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1. WO2003025094 - PROCEDE DE REDUCTION DES MATIERES ORGANIQUES D'UNE FRACTION MINERALE DE DECHETS

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[ DE ]

Verfahren zur Reduzierung der organischen
Stoffe einer mineralischen Abfallfraktion

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduzierung der organischen Stoffe einer mineralischen Abfallfraktion.

Bei der Abfallbehandlung treten mineralische Fraktionen auf, die mit organischen Stoffen versehen sind. Dabei kann es sich insbesondere um organische Anhaftun-gen handeln. Die organischen Stoffe sind insbesondere organische Schadstoffe. Derartige mineralische Fraktionen können bei der Abfallbehandlung entstehen. Es ist allerdings auch möglich, daß der Abfall ausschließlich aus einer derartigen mineralischen Abfallfraktion besteht.

Oftmals ist es wünschenswert, mineralische Abfallfraktionen erneut verwerten zu können, beispielsweise als Bauersatzstoff. Die in der mineralischen Abfallfraktion enthaltenen organischen Stoffe sind dabei oftmals von Nachteil.

Die organischen Stoffe bzw. organischen Anhaftungen bzw. organischen Schadstoffe können durch ein Waschverfahren reduziert werden. Dies ist allerdings mit einem erheblichen Aufwand und hohen Kosten verbunden. Darüber hinaus wird das Schadstoffproblem nicht gelöst, sondern auf ein Abwasserproblem verlagert.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren der eingangs angegebenen Art anzugeben.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die mineralische Abfallfraktion wird mit einem Wärmeträgermedium aus einem Verbrennungsreaktor einer Pyrolyse unterworfen. Dabei werden die organischen Stoffe der mineralischen Abfallfraktion ganz oder teilweise pyrolysiert. Sie werden dabei von den mineralischen Stoffen entfernt. Die derart gereinigte mineralische Abfallfraktion kann anschließend weiterverwertet werden.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Vorteilhaft ist es, wenn die mineralische Abfallfraktion mit dem Wärmeträgermedium in direkten Kontakt gebracht wird. Vorzugsweise wird die mineralische Abfallfraktion mit dem Wärmeträgermedium vermischt.

Die Pyrolyse wird vorzugsweise in einer Schnecke oder Mischschnecke oder in einem Rohr oder Drehrohr durchgeführt.

Das Verfahren kann derart geführt werden, daß der bei der Pyrolyse entstehende Koksrückstand durch die Mineralstoffe der mineralischen Abfallfraktion fein vermählen wird. Dies kann insbesondere dadurch erreicht werden, daß die Pyrolyse in einer Schnecke oder Mischschnecke oder einem Rohr oder Drehrohr durchgeführt wird.

Vorteilhaft ist es, wenn das Wärmeträgermedium aus dem Verbrennungsreaktor einer Pyrolyseanlage stammt. Die Pyrolyseanlage umfaßt vorzugsweise einen Pyrolysereaktor und/oder einen Crackreaktor und/oder einen Pyrolyse-Crack-Reaktor. Die Pyrolyseanlage kann einen Haupt-Pyrolysereaktor umfassen, der als Schacht-reaktor ausgestaltet sein kann. Das Wärmeträgermedium dient in diesem Fall dazu, sowohl die Pyrolyse der organischen Stoffe der mineralischen Abfallfraktion in dem Pyrolysereaktor durchzuführen, als auch die Pyrolyse in dem Haupt-Pyrolysereaktor durchzuführen.

Der Verbrennungsreaktor ist vorzugsweise als Wirbelschichtreaktor ausgestaltet.

Vorteilhaft ist es, wenn die Pyrolysegase aus der mineralischen Abfallfraktion, also die Pyrolysegase, die bei der Pyrolyse der organischen Stoffe der mineralischen Abfallfraktion entstehen, dem Verbrennungsreaktor bzw. Wirbelschichtreaktor zugeführt werden. Diese Pyrolysegase können in dem Verbrennungsreaktor bzw. Wirbelschichtreaktor verbrannt werden. Sie werden auf diese Weise energetisch genutzt.

Vorteilhaft ist es, wenn der bei der Pyrolyse entstehende Koksrückstand mechanisch abgetrennt wird. Dies erfolgt vorzugsweise durch eine Entstaubung, vorzugsweise in einem Windsichtverfahren. Der abgetrennte Koksrückstand kann dem Verbrennungsreaktor bzw. Wirbelschichtreaktor zugeführt werden. Er kann dort verbrannt werden, also energetisch verwendet werden. Vorteilhaft ist es, den abgetrennten Koksrückstand, vorzugsweise durch eine Lanze, in das Wirbelbett des Verbrennungsreaktors bzw. Wirbelschichtreaktors einzudüsen. Dabei dient die Luft zunächst als Fördermedium und danach als Verbrennungsluft.

Vorzugsweise besteht das Wärmeträgermedium aus der Asche des Verbrennungsreaktors.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung ist dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmeträgermedium für die Pyrolyse der mineralischen Abfallfraktion (genauer: der organischen Stoffe der mineralischen Abfallfraktion) aus einem Teil des Wärmeträgermediums aus dem Verbrennungsreaktor besteht. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn das Wärmeträgermedium aus dem Verbrennungsreaktor einer Pyrolyseanlage stammt und/oder wenn das Wärmeträgermedium aus der Asche des Verbrennungsreaktors besteht. Die Pyrolyseanlage umfaßt vorzugsweise einen Pyrolysereaktor und/oder einen Crackreaktor und/oder einen Pyrolyse-Crack-Reaktor. Vorzugsweise besteht das Wärmeträgermedium für die Pyrolyse der mineralischen Abfallfraktion aus der Überschußasche des Verbrennungsreaktors.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Abfallbehandlung, bei dem der Abfall biologisch und/oder mechanisch behandelt wird, wobei aus dem Abfall eine mineralische Fraktion, die organische Stoffe enthält, entsteht oder abgetrennt wird. Bei dem Abfall kann es sich um Hausmüll oder hausmüllähnliche Abfälle handeln. Die Abfälle enthalten organische Bestandteile. Durch die biologische und/oder mechanische Behandlung des Abfalls kann eine einzige Fraktion, die organische Stoffe enthält, entstehen. Durch die biologische und/oder mechanische Behandlung können aber auch mehrere Fraktionen entstehen. Eine oder mehrere dieser Fraktionen können mineralische Fraktionen, die organische Stoffe enthalten, sein.

Gemäß der Erfindung werden die organischen Stoffe der mineralischen Fraktion bzw. der mineralischen Fraktionen durch ein erfindungsgemäßes Verfahren reduziert.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den weiteren Unteransprüchen beschrieben.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere, wenn der Abfall in einem geschlossenen Behälter unter Zwangsbelüftung kompostiert wird. Bei dem Abfall handelt es sich vorzugsweise um Hausmüll oder hausmüllähnliche Abfälle, die organische Bestandteile enthalten. Der Abfall wird kompostiert, also biologisch behandelt. Stattdessen oder zusätzlich kann eine mechanische Behandlung stattfinden, beispielsweise eine Zerkleinerung, die vor und/oder während und/oder nach der Kompostierung, also biologischen Behandlung, durchgeführt werden kann. Im Rahmen dieses Verfahrens entsteht mindestens eine mineralische Fraktion, die organische Bestandteile enthält.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann ein Stoffgemisch behandelt werden, das aus Hausmüll oder hausmüllähnlichen Abfällen nach folgendem Verfahren hergestellt worden ist: Der Hausmüll bzw. die hausmüllähnlichen Abfälle werden erforderlichenfalls zunächst vorbehandelt, insbesondere zerkleinert. Anschließend werden sie in einem oder mehreren geschlossenen Behältern unter Zwangsbelüftung kompostiert, wobei die organischen Bestandteile abgebaut werden. Nach einer be- stimmten Zeit von beispielsweise sieben Tagen - nach dieser Zeit sind die biologisch leichter zersetzbaren Bestandteile typischerweise ganz oder zu einem wesentlichen Teil abgebaut - wird die Kompostierung durch Trocknung zum Stillstand gebracht. Das Material wird auf eine Restfeuchte von höchstens 15% getrocknet. Es kann dann erforderlichenfalls noch nachbehandelt werden. Ein derartiges Material wird unter dem Namen Trockenstabilat® in Verkehr gebracht.

Vor und/oder während und/oder nach der soeben erläuterten Abfallbehandlung kann mindestens eine mineralische Fraktion, die organische Stoffe enthält, abgetrennt werden oder anderweitig entstehen.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der kompostierte Abfall bzw. das Trockenstabilat® in einem Haupt-Pyrolysereaktor mit einem Wärmeträgermedium aus einem Verbrennungsreaktor pyrolisiert wird. Vorzugsweise wird das Wärmeträgermedium ganz oder teilweise von der Asche des Verbrennungsreaktors gebildet. Der im Haupt-Pyrolysereaktor entstehende Pyrolysekoks kann in dem Verbrennungsreaktor unter Luftzufuhr verbrannt werden. Der Verbrennungsreaktor ist vorzugsweise als Wirbelschichtreaktor ausgebildet. Das in dem Haupt-Pyrolysereaktor erzeugte Rohgas kann in einem Crackreaktor gereinigt werden.

Vorteilhaft ist es, wenn das Wärmeträgermedium für die Pyrolyse der organischen Stoffe der mineralischen Abfallfraktion die heiße Überschußasche des Verbrennungsreaktors umfaßt oder aus dieser besteht. In diesem Fall kann das Verfahren energetisch besonders günstig geführt werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnung im einzelnen erläutert. In der Zeichnung zeigt die

einzige Figur eine Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens in einer schematischen Ansicht.

Die Anlage umfaßt einen Haupt-Pyrolysereaktor 1 , der als Schachtreaktor ausgestaltet ist, einen Crack-Reaktor 41 und einen Verbrennungsreaktor 2, der als Wirbelschichtreaktor ausgestaltet ist. Der Haupt-Pyrolysereaktor (Schachtreaktor) 1 und der Crack-Reaktor 41 sind als ein Bauteil ausgeführt, nämlich als Pyrolyse-Crack-Reaktor 30'.

Bei der Durchführung des Verfahrens wird dem Haupt-Pyrolysereaktor (Schachtreaktor) 1 Trockenstabilat® 4 zugeführt. Das Trockenstabilat® 4 ist auf die eingangs angegebene Art hergestellt worden. Ferner wird dem Haupt-Pyrolysereaktor (Schachtreaktor) 1 aus dem Verbrennungsreaktor (Wirbelschichtreaktor) 2 ein Wärmeträgermedium, nämlich Asche 5, zugeführt. Die Asche 5 aus dem Verbrennungsreaktor (Wirbelschichtreaktor) 2 wird zunächst dem Crack-Reaktor 41 zugeführt. Sie gelangt von dort in den Haupt-Pyrolysereaktor 1.

Das in den Haupt-Pyrolysereaktor 1 eingebrachte Trockenstabilat® 4 wird dort mit der heißen Asche 5 aus dem Verbrennungsreaktor 2 vermischt. Das Trockenstabilat erhitzt sich und entgast (pyrolysiert). Es entsteht ein Gas (Rohgas), das in den Crack-Reaktor 41 gelangt, sowie ein Feststoff 10, nämlich Pyrolysekoks und Asche. Der Feststoff 10 verläßt den Haupt-Pyrolysereaktor an seinem unteren Ende und wird dem Verbrennungsreaktor 2 zugeführt. Dort wird der Pyrolysekoks unter Zuführung von Luft 11 verbrannt. Das dabei entstehende Abgas 12 aus der Wirbelschicht des als Wirbelschichtreaktor ausgestalteten Verbrennungsreaktors 2 wird aus dem Verbrennungsreaktor 2 abgezogen und anschließend gereinigt (in der Zeichnung nicht dargestellt). Die heiße Asche 5 wird dem Crack-Reaktor 41 zugeführt.

Dem Crack-Reaktor 41 kann darüber hinaus ein externer Katalysator 40 zugeführt werden. Die Zugabe des Katalysators 40 im oberen Bereich des Crack-Reaktors 41 muß allerdings nicht zwangsläufig mit der Asche 5 aus dem Verbrennungsreaktor 2 erfolgen. Der Katalysator kann auch auf andere Weise zugegeben werden. Der Katalysator kann auch aus der Asche selbst bestehen. Ferner kann der Katalysator im Crack-Reaktor 41 vorhanden sein. Es kann ein permanenter Katalysator wie beispielsweise Metalloxid verwendet werden. Es kann allerdings auch ein verlorener Katalysator wie beispielsweise Koks oder Kohle verwendet werden. Es kann auch auf den Katalysator verzichtet werden. Bei Einsatz eines permanenten Katalysators ergibt sich ein Kreislauf durch den Verbrennungsreaktor 2, wobei in der Feuerung des Verbrennungsreaktors 2 die thermische Abreinigung des Katalysators stattfindet. Der Crack-Reaktor 41 wird in den Haupt-Pyrolysereaktor integriert, so daß dieser zum Pyrolyse-Crack-Reaktor 30' wird.

Dem Crack-Reaktor 41 wird Wasserdampf 8 zugeführt. Aus dem Crack-Reaktor 41 wird ein Synthesegas 9 abgezogen.

Aus dem Verbrennungsreaktor (Wirbelschichtreaktor) 2 wird durch eine in einen Fallschacht 41' mündende Abzweigung heiße Überschußasche 42 mit einer Temperatur von beispielsweise 950°C abgeleitet. Die Überschußasche 42 entsteht durch die laufende Verbrennung von Trockenstabilat in dem Verbrennungsreaktor 2. Die Asche des Verbrennungsreaktors 2 wird über den Pyrolyse-Crack-Reaktor 30' im Kreislauf geführt. Da diesem Kreislauf allerdings Trockenstabilat 4 zugeführt wird, entsteht Überschußasche 42, die durch den Fallschacht 41' abgeleitet wird.

Am unteren Ende des Fallschachts 41' befindet sich der Eingang eines als Mischschnecke ausgebildeten Pyrolysereaktors 43. Der Pyrolysereaktor 43 umfaßt ferner einen Zuführschacht 44 für eine mineralische Abfallfraktion 45, die bei der Herstellung des Trockenstabilat® 4 entstanden ist. In der mineralischen Abfallfraktion 45 sind belastete Mineralstoffe enthalten, also Mineralstoffe, die mit organischen Schadstoffen versehen sind bzw. denen organische Schadstoffe anhaften. Die Temperatur der mineralischen Abfallfraktion 45 kann beispielsweise 20°C betragen.

Der als Mischschnecke ausgebildete Pyrolysereaktor 43 umfaßt ein Gehäuse, in dem eine Schnecke 46 drehbar und antreibbar gelagert ist. Die Schneckenwelle verläuft im wesentlichen waagrecht. Durch die Bewegung der Schnecke 46 wird die heiße Überschußasche 42 mit der mineralischen Abfallfraktion 45 vermischt und zum Ausgang des Pyrolysereaktors 43 hin (in der einzigen Figur nach rechts) ge- fördert. Dabei wird die mineralische Abfallfraktion 45 bzw. die organischen Stoffe der mineralischen Abfallfraktion mit dem aus der heißen Asche 42 des Verbrennungsreaktors 2 bestehenden Wärmeträgermedium einer Pyrolyse unterworfen. Die mineralische Abfallfraktion 45 wird mit dem Wärmeträgermedium, nämlich der heißen Asche 42, in direkten Kontakt gebracht, nämlich vermischt. Bei der im Pyrolysereaktor 43 stattfindenden Pyrolyse entsteht ein Koksrückstand, der durch die Mineralstoffe der mineralischen Abfallfraktion 45 in dem als Mischschnecke ausgestalteten Pyrolysereaktor 43 fein vermählen wird.

Am Ausgang des Pyrolysereaktors 43 werden die Asche, die Mineralstoffe aus der mineralischen Abfallfraktion und der als Koksstaub anfallende Koksrückstand abgezogen. Dieses Gemisch 47 wird einer Entstaubungsanlage 48, beispielsweise einem Windsichter, zugeführt. In der Entstaubungsanlage 48 wird der bei der Pyrolyse im Pyrolysereaktor 43 entstandene Koksrückstand unter Zufuhr von Luft 49 mechanisch abgetrennt. Die gereinigten Mineralstoffe 50 werden aus der Entstaubungsanlage 48 abgezogen. Sie können Asche (grob) umfassen.

Der in der Entstaubungsanlage 48 abgetrennte Koksrückstand, der als Koksstaub anfällt, wird dem Verbrennungsreaktor (Wirbelschichtreaktor) 2 zugeführt. Die Förderung des Koksstaubes 51 erfolgt vorzugsweise pneumatisch, also durch einen Luftstrom, in dem auch Feinasche aus der Entstaubungsanlage 48 enthalten sein kann. Der Koksstaub wird durch eine Lanze 52 in das Wirbelbett des als Wirbelschichtreaktor ausgebildeten Verbrennungsreaktors 2 eingedüst. Die Förderluft dient dabei zunächst als Fördermedium für den Koksstaub und danach als
Verbrennungsluft für den Verbrennungsreaktor 2.

Die im Pyrolysereaktor 43 entstehenden Pyrolysegase 53 werden im Gegenstrom zum Feststoff (heiße Überschußasche 42 und mineralische Abfallfraktion 45) in den als Wirbelschichtofen ausgestalteten Verbrennungsreaktor 2 geleitet, wo sie verbrennen und zum Energiehaushalt des gesamten Verfahrens beitragen.

Das in dem Haupt-Pyrolysereaktor 1 erzeugte Rohgas wird in dem Crack-Reaktor 41 gereinigt.

Nach dem beschriebenen Verfahren wird heiße Überschußasche 42 mit einer Temperatur von beispielsweise 950°C aus einem Verbrennungsreaktor 2, der als Wirbelschichtofen ausgestaltet ist und der Bestandteil einer Haupt-Pyrolyseanlage ist, in einem Pyrolysereaktor 43, der als Mischschnecke ausgestaltet ist, in direkten Kontakt mit dem zu reinigenden Gemisch mineralischer Stoffe, nämlich der mineralischen Abfallfraktion 45 gebracht, wodurch eine Aufheizung dieser mineralischen Abfallfraktion 45 auf vorzugsweise über 500°C erfolgt und in dem Pyrolysereaktor 43 eine Pyrolyse durchlaufen wird. Die mineralische Fraktion 45 wird dabei mit der inerten Überschußasche 42 aus der Wirbelschicht des Verbrennungsreaktors 2 vermischt. Dabei werden die organischen Schadstoffe der mineralischen Abfallfraktion flüchtig. Die dabei entstehenden Pyrolysegase 53 werden im Gegenstrom zum Feststoff in den als Wirbelschichtofen ausgebildeten Verbrennungsreaktor 2 geleitet, verbrennen dort und tragen zum Energiehaushalt des Haupt-Pyrolyseverfahrens bei. Der Koksrückstand wird in der Mischschnecke des Pyrolysereaktors 43 durch die Mineralstoffe 45 fein vermählen. Der im mineralischen Gemisch verbleibende geringe Koksrückstand wird in einem weiteren Schritt mechanisch abgetrennt, nämlich durch Entstaubung mit Hilfe der Entstaubungsanlage 48, die ein Windsichter sein kann. Der dabei entstehende kohlenstoffhaltige Staub 51 wird e-benfalls der Wirbelschicht des Verbrennungsreaktors 2 zugeführt, nämlich pneumatisch gefördert und durch eine Lanze 52 in das Wirbelbett des Verbrennungsreaktors 2 eingedüst. Die Förderluft dient dabei zunächst als Fördermedium und danach als Verbrennungsluft. Der als Wirbelschichtofen ausgebildete Verbrennungsreaktor verfügt über eine Rauchgasreinigung, die den gesetzlichen Vorschriften entspricht, beispielsweise der 17. BlmSchV.

Das Verfahren kann in der Weise geführt werden, daß der Wärmebedarf für die Pyrolyse der bei der Durchführung des Trockenstabilatverfahrens anfallenden mineralischen Fraktionen durch die mit der heißen Überschußasche 42 des Haupt-Pyrolyseverfahrens abzuführenden Überschußwärme gedeckt werden kann, so daß die Beseitigung der Schadstoffe der mineralischen Abfallfraktion in einem sehr kostengünstigen und kompakten Reaktor unter Verwendung dieser Überschußwärme erfolgen kann. Die im Pyrolysereaktor 43 entstehenden Pyrolysegase werden im Haupt-Pyrolyseverfahren prozeßintern genutzt. Durch diese Nutzung wird ein Synergieeffekt zwischen dem Trockenstabilatverfahren und dem Haupt-Pyrolyseverfahren erreicht, so daß die Reinigung von kontaminierten Mineralstoffen aus der mechanisch-biologischen Abfallbehandlung des Trockenstabilatverfahrens ohne Einsatz externer Energieträger und ohne zusätzliche Pyrolysegasentsorgung erfolgen kann. Ferner fallen keine Entstaubungsrückstände und keine Abwässer an.

Die gereinigten Mineralstoffe 50 können als Bauersatzstoff verwendet werden.

In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die Pyrolyse der mineralischen Abfallfraktion bzw. deren organischer Bestandteile durch das Wärmeträgermedium aus einem Verbrennungsreaktor durchgeführt, der Bestandteil eines Haupt-Pyrolyseverfahrens ist. Das Wärmeträgermedium könnte jedoch auch aus einem Verbrennungsreaktor stammen, der nicht Bestandteil einer Haupt-Pyrolyseanlage ist, beispielsweise aus einem Verbrennungsreaktor, in dem ein Brennstoff, beispielsweise Trockenstabilat® oder ein ähnlicher Brennstoff, verbrannt wird und bei dem die dabei entstehende Wärme genutzt wird, beispielsweise zur Stromerzeugung.