DE4136438C2 - Verfahren zur thermischen Steuerung von Drehrohrverbrennungsanlagen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur thermischen Steuerung von Drehrohrverbrennungsanlagen.

Die thermische Entsorgung von Sonderabfällen in Drehrohr­ öfen ist seit langem bekannt. Das Verbrennen von Sonder­ abfällen mit dem Ziel der Volumenreduktion und Inertisie­ rung der Verbrennungsrückstände darf zur Emissionsmini­ mierung nur unter eindeutig definierten Randbedingungen durchgeführt werden. Hierbei sind die Verbrennungsführung im Drehrohrofen und die Einhaltung vorgegebener Tempera­ turen in der Nachbrennkammer zentrale Forderungen. Um diesen Forderungen für eine umweltverträgliche Verbren­ nung nachzukommen, wird seit langem mit wenig Erfolg versucht, aus dem heterogenen Abfallanfall durch Zerklei­ nern und Mischen, verbunden mit einem überproportionalen analytischen Aufwand, Verbrennungsmenues mit möglichst gleichbleibenden Verbrennungseigenschaften zu gewinnen, um eine optimale Ausregelung der Verbrennung unter mini­ miertem Einsatz heizwertreicher fluider Abfälle, heiz­ wertreicher Abfallgase oder, wenn letztere nicht zur Verfügung stehen, unter Einsatz wertvoller Primärener­ gieträger, wie leichtem Heizöl oder Erdgas, zu erreichen.

Aus Dorner, Wolf G. "Pyrolyse beseitigt Kunststoffab­ fälle", in Technische Rundschau 44/86, Seiten 70 bis 73, ist es bekannt, organische Abfallstoffe in einem Dreh­ rohrofen bei einer Temperatur von 500°C zu pyrolysieren und die dabei anfallenden Wertstoffe aus dem Prozeß auszuschleusen.

Heitmann, Aloys "Thermische Behandlung von Sonderabfäl­ len", in Chemie-Ing.-Technik 55 (1983) Nr. 5, Seiten 335 bis 341, beschreibt die Möglichkeit, das bei der Pyrolyse anfallende Gas durch Quenchen und eine mehrstufige Kon­ densationswäsche zu reinigen und zur indirekten Heizung des Drehrohrofens zu verwenden, wie auch das Gas in einer Nachbrennkammer zu verbrennen.

Die DE-OS 21 08 008 beschreibt Abfallstoffe wie z. B. Polyolefine, Polyester, Polyamide, Polyurethane und deren Abfallprodukte aus der Fertigung, die einer Pyrolyse unterzogen werden.

In der Praxis müssen trotz der vorgenannten Anstrengungen bis zu 40% der thermisch zu behandelnden Abfallmenge aus heizwertreichen fluiden Abfällen bestehen oder zusätzlich beispielsweise Deponiegas zur Verfügung stehen, damit die Feuerung optimal gesteuert und die erforderlichen Nach­ verbrennungstemperaturen eingehalten werden können.

Die in den letzten Jahren zunehmend erkennbaren Ver­ änderungen der Sonderabfallzusammensetzung zeigen zu­ dem, daß die Anteile an Lösemitteln und Altölen und damit generell der Anteil an dosierbaren heizwert­ reichen Abfällen rückläufig sind, während der Anteil an wasserreichen Dünnschlämmen und heizwertarmen Fest­ stoffen zunimmt. Die Ursachen hierfür liegen unter anderem darin, daß flüssige Kohlenwasserstoffe ver­ stärkt recycelt bzw. als Ersatzbrennstoffe in energie­ intensiven Produktionen (z. B. in Zementwerken) ver­ brannt werden.

Die Sonderabfallverbrennung hat einen technologischen Stand erreicht, der die umweltschonende Behandlung von Abfällen erlaubt. Umweltschonend im Sinne der gehobe­ nen Ansprüche zur Emissionsrückhaltung, die ihren Nie­ derschlag im Bundes-Emissionsschutzgesetzt und seinen Verordnungen gefunden haben. Im übrigen begünstigt auch diese Umweltgesetzgebung Matrixveränderungen bei Son­ derabfällen in oben genanntem Sinne. Dieser technolo­ gische Stand erfordert jedoch nicht nur die Verfügbar­ keit entsprechender Prozeßapparate, sondern auch die der notwendigen Prozeßmedien. So ist das Erzielen einer auslaugungssicheren Schlackenqualität von der ausrei­ chenden Verfügbarkeit von Stützenergieträgern abhängig, die einen hohen Grad an Wärmeentbindung im Drehrohr ge­ währleisten. Außerdem erfordern die für einen Schad­ stoffabbau in der Nachbrennkammer einzuhaltenden Pro­ zeßtemperaturen geeignete Energieträger. Ein weiterer Bedarf an Stützenergieträgern ist auch für Primärmaß­ nahmen zur Schadstoffminimierung zu erwarten, wie sie in modernen Konzepten von Nachbrennkammern erprobt wer­ den.

Der Anteil hochkalorischer flüssiger Abfälle am gesam­ ten Sonderabfallinput erreicht heute erfahrungsgemäß nur noch ca. 18%. Bei den oben genannten Tendenzen im Sonderabfallaufkommen steht zu erwarten, daß in Zukunft diese Abfallarten als Stützenergielieferanten nicht mehr zur Verfügung stehen und dies dazu führt, daß die thermische Behandlung von Sonderabfällen unter den festgeschriebenen Bedingungen nur bei Einsatz wert­ voller Primärenergieträger, wie leichtem Heizöl oder Erdgas, möglich sein wird.

Anderweitige Möglichkeiten zur Stützenergieversorgung von Drehrohrverbrennungsanlagen sind begrenzt. Schließt man den Einsatz von Primärenergieträgern und die Ver­ fügbarkeit unkonventioneller Energien aus und berück­ sichtigt, daß der Luftvorwärmung mit oberen Arbeitstem­ peraturen im Bereich von 400°C Grenzen gesetzt sind, verbleibt nur noch die Möglichkeit, geeignete Energie­ träger zu generieren.

Diesem Mangel der Drehrohrverbrennung, daß über das Sonderabfallaufkommen hinaus zum umweltschonenden Ver­ brennen von Sonderabfällen wertvolle Primärenergieträ­ ger verbrannt werden müssen, die eine zusätzliche, ver­ meidbare Umweltbelastung ergeben, nur weil Abfallener­ gie nicht in der geeigneten Erscheinungsform zur Ver­ fügung steht, wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren begegnet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Drehrohr­ verbrennung mit der Verwertung anderer Abfallstoffe bzw. Reststoffe oder der thermischen Vorentgiftung spezieller überwachungsbedürftiger Abfälle dergestalt zu kombinie­ ren, daß diese Abfallstoffe, Reststoffe oder überwa­ chungsbedürftigen Abfälle zur Erzeugung von für die Steuerung der Drehrohrverbrennung geeigneten Energieträ­ gern eingesetzt werden.

Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren zur thermischen Steuerung von Drehrohrverbrennungsanlagen, welches sich dadurch auszeichnet, daß zur Erzeugung von regelbaren Energieträgern aus beliebigen Stoffen mit organischer Struktur, insbesondere aus kohlenwasserstoff­ haltigen Abfallstoffen, durch eine gezielte thermische Umwandlung, vorzugsweise durch Pyrolyse bei Temperaturen zwischen 500 und 1000°C, ein Spaltgas, das nur zu einem speicherbaren und mit herkömmlichen Aggregaten kompri­ mierbaren Brenngas mit Heizwerten zwischen 16 000 und 34 000 kJ/Nm³ aufgearbeitet wird, ölige brennbare Konden­ sate und mehr oder weniger brennbare Rückstände erzeugt werden, die in geschlossenen Kreisläufen zu lagerfähigen Stoffströmen mit akkumulierten Energieinhalten und unter Auskoppelung verwertbarer Stoff-Fraktionen aufgearbeitet werden und die dann einzeln oder gemeinsam zur Ausrege­ lung einer umweltverträglichen Drehrohrverbrennung von energiearmen selbstgängig nicht brennbaren überwachungs­ bedürftigen Abfallstoffen eingesetzt werden.

Zur erfindungsgemäßen Lösung der Aufgabenstellung können grundsätzlich drei Ansätze unterschieden werden: Zum einen können überwachungsbedürftige Abfälle (sogenannte Sonderabfälle), bei denen die umweltverträgliche Entsor­ gung im Vordergrund steht, zur Erzeugung geeigneter Stützenergien herangezogen werden, wobei die kritischen Stoffinhalte des Abfallinputs in einem der Abprodukte der Pyrolyse akkumuliert und danach der Drehrohrverbrennung in dosierter und prozeßverträglicher Konzentration aufge­ geben werden können.

Zum anderen können überwachungsbedürftige Abfälle zur Erzeugung geeigneter Stützenergien herangezogen werden, bei denen mit der thermischen Spaltung unter Ausschluß von Luftsauerstoff gleichzeitig eine Vorentgiftung erreicht wird, die auch insbesondere durch die spezielle Nachbehandlung der Spaltgase das Erreichen einer möglichst emissionsarmen Drehrohrverbrennung nachhaltig unterstützt.

Desweiteren können Abfälle jeglicher Art zur Erzeugung geeigneter Stützenergien eingesetzt werden und dies gekoppelt mit Stoffrecycling-Schwerpunkten, indem Me­ talle, Pyrolysekoksfraktionen, besondere Salzarten und auch gefragte Fraktionen der organischen Kondensate ausgeschleust und verwertet werden.

Besonders bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsge­ mäßen Verfahrens zeichnen sich dadurch aus, daß

• - feste energiereiche Abfallstoffe aus der Gruppe überwachungsbedürftiger Abfälle eingesetzt werden,
• - kunststoffhaltige Reststoffe- bzw. Abfallsorten, wie beispielsweise Leiterplatten- und Elektronikabfälle oder metallhaltige kaschierte Verpackungsabfälle oder Autoshredderabfälle, unter Beachtung besonders spezifischer Recyclingschwerpunkte, wie beispiels­ weise dem gleichzeitigen Ziel der Metallrückgewin­ nung, eingesetzt werden,
• - Abfallstoffe eingesetzt werden, deren umweltgerechte Beseitigung durch Verbrennen aufgrund von Beimengun­ gen an bekannten Prekursoren für die Bildung von ha­ logenierten Dibenzodioxinen und Dibenzofuranen als besonders kritisch angesehen wird, wie beispielswei­ se von Abfallstoffen mit Beimengungen an halogenier­ ten Bi- und Terphenylen, halogenierten Phenolen, ha­ logenierten Diphenyläthern oder ähnlichen Verbin­ dungen, wobei die Pyrolyse gleichzeitig als Stufe zur Minimierung der Prekursoren-Konzentrationen und die gezielte Gasreinigung durch Quenchen und Kon­ densationswäsche als Senke für die Abscheidung von Resten halogenierter Dibenzodioxine und Diben­ zofurane dient,
• - das Brenngas sowohl für die Ausregelung der Dreh­ rohrverbrennung als auch zur Wärmebedarfsdeckung der thermischen Spaltung, vorzugsweise für die indirekte Beheizung der Pyrolyse, geeignet ist, für letztere Verwendung unter der Maßgabe, daß die heißen Rauch­ gase aus der indirekten Pyrolysebeheizung entweder direkt oder nach Wärmenutzung oder auch im gemisch­ ten Betrieb zur Ausregelung einer NO_x-armen Verbren­ nung bei den Stützbrennern der Nachbrennkammer des Drehrohrsystems verwendet oder dem Rauchgasstrom des Verbrennungssystems an geeigneter Stelle zugeführt werden, so daß von dem kombinierten Gesamtsystem der Abfalldrehrohrverbrennung einschließlich dem Vor­ schaltverfahren zur Erzeugung regelbarer Energieträ­ ger, Rauchgas nur an einer kontinuierlich regi­ striert kontrollierten Stelle emittiert wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird anhand der nachfol­ genden Ausführungsbeispiele näher beschrieben.

Beispiel 1

Parallel zum Drehrohrofen wird eine Drehrohr-Pyrolyse betrieben. Kohlenwasserstoff- und/oder kohlenhydrathalti­ ge Abfälle, Reststoffe, Sonderabfälle oder Stoffe mit noch anderer organischer Struktur oder sonstige organi­ sche Stoffe werden in der Pyrolyse-Trommel bei Temperatu­ ren um 650°C verschwelt. Aus dem dabei entstehenden Pyrolysegas werden in einer mehrstufigen Reinigung ein stapelbares und mit herkömmlichen Aggregaten komprimier­ bares Reingas erzeugt und organische Kondensate isoliert. Das Öl kann, sofern eine Kontaminierung mit z. B. halo­ genorganischen Verbindungen vorliegt, in einem gesonder­ ten Aufarbeitungsschritt dekontaminiert werden. Die Öle können bis zu einer energetischen Verwendung sowohl kontaminiert als auch dekontaminiert zwischengelagert werden. Die festen Reststoffe werden kaskadenartig aufbe­ reitet. Hierbei werden Wertstoffe, wie z. B. Metalle, aber auch Inerte abgetrennt und der Koksstaub bei ausrei­ chendem Kohlenstoffgehalt über eine Staubfeuerung dem Drehrohrofen aufgegeben oder aber als Energieträger aus dem Pro­ zeß ausgekoppelt und anderweitig verwendet. Feste Rückstände aus dem Pyrolyse-Prozeß, die weder als Wertstoffe verwertet noch als Inertstoffe deponiert werden können, werden zusammen mit den festen Son­ derabfällen der Drehrohrverbrennung zugeführt. Der Wärmebedarf für die indirekte Beheizung des Pyro­ lyse-Drehrohres wird durch Verbrennen des gereinigten Spaltgases gedeckt. Die heißen Rauchgase aus dieser Py­ rolyssebeheizung mit Temperaturen von ca. 700°C fallen in emissionsgerechter Reinheit an und werden entweder direkt oder nach Wärmenutzung zur Ausregelung einer NO_x-armen Verbrennung im Strömungsfeld der Stützbrenner der Nachbrennkammer des Drehrohrofens aufgegeben.

Beispiel 2

Es werden kunststoffhaltige Reststoffe- bzw. Abfälle, wie Leiterplattenabfälle, für die Erzeugung geeigneter Stützenergieträger pyrolisiert. Nach Reinigung des durch thermische Spaltung unter Ausschluß von Luft­ sauerstoff erzeugten Spaltgases stehen ca. 18 bis 30% des Inputs als gereinigtes Brenngas zur Verfügung. Als Produkt der Gasreinigung werden ca. 12 bis 25% orga­ nische Kondensate isoliert. Der kohlenstoffhaltige Py­ rolyserückstand beträgt ca. 48 bis 55% des Inputs und enthält ca. 15 bis 20% metallische Beimengungen. Nach Abtrennung der Metalle, die hierbei in 85 bis 97%iger Reinheit anfallen, enthält der Restkoks im Mittel noch ca. 5% Kupfer und ca. 2% Antimon. Leiterplattenma­ terialien werden mit Hilfe bromierter Flammhemmer und Antimontrioxid schwerentflammbar ausgerüstet. Das Brom wird während der pyrolytischen Behandlung als Halogen­ wasserstoff abgespalten und in der Spaltgasreinigung als Salz abgeschieden. Der Restkoks, mit Heizwerten zwischen 23 000 und 30 000 kJ/kg, eignet sich staub­ förmig zur Aufgabe über einen Stirnwandstaubbrenner als Stützbrennstoff für den Drehrohrofen, ist aber auch aufarbeitungswürdig für Verwendungen, wie beispiels­ weise den Einsatz als Elektrodenkoks.

Beispiel 3

Es werden Abfallstoffe eingesetzt, deren umweltgerechte Beseitigung durch Verbrennen aufgrund von Beimengungen an bekannten Prekursoren für die Bildung von haloge­ nierten Dibenzodioxinen und Dibenzofuranen als beson­ ders kritisch angesehen werden, wie beispielsweise ha­ logenierte Bi- und Terphenyle, halogenierte Phenole, halogenierte Diphenlyäther oder ähnliche Verbindungen als Bestandteil von Schmier- und Hydraulikölen oder als Weichmacher von Kunststoffen oder als Dielektrikum ne­ ben organischen und metallischen Feststoffen in elek­ trischen Bauteilen u. a. m. Die Pyrolyse als Verfahren, bei dem neben der Spaltung der organischen Struktur auch Dehydrohalogenierungsreaktionen ablaufen, mini­ miert gleichzeitig die Prekursoren-Konzentrationen, während die Gasreinigung in Form einer speziellen mehr­ stufigen Kondensationswäsche als Senke für die Abschei­ dung von Resten halogenierter Dibenzodioxine und Diben­ zofurane wirkt. Wechselnde Halogengehalte des Pyrolyse­ inputs bis zu ca. 10% Chlor sind ohne nachhaltigen Einfluß auf den Resthalogengehalt der aus dem Spaltgas isolierten organischen Kondensate. In der Regel ent­ halten die organischen Kondensate noch ca. 0,1% orga­ nisch gebundenes Chlor, wovon Konzentrationen im zwei­ stelligen ppm-Bereich von beispielsweise Restgehalten an polyhalogenierten Diphenylen und Konzentrationen im zweistelligen ppb-Bereich von halogenierten Dibenzodi­ oxinen und Dibenzofuranen beansprucht sein können. Für die weitere Verwendung der in genannter Größenordnung kontaminierten organischen Kondensate als fluider Ener­ gieträger oder auch für die stoffliche Verwertung wer­ den sie in einer Sumpfphasen-Dehalogenierung nachbe­ handelt, wobei oben genannte Verbindungen bis unter Nachweisgrenze abgebaut werden. Die Qualität der aus den Spaltgasen durch Kondensations-Reinigung erzeugten Brenngase schwankt nur in engen Grenzen und ist weit­ gehend unabhängig von der Art des Input, da es nach der Gasreinigung etwa nur aus den bei 20°C permanent gas­ förmigen Spaltprodukten besteht.

Claims (5)

1. Verfahren zur thermischen Steuerung von Drehrohr­ verbrennungsanlagen, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung von regelbaren Energieträgern aus beliebigen Stoffen-mit organischer Struktur, insbe­ sondere aus kohlenwasserstoffhaltigen Abfallstoffen, durch eine gezielte thermische Umwandlung, vorzugs­ weise durch Pyrolyse bei Temperaturen zwischen 500 und 1000°C, ein Spaltgas, das nur zu einem spei­ cherbaren und mit herkömmlichen Aggregaten kompri­ mierbaren Brenngas mit Heizwerten zwischen 16 000 und 34 000 kJ/Nm³ aufgearbeitet wird, ölige brenn­ bare Kondensate und mehr oder weniger brennbare Rückstände erzeugt werden, die in geschlossenen Kreisläufen zu lagerfähigen Stoffströmen mit akkumu­ lierten Energieinhalten und unter Auskoppelung ver­ wertbarer Stoff-Fraktionen aufgearbeitet werden und die dann einzeln oder gemeinsam zur Ausregelung einer umweltverträglichen Drehrohrverbrennung von energiearmen selbstgängig nicht brennbaren überwa­ chungsbedürftigen Abfallstoffen eingesetzt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß feste energiereiche Abfallstoffe aus der Gruppe überwachungsbedürftiger Abfälle eingesetzt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß kunststoffhaltige Reststoffe- bzw. Abfallsorten, wie beispielsweise Leiterplatten- und Elektronikab­ fälle oder nietallhaltige kaschierte Verpackungsab­ fälle oder Autoshredderabfälle, unter Beachtung be­ sonders spezifischer Recyclingschwerpunkte, wie bei­ spielsweise dem gleichzeitigen Ziel der Metallrück­ gewinnung, eingesetzt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Abfallstoffe eingesetzt werden, deren umweltge­ rechte Beseitigung durch Verbrennen aufgrund von Beimengungen an bekannten- Prekursoren für die Bil­ dung von halogenierten Dibenzodioxinen und Dibenzo­ furanen als besonders kritisch angesehen wird, wie beispielsweise von Abfallstoffen mit Beimengungen an halogenierten Bi- und Terphenylen, halogenierten Phenolen, halogenierten Diphenyläthern oder ähnli­ chen Verbindungen, wobei die Pyrolyse gleichzeitig als Stufe zur Minimierung der Prekursoren-Konzen­ trationen und die gezielte Gasreinigung durch Quen­ schen und Kondensationswäsche als Senke für die Ab­ scheidung von Resten halogenierter Dibenzodioxine und Dibenzofurane dient.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Brenngas sowohl für die Ausregelung der Drehrohrverbrennung, als auch zur Wärmebedarfsdec­ kung der thermischen Spaltung, vorzugsweise für die indirekte Beheizung der Pyrolyse, geeignet ist, für letztere Verwendung unter der Maßgabe, daß die heißen Rauchgase aus der indirekten Pyrolysebehei­ zung entweder direkt oder nach Wärmenutzung oder auch im gemischten Betrieb zur Ausregelung einer NO_x-armen Verbrennung bei den Stützbrennern der Nachbrennkammer des Drehrohrsystems verwendet oder dem Rauchgasstrom des Verbrennungssystems an ge­ eigneter Stelle zugeführt werden, so daß von dem kombinierten Gesamtsystem der Abfalldrehrohrver­ brennung, einschließlich dem Vorschaltverfahren zur Erzeugung regelbarer Energieträger, Rauchgas nur an einer kontinuierlich registriert kontrol­ lierten Stelle emittiert wird.