DE2621392A1 - Verfahren und anlage zur aufarbeitung von abfallstoffen - Google Patents

Description

• Verfahren und Anlage zur Aufarbeitung von Abfallstoffen
• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufarbeitung von Abfallstoffen, insbesondere Müll, bei dem die Abfallstoffe durch ei.n diese in direktem Kontakt durchströmendes, erhitztes Spülgas in einem Pyrolysebehälter aufgeheizt und unter Bildung eines Pyrolysegases thermisch zersetzt und die anfallenden Reststoffe einschließlich der zu Ferrometall reduzierten metallischen Abfallbestandteile dem Pyrolysebehälter entnommen werden, sowie eine Anlage zur Durchführung deses Verfahrens.
• Es ist bekannt, Abfallstoffe, und insbesondere Müll, unter Ausschluß von Brendgasen durch direkte Aufheizung an einem Lichtbogen oder indirekte Wärmezufuhr über Heizflächen in einem Pyrolysebehälter thermisch zu zersetzen, wobei sich die metallischen Abfallbestandteile in der reduzierenden Atmosphäre des Pyrolysebehälters zu Ferrometall umwandeln und gemeinsam mit den nicht-vergasten Schlackenstoffen abgezogen werden, während das entstehende Pyrolysegas, das in erster Linie Kohlenmonoxyd sowie Wasserdampf und etwa gleich hohe Gewichtsanteile Wasserstoff und Kohlendioxyd enthält, gereinigt und dann etwa dem Stadtgas beigemischt oder zur Dampf- und Stromerzeugung verbrannt werden kann. Dieses bekannte Verfahren hat Jedoch den Nachteil einer ungleichförmigen, örtlich begrenzten Erhitzung und unvollständigen thermischen Zersetzung der Abfallstoffe, und zusätzlich erfordert die indirekte Heizflächenerwärmung einen großen Bauaufwand, während bei der Lichtbogenerhitung Schwierigkeiten bei der Flammen- und Prozeß-Steuerung sowie ein hoher Verbrauch wertvoller elektrischer Energie in Kauf genommen werden müssen. Demgegenüber werden die Abfallstoffe bei bekannten Verfahren der eingangs erwähnten Art etwa in einem Wirbelbett unter gleichförmiger Aufheizung und Durchmischung durch Einblasen eines erhitzten Spülgases pyrolysiert, das aus den Verbrennungsprodukten von Luft mit festen oder zumeist gasförmigen Brennstoffen besteht. Wegen der geringen Reduktionswirkung der heißen Verbrennungsgase müssen diesen Jedoch häufig in aufwendiger Weise Reduktionsmittel zugesetzt werden, um die Metalloxydanteile des Abfalls in ausreichendem Maße zu Ferrometall umzuwandeln. Nachteilig aber ist vor allem, daß sich die heißen Verbrennungsgase mit dem entstehenden Pyrolysegas mischen und einen hohen Fremd- und Inertgasanteil ergeben, der in anlagen- und verfahrensmäßig höchst aufwendiger Weise aus dem Gasgemisch abgetrennt werden muß, um ein reines, chemisch und thermisch wertvolles Pyrolysegas zu gewinnen.
• Demgegenüber sollen erfindungsgemäß ein Verfahren und eine Anlage zur Pyrolyse von Abfallstoffen geschaffen werden, die bei geringen Anlage- und Prozeßkosten, und insbesondere geringen Energiekosten, die Gewinnung von reinem Pyrolysegas einerseits und von Ferrometallen andererseits unter gleichförmig vollständiger Pyrolysierung der Abfallstoffe garantieren.
• Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch ein Verfahren der eingangs erwähnten Art, das dadurch gekennzeichnet ist, daß eine Teilmenge des Pyrolysegases in einem geschlossenen Kreislauf durch Zufuhr von Fremdwärme erhitzt und in den Pyrolysebehälter als Spülgas zurückgeführt wird.
• Erfindungsgemäß wird durch die Rezirkulation einer Teilmenge des aus dem Pyrolysebehälter abgezogenen Gasgemisches und deren Erhitzung durch Zufuhr von Fremdwärme eine gleichförmige thermische Zersetzung der Abfallstoffe in direktem Kontakt.mit einem diese durchsetzenden, von störenden Fremd-und Inertstoffanteilen freien Gasstrom gewährleistet und aus dem Pyrolyseprozeß selbst unter stark reduzierender Atmosphäre und weitgehender Umwandlung der Metalloxyde zu Ferrometall ein hochwertiges Pyrolysegas gewonnen, ohne daß es einer zusätzlichen komplizierten Gaszerlegung bedarf, mit der Besonderheit, daß die in der rezirkulierten Gasmenge enthaltene fühlbare Wärme für den endothermen Zersetzungsprozeß ausgenutzt wird und nur der darüberhinausgehende Wärmebedarf durch Fremdwärme gedeckt werden muß.
• In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird auch die Fremdwärme aus dem Pyrolyseprozeß selbst, nämlich durch Verbrennung von nicht-rezirkuliertem Pyrolysegas gewonnen. In besonders zweckmäßiger Weise wird die Pyrolysegas-Teilmenge unter Dsmpfstrahlwirkung im geschlossenen Kreislauf umgewälzt. Die Dampfstrahlförderung liefert mit geringem Bauaufwand und ohne Bedarf an hochwertiger elektrischer Energie das zur Gasumwälzung erforderliche Druckniveau, ohne daß sich die Dampfzumischung zum rezirkulierten Pyrolysegas störend auf den Pyrolyseprozeß auswirkt Die Erfindung schafft ferner eine Anlage zur Durchführung dieses Verfahrens, mit einem Pyrolysebehälter, der am oberen Ende eine Beschickungseinrichtung zum Einspeisen der Abfallstoffe und einen Auslaß für die Pyrolysegase und am unteren Ende eine Entnahmeeinrichtung zum Abzug von Ferrometall und Schlackenstoffen sowie eine Düsenanordnung zum Einblasen eines erhitzten Spülgases im Gegenstrom zu den den Pyrolysebehälter passierenden Abfallstoffen aufweist, die gekennzeichnet ist durch eine Rückführleitung, über die eine Teilmenge des Pyrolysegases vom Behälterauslaß als Spülgas der Düsenanordnung zuführbar ist, eine im Zuge der Rückführleitung angeordnete, die Pyrolysegas-Teilmenge durch Zufuhr von Fremdwärme erhitzende Heizeinrichtung und einen die Pyrolysegas-Teilmenge in einen geschlossenen Kreislauf umwälzenden Dampfejektor.
• Um die Fremdwärme aus dem Pyrolyseprozeß selbst zu decken, enthält die Heizeinrichtung zweckmäßigerweise eine Brennkammer zum Verbrennen eines Teils des nicht-rezirkulierten Pyrolysegases und einen der Brennkammer nachgeschalteten und von deren heißen Verbrennungsgasen beheizten Wärmetauscher zum Aufheizen der über die Rückführleitung rezirkulierten Pyrolysegas-Teilmenge. Der restliche Teil des abgezweigten Pyrolysegases steht für eine Weiterverwertung zur Verfügung.
• Da der Wärmetauscher auf einem verhältnismäBig hohen Tempera turniveau arbeitet, ist zur Ausnutzung der von den Verbrennungsgasen beim Verlassen des Wärmetauschers mitgeführten Abwärme vorteilhafterweise ein abströmseitig des Wärmetauschers angeordneter, von den Verbrennungsgasen durchströmter Treibdampferzeuger vorgesehen, mit dem etwa eine Dampfturbine zur Stromerzeugung oder auch der Dampfejektor betrieben wird. Wahlweise können abströmseitig des Wärmetauschers auch eine Gasturbine zur arbeitsleistenden Entspannung der Verbrennungsgase und ein der Gasturbine nachgeschalteter Wärmetauscher zur Verwertung der Restwärme etwa zu Heizzwecken angeordnet sein.
• In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anlage ist ein von dem nicht-rezirkulierten Pyrolysegas unter Abkühlung durchströmter Dampferzeuger vorgesehen, der vorzugsweise zur Treibdampfversorgung des Dampfejektors dient und die fühlbare Wärme der nicht-rezirkulierten Teilmenge des aus dem Pyrolysebehälteräbgezogenen Gasgemisches ausnutzt, während die im geschlossenen Kreislauf zurückgeführte Pyrolysegasmenge diesen Dampferzeuger nicht durchströmt und daher ohne Wärmeentzug vom Behälterauslaß zur Düsenanordnung zurückgefördert wird. Das nicht-rezirkulierte Pyrolysegas einschließlich seiner evtl. in der Brennkammer verbrannten Teilmenge wird in besonders einfacher, zweckmäßiger Weise durch Abscheidung seiner Wasserdampfanteile in diesem Dampferzeuger und/oder einem diesem nachgeschalteten Kondensationskühler, der z.B. Heißwasser von etwa 800 C liefert, getrocknet.
• In diesem Fall erfolgt die Wasserversorgung des Dampferzeugers zweckmäßigerweise durch Rückführung der aus dem Pyrolysegas kondensierten Wasseranteile zu dem diese zu reibdampf umwandelnden Dampferzeuger.
• Die Erfindung wird nunmehr anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert, die das Schaltbild einer erfindungsgemäßen Anlage in schematischer Darstellung zeigt.
• Bei der gezeigten Anlage werden einem Pyrolysebehälter 2 am oberen Ende über eine Beschickungseinrichtung 4 einschließlich einer Förderschnecke 6 und einer Schleuse 8 Abfallstoffe, etwa Hausmüll, unter Ausschluß von Fremdgasen kontinuierlich zugeführt und durch ein über eine Düsenanordnung 10 im Gegenstrom eingeblasenes, heißes Spülgas thermisch zersetzt, das abgesehen von einem höheren Wasserdampfgehalt die gleiche Zusammensetzung wie das bei der thermischen Zersetzung entstehende Pyrolysegas hat. In der stark reduzierenden Atmosphäre des Pyrolysebehälters 2 setzen sich die in den Abfallstoffen enthaltenen Metalloxyde zu Ferrometall um und werden durch eine Entnahmeeinrichtung am Ferrometallauslaß 12 des Behälters 2 abgezogen, während die übrigen, nicht vergasten Feststoffe über den Schlackenauslaß 14 abgeführt werden. Das aus der thermischen Müllzersetzung entstehende Pyrolysegas (in erster Linie Kohlenmonoxyd, sowie Wasserdampf und etwa zu gleichen Teilen Kohlendioxyd und Wasserstoff) wird gemeinsam mit dem mengenmäßig etwa dreimal so großen Spülgasstrom am Gasauslaß 16 des Behälters 2 abgezogen, und ein Teilstrom dieses Gasgemisches (etwas weniger als die Hälfte) über eine Rückführleitung 18 einschließlich eines Regelventils 20 einem Dampf- ejektor 22 zugeführt, wo sie durch Zugabe von heißem Treibdampf unter Dampfstrahlwirkung auf das zur Gasumwälzung erforderliche Druckniveau gebracht wird. In einem den Dampfejektor 22 nachgeschalteten Wärmetauscher 24 wird dem Gasgemisch die zur thermischen Zersetzung der Abfallstoffe benötigte Restwärme in Form von Fremdwärme zugeführt, woraufhin das erhitze Gasgemisch über die Düsenanordnung 10 als Spülgasstrom wieder in den Pyrolysebehälter 2 eingeblasen wird und der Kreislauf für die rezirkulierte Pyrolysegas-Teilmenge geschlossen ist.
• Der Pyrolysebehälter 2 enthält ferner einen Erhitzer 26 in Form eines Brenners oder Heißluftbläsers, der jedoch nur zum Anfahren der Anlage auf die weiter unten beschriebene Weise dient.
• Die nach Abzweigung der Rückführleitung 18 verbleibende, nicht im geschlossenen Kreislauf rezirkulierte Pyrolysegas-Restmenge wird in einem Dampferzeuger 28 gekühlt, wo ein-großer Teil der Wasserdampfkomponente abgeschieden und über eine Kondensatleitung 30 abgezogen wird, während das verbleibende Gasgemisch einem Kondensationskühler 32 zuströmt und dort unter weiterer Abkühlung und Abscheidung der restlichen Wasserdampfanteile im Gegenstrom Heißwasser von etwa 800C liefert.
• Das im Kondensationskühler 32 abgeschiedene Kondensat wird zum Teil über eine Abzugsleitung 34 entfernt, während der restliche Teil über eine Kondensatleitung 36 gemeinsam mit der über die Leitung 30 vom Dampferzeuger 28 abströmenden Kondensatmenge von einer Wasserpumpe 38 als Brauchwasser zum Dampferzeuger 28 zurückgefördert und dort im Gegenstrom zu dem heißen Pyrolysegas zu Treibdampf umgewandelt wird, der über eine Treibdampfleitung 40 dem Dampfeåektor 22 zum Betrieb desselben zuströmt und dort unter Dampfstrahlwirkung der über die Rückführleitung 18 rezirkulierten Pyrolysegas-Teilmenge zugemischt wird.
• Von dem den Ziondensationskühler 32 verlassenden, reinen und getrockneten Pyrolysegas wird eine Teilmenge zu einem Kornpressor 42 abgezweigt, während der übrige Teil an eine Auslaßleitung 44 abströmseitig eines Dreiwegeventils 46, dessen Funktion in Verbindung mit dem Anfahren der Anlage erläutert wird, für die weitere Verwertung zur Verfügung steht und etwa dem Stadtgas beigemischt oder zur Dampf- und Stromerzeugung verbrannt werden kann.
• Die im Kompressor 42 verdichtete Pyrolysegasmenge wird gemeinsam mit einer zu ihrer Verbrennung erforderlichen Luftmenge, die in einem zusammen mit dem Kompressor 42 von einem Motor 48 angetriebenen Verdichter 50 komprimiert wird, in eine Brennkammer 52 eingespeist, deren heiße Verbrennungsgase im Wärmetauscher 24 das über die Rückführleitung 18 rezirkulierte Pyrolysegas im Gegenstrom auf das zur Aufrechterhaltung des Pyrolyseprozesses erforderliche Temperaturniveau (etwa 1800 bis 20000K) aufheizen.
• Um die Enthalpie der den Wärmetauscher 24 mit einer verhältnismäßig hohen Temperatur verlassenden Verbrennungsgase auszunutzen, ist im Zuge der Abgasleitung 54 des Wärmetauschers 24 ein Dreidampferseuger 56 angeordnet, der etwa Teil eines geschlossenen Dampfturbinenkreislaufs zur Erzeugung elektrischer Energie ist. Wahlweise können die Verbrennungsgase.
• abströmseitig des Wärmetauschers 24 auch eine (nicht gezeigte) Gasturbine zur Stromerzeugung und einen dieser nachgeschalteten (ebenfalls nicht gezeigten) Wärmetauscher zur Restwärmeverwertung, etwa zu Heizzwecken, durchsetzen.
• Zum Anfahren der Anlage wird der Erhitzer 26 zwecks ZufUhr.
• eines heißen Fremdgases eingeschaltet und das am Behälterauslaß 16 abgezogene Gasgemisch, das aus Fremdgas und Pyrolysegas besteht, nach Durchströmen des Dampferzeugers 28 und des Kondensationskühlers 32 im Kompressor 42 verdichtet und mit vom Verdichter 50 gelieferter Luft in der Brennkammer 52 verbrannt, während der vom Kompressor 42 nicht verarbeitete Teil dieses durch Fremdgase verunreinigten Gasgemisches bei umgeschaltetem Dreiwegeventil 46 über eine Auspuffleitung 58 abgeblasen wird. Wenn die einzelnen Anlageteile das erforderliche Temperaturniveau erreicht haben, wird der Erhitzer 26 allmählich abgeschaltet und der oben beschriebene Pyrolyseprozeß kommt selbsttätig in Gang. Sobald über die Auspuffleitung 58 von Fremd- und Inertgasen freies Pyrolysegas abströmt, wird das Dreiwegeventil 46 auf die Auslaßleitung 44 umgeschaltet.

Claims (9)

1. Patentansprüche Verfahren zur Aufarbeitung von Abfallstoffen, insbesondere Müll, bei dem die Abfallstoffe durch ein diese in direktem Kontakt durchströmendes, erhitztes Spülgas in einem Pyrolysebehälter aufgeheizt und unter Bildung eines Pyrolysegas es thermisch zersetzt und die anfallenden Reststoffe einschließlich der zu Ferrometall reduzierten metallischen Abfallbestandteile dem Pyrolysebehälter entnommen werden, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß eine Teilmenge des Pyrolysegases in einem geschlossenen Kreislauf durch Zufuhr von Fremdwärme erhitzt und in den Pyrolysebehälter als Spülgas zurückgeführt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die Fremdwärme durch Verbrennung von nicht-rezirkuliertem Pyrolysegas erzeugt wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Pyrolysegas-Teilmenge unter Dampfstrahlwirkung im geschlossenen Kreislauf umgewälzt wird.
4. 4. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 3, mit einem Pyrolysebehälter, der am oberen Ende eine Beschickungseinrichtung zum Einspeisen der Abfallstoffe und einen Auslaß für die Pyrolysegase und am unteren Ende eine Entnahme einrichtung zum Abzug von Ferrometall und Schlackenstoffen und eine Düsenanordnung zum Einblasen eines erhitzten Spülgases im Gegenstrom zu den den Pyrolysebehälter passierenden Abfallstoffen aufweist, ge k e n n -z e i c h n e t durch eine Rückführleitung (18), über die eine Teilmenge des Pyrolysegases vom Behälterauslaß (16) als Spülgas der Düsenanordnung (10) zuführbar ist, eine im Zuge der Rückführleitung (18) angeordnete, die Pyrolysegas-Teilmenge durch Zufuhr von Fremdwärme erhitzende Heizeinrichtung (24, 52) und einen die Pyrolysegas-eilmenge in geschlossenem Kreislauf umwälsenden Dampfejektor (22).
5. 5. Anlage nach Anspruch 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die Heizeinrichtung (24, 52) eine Brennkammer (52) zum Verbrennen eines Teils des nicht-rezirkulierten Pyrolysegases und einen der Brennkammer (52) nachgeschalteten und von deren heißen Verbrennungsgasen beheizten Wärmetauscher (24) zum Aufheizen der über die Rückführleitung (18) rezirkulierten Pyrolysegas-Teilmenge aufweist.
6. 6. Anlage nach Anspruch 5, g e k e n n z e i c h n e t durch einen abströmseitig des Wärmetauschers (24) angeordneten, von den heißen Verbrennungsgasen durchströmten reibdampferzeuger (26).
7. 7. Anlage nach einem der Ansprüche 4 bis 6, g e k e n n -z e i c h n e t durch einen von dem nicht-rezirkulierten Pyrolysegas unter Abkühlung durchströmten Dampferzeuger (28) zur Treibdampfversorgung des Dampfejektors (22).
8. 8. Anlage nach Anspruch 7, g e k e n n z e i c h n e t durch Abscheidung der Wasserdampfanteile des Pyrolysegases im Dampferzeuger (28) und/oder einem diesem nachgeschalteten Kondensationskühler (32).
9. 9. Anlage nach Anspruch 8, g e k e n n z e i c h n e t durch Rückführung der aus dem Pyrolysegas kondensierten Wasserdampfanteile zu dem diese zu Treibdampf umwandelnden Dampferzeuger (28).