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Verfahren zur thermischen Behandlung von Abfallstoffen unter
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Zugabe basisch wirkender Stoffe Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zur thermischen Behandlung von Abfallstoffen unter Zugabe basisch wirkender Stoffe
in den Reaktionsraum des thermischen Prozesses.
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Es ist bereits bekannt, Abfälle durch thermische Behandlung, insbesondere
durch Entgasung und/oder Vergasung, unter erheblicher Volumenreduzierung und Hygienisierung
zu behandeln.
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Bei diesem Verfahren entstehen Brenngase als Prozeßgas und ein kohlenstoffhaltiger
Rückstand. Die Brenngase enthalten neben brennbaren Stoffen und Wasserdampf auch
noch saure Schadstoffe in Form von Chlorwasserstoff, Fluorwasserstoff, Schwefelwasserstoff
und Schwefeldioxid. Es handelt sich bei diesen Verbindungen um Substanzen, die die
nachfolgenden Reinigungs- und Verwertungsmaßnahmen stören. Außerdem dürfen nur bestimmte
Mindestmengen aus einer Anlage emittiert werden.
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In der DE-OS 30 142 382 ist bereits vorgeschlagen worden, durch Zugabe
von feinpulvrigen basischen Stoffen, wie Calciumhydroxyd oder Calciumcarbonat, diese
sauren Schadstoffe in den entstehenden Rückstand einzubinden. Eine weitestgehende
Reinigung des Prozeßgases von diesen sauren Schadstoffen und die Einbindung der
entstehenden Neutralsalze in den Rückstand ist möglich. Allerdings ist hierzu ein
hoher Bedarf an Calciumhydroxyd erforderlich. Werden beim Hausmülll zur Neutralisation
und Einbindung von 4 kg Chlorwasserstoff/t Müll rein stöchiometrisch rd. 4 kg Calciumhydroxyd
benötigt, so ist der tatsächliche Bedarf deutlich höher. Er beträgt 15-20 kg/t Hausmüll.
Trotz dieses hohen Überschusses an Calciumhydroxyd ist die Sicherheit der Einhaltung
des Grenzwertes für Chlorwasserstoff bei der Verbrennung des Pyrolysegases nicht
gegeben. Außerdem führt die stark überstöchiometrische Zugabe von Calciumhydroxid
zu einer Belastung des Rückstandes mit einer stark alkalisch wirkenden Verbindung.
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Hinzu kommt noch, daß es trotz des stark überstöchiometrischen Verhältnisses
von Calciumhydroxyd zu ChlorWasserstoff nicht möglich ist, auftretende Spitzen der
Chlorwasserstoffkonzentration, verursacht durch stark chlorhaltige Abfälle, abzufangen.
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Aufgabe der vorliegenden Verbindung ist es deshalb, ein wirksames
Verfahren zur Reduzierung des Gehaltes an sauren Schadstoffen in den Prozeßgasen
aus der thermischen Behandlung von Abfällen vorzuschlagen.
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Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Verfahren zur thermischen
Behandlung von Abfallstoffen unter Zugabe basisch wirkender Stoffe in den Reaktionsraum
des thermischen Prozesses dadurch gelöst, daß der aus dem Reaktionsraum ausgetragene,
basisch wirkende Staub wieder in den Reaktionsraum zurückgeführt wird.
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In der Technik werden als basische Substanzen in feinpulvriger Form
vorwiegend die wirtschaftlichen Calciumverbindungen wie Kalkhydrat, Branntkalk und
etwas seltener, Calciumcarbonat, eingesetzt. Sie finden als sehr feinteilige, oberflächenreiche
Substanzen Verwendung, da eine große Oberfläche die Reaktion der gasförmigen Schadstoffe
mit den Festkörpern begünstigt.
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Auch wenn die basischen Verbindungen als Dispersionen eingedüst werden,
entstehen feinste Teilchen mit niederen spezifischem Gewicht. Dieses Feinpulver
wird infolge der Gasströmung im Reaktionsraum bevorzugt ausgetragen. Es gelangt
in den Entstauber und wird dort abgeschieden oder passiert in der feinsten Verteilung
den Entstauber und gelangt bei der Verbrennung des Prozeßgases schließlich in die
Verbrennungsgase.
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Nach den Verfahren des Standes der Technik wird versucht, den Staubaustrag
aus dem Reaktionsraum zu verhindern. Dies geschieh dadurch, daß die Gasgeschwindigkeiten
im Reaktionsraum niedrig gehalten werden und die Verwirbelung der kohlenstoffhaltigen
Rückstände plus basische Substanzen mit dem Prozeßgas ebenfalls gering gehalten
wird.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren besteht jedoch das Bestreben,
den Staubaustrag zu erhöhen, enthält er doch einen erheblichen Anteil an basisch
wirkenden Substanzen. Die Verfahrensführung hat also so zu erfolgen, daß aus dem
kohlenstoffhaltigen Rückstand, der das nicht umgesetzte feinteilige basische Material
enthält, die Feinanteile ausgetragen und einem Abscheider zugeführt werden.
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Das im Abscheider angefallene Feingut wird dann zur weiteren Ausnutzung
der nicht umgesetzten basischen Anteile in den Reaktionsraum zurückgeführt.
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Ein Teil des im Abscheider angefallenen Gutes wird nicht mehr in den
Prozeß zurückgeführt und ausgeschleust.
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Eine günstige Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht
darin, daß der immer vorhandene Austrag an basisch wirkendem Staubsaus dem Reaktionsraum
durch Einbauten in den Reaktionsraum nocht erhöht wird.
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Es handelt sich hierbei um mechanische Hilfen, den kohlenstoffhaltigen
Rückstand, der die basischen Stoffe enthält, mit dem bei der thermischen Behandlung
der Abfälle entstehenden Prozeßgas zu verwirbeln. Eine Verwirbelung des Rückstandes
mit dem Prozeßgas, das die sauren Schadstoffe enthält, erhöht die Umsetzung dieser
sauren Stoffe mit den basisch wirkenden Substanzen. Gleichzeitig steigt damit die
Menge an Feinanteil an, der mit dem Prozeßgas ausgetragen wird.
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Besonders günstig ist es, wenn bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
in den Reaktionsraum Vorrichtungen zum Aufwirbeln des Rückstandes z.B. Hubschaufeln
oder Rührer, eingebaut sind.
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Da bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorwiegend
ein außenbeheiztes Drehrohr zur Anwendung kommt, sind Einbauten wie Hubschaufeln
oder Rührer besonders günstig.
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Die Hubschaufeln heben den kohlenstoffhaltigen Rückstand und die basischen
Stoffe hoch und werfen sie in den Gasraum ab. Durch das hohe Angebot von basischen
Substanzen im Gasraum wird die Reaktion zwischen den basischen Stoffen und den sauren
Schadstoffen begünstigt. Cleichzeitig wird der Austrag der Feinteile, die basisch
wirken, gesteigert.
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Der gleiche Effekt kann durch Einbauten von Rührern zum Auswirbeln
des kohlenstoffhaltigen Rückstandes bewerkstelligt werden. Die Rührer erstrecken
sich hierbei bei Drehrohren nur über den letzten Teil des Drehrohres, vorzugsweise
das letzte Drittel. 8ei feststehenden Rohren mit Innenrührung kann der Rührer so
gestaltet werden, daß die Verwirbelung von Rückstand und Prozeßgas im letzten Drittel
besonders stark ist, z.B. durch Erhöhung der Rührerfläche.
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Eine weitere, vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäusen
Verfahrens besteht darin, daß der Austrag des basisch wirkenden Staubes aus dem
Reaktionsraum durch Erhöhung der Prozeßgasgeschwindigkeit im Reaktionsraum verstärkt
wird.
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Mit Vorteil läßt sich dies dadurch ausführen, daß zur Erhöhung der
Prozeßgasgeschwindigkeit im Reaktionsraum das Prozeßgas im Umwälzverfahren durch
den Reaktionsraum geleitet wird. Zweckmäßigerweise wird entstaubtes Prozeßgas eingesetzt.
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Eine weitere Ausführungsform des Verfahrens besteht darin, die Erhöhung
der Prozeßgasgeschwindigkeit durch Verengung des Querschnittes des Reaktionsraumes
zu bewerkstelligen.
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Die Verengung setzt in dem Teil des Reaktors ein, in dem bereits weitgehend
entgaster Abfall vorliegt.
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Die Erhöhung der Prozeßgasgeschwindigkeit läßt sich daher vorteilhaft
durch Verengung des Querschnittes des Reaktionsraumes im Austragsbereich, vorzugsweise
im letzten Drittel, b ewerk stelligen.
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Durch die Erhöhung der Prozeßgasgeschwindigkeit läßt sich insgesamt
mehr Staub und damit auch mehr basisch wirkende Substanz austragen.
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Gleichzeitig können die bereits beschriebenen Maßnahmen, die die Durchwirbelung
des Rückstandes mit dem Prozeßgas fördern, nämlich Hubschaufeln und Rührer, angewandt
werden.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
ergibt sich auch dadurch, daß im Reaktionsraum durch Einbauten Turbulenzen in der
Gasströmung zur Verwirbelung von Prozeßgas und aufgewirbeltem Rückstand erzeugt
werden.
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t Der Vorteil dieser Ausführungsform ergibt sich dadurch, daß das
durch Hubschaufeln hochgehobene und in den Gasraum abgeworfene Gut durch den Gasstrom,
dessen Richtung geändert wird, besonders günstig durchmischt wird. Damit ergeben
sich verstärkte Reaktionsmöglichkeiten zwischen den sauren und basischen Stoffen
und auch erhöhter Austrag.
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Eine weitere, technisch günstig zu realisierende Ausführungs form
des Verfahrens besteht darin, das Prozeßgas getrennt vom festen Rückstand des thermischen
Prozesses abzuführen und dann zur verstärkten Abtrennung des basisch wirkenden Staubes
quer oder entgegengesetzt zum freifallenden Rückstand zu führen. Dies wird technisch
derart realisiert, daß der aus dem Reaktionsraum ausgetragene Rückstand in einen
Austragsschacht abgeworfen wird. Aus dem freifallenden Rückstand kann nunmehr mit
Hilfe des Prozeßgases nach den Prinzipien der Windsichtung feinpulvriges Material,
das einen besonders hohen Anteil an basisch reagierenden Stoffen enthält, abgetrennt
werden.
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Weiterhin hat es sich als vorteilhaft erwiesen, aus dem Prozeßgas,
das vom festen Rückstand des thermischen Prozesses abgebrannt wurde, den inerten
Staub abzubrennen, ohne den basisch wirkenden Feinstaub zu erfassen. Technisch kann
diese Aufgabe so gelöst werden, daß mit Hilfe eines Zyklons der inerte, d.h. nicht
basisch reagierende Staub, der ein gröberes Korn als die zugesetzte basische Substanz
hat, abgeschieden wird. Durch diese Maßnahme werden die nachgeschalteten Abscheidevorrichtungen
entlastet und der Feinstaub, der wieder in den Reaktionsraum zurückgeführt wird,
von Ballaststoffen befreit.
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Eine günstige Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens läßt
sich auch dadurch erzielen, daß dem staubbeladenen Promeßgas vor der Abscheidung
des Staubes basisch wirkende Stoffe zugesetzt werden.
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Der aus dem Reaktionsraum ausgetragene Staub, kann an entsprechenden
Abscheidern abgeschieden werden. Sollte die Umsetzung zwischen den basischen Stoffen
und den sauren Schadstoffen noch nicht im erwünschten Maße erfolgt sein, so ist
es auch möglich, durch Zusatz von basischen Stoffen zum Prozeßgas vor der Abscheidung
diese weitere Umsetzung zu erzwingen. Die hierbei gebildeten Neutralsalze können
an den Abscheidern abgeschieden werden. Durch Rückführung des abgeschiedenen Staubes
in den Reaktionsraum läßt sich dann eine weitere Ausnützung der basischen Stoffe
erzielen.
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Als basisch wirkende Stoffe kommen vorwiegend feinpulvrige Substanzen
in Frage, wie Calciumhydroxyd, Branntkalk und Calciumcarbonat. Andererseits ist
es auch möglich diese Stoffe in wässriger Suspension einzubringen. Als basische
Stoffe sind ferner auch basisch wirkende Alkaliverbindungen, wie Natriumcarbonat
oder Natriumhydroxyd, zu verwenden. Ebenfalls einsetzbar sind auch Substanzen, die
bei Normaltemperatur als Neutralsalze reagieren und sich dann erst bei erhöhter
Temperatur durch Zersetzung in basische Stoffe umbilden. Es sei hierbei auf Natriumformiat
und die Salze organischer Säuren verwiesen. Eine Aufzählung geeigneter Verbindungen
enthält die DE-OS 30 25 263
Weiterhin ist es auch möglich, das
erfindungsgemäße Verfahren in der Ausührungsform anzuwenden, daß dem abgeschiedenen
Staub vor der Rückführung in den Reaktor basisch wirkende Substanzen zugesetzt werden.
Es kann die gesamte Menge oder nur ein Teil der frisch einzubringenden, basisch
reagierenden Substanz zugesetzt werden. Die zuzusetzenden basischen Substanzen entsprechen
den oben aufgezählten.
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Die Zugabe von basisch wirkenden Substanzen zum staubbeladenen Prozeßgas
findet vor allen Dingen dann Anwendung, wenn die Bildung saurer Stoffe während der
thermischen Behandlung sehr ungleichförmig ist, d.h. wenn Konzentrationsspitzen
an sauren Stoffen, insbesondere an Chlorwasserstoff, auftreten. Diese Spitzen können
dann ohne Schwierigkeiten abgefangen werden, wenn dem staubbeladenen Prozeßgas nach
Maßgabe der Konzentrationserhöhung noch zusätzlich basische Substanzen zugesetzt
werden, die auf dem Wege zum Abscheider und dann auch noch im Abscheider mit den
sauren Stoffen reagieren.
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Als geeignete Abscheider zur Durchführung des Verfahrens haben sich
insbesondere Gewebefilter und Schüttbettreaktoren erwiesen.
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Am Gewebefilter baut sich eine Schicht aus ausgetragenem Staub auf,
der vom Prozeßgas durchströmt werden muß. Hierbei tritt eine wesentliche Nachreaktion
zwischen den basischen Substanzen und den sauren Schadstoffen auf. Das gleiche ist
der Fall, wenn Schüttbettreaktoren eingesetzt werden. Diese sind mit körnigen Inertstoffen,
eventuell beladen mit basischen Substanzen, gefüllt. Andererseits ist es möglich,
körniges basisches Material z B. Calciumcarbonat einzusetzen.
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An diesem Material scheidet sich der Staub ab, der vom ProzeB-gas
passiert werden muß, oder der mit dem Prozeßgas in Berührung kommt. Beim weiteren
Weg des Prozeßgases durch die feste Masse tritt eine zusätzliche Reaktion zwischen
den sauren Schadstoffen und den basischen Substanzen der Schüttung auf, wenn die
Schüttung basisch gemacht wurde. Das aus der Schüttung ausgetragene Material kann
vom anhaftenden Staub befreit werden, der dann wieder zum Reaktionsraum zurückgeführt
wird.
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Andererseits ist es jedoch auch möglich, das ausgetragene Material
des Schüttbettreaktors ohne weitere Behandlung in den Reaktionsraum einzuführen.
Restbestände an basischem Material und dem abgeschiedenen Staub, der basischen Substanzen
enthält, können dann im Reaktor mit den sauren Schadstoffen weiter reagieren.
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Falls erforderlich, kann das ausgetragene Material des Schüttbettreaktors
vom basisch reagierendem Staub, der nur leicht am körnigen Material haftet, befreit
werden. Fester haftendes Material, z.B. Fure, kann mechanisch durch Abrieb oder
Abschälen oder auch chemisch entfernt werden. Dann kann es wieder in die Schüttung
eingebracht werden.
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Die Rückführung des abgeschiedenen, basisch wirkenden Staubes erfolgt
nach einer Ausführungsform des Verfahrens derart, daß er mit Hilfe von Prozeßgas
in den Reaktionsraum eingeblasen wird. Die Verwendung von Prozeßgas hat den Vorteil,
daß kein Fremdgas in das System eingebracht wird, das unter Umständen zu Problemen
und Störungen Anlaß gibt. Es bietet sich an, den rückgeführten Staub am Eingansteil
des Reaktionsraumes einzublasen. Der Staub schlägt sich weitestgehend am Abfall
nieder und gelangt im Verlauf der weiteren thermischen Behandlung zur Umsetzung
mit den entstehenden sauren Schadstoffen.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform des Verfahrens ergibt sich daraus,
daß der abgeschiedene, basisch wirkende Staub außerhalb oder auch innerhalb des
Reaktionsraumes mit dem thermisch zu behandelnden Gut vermischt wird. Die Vermischung
fördert die gleichmäßige Verteilung von Staub und Abfall und damit die Umsetzung
der basischen Substanzen und der entstehenden sauren Schadstoffe.
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Das erfindungsgemäße Verfahren findet vorzugsweise bei der Entgasung
oder Vergasung von Abfällen in Drehrohren oder in feststehenden Rohren mit Innentransporteinrichtung
Anwendung.
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Es ist nicht nur für Hausmüll, sondern auch für alle Sonderabfälle,
die organische Stoffe enthalten qeeiqnet.
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Im einzelnen seien Klärschlamm, Altreifen, Altgummi, Shredder-Abfälle,
Kunststoffe, insbesondere PVC, Lacke, Altöle, Destillationsrückstände und Textilien
aufgeführt. Diese Abfälle können für sich allein oder in Mischung miteinander eingesetzt
werden.
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Die Entgasung oder Vergasung kann hierbei sowohl kontinuierlich als
auch diskontinuierlich betrieben werden.
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Haupteinsatzgebiet des erfindungsgemäßen Verfahrens ist jedoch die
Entgasung oder Vergasung von Hausmüll und von schwefel-, fluor- und/oder chlorhaltigen
Abfällen.