Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Entsorgung und Nutzbarmachung von Abfallgütern aller Art, bei dem unsortierter, unbehandelter, beliebige Schadstoffe in fester und/oder flüssiger Form enthaltender Industrie-, Haus- und/oder Sondermüll sowie Industriegüterwracks einer stufenweisen Temperaturbeaufschlagung und thermischen Trennung bzw. Stoffumwandlung unterzogen werden.

Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Vermeidung der Emission von COS in den in die Umwelt entlassenen Abgasen.

Weiterhin bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine für das obige Verfahren geeignete Vorrichtung.

Die bekannten Verfahren der Abfallentsorgung bilden keine befriedigende Lösung der wachsenden Müllprobleme, die ein wesentlicher Faktor der Umweltzerstörung sind. Industriegüterwracks aus Verbundwerkstoffen, wie Kraftfahrzeuge und Haushaltsgeräte aber auch Öle, Batterien, Lacke, Farben, toxische Schlämme, Medikamente und Krankenhausabfälle, unterliegen gesonderten, gesetzlich streng vorgeschriebenen Entsorgungsmaßnahmen.

Hausmüll hingegen ist ein unkontrolliertes heterogenes Gemisch, das nahezu alle Arten von Sondermüllfraktionen und organischen Bestandteilen enthalten kann und ist bezüglich der Entsorgung noch in keinem Verhältnis zu seiner Umweltbelastung eingestuft.

Eines der Entsorgungs- und Verwertungsverfahren für Abfallgüter ist die Müllverbrennung. Bei den bekannten Müllverbrennungsanlagen durchlaufen die Entsorgungsgüter ein breites Temperaturfeld bis zu ca. 1000 °C. Bei diesen Temperaturen sollen mineralische und metallische Reststoffe nicht aufgeschmolzen werden, um nachfolgende Gaserzeugungsstufen möglichst nicht zu stören. Die den verbleibenden Feststoffen innewohnende Energie wird nicht oder nur mangelhaft genutzt.

Eine kurze Verweilzeit des Mülls bei höheren Temperaturen und die hohe Staubentwicklung durch die Vorgabe großer Mengen stickstoffreicher Verbrennungsluft in die unverdichteten Abfallverbrennungsgüter begünstigen die gefährliche Bildung von chlorierten Kohlenwasserstoffen. Man ist deshalb dazu übergegangen, die Abgase von Müllverbrennungsanlagen einer Nachverbrennung bei höheren Temperaturen zu unterziehen. Um die hohen Investitionen solcher Anlagen zu rechtfertigen, werden die abrasiven und korrosiven heißen Abgase mit ihrem hohen Staubanteil durch Wärmetauscher geleitet. Bei der relativ langen Verweilzeit im Wärmetauscher bilden sich erneut chlorierte Kohlenwasserstoffe, die sich mit den mitgeführten Stäuben verbinden und letztlich zu Verstopfungen und Funktionsstörungen führen und als hochgiftige Schadstoffe entsorgt werden müssen. Folgeschäden und die Kosten ihrer Beseitigung sind nicht abschätzbar.

Bisherige Pyrolyseverfahren in konventionellen Reaktoren haben ein der Müllverbrennung ähnlich breites Temperaturspektrum. In der Entgasungszone herrschen hohe Temperaturen. Die sich bildenden heißen Gase werden zur Vorwärmung des noch nicht pyrolysierten Entsorgungsgutes genutzt, kühlen hierbei ab und durchlaufen ebenfalls den für die Neubildung chlorierter Kohlenwasserstoffe relevanten und damit gefährlichen Temperaturbereich. Um ein ökologisch bedenkenlos nutzbares Reingas herzustellen, durchlaufen Pyrolysegase im Regelfall vor der Reinigung einen Cracker.

Gemeinsam weisen die vorbeschriebenen Verbrennungsund Pyrolyseverfahren den Nachteil auf, daß sich die bei der Verbrennung oder pyrolytischen Zersetzung verdampften Flüssigkeiten oder Feststoffe mit den Verbrennungs- oder Pyrolysegasen vermischen und abgeleitet werden, bevor sie die zur Zerstörung aller Schadstoffe notwendige Temperatur und Verweilzeit im Reaktor erreicht haben. Das verdampfte Wasser ist nicht zur Wassergasbildung nutzbar gemacht. Deshalb werden im Regelfall bei Müllverbrennungsanlagen Nachverbrennungskammern und bei Pyrolyseanlagen Crackerstufen nachgeschaltet.

Aus der EP 91 11 8158.4 (EP-A-0 520 086) ist ein Verfahren zur Entsorgung und Nutzbarmachung von Abfallgütern bekannt, das die oben geschilderten Nachteile vermeidet. Dabei werden die Abfallgüter einer stufenweisen Temperaturbeaufschlagung und thermischen Trennung bzw. Stoffumwandlung unterzogen und die anfallenden festen Rückstände in eine Hochtemperaturschmelze überführt. Hierzu wird das zu entsorgende Gut chargenweise zu Kompaktpaketen komprimiert und durchläuft die Temperaturbehandlungsstufen in Richtung steigender Temperatur von einer Niedertemperaturstufe, in der unter Aufrechterhaltung der Druckbeaufschlagung ein formund kraftschlüssiger Kontakt mit den Wänden des Reaktionsgefäßes sichergestellt ist und organische Bestandteile entgast werden, zu einer Hochtemperaturzone, in der das entgaste Entsorgungsgut eine gasdurchlässige Schüttung ausbildet und durch kontrollierte Zugabe von Sauerstoff Synthesegas erzeugt wird. Dieses Synthesegas wird dann aus der Hochtemperaturzone abgeleitet und kann weiter verwertet werden.

Diese Ableitung des Rohsynthesegases des Hochtemperaturreaktors ist ihrerseits fest mit einer Gaskammer zur Gasschnellkühlung verbunden, die eine Wasserinjektionseinrichtung für Kaltwasser in den heißen Rohsynthesegasstrom besitzt. Diese Gasschnellkühlung (Schockkühlung) verhindert eine erneute Synthese von Schadstoffen, da das Rohsynthesegas durch die Schockkühlung den kritischen Temperaturbereich sehr rasch durchläuft und auf eine Temperatur abgekühlt wird, bei der eine Neusynthese der Schadstoffe nicht mehr stattfindet. Diese Kaltwasserinjektion in den Rohsynthesegasstrom bindet zusätzlich im Gasstrom mitgeführte Flüssigkeits- oder Feststoffpartikel, so daß nach der Schnellkühlung ein gut vorgereinigtes Rohsynthesegas erhalten wird.

Bei dieser in der EP 91 11 8158.4 beschriebenen Anlage können aus den im Müll enthaltenen Schwefelanteilen nicht nur H₂S sondern auch geringe Spuren von COS gebildet werden, die den Vergasungsbereich in gasförmiger Form mit dem gebildeten Synthesegas verlassen.

Die im Syntheserohgas vorhandenen H₂S-Bestandteile werden anschließend in einer Gaswäsche mit Eisenchelat vollständig aufgenommen und zu elementarem Schwefel oxidiert und dadurch aus dem Syntheserohgas entfernt, während das COS nur teilweise von dem Eisenchelat gebunden und/oder zersetzt wird. Das nichtaufgenommene COS verbleibt im Synthesegas und wird bei der anschließenden, beispielsweise thermischen Nutzung des Synthesegases in SO₂ transformiert und als Schadstoff in die Atmosphäre abgegeben.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung vorzuschlagen, mit denen der erfindungsgemäße Entsorgungs- und Nutzbarmachungsprozeß ohne schädliche Emissionen von SO₂ durchgeführt werden kann.

Diese Aufgabe wird durch das Verfahren nach Anspruch 1 und die Vorrichtung nach Anspruch 12 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen gegeben.

Das erfindungsgemäße Verfahren schließt sich inhaltlich an das in der EP 91 11 8158.4 offenbarte Verfahren an, wobei bezüglich des Verfahrens und der Vorrichtung die Offenbarung dieser Druckschrift hiermit vollständig in den Offenbarungsgehalt dieser Anmeldung eingeschlossen wird.

Erfindungsgemäß wird die oben genannte Schadstoffbelastung vermieden, indem das in dem Hochtemperaturreaktor erzeugte Synthesegas einer 2-stufigen schockartigen Wasserbeaufschlagung zur Abkühlung unterworfen wird. In einer ersten schockartigen Abkühlung wird das Synthesegas auf eine Temperatur zwischen 150 °C bis 200 °C abgekühlt und verweilt dort für eine vorbestimmte Zeit. Anschließend erfolgt eine weitere schockartige Wasserbeaufschlagung bis zur Abkühlung unter 90 °C.

Durch die schockartige Abkühlung wird die Neubildung von Dioxinen und Furanen in dem Synthesegas ausgeschlossen. Dadurch, daß das Synthesegas in einem ersten Schritt auf eine Temperatur zwischen 150 °C und 200 °C abgekühlt wird, wird anschließend das in dem Synthesegas enthaltene COS unter Anwesenheit von Wasserdampf gemäß der folgenden Gleichung COS + H₂O → CO₂ + H₂S in Schwefelwasserstoff transformiert.

Um diese Transformation zu erreichen wird in einer ersten Abkühlstufe vorteilhafterweise gasvolumenabhängig soviel Wasser in den Gasstrom eingedüst, daß das Gas schockartig auf die genannte Temperatur zwischen 150 °C und < 200 °C abgekühlt wird. Durch diese Eindüsung von Kühlwasser enthält das abgekühlte Syntheserohgas bereits den für die Umwandlung von COS erforderlichen hohen Wasserdampfanteil um COS in H₂S zu transformieren.

Anschließend wird die Endtemperatur des Syntheserohgases unterhalb von 90 °C durch eine zweite schockartige Wasserabkühlung mittels Eindüsen von Kühlwasser durchgeführt.

Da nunmehr im Syntheserohgas Schwefelwasserstoff vorliegt und dieser in einer anschließenden Gasreinigungsstufe mittels Eisenchelat entfernt wird, enthält anschließend das Syntheserohgas keine nennenswerten COS-H₂S- Anteile. Damit wird auch bei der anschließenden thermischen Nutzung des Syntheserohgases die Bildung von SO₂ vermieden und das Abgas aus der thermischen Nutzung von sonst üblichen SO₂-Anteilen befreit.

Idealerweise erfolgt die Wassereindüsung in beiden Stufen der Schnellabkühlung mittels einer Vielzahl von Düsen die zu- oder abschaltbar sind. In diesem Falle kann über eine Regelung der Zu- bzw. Abschaltung einzelner Düsen die in das Synthesegas injizierte Wassermenge derart geregelt werden, daß die gewünschten Endtemperaturen des Synthesegases zwischen 150 °C und 200 °C für die erste Wasserabkühlung bzw. < 90 °C für die zweite Wasserabkühlung erzielt werden.

Im folgenden werden einige Beispiele für das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung beschrieben werden.

Es zeigen

• Figur 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung; und
• Figur 2 eine erfindungsgemäße Gasschnellabkühlung.

Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Stoffaufbereitung, -wandlung und -nachbehandlung mit einem Hochtemperaturreaktor 10.

In Figur 1 ist gezeigt, wie Restmüll in eine Verdichtungspresse eingebracht wird. Dabei erfolgt die Verdichtung durch eine Verdichtungspresse 1, die in ihrem Aufbau einer an sich bekannten Schrottpresse entspricht, wie sie z.B. für die Verschrottung von Fahrzeugen eingesetzt wird. Eine schwenkbare Preßplatte 2 ermöglicht das Beschicken der Presse 1 mit Mischabfall. Eine Preßfläche 3 befindet sich in linker Position, so daß der Beschickungsraum der Presse voll geöffnet ist. Durch das Einschwenken der Preßplatte 2 in die dargestellte horizontale Position wird der Abfall zunächst in vertikaler Richtung verdichtet. Danach bewegt sich die Preßfläche 3 horizontal in die in ausgezogener Linienführung dargestellte Lage und verdichtet das Abfallpaket in horizontaler Richtung. Die hierzu benötigten Gegenkräfte werden durch eine nicht dargestellte aus- und einfahrbare Gegenplatte aufgenommen. Nachdem der Verdichtungsvorgang abgeschlossen ist, wird die Gegenplatte ausgefahren und der verdichtete Abfallpfropfen mit Hilfe der sich nach rechts weiterbewegenden Preßfläche 3 in einen unbeheizten Bereich 5 des Schubofens 6 eingeschoben und so dessen Gesamtinhalt entsprechend weitertransportiert, nachverdichtet und mit der Kanal- bzw. Ofenwand in Druckkontakt gehalten. Anschließend wird die Preßfläche 3 in die linke Endposition zurückgefahren, die Gegenplatte eingefahren und die Preßplatte 2 in die Vertikalposition zurückgeschwenkt. Die Verdichtungspresse 1 ist damit für eine Neubeschikkung bereit. Die Abfallverdichtung ist so groß, daß der in den unbeheizten Bereich 5 des Schubofens 6 eingeschobene Abfallpfropfen gasdicht ist. Die Beheizung des Schubofens erfolgt durch Flamm- und/oder Abgase, die einen Heizmantel 8 in Pfeilrichtung durchströmen.

Beim Durchschub des verdichteten Abfalles durch den Ofenkanal 6 breitet sich eine entgaste Zone zur Mittelebene des Schubofens 6 hin aus, begünstigt durch die mit dem Seiten/Höhen-Verhältnis >2 seines Rechteckquerschnittes verbundene große Oberfläche. Beim Eintritt in einen Hochtemperaturreaktor 10 liegt ein durch ständige Druckbeaufschlagung beim Durchschub kompaktiertes Gemisch von Kohlenstoff, Mineralien, Metallen und teilzersetzten vergasungsfähigen Komponenten vor. Dieses Gemisch wird im Bereich der Eintrittsöffnung in den Hochtemperaturreaktor 10 extrem großer Strahlungshitze ausgesetzt. Die hiermit verbundene plötzliche Expansion von Restgasen im Schwelgut führt zu dessen stückiger Zerteilung. Das so erhaltene Feststoff-Stückgut bildet im Hochtemperaturreaktor ein gasdurchlässiges Bett 20, in dem der Kohlenstoff des Schwelgutes mit Hilfe von Sauerstofflanzen 12 zunächst zu CO₂ bzw. CO verbrannt wird. Die oberhalb des Bettes 20 den Reaktor 10 verwirbelt durchströmenden Schwelgase werden durch Cracken vollständig entgiftet. Zwischen C, CO₂, CO und dem aus dem Abfall ausgetriebenen Wasserdampf stellt sich ein temperaturbedingtes Reaktionsgleichgewicht bei der Synthesegasbildung ein.

In dem mehr als 2000 °C heißen Kernbereich des Bettes 20 werden die mineralischen und metallischen Bestandteile des Schwelgutes aufgeschmolzen. Aufgrund der unterschiedlichen Dichte überschichten sie sich dabei und entmischen sich. Typische Legierungselemente des Eisens, wie beispielsweise Chrom, Nickel und Kupfer, bilden mit dem Eisen des Abfalles eine verhüttbare Legierung, andere Metallverbindungen, beispielsweise Aluminium, oxidieren und stabilisieren als Oxide die Mineralschmelze.

Die Schmelzen treten direkt in einen Nachbehandlungsreaktor 16 ein, in dem sie in einer mit Hilfe einer O₂-Lanze 13 eingebrachten Sauerstoffatmosphäre, gegebenenfalls unterstützt durch nicht dargestellte Gasbrenner, Temperaturen von mehr als 1400 °C ausgesetzt werden. Mitgeschleppte Kohlenstoffpartikel werden oxidiert, die Schmelze wird homogenisiert und in ihrer Viskosität erniedrigt.

Bei ihrem gemeinsamen Austrag in ein Wasserbad 17 granulieren Mineralstoff und Eisenschmelze getrennt und können danach magnetisch sortiert werden.

Das im oberen Teil des Hochtemperaturreaktors 10, der einen Stabilisierungsbereich bildet, erzeugte Rohsynthesegas wird über eine Rohsynthesegasleitung 30 zu einem Behälter bzw. Kammer 14 geleitet, in dem das Synthesegas durch Wassereindüsung 2-stufig auf weniger als 90 °C schockartig gekühlt wird. Im Gas mitgeschleppte Bestandteile (Mineralien und/oder Metall in geschmolzenem Zustand) werden im Kühlwasser abgeschieden, Wasserdampf kondensiert, so daß sich das Gasvolumen verringert und so die Gasreinigung erleichtert wird, die sich an die Schockkühlung in an sich bekannten Anordnungen anschließen kann. Das zur schockartigen Kühlung des Synthesegasstromes verwendete Wasser kann gegebenenfalls nach Aufreinigung, beispielsweise in einem Absetzer 32, wiederum zur Kühlung verwendet und folglich im Kreislauf geführt werden. Bei der Schnellabkühlung des Rohsynthesegases durch Einsprühen von Kühlwasser in den Rohsynthesegasstrom werden nicht nur Flüssigbestandteile und Feststoffbestandteile (Stäube etc.) aus dem Rohsynthesegas entfernt, sondern das Kühlwasser nimmt zusätzlich auch Gasbestandteile aus dem Rohsynthesegas auf. Dies erfolgt beispielsweise durch Emulgieren von feinsten Gasbläschen in dem Kühlwasser bzw. durch Lösung von Gasen aus dem Rohsynthesegas.

In der Kammer 14 erfolgt die Abkühlung auf unter 90 °C in einem 2-stufigen Verfahren. In einer ersten Stufe wird Wasser in das Synthesegas injiziert, so daß das Synthesegas sich auf eine Temperatur zwischen 150 °C und 200 °C abkühlt. Dann verweilt das so abgekühlte Synthesegas bei dieser Temperatur, bis das im Synthesegas enthaltene COS in H₂S umgewandelt worden ist. Anschließend erfolgt die zweite Stufe der schockartigen Schnellabkühlung durch weitere Injektion von Kühlwasser zur Abkühlung des Synthesegases auf unter 90 °C.

Das Kühlwasser wird aus dem Behälter 14 über eine Leitung 31 in einen Beruhigungsbereich, hier einen Lamellenklärer 32, geleitet, wo die in ihm enthaltenen Feststoffe, z.B. Schwebebestandteile, sich absetzen und die aufgenommenen Gase aus dem Kühlwasser ausgasen. Das so aufgereinigte Kühlwasser wird über eine Leitung 33 in den Behälter 14 wieder zur Kühlung des Rohsynthesegases zurückgeleitet und folglich in einem Kreislauf geführt.

Das in der Kammer 14 gereinigte Rohsynthesegas verläßt den Behälter 14 über eine Leitung 30a und wird anschließend einer Feinwäsche bzw. Feinreinigung in Wäschern 34, 34a, 34b und 34c unterzogen. Der Wäscher 34a ist dabei eine Waschstufe, bei der dem Rohsynthesegas mittels Eisenchelat das H₂S entzogen wird, das anschließend als reiner Schwefel ausgetragen werden kann.

Die so fein gereinigten Synthesegase können über eine Leitung 38 der Nutzung, beispielsweise in einem Gasgenerator 35, zugeführt werden oder auch im Störungsfalle einer Brennkammer mit Kamin zugeführt werden, wo sie unter Zwangsluftzufuhr ökologisch unbedenklich verbrannt und entsorgt werden können.

Da das Synthesegas frei von COS und H₂S ist, enthalten die Abgase aus der Synthesegasnutzung, beispielsweise die Abgase des Gasgenerators 35 keine nennenswerten Schwefeldioxid-Anteile mehr und sind bezüglich der Schwefelanteile emissionsfrei. Sie können unmittelbar, d.h. ohne Rauchgasreinigung über einen Schornstein 36 in die Umwelt entlassen werden.

Figur 2 zeigt eine Kammer 14 mit 2-stufiger Schnellabkühlung, wobei in Figur 2 dieselben Elemente mit denselben Bezugszeichen wie in Figur 1 bezeichnet und daher nicht weiter beschrieben werden.

Die noch ungereinigten Synthesegase treten über die Leitung 30 und ein Zentralrohr 101 in die Kammer 14 ein. Innerhalb des Zentralrohres ist eine erste Wasserinjektionseinrichtung 103 mit Wasserdüsen 105 angeordnet. Diese Wasserinjektionseinrichtung 103 wird über eine Leitung 33a mit Kühlwasser versorgt und sprüht Kühlwasser in den Synthesegasstrom in dem Zentralrohr 101. Mittels Zu- und Abschalten einzelner Wasserdüsen 105 wird dabei der Wasserstrom so eingeregelt, daß die durch das Kühlwasser abgekühlten Synthesegase eine Temperatur zwischen 150 °C und 200 °C aufweisen. Die so erstmals schockartig auf 150 °C bis 200 °C abgekühlten Synthesegasrohre strömen entlang des Zentralrohres 101, wobei das in dem Synthesegas enthaltene COS zu H₂S umgesetzt wird. Über das Volumen oder die Länge des Zentralrohres 101 läßt sich die Verweilzeit des Synthesegases bei 150 °C bis 200 °C so einregeln, daß das Synthesegas erst dann in die zweite Stufe der Schnellabkühlung eintritt, wenn das enthaltene COS vollständig abgebaut ist.

Am Ende des Zentralrohres 101 tritt das Synthesegas in das das Zentralrohr 101 umgebende Volumen der Kammer 14 ein, und wird dort über eine zweite Wasserinjektionseinrichtung 104 mit Wasserdüsen 105a mit Wasser besprüht und schockartig auf Temperaturen unter 90 °C abgekühlt. Die Wasserinjektionseinrichtung 104 wird dabei über eine Kühlwasserzuleitung 33b mit Kühlwasser versorgt. Auch hier wird die über die Düsen 105a eingesprühte Kühlwassermenge mittels Zu- und Abschalten einzelner Düsen 105a derart eingeregelt, daß die Temperatur des abgekühlten Synthesegases unter 90 °C liegt. Damit kann in dem Synthesegas keine erneute Synthese von Dioxinen oder Furanen stattfinden.

Das so auf unter 90 °C abgekühlte Synthesegas verläßt über die Leitung 30a die Kammer 14 in Richtung der Gasfeinwäscher 34 bis 34c aus Figur 1.

Die Kammer 14 weist weiterhin einen Sumpf 102 und eine Auslaßleitung 31 auf, über die das eingesprühte Kühlwasser gesammelt und abgeleitet wird (siehe Figur 1).