DE4320440C2 - Verfahren zur thermischen Verwertung von Reststoffen mit geringer thermischer Formstabilität - Google Patents

Description

Kunststoffe werden vielfältig im Haushalt, im Handel, im Gewer­ be und in der Industrie verwertet. Insbesondere als Verpac­ kungsmaterial genutzt, fallen die Kunststoffe als gebrauchte verunreinigte Kunststoffverpackungen wieder als Abfall an. Im Abfall liegen die Kunststoffe entweder im Gemisch oder ver­ schmutzt vor. Eine sortenreine Sortierung ist selten mit gerin­ gem Aufwand möglich. Ein Großteil der erzeugten Kunststoffe liegt als Verbundwerkstoff mit verschiedenen Kunststoffarten, Papier, Textilien oder Metallen vor und kann so nicht einem einfachen Recycling zugeführt werden.

Ein hoher Anteil von Kunststoffabfällen wird gegenwärtig ge­ meinsam mit Hausmüll deponiert oder in Müllverbrennungsanlagen verbrannt. Die Umsetzung in Müllverbrennungsanlagen führt auf Grund des geringen Wirkungsgrades dieser Anlagen zur Erhöhung der CO₂-Emission, und zusätzlich besteht eine hohe Wahrschein­ lichkeit der Dioxinbildung, so daß Stäube bzw. Filterstoffe an­ fallen, die Sondermüll sind. Da Kunststoffe biologisch nur schwer abbaubar sind, werden sie in Deponien zu Altlasten. Bei Deponiebränden werden in großen Mengen unkontrolliert Schad­ stoffe (z. B. Chlorverbindungen, Dioxine) freigesetzt. Die Um­ setzung der geformten, kompaktierten Kunststoffe ist sowohl in MVA, Pyrolyse- und Vergasungsanlagen möglich. Die Vor- und Nachteile der drei Verfahren zur Entsorgung sind hinlänglich bekannt. Eine optimale Entsorgung bzw. Verwertung erfolgt bei der Festbettvergasung. Dazu ist jedoch eine Formstabilität der Kunststoff-Formlinge erforderlich.

In DE 40 29 880 A1 wird vorgeschlagen, Kunststoffe bei erhöhter Temperatur durch Abbau der Polymere zu verflüssigen und in Brennräume von Vergasungsreaktoren einzudüsen. Dieses Verfahren ist jedoch lediglich für sortenreine Kunststoffabfälle, die nicht verunreinigt sind und nicht mit Verbundwerkstoffen verar­ beitet sind, anwendbar. Diese Einschränkungen stehen einer großtechnischen Anwendung entgegen.

Im vorgeschlagenen Verfahren nach DE 40 29 879 A1 soll nur ein Teil der Kunststoffabfälle mit Sauerstoff verbrannt werden und ein anderer Teil wird vergast oder verflüssigt und danach in den Rauchgasstrom des Verbrennungsanteiles eingedüst. Dieses Verfahren ist deshalb von Nachteil, weil mehrere Verfahrensstu­ fen gleichzeitig mit sehr definierten Verfahrensparametern be­ trieben werden müssen, um ein brauchbares Synthesegas zu erhal­ ten.

In weiteren Patenten, z. B. DE 25 07 938 A1, DE 31 11 324 A1, DE 39 26 996 A1, werden Verfahren beschrieben, die mit hohen Aufwendungen Er­ satzbrennstoffe mit geringer Festigkeit und fehlender thermi­ scher Formstabilität erzeugen. Diese Ersatzbrennstoffe sind höchstens für Müllverbrennungsanlagen geeignet. Weiterhin sind durch neue Gesetzlichkeiten einzelne Stoffe nicht mehr oder nur noch in veränderter Zusammensetzung verfügbar, so daß die Her­ stellung der verfahrensbedingten Zusammensetzung nicht mehr möglich ist.

Es ist ebenfalls bekannt geworden, Kunststoffabfälle durch Hy­ drierung zu verwerten. Nachteilig ist bei diesem Verfahren, daß eine sehr energieintensive und kostenaufwendige Aufbereitung für den Hydrierprozeß erforderlich ist. Die erzeugte flüssige Kohlenwasserstofffraktion muß für eine weitere Verwertung sehr aufwendig aufbereitet werden. Außerdem stören bei dem Prozeß die Schwermetalle, die im Kunststoff enthalten sind.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, gemischte und verunreinigte Kunststoffabfälle mit bekannten Verfahren stoff­ lich zu verwerten. Mit diesen Prozessen sollen gleichzeitig fa­ serige, feinkörnige und pastöse Rest- und Abfallstoffe einer stofflichen oder thermischen Verwertung zugeführt werden.

Die Aufgabe der Erfindung besteht weiterhin darin, daß die eingesetzten Kunststoffe kompaktiert werden und bei der thermi­ schen Verwertung die verfahrenstechnologisch erforderliche Durchströmbarkeit der Schüttung erhalten bleibt.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß stücki­ ge Einsatzstoffe thermisch verwertet werden, die auf Grund ihrer Zusammensetzung ein Stützgerüst enthalten oder bilden, daß der Einsatzstoff oder das Einsatzstoff­ gemenge aus ≦ 90% Reststoff mit geringer thermischer Formbeständigkeit und ≧ 10% Stützgerüstbildner besteht und der Stützgerüstbildner ein organischer und/oder anor­ ganischer Stoff und homogen mit dem Reststoff vermischt und zu einem Formling verarbeitet ist, der eine Thermo­ stabilität von ≧ 200°C aufweist und/oder in Verbindung mit der thermischen Beanspruchung und in Wechselwirkung mit den Einsatzkomponenten das Stützgerüst bildet, das durch Käfigwirkung die Formstabilität thermisch instabi­ ler Werkstoffe mindestens bis 400°C erhält und ein Lückenvolumen der Schüttung von ≧ 20% gewährleistet.

Es ist weiterhin erfindungsgemäß, wenn die Vergasung bzw. ther­ mische Verwertung von Reststoffen mit geringer thermischer Formstabilität dadurch erfolgt, daß die erfindungsgemäß einzu­ setzenden Formlinge im Gemisch mit thermisch formstabilen Bri­ ketts, vorzugsweise auf Kohle- oder Klärschlammbasis, vergast werden.

Der Hauptvorteil der Lösung besteht darin, daß Stoffe mit ge­ ringer thermischer Formstabilität z. B. thermoplastische Kunst­ stoffe, die bisher in den genannten thermischen Prozessen nicht oder nur in geringen Anteilen eingesetzt werden konnten, einer sicheren Verwertung zugeführt werden können.

Ein weiterer Vorteil der Lösung besteht darin, daß eine Vorsor­ tierung und Reinigung von Kunststoffabfällen für die Verwertung nicht erforderlich ist und daß Verunreinigungen wie beispiels­ weise mit Papier, Aluminium und organischen Stoffen die Aufbe­ reitung und Verwertung nicht stören.

Ein weiterer Vorteil ist die gefahrlose Verwertung von schad­ stoffhaltigen Komponenten/Abfällen.

Weitere Vorteile der vorgeschlagenen Lösung bestehen darin, daß keine oder nur eine einfache Vorzerkleinerung erforderlich ist, daß keine vollständige Aufschmelzung der Kunststoffabfälle und damit ein geringer Energieaufwand notwendig ist und daß die Feinzerkleinerung, der Wärmeeintrag und die Einbindung von an­ deren Rest- und Abfallstoffen in einem Prozeß erfolgt. Gleich­ zeitig ist eine mengendosierte Einbindung mehrerer Rest- und Abfallstoffe in einem Formling möglich, wodurch im Vergleich zu einer gesonderten Zugabe von mehreren Einzelstoffen in die Festbettvergasung, Verbrennung oder die Pyrolyse, Entmischungen in der Schüttung und damit Prozeßstörungen vermieden werden.

Durch das vorgeschlagene Verfahren gelingt es, z. B. Kunststoff­ abfälle durch den Prozeß der Festbettdruckvergasung zu Nutzgas und zu flüssigen Kohlenwasserstoffen umzuwandeln. Organische Verunreinigungen werden zu Nutzgas umgesetzt, und anorganische Verunreinigungen werden nicht eluierbar in die entstehende Schlacke eingebunden.

In zwei Ausführungsbeispielen wird das vorgeschlagene Verfahren an Hand der Festbettdruckvergasung nachfolgend näher beschrie­ ben.

Beispiel 1

Ungereinigte Kunststoffabfälle aus dem Dualen System Deutsch­ lands werden nach der Zerkleinerung und thermomechanischer Ag­ glomerierung mit aufbereiteter Trockenkohle und zerfasertem Pa­ pier im Verhältnis von 40% Kunststoff, 55% Trockenkohle und 5% Papier vermischt und auf herkömmlichen Strangpressen ver­ preßt. Die so hergestellten Formlinge werden ohne Zumischung weiterer Einsatzstoffe dem Festbettdruckvergaser zugeführt. Beim Durchlaufen der Temperaturstufen des Vergasungsprozesses schrumpft der Formling und bleibt durch das über den einge­ brachten Kohle- und Zelluloseanteil gebildete Stützgerüst form­ stabil. Damit ist die für den Prozeß erforderliche Durchström­ barkeit gewährleistet.

Beispiel 2

Thermoplastische Abfälle werden thermomechanisch zerkleinert und die entstehenden Agglomerate auf eine Stückgröße von < 2 mm zerkleinert, mit Klärschlamm im Verhältnis 80 : 20 gemischt und brikettiert. Die Formlinge werden mit Braunkohlenbriketts im Verhältnis 1 : 1 im Gemisch dem Druckvergasungsreaktor zuge­ führt. Da in diesem Beispiel die o. g. Formlinge eine geringere thermische Formstabilität aufweisen, ist die Zugabe eines ther­ misch formstabilen Braunkohlenbriketts zur Gewährleistung der Durchströmbarkeit der Schüttung erforderlich.

Claims (3)

1. Verfahren zur thermischen Verwertung von Reststoffen mit geringer thermischer Formstabilität, z. B. für Kunststof­ fe, die vorzugsweise in der Festbettdruckvergasung ver­ wertet werden sollen, dadurch gekennzeichnet, daß stücki­ ge Einsatzstoffe thermisch verwertet werden, die auf Grund ihrer Zusammensetzung ein Stützgerüst enthalten oder bilden, daß der Einsatzstoff oder das Einsatzstoff­ gemenge aus ≦ 90% Reststoff mit geringer thermischer Formbeständigkeit und ≧ 10% Stützgerüstbildner besteht und der Stützgerüstbildner ein organischer und/oder anor­ ganischer Stoff und homogen mit dem Reststoff vermischt und zu einem Formling verarbeitet ist, der eine Thermo­ stabilität von ≧ 200°C aufweist und/oder in Verbindung mit der thermischen Beanspruchung und in Wechselwirkung mit den Einsatzkomponenten das Stützgerüst bildet, das durch Käfigwirkung die Formstabilität thermisch instabi­ ler Werkstoffe mindestens bis 400°C erhält und ein Lückenvolumen der Schüttung von ≧ 20% gewährleistet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützgerüstbildner ein organischer, faseriger, stückiger und/oder pulverförmiger Stoff ist, z. B. Holz, Kohle, Xylit, Papier, Klärschlamm und Lackschlamm, der im Formling bei thermischer Beanspruchung bei weitgehender Formstabilität unter Volumenreduzierung verkokt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch Erhitzung der Kunststoffe < 150°C Radikale der Kunststoff-Monomere z. B. OH-, CO- und COOH- abgespalten und/oder frei werden und freier Kohlenstoff mit dem Zu­ satzstoff Bindungen eingeht und/oder Vernetzungen der Kohlenstoffketten bewirkt.