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EP0922749A1 - Verfahren zum Aufarbeiten von RESH bwz. von Shredderleichtfraktionen - Google Patents

Verfahren zum Aufarbeiten von RESH bwz. von Shredderleichtfraktionen Download PDF

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Publication number
EP0922749A1
EP0922749A1 EP98890361A EP98890361A EP0922749A1 EP 0922749 A1 EP0922749 A1 EP 0922749A1 EP 98890361 A EP98890361 A EP 98890361A EP 98890361 A EP98890361 A EP 98890361A EP 0922749 A1 EP0922749 A1 EP 0922749A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fluidized bed
resh
cyclone
metal bath
melting
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP98890361A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Alfred Dipl.Ing Edlinger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Holcim Ltd
Original Assignee
Holderbank Financiere Glarus AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Holderbank Financiere Glarus AG filed Critical Holderbank Financiere Glarus AG
Publication of EP0922749A1 publication Critical patent/EP0922749A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B02—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
    • B02C—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
    • B02C19/00—Other disintegrating devices or methods
    • B02C19/06—Jet mills
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B02—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
    • B02C—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
    • B02C19/00—Other disintegrating devices or methods
    • B02C19/06—Jet mills
    • B02C19/065—Jet mills of the opposed-jet type
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B02—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
    • B02C—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
    • B02C23/00—Auxiliary methods or auxiliary devices or accessories specially adapted for crushing or disintegrating not provided for in preceding groups or not specially adapted to apparatus covered by a single preceding group
    • B02C23/08—Separating or sorting of material, associated with crushing or disintegrating
    • B02C23/16—Separating or sorting of material, associated with crushing or disintegrating with separator defining termination of crushing or disintegrating zone, e.g. screen denying egress of oversize material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/46—Gasification of granular or pulverulent flues in suspension
    • C10J3/48—Apparatus; Plants
    • C10J3/482—Gasifiers with stationary fluidised bed
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/46—Gasification of granular or pulverulent flues in suspension
    • C10J3/48—Apparatus; Plants
    • C10J3/50—Fuel charging devices
    • C10J3/503—Fuel charging devices for gasifiers with stationary fluidised bed
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
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    • C10J3/48—Apparatus; Plants
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    • C10J3/523—Ash-removing devices for gasifiers with stationary fluidised bed
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    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2200/00—Details of gasification apparatus
    • C10J2200/15—Details of feeding means
    • C10J2200/152—Nozzles or lances for introducing gas, liquids or suspensions
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0983—Additives
    • C10J2300/0996—Calcium-containing inorganic materials, e.g. lime

Definitions

  • the invention relates to a method for working up RESH or of shredder light fractions, in which RESH or the shredder light fraction fed to a fluidized bed gasifier becomes.
  • Jet mills For the mechanical crushing of mineral raw materials
  • Jet mills have already been proposed. Jet mills are usually operated with compressed air, whereby the material ground in such jet mills via a sifter can be carried out. Depending on the grist and meal, a differently fine material can be produced. Jet mills but are just as unsuitable as other mills for one good shredding of waste with high organic Shares such as RESH.
  • the invention now aims to provide a simple method of the type mentioned at the beginning, with which it is simultaneously possible to use the energetic content of RESH or shredder light fractions and to ensure a high degree of disintegration and comminution.
  • the process according to the invention aims to provide comminuted materials which can be converted directly and economically into usable end products in a simple manner.
  • the process according to the invention essentially consists in that hot wind or combustion exhaust gases with a temperature of over 450 ° C. are blown into the fluidized bed through the formation of a countercurrent grinding chamber and that CaCO 3 is introduced into the fluidized bed and calcined in the grinding chamber with disintegration .
  • RESH or the shredder light fraction is fed into a fluidized bed gasifier, it is possible to gasify the proportion of organic substances contained in the starting materials, and in particular elastic, rubber-containing materials, to a synthesis gas which essentially consists of carbon monoxide and hydrogen.
  • a synthesis gas which essentially consists of carbon monoxide and hydrogen.
  • Such gasification in the fluidized bed requires temperatures above 450 ° C., the process being carried out in such a way that gasification, but not quantitative combustion, is achieved, so that the synthesis gas produced still has a high calorific value.
  • the reaction must therefore be carried out substoichiometrically in order to keep the CO 2 content in the fluidized bed atmosphere correspondingly low.
  • calcium carbonate of this type can be calcined at a sufficiently high temperature with the simultaneous introduction of calcium carbonate, in particular in the form of limestone or marl of limestone into the fluidized bed, calcium carbonate or quicklime can be comminuted at the same time if a countercurrent grinding chamber is formed in the fluidized bed.
  • Such a comminuted calcined material subsequently acts as an effective disintegration aid and allows starting products which are difficult to comminute to be ground correspondingly finely in the countercurrent grinding chamber.
  • the process according to the invention is advantageously carried out in such a way that the starting products are fed in with a maximum particle size of 25 mm, preferably 20 mm.
  • the process according to the invention is advantageously carried out in such a way that aluminate carriers are introduced into the fluidized bed in an amount which is reduced after the crushed particles have melted an Al 2 O 3 content of between 12 and 25% by weight, preferably about 15% by weight.
  • cement-like products can be produced directly, which can at least be used as cement additives.
  • the process according to the invention is advantageously carried out in such a way that CaCO 3 is introduced in an amount which, after a reduction in the melt of the comminuted particles, gives a basicity CaO / SiO 2 between 1.3 and 1.9, preferably 1.5.
  • thermokinetic digestion being elastic Materials are gasified and inorganic particles such as glass and metals are mechanically smashed.
  • the added limestone or lime marl is crushed and calcined at the same time.
  • care must be taken to ensure that the share not too large of ductile material in the fluidized bed becomes.
  • the method according to the invention is advantageously carried out so that RESH or Shredder light fraction, if necessary pre-shredded, a magnetic separation is subjected and with a total iron content of less than 6% by weight is used.
  • the total copper content can be used for subsequent recovery of heavy metals or non-ferrous metals advantageously larger than 0.5% by weight are kept, so that a simple magnetic separation brings significant advantages here.
  • the procedure is such that the crushed particles from the fluidized bed gasifier or Grinding chamber drawn off via a classifier and a melting unit, in particular a melting cyclone, whereupon the obtained melt over a metal bath, in particular one Iron bath, is reduced.
  • the thermokinetic in the fluidized bed digested material which usually has grain sizes of a maximum of 2 mm leaves the fluidized bed, in particular advantageously melted in a melting cyclone are subjected to a corresponding melt reduction be what a metal bath, especially an iron bath, especially is preferred.
  • a smelting reduction over Different phases can be subtracted from an iron bath, usually there is a two-phase metal regulation.
  • a heavy phase primarily contains up to 80% by weight of copper, as well as iron, tin, nickel and chrome.
  • a second easier phase consists of up to 90% by weight iron, as well as copper, nickel, chrome and about 4 wt% carbon.
  • Such phases can in the Sequence can be separated in a simple manner, the inventive Process is advantageously carried out so that from the Metallbadreaktor a heavier Cu-containing phase by segregation is subtracted separately and that the remaining ferrous Phase at least partially as a metal bath in the metal bath reactor is left.
  • Another way of enriching metallic components can also be created by the fact that, as one preferred procedure corresponds to the comminuted particles be sucked off via a hot cyclone, that in the hot cyclone resulting coarse material at least partially of the fluidized bed is recycled and that the exiting from the hot cyclone Fine material of a melting unit, in particular a melting cyclone, is fed, whereupon the molten slag over a Metal bath is reduced. Because here is not immediately a melting cyclone to the grinding chamber or the fluidized bed gasifier downstream, but a hot cyclone is interposed , it succeeds in handling coarse material, which is primarily made up of difficult shredding, ductile material and thus of metallic Phases exists to separate.
  • Such metallic can be returned to the fluidized bed Components are enriched in the circuit and processed separately become. Only that exiting the hot cyclone Fines, which primarily contain the mineral components, is a melting unit, especially one Melt cyclone fed and subsequently preferably in a metal bath reactor treated.
  • the process according to the invention is advantageously carried out in such a way that the temperature in the fluidized bed or in the grinding chamber is set to 450 ° C. to 700 ° C. and the CO 2 content of the fluidized bed atmosphere is kept below 30% by volume, preferably below 15% by volume a corresponding calcination can already be observed at temperatures of about 700 ° C.
  • the energy yield can be improved in that the combustion exhaust gases for the operation of the fluidized bed mill are produced at least partially by burning the exhaust gases of the gasification reaction in the fluidized bed, which is preferably carried out sub-stoichiometrically.
  • the method is advantageously carried out so that RESH and Limestone used in a weight ratio of 1.5: 1 to 3: 1 become.
  • the method according to the invention can be used in addition to a particularly good comminution is also immediately appropriate Ensure the procedure with which metallic Phases with a high contribution margin can be won, the driving steel for the fluidized bed mill by combustion of synthesis gases obtained at least in part in the process can be manufactured.
  • the substoichiometric Combustion in the fluidized bed creates a syngas sufficient heat of combustion, with additional converter exhaust gases from the metal bath reactor, which also has a high Contain hydrogen and about 20% by weight of carbon monoxide, used to produce the hot gases for the fuel steel can be.
  • waste fuel can also be used directly in the fluidized bed or in upstream combustion chambers be introduced.
  • the copper-rich phase has in the Usually very low solvency for carbon and works therefore almost inert in the melt reduction.
  • the atmosphere Heavy metals like zinc and lead fall concentrated during the first minutes of enamel reduction and can be concentrated Form can be obtained from the converter exhaust gas.
  • the sulfur contained in the starting materials is found practically quantitative again in the reduced slag, whereby such a sulfur content for subsequent use shows quite positive properties as cement cement.
  • RESH combines practically quantitatively with the introduced alkalis as well as at least partly with the existing heavy metals (Cu, Zn, Pb) and already evaporates in the fluidized bed and in the melting cyclone quantitatively.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of a device for Processing of RESH or automotive shredder light fractions schematically partially in section and Fig.2 a modified Training of the facility according to Fig.1.
  • a fluidized bed gasifier 1 is shown in FIG Feed nozzle 2 RESH together with limestone and possibly bauxite or grinding dust is given as an aluminate carrier.
  • a fluidized bed 3 is formed inside the fluidized bed reactor, corresponding propellant gas via jet pipes 4 in the reactor is blown.
  • the jet pipes 4 are with their Axes oriented so that the beam direction points to a common one Milling point 5 aims.
  • the propellant gas is supplied via a line 6 fed to the ring line 7, to which the jet pipes 4 are connected are.
  • Combustion gases are used as the propellant here Temperature of over 450 ° inside the fluidized bed reactor 3 ensure.
  • the combustion chamber for the production of combustion gases is designated 8.
  • the product gasified inside the fluidized bed reactor is comminuted in the grinding chamber, and in particular in grinding point 5, fine material via a classifier 9 into a melting cyclone 10 is carried out.
  • the synthesis gas formed in the process which occurs as the gasification product of the fluidized bed gasifier, is withdrawn via a line 11 and via a heat exchanger 12 performed, whereupon this synthesis gas at least partially via a line 13 and a compressor 14 of the combustion chamber 8 is supplied as fuel gas.
  • Cold air for combustion in the combustion chamber 8 is sucked in via a line 15, the corresponding suction fan is designated 16.
  • the Cold air is heated in the heat exchanger 12 and as hot air, if necessary together with oxygen, fed to the combustion chamber 8.
  • the melting product of the melting cyclone is placed in an iron bath reactor 17, in which the liquid slag on a Iron bath 18 floats.
  • the iron bath 18 takes on reduction the liquid slag on further metallic components, wherein especially a heavier phase, which contains a high amount of copper is to be withdrawn via line 19 after segregation can, the iron bath can remain in the iron bath reactor.
  • the Slag can be tapped off via line 20.
  • the classifier is omitted in the embodiment according to FIG.
  • jet pipes 4 Laval nozzles are used in this training, where again a grinding point 5 or an associated grinding chamber in the Gasification reactor 1 is formed.
  • the clarity half are the elements of propellant gas production for the nozzles to the grinding room not shown in Fig.2.
  • the at least partially calcined and comminuted accordingly Product is fed to a hot cyclone 23 via a line 22.
  • Corresponding coarse fractions are in this hot cyclone discharged as coarse material via line 24, this coarse material at least partially via line 25 into the fluidized bed gasifier can be returned.
  • the coarse material contains primarily ductile components that are difficult to shred and therefore consists essentially of metal parts. After appropriate enrichment of the metal parts can this over the line 26 is fed to a mechanical preparation 27, in which, for example, magnetic separation of iron from Non-ferrous metals can be separated and separated Discharge lines 28 and 29 can be discharged.
  • the fine material separated in the hot cyclone is used together with the synthesis gas or the product gas of the fluidized bed reactor via a Line 30 fed to a melting cyclone 10, from which the The melt in turn reaches an iron bath reactor 17 and analogously as in the embodiment according to FIG. 1 with the separation of a copper phase is reduced.
  • the reduced slag is in turn over the line 20 discharged and can be processed accordingly become.
  • Grinding dusts can be used directly as aluminate supports be, such grinding dust even when wet can be used as they are in the hot fluidized bed be subjected to drying.
  • the crushing of the high organic waste or auto shredder light fraction is through the addition of limestone and bauxite significantly improved, with the use of limestone here brings with it an additional advantage that in the fluidized bed practically the total amount of sulfur of the input substances and before especially the amount of sulfur in the RESH is incorporated in the lime. It is the effort for a subsequent exhaust gas treatment considerably reduced.
  • the procedure in the smelting reduction process naturally requires the maintenance of a corresponding one Temperature, the heating being in any economic Way can be done. If the residual carbon content of the iron bath is partially burned, the corresponding can immediately Heat of fusion and the corresponding, high calorific value Converter exhaust gas are formed. For this purpose Blown oxygen or air through the iron bath. Alternatively can be blown onto the weld pool with lances. Finally, it is possible to use burners here, the required heat can also be introduced electrically.
  • coarse-scraped RESH contains 44% inorganic components and 56% flammable parts and water. In more typical In this way, 65% by weight of coarsely decommissioned RESH can be used together with 30% by weight limestone and 5% by weight dry, lumpy bauxite in the fluidized bed mill or the fluidized bed reactor is introduced become.
  • RESH analysis (inorganics) component Proportion of (%) SiO 2 55 CaO 15 Al 2 O 3 13 Fe 2 O 3 5 Na 2 O 3.5 K 2 O 2.3 MgO 2nd Pb 0.1 TiO 2 1 MnO 0.2 Zn 0.5 SO 3rd 0.1 P 0.7 Cr 2.5 Cu 2.1 Ni 0.1 Cl 2nd
  • the sulfur is quantitatively bound to the calcium that is introduced.
  • Chloride evaporates with the alkalis and partly with the Heavy metals (Cu, Zn, Pb) in the fluidized bed and in the Melting cyclone.
  • the entry sulfur is found quantitatively in the slag withdrawn from the iron bath reactor.
  • a ton of RESH is equivalent to about half a ton slag cleaned of metals and heavy metals, which can be used immediately.

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Abstract

Bei einem Verfahren zum Aufarbeiten von RESH bzw. von Shredderleichtfraktionen wird RESH bzw. die Shredderleichtfraktion einem Wirbelschichtvergaser (1) aufgegeben. In die Wirbelschicht (3) werden Heißwind oder Verbrennungsabgase mit einer Temperatur von über 450° C über Düsen unter Ausbildung eines Gegenstrommahlraumes eingeblasen. In die Wirbelschicht (3) wird CaCO3 eingebracht und unter Desintegration im Mahlraum kalziniert. <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Aufarbeiten von RESH bzw. von Shredderleichtfraktionen, bei welchem RESH bzw. die Shredderleichtfraktion einem Wirbelschichtvergaser aufgegeben wird.
Unter RESH bzw. Shredderleichtfraktionen werden im vorliegenden Fall Recyclingprodukte verstanden, wie sie insbesondere bei der Aufarbeitung von Kraftfahrzeugen anfallen. Derartige Recyclingprodukte enthalten hohe Mengen an organischen Substanzen, wobei in derartigen Ausgangsprodukten elastische, gummiartige Produkte ebenso wie Gewebe fasern enthalten sind, welche sich in konventionellen Mühlen nicht ohne weiteres weiters zerkleinern lassen. Die übliche Aufarbeitung derartiger Recyclingprodukte mit hohem Anteil an organischen Bestandteilen besteht daher in der Regel in einer Verbrennung bzw. einer Pyrolyse mit nachfolgender mechanischer weiterer Aufarbeitung.
Für die mechanische Zerkleinerung von mineralischen Ausgangsprodukten wurden im besonderen bereits Strahlmühlen vorgeschlagen. Strahlmühlen werden üblicherweise mit Preßluft betrieben, wobei das in derartigen Strahlmühlen gemahlene Gut über einen Sichter ausgetragen werden kann. Je nach Mahlgut und Mahlzeit kann ein unterschiedlich feines Material hergestellt werden. Strahlmühlen eignen sich aber ebenso wenig wie andere Mühlen für eine hinreichend gute Zerkleinerung von Abfällen mit hohen organischen Anteilen wie beispielsweise RESH.
Die Erfindung zielt nun darauf ab, ein einfaches Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mit welcher es gleichzeitig gelingt, den energetischen Inhalt von RESH bzw. Shredderleichtfraktionen zu nutzen und ein hohes Maß an Des integration und Zerkleinerung zu gewährleisten. Darüber hinaus zielt das erfindungsgemäße Verfahren darauf ab, unmittelbar in einfacher Weise zu wirtschaftlich sinnvoll verwendbaren Endprodukten umsetzbare, zerkleinerte Materialien zur Verfügung zu stellen. Zur Lösung dieser Aufgabe besteht das erfindungsgemäße Verfahren im wesentlichen darin, daß in die Wirbelschicht Heißwind oder Verbrennungsabgase mit einer Temperatur von über 450° C über Düsen unter Ausbildung eines Gegenstrommahlraumes eingeblasen werden und daß in die Wirbelschicht CaCO3 eingebracht und unter Desintegration im Mahlraum kalziniert wird. Dadurch, daß RESH bzw. die Shredderleichtfraktion einem Wirbelschichtvergaser aufgegeben wird, gelingt es, den in den Ausgangsmaterialien enthaltenen Anteil an organischen Substanzen, und insbesondere an elastischen, gummihaltigen Materialien, zu einem Synthesegas zu vergasen, welches im wesentlichen aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff besteht. Für eine derartige Vergasung in der Wirbelschicht sind Temperaturen von über 450° C erforderlich, wobei das Verfahren so geführt wird, daß eine Vergasung, nicht aber eine quantitative Verbrennung erzielt wird, sodaß das entstehende Synthesegas noch einen hohen Heizwert besitzt. Die Umsetzung muß somit unterstöchiometrisch geführt werden, um den CO2-Gehalt in der Wirbelschichtatmosphäre entsprechend gering zu halten. Dadurch, daß nun bei Temperaturen von über 450° C eine Vergasung durchgeführt wird, gelingt es bei hinreichend hoher Temperatur bei gleichzeitigem Einbringen von Kalziumkarbonat insbesondere in Form von Kalkstein oder Kalkmergel in die Wirbelschicht, derartiges Kalziumkarbonat zu kalzinieren, wobei in der Wirbelschicht Kalziumkarbonat bzw. gebrannter Kalk gleichzeitig entsprechend zerkleinert werden kann, wenn in der Wirbelschicht ein Gegenstrommahlraum ausgebildet wird. Ein derartiges zerkleinertes kalziniertes Material wirkt in der Folge als wirkungsvolles Desintregrationshilfsmittel und erlaubt es, auch schwierig zu zerkleinernde Ausgangsprodukte entsprechend fein im Gegenstrommahlraum zu mahlen. Insgesamt wird somit mit dem Zusatz von Kalziumkarbonat in die Wirbelschicht unter Wahl geeigneter Bedingungen unmittelbar ein zerkleinertes festes Material gebildet, welches aus dem Gegenstrommahlraum bzw. der Wirbelschicht ausgebracht werden kann und in der Folge aufgeschmolzen und thermisch weiterverarbeitet werden kann, wobei der gebildete gebrannte Kalk eine verbesserte Verfahrensführung im Anschluß an die Zerkleinerung ergibt.
Mit Vorteil wird das erfindungsgemäße Verfahren hierbei so geführt, daß die Ausgangsprodukte mit einer maximalen Partikelgröße vom 25 mm vorzugsweise 20 mm aufgegeben werden. Zur Verbesserung der Verfahrensführung und in Hinblick auf die unmittelbare Herstellung von wirtschaftlich verwendbaren Schlacken, und insbesondere von hydraulisch aktiven Schlacken, wird mit Vorteil das erfindungsgemäße Verfahren so durchgeführt, daß in die Wirbelschicht Aluminatträger in einer Menge eingebracht werden, welche nach einer Schmelzreduktion der zerkleinerten Partikel einen Al2O3-Gehalt zwischen 12 und 25 Gew.%, vorzugsweise etwa 15 Gew.%, ergibt. Bei entsprechender Einstellung des CaO und Al2O3-Gehaltes lassen sich unmittelbar zementartige Produkte herstellen, welche zumindest als Zementzumahlstoffe zum Einsatz gelangen können. Hierfür wird das erfindungsgemäße Verfahren mit Vorteil so geführt, daß CaCO3 in einer Menge eingetragen wird, welche nach einer Schmelzreduktion der zerkleinerten Partikel eine Basizität CaO/SiO2 zwischen 1,3 und 1,9, vorzugsweise 1,5 ergibt.
In der Wirbelschicht erfolgt im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens ein thermokinetischer Aufschluß, wobei elastische Materialien vergast werden und anorganische Partikel wie Glas und Metalle mechanisch zertrümmert werden. Der zugesetzte Kalkstein bzw. Kalkmergel wird gleichzeitig zerkleinert und kalziniert. Um eine entsprechende Zerkleinerungswirkung sicherzustellen, muß allerdings dafür Sorge getragen werden, daß der Anteil an duktilem Material in der Wirbelschicht nicht zu groß wird. Insbesondere ist es vorteilhaft, den Gesamteisengehalt entsprechend zu beschränken, wobei das erfindungsgemäße Verfahren mit Vorteil so durchgeführt wird, daß RESH bzw. die Shredderleichtfraktion ggf. vorzerkleinert einer Magnetscheidung unterworfen wird und mit einem Gesamt-Eisengehalt von weniger als 6 Gew.% eingesetzt wird.
Der Gesamt-Kupfergehalt kann für eine nachfolgende Rückgewinnung von Schwermetallen bzw. Buntmetallen mit Vorteil größer als 0,5 Gew.% gehalten werden, sodaß eine einfache Magnetscheidung hier wesentliche Vorteile mit sich bringt.
In besonders vorteilhafter Weise wird so vorgegangen, daß die zerkleinerten Partikel aus dem Wirbelschichtvergaser bzw. dem Mahlraum über einen Sichter abgezogen und einem Schmelzaggregat, insbesondere einem Schmelzzyklon, zugeführt werden, worauf die erhaltene Schmelze über einem Metallbad, insbesondere einem Eisenbad, reduziert wird. Das in der Wirbelschicht thermokinetisch aufgeschlossene Material, welches in der Regel mit Korngrößen von maximal 2 mm die Wirbelschicht verläßt, kann in besonders vorteilhafter Weise in einem Schmelzzyklon aufgeschmolzen werden und einer entsprechenden Schmelzreduktion unterworfen werden, wofür ein Metallbad, insbesondere ein Eisenbad, besonders bevorzugt ist. In einer derartigen Schmelzreduktion über einem Eisenbad lassen sich unterschiedliche Phasen abziehen, wobei in der Regel ein zweiphasiger Metallregulus vorliegt. Eine schwere Phase enthält hierbei primär bis zu 80 Gew.% Kupfer, sowie Eisen, Zinn, Nickel und Chrom. Eine zweite leichtere Phase besteht aus bis zu 90 Gew.% Eisen, sowie Kupfer, Nickel, Chrom und etwa 4 Gew.% Kohlenstoff. Derartige Phasen können in der Folge in einfacher Weise getrennt werden, wobei das erfindungsgemäße Verfahren mit Vorteil so durchgeführt wird, daß aus dem Metallbadreaktor eine schwerere Cu-hältige Phase durch Seigerung getrennt abgezogen wird und daß die verbleibende eisenhaltige Phase zumindest teilweise als Metallbad im Metallbadreaktor belassen wird.
Eine weitere Möglichkeit der Anreicherung metallischer Komponenten kann aber auch dadurch geschaffen werden, daß, wie es einer bevorzugten Verfahrensweise entspricht, die zerkleinerten Partikel über einen Heißzyklon abgesaugt werden, daß das im Heißzyklon anfallende Grobgut zumindest teilweise der Wirbelschicht rückgeführt wird und daß das aus dem Heißzyklon austretende Feingut einem Schmelzaggregat, insbesondere einem Schmelzzyklon, zugeführt wird, worauf die geschmolzene Schlacke über einem Metallbad reduziert wird. Dadurch, daß hier nicht unmittelbar ein Schmelzzyklon dem Mahlraum bzw. dem Wirbelschichtvergaser nachgeschaltet wird, sondern ein Heißzyklon zwischengeschaltet wird, gelingt es, Grobgut, welches in erster Linie aus schwer zu zerkleinerndem, duktilen Material und damit aus metallischen Phasen besteht, abzutrennen. Durch die wenigstens teilweise Rückführung in die Wirbelschicht können derartige metallische Komponenten im Kreislauf angereichert werden und gesondert aufgearbeitet werden. Lediglich das aus dem Heißzyklon austretende Feingut, welches in erster Linie die mineralischen Anteile enthält, wird hier einem Schmelzaggregat, insbesondere einem Schmelzzykon zugeführt und in der Folge bevorzugt in einem Metallbadreaktor behandelt.
Mit Vorteil wird das erfindungsgemäße Verfahren so durchgeführt, daß die Temperatur in der Wirbelschicht bzw. im Mahlraum auf 450° C bis 700° C eingestellt wird und der CO2-Gehalt der Wirbelschichtatmosphäre unter 30 Vol.%, vorzugsweise unter 15 Vol.% gehalten wird, wobei bei Temperaturen von etwa 700° C bereits eine entsprechende Kalzinierung beobachtet werden kann. Die energetische Ausbeute kann dadurch verbessert werden, daß die Verbrennungsabgase für den Betrieb der Wirbelschichtmühle zumindest teilweise durch Verbrennen der Abgase der Vergasungsreaktion in der Wirbelschicht hergestellt werden, welche bevorzugt unterstöchiometrisch vorgenommen wird.
Für die unmittelbare Herstellung von zementartigen Endprodukten wird das Verfahren mit Vorteil so durchgeführt, daß RESH und Kalkstein in einem Gewichtsverhältnis von 1,5:1 bis 3:1 eingesetzt werden.
Insgesamt läßt sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren neben einer besonders guten Zerkleinerung auch unmittelbar eine entsprechende Verfahrensführung sicherstellen, mit welcher metallische Phasen mit hohem Deckungsbeitrag gewonnen werden können, wobei der Treibstahl für die Wirbelschichtmühle durch Verbrennung von zumindest teilweise im Verfahren gewonnenen Synthesegasen hergestellt werden kann. Bei der unterstöchiometrischen Verbrennung in der Wirbelschicht entsteht ein Synthesegas mit hinreichender Verbrennungswärme, wobei zusätzlich noch Konverterabgase aus dem Metallbadreaktor, welche gleichfalls einen hohen Anteil an Wasserstoff und etwa 20 Gew.% Kohlenmonoxid enthalten, zur Herstellung der heißen Gase für den Treibstahl herangezogen werden können. Zusätzlich kann auch Abfallbrennstoff direkt in die Wirbelschicht oder in vorgeschaltete Brennkammern eingebracht werden.
Im Metallbadreaktor ist eine eisenreiche Phase aufgrund des in der Regel hohen Kohlenstoffanteiles als besonders wirkungsvolles Reaktionsmedium vorgesehen. Die kupferreiche Phase hat in der Regel überaus geringes Lösungsvermögen für Kohlenstoff und wirkt daher in der Schmelzreduktion nahezu inert. Die atmosphilen Schwermetalle wie Zink und Blei fallen konzentriert während der ersten Minuten der Schmelzreduktion an und können in konzentrierter Form aus dem Konverterabgas gewonnen werden.
Der in den Ausgangsmaterialien enthaltene Schwefel findet sich praktisch quantitativ in der reduzierten Schlacke wieder, wobei ein derartiger Schwefelgehalt für eine nachträgliche Verwendung als Zementzumahlstoff durchaus positive Eigenschaften zeigt. Der Chlorgehalt des Ausgangsproduktes RESH verbindet sich praktisch quantitativ mit den eingeschleppten Alkalien sowie auch mindestens teilweise mit den vorhandenen Schwermetallen (Cu, Zn, Pb) und verdampft bereits in der Wirbelschicht sowie im Schmelzzykon quantitativ.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung schematisch dargestellten, für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneten Vorrichtungen näher erläutert. In dieser zeigen Fig.1 eine erste Ausbildung einer Einrichtung zum Aufarbeiten von RESH bzw. Automobilshredderleichtfraktionen schematisch teilweise im Schnitt und Fig.2 eine abgewandelte Ausbildung der Einrichtung nach Fig.1.
In Fig.1 ist ein Wirbelschichtvergaser 1 dargestellt, über dessen Aufgabestutzen 2 RESH gemeinsam mit Kalkstein und ggf. Bauxit oder Schleifstäuben als Aluminatträger aufgegeben wird. Im Inneren des Wirbelschichtreaktors wird eine Wirbelschicht 3 ausgebildet, wobei entsprechendes Treibgas über Strahlrohre 4 in den Reaktor eingeblasen wird. Die Strahlrohre 4 sind mit ihren Achsen so orientiert, daß die Strahlrichtung auf einen gemeinsamen Mahlpunkt 5 zielt. Das Treibgas wird über eine Leitung 6 der Ringleitung 7 zugeführt, an welche die Strahlrohre 4 angeschlossen sind.
Als Treibgas werden hier Verbrennungsabgase eingesetzt, um eine Temperatur von über 450° im Inneren des Wirbelschichtreaktors 3 sicherzustellen. Die Brennkammer für die Herstellung der Verbrennungsabgase ist mit 8 bezeichnet.
Das im Inneren des Wirbelschichtreaktors vergaste Produkt wird im Mahlraum, und insbesondere im Mahlpunkt 5 entsprechend zerkleinert, wobei Feingut über einen Sichter 9 in einen Schmelzzyklon 10 ausgetragen wird. Das dabei gebildete Synthesegas, welches als Vergasungsprodukt des Wirbelschichtvergasers auftritt, wird über eine Leitung 11 abgezogen und über einen Wärmetauscher 12 geführt, worauf dieses Synthesegas zumindest teilweise über eine Leitung 13 und einen Verdichter 14 der Brennkammer 8 als Brenngas zugeführt wird. Kaltluft für die Verbrennung in der Brennkammer 8 wird über eine Leitung 15 angesaugt, wobei das entsprechende Sauggebläse mit 16 bezeichnet ist. Die Kaltluft wird im Wärmetauscher 12 erwärmt und als Heißluft, ggf. gemeinsam mit Sauerstoff, der Brennkammer 8 zugeführt.
Das Schmelzprodukt des Schmelzzyklons wird in einen Eisenbadreaktor 17 ausgebracht, in welchem die flüssige Schlacke auf einem Eisenbad 18 aufschwimmt. Das Eisenbad 18 nimmt bei Reduktion der flüssigen Schlacke weitere metallische Anteile auf, wobei insbesondere eine schwerere Phase, welche in hohem Maße kupferhältig ist, nach Seigerung über die Leitung 19 abgezogen werden kann, wobei das Eisenbad im Eisenbadreaktor verbleiben kann. Die Schlacke kann über die Leitung 20 abgestochen werden. Durch geeignete Einstellung des Kalksatzes bzw. des Anteiles an Aluminatträgern in der Wirbelschicht gelingt es, über den Abstich 20 unmittelbar ein Produkt abzuziehen, dessen Zusammensetzung einem synthetischen Zement bzw. einem geeigneten Zementzuschlagstoff entspricht.
In den Schmelzzyklon wird zusätzliche Verbrennungsluft bzw. Sauerstoff über Leitungen 21 eingetragen.
Bei der Ausbildung nach Fig.2 entfällt der Sichter. Als Strahlrohre 4 kommen bei dieser Ausbildung Lavaldüsen zum Einsatz, wobei wiederum ein Mahlpunkt 5 bzw. ein zugehöriger Mahlraum im Vergasungsreaktor 1 ausgebildet wird. Der Übersichtlichkeit halber sind die Elemente der Treibgasherstellung für die Düsen zum Mahlraum in Fig.2 nicht dargestellt.
Das zumindest teilweise kalzinierte und entsprechend zerkleinerte Produkt wird über eine Leitung 22 einem Heißzyklon 23 zugeführt. In diesem Heißzyklon werden entsprechend grobe Anteile als Grobgut über die Leitung 24 ausgetragen, wobei dieses Grobgut zumindest teilweise über die Leitung 25 in den Wirbelschichtvergaser rückgeführt werden kann. Das Grobgut enthält hier in erster Linie schwer zu zerkleinernde, duktile Bestandteile und besteht daher im wesentlichen aus Metallteilen. Nach entsprechender Anreicherung der Metallteile können diese über die Leitung 26 einer mechanischen Aufbereitung 27 zugeführt werden, in welcher beispielsweise durch Magnetscheidung Eisen von Nichteisenmetallen abgetrennt werden kann und über gesonderte Austragsleitungen 28 und 29 ausgetragen werden kann.
Das im Heißzyklon separierte Feingut wird gemeinsam mit dem Synthesegas bzw. dem Produktgas des Wirbelschichtreaktors über eine Leitung 30 einem Schmelzzyklon 10 zugeführt, aus welchem die Schmelze wiederum in einen Eisenbadreaktor 17 gelangt und analog wie bei der Ausbildung nach Fig.1 unter Abtrennung einer Kupferphase reduziert wird. Die reduzierte Schlacke wird wiederum über die Leitung 20 ausgetragen und kann entsprechend weiterverarbeitet werden.
Insgesamt erfolgt somit im Wirbelschichtreaktor 1 eine Reaktivvermahlung, bei der der hohe Heizwert einer Autoshredderleichtfraktion bzw. von RESH ebenso wie der entsprechende Heizwert von vorzerkleinertem Hausmüll ausgenützt werden kann.
Als Aluminatträger können unmittelbar Schleifstäube eingesetzt werden, wobei derartige Schleifstäube auch in feuchtem Zustand eingesetzt werden können, da sie in der heißen Wirbelschicht einer Trocknung unterworfen werden. Die Zerkleinerung des hohe organische Anteile enthaltenden Mülls bzw. der Autoshredderleichtfraktion wird durch den Zusatz von Kalkstein und Bauxit wesentlich verbessert, wobei der Einsatz von Kalkstein hier den zusätzlichen Vorteil mit sich bringt, daß in der Wirbelschicht praktisch die gesamte Schwefelmenge der Eintragsstoffe und vor allem die Schwefelmenge im RESH im Kalk eingebunden wird. Es wird somit der Aufwand für eine nachfolgende Abgasaufbereitung beträchtlich verringert.
Ggf. kann, wie in der Zeichnung nicht dargestellt, ein Abgas des Eisenbadreaktors 17, welches in jedem Fall gleichfalls etwa 20 Gew.% Kohlenmonoxid und Wasserstoff aufweist, der Brennkammer zugeführt werden. Die Verfahrensweise im Schmelzreduktionsprozeß erfordert naturgemäß die Aufrechterhaltung einer entsprechenden Temperatur, wobei die Erwärmung in beliebiger wirtschaftlicher Weise erfolgen kann. Wenn der Restkohlenstoffgehalt des Eisenbades teilweise verbrannt wird, kann unmittelbar die entsprechende Schmelzwärme und das entsprechende, einen hohen Heizwert aufweisende Konverterabgas gebildet werden. Zu diesem Zweck wird Sauerstoff oder Luft durch das Eisenbad hindurchgeblasen. Alternativ kann auf das Schmelzbad mit Lanzen geblasen werden. Schließlich ist es möglich, hier Brenner einzusetzen, wobei die erforderliche Wärme auch elektrisch eingebracht werden kann.
Typisch enthält grob entschrotteter RESH 44 % anorganische Anteile und 56 % brennbare Anteile sowie Wasser. In typischer Weise können 65 Gew.% grob entschrotteter RESH gemeinsam mit 30 Gew.% Kalkstein und 5 Gew.% trockenem, stückigen Bauxit in die Wirbelschichtmühle bzw. den Wirbelschichtreaktor eingebracht werden.
Eine typische Analyse der anorganischen Teile von RESH ist nachfolgend wiedergegeben:
RESH- Analyse (Anorganika)
Komponente Anteil (%)
SiO2 55
CaO 15
Al2O3 13
Fe2O3 5
Na2O 3,5
K2O 2,3
MgO 2
Pb 0,1
TiO2 1
MnO 0,2
Zn 0,5
SO3 0,1
P 0,7
Cr 2,5
Cu 2,1
Ni 0,1
Cl 2
Der Schwefel wird quantitativ an das eingebrachte Kalzium gebunden. Chlorid verdampft mit den Alkalien und teilweise den Schwermetallen (Cu, Zn, Pb) in der Wirbelschicht sowie im Schmelzzyklon. Der Eintragsschwefel findet sich quantitativ in der aus dem Eisenbadreaktor abgezogenen Schlacke.
Bei Einsatz von Schleifstäuben als Aluminatträger kann mit einem erheblichen Deckungsbeitrag gerechnet werden, da derartige Schleifstäube üblicherweise nur sehr aufwendig zu entsorgen sind.
Aus einer Tonne RESH entsteht etwa eine halbe Tonne entsprechend von Metallen und Schwermetallen gereinigter Schlacke, welche unmittelbar weiterverwendet werden kann.

Claims (11)

  1. Verfahren zum Aufarbeiten von RESH bzw. von Shredderleichtfraktionen, bei welchem RESH bzw. die Shredderleichtfraktion einem Wirbelschichtvergaser (1) aufgegeben wird, dadurch gekennzeichnet, daß in die Wirbelschicht (3) Heißwind oder Verbrennungsabgase mit einer Temperatur von über 450° C über Düsen unter Ausbildung eines Gegenstrommahlraumes eingeblasen werden und daß in die Wirbelschicht (3) CaCO3 eingebracht und unter Desintegration im Mahlraum kalziniert wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsprodukte mit einer maximalen Partikelgröße vom 25 mm vorzugsweise 20 mm aufgegeben werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in die Wirbelschicht (3) Aluminatträger in einer Menge eingebracht werden, welche nach einer Schmelzreduktion der zerkleinerten Partikel einen Al2O3-Gehalt zwischen 12 und 25 Gew.%, vorzugsweise etwa 15 Gew.%, ergibt.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß CaCO3 in einer Menge eingetragen wird, welche nach einer Schmelzreduktion der zerkleinerten Partikel eine Basizität CaO/ SiO2 zwischen 1,3 und 1,9, vorzugsweise 1,5 ergibt.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß RESH bzw. die Shredderleichtfraktion, ggf. vorzerkleinert einer Magnetscheidung unterworfen wird und mit einem Gesamt-Eisengehalt von weniger als 6 Gew.% eingesetzt wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zerkleinerten Partikel aus dem Wirbelschichtvergaser (1) bzw. dem Mahlraum über einen Sichter (9) abgezogen und einem Schmelzaggregat, insbesondere einem Schmelzzyklon, zugeführt werden, worauf die erhaltene Schmelze über einem Metallbad, insbesondere einem Eisenbad (18), reduziert wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zerkleinerten Partikel über einen Heißzyklon (23) abgesaugt werden, daß das im Heißzyklon (23) anfallende Grobgut zumindest teilweise der Wirbelschicht (3) rückgeführt wird und daß das aus dem Heißzyklon (23) austretende Feingut einem Schmelzaggregat, insbesondere einem Schmelzzyklon, zugeführt wird, worauf die geschmolzene Schlacke über einem Metallbad reduziert wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur in der Wirbelschicht (3) bzw. im Mahlraum auf 450° C bis 700° C eingestellt wird und der CO2-Gehalt der Wirbelschichtatmosphäre unter 30 Vol.%, vorzugsweise unter 15 Vol.% gehalten wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungsabgase für den Betrieb der Wirbelschichtmühle zumindest teilweise durch Verbrennen der Abgase der Vergasungsreaktion in der Wirbelschicht (3) hergestellt werden, welche bevorzugt unterstöchiometrisch vorgenommen wird.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß RESH und Kalkstein in einem Gewichtsverhältnis von 1,5:1 bis 3:1 eingesetzt werden.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Metallbadreaktor (17) eine schwerere Cu-hältige Phase durch Seigerung getrennt abgezogen wird und daß die verbleibende eisenhaltige Phase zumindest teilweise als Metallbad (18) im Metallbadreaktor (17) belassen wird.
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