DE19937188C1 - Verfahren zur Verwertung von Gasen aus dem Absetzbecken - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und auf eine Vorrichtung zur Entsorgung und Nutzbarmachung von Abfallgütern aller Art, wie sie beispielsweise bei der Entsorgung von Industrie-, Haus- und Sondermüll sowie Industriegüterwracks angewandt werden. Die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf die Beseitigung und Verwertung der Gase, die bei der Schnellabkühlung von Rohsynthesegas von dem Kühlwasser aufgenommen und in einem Beruhigungsbereich von diesem wieder ausgegast werden. DOLLAR A Erfindungsgemäß werden die Abfallgüter einer stufenweisen Temperaturbeaufschlagung und thermischen Trennung bzw. Stoffumwandlung unterzogen und die anfallenden festen Rückstände in eine Hochtemperaturschmelze überführt, wobei das Entsorgungsgut chargenweise zu Kompaktpaketen komprimiert, die Temperaturbehandlungsstufen in Richtung steigender Temperatur mit mindestens einer niederen Temperaturstufe durchläuft. Dabei wird beständig die Druckbeaufschlagung und ein form- und kraftschlüssiger Kontakt mit den Wänden des Reaktionsgefäßes (6) aufrechterhalten. In einer Hochtemperaturzone bildet das Entsorgungsgut eine gasdurchlässige Schüttung (20), und es wird Rohsynthesegas erzeugt. Das Rohsynthesegas wird zur Verhinderung der Neubildung von Schadstoffen durch Einsprühen von Kaltwasser schnellgekühlt und gereinigt und das Kaltwasser anschließend in einem Absetzbecken (103) geklärt. Erfindungsgemäß werden nun die in dem Absetzbecken (103) aus dem Kaltwasser ausgasenden ...

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Ver­ fahren und eine Vorrichtung zur Entsorgung und Nutz­ barmachung von Abfallgütern aller Art, bei dem unsor­ tierter, unbehandelter, beliebige Schadstoffe in fe­ ster und/oder flüssiger Form enthaltender Industrie-, Haus-, und Sondermüll sowie Industriegüterwracks ei­ ner Temperaturbeaufschlagung unterzogen werden. Ins­ besondere bezieht sich die Erfindung auf die Beseiti­ gung und Verwertung von Gasen, die bei der Schnellab­ kühlung von entstehendem Rohsynthesegas von dem Kühl­ wasser aufgenommen werden und anschließend in einem Beruhigungsbereich des Kühlwassers aus diesem wieder ausgasen. Weiterhin bezieht sich die vorliegende Er­ findung auf eine Vorrichtung für das obige Verfahren und auf Verwendungen der erfindungsgemäßen Vorrich­ tung und Verfahren.

Die bekannten Verfahren der Abfallentsorgung bilden keine befriedigende Lösung der wachsenden Müllproble­ me, die ein wesentlicher Faktor der Umweltzerstörung sind. Industriegüterwracks aus Verbundwerkstoffen, wie Kraftfahrzeuge und Haushaltsgeräte aber auch Öle, Batterien, Lacke, Farben, toxische Schlämme, Medika­ mente und Krankenhausabfälle, unterliegen gesonder­ ten, gesetzlich streng vorgeschriebenen Entsorgungs­ maßnahmen.

Hausmüll hingegen ist ein unkontrolliertes heteroge­ nes Gemisch, das nahezu alle Arten von Sondermüll­ fraktionen 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 bekann­ ten Müllverbrennungsanlagen durchlaufen die Entsor­ gungsgüter 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 innewoh­ nende Energie wird nicht oder nur mangelhaft genutzt.

Eine kurze Verweilzeit des Mülls bei höheren Tempera­ turen und die hohe Staubentwicklung durch die Vorgabe großer Mengen stickstoffreicher Verbrennungsluft in die unverdichteten Abfallverbrennungsgüter begünsti­ gen die gefährliche Bildung von chlorierten Kohlen­ wasserstoffen. Man ist deshalb dazu übergegangen, die Abgase von Müllverbrennungsanlagen einer Nachverbren­ nung 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 wer­ den müssen. Folgeschäden und die Kosten ihre Beseiti­ gung sind nicht abschätzbar.

Bisherige Pyrolyseverfahren in konventionellen Reak­ toren haben ein der Müllverbrennung ähnlich breites Temperaturspektrum. In der Vergasungszone 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 chlo­ rierter Kohlenwasserstoffe relevanten und damit ge­ fährlichen Temperaturbereich. Um ein ökologisch be­ denkenlos nutzbares Reingas herzustellen, durchlaufen Pyrolysegase im Regelfall vor der Reinigung einen Cräcker.

Gemeinsam weisen die vorbeschriebenen Verbrennungs- und Pyrolyseverfahren den Nachteil auf, daß sich die bei der Verbrennung oder pyrolytischen Zersetzung verdampften Flüssigkeiten oder Feststoffe mit den Verbrennungs- oder Pyrolysegasen vermischen und abge­ leitet 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 Nach­ verbrennungskammern und bei Pyrolyseanlagen Cräcker­ stufen nachgeschaltet.

Aus der EP 911 18 158.4 ist ein Verfahren zur Entsor­ gung und Nutzbarmachung von Abfallgütern bekannt, das die oben geschilderten Nachteile vermeidet. Dabei werden die Abfallgüter einer stufenweisen Temperatur­ beaufschlagung und thermischen Trennung bzw. Stoffum­ wandlung unterzogen und die anfallenden festen Rück­ stände in eine Hochtemperaturschmelze überführt. Hierzu wird das zu entsorgende Gut chargenweise zu Kompaktpaketen komprimiert und durchläuft die Tempe­ raturbehandlungsstufen in Richtung steigender Tempe­ ratur von einer Niedertemperaturstufe, in der unter Aufrechterhaltung der Druckbeaufschlagung ein form- und kraftschlüssiger Kontakt mit den Wänden des Reak­ tionsgefäßes sichergestellt ist und organische Be­ standteile entgast werden, zu einer Hochtemperaturzo­ ne, in der das entgaste Entsorgungsgut eine gasdurch­ lässige Schüttung ausbildet und durch kontrollierte Zugabe von Sauerstoff Synthesegas erzeugt wird. Die­ ses Synthesegas wird dann aus der Hochtemperaturzone abgeleitet und kann weiter verwertet werden.

Diese Ableitung des Rohsynthesegases des Hochtempera­ turreaktors ist ihrerseits fest mit einer Gaskammer zur Gasschnellkühlung verbunden, die eine Wasserin­ jektionseinrichtung für Kaltwasser in den heißen Roh­ synthesegasstrom besitzt. Diese Gasschnellkühlung (Schockkühlung) verhindert eine erneute Synthese von Schadstoffen, da das Rohsynthesegas durch die Schock­ kühlung 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 Rohsyn­ thesegasstrom beseitigt zusätzlich im Gasstrom mitge­ führte Flüssigkeits- oder Feststoffpartikel, so daß nach der Schnellkühlung ein gut vorgereinigtes Roh­ synthesegas erhalten wird.

Bei der Injektion von Kühlwasser in den Rohsynthe­ segasstrom werden im wesentlichen Flüssigkeits- oder Feststoffpartikel aus dem Rohsynthesegasstrom aufge­ nommen, die anschließend in einer Beruhigungszone (Absetzbecken), wie beispielsweise einem Lamellenklä­ rer, wieder aus dem Kühlwasser entfernt werden, so daß das Kühlwasser im Kreislauf zur Abkühlung des Rohsynthesegasstromes und zur Reinigung dieses Syn­ thesegasstromes von Flüssigkeits- oder Feststoffpar­ tikel geführt werden kann.

Nachteilig an diesem Verfahren ist, daß das in den Rohsynthesegasstrom eingesprühte Kaltwasser nicht nur die Flüssigkeitsbestandteile und Feststoffpartikel in dem Rohsynthesegasstrom aufnimmt, sondern auch gas­ förmige Bestandteile des Synthesegases, wie bei­ spielsweise H₂S, CO, H₂ und CO₂, löst bzw. in Form kleiner Gasbläschen dispergiert. Das Kühlwasser wird anschließend in das Absetzbecken geleitet, um die Feinstpartikel von dem Kühlwasser zu trennen. Dabei jedoch gasen die genannten gasförmig aufgenommenen Bestandteile aus dem Kühlwasser wiederum aus, so daß letztlich gasförmige Anteile des Synthesegases in das Absetzbecken verschleppt werden.

Aus Umweltschutzgründen ist es nicht möglich, diese ausgasenden Bestandteile unmittelbar in die Umwelt abzuleiten.

Die US 4 141 695 offenbart ein Verfahren zur Gasrei­ nigung, wobei das Quenchwasser mit einer wäßrigen Emulsion sowie einem organischen Extraktionsmittel gemischt und anschließend wieder abgetrennt wird, um Verunreinigungen aus dem Quenchwasser zu entfernen. Das so aufbereitete Quenchwasser kann dann erneut verwendet werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Ver­ fahren, eine Vorrichtung und Verwendungen dieser zur Verfügung zu stellen, mit denen die im Absetzbecken aus dem Kühlwasser ausgasenden Bestandteile umwelt­ freundlich und kostengünstig beseitigt bzw. verwertet werden können.

Diese Aufgabe wird durch das Verfahren nach Anspruch 1, die Vorrichtung nach Anspruch 16 sowie die Verwen­ dung nach Anspruch 27 gelöst. Vorteilhafte Weiterbil­ dungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und der er­ findungsgemäßen Vorrichtung werden in den abhängigen Ansprüchen gegeben.

Das erfindungsgemäße Verfahren schließt sich an das in der EP 911 18 158.4 offenbarte Verfahren an, wobei bezüglich des Verfahrens und der Vorrichtung die Of­ fenbarung dieser Druckschrift hiermit vollständig in den Offenbarungsgehalt dieser Anmeldung eingeschlos­ sen wird. Das dort beschriebene Verfahren und die dort beschriebene Vorrichtung werden erfindungsgemäß nunmehr dadurch weitergebildet, daß die aus dem Kühl­ wasser in einem Beruhigungsbereich ausgasenden Be­ standteile aus diesem Beruhigungsbereich (Absetzbec­ ken, Lamellenklärer) abgesaugt werden. Dadurch ist es nunmehr möglich, dieses dort entstehende Gas, das in seiner Zusammensetzung dem gereinigten Rohsynthesegas entspricht, anschließend auf verschiedene Art und Weise weiterzuverwerten. Insbesondere wird damit der Verwertungsgrad der gesamten Anlage und des gesamten Verfahrens verbessert und die Umwelt von den aus dem Kühlwasser ausgasenden Bestandteilen verschont.

Erfindungsgemäß kann das Gas aus dem Absetzbecken wieder zurück in den Rohsynthesegasstrom geleitet werden, wobei dies zum einen vor der Schnellabkühlung erfolgen kann oder auch in den Rohsynthesegasstrom, der die Schnellabkühlung verläßt. Denn das aus dem Kühlwasser ausgasende Gas hat bereits die Schnellab­ kühlung durchlaufen und ist ausreichend abgekühlt und gereinigt, um mit dem aus der Schnellabkühlung aus­ tretenden Rohsynthesegasstrom vermischt zu werden.

Alternativ kann das aus dem Kühlwasser austretende Gas auch unter Sauerstoffabschluß mit Brenngas ge­ mischt werden und anschließend in einer Brennkammer thermisch verwertet werden.

Dabei muß jedoch die Absaugung explosionssicher er­ folgen. Dies gilt auch für eine sich an die Absaugung anschließende optionale Verdichtung des aus dem Kühl­ wasser austretenden Gases.

Besonders vorteilhaft wird das aus dem Kühlwasser ausgetretene Gas anschließend wiederum in den Hochtemperaturbereich des Reaktors zurückgespeist. Hierzu muß jedoch der Druckunterschied zwischen dem ausgetretenen entspannten Gas und dem Hochtemperatur­ reaktor überwunden werden. Daher ist in diesem Falle eine Verdichtung des Gases unbedingt erforderlich. Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn dem Gas aus dem Absetzbecken vor der Einspeisung in den Hochtem­ peraturbereich noch unter Sauerstoffabschluß Brennga­ se, beispielsweise Erdgas oder Synthesegas, zuge­ mischt werden und diese Gasmischung anschließend über Lanzen in den Hochtemperaturreaktor eingeleitet wer­ den.

Diese letzte Möglichkeit besitzt den entscheidenden Vorteil, daß die ausgetretenen Gase vollständig ener­ getisch und stofflich verwertet werden und die Reak­ tionsgase den vollständigen Zyklus des erfindungsge­ mäßen Verfahrens durchlaufen. Damit werden, da die Abgase dieses Verbrennungsprozesses sowohl in der Hochtemperaturzone behandelt werden als auch an­ schließend die Schnellabkühlung und die weiteren Rei­ nigungsstufen des Verfahrens durchlaufen, jegliche schadstoffhaltigen Emissionen in die Umwelt vermie­ den.

Im folgenden werden einige Beispiele eines erfin­ dungsgemäßen Verfahrens und einer erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben werden.

Es zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung;

Fig. 2 eine erfindungsgemäße Vorrichtung; und

Fig. 3 eine weitere erfindungsgemäße Vorrichtung.

In Fig. 1 sind die Verfahrensschritte 1) bis 5) sym­ bolisiert. Der Abfall wird ohne Vorbehandlung, d. h. ohne Sortierung und ohne Zerkleinerung, der Stufe 1) zugeführt, in der er kompaktiert wird. Hierbei wird das Kompaktierungsergebnis erheblich verbessert, wenn in vertikaler und in horizontaler Richtung Preßflä­ chen wirken. Eine hohe Verdichtung ist notwendig, da die Beschickungsöffnung des Schubkanals, in dem die Verfahrensstufe 2) abläuft, durch den hochverdichte­ ten Abfallpfropfen gasdicht verschlossen wird.

Der hochverdichtete Abfall durchläuft in der Stufe 2) einen Schubkanal 6 unter Sauerstoffabschluß bei Tem­ peraturen bis zu 600°C. Organische Bestandteile des Abfalles werden entgast. Die Gase durchströmen die im Schubofen 6 befindlichen Abfälle in Richtung der Ver­ fahrensstufe 3). Sie tragen bei diesem Durchströmen ebenso zu einem guten Wärmeübergang bei wie der in­ tensive Druckkontakt des Abfalles mit den Schubofen­ wänden. Infolge des stetigen Nachschiebens des hoch­ verdichteten Abfalles bleibt dieser Druckkontakt über die ganze Ofenlänge und die Gesamtheit der Kanalflä­ chen erhalten, so daß am Ende des Abfalldurchlaufes durch den Schubkanal die Entgasung der organischen Substanzen weitgehend abgeschlossen ist.

Schwelgase und Wasserdampf, wie er aus der natürli­ chen Abfallfeuchte herrührt, Metalle, Mineralien und der Kohlenstoff der entgasten Organika werden gemein­ sam der Verfahrensstufe 3) zugeführt, in der zunächst der Kohlenstoff mit Sauerstoff verbrannt wird. Die hierbei auftretenden Temperaturen von bis zu 2000°C und mehr schmelzen die metallischen und mineralischen Bestandteile auf, so daß sie in dem Verfahrensschritt 5) schmelzflüssig ausgetragen werden können.

Parallel dazu werden über dem Hochtemperaturbereich des glühenden Kohlenstoffbettes bei Temperaturen von mehr als 1000°C die organischen Verbindungen der Schwelgase zerstört. Infolge der Reaktionsgleichge­ wichte von C, CO₂, CO und H₂O bei diesen Temperaturen bildet sich Synthesegas, im wesentlichen aus CO, H₂ und CO₂ bestehend, das im Verfahrensschritt 4) schockartig auf Temperaturen unter 100°C abgekühlt wird. Die Schnellabkühlung verhindert die Neubildung von organischen Schadstoffen und erleichtert die an­ schließend vorgesehene Gaswäsche. Danach steht hochreines Synthesegas zu beliebiger Verwendung zur Verfügung.

Das hochreine Synthesegas kann bei dem insoweit be­ kannten Verfahren einen von der Abfallzusammensetzung und Menge abhängigen Volumenstrom und auch eine vari­ ierende Konzentration an Wasserstoff aufweisen. Daher wird nach der Gaswäsche der Volumenstrom und der Was­ serstoffgehalt des aufgereinigten Synthesegases be­ stimmt und diese Werte einer Regelung zugeführt. Die­ se Regelung steuert nunmehr, wie oben beschrieben, die Zufuhr an Sauerstoff und die Zufuhr an Brenn­ stoff, beispielsweise von Erdgas oder Synthesegas in die Verfahrensstufe 3), bei der der vorher entgaste Abfall bei Temperaturen von bis zu 2000°C durch Zu­ gabe von O₂ vergast wird. Durch die Änderung des Brennstoffeintrags bzw. der Sauerstoffzufuhr kann so­ wohl der Volumenstrom als auch der Wasserstoffgehalt des entstehenden Synthesegases beeinflußt werden. Durch diese Regelung steht daher der Gasverwertung im Anschluß an die Gaswäsche ein Synthesegasstrom mit geregeltem konstantem Volumenstrom und auch geregel­ tem konstantem Wasserstoffgehalt zur Verfügung.

Die im Verfahrensschritt 5) schmelzflüssig ausgetra­ genen Metalle und Mineralstoffe werden zweckmäßiger­ weise einer Nachbehandlung unter Sauerstoffzufuhr bei mehr als 1400°C unterzogen. Hierbei werden mitge­ schleppte Kohlenstoffreste beseitigt und die Minera­ lisierung abgeschlossen. Der Austrag der Feststoffe, beispielsweise in ein Wasserbad, schließt das Entsor­ gungsverfahren ab. In dem nach dem Austrag der Fest­ stoffe in ein Wasserbad erhaltenem Granulat befinden sich Metalle und Legierungselemente und vollständig mineralisierte Nichtmetalle nebeneinander. Eisenle­ gierungen können magnetisch abgeschieden werden. Die auslaugungsfest mineralisierten Nichtmetalle können vielseitig wiederverwendet werden, beispielsweise in geblähter Granulatform oder - zu Steinwolle verarbei­ tet - als Isolierstoff oder direkt als Granulat für Füllstoffe im Straßenbau und bei der Betonherstel­ lung.

Fig. 1 zeigt weiterhin in den einzelnen Bereichen ty­ pische Prozeßdaten einer beispielhaften vorteilhaften Verfahrensdurchführung. Die Entgasung ist eine Funk­ tion der Temperatur T, der Zeit, des Druckes und der Abfallzusammensetzung.

Die Zusammensetzung und der Volumenstrom hängt nun­ mehr vom vorhandenen Kohlenstoff, Sauerstoff und Was­ serdampf ab. Indem über die Regelung die Menge an zur Verfügung stehendem Kohlenstoff (Brennstoffzufuhr zur Gasphase) und Sauerstoff (Sauerstoffzufuhr über Sau­ erstofflanzen in die Gasphase) gesteuert wird, wird die Zusammensetzung des Synthesegases, die bereits bei dem bekannten Verfahren eine relativ hohe Quali­ tät besitzt, weiter optimiert und eignet sich daher ideal zur Verwendung z. B. in Gasmotoren zur Verstrom­ ung oder für chemische Prozesse.

In Fig. 1 erfolgt die Verdichtung durch eine Verdich­ tungspresse 1, die in Ihrem Aufbau einer an sich be­ kannten Schrottpresse entspricht, wie sie z. B. für die Verschrottung von Fahrzeugen eingesetzt wird. Ei­ ne schwenkbare Preßplatte 2 ermöglicht das Beschicken der Presse 1 mit Mischabfall. Eine Preßfläche 3 be­ findet sich in linker Position, so daß der Beschic­ kungsraum der Presse voll geöffnet ist. Durch das Einschwenken der Preßplatte 2 in die dargestellte ho­ rizontale Position wird der Abfall zunächst in verti­ kaler Richtung verdichtet. Danach bewegt sich die Preßfläche 3 horizontal in die in ausgezogener Lini­ enführung dargestellte Lage und verdichtet das Ab­ fallpaket in horizontaler Richtung. Die hierzu benö­ tigten Gegenkräfte werden durch eine nicht darge­ stellte aus- und einfahrbare Gegenplatte aufgenommen. Nachdem der Verdichtungsvorgang abgeschlossen ist, wird die Gegenplatte ausgefahren und der verdichtete Abfallpfropfen mit Hilfe der sich nach rechts weiter­ bewegenden Preßfläche 3 in einen unbeheizten Bereich 5 des Schubofens 6 eingeschoben und so dessen Gesam­ tinhalt entsprechend weitertransportiert, nachver­ dichtet und mit der Kanal- bzw. Ofenwand in Druckkon­ takt gehalten. Anschließend wird die Preßfläche 3 in die linke Endposition zurückgefahren, die Gegenplatte eingefahren und die Preßplatte 2 in die gestrichelt dargestellte Vertikalposition zurückgeschwenkt. Die Verdichtungspresse 1 ist für eine Neubeschickung be­ reit. Die Abfallverdichtung ist so groß, daß der in den unbeheizten Bereich 5 des Schubofens 6 eingescho­ bene 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 Mit­ telebene des Schubofens 6 hin aus, begünstigt durch die mit dem Seiten/Höhen-Verhältnis < 2 seines Recht­ eckquerschnittes 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 Kompo­ nenten vor. Dieses Gemisch wird im Bereich der Ein­ trittsöffnung in den Hochtemperaturreaktor extrem großer Strahlungshitze ausgesetzt. Die hiermit ver­ bundene plötzliche Expansion von Restgasen im Schwel­ gut führt zu dessen stückiger Zerteilung. Das so er­ haltene Feststoff-Stückgut bildet im Hochtemperatur­ reaktor ein gasdurchlässiges Bett 20, in dem der Koh­ lenstoff des Schwelgutes mit Hilfe von Sauerstofflan­ zen 12 zunächst zu CO₂ bzw. CO verbrannt wird. Die oberhalb des Bettes 20 den Reaktor 10 verwirbelt durchströmenden Schwelgase werden durch Cracken voll­ ständig entgiftet. Zwischen C, CO₂, CO und dem aus dem Abfall ausgetriebenen Wasserdampf stellt sich ein temperaturbedingtes Reaktionsgleichgewicht bei der Synthesegasbildung ein. Dieses Rohsynthesegas wird über eine Rohsynthesegasleitung 100 zu einem Behälter bzw. Kammer 14 geleitet, in dem das Synthesegas durch Wassereindüsung auf weniger als 100°C schockartig gekühlt wird. Im Gas mitgeschleppte Bestandteile (Mi­ neralien und/oder Metall in geschmolzenem Zustand) werden im Kühlwasser abgeschieden, Wasserdampf kon­ densiert, so daß sich das Gasvolumen verringert und so die Gasreinigung erleichtert wird, die sich an die Schockkühlung in an sich bekannten Anordnungen an­ schließen kann. Das zur schockartigen Kühlung des Synthesegasstromes verwendete Wasser kann gegebenen­ falls nach Aufreinigung wiederum zur Kühlung verwen­ det und folglich im Kreislauf geführt werden. Bei der Schnellabkühlung des Rohsynthesegases durch Einsprü­ hen von Kühlwasser in den Rohsynthesegasstrom werden nicht nur Flüssigbestandteile und Feststoffbestand­ teile (Stäube etc.) aus dem Rohsynthesegas entfernt, sondern das Kühlwasser nimmt zusätzlich auch Gasbe­ standteile aus dem Rohsynthesegas auf. Dies erfolgt beispielsweise durch Emulgieren von feinsten Gasbläs­ chen in dem Kühlwasser bzw. durch Lösung von Gasen aus dem Rohsynthesegas. In dem mehr als 2000°C hei­ ßen Kernbereich des Bettes 20 werden die minerali­ schen und metallischen Bestandteile des Schwelgutes aufgeschmolzen. Aufgrund der unterschiedlichen Dichte überschichten sie sich dabei und entmischen sich. Ty­ pische Legierungselemente des Eisens, wie beispiels­ weise Chrom, Nickel und Kupfer, bilden mit dem Eisen des Abfalles eine verhüttbare Legierung, andere Me­ tallverbindungen, beispielsweise Aluminium oxidieren, und stabilisieren als Oxide die Mineralschmelze.

Die Schmelzen treten direkt in einen Nachbehandlungs­ reaktor 16 ein, in dem sie in einer mit Hilfe einer O₂-Lanze 13 eingebrachten Sauerstoffatmosphäre, gege­ benenfalls unterstützt durch nicht dargestellte Gas­ brenner, Temperaturen von mehr als 1400°C ausgesetzt werden. Mitgeschleppte Kohlenstoffpartikel werden oxidiert, die Schmelze wird homogenisiert und in ih­ rer Viskosität erniedrigt.

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

Das Kühlwasser wird aus dem Behälter 14 über einen Auslaß 102 in einen Beruhigungsbereich, hier einen Lamellenklärer 103 geleitet, wo die in ihm enthalte­ nen Feststoffe, z. B. Schwebebestandteile, sich abset­ zen und durch einen Schlammauslaß 104 entfernt wer­ den. Das so aufgereinigte Kühlwasser wird über einen Wasserauslaß 105 und einen Wassereinlaß 107 in den Behälter 14 wieder zur Kühlung des Rohsynthesegases eingesetzt und folglich in einem Kreislauf geführt. Das gereinigte Rohsynthesegas verläßt den Behälter 14 über eine Ableitung 101, um anschließend einer Fein­ wäsche bzw. Feinreinigung unterzogen zu werden.

In dem Lamellenklärer 103 bildet sich über dem ste­ henden Klärwasser ein Gasraum 106, in den die gelö­ sten und emulgierten Gasbestandteile des Kühlwassers ausgasen. Dieser Gasraum ist über einen Gasauslaß 110 mit einer Absaugungs- und Verdichtungsvorrichtung 111 verbunden. Diese Absaugung und Verdichtung 111 saugt die aus dem Kühlwasser ausgetretenen Gasbestandteile aus dem Luftraum 106 ab und verdichtet diese, um sie auf einen Druck zu bringen, der über dem Druck in dem Hochtemperaturreaktor 10 liegt. Im Anschluß an die Verdichtung wird das Gas mit einem Brennstoff, bei­ spielsweise Erdgas oder Synthesegas über eine Brenn­ stoffzuleitung 112 versetzt und anschließend über ei­ ne Gasdüse 113 in den Hochtemperaturreaktor eingelei­ tet, wo es vollständig verbrannt und den in dem Hochtemperaturreaktor ablaufenden Prozessen unterwor­ fen wird.

Vorteilhaft an dieser Rückleitung des Gases ist, daß dessen Verbrennungsgase nunmehr auch den Crackstufen in dem Hochtemperaturreaktor und der anschließenden Rohsynthesegaswäsche in dem Behälter 14 wieder unter­ worfen werden. Insgesamt wird so eine vollständig emissionsfreie Beseitigung und thermische Verwertung des aus dem Kühlwasser ausgasenden Gases bewirkt.

Fig. 2 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Vorrich­ tung, bei der mit denselben Bezugszeichen dieselben Bauelemente und Bestandteile bezeichnet sind. Im Un­ terschied zu der Vorrichtung in Fig. 1 wird nunmehr das aus dem Kühlwasser austretende Gas in dem Gasraum 106 gesammelt und über einen Gasauslaß 120 einer Ab­ saugungs- und Verdichtungsvorrichtung 121 zugeführt. Die aus dem Kühlwasser ausgasenden Bestandteile ent­ sprechen dem Syntheserohgas, so daß sie wie in Fig. 2 gezeigt, vor der Schnellabkühlung in dem Behälter 14 in den Rohrsynthesegasstrom 100 über eine Gaszufuhr 122 eingeleitet werden. Auch in diesem Falle wird ei­ ne vollständig emissionsfreie Beseitigung oder Wei­ terverwertung dieser ausgasenden Bestandteile be­ wirkt.

Da die ausgasenden Bestandteile bereits die Schnellabkühlung durchlaufen haben, kann die Einspei­ sung dieser ausgasenden Bestandteile in den Rohsyn­ thesegasstrom auch nach der Schnellabkühlung in dem Behälter 14 in die Ableitung 101 des gereinigten Roh­ synthesegases zur Feinwäsche erfolgen.

Fig. 3 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Vorrich­ tung, bei der ebenfalls dieselben Bezugszeichen wie in Fig. 1 für dieselben Bestandteile und Elemente verwendet werden.

Im Unterschied zu Fig. 1 werden in diesem Falle die in den Gasraum 106 ausgasenden Bestandteile über Lei­ tungen 130 und 134 einer Brennkammer 131 zugeführt, wo sie unter Sauerstoffzufuhr 133 emissionsarm ver­ brannt werden und die Verbrennungsgase über einen Ka­ min 132 in die Umwelt entlassen werden.

Claims (27)

1. Verfahren 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 Industriegü­ terwracks einer stufenweisen Temperaturbeauf­ schlagung und thermischen Trennung bzw. Stoffum­ wandlung unterzogen werden und die anfallenden festen Rückstände in eine Hochtemperaturschmelze überführt werden, wobei das Entsorgungsgut, chargenweise zu Kompaktpaketen komprimiert, die Temperaturbehandlungsstufen in Richtung steigen­ der Temperatur mit mindestens einer Niedertempe­ raturstufe, in der unter Aufrechterhaltung der Druckbeaufschlagung ein form- und kraftschlüssi­ ger Kontakt mit den Wänden des Reaktionsgefäßes (6) sichergestellt ist, und mit mindestens einer Hochtemperaturzone, in der das Entsorgungsgut eine gasdurchlässige Schüttung (20) ausbildet und Rohsynthesegas erzeugt wird, durchläuft, wo­ bei das erzeugte Rohsynthesegas aus der Hochtem­ peraturzone abgeleitet und durch Besprühen mit Kühlwasser schockgekühlt und das Kühlwasser in ein Absetzbecken (103) geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die aus dem Kühlwasser im Absetzbecken austre­ tenden Gase abgesaugt werden.

2. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die aus dem Kühlwas­ ser im Absetzbecken (103) austretenden Gase ver­ dichtet werden.

3. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die aus dem Kühlwas­ ser im Absetzbecken (103) austretenden Gase dem Rohsynthesegas vor oder nach der Schnellabküh­ lung des Rohsynthesegases zugespeist werden.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß den aus dem Kühlwas­ ser im Absetzbecken (103) ausgetretenen und ab­ gesaugten Gasen Brenngas zugemischt wird.

5. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß das Brenngas unter Sauerstoffabschluß zugemischt wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die aus dem Kühlwas­ ser im Absetzbecken (103) austretenden Gase in die Hochtemperaturzone geleitet und dort energe­ tisch und stofflich umgesetzt werden.

7. Verfahren nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die aus dem Kühlwas­ ser im Absetzbecken (103) austretenden Gase in einer Brennkammer (103) thermisch umgesetzt wer­ den.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Absaugung und/oder Verdichtug der aus dem Kühlwasser im Absetzbecken (103) austretenden Gase explosions­ sicher durchgeführt wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die Nie­ dertemperaturstufe unter Aufrechterhaltung der Druckbeaufschlagung in form- und kraftschlüssi­ gem Kontakt mit den Wänden des Reaktorgefäßes (6) unter Sauerstoffausschluß durchlaufen wird.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Niedertempera­ turstufe im Temperaturbereich zwischen 100°C und 600°C durchlaufen wird.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochtemperatur­ stufe unter Sauerstoffzugabe durchlaufen wird.

12. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlenstoffan­ teile in der Schüttung (20) durch dosierte Zuga­ be von Sauerstoff zu Kohlendioxid und Kohlenmon­ oxid vergast werden, wobei das Kohlendioxid beim Durchdringen der kohlenstoffhaltigen Schüttung (20) in Kohlenmonoxid reduziert wird und daß aus dem Kohlenstoff und hocherhitztem Wasserdampf Wasserstoff und Kohlenmonoxid entstehen.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochtemperatur­ stufe bei Temperaturen von mehr als 1000°C durchlaufen wird.

14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das abgeleitete Syn­ thesegas unmittelbar nach Verlassen des Hochtemperaturreaktors (10) einer schockartigen Wasserbeaufschlagung bis zur Abkühlung unter 100°C unterworfen und dabei entstaubt wird.

15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an Was­ serstoff und/oder der Volumenstrom des abgelei­ teten Synthesegases nach der schockartigen Küh­ lung bestimmt und dementsprechend der Gehalt an Wasserstoff und/oder der Volumenstrom des abge­ leiteten Synthesegases geregelt wird.

16. Vorrichtung zur Stoffaufbereitung, -wandlung und -nachbehandlung von Entsorgungsgut aller Art mit mehreren thermischen Behandlungsstufen, die min­ destens eine Niedertemperaturstufe (6) unter Sauerstoffabschluß und mindestens eine Hochtem­ peraturstufe (10) unter Sauerstoffzufuhr bei Temperaturen über 1000°C umfassen, sowie mit einem Auslaß für das in der Hochtemperaturstufe erzeugte Rohsynthesegasgemisch, wobei alle Reak­ tionsräume der Behandlungsstufen schleusenfrei fest miteinander verbunden sind und in der Hochtemperaturstufe (10) Vorrichtungen zum Ein­ speisen von Sauerstoff und Vorrichtungen zum Einspeisen von Brennstoff vorgesehen sind, sowie mit einer Kammer (14) zum Schnellabkühlen des Rohsynthesegasgemisches mit Kühlwasser, bei­ spielsweise durch Einsprühen des Kühlwassers in den Rohsynthesegasstrom, und einem Absetzbecken (103) für das Kühlwasser, dadurch gekennzeichnet, daß das Absetzbecken (103) mit einer Absaugvorrich­ tung (111, 121) für die aus dem Kühlwasser aus­ tretenden Gase verbunden ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Absetzbecken (103) mit einer Vorrichtung zum Verdichten (111, 121) der aus dem Kühlwasser ausgetretenden Gase verbunden ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Absaugvorrich­ tung (111, 121) einen Auslaß für das abgesaugte aus dem Kühlwasser ausgetretene Gas aufweist, der mit der Hochtemperaturstufe (10), dem Roh­ synthesegasweg vor (100) und/oder nach (101) der Kammer (14) zum Schnellabkühlen und/oder mit ei­ ner Brennkammer (131) verbunden ist.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Vorrichtung zum Beimischen von Brenngas zu dem abgesaugten, aus dem Kühlwasser ausgetretenen Gas aufweist.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (14) zum Schnellabkühlen eine Wasserinjektionseinrichtung für Kaltwasser in den heißen Strom des Synthese­ gasgemisches aufweist.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaß für das Synthesegasgemisch eine Drosseleinrichtung, bei­ spielsweise eine regelbare Drosselklappe, auf­ weist.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß dem Auslaß für das Synthesegasgemisch eine Einrichtung zur Gasrei­ nigung vorgelagert oder nachgeordnet ist.

23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß dem Auslaß für das Synthesegasgemisch eine Einrichtung zur Gasver­ wertung nachgeordnet ist.

24. Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die Enrichtung zur Gasverwertung eine Gasmotor-Generator-Kombina­ tion, eine Gasturbine oder ein Dampferzeuger ist.

25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktionsraum für die Niedertemperaturstufe ein horizontal an­ geordneter, außen beheizter Schubofen rechtecki­ gen Querschnittes ist, dessen Verhältnis Ofen­ breite zu Ofenhöhe größer zwei ist, wobei die Ofenlänge durch die Beziehung L_Ofen ≧ 5 gegeben ist, mit F_Ofen als Querschnittsfläche des Schubofens.

26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktionsraum für die Hochtemperaturstufe als vertikaler Schachtofen (10) ausgebildet ist, in den ober­ halb seines Bodens der Reaktionsraum für die Niedertemperaturstufe unterbrechungslos angekop­ pelt ist.

27. Verwendung eines Verfahrens nach einem der An­ sprüche 1 bis 15 und/oder einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß nach Synthesegastrennung oder -konditionierung Wasserstoff in Wasserstoffmotoren oder Brenn­ stoffzellen und/oder das Synthesegas und/oder die aus dem Kühlwasser ausgetretenen Gase zur stofflichen und/oder thermischen Nutzung einge­ setzt werden.