DE4328247A1

DE4328247A1 - Waste pyrolysis using superheated steam - with uniform controlled heat input and waste heat recovery

Info

Publication number: DE4328247A1
Application number: DE4328247A
Authority: DE
Inventors: Edwin Schmidt
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-08-23
Filing date: 1993-08-23
Publication date: 1994-04-07

Abstract

A waste pyrolysis process is carried out by directly contacting the waste with superheated steam which causes mixing, comminution and vol. redn. of the waste in a heating chamber, the resulting pyrolysed prod. being pressure impregnated with superheated steam in a cylinder and then autogenously compacted and briquetted by pistons by means of the vacuum effect of cooling the cylinder outer wall. The steam may be previously used or directly produced steam and is superheated by counter-current heating, its waste heat content subsequently being used for steam prodn. Also claimed is appts. for carrying out the process. Pref. the heating chamber contains a conveyor screw with an axial conical passage enclosing a rotor shaft and a cutting blade rotor mounted on the rotor shaft. An inner cylinder is located within and spaced from the cylinder and has bottom openings or perforations, a piston being moveable within the inner cylinder and having an outwardly extending piston rod. ADVANTAGE - The process has low heat losses and provides uniformly distributed direct heat input, precise maintenance of the preset pyrolysis temp. and max. utilisation of waste heat.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Pyrolysieren von Abfallstoffen und Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens, das insbesondere für Siedlungs- und Industriemüll, Kompost und Klärschlamm anwendbar ist, bedingt auch für Toxide und Erdreichrei nigung.The invention relates to a method for pyrolyzing Waste materials and devices for carrying out the method, especially for municipal and industrial waste, compost and Sewage sludge can also be used for toxides and soil inclination.

Durch Hitzeeinwirkung werden die Abfallstoffe dabei thermisch zer setzt, um deren Volumensreduzierung durch das Abtrennen der sich verflüchtigenden Bestandteile zu bewirken. Bei luftsauerstoffarmen Pyrolysebedingungen soll dazu die Pyrolysetemperatur, zwecks Schad stoffvermeidung, eine vorgegebene Temperaturgrenze nicht überstei gen.The waste materials are thermally decomposed by exposure to heat sets to reduce their volume by separating the to cause volatilizing components. With low oxygen levels Pyrolysis conditions should be the pyrolysis temperature for the purpose of damage avoidance of substances, do not exceed a specified temperature limit gene.

Es sind Verfahren und Vorrichtungen gemäß dem Oberbegriff des Pa tentanspruch 1 bekannt, bei denen heiße Verbrennungsgase einer Be feuerung durch Heizrohre geleitet werden, welche durch die Abfall stoffe in einem rotierenden Trommelgehäuse hindurchführen und/oder die Wand des die Abfallstoffe beinhaltenden Gehäuses wird durch äu ßere Befeuerung erhitzt. Als Hitzemedien dienen hierbei metallene Flächen.Methods and devices according to the preamble of Pa Claim 1 known in which hot combustion gases of a loading Firing are passed through heating pipes, which through the waste pass substances in a rotating drum housing and / or the wall of the housing containing the waste materials is covered by external External firing heated. Metallic ones serve as heat media Surfaces.

Der Wärmeübergang auf die Partikel der Abfallstoffe erfolgt dabei vornehmlich an deren jeweiliger Kontaktstelle. Bei Berührung der heißen Heizrohre oder der Gehäuseinnenwand durch die Abfallstoffe kann die nur schwer regelbare Kontakttemperatur die vorgegebene Py rolysetemperatur schadstofferzeugend weit übersteigen, obwohl sich die Pyrolysetemperatur in der Masse regelrecht darstellt. Auch wird eine beträchtliche Wärmemenge nutzlos im Pyrolysegas abgeführt, wie auch in den Verbrennungsgasen der Befeuerung, beziehungsweise deren Nutzung bedarf aufwendiger Anlagentechnik.The heat is transferred to the waste particles primarily at their respective contact point. When touching the are called heating pipes or the inner wall of the housing due to the waste materials the contact temperature, which is difficult to regulate, can rolysis temperature far exceed pollutant producing, although represents the pyrolysis temperature in the mass literally. Also will a significant amount of heat dissipated useless in the pyrolysis gas, such as also in the combustion gases of the fire, or their Use requires complex plant technology.

Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Die Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, löst diese Aufgabe durch einen wärmeverlustarmen und gleichmäßig verteilten Eintrag eines gasför migen Hitzemediums direkt in die zu pyrolysierende Masse der Abfall stoffe, bei exakt geregelter Einhaltung der vorgegebenen Pyrolysetem peratur und einer weitestgehenden Nutzung der Pyrolyseabgaswärme und die Wärme der Verbrennungsgase aus der Befeuerung. The invention seeks to remedy this. The invention as in is characterized by the claims, solves this problem by one Low heat loss and evenly distributed entry of a gas feed heat medium directly into the mass to be pyrolyzed the waste fabrics, with precisely regulated compliance with the specified pyrolysis system temperature and the greatest possible use of the pyrolysis heat and the heat of the combustion gases from the firing.

Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind insbesondere die, der bei diesem Verfahren durch die erfindungsgemäßen Vorrichtungen möglichen Anwendbarkeit von überhitztem Dampf zur Pyrolyse von Ab fallstoffen. Hochtemperaturfähig und mit einer großen Wärmekapazi tät ist er bis kurz vor seinem Kondensationspunkt als Hitzemedium geeignet. Vorteilhaft ist auch die hierbei mögliche Wiederverwend barkeit von Abdampf aus vorhergehender Anwendung, nach dessen Über hitzung und daß diese in einer Gegenstrombeheizung hierzu energie sparend und regelbar erfolgen kann, wobei die Abwärme noch zur Dampferzeugung genutzt wird. Der überhitzte Dampf überträgt die Hit ze temperaturgeregelt allseitig auf die Partikel der Abfallstoffe, gleichmäßig und gleichzeitig in der gesamten Masse, bei der Vorpy rolyse unterstützt durch die Mischbewegung und die, die Partikel oberfläche vergrößernde Zerkleinerung, bei der Pyrolyse durch die Druckimprägnierung des Hitzemediums, bei kontinuierlicher Zuführung und Durchgang durch die Masse. Die Wärmenutzung des Pyrolyseabgases im Förderschneckendurchgang und in der Gehäuseummantlung zum Vor wärmen der Abfallstoffe erfolgt ohne großen Aufwand. Besonders ist die autogene Verdichtung zur Restentwässerung und Brikettierung zu erwähnen, die durch den doppelwandigen Zylinder ermöglicht und des sen Kühlung erzeugt wird. Die dabei erfolgende Kondensation des in stehenden Dampfes beaufschlagt die Innenwand des Außenzylinders, so daß Kondensationsfeuchtigkeit von den Pyrolysestoffen im inneren Zylinder fernbleibt. Wie herkömmlich behandelt kann das Pyrolyseab gas in bekannter Weise verfeuert werden zur Beheizung, wie auch die Pyrolysereststoffe.The advantages achieved by the invention are in particular of this method by the devices according to the invention possible applicability of superheated steam for pyrolysis of Ab waste materials. High temperature capable and with a large heat capacity It acts as a heat medium until shortly before its condensation point suitable. The possible reuse is also advantageous Ability of exhaust steam from previous application, after its over heating and that this in a countercurrent heating energy can be done economically and controllably, with the waste heat still Steam generation is used. The overheated steam transmits the hit ze temperature-controlled on all sides on the particles of the waste materials, evenly and simultaneously in the entire mass, with the Vorpy rolysis supports the mixing movement and the particles surface enlarging shredding, in the pyrolysis by the Pressure impregnation of the heat medium with continuous feeding and passage through the crowd. The heat utilization of the pyrolysis waste gas in the screw conveyor passage and in the casing to the front the waste materials are heated without much effort. Is special autogenous compaction for residual drainage and briquetting mention that made possible by the double-walled cylinder and the cooling is generated. The condensation of the in standing steam acts on the inner wall of the outer cylinder, so that condensation moisture from the pyrolysis substances inside Cylinder stays away. As conventionally treated, the pyrolysis may gas are burned in a known manner for heating, as are the Pyrolysis residues.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich einen Ausfüh rungsweg darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigt in einer Figur im Längsschnitt den zweiphasigen Verfahrensablauf mit Vorrich tungen zur Durchführung, schematisch und unmaßstäblich.In the following the invention is based on only one embodiment approximately illustrated drawing. It shows in one Figure in longitudinal section the two-phase process with Vorrich Implementation instructions, schematic and to scale.

Das Verfahren läuft in einer Vorpyrolyse bei Atmosphärendruck in einer Erhitzungskammer und in einer Pyrolyse mit Druckimprägnierung bei Niederdruck in einem Zylinder ab. Beide Phasen können im Wech sel gleichzeitig erfolgen.The process runs in a pre-pyrolysis at atmospheric pressure a heating chamber and in a pyrolysis with pressure impregnation at low pressure in a cylinder. Both phases can alternate sel done simultaneously.

Die dargestellte Einrichtung zeigt unter anderem ein Fördergehäuse (1) und Förderschnecke (2) mit äußerem Antrieb (3), welche die Ab fallstoffe chargenweise im Intervall jeweils zur Vorpyrolyse in die Erhitzungskammer (5) transportiert. Axial durch die Förderschnecke (2) ist ein konisch ausgebildeter Durchgang (4) geschaffen, durch den die Pyrolyseabgase aus der vorgeschalteten, trommelförmigen Erhitzungskammer (5) durch ein Filtersieb abgeführt werden. Da bei wird Wärme über den Förderschneckenkörper auf die kontaktier enden Abfallstoffe übertragen zum Vorwärmen. Der sich in Förderrich tung verjüngende Durchgang (4) besitzt nach hinten ein Gefälle zum Abfließen von sich eventuell bildender Kondensflüssigkeit. Mit dem Pyrolyseabgas gelangt diese in den Abführleitungsanschluß (6) zur wei teren Behandlung. Durch den Durchgang (4) ist eine außen separat an getriebene Rotorwelle (7) angeordnet, die bis durch die Erhitzungs kammer (5) führt und dort mit einem Schneidflügelrotor (8) versehen ist. Dessen Flügel sind an der Drehrichtungsseite zu Schneiden aus gebildet und zum Zerkleinern und Mischen vorgesehen, während der Vorpyrolyse. Unten ist die Erhitzungskammer (5), außer mit einem Ab fluß, mit einem Einlaß (9) für den überhitzten Dampf versehen, der während des Mischvorgangs eingeführt wird. Unterseitig ist an der Erhitzungskammer (5) eine Öffnung mit Schiebeverschluß (12.1) zum Abführen der vorpyrolysierten Abfallstoffe nach Erreichen einer er forderlichen Temperaturgrenze in der Masse angebracht. Durch einen Schacht verbunden ist darunter ein Zylinder (11) horizontal befes tigt, der im Schachtbereich mit einer hermetisch verschließbaren Öffnung (12) versehen ist. Die Öffnungen 12.1 und 12 werden mittels bekannter Vorrichtungen betätigt zum Abführen der vorpyrolysierten Masse zum druckimprägnierten Pyrolysevorgang im Zylinder. Der Zylin der (11) ist einseitig mittels Deckel fest verschlossen und ander seitig mittels Türe (18) hermetisch und druckgesichert verschließbar mit bekannten Vorrichtungen. Sie dient zur Entnahme der brikettierten Pyrolysereststoffe. Im Zylinder (11) ist, mit Ringspalt beabstan det, ein Innenzylinder (13) fest integriert, der im Bereich der Öff nung (12) einen Ausschnitt (14) aufweist, durch den die vorpyroly sierten Abfallstoffe in den Innenzylinder (13) hineinfallen. Unter seitig ist der Innenzylinder (13) mit Durchlässen (16) versehen, zum Ab laufen von Flüssigkeit und zum kontinuierlichen Einführen von über hitztem Dampf zur Druckpyrolyse in der Masse. Durch die Unterseite des Zylinders (11) sind dazu Einlaßdüsen (10) mit Ventil installiert, die in einige Durchlässe einmünden. Ebenfalls ist durch die Zylin derunterseite ein Abfluß (19) mit Ventil installiert, zum Ablaufen von Flüssigkeit. Im Innenzylinder (13) ist ein Kolben (15) beweg lich angeordnet, mit einer nach außen führenden Kolbenstange (17). Dieser wird teilweise mechanisch und durch den Vakuumeffekt bewegt. The device shown shows, among other things, a conveyor housing ( 1 ) and screw conveyor ( 2 ) with an external drive ( 3 ), which transports the waste materials in batches in the interval for prepyrolysis into the heating chamber ( 5 ). Axially through the screw conveyor ( 2 ), a conical passage ( 4 ) is created, through which the pyrolysis gases are discharged from the upstream, drum-shaped heating chamber ( 5 ) through a filter screen. Since heat is transferred via the screw conveyor body to the contacting waste materials for preheating. The passage ( 4 ) tapering in the direction of conveyance has a slope towards the rear for the discharge of any condensate that may form. With the pyrolysis exhaust gas, this enters the discharge line connection ( 6 ) for further treatment. Through the passage ( 4 ) an externally separately driven rotor shaft ( 7 ) is arranged, which leads up to the heating chamber ( 5 ) and is provided there with a blade rotor ( 8 ). Whose wings are to be cut on the direction of rotation and intended for crushing and mixing during the pre-pyrolysis. Below is the heating chamber ( 5 ), except with a flow from, with an inlet ( 9 ) for the superheated steam which is introduced during the mixing process. On the underside of the heating chamber ( 5 ) there is an opening with a slide closure ( 12.1 ) for removing the pre-pyrolyzed waste materials after reaching a required temperature limit in the mass. Connected by a shaft, a cylinder ( 11 ) is horizontally attached underneath, which is provided in the shaft area with a hermetically closable opening ( 12 ). The openings 12.1 and 12 are actuated by means of known devices for removing the prepyrolized mass for the pressure-impregnated pyrolysis process in the cylinder. The cylinder of ( 11 ) is firmly closed on one side by means of a lid and can be closed hermetically and pressure-secured on the other side by means of doors ( 18 ) using known devices. It is used to remove the briquetted pyrolysis residues. In the cylinder ( 11 ), with an annular gap, an inner cylinder ( 13 ) is firmly integrated, which in the region of the opening ( 12 ) has a cutout ( 14 ) through which the prepyrolyzed waste materials fall into the inner cylinder ( 13 ). On the underside, the inner cylinder ( 13 ) is provided with passages ( 16 ) for running liquid and continuously introducing overheated steam for pressure pyrolysis in the mass. Through the bottom of the cylinder ( 11 ) inlet nozzles ( 10 ) with valve are installed, which open into some passages. A drain ( 19 ) with valve is also installed through the bottom of the cylinder, for draining liquid. In the inner cylinder ( 13 ) a piston ( 15 ) is arranged movable, with an outwardly leading piston rod ( 17 ). This is partly moved mechanically and by the vacuum effect.

Die in den Innenzylinder (13) hineingefallenen, vorpyrolysierten Abfallstoffe werden zunächst mechanisch auf eine Zylinderseite ge schoben. Durch Zuführung von überhitztem Dampf durch die Einlaßdüsen (17) wird eine druckimprägnierte Pyrolyse produziert. Überschüssiges Pyrolyseabgas entweicht durch das Überdruckventil (20). Nach Pyro lyseabschluß durch Erreichen einer Temperaturgrenze, wird ein Vaku umzustand in den Zylindern erzeugt. Dazu wird die Außenfläche des Zylinders (11) mit Wasser gekühlt, wodurch innen bekannterweise ei ne Kondensation ein Vakuum erzeugt. Dazu sind die Ventile (0) zu. Damit entstehender Außendruck auf den Kolbenstangenquer schnitt bewegt den Kolben (15) zur Verdichtung und Brikettierung der Pyrolysereststoffe. Das durch die Oberseite des Zylinders (11) installierte Überdruckventil (20) leitet das überschüssige Pyrolyse abgas in den Zwischenraum der Ummantlung (21) des Fördergehäuses (1), von wo ein Durchlaß (22) zur Abführleitung (6) geschaffen ist.The fallen into the inner cylinder ( 13 ), pre-pyrolyzed waste materials are first mechanically pushed to one side of the cylinder. By supplying superheated steam through the inlet nozzles ( 17 ), pressure-impregnated pyrolysis is produced. Excess pyrolysis exhaust gas escapes through the pressure relief valve ( 20 ). After completing pyrolysis by reaching a temperature limit, a vacuum is created in the cylinders. For this purpose, the outer surface of the cylinder ( 11 ) is cooled with water, as a result of which, as is known, ei ne condensation creates a vacuum. The valves ( 0 ) are closed. The resulting external pressure on the piston rod cross section moves the piston ( 15 ) to compress and briquette the pyrolysis residues. The pressure relief valve ( 20 ) installed through the top of the cylinder ( 11 ) directs the excess pyrolysis exhaust gas into the space between the casing ( 21 ) of the delivery housing ( 1 ), from where a passage ( 22 ) to the discharge line ( 6 ) is created.

Der verwendete Dampf wird durch einen Dampferzeuger (nicht gezeich net) bereitet oder aus einer vorausgegangenen Anwendung luftfreige wonnen. Zur Anwendung wird er in bekannter Gegenstrombeheizung hoch gradig überhitzt. Abwärme hiervon wird zur Dampferzeugung verwendet. Mittels bekannter Einrichtungen wird die Überhitzungstemperatur mit Dosierung der Befeuerung geregelt. Die vorausgegangenen Anwendungen des Dampfes können Heizzwecke sein, oder Kraftanwendungen zum Erzeu gen von Bewegungsenergie. Zuführrohr (23) vom Überhitzer (nicht gez.).The steam used is prepared by a steam generator (not shown) or is air-free from a previous application. For use, it is overheated to a high degree in known countercurrent heating. Waste heat from this is used to generate steam. The superheating temperature is regulated by metering the firing by means of known devices. The previous applications of steam can be heating or power applications to generate kinetic energy. Feed pipe ( 23 ) from the superheater (not drawn).

Alternativ zu den Öffnungen (12) und (12.1) kann für das Hindurchfallen der vorpyrolysierten Abfallstoffe auch eine Walze mit axial läng lichem Schlitz (nicht gezeichnet), abdichtend und hin und her dreh beweglich, im Schacht angeordnet sein.As an alternative to the openings ( 12 ) and ( 12.1 ), a roller with an axially elongated slot (not shown), sealing and rotatable back and forth, can be arranged in the shaft for the pre-pyrolyzed waste materials to fall through.

Die Rotorwelle (7) des Flügelrotors (8) kann alternativ direkt vor der Erhitzungskammer (5) angetrieben werden (nicht gezeichnet) wo mit sich der Rotorwellenbereich im Durchgang (4) erübrigt.The rotor shaft ( 7 ) of the vane rotor ( 8 ) can alternatively be driven directly in front of the heating chamber ( 5 ) (not shown), which eliminates the need for the rotor shaft area in the passage ( 4 ).

Claims

1. Process for the pyrolysis of waste materials, which is particularly applicable to municipal and industrial waste, compost and sewage sludge, also conditional for toxides and soil cleaning, characterized in that the pyrolysis is carried out to reduce the volume of waste materials by means of superheated steam as a heat medium the waste materials are subjected to superheated steam di rectly, in a heating chamber, that the waste materials are mixed and crushed, that the pyrolyzed mass of the waste materials is pressure-impregnated in a cylinder with superheated steam and then autogenously compressed and briquetted by means of pistons under vacuum That the cylinder outer wall is cooled, that the steam used comes from a previous application, or generated directly, is heated in a countercurrent heating and the waste heat is used to generate steam.

2. Device according to claim 1, characterized in that a conical passage ( 4 ) is created axially by the screw conveyor ( 2 ) and in that the rotor shaft ( 7 ) is arranged in this.

3. Apparatus according to claim 1 and 2, characterized in that in the heating chamber ( 5 ) a cutting wing rotor ( 8 ) is attached to the rotor shaft ( 7 ), the wings of which are designed to be cut on the direction of rotation.

4. The device according to claim 1, characterized in that in the cylinder ( 11 ) an inner cylinder ( 13 ) is arranged spaced apart with an annular gap, in the Untersei te passages / perforations ( 16 ) are attached and in which a piston ( 15 ) movably integrated is, with outwardly leading piston rod ( 17 ).

5. The device according to claim 1, characterized in that the conveyor housing ( 1 ) partially has a spaced casing ( 21 ) and that in front of the Fördergehäu se ( 1 ) a heating chamber ( 5 ) is arranged in drum shape.