DE10140353B4 - Anlage zur verschmutzungsfreien Aufbereitung von organischen Abfällen - Google Patents

Abstract

Anlage zum verschmutzungsfreien Aufbereiten von organischen Abfällen mit einem Reaktor (B), welcher im Abbauprozess Abfälle (S) und Stahlkugeln (P) enthält, wobei dem Reaktor (B) eine Siebmaschine (I) nachgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Siebmaschine (I) aufeinander liegend einen oberen Rührförderer (I1) und einen unteren Rührförderer (I3) aufweist, zwischen denen ein Siebnetz (I2) angeordnet ist, wobei das Siebnetz (I2) derart ausgebildet ist, dass Stahlkugeln und Rohkoks das Siebnetz (I2) nicht durchdringen und im oberen Rührförderer (I2) zurückbleiben während der Koks und die Stahldrähte das Siebnetz durchdringen und in den unteren Rührförderer (I3) gelangen, wobei ferner der obere Rührförderer (I1) derart ausgebildet und angeordnete ist, dass dieser die Stahlkugeln (P) und den Rohkoks in den Reaktor (B) zurückfördert.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Anlage zum verschmutzungsfreien Aufbereiten von organischen Abfällen mit einem Reaktor, welcher im Abbauprozess Abfälle und Stahlkugeln enthält, wobei dem Reaktor eine Siebmaschine nachgeschaltet ist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
• Die Entwicklung der petrochemischen Industrie und der Autoindustrie ist in den vergangenen Jahrzehnten zügig vorangegangen, womit auch Unmengen an Reifen und Plastik verbraucht wurden. Da organische Abfälle durch Bakterien nur sehr schwer zersetzt werden, sind solche Abfälle für die Entsorgung auf Mülldeponien sehr ungeeignet. Das Problem der Entsorgung von Abfallreifen und Plastik hat Umweltschutzorganisationen seit langem beschäftigt. Wissenschaftler und Ingenieure haben kontinuierliche Studien und Untersuchungen zur Wiedergewinnung von organischen Abfällen, wie Abfallreifen, angestellt. In der Vergangenheit war die Entsorgung auf Mülldeponien stets die hauptsächliche Entsorgungsmethode. Wegen den beschränkten Landressourcen sind solche Mülldeponien jedoch problematisch. Zudem ist die traditionelle Pyrolyse unbeliebt, da Abfallreifen nicht nur erst bei einer Temperatur zwischen 800°C und 1000°C thermisch zersetzt werden können, sondern ebenfalls die Reaktionszeit aufwendig und unwirtschaftlich lange ist. Dies führt zwangsläufig zu höheren Betriebskosten solcher Anlagen, während die Sicherheit beim Betrieb jedoch unzureichend ist. Zudem sind aus solchen Pyrolysen erzeugte Kohleprodukte mit niedriger Qualität nur schwer vermarktbar. In den vergangenen paar Jahrzehnten wurden mehr als 36 Pyrolyseprojekte in den Vereinigten Staaten von Amerika entwickelt, und nur ein paar wenige davon sind heute noch in Betrieb.
• Statistisch gesehen wurden 1997 nur 0,14% der Abfallreifen mit dem herkömmlichen Pyrolyseverfahren in den Vereinigten Staaten aufbereitet. Die Hauptbestandteile der Reifen sind natürlicher Kautschuk (NR), Synthesekautschuk und Füllstoffe, einschließlich Rußschwarz, Oxidationsschutzmittel und Vulkanisierungsmittel usw. Für den Synthesekautschuk werden für die heutigen Reifen meistens Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR) und Cis-Butadienkautschuk (BR) verwendet. Allgemein sind 65% bis 70% der Außenfläche von Reifen aus SBR hergestellt. Die Elastizität des NR wird bei höheren Temperaturen größer, während der BR einen stabileren und besseren Zustand bewahrt. Daher wird BR für Reifen mit höherer Güte durch NR ersetzt, um diesen mit dem SBR als Hauptbestandteil der Reifen zu mischen. Die weit verbreitete und auf dem Markt geläufige Pyrolysetechnik wurde über viele Jahre hinweg zur Beseitigung von Abfallreifen angewendet. Unter den Bedingungen der Anaerobik und hohen Temperaturen werden die Kohleverkettungen der organischen Abfälle gespalten und zum Erzeugen von Ressourcen aus Gasöl und Kohle abgebaut. Dieses Verfahren wird als Pyrolyse bezeichnet, das sich von der Verbrennung unterscheidet, bei welcher diese Abfälle vollständig verbrannt werden und dadurch CO₂, H₂O und Ascherückstände entstehen. Die durch die Verbrennung des Rauchgases entstandene Wärme kann zum Erzeugen von Dampf und Kraftquellen zurück gewonnen werden. Mit dieser Methode werden die Reifen jedoch nur auf eine negative Art und Weise entsorgt, und organische Abfälle können in keine wertvollen Ressourcen umgewandelt werden. Überdies können das durch die Verbrennung der organischen Abfälle entstandene Abgas und CO₂ schadhafte Auswirkungen auf die Umwelt haben.
• Durch die Pyrolyse organischer Abfälle kann gewinnbares Pyrogas, Ölressourcen und Koks erzeugt werden. Für pyrolytische Reaktionen werden organische Abfälle in einen horizontal gelagerten Reaktor gegeben, der zum Zersetzen der Späne der organischen Abfälle in Kohle und Pyrogas kontinuierlich direkt erhitzt wird. Nach der Reaktion wird das Pyrogas zur Gewinnung von Ölressourcen gekühlt, währenddem das Restmaterial zur Erhaltung von Koks gekühlt wird. Durch die Tatsache, dass die Qualität der Ölressource und die molekulare Struktur des zersetzten Stoffs sehr stark von der Temperatur der Pyrolyse abhängt, wird Schwefelwasserstoff (H₂S) im Pyrogas durch das Spalten der langen Molekularkette des zersetzten Stoffs erzeugt, um Moleküle des Alkyl-Kohlenwasserstoffs und H₂ zu erhalten. Sei höheren Temperaturen entsteht zwischen dem H₂ und dem Schwefelmolekülen eine Reaktion der Wasserstoffentschwefelung. Je höher die Reaktionstemperatur und je länger die Reaktionszeit sind, desto höher ist normalerweise der Ertrag des Pyrogases und des Pyroöls. Ist die Reaktionstemperatur jedoch zu hoch, kann ein Teil des Öls eine Nebenreaktion durch Hydrospaltung verursachen, was zu einer beträchtlichen Reduzierung des Ölertrags führt. Proportional wird der Pyrogasgehalt erhöht (der Gehalt an C₃-C₅-Inhaltsstoffen ist höher).
• Da die Wärmeleitfähigkeit der Abfallreifen extrem niedrig ist und die organischen Abfälle mit der herkömmlichen Pyrolysemethode in einem horizontal gelagerten Reaktor verarbeitet werden, muss dieser Reaktor ständig erhitzt werden, um die Pyrolyse zu beschleunigen, damit der Anteil an organischen und flüchtigen Verbindungen (VOC) in der Kohle reduziert werden kann. Zu hohe Temperaturen bei der Pyrolyse wirken sich jedoch für die Erzeugung von Russschwarz ungünstig aus. Obwohl mit dem herkömmlichen Pyrolyseverfahren gewinnbares Pyrogas, Ölressourcen und Kohle von organischen Abfällen erhalten werden können, erfolgt die Pyrolyse organischer Abfälle kontinuierlich im selben Reaktor bis zum Ende der Reaktion, so dass dabei die Temperatur ansteigt und die Reaktionszeit für jede Ladung an organischen Abfällen länger dauert, was sich auf die Aufbereitung einer jeden solcher Ladung negativ auswirkt. Überdies ist das Pyrolyseverfahren schwierig zu kontrollieren, was ein Gewinnen von Kohle mit guter Qualität erschwert, den Ertrag der Ölressource niedrig hält und Pyrogas mit einem zu hohen Gehalt an Schwefelmolekülen erzeugt, wodurch ein wirksames und nützliches Umwandeln der organischen Abfälle in Ressourcen nahezu verunmöglicht wird.
• Aus der DE 199 45 771 C1 ist ein Verfahren zur Vergasung von organischen Stoffen und Stoffgemischen bekannt, bei dem ein unverdünntes, heizwertreiches Produktgas hergestellt wird und bei dem auf den Einsatz von Wirbelschichten und Wärmetauschern mit beidseitig hohen Temperaturen verzichtet und die Wärme in besonders definierter Weise von der Feuerung an ein Wärmeträgermedium übertragen wird. Der Einsatzstoff im Pyrolysereaktor wird mit Hilfe des Kreislaufes eines heißen Wärmeträgermediums in eine flüchtige Phase und einen festen, kohlenstoffhaltigen Rückstand aufgespaltet, wobei die flüchtige Phase nach Zumischung des Reaktionsmittels ebenfalls mit Hilfe des Wärmeträgers in der zweiten Reaktionszone (Reformer) durch weiteres Erhitzen in das Produktgas umgewandelt wird, während der feste, kohlenstoffhaltige Rückstand in der Trennstufe vom Wärmeträger abgetrennt und in der Feuerung verbrannt wird. Der Wärmeträger wird in der Aufheizzone durch die Abgase der Feuerung aufgeheizt, wonach der Wärmeträger wieder in den Reformer und danach in den Pyrolysereaktor zurückgeführt wird. Der Pyrolysekoks wird vom Wärmeträger in Form von Stahlkugeln u.a. durch Sieben abgetrennt.
• Aus der DE 43 09 283 A1 ist eine Vorrichtung zur Abfallaufbereitung bekannt, die dafür vorgesehen ist, organische Bestandteile enthaltenden Abfall einer thermischen Behandlung in Form einer Pyrolyse zuzuführen. Die thermische Behandlung führt zu einer Reduktion des Anteiles der organischen Bestandteile. Eine rotationsfähig gelagerte und angetriebene Trommel ist mit einer Abfallzufuhr und -abfuhr, einer Wärmeträgerentnahme sowie einer Beschickungseinrichtung für Wärmeträger verbunden. Die Beschickungseinrichtung ist an eine Heizeinrichtung für feste Wärmeträger angeschlossen. Die Wärmeträger werden über die Beschickungseinrichtung in erhitztem Zustand der Trommel zugeführt. Im Bereich der Wärmeträgerentnahme ist ein Abscheider vorgesehen, der abgekühlte Wärmeträger erneut der Heizeinrichtung zuführt. Die Wärmeträger sind als Stahlkugeln ausgebildet.
• Aus der DE 375 461 A ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Destillation fester Brennstoffe, insbesondere bei niedrigen Temperaturen, bekannt. Hierbei wird das Destillationsgut innerhalb des Destillationsraumes mit Festkörpern, beispielsweise in Gestalt von Stahlkugeln, in Berührung gebracht, die auf eine entsprechende Temperatur vorgewärmt und in einer derartigen verhältnismäßigen Menge benutzt werden, dass durch sie der Destillationsvorgang durchgeführt wird, während danach eine Trennung der Festkörper von dem Rückstand vorgenommen wird, um eine den Grenzbedingungen der Tieftemperaturverkokung angepasste, auch auf das Destillationsgut beschränkte Erwärmung herbeizuführen. Die Stahlkugeln werden dabei nicht nur als Wärmeträger sondern auch als Mittel zur mechanischen Zerkleinerung des Pyrolysegutes verwendet. Die Trennung von Koks und Stahlkugeln erfolgt mittels einer Siebeinrichtung.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Anlage der o.g. Art zu schaffen.
• Erfindungsgemäß ist es bei einer Anlage der o.g. Art vorgesehen, dass die Siebmaschine aufeinander liegend einen oberen Rührförderer und einen unteren Rührförderer aufweist, zwischen denen ein Siebnetz angeordnet ist, wobei das Siebnetz derart ausgebildet ist, dass Stahlkugeln und Rohkoks das Siebnetz nicht durchdringen und im oberen Rührförderer zurückbleiben während der Koks und die Stahldrähte das Siebnetz durchdringen und in den unteren Rührförderer gelangen, wobei ferner der obere Rührförderer derart ausgebildet und angeordnete ist, dass dieser die Stahlkugeln und den Rohkoks in den Reaktor zurückfördert.
• Dies hat den Vorteil, dass sich die Stahlkugeln gleichmäßig in den zerkleinerten Abfällen verteilen, wodurch die zerkleinerten Abfälle durch die Stahlkugeln beabstandet werden, so dass das durch den Abbau erzeugte Gas leicht abgeleitet werden kann, weshalb die Qualität der Abbaureaktion erhöht wird.
• Im Folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen in
• 1 ein schematisches Ablaufdiagramm der Erfindung,
• 2 eine schematische Darstellung der Rührbewegung der Stahlkugeln im Reaktor und
• 3 eine schematische Darstellung der ersten Siebmaschine.
• In 1 ist die erfindungsgemäße Anlage des Abbauprozesses gezeigt, die von einem Reaktor (B) zum Abbau der Abfälle ausgeht. Im Zusammenhang mit der Abbaureaktion sind weiterhin ein Erhitzer (H), ein Trennungsbehälter (C1) für das durch den Abbau erzeugte Ölgas, ein Kondensator (C2), ein Gassammelbehälter (C3), ein primärer Ölbehandlungsbehälter (E1) für das abgekühlte Ölgas, ein Ölsammelbehälter (E2), ein primärer Koksbehandlungsbehälter (D1) für den durch den Abbau erzeugten Koks, ein sekundärer Koksbehandlungsbehälter (D2), ein Kokskühlbehälter (D3) und eine Zerkleinerungsmaschine (A) zur Zerkleinerung der Abfälle vor dem Abbau vorgesehen. Die obengenannten Bauelemente der Anlage werden durch Rohrleitungen miteinander verbunden, um Gas, Öl und Koks, die durch den Abbau erzeugt werden, zu befördern.
• Erfindungsgemäß sind dem Reaktor (B) ein primärer Koksbehandlungsbehälter (D1) für den durch den Abbau erzeugten Koks, eine erste Siebmaschine (I), ein magnetischer Trenner (J), ein Kokssammelbehälter (K), eine zweite Siebmaschine (L), ein sekundärer Koksbehandlungsbehälter (D2), ein Kokskühlbehälter (D3), ein Rußsammelbehälter (O), eine Mühle (M) und ein Aktivkohlensammelbehälter (N) nachgeschaltet. Im Abbauprozess werden Stahlkugeln (P) in geeigneter Menge in den Reaktor (B) gegeben, wie in 2 dargestellt ist. Die Stahlkugeln werden durch die Rührbewegung der Rührachse (B3) gleichmäßig in die zerkleinerten Abfälle (S) eingemischt und mit diesen zusammen gerührt. Wegen der guten Wärmeleitfähigkeit der Stahlkugeln (P) dringt die Wärmeenergie der Abbaureaktion in die zerkleinerten Abfälle (S) ein. Der Stoß der Stahlkugeln auf die zerkleinerten Abfälle (S) verstärkt die Molekülbewegung, wodurch die Abbaureaktion der Abfälle beschleunigt wird. Bei der gleichmäßigen Verteilung der Stahlkugeln (P) in den zerkleinerten Abfällen (S) werden die zerkleinerten Abfälle (S) durch die Stahlkugeln (P) beabstandet, wodurch das durch den Abbau erzeugte Gas leicht abgeleitet werden kann, so dass die Qualität der Abbaureaktion erhöht wird. Wenn die Stahlkugeln mit dem durch den Abbau erzeugten Koks abgeführt werden, kann die Masse der Stahlkugeln die Abführung des Kokses beschleunigen. Zudem können die Stahlkugeln die an der Abführungsöffnung haftenden Gegenstände entfernen.
• Wie aus 1 ersichtlich ist, wird der Koks aus dem Reaktor (B) abgeführt, wenn die Verkokung der zerkleinerten Abfälle im Reaktor (B) 80% erreicht, wobei der abgeführte Kokskuchen Stahlkugeln, Stahldrähte aus den Abfällen, Rohkoks und Koks enthält. Der Kokskuchen wird dem nachgeschalteten primären Koksbehandlungsbehälter (D1) zugeführt, in dem der Koks durch Abkühlung in Form fixiert wird. Anschließend werden die Stahlkugeln und der Rohkoks in der Siebmaschine (I) ausgesiebt und zurück in den Reaktor (B) befördert, wodurch die Stahlkugeln wiederholt benutzt werden können und der Rohkoks weiter abgebaut wird.
• Wie aus 1 und 3 ersichtlich ist, umfasst die erste Siebmaschine (I) aufeinander liegend einen oberen Rührförderer (I1) und einen unteren Rührförderer (I3), zwischen denen ein Siebnetz (I2) vorgesehen ist, das zum Aussieben der Stahlkugeln (P) und des Rohkokses (S1) mit einem Volumen von 0,5 cm³ dient. Die Stahlkugeln (P) und der Rohkoks (S1) können das Siebnetz nicht durchdringen und bleiben im oberen Rührförderer (I1) zurück. Sie werden sodann in den Reaktor (B) zurückgefördert. Der Koks (S2) mit einem Volumen unter 0,5 cm³ und die Stahldrähte (Q) durchdringen das Siebnetz (I2) und fallen in den unteren Rührförderer (I3). Sie werden so von dem Rohrkoks (S1) getrennt und in den magnetischen Trennen (J) gesendet, wo die Stahldrähte (Q) angezogen werden und somit von dem Koks (S2) getrennt werden. Der Koks (S2) wird sodann im Kokssammelbehälter (K) gesammelt.
• Der so erhaltene Koks wird der zweiten Siebmaschine (L) zugeführt, in der der Koks nach Größe sortiert wird. Der Koks mit kleinerem Volumen wird in den sekundären Koksbehandlungsbehälter (D2) gefördert, wo der Koks erhitzt wird, um den flüchtigen Gehalt zu entfernen. Im nachgeschalteten Kokskühlbehälter (D3) wird Ruß hoher Güte erhalten, der im Rußsammelbehälter (O) gesammelt wird. Der Koks mit größerem Volumen wird in der Mühle (M) zermahlt und als Aktivkohle hergestellt, die im Aktivkohlenbehälter gesammelt wird. Selbstverständlich kann der zermahlte Koks auch in den sekundären Koksbehandlungsbehälter (D2) zurückgefördert werden, um den flüchtigen Gehalt zu entfernen und als Ruß hergestellt zu werden.
• Als Wärmequelle für die Abbaureaktion wird die erhitzte Heißluft aus dem Erhitzer verwendet. Wie aus 1 ersichtlich ist, wird die Luft im Vorheizer (H1) vorgeheizt und anschließend dem Erhitzer (H) zugeführt. Dort wird die Luft auf 700°C erhitzt und direkt in den Reaktor (B) geleitet, um den Reaktor (B) zu erwärmen. Die Temperatur der aus dem Reaktor abgeführten Luft wird auf ca. 500°C reduziert. Diese Heißluft kann in den sekundären Koksbehandlungsbehälter (D1) weitergeleitet und als Wärmequelle verwendet werden. Die Temperatur der aus dem sekundären Koksbehandlungsbehälter (D2) abgeführten Luft wird auf ca. 400°C reduziert. Diese Heißluft kann in den Vorheizer (H1) zurückgeführt und als Wärmequelle für die dem Vorheizer (H1) zugeführte Luft verwendet werden. Danach wird sie abgeleitet.
• Das durch die Abbaureaktion erzeugte Ölgas im Reaktor (B) wird in den Trennungsbehälter (C1) geleitet, wo der Ölschlamm abgeschieden wird. Von dem Trennungsbehälter (C1) wird das Ölgas in den Kondensator (C1) weitergeleitet, wo das Ölgas durch Kondensation in Öl und Gas getrennt wird. Das Abbaugas, das nicht kondensiert werden kann, wird im Gassammelbehälter (C3) gespeichert, um es in den Erhitzer (H) zu leiten und dort als Brenngas zu verwenden. Das schwefelhaltige Abgas wird im Abgasbrenner (C4) entschwefelt und dann abgeleitet. Das durch Kondensation erhaltene Öl im Kondensator (C2) wird dem primären Ölbehandlungsbehälter (E1) zugeführt, wo es stabilisiert wird. Danach wird das Öl in den Ölsammelbehälter (E2) geleitet und dort gespeichert, wobei ein Teil des Öls für die Anzündung in den Erhitzer (H) geleitet werden kann.
• Zusammenfassend ist festzustellen, dass die Erfindung im Abbauprozess der Abfälle Stahlkugeln geeigneter Menge in den Reaktor gibt, die zusammen mit den zerkleinerten Abfällen gerührt werden, wodurch die Stahlkugeln gleichmäßig in die Abfälle einmischen, so dass die Wärmeleitung erhöht wird.

Claims (3)

1. Anlage zum verschmutzungsfreien Aufbereiten von organischen Abfällen mit einem Reaktor (B), welcher im Abbauprozess Abfälle (S) und Stahlkugeln (P) enthält, wobei dem Reaktor (B) eine Siebmaschine (I) nachgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Siebmaschine (I) aufeinander liegend einen oberen Rührförderer (I1) und einen unteren Rührförderer (I3) aufweist, zwischen denen ein Siebnetz (I2) angeordnet ist, wobei das Siebnetz (I2) derart ausgebildet ist, dass Stahlkugeln und Rohkoks das Siebnetz (I2) nicht durchdringen und im oberen Rührförderer (I2) zurückbleiben während der Koks und die Stahldrähte das Siebnetz durchdringen und in den unteren Rührförderer (I3) gelangen, wobei ferner der obere Rührförderer (I1) derart ausgebildet und angeordnete ist, dass dieser die Stahlkugeln (P) und den Rohkoks in den Reaktor (B) zurückfördert.
2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Reaktor (B) ein primärer Koksbehandlungsbehälter (D1), ein magnetischer Trenner (J) zum Aussondern der Stahldrähte, ein Kokssammelbehälter (K), eine zweite Siebmaschine (L) zum Sortieren des Kokses, ein sekundärer Koksbehandlungsbehälter (D2) zum Erhitzen des Kokses zum zweiten Mal, ein Kokskühlbehälter (D3), ein Rußsammelbehälter (O) zum Sammeln des Rußes, eine Mühle (M) zum Zermahlen des Kokses und ein Aktivkohlensammelbehälter (N) zum Sammeln der Aktivkohle nachgeschaltet sind.
3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass dem Reaktor (B) ein Trennungsbehälter (C1) für die Behandlung des durch die Abbaureaktion erzeugten Ölgases, ein Kondensator (C2), ein Gassammelbehälter (C3), ein primärer Ölbehandlungsbehälter (E1) für das durch Kondensation erhaltene Öl und ein Ölsammelbehälter (E2) nachgeschaltet sind, und eine Zerkleinerungsmaschine (A) für die Vorbehandlung der Abfälle vorgesehen ist, wobei die Bauelemente der Anlage durch Rohrleitungen miteinander verbunden sind, um Gas, Öl und Koks, die durch den Abbau erzeugt werden, zu befördern.