DK167196B1 - Fremgangsmaade og anlaeg til genvinding af vaerdifuld gas fra skrald - Google Patents

Description

i DK 167196 B1

Den foreliggende opfindelse angår en fremgangsmåde til genvinding af værdifuld gas fra skrald ved pyrolyse, hvorved skraldet presses til piller eller granulat med en størrelse af 1-50 mm, bringes til et tørstofindhold på 5 mindst 75% og derefter føres ind i en ophedet schweltrom-le, i hvilken der produceres schwelgas og reststoffer, såsom aske og andre smådele, skilles fra, og hvorved den frembragte schwelgas nedbrydes til brændgas i en gasomformer ved tilførsel af luft og ved tilstedeværelse af et glø-10 dende leje af kul.

En lignende fremgangsmåde og et anlæg dertil beskrives i DE-offentliggørelsesskrift nr. 33 47 554.

Ved denne fremgangsmåde genvindes værdifuld gas fra skrald uden særlig miljøbelastning, idet der i særdeles-15 hed ikke optræder nogen særlige bekostelige problemer med hensyn til spiIdevandsbehandlingen, selv om det høje ammoniumindhold i spildevandet er uønsket. Samtidig opnås der en relativ god virkningsgrad, således at man opnår et energioverskud på 50% eller mere.

20 Kernen i fremgangsmåden er en lavtemperaturpyrolyse i en schweltromle. Derved anvendes den udvundne gas, der efterbehandles i tilsluttende processer, til drift af gasturbiner og gasmotorer. Lavtemperaturschwelningen af affaldsstoffet foregår ved vidtgående fravær af luft i et 25 temperaturområde under 600°C for bl.a. at forhindre en forgasning af de i skraldet forekommende tungmetaller og en efterfølgende tungmetaloxidation, eftersom tungmetaloxid ikke er genbrugeligt og dermed forårsager miljøskader. Pyrolysen i det nævnte temperaturområde har imidler-30 tid til følge, at der forbliver et højt kulstofindhold i pyrolysereststoffet, hvilket hidtil har kunnet udnyttes energetisk. Hvis der er et højt indhold af vegetabilsk stof til stede i skraldet, kan kulstofindholdet i pyrolysereststof fet andrage op til 40 vægt%. Ved husskraldspyro-35 lyse ligger kulstofindholdet på ca. 18%. Det er også en ulempe, at de vegetabilske stoffer har et højt vandind- DK 167196 B1 2 hold, der i gennemsnit er over 50%. Da brændværdien for disse vegetabilske stoffer er meget lav, og da det i denne vegetabilske fraktion forekommende primære energiindhold ikke kan udnyttes fuld ud ved en lavtemperaturpyro-5 lyse, påvirker disse vegetabilske stoffer ligeledes det samlede energiudbytte ved skraldforarbejdningen negativt.

Det er formålet med den foreliggende opfindelse at forbedre den i begyndelsen beskrevne fremgangsmåde i den retning, at det ved bibeholdelse af lavtemperaturpyroly-10 se fremkomne energiudbytte forbedres endnu mere, og at der fremkommer en yderligere forbedring af spildevandspro-blemet med hensyn til ammoniumindholdet.

Opfindelsesmæssigt løses denne opgave ved, at skraldet deles i en vegetabilsk vådfraktion og en letfraktion 15 med lettere vægt, idet letfraktionen derefter presses til briketter, piller eller granulat og afgasses ved pyrolyse, mens vådfraktionen føres til et biogasanlæg for metangas-dannelse.

Ved sortering og adskillelsesbearbejdning af skral-20 det opnås en yderligere forhøjelse af energigenvindingen.

Den fraskilte letfraktion, som er væsentlig mindre vandholdig end den våde og dermed tungere vegetabilske fraktion, kan behandles på traditionel måde ved lavtemperatur-pyrolyse, hvorved den ved kendt forudgående vandudpres-25 ning og fordampning kan bearbejdes til granulat med et normalt tørstofindhold på 85%. Derved forhøjes brændværdien af pyrolysegassen betydeligt.

De frasorterede vegetabilske stoffer er på grund af deres høje indhold af tungmetaller ikke mere egnede 30 til en kompostering i almindelighed. Ifølge opfindelsen forarbejdes denne vegetabilske vådfraktion imidlertid i et biogasanlæg i en flertrinsforgærer ved hjælp af passende bakterier til metangas. Det er.kendt, at der ved fravær af luft ved forgæring af orga-35 niske stoffer fremkommer en metanholdig gas, der ligeledes kan anvendes til drift af en gasturbine eller gasmotor.

DK 167196 B1 3 I princippet er udvindingen af metangas fra vegetabilske stoffer i et biogasanlaeg allerede kendt, men den har hidtil været uøkonomisk. I forbindelse med en lavtem-peraturpyrolyse sker der imidlertid en uventet forbedring ^ af det samlede anlæg. Således fremkommer der ikke noget overskudsvand fra skraldet. Det tilstedeværende indhold af vand omdannes fuldstændig til vandgas i en gasomformer. Tilstedeværende skadelige stoffer opkoncentreres i vaskevandet, hvorved kun en del deraf må erstattes.

1 o

Ved at den ved lavtemperaturpyrolyse opståede varme kan tilføres biogasanlægget, som har et passende varmebehov, forbedres dettes virkningsgrad betydeligt.

Således kan fx den i schweltromlen ved pyrolyse fremkomne pyrolyserest bringes til biogasanlægget. Ved si-15 den af varmeudbyttet kan den på denne måde i pyrolyse-reststoffet indeholdte kulstofmængde videreforarbejdes ved metangasdannelsen.

Som biogasanlæg kan man anvende et faseadskilt biogasanlæg (syre-, eddikesyre-, metanfase).

20

Det er ligeledes en fordel, at det ved granulering og/eller tørring af letfraktionen fremkomne kondensat fra afgivne dampe sammenblandes i et hydrolysetrin til udludning af de biologiske stoffer. På denne måde kan man anvende den høje temperatur af kondensatet fra afgivne dampe 25 til foropvarmning i biogasanlægget. Samtidig sker der derved en biologisk oparbejdning og en energetisk udnyttelse af den i kondensatet fra angivne dampe indeholdte ammonium-mængde, der kan andrage op til 200 g/m og er uønsket ved en udledning i kloakeringssystemet på grund af sin betonned-brydende virkning.

I en yderligere udformning er det forudsat, at vaskevandskoncentratet, der fremkommer ved vaskning, filtrering og køling af pyrolysegassen, føres til biogasanlæg- g^t, hvorved de organiske bestanddele af vaskevandskon-35 centratet ligeledes tjener som basisstof for den bakterielle metangasdannelse.

DK 167196 B1 4

Vaskevandskoncentratet indeholder ud over fenoler andre organiske stoffer, der kan tjene til dækning af varmebehovet for biogasanlægget og til dettes energetiske udnyttelse. Ydermere indeholder det slamagtige vaskevands-5 koncentrat bakterier, der kan fremskynde metangasdannelsen på denne måde.

Ifølge opfindelsen fremgår det yderligere, at de efter bioforgasningen tilbageblevne reststoffer føres til en kupolovn, der anvendes til metaloparbejdning.

10 Reststofferne udviser et højt indhold af ikke-oxi- derede tungmetaller eller tungmetalforbindelser og mineralske eller inerte substanser, der kan anvendes ved støbegodsfremstilling eller stålforarbejdning. På denne måde genudnyttes også disse reststoffer, og en eventuel belast-15 ning af miljøet undgås. Det samme gælder for pyrolyserest-stoffet, der, som omtalt, føres til biogasanlægget. Lige-såvel er det også muligt fra andre deponier eller anlæg at fremskaffe kloakslam til forgasning i biogasanlægget. Kloakslammet kan fx tilføres biogasanlægget i hydrolyse-20 trinnet. Det samme gælder for råkompost.'

De væsentlige fordele ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen er, at: 1) det samlede gasudbytte fra et ton husskrald, svarende til en statistisk middelværdi for kemisk/fysisk sam- 25 mensætning, andrager mere end 850 Nm^ gas med en brændværdi på mere end 4250 MJ.

2) der efterhånden kun er ca. 250 kg pr. ton (tørstofindhold) tilbage af substanser der ikke kan udnyttes mere eller ikke er helt udnyttet. Disse reststoffer er bio- 30 logisk stabile, dvs. at de under normale betingelser ikke kan udnyttes videre i naturen. De kan anbringes i et deponi, eller på grund af deres høje indhold af tungmetaller kan de bearbejdes endnu mere, hvilket fx kan ske ved en_passende forbehandling ved sammenblanding i en stål-35 smelte til ståloparbejdning.

3) der kun må ledes ca. 250 liter pr. ton husskralds-spildevand med et væsentligt nedsat ammoniumindhold til DK 167196 Bl 5 kloak eller spildevandsrensningsanlæg.

4) der er sikret en meget miljøvenlig affaldsbortskaffelse med samtidig optimal energiudnyttelse af den i affaldsstofferne indeholdte primære energi.

5 Som følge af de ringe transporttab fra pyrolyserest- stofferne, såvel som fra vaskevandskoncentratet fra gas-vaskningen i pyrolyseanlægget er det heller ikke ubetinget nødvendigt, at biogasanlægget befinder sig på samme sted. Biogasanlægget kan fx opstilles og drives ved 10 skraldsorterings- og granuleringsværket, fortrinsvis for at forsyne disse med energi.

Pyrolyseanlæg, der forsynes med granulat ifølge opfindelsen, bør fortrinsvis oprettes og drives på et sted, hvor der i forvejen er en varmeforbruger. Derved kan 15 de køretøjer, der leverer granulat, på tilbageturen transportere pyrolysereststoffer og kredsløbsvandkoncentrat til granuleringsindretningen og til biogasanlægget for anvendelse der.

Efterfølgende beskrives i henhold til tegningen, 20 der har form som et principielt strømskema, et udførelseseksempel ifølge opfindelsen, ud fra hvilket der fremgår yderligere ejendommeligheder og fordele ved opfindelsen.

Det skrald, der skal forarbejdes, kommer via et transportbånd 1 ind i en forknuser 2 til grovknusning. For-25 knuseren kan fx være en hammermølle. Over en transportslisk 3 og endnu et transportbånd 4, hvor der frasorteres skrot ved hjælp af en magnetadskillelsesindretning 5., når skraldet til en sorteringsindretning 6. Sorteringsindretningen 6 kan fx være en kamvalseadskiller med roterende valser, 30 hvorfra den tunge vegetabilske vådfraktion falder ned i en underliggende beholder 7. Den lettere fraktion tilføres ved enden af sorteringsindretningen til behandling ved pyrolysefremgangsmåden over yderligere et transportbånd 8 en videre neddelingsindretning 9. Derved føres 35 endnu en tung fraktion væk ved pilen 9A. Neddelingsindret-ningen 9 efterfølges af en hydrocyklon 10, hvori mere tungt stof skilles fra, hvilket gennem en ledning 11 føres DK 167196 B1 6 sammen med vådfraktionen fra beholderen 7 gennem en tilledning 12 til et biogasanlæg 13. Fra hydrocyklonen 10 føres letfraktionen ind i en termosnekkepresse 14, hvor letfraktionen ved friktionspresning ved ca. 110-150°C nedde-5 les til granulat med en størrelse på ca. 1-50 mm. Virkningsmåden for termosnekkepressen og ligeledes for de tilsluttede apparater og indretninger til lavtemperaturpyro-lyse svarer i det væsentlige til de indretninger, der fx beskrives i DE-offentliggørelsesskrift nr. 33 47 554. Granu-1 0 latet når gennem en afkaster 15 ind i en schweltromle 16, i hvilken det ved temperaturer på 450-600°C på kendt måde bearbejdes til schwelgas, som gennem en afgangsledning 17 og en støvudskilningsindretning 18 føres til en højtempera-turgascmformer 19. I højtemperaturgasomformeren 19 sker en 15 oparbejdning eller omdannelse af schwelgassen over et kulleje. En gasomformer af denne slags er fx beskrevet i DE-offentliggørelsesskrift nr. 33 17 977. Den fremkomne gas føres efter passage gennem en varmeveksler 20, et vandscrub-bertårn 21, en blæser 22 og endnu en rensningscyklon 23 20 over en dråbeudskiller 24 og en gasledning 25 til en gasbeholder 26. Gasbeholderen 26 er i almindelighed nødvendig til udligning af gassvingninger. Ved dannelse af for meget gas kan den overskydende gas gennem en shuntledning 27 føres til en forbrændingsindretning 28. Fra gasbeholderen 25 26 ledes gassen til en gasmotor 29, som er forbundet med en generator 30. Gennem en forbrændingsgasledning 31 føres de forbrændte udstødningsgasser ind i en skorsten 32.

Gennem en ledning 33 modtager gasomformeren 19 vand og gennem en koksindgang 34 koks. Der udtages aske gennem 30 en afgangsledning 35. Til energibesparelse kan der også være en koksreturledning 36. Ud fra gasledningen 25 går der en sideledning 37, som fører til en gasbrænder 38, der tjener som varmetilførsel for schweltromlen 16. I startfasen tjener en oliebrænder 39 til opvarmning af 35 schweltromlen. Senere under den løbende drift kan det til schweltromlen nødvendige varmebehov udelukkende dækkes DK 167196 B1 7 gennem brænderen 38.

Det fra gasrensningen fremkomne vaskevand ledes til en vaskevandstank 40 og derefter til en filterindretning 41. Faste stoffer, som skilles fra i filterindretningen 5 41, ledes via en ledning 42 til askebeholderen 43, hvori også asken fra gasomformeren 19 anbringes. Gennem en afgangsledning 44 fjernes reststofferne fra askebeholderen 43 og føres over et tilgangssystem, fortrinsvis via afkasteren 15, tilbage til schweltromlen 16. Denne tilbageførsel har iføl-10 ge opfindelsen den fordel, at polycykliske aromatiske kulbrinter, fx fluoranthen, pyren, benzo-a-anthracen og chry-sen, som kan dannes under schwelgas-krakningsprocessen i gasomformeren og hovedsageligt bindes til faststofpartiklerne i den fraskilte filterkage fra gasvaskningsfilter-15 anlægget 41, ved pyrolyseprocessen igen spaltes til forbindelser med lavere molekylvægt, mens de tilbageblevne faststoffer hovedsageligt udskilles fra pyrolysekredsløbet gennem støvudskillelsesindretningen og den yderligere pyro-lysereststofafgang 55. Samtidig samles den for faststofaf-20 gangen fra pyrolyseanlægget nødvendige overvågning på et enkelt sted. Det rensede vaskevand kommer fra filterindretningen 41 gennem en returledning 45 efter at være ført igennem et køletårn 46 igen tilbage til scrubbertårnet 21.

En del af det rensede vaskevand ledes ind i et vaskevands-25 neutralisationsanlæg 47, som kondensatet fra afgivne dampe fra termosnekkepressen 14 føres til via en ledning 48, såfremt det ikke fortrinsvis kan føres gennem ledningen 65 til forbeholderen 53 for biogasanlægget. Fra vaskevandsneutralisationsanlægget 47 føres vaskevandet ind i 30 et kredsløbs-vand-chargebehandlingsanlæg 48. På kendt måde sker der en kemisk rensning af vaskevandet med passende kemikalier, som bringes til behandlingsanlægget 48 gennem ledningen 49. Som kemikalier anvendes fx NaOH, i^C^, osv. Over en kredsløbsledning 50 føres vaskevandet 35 gennem et luftfilter 51 til fjernelse af skum, hvorved forbrændingsgasser føres gennem en ledning 52 til skorstenen 32.

DK 167196 B1 8

Det kemisk og mekanisk rensede vand føres fra kreds-løbsvand-chargebehandlingsanlægget 48 gennem en ledning 52 til en forbeholder 53 til biogasanlægget. Til forbeholderen 53 føres også via ledningen 12 de våde vegetabilske 5 stoffer. Ligeledes kan der ved behov ledes kloakslam, råkompost eller lignende til forbeholderen. Dette angives med "pilen 54". Pyrolysereststoffet, der har et højt kulstofindhold, ledes gennem en ledning 55 (på figuren til højre og til venstre udefra) ligeledes til forbeholderen 10 53. Kulstofmængden i pyrolysereststoffet kan normalt op arbejdes biologisk til mere end 80% til metangasdannelse.

Som det kan ses, bringes også kondensatet fra afgivne dampe over ledningen 65 direkte eller efter gennemgang af kredsløbsvand-chargebehandlingen 48 og ledningen 15 52 til forbeholderen 53. I kondensatet fra afgivne dampe er der ligeledes fenoler og/eller andre kulbrinter, som kan forarbejdes biologisk. Ligeså indeholder kondensatet fra afgivne dampe en større del ammonium og kan derved med fordel ledes til biogasanlægget som hydrolysestof.

20 Fra forbeholderen 53 ledes de i biogasanlægget 13 oparbejdede stoffer til et hydrolysetrin 56. Til hydrolysetrinnet 56 er der tilsluttet en modstrømsvarmeveksler 57 med stort rumfang, som opnår varme gennem en varmtvandsledning 62, der kommer fra køletårnet 46 for vaskevandsrens-25 ningsanlægget og bringer substratet på den for bioforgasning fordelagtige temperatur 22°C ved indgangsområdet i den første fase af forgæreren (biogasanlægget). I forrådnelseskammerbunden 67 sørger en rørspiralopvarmer, der er koblet til varmtvandsledningen 62, for en temperaturstig-30 ning til metanområdet for forrådnelseskammeret på 33-37°C.

På denne måde anvendes den overskydende varme fra pyrolyse-anlægget i biogasanlægget 13. Også i det gennem ledning 52 tilførte vaskevand findes endnu varmeenergi, som lige-le_des er til nytte for biogasanlægget og forhøjer biogas-35 anlæggets økonomi afgørende, da traditionelle biogasanlæg uden varmeveksler om vinteren forbruger op til 50% af den fremstillede energi til dækning af anlæggets eget varmebehov .

9 DK 167196 B1

Biogasanlægget 13 er opbygget på sædvanlig måde.

Det kan være et faseadskilt biogasanlæg, hvor der i den midterste skakt 63 i det øvre område er en- normal syrefase, mens der i det nedre område er en eddikesyrefase.

5 Uden om den midterste skakt findes metangasfasen, hvilket konstruktivt sikrer den strenge udelukkelse af ilt, da iltnedbrydningen allerede er sket i syreområdet. Den fremkomne metangas føres gennem en metangasledning 59 og ledes via en puffer 60 og en kompressor 61 til gasledningen 25 10 eller, hvis der er behov, til gasvaskeanlægget på pyroly- seanlægget til rensning. Gærresten fra forgæreren (biogasanlæg 13), der har et tørstofindhold på ca. 4%, udtages gennem fritsvømmende sugeledninger 66, ledes gennem en forafvandingsindretning 68 og bringes derved til et tør-15 stofindhold på ca. 20%. De i gærresten indeholdte faste stoffer bringes via en tørrepresse 69 til et tørstofindhold på ca. 85%, idet det tilbageværende gærvand samles i en lagune 70 og ved behov ledes til behandlingsanlægget 48 eller direkte i kloakken.

20 De i kredsløbsvand-chargebehandlingsanlægget 48 fra skilte stoffer ledes gennem en ledning 64 til et spildevandsrensningsanlæg.

25 30 35

Claims (10)

1. Fremgangsmåde til genvinding af værdifuld gas fra skrald ved pyrolyse, hvorved skraldet presses til piller 2 eller granulat med en størrelse af 1-50 mm, bringes til et tørstofindhold på mindst 75% og derefter føres ind i en ophedet schweltromle, i hvilken der produceres schwelgas og reststoffer, såsom aske og andre smådele, skilles fra, og hvorved den frembragte schwelgas nedbrydes til brænd-^ q gas i en gasomformer ved tilførsel af luft og ved tilstedeværelse af et glødende leje af kul, kendetegnet ved at skraldet deles i en vegetabilsk vådfraktion og en letfraktion med lettere vægt, idet letfraktionen derefter presses til briketter, piller eller granulat og afgasses ^ ved pyrolyse, mens vådfraktionen føres til et biogasanlæg (13) for metangasdannelse.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved at den i schweltromlen (16) ved pyrolyse fremkomne py-rolyserest bringes til biogasanlægget (13). 2q

3. Fremgangsmåde ifølge krav 2, ke.ndetegnet ved at biogasanlægget er et faseadskilt biogasanlæg (13).

4. Fremgangsmåde ifølge kravene 1-3, kendetegnet ved at det ved granulering og/eller tørring af letfraktionen fremkomne kondensat fra afgivne dampe bringes 25 ind i en forbeholder (53) eller sammenblandes i et hydrolysetrin (56) til udludning af de biologiske stoffer.

5. Fremgangsmåde ifølge et hvilket som helst af de foregående krav, kendetegnet ved at filterkagen, dvs. det ved filtrering af pyrolysegassen i en filterind- 3Q retning (41) udskilte faste stof, for destruktion af de dertil bundne polycykliske, aromatiske kulbrinter føres til schweltromlen (16).

6. Fremgangsmåde ifølge et hvilket som helst af de foregående krav, kendetegnet ved at vaskevands- 25 koncentratet, der fremkommer ved vaskning, filtrering og køling af pyrolysegassen, føres til biogasanlægget (13), hvorved de organiske bestanddele af vaskevandskoncentra- DK 167196 B1 11 tét ligeledes tjener som basisstof for den bakterielle me-tangasdannelse.

7. Fremgangsmåde ifølge et hvilket som helst af de foregående kravf kendetegnet ved at de efter bio- 5 forgasningen tilbageblevne reststoffer føres til en kupol-ovn, der anvendes til ståloparbejdning.

8. Fremgangsmåde ifølge et hvilket som helst af de foregående krav, kendetegnet ved at der føres slam fra et rensningsanlæg og/eller råkompost til biogasanlæg- 10 get (13).

9. Anlæg til gennemførelse af fremgangsmåderne ifølge et hvilket som helst af de foregående krav indeholdende en skraldneddelingsindretning, en tørringsindretning og en indirekte opvarmet schweltromle, som er forsynet med 15 en så godt som gastæt tilgang, en afgang for faste reststoffer og en schwelgasafgangsledning, kendetegnet ved at anlægget til adskillelse af vådfraktion fra letfraktion har en sorteringsindretning (6), hvor der ved udgangen (7,12) for den vegetabilske vådfraktion er til-20 sluttet et biogasanlæg (13) og ved udgangen (8) for letfraktionen er tilsluttet en indretning til granulering af skraldet og opvarmning af dette (14), samt en schweltromle (16) til schwelgasfremstilling.

10. Anlæg ifølge krav 9, kendetegnet ved at en 25 kondensatledning (58) fra indretningen til granulering og opvarmning af skraldet fører til en forbeholder (53) og/eller en forrådnelsesgasbund (67) i biogasanlægget (13).