DE4328247A1 - Verfahren zum Pyrolysieren von Abfallstoffen und Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Pyrolysieren von Abfallstoffen und Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens, das insbesondere für Siedlungs- und Industriemüll, Kompost und Klärschlamm anwendbar ist, bedingt auch für Toxide und Erdreichrei­ nigung.

Durch Hitzeeinwirkung werden die Abfallstoffe dabei thermisch zer­ setzt, um deren Volumensreduzierung durch das Abtrennen der sich verflüchtigenden Bestandteile zu bewirken. Bei luftsauerstoffarmen Pyrolysebedingungen soll dazu die Pyrolysetemperatur, zwecks Schad­ stoffvermeidung, eine vorgegebene Temperaturgrenze nicht überstei­ gen.

Es sind Verfahren und Vorrichtungen gemäß dem Oberbegriff des Pa­ tentanspruch 1 bekannt, bei denen heiße Verbrennungsgase einer Be­ feuerung durch Heizrohre geleitet werden, welche durch die Abfall­ stoffe in einem rotierenden Trommelgehäuse hindurchführen und/oder die Wand des die Abfallstoffe beinhaltenden Gehäuses wird durch äu­ ßere Befeuerung erhitzt. Als Hitzemedien dienen hierbei metallene Flächen.

Der Wärmeübergang auf die Partikel der Abfallstoffe erfolgt dabei vornehmlich an deren jeweiliger Kontaktstelle. Bei Berührung der heißen Heizrohre oder der Gehäuseinnenwand durch die Abfallstoffe kann die nur schwer regelbare Kontakttemperatur die vorgegebene Py­ rolysetemperatur schadstofferzeugend weit übersteigen, obwohl sich die Pyrolysetemperatur in der Masse regelrecht darstellt. Auch wird eine beträchtliche Wärmemenge nutzlos im Pyrolysegas abgeführt, wie auch in den Verbrennungsgasen der Befeuerung, beziehungsweise deren Nutzung bedarf aufwendiger Anlagentechnik.

Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Die Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, löst diese Aufgabe durch einen wärmeverlustarmen und gleichmäßig verteilten Eintrag eines gasför­ migen Hitzemediums direkt in die zu pyrolysierende Masse der Abfall­ stoffe, bei exakt geregelter Einhaltung der vorgegebenen Pyrolysetem­ peratur und einer weitestgehenden Nutzung der Pyrolyseabgaswärme und die Wärme der Verbrennungsgase aus der Befeuerung.

Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind insbesondere die, der bei diesem Verfahren durch die erfindungsgemäßen Vorrichtungen möglichen Anwendbarkeit von überhitztem Dampf zur Pyrolyse von Ab­ fallstoffen. Hochtemperaturfähig und mit einer großen Wärmekapazi­ tät ist er bis kurz vor seinem Kondensationspunkt als Hitzemedium geeignet. Vorteilhaft ist auch die hierbei mögliche Wiederverwend­ barkeit von Abdampf aus vorhergehender Anwendung, nach dessen Über­ hitzung und daß diese in einer Gegenstrombeheizung hierzu energie­ sparend und regelbar erfolgen kann, wobei die Abwärme noch zur Dampferzeugung genutzt wird. Der überhitzte Dampf überträgt die Hit­ ze temperaturgeregelt allseitig auf die Partikel der Abfallstoffe, gleichmäßig und gleichzeitig in der gesamten Masse, bei der Vorpy­ rolyse unterstützt durch die Mischbewegung und die, die Partikel­ oberfläche vergrößernde Zerkleinerung, bei der Pyrolyse durch die Druckimprägnierung des Hitzemediums, bei kontinuierlicher Zuführung und Durchgang durch die Masse. Die Wärmenutzung des Pyrolyseabgases im Förderschneckendurchgang und in der Gehäuseummantlung zum Vor­ wärmen der Abfallstoffe erfolgt ohne großen Aufwand. Besonders ist die autogene Verdichtung zur Restentwässerung und Brikettierung zu erwähnen, die durch den doppelwandigen Zylinder ermöglicht und des­ sen Kühlung erzeugt wird. Die dabei erfolgende Kondensation des in­ stehenden Dampfes beaufschlagt die Innenwand des Außenzylinders, so daß Kondensationsfeuchtigkeit von den Pyrolysestoffen im inneren Zylinder fernbleibt. Wie herkömmlich behandelt kann das Pyrolyseab­ gas in bekannter Weise verfeuert werden zur Beheizung, wie auch die Pyrolysereststoffe.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich einen Ausfüh­ rungsweg darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigt in einer Figur im Längsschnitt den zweiphasigen Verfahrensablauf mit Vorrich­ tungen zur Durchführung, schematisch und unmaßstäblich.

Das Verfahren läuft in einer Vorpyrolyse bei Atmosphärendruck in einer Erhitzungskammer und in einer Pyrolyse mit Druckimprägnierung bei Niederdruck in einem Zylinder ab. Beide Phasen können im Wech­ sel gleichzeitig erfolgen.

Die dargestellte Einrichtung zeigt unter anderem ein Fördergehäuse (1) und Förderschnecke (2) mit äußerem Antrieb (3), welche die Ab­ fallstoffe chargenweise im Intervall jeweils zur Vorpyrolyse in die Erhitzungskammer (5) transportiert. Axial durch die Förderschnecke (2) ist ein konisch ausgebildeter Durchgang (4) geschaffen, durch den die Pyrolyseabgase aus der vorgeschalteten, trommelförmigen Erhitzungskammer (5) durch ein Filtersieb abgeführt werden. Da­ bei wird Wärme über den Förderschneckenkörper auf die kontaktier­ enden Abfallstoffe übertragen zum Vorwärmen. Der sich in Förderrich­ tung verjüngende Durchgang (4) besitzt nach hinten ein Gefälle zum Abfließen von sich eventuell bildender Kondensflüssigkeit. Mit dem Pyrolyseabgas gelangt diese in den Abführleitungsanschluß (6) zur wei­ teren Behandlung. Durch den Durchgang (4) ist eine außen separat an­ getriebene Rotorwelle (7) angeordnet, die bis durch die Erhitzungs­ kammer (5) führt und dort mit einem Schneidflügelrotor (8) versehen ist. Dessen Flügel sind an der Drehrichtungsseite zu Schneiden aus­ gebildet und zum Zerkleinern und Mischen vorgesehen, während der Vorpyrolyse. Unten ist die Erhitzungskammer (5), außer mit einem Ab­ fluß, mit einem Einlaß (9) für den überhitzten Dampf versehen, der während des Mischvorgangs eingeführt wird. Unterseitig ist an der Erhitzungskammer (5) eine Öffnung mit Schiebeverschluß (12.1) zum Abführen der vorpyrolysierten Abfallstoffe nach Erreichen einer er­ forderlichen Temperaturgrenze in der Masse angebracht. Durch einen Schacht verbunden ist darunter ein Zylinder (11) horizontal befes­ tigt, der im Schachtbereich mit einer hermetisch verschließbaren Öffnung (12) versehen ist. Die Öffnungen 12.1 und 12 werden mittels bekannter Vorrichtungen betätigt zum Abführen der vorpyrolysierten Masse zum druckimprägnierten Pyrolysevorgang im Zylinder. Der Zylin­ der (11) ist einseitig mittels Deckel fest verschlossen und ander­ seitig mittels Türe (18) hermetisch und druckgesichert verschließbar mit bekannten Vorrichtungen. Sie dient zur Entnahme der brikettierten Pyrolysereststoffe. Im Zylinder (11) ist, mit Ringspalt beabstan­ det, ein Innenzylinder (13) fest integriert, der im Bereich der Öff­ nung (12) einen Ausschnitt (14) aufweist, durch den die vorpyroly­ sierten Abfallstoffe in den Innenzylinder (13) hineinfallen. Unter­ seitig ist der Innenzylinder (13) mit Durchlässen (16) versehen, zum Ab­ laufen von Flüssigkeit und zum kontinuierlichen Einführen von über­ hitztem Dampf zur Druckpyrolyse in der Masse. Durch die Unterseite des Zylinders (11) sind dazu Einlaßdüsen (10) mit Ventil installiert, die in einige Durchlässe einmünden. Ebenfalls ist durch die Zylin­ derunterseite ein Abfluß (19) mit Ventil installiert, zum Ablaufen von Flüssigkeit. Im Innenzylinder (13) ist ein Kolben (15) beweg­ lich angeordnet, mit einer nach außen führenden Kolbenstange (17). Dieser wird teilweise mechanisch und durch den Vakuumeffekt bewegt.

Die in den Innenzylinder (13) hineingefallenen, vorpyrolysierten Abfallstoffe werden zunächst mechanisch auf eine Zylinderseite ge­ schoben. Durch Zuführung von überhitztem Dampf durch die Einlaßdüsen (17) wird eine druckimprägnierte Pyrolyse produziert. Überschüssiges Pyrolyseabgas entweicht durch das Überdruckventil (20). Nach Pyro­ lyseabschluß durch Erreichen einer Temperaturgrenze, wird ein Vaku­ umzustand in den Zylindern erzeugt. Dazu wird die Außenfläche des Zylinders (11) mit Wasser gekühlt, wodurch innen bekannterweise ei­ ne Kondensation ein Vakuum erzeugt. Dazu sind die Ventile (0) zu. Damit entstehender Außendruck auf den Kolbenstangenquer­ schnitt bewegt den Kolben (15) zur Verdichtung und Brikettierung der Pyrolysereststoffe. Das durch die Oberseite des Zylinders (11) installierte Überdruckventil (20) leitet das überschüssige Pyrolyse­ abgas in den Zwischenraum der Ummantlung (21) des Fördergehäuses (1), von wo ein Durchlaß (22) zur Abführleitung (6) geschaffen ist.

Der verwendete Dampf wird durch einen Dampferzeuger (nicht gezeich­ net) bereitet oder aus einer vorausgegangenen Anwendung luftfreige­ wonnen. Zur Anwendung wird er in bekannter Gegenstrombeheizung hoch­ gradig überhitzt. Abwärme hiervon wird zur Dampferzeugung verwendet. Mittels bekannter Einrichtungen wird die Überhitzungstemperatur mit Dosierung der Befeuerung geregelt. Die vorausgegangenen Anwendungen des Dampfes können Heizzwecke sein, oder Kraftanwendungen zum Erzeu­ gen von Bewegungsenergie. Zuführrohr (23) vom Überhitzer (nicht gez.).

Alternativ zu den Öffnungen (12) und (12.1) kann für das Hindurchfallen der vorpyrolysierten Abfallstoffe auch eine Walze mit axial läng­ lichem Schlitz (nicht gezeichnet), abdichtend und hin und her dreh­ beweglich, im Schacht angeordnet sein.

Die Rotorwelle (7) des Flügelrotors (8) kann alternativ direkt vor der Erhitzungskammer (5) angetrieben werden (nicht gezeichnet) wo­ mit sich der Rotorwellenbereich im Durchgang (4) erübrigt.

Claims (5)

1. Verfahren zum Pyrolysieren von Abfallstoffen, das insbesondere fuhr Siedlungs- und Industriemüll, Kompost und Klärschlamm anwend­ bar ist, bedingt auch für Toxide und Erdreichreinigung, dadurch gekennzeichnet, daß die Pyrolyse zur Volumensreduzierung an Abfallstoffen mittels überhitztem Dampf als Hitzemedium vorge­ nommen wird, daß die Abfallstoffe mit überhitztem Dampf dabei di­ rekt beaufschlagt werden, in einer Erhitzungskammer, daß die Abfall­ stoffe dabei mischbewegt und zerkleinert werden, daß pyrolysierte Masse der Abfallstoffe in einem Zylinder mit überhitztem Dampf druckimprägniert wird und folgend unter Vakuumeffekt mittels Kol­ ben autogen verdichtet und brikettiert wird, daß dazu die Zylinder­ außenwand gekühlt wird, daß der angewendete Dampf aus einer vorher­ gehenden Anwendung stammt, oder direkt erzeugt, in einer Gegenstrom­ beheizung überhitzt wird und deren Abwärme genutzt wird zur Dampf­ erzeugung.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß axial durch die Förderschnecke (2) ein konischer Durchgang (4) geschaffen ist und daß in diesem die Rotor­ welle (7) angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Erhitzungskammer (5) ein Schneid­ flügelrotor (8) an der Rotorwelle (7) angebracht ist, dessen Flügel an der Drehrichtungsseite zu Schneiden ausgebildet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Zylinder (11) ein Innenzylinder (13) mit einem Ringspalt beabstandet angeordnet ist, in dessen Untersei­ te Durchlässe/Perforationen (16) angebracht sind und in den ein Kolben (15) beweglich integriert ist, mit nach außen führender Kol­ benstange (17).

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fördergehäuse (1) teilweise eine beabstandete Ummantelung (21) aufweist und daß vor dem Fördergehäu­ se (1) eine Erhitzungskammer (5) angeordnet ist, in Trommelgestalt.