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DE1496366C3 - Verfahren zur Beseitigung von relativ feuchten Abfällen durch Ver gasung - Google Patents

Verfahren zur Beseitigung von relativ feuchten Abfällen durch Ver gasung

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DE1496366C3
DE1496366C3 DE1496366A DE1496366A DE1496366C3 DE 1496366 C3 DE1496366 C3 DE 1496366C3 DE 1496366 A DE1496366 A DE 1496366A DE 1496366 A DE1496366 A DE 1496366A DE 1496366 C3 DE1496366 C3 DE 1496366C3
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gas
retort
waste
garbage
gasification
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DE1496366A
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Georg Kolding Borggreen (Daenemark)
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Original Assignee
Individual
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beseitigung von relativ feuchten Abfällen, wie Müll, luftgetrockneten Klärschlamm od. dgl., durch Vergasung in einer von außen beheizten Retorte, bei welchem das aus der Retorte austretende Gas durch einen Wärmeaustauscher geleitet wird und anschließend als Brennstoff verwendet wird.
Ein derartiges Verfahren zur Müllbeseitigung ist bereits aus der USA.-Patentschrift 2 316 360 bekannt. Bei dem bekannten Verfahren wird eine Trockendestillation eines Mülls mit hohem Feuchtigkeits- und Wassergehalt in Retorten bei Temperaturen zwischen 750 und 9000C durchgeführt. Die bei dem bekannten Verfahren erzeugten Gase, bzw. Dämpfe werden in einem Wärmeaustauscher kondensiert, wobei ein hauptsächlich aus Methan bestehendes Gas und eine Flüssigkeit erhalten wird, die hauptsächlich aus Wasser besteht und ungefähr 4% Fette und andere Chemikalien enthält, die für einen kommerziellen Gebrauch wiedergewonnen werden können, was besonders in Kriegszeiten von Bedeutung sein kann. Da jedoch andererseits die erzeugten Gasmengen nicht einmal für die Heizung der Retorte genügen, hat das bekannte Verfahren für die allgemeine Müllbeseitigung in der Praxis wegen seiner unzureichenden Wirtschaftlichkeit keine große Bedeutung erlangt,, zumal bei diesem Verfahren insbesondere auch die meisten Kunststoffe und andere im Müll vorhandenen Stoffe durch eine solche Trockendestillation nicht abgebaut werden können.
Es ist auch bekannt. Klärschlamm durch eine Vergasung zu beseitigen. Bei diesem bekannten Verfahren, welches in der Zeitschrift »Umschau« 1963, Heft 9, S. 281 ff., insbesondere S. 282, beschrieben ist, wird der Klärschlamm zunächst eingedickt und dann mittels Filterpressen und thermisch getrocknet, bis er eine Restfeuchte von 15% aufweist. Der getrocknete Klärschlamm wird dann brikettiert, und in einem Gasgenerator unter Zuführung von Wasserdampf und Luft vergast, wobei ein Schwachgas erzeugt wird. Da für die Vergasung ein Gasgenerator verwendet
ίο wird, wobei es beispielsweise nicht möglich ist, auch Kunststoffe zu beseitigen, ist das ganze Verfahren, bei welchem ebenfalls mit Temperaturen von 800 bis 1300°C gearbeitet wird, für die Beseitigung von Müll und Abfällen hoher Feuchtigkeit und stark unterschiedlicher Zusammensetzung nicht besonders geeignet.
Weiter ist eine Klärschlamm-Vergasung bekannt, wobei wie in der Zeitschrift »Das Gas- und Wasserfach« 1960, Heft 12, S. 285 bis 289, beschrieben ist, der Klärschlamm zunächst eingedickt und dann mittels Filterpressen getrocknet wird, bis er einen Wassergehalt zwischen etwa 30 und 40°/0 aufweist. Der getrocknete Klärschlamm wird dann brikettiert und in einem Gasgenerator unter Zuführung von Luft und Wasserdampf vergast, wobei ein Schwachgas von etwa 1000 bis 1200 kcal/Nm3 erzeugt wird.
Ausgehend von diesem Stand der Technik, lag der vorliegenden Erfindung nunmehr die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Beseitigung von relativ feuchten Abfällen vorzuschlagen, welches wirtschaftlich durchführbar ist und insbesondere auch von unerwünschten Beimengungen freie Rückstände liefert. Die Aufgabe wird durch ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art gelöst, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß der in der Retorte befindliche Abfall eine Mindesifeuchtigkeit von etwa 45% aufweist und auf Temperaturen zwischen etwa 900 und 12000C erhitzt wird. Die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens bringt den Vorteil mit sich, daß wegen der Verwendung einer geschlossenen, von außen beheizten Retorte praktisch keine Luftverschmutzung erfolgt, wobei mit diesem Vorteil noch eine Reihe von weiteren Vorteilen verknüpft ist, die bei der bisher üblichen Abfallbeseitigung durch Ablagerung auf Müllplätzen, durch Müllverbrennung oder durch Kompostierung nicht erreichbar waren.
Insbesondere ist ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens, daß die im Müll heute in zunehmend größeren Mengen vorhandenen Kunststoffe ohne Schwierigkeiten beseitigt werden können, was bei den bisher üblichen Müllbeseitigungsverfahren nicht möglich gewesen ist. Die Kunststoffe werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wahrscheinlich infolge der hohen Arbeitstemperaturen und der großen Dampfmengen, die innerhalb der Retorte gebildet werden, so vollständig zersetzt, daß es nicht möglich ist, die Kunststoffe in den Verbrennungsrückständen nachzuweisen. Hinzu kommt, daß durch die Zersetzung der Kunststoffe sehr wertvolle Gase entstehen, die sowohl die Gasmenge als auch den Heizwert des erhaltenen Gases wesentlich verbessern und somit insgesamt zur Wirtschaftlichkeit des Verfahrens beitragen.
Ein bedeutender Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist auch darin zu sehen, daß das heute in zunehmend größeren Mengen im Haushaltsmüll enthaltene Glas, welches bei den bekannten Müllverbrennungsverfahren zu Schwierigkeiten führt, bei dem erfindungsgemäßen Verfahren keinerlei Kompli-
3 4
kationen mit sich bringt. Es ist zwar auch mit dem dampfes herbeigeführt wird. Die Wärmemenge, die
erfindungsgemäßen Verfahren nicht möglich, Glas hierdurch zurückgewonnen wird, ist so groß, daß sie
abzubauen; es hat sich jedoch gezeigt, daß das Glas wirtschaftlich genutzt werden kann, beispielsweise für
bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Vorwärmung der Gas-Luftmischung, die für die
vermutlich infolge der Einwirkung der großen in der S Heizung der Retorte verwendet wird und/oder für
Retorte gebildeten Dampfmenge, auf das bei den andere Heizungszwecke, so daß die zurückgewonnene
hohen Arbeitstemperaturen flüssige Glas in kleine Wärmemenge zur Wirtschaftlichkeit der Äbfallbe-
Glastropfen zerteilt wird, die in der Asche oder seitigung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
Schlacke als kleine Glasperlen wieder zu finden sind wesentlich beiträgt. .
und keinen Schaden hervorrufen können, und zwar io Während ein Wärmeaustauscher, der nur der unabhängig davon, für welchen Zweck die Asche oder Kondensation des Dampfes dienen soll, beispielsweise Schlacke verwendet wird. Demgegenüber führte das ein Berieselungskühler, mit verhältnismäßig weiten Vorhandensein von Glas bei den bisher bekannt- Strömungsquerschnitten für den Dampf arbeiten kann, gewordenen Müllverbrennungsanlagen stets dazu, daß ist es bei einem Wärmeaustauscher, der mit einem sich an den Ofenwänden und an den Rosten große 15 hohen Wirkungsgrad arbeiten soll, erforderlich, ver-Glasklumpen bildeten, die zu Betriebsstörungen hältnismäßig dünne Leitungen für den Dampf bzw. führten. das durch die Kondensation gebildete Wasser vorzu-Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Ver- sehen, so daß es in Weiterbildung der Erfindung vorteilfahrens ist es, daß es sehr wirtschaftlich durchführbar haft sein kann, das Gas, ehe es durch den Wärmeist, da große Gasmengen mit einem hohen Heizwert ao austauscher geleitet wird, mittels eines Trockenanfallen, so daß eine nach dem erfindungsgemäßen reinigers, beispielsweise eines Zyklonfilters, zu reinigen, Verfahren arbeitende Müllverbrennungsanlage ohne so daß zumindest die gröberen Verunreinigungen
j|D Zuschüsse betrieben werden kann und daß die Ge- zurückgehalten werden, um zu vermeiden, daß diese
meinde für die Müll- und Klärschlammbeseitigung sich in dem Wärmeaustauscher ablagern und die
allenfalls mit den Transportkosten des Mülls zur 25 Dampfströmung durch denselben ungünstig beein-
Verbrennungsanlage belastet wird. Bei dem erfindungs- flüssen.
gemäßen Verfahren ist es ferner, im Gegensatz zu dem Nachstehend soll das erfindungsgemäße Verfahren
vorstehend besprochenen Verfahren, zur Klärschlamm- an Hand einiger Beispiele noch näher erläutert
beseitigung möglich, einen durch normale Lufttrock- werden, in denen für bestimmte Müllarten und
nung getrockneten Klärschlamm ohne eine weitere 30 Betriebsbedingungen die mit dem erfindungsgemäßen
Vorbehandlung in der Retorte zu Ent- und Vergasen Verfahren erzielten Ergebnisse erläutert werden,
und dabei Gase mit verhältnismäßig hohem Heizwert
zu gewinnen. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
ist es sogar vorteilhaft, gleichzeitig mit normalem Beispiel 1
Haushaltmüll auch luftgetrockneten Klärschlamm zu 35 . ...:■..
beseitigen, da hierdurch in der Retorte noch mehr Es wurde Müll verarbeitet, der aus einem Villen-Dampf gebildet wird als bei der Verbrennung von viertel am Stadtrande stammte. Der Müll enthielt relativ trockenem Haushaltmüll, was zur Erzielung der relativ viel Gartenabfälle und relativ wenig Papier. Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens, wie oben Eine Analyse einer Durchschnittsprobe ergab, daß der erläutert, von wesentlicher Bedeutung ist. .4° Müll 56,8 °/0 Wasser und 43,2% Trockenstoffe
; i Ferner kann es günstig sein, in die Retorte zu- enthielt.
: mindest während der letzten Phase der Entgasung Der Müll wurde sortiert, wobei größere Glasstücke
Wasserdampf einzuleiten,um, abgesehen von gegebenen- und Eisenteile entfernt wurden. 501 kg des relativ
l^1... falls vorhandenen Metallen, eine vollständige Ver- feuchten Mülls wurden in eine Retorte, bestehend aus
'■"' gasung und Beseitigung sämtlicher im Müll vorhan- 45 einer Kammer eines Schrägkammerofens, gefüllt,
dener Stoffe zu erreichen. Das Zuführen von Wasser- In dieser Kammer wurde der Müll auf eine Tempe-
dampf kann insbesondere dann vorteilhaft sein, wenn ratur zwischen 1000 und 1200° C erwärmt, wobei
der Wassergehalt der Abfälle verhältnismäßig gering 170 m3 Gas und 10 kg Teer und andere auswaschbare
ist, so daß der vom Feuchtigkeitsgehalt der Abfälle Stoffe entstanden. Die nach der Vergasung in der
,herrührende Wasserdampf innerhalb der Retorte allein 5° Kammer zurückbleibende Asche- bzw. Koksmenge
nicht ausreichend ist, um die gesamte durch die hatte ein Gewicht von 99 kg und ein Volumen von
Vergasung entstehende Kohlenstoffmenge zu vergasen. etwa 1Z15 der ursprünglichen Müllmenge.
>. ,Der bei dem erfindungsgemäßen Verfahren inner- Das aus dem Kammerofen entnommene Gas besaß
halb der Retorte gebildete Dampf dient nämlich, wie durchschnittlich folgende Zusammensetzung:
bei normalen Gasgeneratoren, auch zur Erzeugung 55
von möglichst viel Wassergas unter Ausnutzung des Kohlendioxyd, CO2 ........... 20,3%
in der Retorte entstehenden reinen Kohlenstoffs. schwere Kohlenwasserstoffe,
Andererseits wird jedoch bei dem erfindungsgemäßen C»Hm .'.... 0,1 %
Verfahren in der Retorte eine wesentlich größere ...'....-.. . ;.. '
Dampfmenge erzeugt als dies bei Gasgeneratoren 60 Sauerstoff, O2 0 /0
zulässig wäre. Die großen Dampf mengen, die innerhalb Kohlenmonoxyd, CO ;19,6%
der Retorte erzeugt werden, machen es erforderlich, Methan CH 10 7°/
eine sehr große Wärmemenge für die Heizung der ' 4 '
Retorte zu verwenden. Daher ist es zweckmäßig das Wasserstoff, H2 49,3 %
: Gas unmittelbar nach seiner Herstellung zur Rück- 65 relatives Gewicht 0,593
gewinnung der in ihm enthaltenen Wärmeenergie , TT . TT '„_.,,, ,,,., ,
durch einen Wärmeaustauscher zu leiten, in welchem oberer Heizwert H8 3715 kcal/Nm3
eine Kondensation des im Gas enthaltenen Wasser- unterer Heizwert Hi 2925 kcal/Nm3
Je kg Müll wurde etwa 0,30 m3 Gas hergestellt. Das erhaltene Gas ist wegen seines relativ hohen Heizwertes und seines relativ kleinen relativen Gewichts für die Beimischung zu Stadtgas zur Einstellung des Brennwertes desselben vorzüglich geeignet. Auch zum Vermischen mit Propangas oder Spaltgas eignet sich dieses auf Müllbasis hergestellte Gas sehr gut.
Beispiel 2
IO
Es wurde luftgetrockneter Klärschlamm aus einer Kanalisationsanlage verwendet, der in mit Kunststoff imprägnierte Papiersäcke gefüllt war, die in geschlossenem Zustand in die Retorte gefüllt wurden. Insgesamt wurden 148 kg Schlamm verarbeitet. In der Kammer wurde der Schlamm auf eine Temperatur von 900 bis 1000° C erwärmt, wobei 50 m3 Gas entstanden. Die nach der Entgasung in der Kammer zurückbleibende Aschenmenge besaß ein Gewicht von 38 kg.
Das dem Kammerofen entnommene Gas hatte durchschnittlich folgende Zusammensetzung:
Kohlendioxyd, CO2 9,3 %
schwere Kohlenwasserstoffe,
CnH7n 0%
Sauerstoff, O2 0%
Kohlenmonoxyd, CO 5,5 %
Methan, CH4 13,5%
Wasserstoff, H2 66,1 %
Stickstoff, N2 5,6%
Schwefelwasserstoff, H2S .. unter 0,01 %
relatives Gewicht 0,370
oberer Heizwert 3467 kcal/Nm3
unterer Heizwert 3019 kcal/Nm3
Das Gas wurde unmittelbar nach Verlassen der Retorte, während es noch warm war, jedoch bereits einen als Trockenreiniger dienenden Zyklonfilter passiert hatte, durch einen Wärmeaustauscher zur Ausnutzung der Kondensationswärme des in dem Gas enthaltenen Wasserdampfes geleitet, um die Kondensationswärme des Wasserdampfes beispielsweise für Heizungszwecke wiederzugewinnen und zu verwerten.
Beispiel 3
Es wurde Müll verarbeitet, welcher aus einem Stadtviertel mit Etagenwohnungen stammte. Der Müll enthielt verhältnismäßig viel brennbares Material, aber auch einige nasse Küchenabfälle u. dgl. Von dem Müll, der einen Wassergehalt von etwa 45% hatte, wurden 366 kg in eine Retorte in Form einer Kammer eines Schrägkammerofens eingefüllt. Das aus dieser Retorte erhaltene Gas wurde durch einen Zyklonfilter und dann durch einen Rohrkühler geführt, in welchem der im Gas vorhandene Wasserdampf unter Abkühlung des Gases auf eine Temperatur von etwa 70° C kondensiert wurde. Anschließend wurde das Gas durch ein Wasserbad geleitet und aufgespeichert.
Der in die Retorte eingeführte Müll wurde auf eine Temperatur von 1000 bis 1200° C erhitzt.
Nach der Vergasung wurden aus der Kammer 66 kg Asche und Koks herausgenommen. Es wurden 165 m3 Gas und 13 kg Teer und ähnliche auswaschbare Bestandteile gewonnen. In dem Rohrkühler wurde eine Wärmemenge von 90 600 kcal zurückgewonnen.
Das Gas hatte im Durchschnitt folgende Zusammensetzung:
Kohlendioxyd, CO2 15,9 %
schwere Kohlenwasserstoffe,
CnH7n 0,6%
Sauerstoff, O2 0%
Kohlenmonoxyd, CO 24%
Methan, CH4 12,5%
Wasserstoff, H2 43,9%
Stickstoff, N2 3,1 %
Schwefelwasserstoff, H2S .. unter 0,1 %
relatives Gewicht 0,615
oberer Heizwert 3374 kcal/Nm3
unterer Heizwert 3030 kcal/Nm3
Je kg Rohmüll wurden etwa 0,5 m3 Gas erzeugt. Auch dieses Gas hatte ein befriedigendes relatives Gewicht und einen befriedigenden Heizwert.
Die entnommene Koks- und Aschenmenge hatte ein Volumen von etwa 1Z15 des Volumens des aufgegebenen Mülls. Es hat sich gezeigt, daß die entnommene Asche als Bodenverbesserungsmittel verwendbar ist, insbesondere bei schwerem Lehmboden, und zwar speziell dort, wo ein Defizit an Phosphorsäure und Bor vorliegt.
B ei spi el 4
Um die Verwendbarkeit des durch die Abfallvergasung entstandenen Gases nachzuprüfen, wurden in einem gewöhnlichen Gaskocher, dem das Gas mit einem Überdruck von 60 mm WS zugeführt wurde und welcher bei diesem Druck 430 l/h Stadtgas verbrennen konnte, Stadtgas und verschiedene Mischungen aus Stadtgas und Abfallgas, das gemäß dem vorstehend erläuterten Beispiel 2 gewonnen worden war, verbrannt. Außerdem wurde dieses Abfallgas mit Propan gemischt.
Im einzelnen wurden folgende Mischungen verwendet:
Nr.
Mischung
Verbrennung Relatives Heizwert oberer unterer
l/h Gewicht 4235 3755
430 0,508 3965 3525
430 0,541 3730 3325
420 0,570 3374 3036
415 0,615 4275 3865
400 0,679 5160 4680
380 0,718
Stadtgas
73% Stadtgas + 27% Abfallgas
50% Stadtgas + 50% Abfallgas .
reines Abfallgas
5 % Propangas + 95 % Abfallgas
9% Propangas + 91% Abfallgas
Folgende Resultate wurden erzielt:
Entwickelte 7o von Verbrennung
Wärmemenge in reinem
Nr. Stadtgas
kcal/h 100,0 Feine Verbrennung
weiche Flamme,
1 1615 üblicher Kern,
keine Rückschlagneigung
93,9 Feine Verbrennung,
recht weiche Flamme,
2 1516 etwas kürzerer Kern,
keine Rückschlagneigung
86,4 Gute Verbrennung
recht harte Flamme,
3 1396 kurzer Kern,
keine Rückschlagneigung
Entwickelte % von Verbrennung
Wärmemenge in reinem .
Nr. Stadtgas
kcal/h 74,4 Gute Verbrennung,
harte Flamme,
4 1201 kurzer, scharfer Kern,
schwache Rückschlag
neigung
95,7 Feine Verbrennung,
weiche Flamme,
5 1546 üblicher Kern,
keine Rückschlagneigung
110,1 Gute Verbrennung,
sehr weiche Flamme,
6 1778 sehr langer Kern,
keine Rückschlagneigung
309 514/108

Claims (4)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Beseitigung von relativ feuchten Abfällen, wie Müll, luftgetrockneter Klärschlamm od. dgl., durch Vergasung in einer von außen beheizten Retorte, bei welchem das aus der Retorte austretende Gas durch einen Wärmeaustauscher geleitet wird und anschließend als Brennstoff verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der in der Retorte befindliche Abfall eine Mindestfeuchtigkeit von etwa 45 °/0 aufweist und auf Temperaturen zwischen etwa 900 und 12000C erhitzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die Retorte mindestens während der letzten Phase der Entgasung Wasserdampf eingeleitet wird.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas unmittelbar nach seiner Herstellung zur Rückgewinnung der in ihm enthaltenen Wärmeenergie durch einen Wärmeaustauscher geleitet wird, in welchem eine Kondensation der im Gas enthaltenen Wasserdämpfe herbeigeführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas, ehe es durch den Wärmeaustauscher gleitet, mittels eines Trockenreinigers, beispielsweise eines Zyklonfilters, gereinigt wird.
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