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DE19640473A1 - Verfahren zur Verwertung von Restmüll - Google Patents

Verfahren zur Verwertung von Restmüll

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Publication number
DE19640473A1
DE19640473A1 DE1996140473 DE19640473A DE19640473A1 DE 19640473 A1 DE19640473 A1 DE 19640473A1 DE 1996140473 DE1996140473 DE 1996140473 DE 19640473 A DE19640473 A DE 19640473A DE 19640473 A1 DE19640473 A1 DE 19640473A1
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DE
Germany
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gasification
waste
temperatures
takes place
residual
Prior art date
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Withdrawn
Application number
DE1996140473
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English (en)
Inventor
Herbert Prof Dr Spindler
Ute Dr Rer Nat Bauermeister
Guenter Dipl Ing Boehme
Hans-Joachim Dipl Ing Weis
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SPINDLER HERBERT PROF DR 06120 HALLE DE
Original Assignee
SPINDLER HERBERT PROF DR 06120 HALLE DE
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Filing date
Publication date
Application filed by SPINDLER HERBERT PROF DR 06120 HALLE DE filed Critical SPINDLER HERBERT PROF DR 06120 HALLE DE
Priority to DE1996140473 priority Critical patent/DE19640473A1/de
Publication of DE19640473A1 publication Critical patent/DE19640473A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10BDESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B53/00Destructive distillation, specially adapted for particular solid raw materials or solid raw materials in special form
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10JPRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10KPURIFYING OR MODIFYING THE CHEMICAL COMPOSITION OF COMBUSTIBLE GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE
    • C10K1/00Purifying combustible gases containing carbon monoxide
    • C10K1/08Purifying combustible gases containing carbon monoxide by washing with liquids; Reviving the used wash liquors
    • C10K1/10Purifying combustible gases containing carbon monoxide by washing with liquids; Reviving the used wash liquors with aqueous liquids
    • C10K1/101Purifying combustible gases containing carbon monoxide by washing with liquids; Reviving the used wash liquors with aqueous liquids with water only
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C10J2300/00Details of gasification processes
    • C10J2300/09Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0903Feed preparation
    • C10J2300/0906Physical processes, e.g. shredding, comminuting, chopping, sorting
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verwertung von Restmüll, insbesondere von Siedlungsabfällen.
Es ist bekannt, den Restmüll mittels mechanisch-biologischer oder thermischer Behandlung aufzubereiten. Das Ziel der mechanisch-biologischen Aufbereitung des Restmülls ist es, durch das Abtrennen von verwertbaren Anteilen und direkt ablagerbaren Inertstoffen sowie biologischen Abbau organischer Inhaltsstoffe, Komposte oder Sekundärbrennstoffe zu erzeugen und damit die Deponiebelastung wesentlich zu verringern.
Bekannt sind Rotteverfahren, bei denen die biologisch abbaubaren organischen Abfallinhaltsstoffe aerob abgebaut werden. Man unterscheidet "Low Tech"- und "High Tech"-Verfahren, je nachdem, ob die Rotte offen oder geschlossen durchgeführt wird. Durch geschlossene Verfahren kann die Rottezeit erheblich verkürzt werden. Weiter bekannt sind Vergärungsverfahren, bei denen ein anaerober Abbau der organischen Materialien erfolgt. Bei der für Abfallinhaltsstoffe allein interessierenden Methangärung wird Biogas gebildet, das energetisch genutzt werden kann. Man unterscheidet Flüssig- und Feststoffverfahren.
Einigkeit besteht darin, daß keines der bekannten Verfahren zur mechanisch­ biologischen Abfallbehandlung die Forderung der am 1. Juni 1993 in Kraft getretenen "Dritten Allgemeinen Verwaltungsvorschrift zum Abfallgesetz" (TASi) bezüglich einem maximalen Glühverlust von 5% erfüllen kann.
Es ist weiterhin bekannt, der mechanisch-biologischen Abfallbehandlung eine naßoxidative Nachbehandlung anzuschließen, um so den verbleibenden Restmüll, der einer thermischen Verwertung zuzuführen ist, wesentlich zu reduzieren (Kionka, UmweltMagazin, Vogel Verlag Würzburg, 1996, Heft 7/8, Seite 38).
Die thermische Abfallverwertung erfolgt in der Regel in den Stufen Trocknung, Entgasung, Schwelung (Pyrolyse), Vergasung, Verbrennung, wobei je nach Zielstellung des Verfahrens nicht alle Stufen durchlaufen werden müssen. Moderne Verfahren sind die Verbrennung in der Wirbelschicht sowie Kombinationsverfahren aus Pyrolyse und Hochtemperaturverbrennung oder Pyrolyse und Flugstromvergasung oder Pyrolyse und Hochtemperaturvergasung. Die Behandlungstemperatur liegt in der Regel zwischen 1000°C und 2000°C. Mit den Verfahren der thermischen Abfallverwertung gelingt es, die Forderungen der TASi bezüglich eines Glühverlustes von kleiner als 5% zu erfüllen. Jedoch sind diese Verfahren deutlich kostenaufwendiger als die mechanisch­ biologischen. Der Energieverbrauch für die Verfahrensführung liegt in der Regel bei bis zu 80% und mehr der im Müll nutzbaren Energie. Verschiedene Verfahren der thermischen Abfallverwertung besitzen eine geringe Akzeptanz in der Öffentlichkeit.
Es ist auch in Erwägung gezogen worden, mechanisch-biologische Verfahren der Restmüllbehandlung mit thermischen zu kombinieren. Doch wird dieser Weg allgemein verworfen, weil er gegenüber der thermischen Verwertung als nicht vorteilhaft angesehen wird (J. Bohlmann, AJ 6/96, S. 20-22 ).
Diskutiert worden sind auch folgende Kombinationen:
  • - Der Restmüll wird mechanisch getrennt, die heizwertarme Fraktion wird biologisch behandelt und abgelagert, die heizwertreiche Fraktion wird parallel thermisch behandelt oder
  • - der Restmüll wird mechanisch getrennt, die heizwertarme Fraktion wird biologisch behandelt und anschließend gemeinsam mit der heizwertreichen Fraktion thermisch behandelt (Th. Saure u. a., Müllmagazin 3/1996, S. 61-66).
Allen diesen Varianten einschließlich der Verwertungsvorschläge für Sekundärbrennstoff aus Müll ist gemeinsam, daß sie eine thermische Behandlung mit Sauerstoffüberschuß vorsehen, also eine Verbrennung.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Verwertung von Restmüll zu schaffen, daß die Aufbereitung des Restmülls mit geringem energetischem, logistischem, apparativen und Nachsorge-Aufwand bei Einhaltung der Forderungen der TASi ermöglicht, bei möglichst niedrigen Temperaturen arbeitet und kostengünstiger als die bekannten Verfahren ist.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Es ist besonders vorteilhaft, in einer mechanisch-biologischen Abfallbehandlungsstufe zunächst den Wassergehalt auf kleiner als 25% abzusenken und mineralische und metallische Stoffe sowie Plaste und toxische Inhaltsstoffe abzutrennen und danach den Restmüll in feuchter Atmosphäre bei Temperaturen um 600°C bei einem stöchiometrischen Sauerstoff-Unterschuß solange zu vergasen, bis der Kohlenstoffgehalt des Restproduktes kleiner als 3%, bezogen auf die Trockensubstanz, beträgt.
Es ist weiterhin vorteilhaft, das bei der Vergasung anfallende Gasgemisch einer Wasserwäsche zu unterwerfen und es energetisch oder stoffwirtschaftlich zu nutzen.
Es ist besonders vorteilhaft, dem Restmüll gegebenenfalls Klärschlamm zuzusetzen.
Die Vorteile der Kombination aus mechanisch-biologischer Restmüllaufbereitung mit einer Vergasung in feuchter Atmosphäre bei niedrigen Temperaturen bestehen insbesondere im Anfall eines hohen Anteiles verwertbarer, das heißt nicht zu deponierender Inhaltsstoffe, einer hohen Energieausbeute und in der Erfüllung der Forderungen der TASi bezüglich des Glühverlustes kleiner als 5%. Die Realisierung des Verfahrens ermöglicht eine wesentliche Senkung des apparativen Aufwandes sowohl hinsichtlich des eigentlichen Vergasungsverfahrens als auch der Reinigung der emittierten Gase.
Die Erfindung soll an einigen Ausführungsbeispielen näher erläutert werden:
Beispiel 1
Ein unsortierter Hausmüll mit einer Bruttozusammensetzung von 48 Masse-% Wasser, 27 Ma-% organisch gebundenem Kohlenstoff, 24 Ma-% Asche und Metalle sowie einem Stickstoffgehalt zwischen 0,6 und 1 Ma-% wurde einer 75stündigen Intensivrotte in einer sich langsam drehenden Stahltrommel unter Luftströmung unterworfen. Dabei erwärmte sich die Masse auf 65°C. Nach dieser Behandlung und der mechanischen bzw. magnetischen Abscheidung von Wert-, Stör- und Hartstoffen sowie einer 300stündigen Nachrotte war ein Masseverlust von 44% eingetreten. Das erhaltene Produkt hatte einen Wassergehalt von 19 Ma-%, der Gehalt an organisch gebundenen Kohlenstoff betrug 44%, der mineralische Anteil 36 Ma-% und der Stickstoffgehalt ca. 1%. Dieses Produkt wurde kontinuierlich einem Schachtvergaser eingegeben und durch die Menge eines gleichmäßig zugeführten Luftstromes die Vergasungstemperatur im Bereich von 600 bis 650°C gehalten. Das den Vergaser verlassende Rohgas hatte eine Temperatur von 500°C und durchströmte einen Zyklon zur Nachabscheidung feiner Feststoffteilchen, bevor es in einem Wärmeübertrager abgekühlt wurde. Die Gasreinigung erfolgte in einem Zentrifugalwäscher durch intensive Durchmischung mit Wasser. In dieser Verfahrensstufe werden auch feinste Asche- und Kohlepartikel aus dem Gas entfernt. Das Gas hatte bei 50°C folgende Zusammensetzung (in Vol.-%):
N₂
47,3
H₂ 8,6
CO 13,6
CO₂ 11,9
CH₄ 5,4
H₂O 12,7
O₂ 0,4
Der Rest entfällt auf höhere Alkane C₂-C₆ und Verunreinigungen. Die häufigsten dieser Verunreinigungen sind:
Cl (als HCl)
12 mg/m³ N
F (als HF) < 0,2 mg/m³ N
S (als H₂S) 100 mg/m³ N
Teerkondensate 82 mg/m³ N
Staubgehalt 10 mg/m³ N
Eine genaue Gasanalyse, die außer den bereits aufgeführten Verbindungen polychlorierte Dioxine und Furane, polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe, Stickoxide, Cyanide und Ammoniak sowie die Elemente Quecksilber, Cadmium, Phosphor, Bor, Arsen, Chrom, Kupfer, Zink, Zinn umfaßte, ergab, daß die Schadstoffgehalte den Anforderungen der 17. BlmSchV entsprachen. Das erzeugte Schwachgae ist geeignet zum Betreiben eines Gasmotors zur Stromerzeugung.
Die aus dem Vergaser ausgetragene Asche hatte einen Anteil von weniger als 3 Ma.-% organisch gebundenem Kohlenstoff.
Beispiel 2
Einem Restmüll, dessen Organikanteil bei nur 12 Ma-% lag, wurde Klärschlamm mit einem Trockensubstanzanteil von 20% zugesetzt. Das Gemisch hatte eine Bruttozusammensetzung von 51 Ma-% Wasser, 23 Ma-% organisch gebundenem Kohlenstoff, 26 Ma-% mineralische Bestandteile einschließlich Metalle und 0,5% Stickstoff. Es wurde in analoger Weise wie in Beispiel 1 beschrieben biologisch­ mechanisch vorbehandelt, wodurch ein Masseverlust von 48,5% eintrat. Das Zwischenprodukt hatte eine Zusammensetzung von 17 Ma-% Wasser, 39 Ma-% organisch gebundenem Kohlenstoff, 43 Ma-% Mineralstoffe und 1 Ma-% Stickstoff. Es wurde wie ebenfalls in Beispiel 1 beschrieben vergast. Durch die zugeführte Luft wurde die Temperatur auf 650-700°C eingestellt. Das entstandene Schwachgas wurde wie in Beispiel 1 beschrieben nachbehandelt und hatte nach Trocknung folgende Zusammensetzung (in Vol.-%):
N₂
55,9
H₂ 7,7
CO 16,4
CO₂ 14,1
CH₄ 3,9
C₂H₆ 1,4
O₂ 0,5
Der Rest entfällt wiederum auf höhere Alkane C₃-C₆ und Verunreinigungen. Insgesamt wurden wiederum die Forderungen der 17. BlmSchl erfüllt.
Der Vergaser-Austrag hatte einen C-Anteil (organisch) unter 2 Masse-%.

Claims (9)

1. Verfahren zur Verwertung von Restmüll, insbesondere Siedlungsabfällen, dadurch gekennzeichnet, daß der Restmüll zunächst mit einer an sich bekannten mechanisch-biologischen Abfallbehandlung aufbereitet und danach bei Temperaturen von 500°C bis 800°C in feuchter Atmosphäre vergast wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Restmüll zur Erhöhung des biogenen Anteiles auf mindestens 15% biogene Materialien, wie Klärschlamm, Gülle oder Fettabscheiderinhalte zugesetzt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei der mechanisch-biologischen Abfallbehandlung der Wassergehalt auf kleiner 25% abgesenkt, mineralische und metallische Stoffe sowie Plaste und toxische Inhaltsstoffe abgetrennt werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergasung bei Sauerstoff-Unterschuß solange erfolgt, bis der organische Kohlenstoffgehalt des Restproduktes kleiner 3%, bezogen auf die Trockensubstanz, beträgt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergasung bei Temperaturen von 600°C bis 700°C im feuchten Luftstrom erfolgt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergasung bei Temperaturen von 600°C bis 650°C erfolgt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergasung bei Temperaturen um 600°C erfolgt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das bei der Vergasung anfallende Gasgemisch mit Wasser gewaschen wird.
9. Verfahren nach Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß das bei der Vergasung anfallende Gasgemisch energetisch oder stoffwirtschaftlich genutzt wird.
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