WO1997018415A1 - Anlage und verfahren zum thermischen zersetzen, schmelzen, verglasen und zur wertstoffrückgewinnung aus abfall- und reststoffen unterschiedlichster art - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anlage und ein Verfahren zur thermischen Zersetzung, Schmelzen, Verglasen und zur Wertstoffrückgewinnung aus Abfall und Reststoffen unterschiedlichster Art bei hohen Temperaturen in einer geschlossenen Reaktionskammer mit Öffnungen zur Zuführung von zu behandelndem Gut, von Reaktionsstoffen und zur Abfuhr der gasförmigen oder flüssigen Reaktionsprodukte. Zu verarbeitendes Material wird durch Beschickungseinrichtungen (6) in den Reaktor eingebracht und mit Brennern (3) thermisch behandelt. Die Schmelze kann mit speziellen Begasungselementen (10) in Bewegung gesetzt werden. Neben einer Durchmischung mit vertikal blasenden Elementen kann mit tangential angeordneten Elementen eine Drehung der Schmelze erreicht werden. Die Regelung des Gasflusses erfolgt über Ventile, die von einem programmierbaren Gasregler (14) angesteuert werden. Wahlweise kann bei entsprechender Schmelze die Drehung durch elektromagnetische Rührelemente (11) unterstützt werden. Durch die Drehung wird eine gleichmässige Verteilung des Materials auf der Schmelze erreicht. Durch die vertikale Begasung kommt es ausserdem zu einer intensiven Durchmischung der Schmelze. Beide Effekte fördern die Bildung freier Oberflächen und den intensiven Kontakt des Materials mit den heissen, energiedichten Wärmequellen. Dadurch wird eine effiziente Reaktion erreicht. Die entstehenden Rauchgase werden durch den Rauchgasabzug an sich bekannten Nachbehandlungen zugeführt. Zu verarbeitendes Material kann auch unter die Schmelzenoberfläche eingebracht werden. Sobald die Verarbeitung abgeschlossen ist, erfolgt der kontrollierte Abguss über das Abgussystem mit der Verschlusseinrichtung und Abguss.

Description

Anlage und Verfahren zum thermischen Zersetzen. Schmelzen. Verglasen und zur Wertstoffruckgewinnung aus Abfall- und Reststoffen unterschiedlichster Art.
Die Erfindung betrifft eine Anlage und ein Verfahren zur thermischen Zersetzung, zum Schmelzen, Verglasen und zur Wertstoffruckgewinnung aus Abfall- und Reststoffen un¬ terschiedlichster Art bei hohen Temperaturen in einer geschlossenen Reaktionskammer mit Offnungen zur Zufuhrung von zu behandelndem Gut, von Reaktionsstoffen und zur Abfuhr der gasformigen oder flussigen Reaktionsprodukte
Die Entsorgung und Verwertung vieler Abfalle aus der Industπe ist problematisch Oft enthalten sie noch Wertstoffe, die nur sehr schwieng und mit teuren Verfahren zurück¬ gewonnen werden können Um eine wirkungsvolle und wirtschaftliche Verarbeitung zu ermöglichen bedarf es vielseitig einsetzbarer Anlagen und Verfahren
Thermische Anlagen zur Behandlung von Abfallen und zur Wertstoffruckgewinnung sind relativ alt Bekannt sind Müllverbrennungsanlagen mit Rostfeuerung, Drehrohrofen oder Pyrolyseofen Daneben sind Schmelzbader (Salze oder Metalle) fur die Zersetzung und ineπisierung von Abfällen bekannt Für Ruckgewinnung metallischer Wertstoffe sind ausserdem Induktionsofen, Lichtbogenofen, Plasmaofen, und andere im Einsatz Be¬ kannt sind auch drehende Herde (hoπzontal, vertikal) mit verschiedenen Abgusseinrich¬ tungen Diese Anlagen eignen sich zumeist sehr gut fur die Behandlung von einer Ab¬ fallart, wie zum Beispiel Hausmull Sie sind aber fur die Behandlung von komplexen Stoff gern ischen und -gemengen wenig geeignet Diese bekannten Einnchtungen sind nicht in der Lage aus komplexen Abfallen in einem Schntt organische Anteile zu verga¬ sen, anorganische Stoffe in eine glasige oder kristalline Schlacke einzubinden und me¬ tallische Stoffe zur Ruckgewinnung abzuscheiden In den meisten Fallen entstehen bei den bekannten Verfahren problematische Ruckstande wie Filterstaube, Schlamme oder Aschen Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde unterschiedlichste Abfalle durch ei¬ nen thermischen Prozess in Wertstoffe und unproblematische Stoffe umzusetzen, so¬ dass
- Organische Bestandteile thermisch zersetzt,
- Anorganische Reste wahlweise in eine glasige oder knstallme Schlacke eingebunden,
- Metallische Ruckstande und Reaktionsprodukte ruckgewonnen werden Dies wird erfindungsgemäss erreicht durch Anwendung eines geschlossenen Herdreak¬ tors, der im Oberteil eine oder mehrere Wärmequellen aus heissen Gasen besitzt Im Bodenteil des Reaktors sind Elemente zum Einblasen von Gasen und Stauben so ange¬ bracht dass die Stoffzufuhr wahlweise vertikal und tangential erfolgen kann Die Pro¬ zessabgase werden in bekannter Weise entsprechenden Behandlungsstufen zugeführt wie Filtern Kondensatoren, Waschern katalytisch wirkenden Stufen etc Auch die schmelzflussigen Produkte können einer Weiterbehandlung zugeführt werden Die Be¬ heizung des Herdes erfolgt mit einer möglichst heissen und energiedichten Wärme¬ quelle, die hohe Zersetzungsgrade, hohe Metallausbeuten und hohe Schlackenqualitat ermöglicht Solche Wärmequellen sind z B Sauerstoffbrenner, Lichtbogen und Plas¬ mabrenner Zur Erziclung von hohen Durchsatzraten, geringem Energieverbrauch und vollständiger Reaktion wird fur gute Verteilung und Durchmischung des Schmelzguts ge¬ sorgt Erfindungsgemäss erfolgt dies durch programmierbare Zufuhrung von Gasen in die Schmelze durch vertikal und tangential angeordnete Düsen oder durch Einwirkung von elektromagnetischen Feldern oder durch Kombination beider Methoden Die Reakti¬ onsgase werden durch ein Saugzuggeblase den an sich bekannten Nachbehandlungen zugeführt Dabei arbeitet die Anlage unter kontrolliertem Druck in einem vorbestimmten Bereich
Die Vorteile der hier beschπebenen Anlage gegenüber bekannten sind die folgenden
- Durch die hohe Flexibilität der Beschickung und Betnebsfuhrung können sehr hetero¬ gene Abfall- und Reststoffe verarbeitet werden
- Die verschiedenen Arten der Beschickung, die bei Bedarf auch simultan verwendet werden können erlauben optimale Kombination von Abfallstromen um sie zu Wertstoffen und unproblematischen Ruckstanden zu verarbeiten
- Die Bewegung der Schmelze fuhrt zu einer oberflächlichen Verteilung des darauf be¬ schickten Gutes, wodurch die gewünschten Reaktionen (Pyrolyse, Reduktion, Oxidation etc ) rasch und effizient erfolgen (Dunnschichteffekt)
- Die kontoliierte Bewegung der Schmelze ermöglicht eine optimale und dem Gut ange- passte Durchmischung, was z B bei vertikal angeordneten Drehherdofen nicht der Fall ist
- Die dadurch erzielbare feine Verteilung des Gutes fuhrt zu einer Vergrösserung der freien Oberflachen und somit zu sehr effizienter Reaktion - Staubförmige Abfalle können unter die Schmelze beschickt werden was die Staubbil- dung im Abgas minimiert
- Reaktive Gase wie Sauerstoff Wasserstoff, Wasserdampf etc können durch die verti¬ kal und tangential angeordneten Düsen direkt in die Schmelze eingeblasen werden, um gewünschte Reaktionen zu erzielen
Anwendungsgebiete von Anlage und Verfahren sind z B die folgenden
Brennbarer, fester oder schlammiger Soπderabfall
Solche Abfalle können über eine Fassbeschickungseinπchtung, eine Forderschnecke oder andere Forderverfahren auf die Oberflache einer vorgelegten Schmelze aus anor¬ ganischen Bestandteilen beschickt werden Als Fassbeschickungsemnchtung dient ein horizontal angeordneter Greifer, der das Fass in horizontaler Lage durch eine Öffnung in den Reaktorraum befordert Am Eintritt des Fasses in den Reaktor ist eine Fasstrennvor¬ richtung (z B Azetylenbrenner) angebracht Der Greifer kann sowohl achsial bewegt, als auch gedreht werden Dadurch wird das Fass mit der Fasstrenneinrichtung zertrennt, sodass der Inhalt samt Fassresten gleichmassig auf die Schmelze verteilt wird
Durch die Badbewegung wird fur eine gute Verteilung des Matenals gesorgt Nach Errei¬ chen einer bestimmten Badhohe, wird die Schmelze abgegossen Die Rauchgase wer¬ den in einer Nachbrennkammer restlos oxidiert In der nachfolgenden Rauchgasreini- gung werden die Emissionen unter die geltenden Grenzwerte abgesenkt Die bei der Rauchgasreinigung anfallenden Ruckstande werden nach Abtrennung des Wassers in den Reaktor zurückgegeben
Staubförmige Ruckstande und Abfalle wie z B metallhaltige Filterstaube
Um Staubbildung zu vermeiden, werden diese Reststoffe unter die vorgelegte Schmelze eingebracht (z B pneumatisch eingeblasen) In der in der Reaktionskammer eingestell¬ ten reduzierenden Atmosphäre werden die reduzierbaren Metalloxide wie CuO, FeO ZnO, PbO, NiO etc zu Metallen reduziert und aus der vorgelegten Schmelze als flüssi¬ ges Metall abgeschieden bzw mit dem Rauchgas abgedampft Dieser Vorgang wird durch entsprechende Kombination von elektromagnetischer Bewegung und Begasung unterstutzt Die volatilen Metalle (z B Zn) können durch entsprechende Kondensations¬ stufen aus dem Rauchgas ruckgewonnen werden Nach Erreichen eines bestimmten Schmelzenvolumens werden die beiden Phasen, der metallische Teil und der nichtmetal¬ lische Teil der Schmelze getrennt abgegossen.
Metallhaltige Mischabfälle:
Metallhaltige Mischabfälle wie z. B. gebrauchte Katalysatoren aus der chemischen Indu¬ strie können in den Reaktor beschickt werden. Die organischen Bestandteile werden zersetzt und die rückgewonneneπ Metalle werden in einer Mutterschmelze angereichert Die anorganischen Rückstände werden in eine glasige oder kristalline Matrix eingebun¬ den.
Gasförmige Abfälle und Rückstände wie z. B. Giftgase:
Diese Gase können direkt durch die Begasungsöffnungen in die Schmelze bzw. in die Wärmequelle gefördert werden, wodurch eine besonders effiziente Zersetzung erreicht werden kann.
Besonders geeignet ist diese Anlage auch für die Aufarbeitung von radioaktiven Abfällen zu endlagerfähigen Produkten.
Beschreibung der Anlage:
In den Figuren 1 und 2 ist eine erfindungsgemasse Anlage schematisch im Schnitt bzw. im Grundriss dargestellt.
Zu verarbeitendes Material wird, wenn nötig, zusammen mit Zuschlagstoffen durch die Beschickungseinrichtung 6 in den Reaktor eingebracht und mit den Brennern 3 aufge¬ schmolzen. Die Schmelze 8 kann mit den Begasungselementen 10 in Bewegung gesetzt werde. Neben einer Durchmischung mit den vertikal blasenden Elementen, kann mit den tangential angeordneten Elementen eine Drehung der Schmelze erreicht werden. Dazu wird die Schmelzenbewegung zunächst durch periodische Gaspulse initiiert. Sobald die Schmelzenbewegung in Gang gekommen ist, wird sie durch kontinuierliche Begasung aufrecht erhalten. Die Drehgeschwindigkeit kann durch die eingeblasene Gasmenge ge¬ regelt werden. Die Regelung des Gasflusses erfolgt über Ventile, die von einem pro¬ grammierbaren Gasregler 14 angesteuert werden. Wahlweise kann bei entsprechender Schmelze die Drehung durch die elektromagnetischen Rührelemente 11 unterstützt wer¬ den. Alle diese Elemente sind im Unterteil 2 des Reaktors integriert. Sobald die Schmel¬ ze dreht, beginnt der eigentliche Beschickungsvorgang durch die Beschickungseinrich- tung 6 Durch die Drehung wird eine gleichmassige Verteilung des Materials auf der
Schmelze erreicht Durch die vertikale Begasung kommt es ausserdem zu einer intensi¬ ven Durchmischung der Schmelze Beide Effekte fordern die Bildung freier Oberflachen und den intensiven Kontakt des Materials mit den heissen, energiedichten Wärmequel¬ len Dadurch wird eine effiziente Reaktion erreicht Die entstehenden Rauchgase werden durch den Rauchgasabzug 13, der in das Reaktoroberteil 1 integriert ist, in an sich be¬ kannten Nachbehandlungen gereinigt Um das Abgas bereits im Reaktor zu oxidieren wird durch die Düse 7 Sauerstoff eingeblasen Durch die Dichtung 5 und Kontrolle der Offnungen wird vermieden, dass Falschluft ms System gelangt Ausser durch die Be¬ schickungseinrichtung 6 kann zu verarbeitendes Material über den Eintrag 9 unter die Schmelzenoberflache eingebracht werden Sobald die Verarbeitung abgeschlossen ist, erfolgt der kontrollierte Abguss über das Abgusssystem mit der Verschlusseinrichtung 4 und Abguss 12

Claims

Patentansprüche
1 Anlage zum thermischen Zersetzen, Schmelzen, Vitrifizieren und zur Wertstoffruck- gewinnung aus Abfall- und Reststoffen unterschiedlichster Art bei hohen Temperaturen in einer geschlossenen Reaktionskammer mit Offnungen zur Zufuhrung von zu behan¬ delndem Gut von Gasen und zur Abfuhr der gasformigen und flussigen Reaktionspro¬ dukte dadurch gekennzeichnet dass
im Oberteil des Reaktorgefasses eine oder mehrere Wärmequellen aus heissen Gasen so angeordnet sind, dass sie weitgehend senkrecht auf das Gut einwirken und dass im Bodenteil des Behalters Elemente zum Embiasen von Gasen und Stauben angeordnet sind und diese so angeordnet sind, dass die Stoffzufuhr wahlweise zwischen vertikal und tangential erfolgen kann
2 Anlage nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet dass die Begasungselemente in Gruppen räumlich verteilt sind und diese separat nach einem Programm angesteuert werden können
3 Anlage nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet dass die Wärmequellen (3) direkt oder indirekt betriebene Plasmabrenner sind
4 Anlage nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet dass die Wärmequellen (3) Kohle¬ lichtbogen sind
5 Anlage nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet dass die Wärmequellen (3) Brenner für flüssige und gasformige Brennstoffe sind
6 Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet dass die Wärme¬ quellen (3) beweglich so angeordnet sind, dass sie weitgehend die gesamte Flache des Reaktionsgefasses bestreichen können
7 Anlage nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet dass das Reaktionsgefass (1/2) rund ist
8 Anlage nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet dass das Reaktionsgefass (1/2) n- eckig ist 9 Anlage nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet dass das Reaktionsgefass zweitei¬ lig aus einem Ober-(1) und einem Unterteil (2) gebaut ist
10 Anlage nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet dass die Öffnung (12) zum Aus¬ tragen der Fussigkeit an der tiefsten Stelle des Bodens angeordnet ist
11 Anlage nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet dass die Schmelze durch elektro¬ magnetische Ruhrer (11) bewegt wird
12 Anlage nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet dass sie mit einer induktiven Stutzheizung versehen ist
13 Verfahren zum thermischen Zersetzen, Schmelzen, Vitπfizieren und zur Wertstoff¬ ruckgewinnung aus Abfall- und Reststoffen unterschiedlichster Art bei hohen Temperatu¬ ren in einer geschlossenen Reaktionskammer mit Offnungen (6,9,13) zur Zufuhrung von zu behandelndem Gut von Gasen und zur Abfuhr der gasformigen und flussigen Reak¬ tionsprodukte gemass Ansprüchen 1 bis 12 dadurch gekennzeichnet dass eine Schmel¬ ze aus anorganischem Mateπal vorgelegt wird, und das Gut zugegeben wird, dass von oben Warme zugeführt und von unten Gas eingeblasen wird
14 Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 22 dadurch gekennzeichnet dass das Gut in die Schmelze eingeschleust wird
15 Verfahren nach Anspruch 13 dadurch gekennzeichnet dass das Gas durch pro¬ grammierte Steuerung (14) so eingeblasen wird, dass sich die Schmelze bewegt und zwischen Schmelze und Gut eine definierte Durchmischung bzw Schmelzenbewegung erzielt wird
16 Verfahren nach Anspruch 13 dadurch gekennzeichnet dass ein elektromagnetisches Feld von aussen so an den Reaktor angelegt und gesteuert wird, dass zwischen Schmelze und Gut eine gute Durchmischung erzielt wird
17 Verfahren nach Anspruch 13 dadurch gekennzeichnet dass ein elektromagnetisches Feld von aussen so an den Reaktor angelegt wird und so gesteuert wird, dass die Schmelze in eine Drehbewegung versetzt wird 18 Verfahren nach Anspruch 13 dadurch gekennzeichnet dass mit dem Gas pulverfor¬ miges Gut so zudosiert wird dass es in den Einflussbereich der gasformigen Wärme¬ quelle eingeblasen wird
19 Verfahren nach Anspruch 13 dadurch gekennzeichnet dass das Gas reaktiv ist
20 Verfahren nach Anspruch 13 dadurch gekennzeichnet dass das Plasmagas reakti¬ onsfähige Anteile enthalt
21 Verfahren nach Anspruch 13 dadurch gekennzeichnet dass die thermische Behand¬ lung bei kontrolliertem Druck erfolgt
22 Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 22 dadurch gekennzeichnet dass dem Reaktionsraum Sauerstoff zugeführt wird
23 Verfahren nach Anspruch 13 dadurch gekennzeichnet dass die vollständige Oxida¬ tion der Zersetzungsprodukte im Reaktor erfolgt
24 Verfahren nach Anspruch 13 dadurch gekennzeichnet dass komplexe Abfalle beste¬ hend aus organischen, anorganischen und metallhaltigen Stoffen in einem Schritt so be¬ handelt werden, dass organische Anteile vergast, anorganische Anteile in eine Schmelze eingebunden und die Metalle zurückgewonnen werden
25 Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 22 dadurch gekennzeichnet dass die Abfalle in geschlossenen Fassern über eine Schleuse eingebracht werden und dass das Fass aufgetrennt und der Inhalt kontrolliert dem Prozess zugeführt wird
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