DE3635068A1 - Verfahren und anlage zur kombinierten thermischen entsorgung von kontaminiertem boden, muell, sonderabfall, klaerschlamm und altoel - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zur kombinierten thermischen Entsorgung von kontaminiertem Gut wie Erde, Müll, Sonderabfall, Klärschlamm und Altöl bestehend aus einem indirekt beheizten Entgasungsprozeß mit nachgeschaltetem direkt beheizten Brennprozeß.

Zur Lösung dieser Aufgabe besteht dieses erfindungsgemäße Verfahren im wesentlichen aus der Kombination von an sich bekannten Einrichtungen.

Bei der thermischen Beseitigung von schadstoffbelasteten Materialien und Abfallstoffen unterscheidet man zwischen Verfahren mit direkter Beheizung, also Verbrennung, und indirekter Beheizung, also Entgasung.

Die Verbrennung wird dabei in der Regel in Schacht-, Dreh-, oder Wirbelschichtöfen durchgeführt. Sie erzeugt große Rauchgasvolumina, in denen Schadstoffe enthalten sind, die nach den gesetzlichen Regelungen der TA Luft abgeschieden werden müssen. Das ist häufig mit einem hohen technischen Aufwand verbunden, so daß die thermischen Verfahren gegenüber den biologischen, chemisch-physikalischen und extraktiven Verfahren aus Kostengründen wenig attraktiv sind.

Der hauptsächliche Kostenfaktor bei thermischen Verfahren ist der Energieeinsatz, denn für den möglichst vollständigen Abbau organischer und insbesondere halogenierter, organischer Stoffe sind Verbrennungstemperaturen von mehr als 1200°C notwendig, um gasförmige Schadstoffe zu verbrennen. Andererseits müssen dampfförmige Rauchgasbestandteile kondensiert werden, um als Staub in Filtern abgeschieden werden zu können.

Hierdurch treten nicht nutzbare Wärmeströme auf, die die Wirtschaftlichkeit beeinträchtigen. Müssen Schadstoffe naß abgeschieden werden, so fallen zusätzliche Kosten für die Abwasserreinigung an. Erschwerend für den Prozessablauf einer Verbrennung organisch verunreinigter Stoffe ist die Tatsache, daß die zu behandelnden Ausgangsstoffe räumlich und zeitlich inhomogen sind. Sie variieren in der chemischen Zusammensetzung, also auch im Heizwert, in den physikalischen Eigenschaften, sowie in der Partikelgeometrie.

Deshalb kann man den beim direkten oxidierenden Hochtemperaturprozeß im Drehofen entstehenden Rauchgasstrom nur dann für die Wärmerückgewinnung nutzbar machen, wenn alle bis zu Temperaturen von etwa 600°C verdampfenden Schadstoffe wie Blei, Thallium, Quecksilber, Chloride, organische Substanzen usw. weitestgehend abgetrennt sind.

Dies kann durch einen vorgeschalteten indirekten Niedertemperaturprozeß erreicht werden.

Die Überführung des Chlors in eine feste Verbindung ist möglich durch Additive mit denen die chlorhaltigen Komponenten innig vermischt sind.

Die festen Reststoffe dieser Entgasung lassen sich je nach Beschaffenheit deponieren, oder weiter hochthermisch stabilisieren. Hierzu kann der Drehofenprozeß mit hoher Einsatzflexibilität und einer hinreichenden Brenntemperatur von ca. 1200°C dienen.

Den festen Entgasungsprodukten können Additive zugemischt werden, die die Eigenschaften des Brenngutes aus dem Drehofen in Richtung der Weiterverwendung als Baustoff oder Baustoffzuschlag entsprechend günstig beeinflussen.

Diese Zuschlagstoffe könnten vorzugsweise in einer der Entgasung vorgelagerten Trocknungseinrichtung behandelt werden. Feste Entgasungsprodukte und Additive können im Drehofen bei hoher Temperatur weiterbehandelt werden, ohne daß schädliche oder belastende Stoffe in die Rauchgase übergehen.

Sowohl die Entgasung als auch die Trocknung erhalten ihre Energie aus der freigesetzten Abfallenergie im Drehofen. Die Restgase aus diesem Verbrennungsprozeß können durch einfache Entstaubung im Elektrofilter oder Schlauchfilter auf Reststaubgehalte bis 10mg pro Normalkubikmeter gereinigt werden. Die oberhalb von 600°C siedenden Schwermetallverbindungen werden in wassserunlöslicher Form in das Kristallgitter der Zuschlagstoffe eingebunden und fallen als Schlacke im nachgeschalteten Naßentschlacker an oder werden als keramisiertes Brenngut in einem Rohrkühler gekühlt.

Der Prozeß bietet die Möglichkeit einer Restschadstoffabscheidung aus den Drehofenrauchgasen über zirkulierende Kalksteinmehlkreisläufe in einen dem Drehofen vorgeschalteten Zyklonwärmetauschersystem, welches aus dem Zementprozeß bekannt ist.

Betrachtet man den Feststoffstrom durch die Anlage, so wird in der Trockentrommel das dem Aufgabegut anhaftende, physikalisch gebundene Wasser bei 150°C bis zu einer Restfeuchte von ca. 5% verdampft. Somit entsteht ein lagerfähiges Zwischenprodukt, das in dem nachgeschalteten Entgasungsreaktor bei 600°C von organischen und den niedrig siedenden anorganischen Substanzen befreit wird. Der feste Reststoff enthält noch Koks sowie mineralische und metallische Feststoffe. An den Koks sind bereits adsorptiv Schwermetalle und Quecksilber in metallischer Form wasserunlöslich gebunden, so daß der Reststoff deponierfähig ist. In dem anschließenden Drehofenprozeß wird der Reststoff einer direkten Hochtemperaturbehandlung unterzogen, um weiterverwertbare Produkte wie Baustoffe zu erzeugen. Das keramisierte oder verschlackte Ofengut wird zur Wärmerückgewinnung in einem Rohrkühler gekühlt oder über einen Naßentschlacker ausgetragen.

Der Trockner, der im Gleichstromverfahren arbeitet, erzeugt mit den Heizgasen vermischten Wasserdampf, das heißt Brüden, die in aller Regel übelriechend sind. Aus diesem Grunde sind die aromatischen Bestandteile zu beseitigen. Hierzu werden die Brüden zur thermischen Nachverbrennung dem im Gegenstrom arbeitenden Drehofen zugeführt. Auch im Heißgaserzeuger, der dem Nachbrennschacht vor- und dem Drehofen parallel geschaltet ist, kann in besonderen Fällen der Brüdenstrom thermisch nachbehandelt werden.

Die hier entstehenden Heißgase können zur Vorwärmung des Ofengutes in einen mehrstufigen Zyklonvorwärmer geleitet werden, wo auch Staub abgeschieden wird. Die so vorgereinigten Ofengase dienen als Heizgase für den indirekt beheizten Entgasungsprozeß.

Überschüssige Gasmengen werden im Sprühturm gekühlt und konditioniert und nach Entstaubung in einem Elektrofilter geruchs- und schadstofffrei in die Atmosphäre entlassen.

Die Heißgase, die im Entgasungsreaktor schon einen Teil ihrer Wärme abgegeben haben, können noch im Trockenprozeß weiter verwertet werden.

Die Gase aus dem Entgasungsreaktor enthalten neben niedrig siedenden Schadstoffen wie chlorierten Kohlenwasserstoffen, Quecksilberdämpfen usw. auch kurzkettige gasförmige Kohlenwasserstoffe und geringe Falschluftmengen sowie Stäube, die in einer Staubkammer hinter dem Entgasungsreaktor grob abgeschieden werden. Diese Gase werden im nachfolgenden 1200°C heißen Koksbett (z.B. Drehrostgenerator oder Schüttschichtfilter) bei stark reduzierender Atmosphäre im Gegenstrom zu Wasserstoff, Kohlenmonoxyd und Methan reduziert und stellen einen energiereichen Sekundärbrennstoff dar (Spaltgas). Das Spaltgas enthält noch Quecksilberreste, Schwefelwasserstoff, Chlor- und Cyanwasserstoffverbindungen als toxische Bestandteile, die in einer Naßwäsche mehrstufig ausgeschieden werden.

Das gewaschene Spaltgas dient als Energieträger zur Beheizung von Drehofen, Heißgaserzeuger bzw. Nachbrennkammer.

Das Waschwasser der Naßwäsche wird in einer Wasseraufbereitungsanlage aufbereitet und kann dann dem Vorfluter des kommunalen Klärwerks oder im Kreislauf wieder dem Sprühturm vor dem Elektrofilter oder dem Naßwäscher zugeleitet werden.

Nicht oder aufwendig deponierbare Stoffe, wie kommunale und industrielle Klärschlämme, Müll- oder BRAM- Fraktionen (BRAM = Brennstoff aus Müll), toxische Kohlenwasserstoffe in konzentrierter Form oder als Kontaminäte in Böden, Lackschlämme, Altöl und PCB-haltige Rückstände, Askarell, werden durch den vorgeschlagenen Prozeß in eine stabile, deponiefähige Form überführt. Darüber hinaus werden sie im Volumen stark reduziert oder fallen als weiterverwertbare Sekundärbaustoffe an. Eventuell noch darüber hinaus zu deponierende Rückstände betragen nur etwa 0,1 bis 0,5% des eingebrachten Gewichtes.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die schematische zeichnerische Darstellung weiter ins Einzelne gehend beschrieben.

Der Trockner (1) ist feststoffseitig mit einem Entgasungsreaktor (2) verbunden, der wiederum feststoffseitig in einen Zyklonwärmetauscher mit Nachbrennschacht (10) einmündet, welcher sich am Feststoffeintritt eines Drehofens (4) mit nachgeschaltetem Kühler (5) und Naßentschlacker (9) befindet. Gasseitig ist der Trockner (1) über ein Gebläse mit dem Kühler (5) und dem Drehofen (4) verbunden. Der Gasaustritt des Entgasungsreaktors (2) mündet über ein Koksbett (3) und eine Gaswäsche (7) in den Drehofen (4) und in den Heißgaserzeuger (12).

Sowohl die Gaswäsche (7) als auch das Koksbett (3) sind an die Wasseraufbereitung (6) angeschlossen. Vom Heißgaserzeuger (12) aus gehen Gasleitungen sowohl zum System Zyklonwärmetauscher/Nachbrennschacht (10), als auch zum Entgasungsreaktor (2). Aus dem System Zyklonwärmetauscher/Nachbrennschacht (10) führt eine Gasleitung über ein Elektrofilter mit vorgeschaltetem Sprühturm (11) zum Kamin.

Die Vorrichtung arbeitet in der nachfolgend beschriebenen Weise.

Wird ein nasses Gut (13) wie z. B. Klärschlamm im Trockner (1) behandelt, so fällt ein trockenes Material an, welches zusammen mit trockenem Aufgabegut (14) in den mit Heißgas aus einem Heißgaserzeuger (12) indirekt beheizten Entgasungsreaktor (2) gelangt. Die bei der Betriebstemperatur des Entgasungsreaktors ausgasenden Stoffe werden über ein heißes Koksbett (3) geleitet, in welches zum Ausgleich des Abbrands ständig Koks (17) nachfällt. Das so behandelte Gas dient nach einer mehrstufig durchgeführten Gaswäsche (7) als Brenngas für den Heißgaserzeuger (12), in welchem zusätzlich Sekundärbrennstoffe (16) verfeuert werden können, und den Drehofen (4). Die Feststoffe aus dem Entgasungsreaktor werden im System Zyklonwärmetauscher/Nachbrennschacht (10) durch die heißen Ofenabgase vorgewärmt und dann bei hoher Temperatur im Drehofen behandelt. Je nach Art und Eigenschaften dieser Feststoffe, können brennbare Müllfraktionen (8) und Zuschlagstoffe (15) wie Kalksteinmehl, Flugasche oder Additive mit eingebracht werden, die eine Inertisierung oder Keramisierung ermöglichen. Die im Trockner (1) mit der Restwärme des Heißgases aus dem Entgasungsreaktor ausgetriebenen Brüden werden ebenfalls einer Hochtemperaturbehandlung unterzogen.

Sind die Feststoffe aus dem Entgasungsreaktor schon schadstoffrei, so kann die Hochtemperaturbehandlung entfallen, und sie werden als Bypass-Staub (18) ausgeschleust. Die hochtemperaturbehandelten, inertisierten oder keramisierten Feststoffe gelangen in den Naßentschlacker (9) oder finden nach Abkühlung im Rohrkühler (5) in der Baustoffproduktion Verwendung.

Claims (11)

1. Verfahren zur kombinierten thermischen Behandlung, insbesondere zum Unschädlichmachen von mit Schadstoffen kontaminiertem Gut wie Erde, Müll, Sonderabfall, Klärschlamm und Altöl, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Gut in einem indirekt beheizten Entgasungsprozeß bei mäßig hoher Temperatur alle Stoffe, die bei der Betriebstemperatur des Entgasungsprozesses gas- oder dampfförmig sind, entfernt, von den festen Entgasungsprodukten getrennt und weiterbehandelt werden, während die festen Entgasungsprodukte in einer Hochtemperaturbehandlung, die im wesentlichen mit dem gereinigten Gas und den Kohlenstoffanteilen der festen Entgasungsprodukte befeuert wird, eventuell zusammen mit Zuschlagstoffen keramisiert und damit inertisiert oder verschlackt werden können.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gut vor dem Eintritt in den Entgasungsprozeß mit dem Heißgas aus demselben getrocknet und der dabei entstehende Brüdenstrom in der Hochtemperaturstufe mit verbrannt werden kann.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch geeignete, dispergierende Additive im Entgasungsreaktor vor der Entgasung eine Reaktion schädlicher, flüssiger, niedrig siedender Komponenten zu unschädlichen festen oder hochsiedenden Verbindungen herbeigeführt werden kann, gegebenenfalls unter Anwendung von Druck.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas, beladen mit allen gas- und dampfförmigen Schadstoffen über ein bei Temperaturen von um oder über 1200°C reduzierend unter Luftabschluß betriebenes, festes Koksbett geleitet, daran anschließend gereinigt und als Brenngas in der Hochtemperaturstufe verfeuert wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die festen Entgasungsprodukte vor ihrem Eintritt in die Hochtemperaturbehandlungsstufe in deren Abgasstrom vorgewärmt werden, wobei sich gleichzeitig der größte Teil des Staubes aus dem Abgas abscheidet, welches dann nach Konditionierung und einer elektrostatischen Entstaubung in den Kamin abgegeben wird.

6. Vorrichtung zur kombinierten thermischen Behandlung von mit Schadstoffen kontaminiertem Gut wie Erde, Müll, Sonderabfall, Klärschlamm und Altöl, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 4 mit einem Entgasungsreaktor (2) und einem Koksbett (3), dadurch gekennzeichnet, daß der Entgasungsreaktor feststoffseitig mit einem Brennofen (4) verbunden ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennofen, vorzugsweise ein Drehofen, mit einem Naßentschlacker (9) und einem Feststoffkühler (5), vorzugsweise mit einem Rohrkühler versehen ist und der auf der Gasaustrittsseite einen Zyklonwärmetauscher mit Nachbrennkammer (10) besitzt, die über eine Feststoffleitung mit dem Feststoffaustrag aus dem Entgasungsreaktor (2) verbunden ist.

8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Koksbett gasseitig mit einem ein­ oder mehrstufigen Naßwäscher (7) verbunden ist, von dem aus eine mit einem Gebläse ausgestattete Leitung zum Brennofen führt.

9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß für den Betrieb der Nachbrennkammer zusätzlich ein mit Sekundärbrennstoff befeuerter Heißgaserzeuger (12) vorgesehen ist, der gleichzeitig das Heißgas für den Entgasungsreaktor erzeugt.

10. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgasleitung aus dem Zyklonwärmetauscher in eine Abgasreinigungseinrichtung, bestehend vorzugsweise aus einem Verdampfungskühler (11) mit nachgeschaltetem Elektrofilter, einmündet.

11. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß dem Entgasungsreaktor ein mit der Restwärme des Heißgases beheizter Trockner (1), vorzugsweise ein Trommel- oder Stromtrockner vorgeschaltet ist, dessen Brüdenleitung in den Brennofen (4) und/oder den Kühler (5) mündet.