DE4422628A1 - Verfahren zur Umwandlung von Kunststoffabfällen in einen flüssigen Brennstoff und Verbrennung dieses Brennstoffs in einem thermischen Prozeß - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Umwandlung von Kunststoffabfällen in einen flüssigen Brennstoff und Verbrennung dieses Brennstoffes in einem thermischen Prozeß, wobei dieser Prozeß und die Reinigung der dabei entstehenden Abgase betrieben wird nach den in der Patentschrift DE 41 09 991 C1 beschriebenen Lehre, die ein Verfahren zur Reduzierung der Schadstoffanteile im Rauchgas thermischer Prozesse betrifft.

Die Verbrennung von in wachsendem Maße anfallenden, sonst nicht wiederverwendbaren Kunststoffabfällen erfolgte bisher in Müllverbrennungsanlagen, die meist als Rostfeuerungsanlagen oder Drehrohranlagen ausgebildet sind mit nachgeschalteten Reinigungsanlagen.

Die Verbrennungsbedingungen für Kunststoffabfälle in entsprechenden Prozessen sind bei den gegebenen ungünstigen Oberflächenverhältnissen des zu verbrennenden Materials schlecht, so daß im Zusammenhang mit zunächst stark rußender und schwelender Umsetzung bei Anwesenheit von Halogenen der Anfall halogenierter Kohlenwasserstoffe sehr groß ist.

Es ist deshalb z. B. vorgeschlagen worden, entsprechende Kunststoffabfälle nach bekannten Verfahren nach Zersetzung und Synthese in Öl umzuwandeln und dann z. B. einem Verbrennungsprozeß zuzuführen.

Dieses Verfahren ist aber energetisch und kostenmäßig sehr aufwendig, so daß der in den Kunststoffabfällen enthaltene Energiegehalt nicht oder nur zum geringen Teil effektiv nutzbar gemacht werden kann, bzw. sogar Energie aufgewendet werden muß, um die Abfälle zu vernichten.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Energieinhalt von sonst nicht wiederverwertbaren Kunststoffabfällen in erheblich besserem Maße zu nutzen, und die Verbrennung von Kunststoffabfällen mit geringerem Schadstoffanfall zu betreiben, als dies bei den bisher bekannten Verfahren möglich ist.

Die auf das Verfahren bezogene Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 angegebenen Maßnahmen gelöst. Vorteilhafterweise nutzt dieses Verfahren zusätzlich diejenigen Maßnahmen aus, die prinzipiell in der DE 41 09 991 C1 beschrieben werden mit der Zielsetzung einer Reduzierung der Schadstoffanteile im Rauchgas thermischer Prozesse, dabei werden in die Flamme Stoffe zugeführt, die in der DE 36 15 027 A1 angegeben sind und eine Senkung der Aktivität im Prozeß vorhandener Halogene bewirken.

Zur Umsetzung der in Anspruch 1 genannten Lösung von Kunststoffabfällen, die im wesentlichen aus Kohlenwasserstoffen bestehen, oberhalb ihres jeweiligen Erweichungsbereiches, stehen verschiedene, als Brennstoffe verwendbare, im jeweiligen Temperaturbereich flüssige Kohlenwasserstoffe zur Verfügung, insbesondere temperierbare Heizöle wie Heizöl M, Heizöl S, Heizöl ES sowie Fette, Teeröle, Steinkohlenteeröle mit Pechzusatz, Paraffine und Wachse.

Allgemein ist es üblich, z. B. mittelschweres Heizöl M auf etwa 50°C vorzuwärmen und schweres Heizöl S auf etwa 100°C bis 110°C, um die Zähigkeitswerte des flüssigen Brennstoffs auf etwa 2 bis 4 Engler-Grade (E°) einzustellen. Unter diesen Bedingungen können bei herkömmlichen, bekannten Brennern beim Zerstäuben Tröpfchen mit Durchmessern im Bereich um 20 µm bis etwa 200 µm eingestellt werden. Hochdruckinjektionszerstäuber, die z. B. mit Dampf als Zerstäubungsmittel arbeiten, werden allgemein mit Ölvordrücken bis etwa 1 bar Überdruck bei Vordrücken des Zerstäubungsmittels Dampf bis zu etwa 2 bar Überdruck betrieben. Bei anderen Brennersystemen wird mit erhöhtem Vordruck des Zerstäubungsmittels bis zu etwa 10 bar Überdruck gearbeitet, wobei flüssige Brennstoffe mit Zähigkeitswerten bis zu 10 E° bis 16 E° verarbeitet werden können.

Um sicherzustellen, daß beim Zerstäuben des flüssigen Brennstoffes nicht durch Abkühlen durch Verdampfen die zur ausreichenden Zerstäubung erforderlichen Zähigkeitswerte überschritten werden, ist gegebenenfalls eine Überhitzung des Brennstoffs kurz vor dem Zerstäuben erforderlich. Dies kann z. B. durch Anwenden des Bauprinzips bekannter Vergasungsbrenner ermöglicht werden, bei denen in einer besonderen Kammer innerhalb des Brenners durch Verwendung vorgeheizter Luft, überhitztem Dampf, zurückgeführtem Ölgas mit etwa 600°C gearbeitet werden kann, so daß vor allem auch die Zündtemperatur des flüssigen Brennstoffs nicht unterschritten wird.

Wenn nicht sichergestellt werden kann, daß im flüssigen Brennstoff bei der angestrebten Arbeitstemperatur Fraktionen enthalten sind, deren Verdampfungstemperatur tiefer als die Arbeitstemperatur liegt, z. B. als Folge ungenügend abdestillierter entsprechender Fraktionen oder Wasser, muß die Anlage als Druckanlage mit einer bekannten Sicherheitsvorrichtung zum gefahrlosen Ablassen von Überdrücken ausgestattet sein.

Die Schmelztemperaturen der gängigen im Handel angebotenen oder sonst im Umlauf befindlichen Kunststoffsorten liegen vorwiegend im Bereich um 80°C bis etwa 200°C. Sie können also jeweils mit auf diese Temperaturen erwärmbaren Heizölen zu homogenen Lösungen verarbeitet werden. Für bei höheren Temperaturen schmelzende Kunststoffe können gegebenenfalls höher temperierbare Öle und andere als Brennstoff geeignete Kohlenwasserstoffe verwendet werden, die in entsprechender Weise mit den betreffenden Kunststoffen im Sinne des erfindungsgemäßen Gedankens einen homogenen, flüssigen Brennstoff im entsprechenden Temperaturbereich bilden.

Für die Verflüssigung von Kunststoffen im Sinne des erfindungsgemäßen Gedankens zu flüssigen Brennstoffen stehen für jeweils unterschiedliche Temperaturbereiche verschiedene, hier jeweils flüssige Brennstoffe zur Verfügung. Schweröle wie Heizöl S und Heizöl ES, die durch fraktionierte Destillation ausreichend von Fraktionen mit niederen Verdampfungstemperaturen befreit wurden, sowie Gasöl können bis zu Temperaturen von etwa 240°C erwärmt werden. Spindelöl und Anthrazenöl können bei ausreichender Abdestillation hier störender Fraktionen bis etwa 300°C erwärmt werden.

Die Lösungsbedingungen für die genannten Kunststoffabfälle in den genannten, zur Herstellung eines flüssigen Brennstoffs im Sinne von Anspruch 1 geeigneten Mittel verbessern sich mit zunehmender Oberfläche der zu lösenden Komponente, deshalb ist eine Zerkleinerung der zu lösenden Kunststoffe günstig.

Im zu lösenden Kunststoff enthaltene unlösliche Feststoffe werden dabei gleichfalls zerkleinert. Dies erleichtert es, die nach dem Lösungsprozeß in der Flüssigphase enthaltenen gröberen, festen Partikel durch bekannte Siebtechnik aus der Flüssigphase zu entfernen.

Bei Verwendung einer Glattrohrlanze mit Druckdampfzerstäubung an der Lanzenmündung können kleinere, feste Partikel mit einem Durchmesser von etwa einem Zehntel des Lanzendurchmessers störungsfrei gefördert und durchgesetzt werden. Bevorzugt sollten entsprechende feste Partikel im temperierten, flüssigen Brennstoff <3 mm sein.

Nach einer anderen erfindungsgemäßen Variante werden unzerkleinerte Kunststoffabfälle in der Form, wie sie anfallen, in einer wie oben beschriebenen temperierten Vorrichtung mit genannten Lösungsmitteln gelöst, wobei vorzugsweise das temperierte Lösungsmittel die zu lösenden Kunststoffabfälle durchströmt, sie dabei aufnimmt und als homogene flüssige Brennstofflösung dem Brenner zuführt. Unlösliche Rückstände mit Korngrößen oberhalb der genannten Grenzen müssen entfernt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtung sowie deren Handhabung und Vorteile werden im folgenden anhand eines konkreten Ausführungsbeispiels erläutert, wobei die einzige Figur eine Vorrichtung gemäß der Erfindung in schematischer Blockdarstellung zeigt.

Aus einem Kesselwagen 1 wird mit einer Temperatur von etwa 80 bis 90°C Heizöl S in den mit überhitztem Heißdampf, der mit einer Temperatur von 300°C in der Dampfleitung 17 mit einem Überdruck von 10 bar ansteht, beheizten Vorratstank 2 gepumpt. Der Vorratstank 2 ist mit Entlüftung und Überdruckventil versehen. Die Temperatur im Tank wird auf etwa 120°C geregelt. Kunststoffabfälle, im vorliegenden Beispiel bestehen sie im wesentlichen aus mit Aluminium beschichteten Polyethylen, werden vom Vorratslager 3 zur Zerkleinerungsvorrichtung 4 transportiert und hier auf Teilchengrößen von etwa 1 mm bis etwa 7 mm zerkleinert.

Das zerkleinerte Material wird in der Vorrichtung 5 von gröberen, restlichen, festen Inhaltsstoffen befreit, während insbesondere kleinere Aluminium-Anteile bis zu einer Korngröße von etwa 3 mm im Material verbleiben.

Die so vorgereinigten, zerkleinerten Kunststoffabfälle werden in die als beheizte Mischvorrichtung ausgebildete Vorrichtung 6 eingebracht. Die Beheizung erfolgt geregelt vermittels des in der Dampfleitung 17 anstehenden überhitzten Dampfes auf eine Temperatur von 120°C.

Die beheizte Mischvorrichtung 6 ist als Zwillingsvorrichtung ausgebildet, dies ist im Bild nicht gesondert dargestellt, um bei der in gewissen Zeitabständen erforderlich werdenden Entfernung unlöslicher Rückstände einen durchgehenden Betrieb sicherstellen zu können.

Der Kunststoffanteil im Heizöl S wird auf etwa 30% bis 35% des Heizöl S-Anteils eingestellt. Bei dieser Konzentration und der eingestellten Temperatur ergibt sich eine Viskosität um etwa 5 bis 7°E. Bei dieser Viskosität kann der flüssige Brennstoff problemfrei gefördert werden.

Nachdem der flüssige Brennstoff in den alternativ arbeitenden Siebvorrichtungen 7 und 8 nochmals vorgereinigt wurde, wird er durch die Pumpen 9 und 10, die gleichfalls zur Sicherstellung eines kontinuierlichen Betriebes alternativ arbeiten, über eine nochmalige Temperatureinstellung auf etwa 130°C bis 140°C in der Beheizungsvorrichtung 11 aufgeheizt mit Hilfe des in der Dampfleitung 17 anstehenden überhitzten Dampfes.

Nach nochmaliger Kontrollsiebung in den alternativ arbeitenden Zwillingssieben 12 und 13 wird der flüssige Brennstoff dem Brenner 14 zugeführt. Die bereits genannten Druckerhöhungspumpen 9 und 10 erzeugen jeweils einen Vordruck vor dem Brenner von etwa 5 bis 6 bar Überdruck.

Der Brenner 14 wird gleichfalls mit dem überhitzten Dampf aus der Dampfleitung 17 beheizt, um sicherzustellen, daß der flüssige Brennstoff mit der vorgegebenen Temperatur von etwa 130°C bis 140°C in den Verdüsungsbereich 15 gelangen kann.

Die Verdüsung des flüssigen Brennstoffes erfolgt im Verdüsungsbereich 15 mit Hilfe des mit 10 bar Überdruck und einer Temperatur von 300°C anstehenden überhitzten Dampfes aus der Dampfleitung 17.

Durch den Brenner wurden pro Stunde etwa 257 kg Brennstoff durchgesetzt. Diese Menge war im beheizten Mischer 6 hergestellt worden aus 197 kg Schweröl S, dem etwa 70 kg zerkleinerte und vorgereinigte Kunststoffabfälle zugemischt worden waren.

Als unlösliche Rückstände wurden aus dem Mischer und den Sieben 7/8 und 12/13 etwa 8 kg ausgetragen. Der Kunststoffanteil, der mit dem Schweröl S einen homogenen flüssigen Brennstoff bildete, betrug etwa 52 kg und bestand vorwiegend aus Polyethylen. Im flüssigen Brennstoff waren, bezogen auf den Durchsatz pro Stunde, etwa 6 kg feste Bestandteile mit einer Korngröße <3 mm enthalten, die zu etwa 80% aus Aluminiumflittern bestanden.

Der aus der Dampfleitung 17 bezogene überhitzte Dampf mit einem Vordruck von 10 bar Überdruck und einer Temperatur von 300°C, der für die Zerstäubung des flüssigen Brennstoffs verwendet wurde, lag bei etwa 0,3 kg Dampf pro kg Brennstoff.

Die Abgase wurden entsprechend der Lehre aus dem Patent DE 41 09 991 C1 behandelt mit einer Emulsion aus Öl und Wasser mit der im Patent genannten Zielsetzung.

Von dieser Emulsion abgezweigt wurden etwa 10 kg pro Stunde, die etwa einen Wasseranteil von 7 kg und einen Ölanteil von 3 kg hatte.

Diese Ölphase enthielt aus dem Rauchgas entfernte Dioxine und Furane.

Die genannte Emulsion wurde über einen in der Figur nicht dargestellten Zusatzbrenner mit Preßluftverdüsung in die Flamme des Brenners 14 geblasen.

Da der im Brenner 14 zerstäubte und danach verbrannte flüssige Brennstoff mit den im Brennstoff suspendierten Aluminiumteilchen und den anderen festen Bestandteilen <3 mm in ausreichendem Maße entsprechend der Lehre der Patentschrift DE 41 09 991 C1 zur Senkung der Chloraktivität enthielt, wurden die der Flamme mit der genannten Emulsion zugegebenen Schadstoffe in Form von Dioxinen und Furanen soweit abgesenkt, daß im Prozeß durch die Rückführung entsprechender Schadstoffe keine Anreicherung dieser Schadstoffe entstehen konnte.

Nach der Behandlung des Rauchgases entsprechend der Lehre der genannten Patentschrift blieben die entsprechenden Schadstoffanteile unterhalb der vom Gesetzgeber vorgegebenen Grenzen.

Claims (4)

1. Verfahren zur Umwandlung von Kunststoffabfällen in einen flüssigen Brennstoff, dadurch gekennzeichnet, daß Kunststoffe aus Kohlenwasserstoffen bei einer Temperatur oberhalb ihrer jeweiligen Erweichungstemperatur in einem temperierbaren, als Brennstoff verwendbaren Kohlenwasserstoff gelöst werden, dessen Siedepunkt oberhalb des Erweichungsbereichs des zu lösenden Kunststoffes liegt, und Verbrennen dieses flüssigen Brennstoffes nach Zerstäuben oberhalb der Lösungstemperatur.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die als Brennstoff verwendbaren Kohlenwasserstoffe temperierbare Heizöle wie Heizöl M, Heizöl S, Heizöl ES sowie Fette, Teeröle, Steinkohlenteeröle mit Pechzusatz und Paraffine sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der nach Anspruch 1 hergestellte flüssige Brennstoff in den Patentschriften DE 36 15 027 A1 und DE 41 09 991 C1 genannten Stoffe zur Senkung der Chloraktivität in der Flamme des Verbrennungsprozesses enthält.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbrennungsprozeß und die Abgasreinigung nach der Lehre der Patentschrift DE 41 09 991 C1 durchgeführt wird.