DE4040377C1 - - Google Patents

Description

Die bisher praktizierten oder erprobten Müllentsorgungs­ methoden sind unzureichend und wenig überzeugend hinsicht­ lich der sich ergebenden Umweltprobleme. Das gilt sowohl für die Zwischenlagerung als auch für den Transport von und zu den Entsorgungsanlagen und in besonderem Maße für die Aufbereitung des Entsorgungsgutes, sei es üblicher Haus- oder Industriemüll, Sondermüll oder auch bereits abgelagertes Deponiegut.

Die klassische Entsorgungsform von Haus- und Industrie­ abfällen aller Art ist auch heute noch das abschüttende Deponieren in und zu großräumigen Deponieanlagen bei teilweise sehr langen Transportwegen. Damit einhergehende Umweltprobleme sind einschlägig bekannt, sie blieben bisher ungelöst.

Eine bekannte Alternativlösung zur Deponieabschüttung sind Müllverbrennungsanlagen. Das Verbrennen von Abfällen bringt jedoch viele andere Nachteile mit sich. Die Verbrennung erfolgt nämlich bisher mit sehr schlechtem Wirkungsgrad bei hohem Schadstoffanfall. Hohe Investitions- und Be­ triebskosten sind für die einschlägigen Verbrennungsanla­ gen erforderlich. Auch haben sich Müllverbrennungsanlagen nur für Ballungsgebiete als wirtschaftlich wenigstens hinlänglich sinnvoll erwiesen.

Mit der gleichfalls bekannten Entgasung von organischen Abfällen wurde gehofft, über eine Möglichkeit zu verfü­ gen, die Müllverbrennung wenigstens für einen Teil des anfallenden Entsorgungsgutes zu vermeiden und wirtschaft­ lich entsprechende Kleinanlagen betreiben zu können.

Unabhängig davon wurden verschiedene Pyrolyseverfahren entwickelt und erprobt, die sich vor allem bezüglich der Entgasungsmethoden unterscheiden. Vor- oder nachgeschal­ tete Aggregate, wie Sortier- und Zerkleinerungsanlagen, Nachverbrennungskammern, Staubfilterung und Abgasreini­ gung sind bei der Müllpyrolyse weitgehend untereinander vergleichbar.

Die bekannten Pyrolyseverfahren verwenden drei Typen von Öfen, nämlich:
1. Schachtöfen, in die das Pyrolysegut von oben eingebracht wird und den Ofenschacht in vertikaler Richtung durch­ läuft,
2. Drehrohröfen, bei denen durch Rotation des Rohrschachtes das schüttfähige Pyrolysegut durchmischt und mit den er­ wärmten Rohrwänden ständig erneut in Kontakt gebracht wird, und
3. Wirbelschichtöfen, bei denen ein in ständig verwirbel­ ter Bewegung befindliches Sandbett für einen Wärmeüber­ gang mit dem Pyrolysegut sorgt.

Entgasungsreaktoren, wie beispielsweise aus den AT-PS′sen 1 15 725 und 3 63 577 bekannt, zeitigen eine Vielzahl von noch nicht befriedigend gelösten Problemen. Dort müssen beispielsweise zur Verbesserung des Wärmeübergangs die zu pyrolisierenden Abfälle vorzerkleinert werden, was hohe Kosten verursacht. Es ist weiter erforderlich, daß mit den organischen Substanzen zum Pyrolysieren Atmosphärenluft in großen Durchsatzmengen, gegebenenfalls mit Sauerstoff, eingebracht werden muß. Der Pyrolysereaktor arbeitet so mit nur geringem Wirkungsgrad. Die Aufheizung der Abfälle verläuft relativ langsam und mit erheblichen Wärmeverlu­ sten. Die bekannten Pyrolyseöfen müssen aus wirtschaftli­ chen Gründen ein relativ großes Volumen besitzen und be­ finden sich bei den herrschenden Temperaturen von über 450°C an der Grenze der mechanischen Belastbarkeit, so daß sie nur für den Betrieb bei etwa Atmosphärendruck ge­ eignet sind. Schließlich muß von den Entgasungsreaktoren absolute Gasdichtheit gefordert werden, um den Austritt von Schadstoffen zu verhindern, was aufwendige temperatur­ belastete Schleusenkonstruktionen und Dichtungen erforder­ lich macht.

Die bekannten Verfahren und ihre zugehörigen Anlagen haben sich aufgrund der genannten, bisher nicht gelösten Proble­ me in der Praxis nicht durchgesetzt. Etwa 80% der bisher betriebenen Anlagen sind zwischenzeitlich stillgelegt.

Besonders problematisch war bisher auch die Weiterverar­ beitung des im wesentlichen staubförmig anfallenden Pyro­ lysekokses, da dessen Vergasung wegen seiner nicht vorhan­ denen Durchströmungseigenschaften nicht oder nur nach ver­ fahrenstechnisch aufwendiger Brikettierung des Kohlen­ staubes möglich ist.

Das Lagern und Transportieren von Entsorgungsgütern der hier interessierenden Art erfolgt bei verhältnismäßig ge­ ringer Schüttdichte, wobei sich seine physikalische und chemische Instabilität sowie bei biologisch zersetzbarem Müll die Geruchs- und Gasentwicklung besonders nachtei­ lig auswirken. Erschwerend ist, daß viele Entsorgungsgü­ ter schadstoffhaltige Flüssigkeiten enthalten, die sie wenigstens teilweise beim Transport oder der Lagerung verlieren. Niederschlagsbedingte Auswaschungen sind bei unsachgemäßer Lagerung kaum zu vermeiden. Die geringe Schüttdichte des Entsorgungsgutes führt zu großen Lager- und Transportvolumina. Ist eine Zwischenlagerung des Ent­ sorgungsgutes angestrebt - beispielsweise weil das Ent­ sorgungsgut für Recycling und/oder thermische Verwertung aufbereitet werden soll -, so werden durch staatliche Ver­ ordnungen auswaschungssichere Bunker erheblichen Bauvolu­ mens oder besonders ausgestattete unterirdische Lagerstät­ ten vorgeschrieben mit den daraus resultierenden hohen zusätzlichen Investitionskosten. Auch der Transport sol­ cher Entsorgungsgüter verursacht nicht zuletzt wegen des­ sen geringer Schüttdichte erhebliche Kosten.

Bei chemisch instabilem Entsorgungsgut kann neben starker Geruchsbildung Gasbildung o. dgl. auftreten, so daß beson­ ders für Lagerbunker ohne zusätzliche Gasentsorgung Ex­ plosionsgefahr besteht. Permanente Entlüftung, mehrfacher Luftwechsel pro Stunde sowie zusätzliche Filter- und Si­ cherheitsanlagen bilden Kostenfaktoren auch bei der Zwi­ schenlagerung des Entsorgungsgutes.

Für den Transport mancher Entsorgungsgüter ist es bekannt, mit in das Fahrzeug integrierten Pressen beispielsweise Hausmüll leicht vorkomprimiert zu transportieren. Eine anschließende thermische Verwertung des Entsorgungsgutes wird durch dessen geringes Schüttgewicht und die daraus resultierenden großen Volumina technisch erschwert.

Bei der Verwendung einer erfindungsgemäßen rohrförmigen Pyrolysekammer, in die das Entsorgungsgut unter Beibehal­ tung eines verdichteten Zustandes eingebracht wird, er­ gibt sich eine sehr gute Wärmeleitfähigkeit für und in das kompaktierte Entsorgungsgut wegen des gegebenen luftporen­ freien Druckkontaktes mit der Wandung der Kammer. Als vorteilhaftes Längen/Durchmesserverhältnis hat sich die Verwendung von Rohrkammern, deren Länge zum Durchmesser größer als 10 l ist, herausgestellt. Diese Geometrie der Pyrolysekammer stellt jedoch eine Einschränkung bezüglich der Kapazität derartiger Anlagen dar. Werden beispiels­ weise für hohe Durchsatzvolumina Durchmesser angewendet, die deutlich größer als 400 mm sind, so resultieren dar­ aus Anlagen unangemessen großer Bauhöhe; Durchmesser für technisch problemlose Bauhöhen begrenzen ihrerseits die Durchlaufkapazität des zu pyrolysierenden Entsorgungs­ gutes. Auch ergeben sich bei der Anwendung relativ langer Pyrolyserohre erheblich erhöhte Durchschubkräfte. Durch die resultierenden mechanischen Belastungen begrenzt sich die praktikable Pyrolysetemperatur auf Werte, die nicht über 500°C liegen sollten, um Deformationen des Pyrolyse­ rohres zu vermeiden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für Industrie- und Hausmülle sowie Entsorgungsgut aller Art nicht nur verbesserte Zwischenlager- und Transportbedin­ gungen zu schaffen, sondern insbesondere auch eine ener­ getische und stoffliche Verwendung bei verbessertem Wir­ kungsgrad neu zu gestalten.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeich­ nenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen dieser Aufgabenlösung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Dadurch, daß das Entsorgungsgut zunächst unter Beibehal­ tung seiner Misch- und Verbundstruktur, also ohne die An­ wendung kostenintensiver Sortierverfahren und -anlagen zu Paketen näherungsweise gleicher Geometrie vorkompaktiert wird, kann das Entsorgungsgut ohne Schwierigkeiten in einen vorteilhafterweise etwa rohrförmigen Behälter hin­ ein mit einer Stopfvorrichtung verdichtet werden, was un­ kompliziert und störunanfällig erfolgen kann. Die Vorkom­ paktierung in eine geometrische Form, die beispielsweise einem rohrförmigen Behältnis angepaßt ist, verhindert, daß beim nachfolgenden behälterfüllenden Nachverdichten sper­ rige Bestandteile des Entsorgungsgutes den Nachverdich­ tungsvorgang behindern. Im verdichteten Zustand weist das Entsorgungsgut nur noch ca. 1/3 bis ca. 1/20 seines ur­ sprünglichen Volumens auf, was ein entsprechend reduzier­ tes Lager- und Transportvolumen ergibt, unabhängig von einer nachgeschalteten thermischen Entgasung bzw. Pyrolyse des Entsorgungsgutes.

Zwar kann grundsätzlich der erste Schritt der Verdichtung des Entsorgungsgutes mittels einer offenen Verpackung, wie Netzumhüllung oder Spannbandverpackung, erfolgen, seine Einbringung in ein nur stirnseitig offenes Behältnis bringt jedoch den Vorteil, daß es sich hier zusätzlich in dichtem Einschluß befindet, so daß die Geruchsbildung auf ein Minimum redu­ ziert ist und Auswaschungen, beispielsweise durch Nieder­ schläge, nicht zu befürchten sind. Hierfür können ohne merklichen Kostenaufwand auch die Stirnseiten der Behält­ nisse temporär verschlossen werden. Für die sich gegebenen­ falls an den Transport und/oder die Zwischenlagerung an­ schließende thermische und stoffliche Verwertung des so verdichtet und verschlossen verpackten Entsorgungsgutes ergeben sich eine ganze Folge von Vorteilen. So lassen sich beispielsweise rohrförmige, dicht gefüllte Behältnisse in einem Kammer- oder Durchlaufofen problemlos der Entga­ sung unterziehen. Die Verweildauer in derartigen Pyrolyse­ kammern ist nach Kriterien der Wirtschaftlichkeit des Ver­ fahrens optimierbar. Einschränkende Längen/Durchmesserbe­ dingungen bei rohrförmigen Behältnissen, die ihrerseits den Entgasungsofen durchlaufen, bestehen nicht. Da auch Behälter größeren Durchmessers einsetzbar sind, lassen sich auf diese Weise auch größere und sperrige Industrie­ güterwracks gleichermaßen entsorgen.

Vorteilhafte Bedingungen für die thermische Verwertung der Entsorgungsgüter bestehen dadurch, daß alle Entgasungspro­ dukte direkt und ohne Zwischenabkühlung einer Hochtempera­ turbehandlung unterzogen werden können. Der entstehende verdichtete Koks, der verbleibende Restkohlenstoff, läßt sich leicht aus derartigen Behältnissen ausbringen und der Hochtemperaturbehandlung zuführen, um wenigstens teilweise vergast zu werden. Dabei entsteht durch Spaltung eines Teils des mitgeführten Wasserdampfes Spaltgas (CO, H2). Die durch Entgasung entstandenen Produkte werden in nie­ derdimensionale Bestandteile gespalten. Die Reaktionstem­ peratur wird durch exotherme Reaktion des entstandenen dichten Koks mit Sauerstoff aufrechterhalten. Das so frei­ gesetzte Kohlendioxid setzt sich nach dem Boudouardschen Gleichgewicht mit Kohlenstoff zu Kohlenmonoxid um. Im Hochtemperaturreaktor wird eine optimale Umsetzung und Nutzung aller Produkte sichergestellt.

Die mit der Kohlenstoffvergasung und Spaltgasbildung ver­ bundenen hohen Temperaturen führen zu einem direkt nutz­ baren energiereichen Prozeßgas, ohne daß kondensierbare organische Bestandteile mit stark verringertem Wasseran­ teil anfallen. Durch den bei der Druckpyrolyse gebildeten dichten Koks und die prozeßbedingten geringen Strömungs­ geschwindigkeiten werden anfallende Staubanteile im Pro­ zeßgas auf ein Minimum reduziert.

Die schmelzfähigen metallischen und mineralischen Bestand­ teile der Reaktionsprodukte bilden bei der Hochtemperatur­ behandlung in einem Einschmelzvergaser eine Metall- bzw. Schlackenschmelze mit teilweise sehr unterschiedlichen Dichten, so daß Stoffkomponenten einfach voneinander ge­ trennt und einer effizienten Verwertung zugeführt werden können.

Die Kohlenstoffvergasung und Spaltgasbildung, gekoppelt mit einem Ausschmelzen verwertbarer Wertstoffe, lassen sich in vorteilhafter Weise auch in einem Schachtofen an sich bekannter Bauart durchführen, wobei dem den dichten Pro­ zeßkoks enthaltenden Schacht in bekannter Weise Sauerstoff zugeführt wird. Dabei lassen sich in den festen Pyrolyse­ rückständen Temperaturen von mehr als 1500°C problemlos erzeugen, bei denen sowohl Stähle und andere Metalle als auch Gläser ausschmelzen. Das Ausbringen dieser Wertstoffe kann im fraktionierten Abstich oder im Überlauf erfolgen. Die Anwendung von Sauerstoff statt Luft ist von erhebli­ chem Vorteil zur Sicherung hoher Temperaturen, geringer Gasgeschwindigkeiten und -volumina sowie der Vermeidung der Bildung von Stickstoff-Sauerstoffverbindungen.

Das Entweichen der durch thermische Spaltung gebildeten flüchtigen Verbindungen in den dicht gefüllten Behältnis­ sen wird begünstigt, wenn stirnseitig offene und perforierte Metallrohre o. dgl. verwendet werden. Bei entsprechender Dimensionierung ergeben sich bezüglich des Gasaustrittes, der Fertigungskosten und der anwendbaren Entgasungstempe­ raturen optimale Bedingungen.

Das Entsorgungsgut kann für den Transport und die Zwischen­ lagerung auch in thermisch verwertbare, aus chemisch fe­ stem Material bestehende Behältnisse vorkonfektioniert eingebracht und später in die thermisch stabilen Entgasungs­ rohre, die der Pyrolyse unterworfen werden, eingebracht werden.

Bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorteilhaft, das unsortierte Entsorgungsgut in auf über 100°C vorgewärmte Behältnisse hinein zu verdichten, um eine Verkürzung der nachfolgenden Entgasungszeit zu ge­ währleisten und durch die Vorwärmung des Entsorgungsgutes möglichst viel Feuchte zu verdampfen.

Erfindungsgemäß werden in einem Durchlaufofen eine Viel­ zahl von Behältnissen, vorteilhaft Rohrkartuschen mit zu­ sätzlichen, ihre äußere Oberfläche vergrößernden Radial­ ringen, im Umlauf geführt. Auf diese Weise läßt sich die Kapazität einer Anlage maximieren. Werden die Behältnisse zum füllenden Verdichten vor der Wärmebehandlung und zum Entleeren nach der Wärmebehandlung im Ofen belassen, so reduzieren sich deren Wärmeverluste zusätzlich und der­ jenige des Gesamtsystems wird minimiert.

Die Verdichtung von Hausmüll o. dgl. kann entscheidend ver­ bessert werden, wenn während der Vorkompaktierung das Entsorgungsgut mit einem sterilisierenden Heißgas, vor­ zugsweise Heißdampf, beaufschlagt wird. Hierdurch erhöhen sich die Möglichkeit seiner Plastifizierung und die chemi­ sche Stabilität des Entsorgungsgutes sowie die Lagerbe­ ständigkeit ohne Geruchsbelästigung und Gasbildung.

Wegen der gewünschten hohen Wärmeleitfähigkeit zu und in­ nerhalb des Entsorgungsgutes im Behältnis, aber auch aus Gründen des Lager-, Transport- und optimalen Entsorgungs­ volumens für die Entgasung ist es zweckmäßig, die Behäl­ ter so zu füllen, daß die Fülldichte bei Hausmüll nähe­ rungsweise 1 kg/dm³ beträgt. Als Stopfvorrichtung für das verdichtende Füllen der rohrförmigen Behältnisse kann ein periodisch arbeitender Hammer verwendet werden, der mecha­ nisch, hydraulisch oder pneumatisch angetrieben wird.

Werden die verdichtend gefüllten Rohre längere Zeit zwi­ schengelagert, ehe sie einer thermischen Verwertung zuge­ führt werden, so ist es vorteilhaft, wenn die Stirnflächen des mit nachverdichtetem Entsorgungsgut gefüllten rohr­ förmigen Behälters mit thermisch zersetzbaren Folien oder Beschichtungen abgedeckt werden. Auf diese Weise sind zum einen direkte Schadstoffabgaben an die Umwelt ausgeschlos­ sen, zum anderen werden auch Geruchsbelästigungen vermie­ den. Die thermisch zersetzbare Abdeckung kann dann direkt bei der Pyrolyse thermisch genutzt werden. Neben Kunst­ stoff-Folien eignen sich hierfür beispielsweise bituminöse Anstriche, die kostengünstig und einfach aufgebracht wer­ den können. Ansonsten verhalten sich die Rohre bei Anwen­ dung des erfindungsgemäßen Pyrolyse-Verfahrens praktisch selbstreinigend. Ihre Verwendung optimiert nicht nur die Bedingungen für die Pyrolyse selbst, sondern reduziert bei ihrer Verwendung als Transportbehälter das Transportvolu­ men um ca. 80%. Der im Ergebnis der Pyrolyse innerhalb der rohrförmigen Behältnisse anfallende verdichtete Pyro­ lysekoks besitzt ausgezeichnete Durchströmungseigenschaf­ ten, so daß er für eine nachfolgende Kohlevergasung be­ sonders geeignet ist.

Bei dem vorstehend beschriebenen Verfahren wird erstmalig zumindest ein Teil der natürlichen Feuchte des Mülls durch die beschriebene Kohlenwassergasreaktion zu brennbarem Gas umgewandelt.

Claims (8)

1. Verfahren zum Zwischenlagern, Transportieren und/oder energetischen sowie stofflichen Verwerten von Industrie-, Sonder- und Hausabfall sowie von Industriegüterwracks unterschiedlicher Zusammensetzung und dergleichen Ent­ sorgungsgut aller Art, dadurch gekennzeichnet, daß das Entsorgungsgut unter Beibehaltung seiner Misch- und Verbundstruktur auf ein Mehrfaches seiner ursprünglich­ en Schüttdichte verdichtet und in verdichteter Form einer Pyrolyse unterzogen wird, daß die Gesamtheit der unter er­ höhtem Druck stehenden Pyrolyseprodukte unmittelbar ohne Zwischenabkühlung einer Hochtemperaturbeaufschlagung unter­ worfen wird, bei der die verdichteten Kohlenstoffanteile der Pyrolyseprodukte unter Spaltung zumindest eines Teils des mitgeführten Wasserdampfes vergast und die gasförmigen Bestandteile aus der Gesamtheit der Pyrolyseprodukte in niedermolekulare Komponenten gespalten und gleichfalls vergast werden, und daß schließlich die metallischen und mineralischen Bestandteile aus der verbleibenden Gesamt­ heit ausgeschmolzen und separiert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochtemperaturbeaufschlagung unter Sauerstoffzugabe derart erfolgt, daß das Kohlendioxid aus der exothermen Reaktion des Kohlenstoffs mit Sauerstoff gemäß der Boudouardschen Reaktion in Kohlenmonoxid umgewandelt wird und daß dabei Temperaturen von mehr als 1500°C auf die Gesamtheit der Reaktionsprodukte einwirken.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Entsorgungsgut zunächst zu geometrisch an eine Behältnisform angepaßten Paketen näherungsweise gleicher Geometrie kompaktiert wird, daß das so kompaktierte Ent­ sorgungsgut mit Hilfe einer Stopfvorrichtung in derar­ tige Behältnisse hineinverdichtet wird und daß das Ent­ sorgungsgut anschließend in diesem verdichtetem Zustand im Behältnis verbleibend der Pyrolyse unterzogen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Behältnisse stirnseitig offene Metallrohre verwendet werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Entsorgungsgut in rohrförmige Behältnisse mit einer Temperatur größer als 100°C hineinverdichtet wird, wo­ bei der entstehende Dampf aus der Feuchte des Entsorgungs­ gutes durch Gasaustrittskanäle des Behältnisses abge­ führt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebehandlung des im verdichteten Zustand im Behältnis verbleibenden Entsorgungsgutes in einem Durch­ laufofen erfolgt, in dem eine Vielzahl der Behältnisse im Umlauf geführt wird.

7. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Entsorgungsgut zumindest während der Kompaktierung mit einem sterili­ sierenden Heißgas durchströmt wird.

8. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnflächen der mit verdichtetem Entsorgungsgut gefüllten rohrförmigen Behältnisse mit thermisch zersetzbaren Folien oder Be­ schichtungen versiegelt werden.