DE4439341A1

DE4439341A1 - Verfahren zur umweltfreundlichen thermischen Verwertung von kontaminiertem Altholz

Info

Publication number: DE4439341A1
Application number: DE19944439341
Authority: DE
Inventors: Hans-Dieter Dr Lehmann
Original assignee: NMI Naturwissenschaftliches und Medizinisches Institut
Current assignee: NMI Naturwissenschaftliches und Medizinisches Institut
Priority date: 1994-11-04
Filing date: 1994-11-04
Publication date: 1996-05-09

Description

1. Technische Aufgabenstellung

Beim Abriß von Gebäuden, bei der Erneuerung von Gleisanlagen oder Telefonleitungen und aus dem Sperrmüll in Form unbrauchbar gewordener Möbel, Fenster und Innenausbauten fallen große Mengen an Altholz an. Wegen der Kontamination mit Holzschutzmitteln, Farben und Lacken, Kunststoffen und Störstoffen ist die direkte Verbrennung dieses Altholzes problematisch und erfordert eine aufwendige Reinigung der Abgase. Mangels geeigneter Verbrennungsanlagen wird das Material heute zumeist ohne Verwertung auf Deponien abgelagert.

Imprägnierungen mit Teerölen, halogenierten Aromaten oder mit Salzen von Schwermetallen dienen als Konservierungsmittel gegen den biologischen Abbau des Holzes oder als Flamm schutzmittel. Sehr häufig werden die Holzschutzmittel in Kombinationen verwendet. Aus Lösungsmitteln oder aus Emulsion aufgebracht werden organische Fungizide und Insektizi de, aus wäßriger Lösung Chrom-, Kupfer-, Arsen-, Silicium-, Bor- oder Fluorhaltige Verbindungen. Als Kunststoffanteile sind von Bedeutung PVC in Form von Beschichtungen und Umleimern, als Bindemittel in Spanplatten verwendete Harnstoff- oder Melamin- Formaldehydharze sowie Klebstoffe. In Form von Bahnschwellen, Balken oder Telefonma sten fällt kontaminiertes Altholz in groß dimensionierten Stücken an, die oft schlecht zu zerkleinern sind wegen Störstoffen in Form von Metallplatten, -schrauben und -klammern. Eine Sortierung des Altholzes für die Entsorgung und die Entfernung der Störstoffe sind unwirtschaftlich wegen der Vielfalt der Kontaminierungen. Analytik und manuelle Demonta ge würden hohen Personalaufwand bedingen.

Die Vernichtung der in unbekannten und wechselnden Mengen und Arten verwendeten Im prägnierungen erfolgt am sichersten durch den reduktiven thermischen Abbau bei der Pyrolyse des Altholzes. Dieses anaerobe Aufbereitungsverfahren ist wegen der chlor haltigen Kontaminationen der direkten Verbrennung des Altholzes vorzuziehen. Alle Schwermetalle werden hier als Sulfide immobilisiert.

Pyrolyse-Verfahren und Verfahrenskombinationen mit z. B. der Pyrolyse-Rückstandsver gasung vor der Verbrennung sind aus der Entsorgung von Siedlungs- und Industrie-Abfällen bekannt. Als Beispiele seien genannt "Thermoselect", das "Schwel-Brenn-Verfahren" der Firma Siemens KWU oder das "Konversionsverfahren" der Firma Noell. Ersteres Ver fahren pyrolisiert im Schubofen, vergast anschließend die Reststoffe bei hoher Temperatur mit Sauerstoff im Unterschuß und trennt dann von der Schlacken- und Metallschmelze ab.

Die beiden letzteren Verfahren führen die Pyrolyse des zerkleinerten Abfalls im Drehrohr durch, trennen die metallischen Begleitstoffe und Grobstoffe ab und zerkleinern den ver sprödeten festen Rückstand zu Staub. Anschließend werden die Pyrolyseprodukte direkt bzw. nach der Vergasung mit Sauerstoff im Unterschuß bei hoher Temperatur verbrannt. Bei der Flugstromvergasung werden die Schadstoffe in einer Schlackenschmelze verglast unschädlich gemacht. Hierfür muß das Schmelzgranulat in Wasser bei allen pH-Werten unlöslich und nichts eluierbar sein. Das Gasgemisch wird hier nach dem Fachmann bekann ten Verfahren vor der Verbrennung von H₂S befreit.

Das Verbrennungsprodukt von Holz ist Asche, welche früher als sogenannte Pottasche ein wichtiger Rohstoff für die Herstellung von Glas, Mineraldünger u. a. war. Nach der Ver brennung verbleibt ein Rückstand von ca. 0,5% Holzasche, welche hauptsächlich aus den Oxiden des Kalium und Calcium sowie Carbonat, Sulfat, Chlorid und Phosphat besteht. Dieser wertvolle Reststoff soll auch dann genutzt werden können, wenn kontaminiertes Altholz thermisch verwertet wird. Eine Aufgabe des erfindungsgemäßen Verfahrens war es, aus diesem Rückstand die Schadstoffe abtrennbar zu machen und ihn in eine nutzbare Form zu überführen. Eine weitere Aufgabe war, die bei den oben genannten Verfahren erforderli che Zerkleinerung von grobstückigem Abfall vor der Pyrolyse zu umgehen. Erst nach der Versprödung des Altholz-Materials soll zerkleinert und der entstandene Kohlenstaub wie das Pyrolyseöl und -gas dem Vergasungsreaktor zugeführt werden.

Erfindungsgemäße Problemlösung

Bei indirekter Beheizung der Pyrolyseapparatur erfolgt die Übertragung der Wärme auf stückiges Altholz nur über das Pyrolysegas. Es besteht nur wenig Kontakt zur beheizten Reaktorwand. Wegen der ungünstigen Relation zwischen der Oberfläche und dem Volumen großer Stücke ist dies unzureichend, wenn ein fester, beweglicher Wärmeüberträger nicht vorhanden ist. Ein mit Staub und Kondensat nicht verklebender billiger Wärmeüberträger ist erforderlich. Der bewegliche feste Wärmeüberträger schützt die Apparatur gegen die Beschädigungen durch schwere bewegte Stücke wie z. B. Balken oder Bahnschwellen. Er wirkt auf die bei der Pyrolyse brüchig werdenden Holzoberflächen abrasiv; er darf aber die Oberfläche der Pyrolyseapparatur nicht schädigen.

Bei der Vergasung des Müll-Pyrolyserückstandes bei sehr hoher Temperatur schützt z. B. bei dem Konversionsverfahren der Firma Noell eine Schlackenschmelze die gekühlte Oberfläche des Reaktors. Sie entsteht aus den mineralischen, vor allem den silikatischen Inhaltsstoffen des Mülls. Nach dem Abschrecken mit Wasser entsteht hier ein Glas, welches die Schwer metallsalze unlöslich einschließt. Im Falle der Altholz-Pyrolyse und -vergasung soll jedoch diese Schlacke zu einem schadstoffreien Wertstoff aufgearbeitet werden. Hierfür ist die Löslichkeit zumindestens eines Teiles der Schlacke anzustreben, damit die wertvollen löslichen Bestandteile der Verwertung zugeführt werden können.

Erfindungsgemäß wird bei der Pyrolyse des Altholzes als Wärmeüberträger ein erst bei der hohen Temperatur im Vergasungsreaktor schmelzendes Material verwendet, welches in seiner Zusammensetzung dem der Pottasche nahe kommt. Ein bevorzugter Wärmeüberträger ist deshalb Knochenkohle, d. h. der Knochenkohlengrus, welcher durch Pyrolyse aus Tierknochen nach der Zerstörung der organischen Substanz erhalten wird. Aus 100 kg Knochen entstehen ca. 60 kg Knochenkohle, die vor allem aus Calciumphosphat und -carbonat sowie aus wenig mineralischem Kohlenstoff bestehen. Das Material besitzt gute Adsorptionseigenschaften und bindet Halogene, z. B. Fluor unter Bildung von Fluorapatit. Der staubförmige Abrieb (Holzkohle und mineralischer Abrieb) wird vom Wärmeüberträger getrennt durch Windsichten oder Sieben unter Inertgas (vorzugsweise Pyrolysegas) und gelangt mit den anderen Pyrolyseprodukten in den Vergasungsreaktor. Es bildet dort die die Reaktorwand schützende Schlackenschmelze.

Das bei der Abschreckung mit Wasser resultierende Glas ist zum Teil löslich. Nach der Filtration der Lösung werden daraus die Schwermetalle naßchemisch nach bekannten Verfahren abgetrennt. Der unlösliche Rückstand wird wieder zu Wärmeüberträger aufge arbeitet nach bekannten Verfahren zur Herstellung von Keramik. Im basischen Material reichern sich hier die Schwermetalle an. Der sich allmählich anreichernde Überschuß aus unlöslichem Material kann gegebenenfalls nach Aufschluß durch Säure aufgearbeitet werden.

Nur zu Beginn des Betriebes der Pyrolyseanlage erfolgt die Befüllung mit preiswerter Knochenkohle. Da die Rohstoffe Phosphat und Alkali für das Wärmeübertragungsgranulat kontinuierlich mit dem Altholzrückstand eingetragen werden, ist als Zuschlag nur Erdalkali carbonat notwendig. Erst unter den Bedingungen der Konversion wird daraus ab ca. 900°C CO₂ abgespalten. In der reduzierenden Atmosphäre des Vergasungsreaktors entsteht mit elementarem Kohlenstoff CO bei Temperaturen oberhalb von 900°C. Das Gasgemisch wird nach dem Fachmann geläufigen Verfahren von H₂S gereinigt und zur Energieerzeu gung verbrannt.

Claims

1. Verfahren zur thermischen Verwertung von Holz mit oder ohne Kontaminationen durch Pyrolyse und Vergasung der Pyrolyseprodukte, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Pyrolyse ein beweglicher Wärmeüberträger verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeüberträger bei einer Temperatur schmilzt, welche höher als die Pyrolysetemperatur und niedriger als die Vergasungstemperatur liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeüber träger ein bewegliches Material ist, welches von Stäuben und Feinkorn abtrennbar ist durch Sieben oder Windsichten unter Inertgas.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeüber träger Knochenkohle oder ein daraus hergestelltes gesintertes Produkt ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeüber träger aus den schlecht wasserlöslichen mineralischen Reststoffen der thermischen Holzverwertung hergestellt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Zuschlagsstoff Carbonate des Ca und/oder Mg verwendet werden.

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die gasförmigen und die wasserlöslichen Reststoffe nach bekannten Verfahren von Schadstoffen befreit und verwertet werden.

8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der schwerlösliche Rückstand nach bekannten Verfahren mit Säure aufgeschlossen, gereinigt und zu Mineraldünger aufgearbeitet wird.