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DE4226034C1 - Kombiniertes Verfahren zur Vergasung von festen, pastösen und flüssigen Rest- und/oder Abfallstoffen - Google Patents

Kombiniertes Verfahren zur Vergasung von festen, pastösen und flüssigen Rest- und/oder Abfallstoffen

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DE4226034C1
DE4226034C1 DE19924226034 DE4226034A DE4226034C1 DE 4226034 C1 DE4226034 C1 DE 4226034C1 DE 19924226034 DE19924226034 DE 19924226034 DE 4226034 A DE4226034 A DE 4226034A DE 4226034 C1 DE4226034 C1 DE 4226034C1
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residues
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Manfred Dipl Ing Duerlich
Lutz Dipl Ing Groeschel
Bernd Dr Rer Nat Buttker
Dieter Dipl Ing Mergemeier
Werner Dr Ing Hauptmann
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Sekundaerrohstoff-Verwertungszentrum Schwarze Pump
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Energiewerke Schwarze Pumpe AG
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Description

Historisch gesehen war das am wenigsten aufwendige Verfahren zum Beseitigen von festen Abfallstoffen das Ablagern in offenen Deponien oder in Untertagedeponien. Deponien für nicht verarbeiteten Abfall bringen jedoch ernsthafte Probleme mit sich. Durch Auslaugen kommt es leicht zu Grundwasserverschmutzung. Wertvolle Bodenflächen gehen verloren. Brände können entstehen.
Ein günstigeres Verfahren, das diese Probleme verringert, besteht in einer sanitären Geländeauffüllung durch Kompostieren und Abdecken des Abfalls mit Erde.
Dessen ungeachtet wurde in größeren städtischen Bereichen dieses Vorgehen in zunehmendem Maße unattraktiv, da geeignete Plätze immer weniger zur Verfügung stehen. Beide vorgenannten Verfahren wurden durch eine Verbrennung des Mülls vor der Geländeauffüllung ergänzt. Die herkömmliche Abfallverbrennung sorgt zwar für eine wesentliche Volumenminderung der Abfallstoffe und verringert die durch Auslaugen verursachte Verschmutzung, bringt jedoch neue Umweltprobleme, beispielsweise eine Luftverschmutzung und erhöhten Anfall an belasteten Reststoffen wie Filterstäuben und Salzschlämmen, mit sich. Obwohl Volumenverringerungen von 80 bis 90% möglich sind, ist der Rückstand oder die Asche nicht in jedem Fall biologisch inaktiv, so daß weiterhin eine Geländeauffüllung notwendig ist. Des weiteren ist bei der herkömmlichen Verbrennung die Wiedergewinnung von Nutzwerten im allgemeinen minimal.
Einen Lösungsvorschlag zur Vergasung von Abfall zeigt das Anderson-Verfahren (US- PS 37 29 298). Dabei werden Abfallstoffe in den oberen Teil und Sauerstoff in den unteren Teil eines aufrecht stehenden Schachtofens eingeführt. Bei der Durchführung des Verfahrens wird geshredderter Müll unverdichtet eingesetzt. Die im Unterteil entstehende flüssige Schlacke wird kontinuierlich abgestochen. Dieses Verfahren hatte den Nachteil, daß der geshredderte Müll sich im Reaktor verdichtete und zu Kanalströmungen mit den bekannten Nachteilen der Leistungsminderung und Explosionsgefahr führte.
Gemäß DE-OS 26 19 302 wurde vorgeschlagen, Abfallstoffe in Form definierter Pellets aus geshreddertem Müll im Schachtofen zu vergasen. Dieses Verfahren ist eingeschränkt auf eine Vergasung von definierten Pellets unter Normaldruck mit Flüssigschlackeabzug anwendbar.
In DE-AS 23 23 654 wird ein Verfahren beschrieben, in dem feste Abfallstoffe aus Hausmüll in den Oberteil und flüssige kohlenwasserstoffhaltige Kondensate aus der Gasreinigung sowie flüssige Abfallstoffe in den Unterteil des Reaktors eingebracht werden. Dieses Verfahren weist den Nachteil auf, daß eine gezielte Fixierung bzw. Eliminierung von organischen und anorganischen Schadstoffen nicht erfolgt. Bei der vorgeschlagenen Abkühlung des Gases auf 300°C ist eine Denovo-Synthese von Dioxin und Furanen nicht ausgeschlossen.
Nach einem Vorschlag gemäß DE-OS 33 42 383 wird in einem kombinierten Flugstrom- und Festbettdruckvergaser in einem Primärprozeß eine Suspension und in einem Sekundärprozeß stückiger Vergasungsstoff vergast, wobei die anfallende Schlacke in einem Natriumcarbonatschmelzbad aufgefangen wird.
Dieses Verfahren dient dazu, Reaktionen von Schwermetallen, insbesondere von Vanadium mit der Ausmauerung zu vermeiden.
Dieses Verfahren weist den Nachteil auf, daß dem Einsatz von festen und flüssigen Abfallstoffen enge Grenzen gesetzt sind und daß insbesondere eine Kohlenwasserstoff- und/oder Dioxinzerstörung im Sekundärreaktor nur unvollständig gelingen kann.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, flüssige, pastöse und feste Rest- und/oder Abfallstoffe, die mit anorganischen und/oder mit organischen Schadstoffen belastet sind, über den Prozeß der Druckvergasung wirtschaftlich und umweltschonend zu verwerten.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß 1-80% feste oder 1-60% feste und/oder 1-20% pastöse kohlenstoffhaltige mit organischen und/oder anorganischen Schadstoffen belastete Rest- und/oder Abfallstoffe in Festbettdruckvergaser zu Nutzgas umgewandelt werden, wobei die Aufheizzeit der Rest- und/oder Abfallstoffe in reduzierender Atmosphäre auf <350°C und <400°C sowie die Verweilzeit der Rest- und/oder Abfallstoffe im Festbettdruckvergaser bis zum direkten Kontakt mit dem erzeugten Rohgasstrom, der eine Temperatur von <350°C aufweist und der nach Verlassen des Festbettdruckvergasers schockartig auf <200°C abgekühlt wird, größer 1 h beträgt, und daß die bei der Rohgaskühlung anfallenden auf <25% Wassergehalt entwässerten Kondensate ohne/oder gemeinsam mit flüssigen kohlenstoffhaltigen Rest- und Abfallstoffen, welche mit organischen und/oder anorganischen Schadstoffen belastet sind, in Flugstromvergaser zu Nutzgas umgewandelt werden, wobei die in den Gas- und Wasseraufbereitungsstufen anfallenden ruß-, schwermetall- und salzhaltigen Rückstände insbesondere der Flugstromvergasung in den Festbettdruckvergaser zurückgeführt wird und die feinkörnigen Aschebestandteile des Festbettdruckvergasers, in deren Eluate Schwermetalle nachweisbar sein können, mit den flüssigen Reststoffen angemaischt werden und in einem Anteil von 1-30% im Einsatzprodukt des Flugstromvergasers eine Verschlackung der feinkörnigen Aschebestandteile des Festbettdruckvergasers mit zusätzlicher Einbindung von Schwermetallanteilen der flüssigen Rest- und/oder Abfallstoffe bewirkt wird.
Die festen und/oder pastösen Rest- und/oder Abfallstoffe können beispielsweise kontaminierte Erde, Kunststoffabfälle, Holz, Gummiprodukte, ölhaltige feste Abfallstoffe, Arzneimittelreste, Teerrückstände, Farbschlämme, Klärschlämme in feinkörniger, grobstückiger, pastöser oder agglomerierter Form sein und können dabei beispielsweise mit aliphatischen, aromatischen oder chlorierten Kohlenwasserstoffen, polychlorierten Biphenylen, Dioxinen, Furanen, Schwefelverbindungen und Schwermetallen belastet sein.
Im Festbettdruckvergaser erfolgt eine Abtrennung von flüchtigen organischen Verbindungen, die bei der Abkühlung des Rohgases im geschlossenen System als Kohlenwasserstofffraktionen anfallen.
PCB′s, Dioxine und Furane werden bei der Aufheizung im Festbettdruckvergaser in reduzierender Atmosphäre auf <1200°C vollständig zerstört.
Falls geringe Anteile mit dem Rohgas ausgetragen werden, gelangen diese Stoffe aufgrund ihrer ölhaltigen Eigenschaften und Öllöslichkeit in die in der Kondensation abgeschiedenen flüssigen Kohlenwasserstoffe.
Diese werden ohne oder gemeinsam mit flüssigen Rest- und/oder Abfallstoffen, die mit organischen Schadstoffen belastet sind, im Flugstromvergaser bei <1300°C und einer Verweilzeit von <3 s zu Nutzgas umgesetzt, welches nach Verlassen des Flugstromvergasers schockartig auf <200°C abgekühlt wird.
Die flüssigen, pumpbaren, Rest- oder Abfallstoffe können beispielsweise Altöl, Lösungsmittel, Lack- und Farbschlämme und Farbstoffsuspensionen sein, die analoge Schadstoffgruppen wie die o.g. enthalten.
Im Unterteil des Festbettdruckvergasers erfolgt bei <1200°C eine gezielte Granulierung der entstehenden Asche zu nichteluierbaren Schmelzverbänden, in denen die im Einsatzprodukt enthaltenen Schwermetalle vorrangig eingebunden sind.
Eluierbare feinkörnige Aschebestandteile werden den flüssigen Rest- und/oder Abfallstoffen in einem Anteil von 1-30% zugemischt und im Flugstromvergaser bei <1300°C verglast. Hier erfolgt gleichzeitig eine Einbindung der nichtflüchtigen Schwermetalle der flüssigen Einsatzstoffe.
Flüchtige Schwermetalle gelangen in die Wasserphase und werden vorrangig als Sulfid, Hydroxid, Oxide und Karbonate abgeschieden.
Dieser Anteil wird bei der Rußwasseraufbereitung sowie bei der anschließenden biologischen Prozeßwasseraufbereitung mit dem entstehenden Bioschlamm ausgehalten und in die Festbettdruckvergasung zur Einbindung in die Schlacke zurückgeführt.
Im Gesamtverfahren werden die Schwefelanteile mit bekannten Verfahren aus dem Gasstrom ausgehalten und als Wertstoff gewonnen.
Mit dem vorgeschlagenen Verfahren kann eine komplexe umweltschonende Verwertung von festen, pastösen und flüssigen Rest- und/oder Abfallstoffen gewährleistet werden. Die Synergie- und Kombinationseffekte bewirken eine nahezu reststofffreie Verwertung mit hohem Wirkungsgrad der Stoffumwandlung. Das erzeugte Spaltgas kann als Energieträger transportiert oder gespeichert werden bzw. gestattet eine direkte Umwandlung in Chemierohstoffe.
Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben.
In einen Festbettdruckvergaser 1, der unter einem Druck von 25 bar betrieben wird, werden
10 t Braunkohlenbriketts 2,
3 t kontaminierte Erde 3 mit einem Kohlenwasserstoffgehalt von 5%, einer Dioxinbelastung von 2000 ng/kg und 800 mg Chrom/kg, 800 mg Blei/kg, 600 mg Cu/kg,
3 t Kunststoffabfälle 3,
3 t ölverunreinigtes Holz 3,
0,5 t Rückstände aus der Prozeßwasseraufbereitung 34
eingeschleust. Über den Drehrost 4 werden als Gemisch 5 2400 m³ i.N Sauerstoff/h und 15,6 t Vergasungsdampf/h in den Festbettdruckvergaser 1 eingebracht. Über den Drehrost 4 wird ein Asche/Schlackegemisch 6 einer Klassiereinrichtung bekannter Bauart zugeführt.
Hier kann bei Anfall von feinkörniger eluierbarer Asche 25, diese abgetrennt und einer Mischeinrichtung 24 für die Verschlackung im Flugstromvergaser zugeführt werden. Das entstehende Schlackegranulat 36 des Festbettdruck- und Flugstromvergasers kann als Verfüllmaterial oder als Bauzuschlagstoff verwertet werden.
Im Festbettdruckvergaser werden die in der kontaminierten Erde und im Altholz enthaltenen Kohlenwasserstoffe abdestilliert, aufgespalten und teilweise zu Nutzgas umgesetzt. Das in der kontaminierten Erde enthaltene Dioxin wird im Festbettdruckvergaser in reduzierender Atmosphäre bei 300-800°C zerstört. Gelangen geringe Anteile in die Kohlenwasserstofffraktion der Kondensate 17, erfolgt die endgültige Umsetzung im Flugstromvergaser 23.
Die im Vergasungsstoffgemisch des Festbettdruckvergasers enthaltenen Kunststoffabfälle 3 werden zu 50-70% in Gasbestandteile und zu 20-50% zu Kohlenwasserstoffen umgesetzt. 2-5% gehen in die Asche/Schlackefraktion 6.
Die Kohlenwasserstoffanteile des eingesetzten Altholzes 3 sowie die der eingesetzten kontaminierten Erde werden abdestilliert, aufgespalten oder zu Gas umgesetzt. Das Altholz 3 an sich wird vergast, die Restbestandteile der Erde mit Schwermetallanteilen werden nicht eluierbarer Bestandteil der Asche/Schlackefraktion 6.
Die organischen Bestandteile der Rückstände aus der Prozeßwasseraufbereitung 3 werden zu Nutzgas umgesetzt, die anorganischen Bestandteile werden in das Asche/Schlackegemisch 6 eingeschmolzen.
Über den Rohgassammelraum 7 werden 19 700 m³ i.N trockenes Rohgas/h mit einem Gehalt an Öl- und Teerbestandteilen von 80 g/m³ i.N und 0,7 kg Wasserdampf/m³ i. N über den Rohgasabgang 8 in den Waschkühler 9 geleitet. Hier wird das 420°C heiße Rohgas mit 20 m³ Quenchwasser/h auf 195°C gekühlt. Das gequenchte Rohgas 11 wird in nachgeschalteten Kühlern 12 mittels Kühlwasser 13 indirekt auf Umgebungstemperatur abgekühlt. Das gekühlte Rohgas 14 gelangt zu konventionellen Gasreinigungsanlagen und wird anschließend stofflich oder energetisch genutzt.
Die anfallenden Kondensate 15 werden in einer Prozeßwasseraufbereitungsstufe 16 in eine Prozeßwasserfraktion 31 und eine Kohlenwasserstofffraktion 17 aufgetrennt.
Die ca. 1,58 t Kohlenwasserstoffe 17 werden über eine Pumpe 18 gemeinsam mit 12 t Altöl 19, welches in einer Mischeinrichtung 24 mit 1,3 t feiner Asche/h aus der Festbettdruckvergasung 25 gemischt und zusätzlich mit 10 500 m³ i.N Sauerstoff/h 20 und 6,8 t Hochdruckdampf/h 21 über den Brenner 22 im Flugstromvergaser 23 bis 25 bar und 1350°C Spaltgas umgesetzt.
Die Spaltgasmenge 26 von 45 000 m³ i.N/h wird mit 60 t/h Quenchwasser 27 auf 195°C abgekühlt, wobei aus der Quenchkammer das gekühlte Spaltgas 29 über Kühl- und Reinigungsstufen einer stofflichen oder energetischen Verwertung zugeführt wird. Das entstehende Schlackegranulat 36 enthält nicht eluierbare Schwermetallanteile der eingesetzten Asche sowie des eingesetzten Altöles und kann in der Bauindustrie verwertet werden. Das entstehende Rußwasser 30 wird gemeinsam mit dem Prozeßwasser 31 in eine Prozeß- und Rußwasseraufbereitung 32 eingeleitet, welche aus verschiedenen Verfahrensstufen wie Entphenolung, Rußfiltration und einer biologischen Reinigungsstufe besteht. Der anfallende Ruß- und Bioschlammrückstand 34 wird in den Festbettdruckvergaser 1 zurückgeführt, das gereinigte Prozeßwasser kann wiederverwendet oder in einen Vorfluter abgegeben werden.
Verzeichnis der verwendeten Bezugszeichen
 1 Festbettdruckvergaser
 2 Braunkohlenbriketts
 3 Feste Abfall- und Reststoffe
 4 Drehrost
 5 Vergasungsmittelgemisch
 6 Asche/Schlackegemisch
 7 Rohgassammelraum
 8 Rohgasabgang
 9 Waschkühler
10 Waschwasser
11 gequenchtes Rohgas
12 Kühler
13 Kühlmedium
14 gekühltes Rohgas
15 Gaskondensat
16 Prozeßwasseraufbereitung
17 Kohlenwasserstofffraktion
18 Kreiselpumpe
19 Altöl
20 Sauerstoff
21 Dampf
22 Brenner
23 Flugstromvergaser
24 Mischeinrichtung
25 feinkörnige Asche
26 Spaltgas
27 Quenchwasser
28 Quenchkammer
29 gekühltes Spaltgas
30 Rußwasser
31 Prozeßwasser
32 Prozeßwasser- und Rußwasseraufbereitung
33 gereinigtes Abwasser
34 fester oder pastöser Rückstand
35 Klassiereinrichtung
36 Schlackegranulat

Claims (1)

  1. Kombiniertes Verfahren zur Vergasung von festen, pastösen und flüssigen Rest- und/oder Abfallstoffen, bei paralleler Vergasung im Festbettdruckvergaser, und im Flugstromvergaser, dadurch gekennzeichnet, daß 1-80% feste oder 1-60% feste und/oder 1-20% pastöse kohlenstoffhaltige mit organischen und/oder anorganischen Schadstoffen belastete Rest- und/oder Abfallstoffe in Festbettdruckvergaser zu Nutzgas umgewandelt werden, wobei die Aufheizzeit der Rest- und/oder Abfallstoffe in reduzierender Atmosphäre auf <350°C und <400°C sowie die Verweilzeit der Rest- und/oder Abfallstoffe im Festbettdruckvergaser bis zum direkten Kontakt mit dem erzeugten Rohgasstrom, der eine Temperatur von <350°C aufweist und der nach Verlassen des Festbettdruckvergasers schockartig auf <200°C abgekühlt wird, größer 1 h beträgt und daß die bei der Rohgaskühlung anfallenden auf <25% Wassergehalt entwässerten Kondensate ohne/oder gemeinsam mit flüssigen kohlenstoffhaltigen Rest- und Abfallstoffen, welche mit organischen und/oder anorganischen Schadstoffen belastet sind, in Flugstromvergaser zu Nutzgas umgewandelt werden, wobei die in den Gas- und Wasseraufbereitungsstufen anfallenden ruß-, schwermetall- und salzhaltigen Rückstände insbesondere der Flugstromvergasung in den Festbettdruckvergaser zurückgeführt wird und die feinkörnigen Aschebestandteile des Festbettdruckvergasers, in deren Eluate Schwermetalle nachweisbar sein können, mit den flüssigen Reststoffen angemaischt werden und in einem Anteil von 1-30% im Einsatzprodukt des Flugstromvergasers eine Verschlackung der feinkörnigen Aschebestandteile des Festbettdruckvergasers mit zusätzlicher Einbindung von Schwermetallanteilen der flüssigen Rest- und/oder Abfallstoffe bewirkt wird.
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