan tjene som grunnstoff for bakteriell metangassdannelse.

Vaskevannskonsentratet inneholder ved siden av fenoler ytterligere organiske stoffer som kan anvendes til varmebe-hovsdekningen 1 biogassanlegget og til dettes energetiske utnyttelse. Videre inneholder det slamlignende vaskevanns-konsentrat bakterier som på denne måte kan akselerere

metangassdannelsen.

I henhold til oppfinnelsen kan man videre tenke seg at de efter bioforgasningen tilbakeblivende reststoffer tilføres kupolovner for metallforedling.

Reststoffene oppviser et høyt innhold av ikke-oksyderte tungmetaller eller tungmetallforbindelser og mineralske eller inerte stoffer som kan finne anvendelse ved støpejernsfrem-stilllng henholdsvis stålforedllng. På denne måte kan også disse reststoffer anvendes igjen hvorved man oppnår en redusert miljøbelastning. Det samme gjelder for pyrolysereststoffet som, som nevnt, tilføres biogassanlegget. Likeledes er det også mulig å ta seg av klaringsslam fra andre deponier eller anlegg ved hjelp av biogassanlegget og å forgasse dette. Til dette kan klaringsslammet tilføres biogassanlegget for eksempel i hydrolysetrinnet. Det samme gjelder for råkompost.

De vesentlige fordeler ved oppfinnelsens fremgangsmåte ligger i at: 1) Det sammenslåtte gassutbyttet fra et tonn husholdingssøp-pel kan i henhold til den statistiske middelverdi for den kjemisk-fysikalske sammensetning utgjøre mer enn 850 Nm<3> med en varmeverdi på mer enn 4.250 MJ. 2) Kun ca. 250 kp pr. tonn (tørrstoffverdi) ikke lenger nedbrytbare eller ikke helt nedbrutte stoffer blir tilbake. Disse reststoffer er biologisk stabile, det vil si at de ikke brytes mere ned under normalbetingelser i naturen. De kan derfor bringes til fyllinger eller opparbeides igjen på grunn av det høye tungmetallinnhold, noe som for eksempel efter tilsvarende forbehandling kan skje ved iblanding i stål-smelter for stålforedllng. 3) Kun ca. 250 1 pr. tonn husholdningssøppelavvann med vesentlig redusert ammoniumlnnhold må tilføres til for-behandlings- henholdsvis et klaringsanlegg. 4) Det sikres en meget miljøvennlig avfallsbehandling ved samtidig optimal energiutnyttelse av den i avfallstoffene inneholdte primærenergi.

På grunn av det lave transporttap av pyrolysereststoffet samt vaskevannskonsentratet fra vaskingen av pyrolyseanlegget, er det heller Ikke ubetinget nødvendig at biogassanlegget befinner seg på samme sted. Biogassanlegget kan for eksempel være anordnet ved søppelsortering- og granuleringverk, fortrinnsvis for å dekke disses energetiske behov.

Pyrolyseanlegg som drives ifølge oppfinnelsen bør fortrinnsvis bygges i nærheten av en eventuell varmeforbruker. Derved kan kjøretøyene som leverer granulat på tilbaketuren transportere pyrolysereststoffer og omløpsvannkonsentrat til granuleringsinhretningen og til biogassanlegg for anvendelse der.

Nedenfor beskrives ved hjelp av tegningene et utførelses-eksempel av oppfinnelsen hvorfra ytterligere trekk ved denne og også oppfinnelsens fordeler fremgår prinsipielt ved hjelp av et flytskjema.

Innkomne avfall føres via et transportbånd 1 til en forknuser 2 for grovknusing. Denne kan for eksempel være en hammer-mølle. Via en transportrenne 3 og et ytterligere transportbånd 4 der skrap separeres ved hjelp av en magnetseparator, kommer søppelet til en sorteringsinnretning 6. Denne kan for eksempel være en kamvalseseparator med roterende valser, hvorved den tunge vegetabilske våtfraksjon faller ned i en derunder anordnet beholder 7. Den lettere fraksjon tilføres ved enden av sortereren til behandling i pyrolysemetoden via et ytterligere transportbånd 8 til en ytterligere knuse-innretning 9. Derved blir nok en gang en tungfraksjon tilsvarende pilen 9a fraskilt. Knuseanordningen 9 har en efterkoblet hydrosyklon 10 der nok en gang tyngre andeler separeres og via en ledning 11 føres sammen med våtfraksjonen fra beholderen 7 via en transportør 12 til et biogassanlegg 13. Fra hydrosyklonen 10 føres den lette fraksjon til en termoskruepresse 14 der den lette fraksjon ved gnidnings-presslng knuses ved 110-150°C til granulat med en størrelse på 1-50 mm. Virkningsmetoden for termoskruepressen og likeledes de efterkoblede innretninger og apparater i lavtemperaturpyrolyseanlegget tilsvarer i det vesentlige det anlegg som er beskrevet i DE-OS 33 47 554. Granulatet kommer via en cellehjulssluse 15 til en ulmetrommel 16 der man på vanlig måte oppnår ulmegass ved temperaturer på 450-600°C som så tilføres via en avtrekksledning 17 og en støvutskiller 18 til den høytemperaturgassomdanner 19. Her skjer opparbeiding, henholdsvis omdanning av ulmegassen over et kullsjikt. En gasskonverter av denne type er for eksempel beskrevet i DE-OS 33 17 977. Den opparbeidede gass føres så efter gjennomgang gjennom en varmeveksler 20, et vannsprøytetårn 21, en vifte 22 og en ytterligere rensesyklon 23 via en dråpeseparator 24 og en gassledning 25 til et gassmeter 26. Gassmeter 26 er generelt nødvendig for utligning av gassvingninger. Ved levering av for mye gass kan det via en sideledning 27 tilføres overskytende gass til en avbrenningsfakkel 28. Fra gassmeter 26 føres gassen til en gassmotor 29 som er forbundet med en generator 30. Via en avgassledning 31 føres forbrent avgass til en skorsten 32.

Via en ledning 33 mottar gasskonverteren 19 vann og via en kokslnngang 34 koks. Aske føres ut via en utførselslinje 35. For energi innsparing kan man også anordne en koksresirkuler-lngslednlng. Fra gassledningen 25 grenes det av en sideledning 37 som fører til en gassbrenner 38 som tjener til varmetilførsel til trommelen 16. Under oppstartingsfasen benyttes en oljebrenner 39 for varming av trommelen. Senere, i løpende drift, kan det for trommelen nødvendige varmebehov dekkes utelukkende over brenneren 38.

Det ved gassrensingen oppståtte vaskevann kommer til en vaskevannstank 40 og derefter til en filteranordning 41. Separerte faststoffer i filterinnretningen 41 føres via en ledning 42 til askebeholderen 43 til hvilken også aske fra gasskonverteren 9 innføres. Via en utgangsledning 44 føres reststoffene fra askebeholderen 43 bort og tilbakeføres via et innføringssystem, fortrinnsvis via cellehjulsslusene 15, til ulmetrommelen 16. Denne resirkulering har den oppfinnel-sesmesslge fordel at polycykliske aromatiske hydrokarboner som fluoranten, pyren, benzo-cx-antrasen, krysen og som kan dannes under ulmegasskrakkingsprosessen og som hovedsakelig er bundet til faststoffpartiklene i den fra separerte filterkake fra gassvaskefilteranlegget 41, kan spaltes til lavere molekylvektsprodukter i pyrolyseprosessen mens de tilbakeblivende faststoffer via støvutskilleren og utskil-leren for ytterligere hydrolysereststoffer i overveiende del skyldes ut fra pyrolysekretsløpet. Samtidig oppnår man herved at faststoffuttaket fra pyrolyseanlegget, noe som trenger en overvåkning, konsentreres til et enkelt punkt. Det rensede vaskevann kommer fra filteranordningen 41 via en tilbakeløps-ledning 45 efter gjennomgang gjennom et kjøletårn 46 igjen til sprøytetårnet 21. En del av det rensede vaskevann føres til et vaskevannsnøytraliseringsanlegg 47 hvortil også, via en ledning 48, dampkondensatet fra termoskruepressen 14 føres hvis dette ikke fortrinnsvis via ledningen 65 tilføres til forbeholderen 53 til biogassanlegget. Fra nøytraliseringsan-legget 47 føres vaskevannet til et kretsløpsvann-charge-behandlingsanlegg 48. På i og for seg kjent måte skjer den kjemiske rensing av vaskevannet ved tilsvarende kjemikalier som tilføres via ledninger 49 til behandlingsanlegget 48. Som kjemikalier anvendes her for eksempel NaOH, H2O2, H2SO4 og så videre. Via en kretsløpslednlng 50 blir vaskevannet ført via et luftfilter 51 for fjerning av skum hvorved avgasser føres til skorstenen 32 via en ledning 52.

Det kjemisk og mekanisk rensede vann kommer fra kretsløps-vann-chargebehandlingsanlegget 48 til biogassanlegget via en ledning 52 i en forbeholder 53. Til forbeholderen 53 kommer også de våte vegetabilier via ledningen 12. Likeledes kan man til denne forbeholder efter behov tilføre klaringsslam, råkompost eller lignende. Dette er antydet med "pilen 54". Pyrolyseresten som inneholder en høy karbonandel kommer via en ledning 55 (i figuren ytterst til høyre og venstre) likeledes til forbeholderen 53. Karbonandelen i pyrolysereststoffet kan generelt i mer enn 8056 opparbeides biologisk til metangassdannelse.

Slik man ser blir også dampkondensatet ført til forbeholderen 53 via ledningen 65 direkte eller efter gjennomløp gjennom kretsløpsvann-chargebehandlingen 48 og ledningen 52. I dampkondensatet finnes ogå fenoler og/eller andre hydrokarboner som biologisk kan bearbeides. Likeledes har dampkondensatet en høyere andel av ammonium og kan derved som hydro-lyseråstoff tilføres biogassanlegget på fordelaktig måte.

Fra forbeholderen 53 kommer stoffene som skal opparbeides i biogassanlegget 13 til et hydrolysetrinn, henholdsvis en hydrerer 56. Efter hydrolysetrinnet 56 kommer en storrommot-strømsvarmeveksler 57 som får sin varme fra en varmtvannsled-ning 62 som grenes av fra kjøletårnet 46 til vaskevannsrense-anlegget og som bringer substratet til den for bioforgass-ingen fordelaktige temperatur på 22°C i innløpsområdet til den første fase av fermenteren eller biogassanlegget. På fermenterings-bunnen 67 sørges det ved hjelp av en varmt-vannsledning 62 med rørslangeoppvarming for en temperatur-stigning i metanområdet i rommet til 33 til 37°C. På denne måte anvendes overskytende varme fra pyrolyseanlegget for biogassanlegget. Det finnes også varmeenergi i det via ledningen 52 tilførte vaskevann som også er av nytte for biogassanlegget og som på avgjørende måte forhøyer økonomien til biogass-anlegget, da vanlige biogassanlegg uten varme-veksling om vinteren forbruker 5056 av den oppnådde energi-bærer for å dekke egne varmebehov.

Biogassanlegget 13 er bygget opp på vanlig måte. Det kan være et faseseparert biogassanlegg hvorved det i den midlere sjekt 63 i det øvre område foreligger en vanlig syrefase mens det i det nedre område foreligger en eddiksyrefase. Rundt den midlere sjakt ligger det rundt på utsiden en metangassfase som avhengig av konstruksjonen sørger for et gjennomført fravær av oksygen da oksygennedbygningen allerede skjedde i syreområdet. Den oppnådde metangass trekkes av via en metangassledning 59 og føres via en buffer 60 og en kompres-sor 61 til gassledningen 25 eller til gassvaskeanlegget i pyrolyseanlegget for HgS-rensing hvis dette skulle være nødvendig. GJæringsresten fra fermenteren (biogassanlegget 13), føres ut med ca. 456 tørrstoff ved hjelp av flytende 1 sugelednlnger 66 og føres til en foravvanningsinnretning 68 og bringes derved til ca. 2056 tørrstoff innhold. De i gjæringsresten inneholdte faststoffer bringes via en tørrpresse 69 til ca. 8556 tørrstoff, gjenværende gjæringsvann samles i en lagune 70 og tilføres hvis nødvendig behandlingsanlegget

48 eller slippes direkte ut.

De i kretsløpsvann-chargebehandlingsanlegget 48 fraseparerte stoffer føres via en ledning 64 til et klaringsanlegg.

Claims (8)

1. Fremgangsmåte for gjennvinning av utnyttbar gass fra søppel ved pyrolyse hvorved søppelet presses til pellets eller granulat i en størrelse på 1-50 mm, bringes til et tørrstoff-innhold på minst 75% og derefter føres den til en oppvarmet ulmetrommel (16) der man oppnår ulmegass som separeres fra reststoffene som aske og andre småpartikler, og hvorved den oppnådde gass tilføres en gasskonverter (19) under tilførsel av luft og omdannes til brenngass i nærvær av et glødende kullsjikt, karakterisert ved at søppelet separeres i en vegetabilsk våtfraksjon og en lettere lettfraksjon hvorved lettfraksjonen derefter presses til briketter, pellets eller granulat og avgasses ved pyrolyse, og at våtfraksjonen tilføres et biogassanlegg (13) for metangassdannelse.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den ved pyrolysen i trommelen (16) oppnådde pyrolyserest tilføres til biogassanlegget (13).

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det som biogassanlegg anvendes et faseseparert biogassanlegg (13).

4. Fremgangsmåte ifølge kravene 1 til 3, karakterisert ved at det ved granulering og/eller tørking av lettfraksjonen oppnådde dampkondensat tilføres (65), henholdsvis iblandes i en forbeholder (53) eller i hydrolysetrinnet (56) for utlutning av biologisk materiale.

5. Fremgangsmåte ifølge kravene 1 til 4, karakterisert ved at filterkaken, det vil si de ved filtrering av pyrolyserestgassen i filter (41) utskilte faststoffer, tilføres til trommelen (16) for nedbrytning av vedheftende polycykliske, aromatiske hydrokarboner.

6. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 5, karakterisert ved at vaskevannskonsentratet som oppstår ved vasking, filtrering og av kjøling av pyrolysegassene føres fra chargebehandlingsanlegget (48) via en ledning (52) til biogassanlegget (13), fortrinnsvis til forbeholderen i hydrolysetrinnet.

7. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 6, karakterisert ved at det til biogass-anlegget (13) tilføres klaringsslam og/eller råkompost (54).

8. Anlegg for gjennomføring av fremgangsmåten ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 7 med en søppelknuseanordning (9), en tørkeanordning (14) og en indirekte oppvarmet ulmetrommel (16) som er utstyrt med et i det vesentlige tilnærmet gasstett innløp, med et utløp for faste reststoffer og med en ulmegassutløpsledning, karakterisert ved at det for separering av våtfraksjonen fra lettfraksjonen er tilveiebragt en sorteringsinnretning (6) hvorved det ved utløpet (7, 12) for den vegetabile våtfraksjon er tilsluttet et biogassanlegg (13) og til utløpet (8) for lettfraksjonen er tilsluttet en innretning for tørking/oppvarming og granu-lerlng (9, 10, 14) av søppelet, nedstrøms hvilken det følger en ulmetrommel for ulmegassproduksjon, hvorved kondensatet fra søppeltørkings- og granuleringsanlegget (9, 10, 14) ved hjelp av en ledning (58) tilføres til forbeholderen (53) og/eller til fermenteringsgassbunnen (67) inn i biogass-anlegget (13).