DE3338478A1 - Verfahren zur abfallbeseitigung - Google Patents

Verfahren zur abfallbeseitigung

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    • Y02E20/12—Heat utilisation in combustion or incineration of waste

Description

Andrejewski, Honke & Partner, Patentanwälfe in Essen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abfallbeseitigung und -Vergasung, insbesondere von Haushaltsmüll, bei welchem das Gut duroh eine gasdichte Gutentnahme in die Gicht eines Schachtofens eingebracht wird.
Das Problem bei der Vergasung von Müll nach bekannten Verfahren besteht darin, daß die Temperatur in der letzten Vergasungsstufe sowie des im Reaktor erzeugten Gases zu niedrig ist. Der Grund dafür liegt teilweise darin, daß Abfälle oder Müll einen niedrigen Wärmegehalt und einen hohen Wassergehalt haben.
Derart niedrige Vergasungstemperaturen verursachen verschiedene Nachteile, wie z.B.:
Kohlenwasserstoffverbindungen werden nur unvollständig zerlegt, was zu problematischer "Teerbildung" im Gassystem führt, und Bestandteile, welche nicht verdampft werden können werden als feste Asche ausgetragen, in welcher die Bestandteile gelöst oder ungebunden sind, was wiederum zu Ablagerungsproblemen in Form von Staubbildung führt, während außerdem schädliche Substanzen leicht aus der Asche ausgelaugt werden können.
Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, die vorgenannten Nachteile auszuschalten und ein Verfahren anzugeben, welches im wesentlichen vom Wassergehalt und der Zusammensetzung des ankommenden Gutes unabhängig ist, wobei außerdem der Energieverbrauch zur Durchführung dieses Verfahrens geringer sein soll als bei den bisher angewandten
ORiGIHAS
Andrejewski, Honke & Partner, Patentanwälte in Essen
Verfahren, während als Resultat ein wertvolles Verfahrensgas erzeugbar sein soll.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist das erfindungsgemäße Verfahren der eingangs genannten Art im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß das ankommende Gut vorgetrocknet und vorvergast wird, während es mit Verfahrensgas zusammenströmt, und daß neben der während der Verbrennung erzeugten Wärmeenergie eine gesteuerte Zusatzmenge an Wärmeenergie durch vollständig oder teilweise elektrisch erhitztes Gichtgas zugeführt wird.
Die Erhitzung des Gichtgases kann durch Plasmageneratoren, elektrische Widerstandselemente und/oder indirekt in Wärmetauschern durchgeführt werden.
Vorzugsweise wird allerdings wenigstens ein Plasmagenerator in dem Verfahren verwendet. Auf diese Weise kann das Gas eine extrem hohe Energiemenge pro Volumeneinheit erhalten und die Verdampfungs- und Verschlackungstemperaturen können extrem genau gesteuert werden.
Die Erhitzung von Gichtgas mit Hilfe von Plasmageneratoren kann auf verschiedene Weise durchgeführt werden. So kann das Gichtgas vollständig oder teilweise durch den Plasmagenerator hindurchgeschickt werden. Außerdem kann mehr oder weniger Gichtgas im Anschluß an den Plasmagenerator beigemischt werden.
BAD ORIGINAL Andrejewsld, Honke & Partner, Patentanwälte in Essen
.6-
Normalerweise wird Luft als Gichtgas verwendet. Unter nor- ; malen Bedingungen ist es allerdings wichtig, die Gefahr von ■ Stickstoffdioxidbildung auf ein Mindestmaß herabzusetzen, \ was dadurch erreicht werden kann, daß Dampf im Plasmagenerator erhitzt wird, und dieser erhitzte Dampf dann zur Erhitzung des Hauptgasstromes ausgenutzt wird. Es können auch < andere Gase, beispielsweise verschiedene Kohlenwasserstoffe, ; rezirkuliertes Verfahrensgas usw., beigemischt werden.
Indem zusätzliche Wärmeenergie durch vorgewärmtes Verfahrens- . gas oberhalb der Aufgabehöhe an der Gicht des Schachtofens ' zugeführt wird, wird das ankommende Gut vorgetrocknet und | vorvergast, während es mit dem Verfahrensgas in den Ofen
strömt. Einer der Vorteile dieser Maßnahme besteht darin, ; daß die Hauptmenge des Wassergehaltes nicht zerlegt zu werden j braucht und eine geringe Menge des eintretenden Kohlenstoffs j zu Kohlendioxid oxidiert werden kann, ohne im Abgas eine zu ! niedrige Temperatur zu erhalten. Dieser Wasserentzug und
diese Oxidation eines Teiles des Kohlenstoffs verringert den j Bedarf an zusätzlicher Wärmeenergie beträchtlich. j
Weitere Merkmale und Besonderheiten des erfindungsgemäßen ! Verfahrens ergeben sich aus der nachstehenden eingehenden ' Beschreibung des Verfahrens anhand der beiliegenden Zeichnung,] welche eine Einrichtung zur Durchführung des erfindungs- ■ gemäßen Verfahrens in schematischer Weise zeigt.
Diese schematisch dargestellte Anlage zur Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens besitzt einen Schachtofen 1, in · welchem die Beseitigung der Abfälle bezw. des Mülls statt- . findet.
Andrejewski, Honke & Partner, Patentanwälte in Essen
Das ankommende Gut in Form von Abfällen, hauptsächlich Haushaltsmüll, dem wahlweise fester Brennstoff wie beispielsweise Steinkohle und Gummiabfälle beigemischt werden, wird durch eine gasdichte Gutentnahme, welche im einzelnen nicht darge stellt wurde, an der Gicht 2 in den Schachtofen eingebracht.
Der Schachtofen 1 besitzt Zuführeinrichtungeη für Gebläseluft in drei unterschiedlichen Höhen, und zwar einmal oberhalb der Aufgabehöhe j5, dann im Mittelbereich 4 des Ofens und am Boden 5 des Ofens. In etwa 2/3 der Höhe des Ofens ist außerdem eine
'■ Ringkammer β angeordnet, durch welche das erzeugte Jas den ! Ofen verlassen kann.
; Plasmageneratoren 7 sind vorgesehen, um die Gebläseluft zu
I · erhitzen. Die Gebläseluft wird dem Schachtofen durch Leitun-
gen 9 zugeführt und das erzeugte Gas verläßt die Ringkammer 6 j durch die Leitung 10. Verschiedene Wärmetauscher können vorj gesehen werden, um die Gebläseluft mit dem den Ofen verlassen- ; den Gas vorzuwärmen, bevor die Gebläseluft durch die Plasma-I generatoren gedrückt wird. Diese Wärmetauscher wurden in der
; Zeichnung allerdings fortgelassen, um diese nicht unnötig zu
■ komplizieren, insbesondere da ihre Anordnung und Ausbildung i ; keinerlei entscheidende Bedeutung für das Konzept der Erfin- ! dung haben.
j Während nachstehend das erfindungsgemäße Verfahren im einzelnen erläutert werden soll, ist jedoch zu beachten, daß die
1 angegebenen Daten verändert und abgewandelt werden können, ohne daß dazu der Rahmen der Erfindung verlassen werden müßte.
BAD ORiGfNAL
Andrejewski, Honlce & Partner, Patentanwälte in Essen
Das ankommende Gut wird demnach durch die bereits erwähnte gasdichte Gutentnahme in den Ofen eingebracht und die Temperatur steigt allmählich an, während das Gut durch den Schachtofen nach unten rutscht. Am Boden 11 des Schachtofens werden nicht brennbare Stoffe in eine flüssige Schlacke umgewandelt, welche durch einen Schlackenauslaß 12 abgelassen wird. Das erzeugte Gas wird durch die Ringkammer 6 abgesaugt, welche wie bereits erwähnt etwa in 2/3 Höhe des Schachtofens angeordnet ist. Auf etwa 400°C durch Wärmeaustausch mit dem erzeugten Gas vorgewärmte Gebläseluft wird durch den Plasmagenerator 7 auf etwa 800°C erhitzt und dann durch (Je Luftzuführungen ]5, k-, 5 über der Aufgabeoberfläche, unmittelbar : oberhalb oder unterhalb der Ringkammer 6 und in den unteren : Teil des Schachtofens eingeblasen. Diese drei Gebläseluftströme können unabhängig voneinander in Bezug auf ihre Temperatur und ihre Menge gesteuert werden. ;
Der Prozeß kann in drei Stufen I, II und III unterteilt ; werden, welche in verschiedenen Zonen des Schachtofens statt- ' finden, wobei die ungefähren Grenzen dieser Zonen strich- ' punktiert in der Figur angegeben sind. Der Prozeß ist in | keiner Weise auf drei Zonen begrenzt, sondern es können auch ! vier Zonen oder mehr verwendet werden.
In der Zone I wird der Wassergehalt des ankommenden Gutes j verdampft und es erfolgt eine anfängliche Vergasung und Ver- \ kokung des Gutes sowie eine Teilverbrennung. Da die Endtemperatur nur etwa βΟΟ C beträgt, kann das Wasser nicht merklich zerlegt werden, und verdampftes Gut wird in großem
BAD ORIGfWAi Andrejewski, Honke & Partner, Patentanwälte in Essen
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Ausmaße zu Kohlendioxid und Wasser verbrannt. Zugegebener-
maßen verringert dies den Wärmewert des erzeugten Gases, verringert jedoch auch den Wärmebedarf im anschließenden Vergasungsprozeß beträchtlich. Der Wasserdampf im Gas aus der Zone I hilft außerdem mit, unvollständig zerlegte Kohlenwasserstoffe aus der Zone II zu zerlegen.
Da die Zusammensetzung, die Teilchengröße und der Wassergehalt im ankommenden Gut beträchtlich schwankt, ist es unmöglich, irgendwelche genauen Werte für den Reaktionsprozeß in der Zone I anzugeben. Es ist daher wichtig, daß die Anlage in Bezug auf die erwartete Menge an ankommendem ; Gut überdimensioniert ist, insbesondere in Bezug auf Tempe- ! ratur und die Menge an zugeführter Gebläseluft. Der Prozeß in der Zone I kann aufgrund der Temperatur des Abgases gesteuert werden. :
Nachstehende Annäherungsdaten sollen eine Idee davon geben, was in der Zone I vorgeht:
- 80 % des eintretenden Wassers werden verdampft, - 30 % flüchtige Anteile der Abfälle werden vergast, - j50 % an flüchtigem Kohlenstoff werden vergast,
10 % an gebundenem Kohlenstoff werden vergast, :
das Verhältnis COg/CO beträgt 2:1 und das Verhältnis HpO/H beträgt J>:1 im Abgas, die Temperatur des Abgases beträgt etwa 600°C.
Andrejewsld, Honke & Partner, Patentanwälte in Essen
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In der Zone II steigt die Temperatur des Gutes von etwa 600°C auf etwa l400°C, während die Temperatur des die Zone II ver- : lassenden Gases etwa 12000C beträgt. Der flüchtige Anteil der : Abfälle, der Kohle und des Gummi werden in der Zone II voll- ; ständig vergast. Der Wärmebedarf in der Zone II wird durch das heiße Gas aus der Zone III gedeckt, während ein gewisser Sauerstoffmangel herrscht. Aus diesem Grunde muß der Zone II besondere Gebläseluft zugeführt werden, um eine vollständige Zerlegung der vergasten Kohlenwasserstoffe zu erreichen. Im Übergang von der Zone I zur Zone II wird das heiße Gas von der Zone II mit etwas kühlerem Gas aus der Zone I vermischt, sodaß die Temperatur des aus der Ringkammer 6 ausströmenden ι Gases etwa 10000C beträgt. Diese relativ hohe Temperatur sorgt zusammen mit dem Wasserdampf im Gas von der Zone I dafür, daß jeglicher restliche Kohlenwasserstoff schnell zer- . legt wird.
Der in der Zone II stattfindende Prozeß wird mittels der : Temperatur und des Sauerstoffpotentials im Abgas gesteuert. i
In der Zone III steigt die Temperatur von ca. 12000C auf ca. 15000C. In die Zone III gelangt nur verkoktes und inertes Gut, und die die Zone III verlassenden Produkte sind daher Kohlenmonoxid und flüssige Schlacke. Der Wärmebedarf in dieser' Zone wird teilweise durch die Verbrennungswärme gedeckt, wenn der Kohlenstoff zu Kohlenmonoxid oxidiert wird, und teilweise '■ durch erhitzte Gebläseluft. Da die endgültige Vergasungstemperatur auf 1500 C gehalten wird, wird alles Gut, welches nicht verdampft werden kann, in Schlacke umgewandelt und kann ·
ΡΔΓ»
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in Form von flüssiger Schlacke abgelassen werden, in welcher alle Bestandteile in einer glasartigen Schlackenphase fest gebunden sind, wodurch risikoloses Abkippen beträchtlich erleichtert wird. Der Prozeß in der Zone III wird hauptsächlich durch die Schlackentemperatur gesteuert.
Dadurch, daß fester Brennstoff dem Abfall beigemischt wird, bevor dieser dem erfindungsgemäßen Vergasungsprozeß unterworfen wird, ergeben sich zahlreiche Vorteile. Dieser feste Brennstoff erhöht den Wärmewert des Gutes, wodurch der Bedarf an von außen her zugeführter Wärmeenergie verringert wird. Die Brennstoffe lockern auch das eingebrachte Gut auf und machen es gleichmäßiger. Dadurch, daß die Menge oder der Anteil an zusätzlich zugesetztem Brennstoff gesteuert wird, läßt sich auch die im Gas erzeugte Wärmemenge innerhalb weiter Grenzen steuern, sodaß man sich Schwankungen im Wärmeenergiebedarf der vorgesehenen Verbraucher anpassen kann.
Der Zusatz von festem Brennstoff zu einer erfindungsgemäß arbeitenden Abfallbeseitigungsanlage macht diese zu einem wertvollen Gaslieferanten für beispielsweise Fernheizwerke und Dampfkraftwerke mit schwankendem Wärmebedarf.
Die hvervorstechendsten Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich wie folgt zusammenfassen:
Die Vergasung findet bei hoher Temperatur statt, was zu einem reinen Gas führt und die Bildung von Teer und unangenehm riechenden Substanzen verhindert.
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■ i Andreiewski, Honke & Partner, Patentanwälte in Essen ;
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Stoffe, welche nicht vergast werden können, werden in einer flüssigen Schlacke gebunden, welche bei Abkühlung fest wird, sodaß das Produkt geruchlos wird, das Abkippen erleichtert wird und Schwermetalle beispielsweise nicht mehr ausgelaugt werden können.
Der Wärmegehalt des erzeugten Gases kann durch Zusatz von festen Brennstoffen gesteuert werden.
BAD

Claims (13)

Verfahren zur Abfallbeseitigung. Patentansprüche.
1.) Verfahren zur Abfallbeseitigung und -vergasung, insbesondere von Haushaltmüll, bei welchem das Gut durch eine gasdichte Gutentnahme in die Gicht eines Schachtofens eingebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß das ankommende Gut vorgetrocknet und vorvergast wird, während es mit Verfahrensgas zusammenströmt, und daß neben der während der Verbrennung erzeugten Wärmeenergie eine gesteuerte Zusatzmenge an Wärmeenergie durch vollständig oder teilweise elektrisch erhitztes Gichtgas zugeführt wird.
Andrejewski, Honke & Partner, Patentanwälte in Essen
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gichtgas durch wenigstens einen Plasmagenerator (7) erhitzt wird.
j5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das ankommende Gut mit einem Brennstoff wie z.B. Steinkohle, Gummiabfällen, Altöl vermischt wird.
4. Verfahren nach Anspruch j5* dadurch gekennzeichnet, daß die im Gas erzeugte Wärmeenergie durch Steuerung der dem ankommenden Gut beigemischten Brennstoffmenge oder des Brennstoffanteiles geregelt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergasungs- und Verschlackungstemperatüren durch Steuerung der dem Gichtgas zugeführten Menge an Wärmeenergie gesteuert werden.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gichtgas an mehreren unterschiedlich hohen Stellen in den Schachtofen eingebracht wird.
7· Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gichtgas mindestens der Gicht (2) des Schachtofens (1) oberhalb der Aufgabehöhe, im Mittelbereich des Ofens und am Boden des Ofens zugeführt wird und die Temperatur sowie das Sauerstoffpotential dieser zumindest drei unterschiedlichen Gichtgasströme unabhängig voneinander gesteuert werden.
BAD ORIGINAL
Andt-ejewski, Honke & Partner, Patentanwälte in Essen
_ -2 „
:
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
j der Prozeß in wenigstens drei verschiedenen Zonen (I, II, III)
I im Schachtofen (1) durchgeführt wird, wobei diese Zonen durch
i die Zufuhr von Gichtgas in drei verschiedenen Höhen erzeugt
ι werden.
9· Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturen in diesen drei verschiedenen Zonen (i, II,
1 III) im Schachtofen (1) auf annähernd 600°C bezw. l400°C bezw. : 15000C gesteuert werden.
j
10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
j das erzeugte Gas durch eine Ringkammer (6) in etwa 2/3 der
j Ofenhöhe abgesaugt wird.
i
11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
i das zugeführte Gichtgas durch Wärmeaustausch mit erzeugtem :
i Abgas vorgewärmt wird.
!
12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
j das Gichtgas durch einen schwachen Gasstrom erhitzt wird,
; welcher in einem Plasmagenerator (7) auf eine extrem hohe !
! Temperatur erhitzt wurde und dann zur Erhitzung der Haupt-
I gasmenge auf die gewünschte Temperatur ausgenutzt wird.
!
13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß, ;
j wenn es sich bei dem Gichtgas um Luft handelt, Dampf in einem
j Plasmagenerator (7) erhitzt wird, um anschließend die Gebläse-
i luft zu erhitzen, wodurch die Gefahr einer Stickoxidbildung
1 auf ein Mindestmaß herabgesetzt wird.
DE3338478A 1983-03-23 1983-10-22 Verfahren zum Schlacke-Schmelzvergasen von kohlenstoffhaltigem Brennstoff in einem Schachtgenerator Expired DE3338478C2 (de)

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