DE4011945C1 - Waste material pyrolysis system - compresses material and heats it by friction against chamber walls - Google Patents
Waste material pyrolysis system - compresses material and heats it by friction against chamber wallsInfo
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Abstract
Description
Mit zunehmendem Wohlstand werden Industrieabfälle und Hausmüll überdurchschnittlich steigen. Die größere Sensibilität der Bevölkerung für Umweltpro bleme führt auch dazu, daß Fragen der Müllentstehung und -entsorgung eine wesentlich höhere Priorität ge winnen. Die bisherigen Lösungsvorschläge zur über zeugenden Müllentsorgung sind unzureichend.With increasing prosperity, industrial waste and household waste rise above average. The greater sensitivity of the population to environmental pro bleme also leads to questions of waste generation and disposal a much higher priority win. The previous proposed solutions for over Waste disposal is insufficient.
Die klassische Entsorgungsform von Haus- und Industrie abfällen aller Art ist auch heute noch das Deponieren, ohne daß dadurch das Entsorgungsproblem tatsächlich gelöst wäre. Rund 80% aller anfallenden Abfälle wer den so behandelt. Die hohe Umweltbelastung und fehlen de Deponieflächen zwangen jedoch zu Alternativ-Lösun gen.The classic form of disposal of house and industry Waste of all kinds is still landfill today without actually causing the disposal problem would be solved. Around 80% of all waste generated treated that way. The high environmental impact and lack However, landfill areas forced alternative solutions gene.
Einen Ausweg sah man in Müllverbrennungsanlagen. Das Verbrennen von Abfällen beinhaltet eine Vielzahl von Nachteilen, wie z.B. schlechter Wirkungsgrad, hoher Schadstoffanfall und hohe Investitions- und Betriebs kosten. Darüber hinaus sind Müllverbrennungsanlagen aufgrund der hohen Kosten nur für Ballungsgebiete wirtschaftlich sinnvoll, ohne daß dabei die Schadstoff emission befriedigend gelöst werden konnte.One saw a way out in waste incineration plants. The Waste incineration involves a variety of Disadvantages such as poor efficiency, high Pollution and high investment and operating costs. In addition there are waste incinerators due to the high cost only for metropolitan areas makes economic sense without removing the pollutant emission could be solved satisfactorily.
Mit der Entgasung von organischen Abfällen glaubte man, über eine Möglichkeit zu verfügen, um die Müll verbrennung zu vermeiden und Kleinanlagen wirtschaft lich betreiben zu können.With the degassing of organic waste believed one to have a way to dispose of the garbage to avoid combustion and small systems economy to be able to operate.
In den letzten Jahren wurde daher eine Vielzahl von Pyrolyseverfahren entwickelt und erpropt. Diese Ver fahren unterscheiden sich vor allem bezüglich der Ent gasungseinheiten, während die nachgeschalteten Aggre gate, wie Verbrennungs- und Nachverbrennungskammer, Staubfilterung und Abgasreinigung, weitgehend bei heutigem Stand der Technik vergleichbar sind.In recent years, a large number of Pyrolysis process developed and tested. This ver driving differ mainly in terms of Ent gassing units, while the downstream units gate, such as combustion and post-combustion chamber, Dust filtering and exhaust gas cleaning, largely at the current state of the art are comparable.
Die heute bekannten Entgasungseinheiten lassen sich in drei Typen einteilen:The degassing units known today can be divide into three types:
- 1. Schachtöfen, in die das Pyrolysegut von oben eingebracht wird, und den Ofenschacht in verti kaler Richtung durch Schwerkraft durchwandert.1. Shaft furnaces into which the pyrolysis material is from above is introduced, and the furnace shaft in verti calender direction traversed by gravity.
- 2. Drehrohröfen, bei denen durch Rotation des Rohr schachtes das rieselfähige Pyrolysegut durch mischt und mit den erwärmten Wänden ständig erneut in Kontakt gebracht wird, und2. Rotary tube furnaces, where by rotating the tube shaft through the free-flowing pyrolysis material mixes and with the warmed walls again and again Is brought in contact, and
- 3. Wirbelschichtöfen, bei denen ein in ständig ver wirbelter Bewegung befindliches Sandbett für einen Wärmeübergang mit dem Pyrolysegut sorgt.3. Fluidized bed furnaces, in which a ver whirling sand bed for one Heat transfer with the pyrolysis material ensures.
Die beschriebenen Entgasungsreaktoren, wie beispielsweise aus den AT-PS′en 1 16 725 und 3 63 577 bekannt, sind mit einer Vielzahl von Nachteilen und technisch zur Zeit noch nicht befriedigend lösbaren Problemen behaftet. Allen drei Reaktortypen ist gemeinsam,The degassing reactors described, such as known from AT-PS'en 1 16 725 and 3 63 577 are with a Numerous disadvantages and technically not yet satisfactorily solvable problems. All three Reactor type is common,
- 1. daß zur Verbesserung des Wärmeübergangs die zu pyrolisierenden Abfälle vorzerkleinert werden müssen, was hohe Kosten verursacht,1. that to improve the heat transfer to pyrolyzing waste must, which causes high costs,
- 2. daß mit den organischen Substanzen zum Pyrolisieren Atmosphärenluft mit Sauerstoff eingebracht werden muß, der im Pyrolysereaktor zu Verbrennungen und Verpuffungen führt und darüber hinaus die Pyrolyse produkte mit Verbrennungsabgasen verdünnt.2. that with the organic substances for pyrolyzing Atmospheric air with oxygen are introduced must in the pyrolysis reactor to burns and Deflagration and pyrolysis products diluted with combustion gases.
- 3. daß die Aufheizung der Abfälle relativ langsam verläuft und mit erheblichen Wärmeverlusten ver bunden ist, da der Wirkungsgrad schlecht ist und der eingebrachte Stickstoff miterwärmt und mit entsorgt werden muß.3. that the heating of the waste is relatively slow runs and ver with significant heat loss is bound because the efficiency is poor and the nitrogen introduced also heats up and with must be disposed of.
- 4. Die beschriebenen Entgasungsreaktoren müssen aus wirtschaftlichen Gründen ein relativ großes Volumen besitzen und sind bei den herrschenden Temperaturen von über 450°C an der Grenze der mechanischen Be lastbarkeit, so daß sie nur für den Betrieb bei et wa Atmosphärendruck geeignet sind.4. The degassing reactors described must be off a relatively large volume for economic reasons own and are at the prevailing temperatures of over 450 ° C at the limit of mechanical loading resilience, so that they are only for operation at et wa atmospheric pressure are suitable.
- 5. Des weiteren wird von den Entgasungreaktoren Gas dichtheit gefordert, um den Austritt von Schad und Wirkstoffen zu verhindern. Aus diesem Grunde besitzen sie aufwendige temperaturbelastete Schleusenkonstruktionen und Dichtungen zum Ein und Ausbringen des Pyrolysegutes, bzw. der Pyro lyserückstände.5. Furthermore, the degassing reactors produce gas tightness required to prevent leakage and prevent active substances. For this reason they have complex temperature loads Lock constructions and seals for one and spreading the pyrolysis material or the pyro lysis residues.
Schachtöfen führen bei Niedertemperatur-Pyrolyse durch Verklebung des Pyrolysegutes zur Kanal- und Brückenbildung. Drehöfen sind wegen ihrer mechanischen Bewegung, ihrer Schleusentechnik und den schmirgelnden Inertbestand teilen im Pyrolysegut hohen Verschleißerscheinungen ausgesetzt. Alle Reaktoröfen haben einen so schlech ten Wirkungsgrad, daß man bei Dreh- und Wirbelschicht öfen vorgeschlagen hat, den Wärmeübergang durch ständig rückgeführten Heißsand und/oder erhitzte Stahl- oder Keramikkugeln zu verbessern.Shaft furnaces carry out low-temperature pyrolysis Bonding the pyrolysis material to form channels and bridges. Rotary yards are because of their mechanical movement Lock technology and the sanding inert stock share high signs of wear in the pyrolysis material exposed. All reactor ovens are so bad ten efficiency that one with rotating and fluidized bed has suggested the heat transfer through constantly recycled hot sand and / or heated steel or Improve ceramic balls.
Hinzu kamen Schwierigkeiten beim Betrieb der Pyrolyse einheiten; bei der Niedertemperturpyrolyse durch Ver kleben der Pyrolyserückstände aufgrund ihres relativ hohen Gehalts an wachs- bzw. teerartigen Substanzen,; bei der Hochtemperaturpyrolyse durch Aufschmelzen und Verkrusten von Schlacken.In addition, there were difficulties in operating the pyrolysis units; in low-temperature pyrolysis by Ver stick the pyrolysis residues due to their relative high content of wax or tar-like substances; in high temperature pyrolysis by melting and Crusts of slag.
Alle bekannten Verfahren sind aufgrund von technisch nicht zu lösenden Problemen in den Pyrolyseöfen und/oder der negativen Energiebilanz gescheitert. Ca. 80% aller gebauten Anlagen sind zwischenzeitlich stillgelegt. Die Hoffnungen, mit Hilfe der bekannten Pyrolyseverfahren über ein wirtschaftliches und umweltfreundliches ther misches Entsorgungskonzept zu verfügen, haben sich nicht erfüllt.All known methods are based on technical problems to be solved in the pyrolysis furnaces and / or the negative energy balance failed. Approx. 80% of all built systems have meanwhile been decommissioned. The hopes with the help of the known pyrolysis processes about an economical and environmentally friendly ther to have a mixed disposal concept not fulfilled.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ver fahren zur Pyrolyse von organischen Substanzen aller Art anzugeben, bei dem die Entgasungseinheit - im folgenden Pyrolysekammer genannt - einen hohen Wirkungs grad bei großer Leistung aufweist, störungsfrei und funktionssicher arbeitet und bei der die Pyrolysepro dukte, wie Dampf, Gase und Kokse, energetisch optimal genutzt werden. Darüber hinaus sind Entgasungseinheiten zu schaffen, die auch in kleinen Anlagen wirtschaft lich arbeiten und gegebenenfalls ortsveränderbar einge setzt werden können.The invention has for its object to provide a method for pyrolysis of organic substances of all kinds, in which the degassing unit - called pyrolysis chamber in the following - has a high degree of efficiency with great performance, works trouble-free and reliably and in which the pyrolysis products, such as Steam, gases and coke are used optimally in terms of energy. In addition, degassing units have to be created that work economically even in small systems and can be used to move them if necessary.
Die Erfindungsaufgabe wird durch den kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst, die Unteransprüche stellen vorteilhafte Weiterbildungen dar.The task of the invention is characterized by the Part of claim 1 solved, the subclaims advantageous further developments.
Durch Verdichten des Pyrolysegutes wird das Porenvo lumen reduziert, was die Wärmeleitfähigkeit spürbar verbessert und die Abmessung der Pyrolysekammer mini miert. Die kleine Abstrahlfläche der Pyrolysekammer garantiert auch einen relativ geringen Wäreme verlust.By compressing the pyrolysis material, the pore volume becomes lumen reduces what the thermal conductivity is noticeable improved and the size of the pyrolysis chamber mini lubricated. The small radiation area of the pyrolysis chamber also guarantees a relatively low heat loss.
Eine Zwangsförderung des verdichteten Pyrolysegutes gewährleistet einen ständigen Druckkontakt zwischen dem Pyrolysegut und den beheizten Kammerwänden, so daß die Wärmeübertragung von den Kammerwänden auf das Pyro lysegut optimiert wird.A forced promotion of the compressed pyrolysis material ensures constant pressure contact between the Pyrolysis and the heated chamber walls, so that heat transfer from the chamber walls to the pyro lysegut is optimized.
Zusätzlich wird der Volumenverlust in der Pyrolyse kammer durch Entgasung (Pyrolysegas/Wasserdampf) und/oder Austrag fester Bestandteile durch Nachfüllen und Nachverdichten mit Pyrolysegut ausgeglichen.In addition, the volume loss in the pyrolysis chamber by degassing (pyrolysis gas / water vapor) and / or discharge of solid components by refilling and post-compression with pyrolysis.
Da das Pyrolysegut durch hohe Verdichtung nur noch wenig Luftvolumen enthält, ist sein Wäremleitver mögen gegenüber der sonst üblichen Schüttdichte bedeu tend verbesert, die Isolationswirkung der Luft ist weitgehend reduziert.Because the pyrolysis material only has to be compressed contains little air volume, is its Wäremleitver may mean compared to the usual bulk density tends to improve the insulation effect of the air largely reduced.
Der höhere Druck in der pyrolysekammer garantiert eine bessere Zwangsdurchströmung des Pyrolysegutes und des Pyrolysekokses durch die gasförmigen Pyrolysebestand teile, was zu einer besseren Erwärmung und zusätzlich zu einer kürzeren Entgasungszeit führt, so daß eine hohe Leistung der Anlage gewährleistet ist.The higher pressure in the pyrolysis chamber guarantees one better forced flow of the pyrolysis material and Pyrolysis coke through the gaseous pyrolysis inventory share what leads to better warming and in addition leads to a shorter degassing time, so that a high performance of the system is guaranteed.
Verdichtung, Zwangsförderung und Nachverdichtung des Pyrolysegutes erfolgen in einer vorteilhaften Ver fahrensweiterbildung intermittierend.Compression, forced promotion and post-compression of the Pyrolysis goods are carried out in an advantageous Ver Intermittent driving training.
Die Einbringung des Pyrolysegutes und die Ausbringung der festen Reststoffe können in einfacher Weise da durch erfolgen, daß eine rohrförmig ausgebildete Pyrolyse kammer an ihrer Ein- und Austrittsseite gegebenen falls regelbare Querschnittsverengungen aufweist, so daß sich an der Ein- und Austrittsseite Pfropfen bilden, die das Ausströmen gasförmiger Pyrolysepro dukte unterbinden. Durch die fortlaufende Zuführung und Verdichtung von Pyrolysegut wird der selbstdich tende Pfropfen ständig erneuert. Es ist auch möglich, an der Austrittsseite den Gegendruck zur selbstdich tenden Pfopfenbildung über mechanische Hilfsmittel, wie z.B. federverspannte Teller oder in ihrer Wir kungsweise ähnliche Bauelemente, zu erzeugen.The introduction of the pyrolysis material and the application the solid residues can easily be there by done that a tubular pyrolysis given chamber on its entry and exit side if there are adjustable cross-sectional constrictions, so that there is grafting on the inlet and outlet side form the outflow of gaseous pyrolysis prevent products. Through the continuous feeding and compression of pyrolysis material becomes self-sealing grafting constantly renewed. It is also possible, on the outlet side the counter pressure to self tendency to clog with mechanical aids, such as. spring-loaded plates or in their we to generate similar components.
Vorteilhaft sind rohrförmige Pyrolysekammern mit einem lichten Durchmesser zwischen ca. 100-400 mm, wobei das Längen-/Durchmesser-Verhältnis größer 10 : 1 betragen sollte.Tubular pyrolysis chambers are also advantageous a clear diameter between approx. 100-400 mm, the length / diameter ratio is greater than 10: 1 should be.
Eine schubweise, d.h. intermittierend erfolgende Zwangs förderung des Pyrolysegutes bzw. des nachverdichteten festen Reststoffes hat darüber hinaus den Vorteil, daß im Zusammenwirken mit dem Druckkontakt des Pyrolyse gutes zu den Kammerwänden Verkrustungen und Anbackungen von Pyrolyserückständen an den Kammerwänden durch stän dige Reibung des nachrückenden Pyrolysegutes entfernt werden. Die Pyrolysekammer ist bei derartiger Aus führung selbstreinigend. Sie enthält auch keinerlei bewegliche Bauelemente, die bei längerfristigem Be trieb zu Störungen führen und vor allem bezüglich der Abdichtung und Schmierung Schwierigkeiten bereiten können.A batchwise, i.e. intermittent coercion promotion of the pyrolysis material or the densified solid residue also has the advantage that in cooperation with the pressure contact of the pyrolysis good to the chamber walls incrustations and caking of pyrolysis residues on the chamber walls by stän removed friction of the advancing pyrolysis material will. The pyrolysis chamber is at such an out leadership self-cleaning. It also contains none movable components, the long-term Be drove disturbances and especially regarding the Sealing and lubrication are difficult can.
Die festen Pyrolyserückstände werden vorteilhaft im heißen Zustand (ca. 400°C) in einen Schmelzzyklon (Nachverbrennungskammer) ausgebracht und dort unter Sauerstoffzufuhr verbrannt bzw. zu Schlacke aufgeschmol zen. The solid pyrolysis residues are advantageous in hot state (approx. 400 ° C) in a melting cyclone (Post-combustion chamber) and there under Oxygen supply burned or melted into slag Zen.
Der gesamte Energieinhalt des heißen Pyrolysekokses kann so direkt genutzt werden.The total energy content of the hot pyrolysis coke can be used directly.
Bei Einsatz reinen Sauerstoffs oder wenigstens sauer stoffangereicherter Luft muß der hohe Stickstoffanteil der Luft nicht miterwärmt werden, so daß sich das Ab gasvolumen erheblich reduziert und die Abgasreinigung technisch gut zu konrollieren und kostengünstiger zu gestalten ist.When using pure oxygen or at least acidic Substance-enriched air must have a high nitrogen content the air are not heated, so that the Ab gas volume significantly reduced and exhaust gas cleaning technically good to control and cheaper design is.
Der bei der Niedertemperaturpyrolyse anfallende hohe Kohlenstoffgehalt des Reststoffes besitzt gute schad stoffbindende Eigenschaften. Das kann noch dadurch unter stützt werden, daß dem Pyrolysegut vor der Verdichtung schadstoffbindende Zusätze beigegeben werden.The high one that occurs in low-temperature pyrolysis The carbon content of the residue is bad fabric-binding properties. This can still happen under supports that the pyrolysis material before compression harmful additives are added.
Ein weiterer besonderer Vorteil ergibt sich dadurch, daß der Austritt der gasförmigen Pyrolyseprodukte aus der Pyrolysekammer am Ende der Förderstrecke erfolgt. In diesem Falle durchströmen die heißen gasförmigen Pyrolyseprodukte zum einen das Pyrolysegut in voller Länge, zum anderen wird die Pyrolysekammer hierdurch erst unmittelbar vor der Ausbringung drucklos gemacht, was die Abdichtung der Pyrolysekammer an der Austritts seite vereinfacht. Gemäß der sich einstellenden Strö mung der gasförmigen Pyrolyseprodukte und des dadurch bedingten Druckabfalls längs der Pyrolysekammer herrschen die höchsten Drücke an der Einbringungs seite und sorgen hier sowohl für schnelle Durchwär mung als auch für schnelle Entgasung.Another particular advantage is that the exit of the gaseous pyrolysis products from the pyrolysis chamber at the end of the conveyor line. In this case, the hot gaseous gases flow through Pyrolysis products on the one hand the pyrolysis in full Length, on the other hand, this makes the pyrolysis chamber depressurized only immediately before application, what the sealing of the pyrolysis chamber at the outlet page simplified. According to the current tion of the gaseous pyrolysis products and thereby conditional pressure drop along the pyrolysis chamber there are the highest pressures at the insertion side and ensure both quick warm-up tion as well as for quick degassing.
Optimaler Wärmeübergang durch Druckkontakt, opti mierte Wärmeleitfähigkeit durch Minderung des Poren volumens und zusätzliche Volumenbeheizung durch die gasförmigen Pyrolyseprodukte selbst sind die schon er wähnten Vorteile des erfindungsgemäßen Pyrolyse verfahrens bezüglich der Erwärmung des Pyrolysegutes gegenüber dem bisherigen Stand der Technik. Durch die Pyrolyse selbst wird die Wärmeleitfähigkeit des Pyrolyse gutes ständig verbessert, vor allem in den Kontakt zonen der Wände, so daß die hier schon bevorzugt pyro lisierten Bereiche die Wärme auch durch gute Wärme leitung an die Innenbereiche, die noch nicht soweit pyrolisiert sind, weitergeben. Ein zusätzlicher Effekt ist dadurch gegeben, daß die kohlenstoffreichen Rest stoffe im verdichteten bzw. nachverdichteten Zustand sehr viel bessere Wärmeleitung besitzen als das ur sprüngliche Pyrolysegut. Erfindungsgemäßer Verdichtungs zustand von Pyrolysegut und Reststoffen sowie der stän dige Druckkontakt des Pyrolysegutes mit den Kammer wänden minimieren nicht nur die notwendigen Abmessungen der Pyrolysekammer, sie verkürzen auch die notwendige Pyrolysezeit erheblich.Optimal heat transfer through pressure contact, opti mated thermal conductivity by reducing the pores volume and additional volume heating by the gaseous pyrolysis products themselves are already him mentioned advantages of pyrolysis according to the invention procedure for heating the pyrolysis material compared to the prior art. Through the Pyrolysis itself becomes the thermal conductivity of pyrolysis good constantly improved, especially in the contact zones of the walls, so that the pyro already preferred here areas, the heat is also generated by good warmth line to the interior areas that are not yet ready are pyrolyzed, pass on. An additional effect is given by the fact that the carbon-rich rest substances in the compressed or post-compressed state have much better heat conduction than the original original pyrolysis material. Compression according to the invention condition of pyrolysis material and residues as well as the stan pressure contact of the pyrolysis material with the chamber walls not only minimize the necessary dimensions the pyrolysis chamber, they also shorten the necessary Pyrolysis time considerably.
Bei mobilen Anlagen kann es vorteilhaft sein, dem unverdichteten Pyrolysegut in so ausreichender Menge ein warmhärtendes, vernetzendes Bindemittel zuzugeben, daß die Pyrolyserückstände in einen brikettähnlichen, druckfesten Zustand überführt werden, wobei die Staub anteile in hohem Maße mit in die Briketts eingebunden bleiben, so daß sie einer anderweitigen Verbrennung auch über größere Strecken problemlos zugeführt werden können. Die staubbindenden Eigenschaften der geringfügigen Binde mittelmengen sind darüber hinaus aber auch von Vorteil, da sie den Staub von den Pyrolysegasen fernhalten, so daß deren Reinigung sich vereinfacht und verbilligt.In mobile systems, it can be advantageous to sufficient density of undensified pyrolysis add a thermosetting, crosslinking binder, that the pyrolysis residues in a briquette-like, pressure-resistant condition, the dust proportions to a large extent integrated into the briquettes remain so that they can be burned elsewhere can be fed easily over longer distances. The dust-binding properties of the minor bandage quantities are also an advantage, since they keep the dust away from the pyrolysis gases, so that their cleaning is simplified and cheaper.
Aufgrund der hohen Strömungsgeschwindigkeit der kon trolliert austretenden gasförmigen Pyrolyseprodukte können diese unmittelbar über eine Kraftmaschine ge leitet und energetisch genutzt werden. Due to the high flow rate of the con trolls exiting gaseous pyrolysis products can ge directly via an engine leads and used energetically.
Die heißen Abgase, die bei der Verbrennung der Pyro lyseprodukte (Gas und Koks) bei 1200°C anfallen, können zum Beheizen der Pyrolysekammer eingesetzt werden.The hot exhaust gases from the Pyro's combustion lysis products (gas and coke) at 1200 ° C can be used to heat the pyrolysis chamber.
Bei dem erfindungsgemäßen Niedertemperaturpyrolysever fahren können der Pyrolysekammer alle zum Stand der Technik gehörigen Folgeeinrichtungen - wie beispiels weise Spaltgasbildner (Cracker), Staubfilter, Abgas wäschen und dergleichen - nachgeordnet werden.Can drive in the inventive Niedertemperaturpyrolysever the pyrolysis chamber, all belonging to the state of the art civic amenities - such as washes example Spaltgasbildner (crackers), dust filter, exhaust gas and the like - are subordinate.
Claims (11)
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