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Dokumentenidentifikation DE102005063160A1 12.07.2007
Titel Verfahren und Einrichtung zur Entsorgung und energetischen als auch stofflichen Nutzung von Abfällen mit Komponenten von vulkanisiertem Kautschuk und Polymer
Anmelder Spiegelberg, Volker, Dipl.-Ing., 18055 Rostock, DE
Erfinder Spiegelberg, Volker, Dipl.-Ing., 18055 Rostock, DE
Vertreter Kappner, K., Dipl.-Ing. (FH), Pat.-Anw., 18059 Rostock
DE-Anmeldedatum 30.12.2005
DE-Aktenzeichen 102005063160
Offenlegungstag 12.07.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 12.07.2007
IPC-Hauptklasse C10B 53/07(2006.01)A, F, I, 20051230, B, H, DE
IPC-Nebenklasse C08J 11/12(2006.01)A, L, I, 20051230, B, H, DE   
Zusammenfassung Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren und eine Einrichtung zur Entsorgung und energetischen als auch stofflichen Nutzung von Abfällen mit Komponenten aus vulkanisiertem Kautschuk, vorwiegend von Fahrzeugreifen und Produkten wie Transmissionsriemen, Schuhwerk, Kleidung oder äquivalenter Gegenstände mit Werkstoffkomponenten aus Polymer (in Folge als Entsorgungsgut bezeichnet), durch thermische Zersetzung unter Nutzung der Wärmeenergie einer stationären Wirbelschichtbefeuerung (SWSF).
Entgegen einer thermischen Zersetzung von verkleinerten Abfällen in einer Wirbelschicht wird das Entsorgungsgut mit Stückgrößen bis zu 1500 mm unzerteilt in einem Schachtreaktor (1) unter Sauerstoffausschluss thermisch zersetzt, wobei die Prozesswärme unter Nutzung der brennbaren Pyrolyseprodukte als primäre Energieträger in einer SWSF (2) erzeugt und unmittelbar in den Reaktorinnenraum (1.1) des Schachtreaktors (1) exportiert wird und der Überschuss an Pyrolyseprodukten, vorwiegend Pyrolyseöl und Pyrolysegas, motorisch verstromt und die neben der Prozesswärme freigesetzte Energie des Gesamtprozesses in Nutzenergie, nämlich in Strom und Wärme, umgewandelt und entstehender Überschuss an Pyrolysekoks und Pyrolyseruß und anfallendes Metall einer stofflichen Verwertung zugeführt wird.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Einrichtung zur Entsorgung und energetischen als auch stofflichen Nutzung von Abfällen mit Komponenten von vulkanisiertem Kautschuk, vorwiegend von Fahrzeugreifen und Produkten wie Transmissionsriemen, Schuhwerk, Kleidung oder äquivalenter Gegenstände mit Werkstoffkomponenten, die aus Polymer bestehen durch thermische Zersetzung unter Nutzung der Wärmeenergie einer Stationären Wirbelschichtfeuerung (SWSF).

Wie bereits in DE 698 25 311 T2 beschrieben, ist es ein volkswirtschaftliches Problem verbrauchte und nicht mehr benötigte Produkte, insbesondere Reifen, nützlich zu entsorgen. U. a. wird auf das Verfahren zum Vernichten mit Rückgewinnung bestimmter Bestandteile auf der Grundlage der Pyrolyse, wie z. B. in EP-A-70789 ausgeführt, verwiesen. Obwohl die Leistungsfähigkeit dieses Verfahrens anerkannt wird, werden die hohen Investitions- und Behandlungskosten sowie mögliche Luftverschmutzungen als Nachteil hervorgehoben. In U. Forster „Umweltschutztechnik" (Umweltlexikon), 2. Auflage, Berlin 1991 wird unter dem Stichwort „Reifen-Pyrolyseanlage" ausgeführt, dass die Abfallstoffe wegen des Schadstoffgehaltes speziell entsorgt werden müssen, da Dioxine und Furane sich bei der Pyrolyse nicht mit Sicherheit ausschließen lassen.

Erwähnt wird auch die GB 2 026 144 (1979) wonach Kautschuk- und Kunststoffabfälle, die von alten Reifen stammen, grob zerkleinert in einem Wirbelschichtsandbett bei 800°C in Anwesenheit von Sauerstoff einem Wärmezerfall unterzogen werden. Am Ende des Prozesses werden die Rückstände an Verstärkungsmaterial mit Hilfe von Magneten ausgesondert. Auch dieses Verfahren wird hinsichtlich der Investitionen, des Ertrages, der Komplexität, der Umweltbelastung oder des Marktes als nicht effizient bewertet. Besonderer Aufwand muß für die Zerkleinerung der Altreifen betrieben werden. Auch das Aussondern an Verstärkungsmaterial (Metall) aus einer Wirbelschichtanlage ist nur im abgeschalteten Zustand möglich.

Optimierte Wirbelschichtfeuerungsanlagen (SWSF genannt) zur Entsorgung und Verwertung von Deponiegas oder Abfall- und Reststoffen werden auch in DE 198 59 053 C2, DE 199 18 927 A1, DE 199 18 928 und DE 199 39 390 A1 beschrieben. Diese Anlagen verfügen jedoch über keine technische Ausstattung zur Durchführung einer Pyrolyse zur Entsorgung von Altreifen und Abfallprodukten mit vulkanisiertem Kautschukanteilen.

Vielfach werden auch noch Altreifen durch Verbrennen in Rotationsöfen der Zementindustrie entsorgt und die freigesetzte Wärme prozessbezogen genutzt. Auch hier besteht das Problem der Luftverschmutzung und der Aussonderung der Verstärkungsmaterialien ohne dass das Endprodukt belastet wird.

Mit DE 698 25 311 T2 wurde ein Verfahren vorgeschlagen, bei der durch eine chemische Zersetzung Abfälle aus vulkanisiertem Kautschuk aufgearbeitet und entsorgt werden. Diese Methode ist ebenfalls anlagentechnisch aufwendig. Der Abfall muß in einem ersten Schritt in Stücke von 10 bis 25 mm Länge zerkleinert werden. Anschließend wird dieser Abfall in einem Reaktor für 30 Min. bei 350°C mit einem OH-Ionengenerator, vorzugsweise einer alkalischen Base, wie beispielsweise einer geschmolzenen NaOH behandelt. Nach dem Trennen des behandelten Kautschuk erfolgt eine Neutralisation der Reste durch eine Säure, (Phosphorsäure). Im Anschluß erfolgt die Rückgewinnung und Trennung der Bestandteile des Kautschuks und der Metalle, die als Verstärkung gedient haben. Zusätzlich fallen chemische Reststoffe an, die als Sondermüll zu entsorgen sind.

In der Praxis hat sich auch gezeigt, dass bei einer Rückgewinnung von einzelnen Werkstoffkomponenten, wie Gas, Öl, Ruß (Koks) und Metall die Zuführung einzelner Komponenten zur Wiederverwendung mit erheblichen Aufwand verbunden ist.

Die Erfindung verfolgt daher das Ziel, die Entsorgung von Abfällen aus vulkanisiertem Kautschuk und mit Polymeren versetzte Stoffabfälle, vorsorglich von Fahrzeugreifen aller Art und üblicher Größe und anderer Gegenstände aus gattungsgleichen Werkstoff nicht über den Weg einer stofflichen Rückgewinnung einzelner Komponenten zu bewirken, sondern diese Komponenten primär energetisch umzusetzen, ohne jedoch eine stoffliche Auskopplung einzelner Fraktionen im Bedarfsfall und bei Überschuß auszuschließen.

Das Verfahren soll auf der Grundlage der Pyrolyse ohne eine chemische Vorbehandlung des Abfalles stattfinden. Insbesondere sollen die Bedingungen der 17. BImSchV eingehalten werden, d. h. eine gesonderte Nachbehandlung der Abgase soll nicht notwendig werden. Auch soll bei diesem Verfahren kein Sondermüll anfallen.

Dieses Zieles soll im Zusammenwirken mit einer Stationären Wirbelschichtfeuerungsanlage (SWSF) erreicht werden. Dabei sollen besonders PKW- und LKW-Reifen bis zu einem Durchmesser in etwa von 1500 mm oder Abfälle gleicher Werkstoffgattungen ohne vorherige Zerkleinerung vernichtet werden.

Das dazu entwickelte Verfahren und die anlagenspezifischen Merkmale umfaßt Anspruch 1 und den Einrichtungsanspruch 2 nebst den dazu genannten Unteransprüchen.

Das Verfahren nach Anspruch 1 ist durch folgende Schritte gekennzeichnet:

  • – Annahme von Altreifen und artgleichem Abfall (nachfolgend Entsorgungsgut genannt) bis zu einer Stückgröße unter 1500 mm Durchmesser
  • – Annahme von Entsorgungsgut mit Stückgröße über 1500 mm Durchmesser und Zerteilen in Stückgrößen unter 1500 mm
  • – kontinuierliche oder diskontinuierliche Beschickung des Pyrolysereaktors mit Entsorgungsgut über eine Einlassschleuse oder Beschickungseinrichtung unter Stickstoffeinfluss
  • – Beaufschlagung des Reaktorinnenraumes zur thermisch Zersetzung des Entsorgungsgutes mit einer Reaktionstemperatur von 750°C bis 950°C, optimal bei einer Temperatur von in etwa 850°C durch Import der Prozesswärme aus einer Stationären Wirbelschichtfeuerungsanlage (SWSF) bei einer Verweilzeit von mindestens 30 Min. bis maximal 180 Min.
  • – Abführen des bei der thermischen Zersetzung entstehenden Pyrolyserohgases und des verdampften leichten und schweren Pyrolyseöles
  • – Kondensation des Pyrolyserohgases in einem Wärmeübertrager und Ableiten des kondensierten Pyrolyseöles und des freigesetzten Pyrolysegases
  • – Weiterleitung der extrahierten Fraktionen als Brennstoff in ein Blockheizkraftwerk (BHKW) und Verstromung und Wärmeerzeugung oder direkte Zuführung des Pyrolysegases in die SWSF zur Erzeugung der Pyrolyseprozesswärme oder Abgabe der
  • – extrahierten Fraktionen zu einer prozessunabhängigen industriellen stofflichen Verwertung
  • – Kühlung der Pyrolyserückstände vor dem Abziehen aus dem Pyrolysereaktor durch Wärmeentzug
  • – Vorwärmen der Verbrennungsluft für die SWSF mittels der aus dem Pyrolysereaktor entzogenen Wärme
  • – Abziehen der Pyrolyserückstände aus dem Pyrolysereaktor in eine mit Stickstoff beaufschlagte Auslassschleuse
  • – Ausstoßen der Pyrolyserückstände aus der Auslassschleuse und mechanische Trennung von Prozesskoks/Ruß und der nichtbrennbaren Bestandteile, insbesondere von Metall mittels Magnetabscheider und/oder Rüttelsieb in die Fraktionen Prozesskoks/-Ruß und Metall
  • – Zuleiten des Prozesskoks/-Ruß als Primärenergieträger in die SWSF und flammenlose Verbrennung im Inertbett bei 750°C–950°C, optimal bei einer Temperatur in etwa von 850°C
  • – Ableitung der Verbrennungswärme durch Wärmeaustausch aus dem Inertbett und Freebord in den Pyrolysereaktor
  • – chemische Bindung (Neutralisierung) von SO2 in den Abgasen der SWSF durch Zugabe von Additiven (gemahlenem Kalkstein) oberhalb des fluidisierten Inertbettes oder im Freeboard erfolgt und die Senkung der CO- und NOx-Emission durch Luftsteuerung der Verbrennungsluft im Bereich von 1 bis 2,5 m/sec vorgenommen wird
  • – Auskoppeln der in den Abgasen mittransportierten Wärme
  • – Auskoppeln der bei der Kondensation des Pyrolyserohgases entzogenen Wärme
  • – Zusammenführung der ausgekoppelten und entzogenen Wärme in Form von Heißdampf und energetische Umsetzung durch Verstromung in einer Turbinen-Generatoranlage oder Abgabe als Heizenergie an dezentrale Wärmeversorgung.

Das nach diesen Merkmalen gekennzeichnete Verfahren hat den entscheidenden Vorteil, dass die eingesetzten mit Schadstoffen belasteten Abfallstoffe vollständig und umweltschonend entsorgt werden und dass im Endeffekt aus dem entsorgten Abfallstoff hochveredelter Strom und/oder Heizenergie einer wirtschaftlichen Nutzung zugeführt werden kann.

Im Endeffekt verbleibt als Rückstand verbrauchte und ausgetragene Sandasche aus der SWSF und das beim Pyrolyseprozess zurückgebliebene und ausgesonderte Metall. Die Sandasche kann unbedenklich verkippt oder als Zusatzhilfsstoff in der Bauindustrie verwertet werden. Das ausgesonderte Metall wird lose oder zu Ballen verpresst einer Verhüttung zugeführt.

Unabhängig der vorgenannten Möglichkeit kann das Pyrolysegas oder Pyrolyseöl bei Bedarf und Überschuß direkt einer stofflichen industriellen Verwertung zugeführt werden. In gleicher Weise kann mit dem gewonnenen Pyrolysekoks und Pyrolyseruß verfahren werden, wenn der Eigenbedarf der SWSF geringer ausfällt.

Die Anlage zur Durchführung des Verfahrens besteht aus einem Energieerzeuger in Form einer Stationären Wirbelschichtfeuerung (SWSF), die in ihrer Vertikalachse von einem in sich abgeschlossenen zylindrischen Pyrolysereaktor durchdrungen ist.

Am oberen Ende des Pyrolysereaktors befindet sich außerhalb der SWSF eine gasdichte Einlassschleuse oder eine Beschickungseinrichtung. Diese Einrichtung kann als Drehschieber, Zellradschleuse, Trommelwalze oder Gichtglocke ausgebildet sein.

Unter dem Boden des Pyrolysereaktors befindet sich die gasdichte Auslassschleuse. Zur Reaktorseite ist diese Schleuse mit einer kombinierten Sperr- und Schereinrichtung ausgerüstet. Die Schereinrichtung wird benutzt, um das in den Pyrolyserückständen enthaltenen Metallgestrüpp beim Abziehen zu durchtrennen.

Den äußeren Verschluß der Auslassschleuse bildet eine einfache oder doppelte Schwenkklappe oder ein Walzen- oder Plattendrehschieber.

Zur Sicherstellung eines Sauerstoffabschlusses wird die Ein- und Auslassschleuse bzw. Beschickungseinrichtung beim Beschicken mit Stickstoff beaufschlagt, die dazu mit einem Stickstofftank wirkverbunden sind.

Der untere Teilabschnitt des Pyrolysereaktors bildet die Abkühlzone für die Pyrolyserückstände. Diese Zone liegt unterhalb der aktiven SWSF, und erstreckt sich ab Höhe SWSF-Düsenboden bis zur Sperr- und Schereinrichtung vor der Auslassschleuse. Auf der Außenseite des Pyrolysereaktors in diesem Funktionsbereich befindet sich die Luftverteilung und davor ein Luftvorwärmer für die Verbrennungsluft der SWSF. Zum besseren Wärmeaustausch können auf der Aussenwand des Reaktors Kühlrippen angeordnet werden.

Die Ableitung des Pyrolyserohgases aus dem Pyrolysereaktor erfolgt unterhalb der Einlassschleuse bzw. Beschickungseinrichtung. Die Ableitung erfolgt über eine Ringleitung mit einer endlichen Zahl von Abzugsbohrungen zum Reaktorinnenraum. Das über die Ringleitung abgezogene Pyrolyserohgas wird einem Wärmeübertrager zugeleitet. Der Wärmeübertrager verfügt über getrennte Abgänge zum einen für das kondensierte Pyrolyseöl und zum anderen für das entspannte Pyrolysegas. Die im Wärmeübertrager extrahierten Fraktionen Pyrolysegas und Pyrolyseöl werden über Förderleitungen einem BHKW zur Verstromung und Wärmenutzung oder über entsprechende Anschlußleitungen einer Eintragvorrichtung in die SWSF oder einer anderen industriellen stofflichen Verwertung zugeführt. Die Einleitung der Fraktionen in die SWSF erfolgt über eine kombinierte Eintragvorrichtung für Gas und Öl direkt unmittelbar über den Düsenboden in das Inertbett.

Die aus der Auslassschleuse abgezogenen Pyrolyserückstände werden mechanisch und magnetisch mittels Magnetabscheider und Rüttelsieb sortiert. Das Metall wird gesammelt, lose oder zu Ballen gepreßt der Industrie zugeführt. Der ausgesiebte Pyrolysekoks und Ruß wird als Primärenergieträger zur Erzeugung der Prozesswärme in die SWSF verbracht. Als Fördereinrichtung können Förderschnecken, Elevatoren oder pneumatische Fördermittel in Kopplung einem Vorratbunker eingesetzt werden.

Der Eintrag des hochgradigen Bennstoffes erfolgt im unteren Drittel des fluidisierten Inertbettes der SWSF. Durch die große Anzahl der verwirbelten glühenden Inertteilchen, die gleichzeitig wirksame Zündträger sind, wird der eingetragene Brennstoff gleichmäßig im Inertbett verteilt und auf diese Weise flammenlos, vollständig und umweltschonend verbrannt.

Durch einen gezielten Eintrag von gemahlenen Kalk in den Feeboard bzw. oberhalb des auf ca. 1,8 m fluidisierten Inertbettes kann, wie bekannt, eine Neutralisation der umweltschädlichen Abgasbestandteile, insbesondere von SO2 bewirkt werden. Durch eine gezielte Luftsteuerung kann weiterhin über die Regulierung der Strömungsgeschwindigkeit der Verbrennungsluft zwischen 1 und 2,5 m/sec eine ausreichende Senkung der CO- und NOx-Emission erreicht werden. Eine zusätzliche Nachbehandlung der Abgase außerhalb der SWSF ist damit nicht erforderlich und die Vorgaben aus der 17. BImSchV werden eingehalten.

Der Einsatz einer SWSF zur Erzeugung der Prozesswärme bietet den besonderen Vorteil, dass alle bei der Pyrolyse anfallenden Pyrolyseprodukte zur Energieerzeugung ohne großen anlagetechnischen Aufwand eingesetzt werden können. Die Gesamtanlage zur Entsorgung von Altreifen und artgleichem Abfall mit Stückgrößen bis 1500 mm kann stationär als auch mobil und damit ortsunabhängig und rationell eingesetzt werden.

An einem Schaltschema soll nochmals der erfindungsgemäße Aufbau der mit einer SWSF kombinierten Pyrolyseanlage und die Betriebsweise zur Entsorgung und energetischen als auch stofflichen Nutzung von Abfällen mit Komponenten von vulkanisiertem Kautschuk, vorwiegend von Altreifen in den Grundzügen dargestellt werden. Das Schaltschema zeigt die SWSF mit Schachtreaktor schematisch in einem Längsschnitt.

Die Pyrolyseeinheit besteht aus einem am oberen und unteren Ende verschließbaren Schachtreaktor 1, der zur Bereitstellung der Reaktionswärme mittig in eine SWSF 2 eingebaut ist. Die Beschickungsseite und Austragsseite ragen über die Bauhöhe der SWSF 2 hinaus. Die Beschickungseinrichtung besteht bei dieser Ausführung aus einer Zellradschleuse 5 mit ausreichender Abdichtung zum Reaktorinnenraum 1.1.

Die Altreifen 30 und anderen kautschuk- und polymerhaltigen Abfallstoffe werden, soweit erforderlich, im Vorfeld auf eine Stückgröße von maximal 1500 mm zerlegt und mit dem Transportband 29 zur Beschickungseinrichtung gebracht. Die Beschickung erfolgt mit technischen Hilfsmitteln wie Greifer oder über eine Rutsche in den Arbeitsbereich der Beschickungseinrichtung mit Zellradschleuse 5. Die Beschickung des Schachtreaktors 1 erfolgt im laufenden Betrieb kontinuierlich oder auch entsprechend dem Lieferumfang in Intervallen. In Phasen einer diskontinuierlichen Abfallanlieferung kann die SWSF 2 im Stand by-Betrieb durch thermischen Verschluß auf Betriebstemperatur gehalten und zu jeder Zeit wieder angefahren werden.

In der Start- und Anfahrtphase der SWSF 2 wird mittels des Verdichters 34 in der ersten Stufe kalte oder mit Fremdwärme vorgewärmte Verbrennungsluft in das aus Quarzsand bestehende Inertbett 3 eingeblasen und zum Fluidisieren gebracht. Anschließend erfolgt der Eintrag fremder Brenngase über die druckregulierende Sicherheitseinrichtung 24 und die Eintragvorrichtung 25 für Gas und Öl in das auf etwa 1,8 m fluidisierte Inertbett 3. Zur Neutralisierung des Schwefeldioxids SO2 wird über die Einblasvorrichtung 28 oberhalb des fluidisierten Inertbettes 3 gemahlener Kalk als Additiv eingeblasen. Aufgewirbelte und mitgerissene Glutteilchen werden im Freeboard 4 durch Geschwindigkeitsreduktion abgefangen und fallen in das Inertbett 3 zurück, wo ihr vollständiger Ausbrand erfolgt. Im Wärmeübertrager 12 (Abgaskessel) wird die Wärme aus den Abgasen ausgekoppelt und in Dampf transformiert. Parallel wird die im Wärmeübertrager 11 freigesetzte Wärme ebenfalls zu Dampf transfomiert und beide gemeinsam einem Turbine-Generatorblock 13 zur Verstromung im Generator 17 zugeführt. Analgentechnisch können beide Energieträger einer getrennten Nutzung zugeführt werden. Beispielsweise zur Verstromung oder einer dezentralen Wärmeversorgung.

Die in der SWSF 2 erzeugte Wärme wird auf direktem Weg über die Reaktorwand in den Schachtreaktor 1 transportiert. Bei einer Temperatur ab 450°C setzt im Reaktor eine erste, noch nicht optimale Pyrolysereaktion ein. Im Bereich von 750°C bis 950°C wird eine stabile und effektive Pyrolysereaktion erreicht. Für einen anlagenschonenden stabilen Betrieb wurde aus Versuchen eine Durchschnittstemperatur von 850°C als optimal ermittelt.

Das bei der thermischen Zersetzung freigesetzte Pyrolysegas wird mit den gleichzeitig verdampften leichten und schweren Ölen als Gasgemisch (Pyrolyserohgas) über die Ringleitung 10 im oberen Teil des Schachtreaktors 1 abgezogen und über eine isolierte Rohrleitung dem Wärmeübertrager 11 zugeführt. Die Kühlung des Pyrolyserohgases im Wärmeübertrager 11 erfolgt mit dem im Kondensator 15 des Turbine-Generatorblockes 13 gewonnenen Wasserkondensat, das mit der Förderpumpe 19 umlaufend transportiert wird. Nach der Phasentrennung des Pyrolyserohgases in die Einzelfraktionen Pyrolysegas und Pyrolyseöl werden diese mit der Förderpumpen 20 und 21 vorrangig als Brennstoff einem Blockheizkraftwerk (BHKW) 14 zugeführt. Der im BHKW 14 mit dem Generator 18 erzeugte Strom und die im Wärmeübertrager 16 freigesetzte Wärme (Abgas- und Kühlwasserwärme), wird wie die Kondensatorwärme aus dem Kondensator 15 einer industriellen oder kommunalen Verwertung zur Verfügung gestellt.

So lange noch kein Pyrolysekoks als primärer Energieträger für die SWSF 2 bereit steht, kann wahlweise das Pyrolysegas und Pyrolyseöl in der SWSF 2 als Brennstoff eingesetzt werden. Die Umsteuerung erfolgt mittels der Dreiwegedrehschieber 22 und 23. In der Darstellung wird beispielsweise das Pyrolysegas mit der Förderpumpe 20 in den Pufferspeicher 39 und weiter in das BHKW 14 gefördert. Das von der Pumpe 21 geförderte Pyrolyseöl wird über den Dreiwegedrehschieber 23 und die Sicherheitseinrichtung 24 zur Eintragvorrichtung 25 und von dieser direkt in das Inertbett 3 der SWSF 2 verbracht. Die Freischaltung oder Absperrung der Zuleitungen des Brennstoffs (Erd-, Stadt- oder Biogas) für die Anfahrphase bzw. von Pyrolysegas und Pyrolyseöl einschließlich einer Brennstoffdruckregelung erfolgt in der Sicherheitseinrichtung 24.

Neben der Eintragvorrichtung 25 ist zum Beheizen des Inertbettes auch der Einbau einer elektrischen Schalenheizing vorstellbar.

Ergibt sich bei der Prozessführung ein Überschüß an Pyrolysegas und Pyrolyseöl, so können diese Fraktionen bei entsprechenden Bedarf aus dem Pufferspeicher 39 nach Freischaltung des Sperrschiebers 40 zum Verbraucher abgegeben werden.

Die im Schachtreaktor 1 eingebrachten Altreifen 30 und gleichwertige Abfälle werden, wie bereits angesprochen, bei durchschnittlich 850°C und einer Verweilzeit von 30 bis 180 Min. thermisch zersetzt. Die ausgegaste und zerfallene Masse sackt dabei unter der Beschickungslast kontinuierlich aus der aktiv beheizten Zone im Reaktorinnenraum 1.1 nach unten in die Kühlzone 1.2 ab. In dieser Kühlzone 1.2 wird die in den Pyrolyserückständen enthaltene Wärmeenergie über die Reaktorwand direkt nach außen an einen Luftvorwärmer 9 übertragen. Hier erfolgt ein Wärmeaustausch an die vom Verdichter 34 geförderte Verbrennungsluft, die über den Luftverteiler 41 und Düsenboden 26 in das zu fluidisierende Inertbett der SWSF 2 eingeblasen wird. Die Temperatur der Pyrolyserückstände wird soweit abgesenkt, dass der Pyrolyseprozeß zwangsläufig beendet und eine Selbstentzündung des Pyrolysekokses bei Frischluftkontakt mit Sicherheit unterbunden wird. D. h. dass die Temperatur der abzuziehenden Pyrolyserückstände unter 420°C liegen soll.

Dieser Vorgang wird, wie der gesamte Pyrolyseprozess und die Erzeugung der Prozesswärme in der SWSF 2 regelungstechnisch und per elektronischer Datenerfassung überwacht und gesteuert.

Die abgekühlten Reststoffe werden über die Sperrschieber 7 in die Auslassschleuse 6 abgezogen. Dadurch, dass komplette und nur einfach zerteilte große Altreifen mit Stückgrößen von 1500 mm verarbeitet werden, sind die Reststoffe mit einen Gestrüpp von Draht und anderen metallischen Kleinteilen belastet. Zum Bodenverschluß des Schachtreaktors 1 ist dieser mit einer Sperr- und Schereinrichtung 7 ausgerüstet. Beim Schließen der Sperr- und Schereinrichtung 7 wird das in den Pyrolyserückständen eingebundene Metallgestrüpp durchtrennt und damit ein sicherer Verschluss des Schachtreaktor 1 erreicht. Nach dem Verschluss der Schachtreaktors 1 wird die Reststoffmasse mit einem Walzendrehschieber 8 ungehindert aus der Auslassschleuse 6 ausgebracht.

Damit beim Abziehen der Reststoffe aus dem Schachtreaktor 1 kein Luftsauerstoff eindringen kann, wird die Auslassschleuse 6 wie die Beschickungseinrichtung 5 mit Stickstoff beaufschlagt. Die Reststoffe fallen über den Trichter 35 auf das Förderband 31 oder einem Schwingförderer. Mit einem Magnetabscheider 32 wird das lose Metall aussortiert. Die restliche Masse fällt auf ein Rüttelsieb 33 und das eingeschlossene Metall freigesetzt und aussortiert wird. Das Metall wird als loser Schrott oder zu Ballen verpreßt an die Hüttenindustrie abgeführt. Der gewonnene Pyrolysekoks und Pyrolyseruß wird anschließend als primärer

Energieträger in die SWSF 2 gefördert. Das erfolgt mittels der Fördereinrichtung 37, vorzugsweise einem Elevator (Becherwerk) in den Vorratsbunker 38. Von hier kann der Brennstoff nach Bedarf über die Eintragvorrichtung 27 in die fluidisierte Inertbettmasse 3 eintragen, vorzugsweise eingeblasen werden.

Mit Erreichen eines stabilen Betriebszustandes der SWSF 2 können die übrigen Brennstoffzuleitungen über die Sicherheitseinrichtung 24 geschlossen werden und die Gesamtanlage kann ohne Fremdenergie, ausgenommen von Wasser, autonom und im hohem Maße effektiv und rationell gefahren werden.

Ergibt sich ein Überschuß an Pyrolysekoks und Pyrolyseruß, so kann dieser bei Bedarf über den Drehschieber 36 abgezweigt und an den Bedarfsträger abgegeben werden.

Der entscheidende Vorteil der beschriebenen Anlage besteht darin, dass an Stelle der Halbprodukte Pyrolysekoks, Pyrolyseruß, Pyrolysegas und Pyrolyseöl der Wirtschaft ein hochveredeltes vielseitig verwendbares, relativ einfach zu transportierendes und umweltfreundliches Produkt in Form von Strom und/oder Wärme zur Verfügung gestellt werden kann.

1
Schachtreaktor
1.1
Reaktorinnenraum
1.2
Kühlzone
2
Stationäre Wirbelschichtfeuerung (SWSF)
3
Inertbett
4
Freeboard
5
Beschickungseinrichtung/Zellradschleuse
6
Auslassschleuse
7
Sperr- und Schereinrichtung
8
Walzendrehschieber
9
Luftvorwärmer
10
Ringleitung
11
Wärmeübertrager
12
Wärmeaustauscher(Abgaskessel)
13
Turbinen-Generatorblock
14
Blockheizkraftwerk (BHKW)
15
Kondensator
16
Wärmeaustauscher
17
Generator
18
Generator
19
Förderpumpe
20
Förderpumpe
21
Förderpumpe
22
Dreiwegedrehschieber
23
Dreiwegedrehschieber
24
Sicherheitseinrichtung
25
Eintragvorrichtung (f. Gas u. Öl)
26
Düsenboden
27
Einlassvorrichtung
28
Einblasvorrichtung
29
Transportband
30
Altreifen
31
Förderband
32
Magnetabscheider
33
Rüttelsieb
34
Luftverdichter
35
Auffangtrichter
36
Drehschieber
37
Fördereinrichtung
38
Vorratsbunker
39
Pufferspeicher
40
Sperrschieber


Anspruch[de]
Verfahren zur Entsorgung und energetischen als auch stofflichen Nutzung von Abfällen mit Komponenten aus vulkanisiertem Kautschuk, vorwiegend von Fahrzeugreifen und Produkten wie Transmissionsriemen, Schuhwerk, Kleidung oder äquivalenter Gegenstände mit Werkstoffkomponenten aus Polymer (in Folge als Entsorgungsgut bezeichnet) durch thermische Zersetzung unter Nutzung der Wärmeenergie einer Stationären Wirbelschichtfeuerung (SWSF) (2), in dem das Entsorgungsgut mit Stückgrößen bis zu 1500 mm unzerteilt in einem Schachtreaktor (1) unter Sauerstoffausschluss thermisch zersetzt wird, wobei die Prozesswärme unter Nutzung der brennbaren Pyrolyseprodukte als primäre Energieträger in einer SWSF (2) erzeugt und unmittelbar in den Reaktorinnenraum (1.1) des Schachtreaktors (1) exportiert wird und der Überschuss an Pyrolyseprodukten, vorwiegend Pyrolyseöl und Pyrolysegas motorisch verstromt und die neben der Prozesswärme freigesetzte Energie des Gesamtprozesses in Nutzenergie, nämlich in Strom und Wärme umgewandelt und entstehender Überschuß an Pyrolysekoks und Pyrolyseruß und anfallendes Metall einer stofflichen Verwertung zugeführt wird. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die thermische Zersetzung (Pyrolyse) und prozessuale Verwertung der Pyrolyseprodukte des Entsorgungsgutes

a) in einem verschließbaren Schachtreaktor (1) erfolgt

b) der kontinuierlich oder diskontinuierlich beschickt wird

c) wobei das Entsorgungsgut unzerteilte Stückgrößen bis 1500 mm haben darf

d) die Beschickung des Schachtreaktor (1) unter einer Atmosphäre von Stickstoff erfolgt

e) das Entsorgungsgut bei einer Reaktionstemperatur von 750°C bis 950°C thermisch zersetzt wird, wobei die optimale Temperatur in etwa bei 850°C liegt

f) die Verweilzeit 30 Min. bis 180 Min. beträgt

g) das erzeugte Pyrolysegas und das verdampfte leichte und schwere Pyrolyseöl als Gasgemisch abgezogen und in einem Wärmeübertrager (11) extrahiert wird

h) die extrahierten Fraktionen in einem Blockheizkraftwerk (BHKW) (14) verstromt und in Wärme umgesetzt werden

i) oder zur Erzeugung von Prozesswärme in der SWSF (2) verbrannt werden

j) oder prozessunabhängig einer industriellen stofflichen Verwertung zugeleitet werden

k) die Rückstände der Pyrolyse vor dem Abziehen aus dem Schachtreaktor (1) auf eine Temperatur unterhalb der Zündungstemperatur von Pyrolysekoks abgesenkt wird

l) wobei die entzogenen Wärme zum Vorwärmen der Verbrennungsluft für die SWSF (2) eingesetzt wird

m) die Rückstände der Pyrolyse unter Sauerstoffabschluss in Anwesenheit von Stickstoff in eine Auslassschleuse (6) abgezogen werden

n) die mit Metallgestrüpp durchsetzten Rückstände beim Schließen des Schachtreaktors (1) durchtrennt werden

o) anschließend die Rückstände aus der Auslassschleuse (6) ausgeschleust und eine magnetische und mechanische Trennung der Rückstände in Prozesskoks/Ruß sowie Metall und nicht brennbare Reststoffe erfolgt

p) der Prozesskoks und Prozessruß als primäre Energieträger dem fluidisierten Inertbett (3) der SWSF (2) zugeführt

q) und flammenlos bei 750°C bis 950°C verbrannt werden

r) wobei das Inertbett (3) mit vorgeheizter Verbrennungsluft auf eine Betriebshöhe von etwa 1,8 m fluidisiert wird

s) die bei der Verbrennung freigesetzte Wärme als Prozesswärme aus dem Inertbett (3) und Freeboard (4) über die Reaktorwand in den Reaktorinnenraum (1.1) des Schachtreaktors (1) exportiert wird

t) die in den Abgasen der SWSF (2) mittransportierte Wärme ausgekoppelt und zu Dampf umtransformiert wird

u) die bei der Extraktion von Pyrolysegas und Pyrolyseöl entzogenen Wärme ebenfalls in Dampf umgeformt wird

v) der gewonnene Dampf in einem Turbinen-Generatorblock (13) verstromt und wahlweise einer dezentralen Wärmenutzung zugeleitet wird

w) die Wärme aus dem Kondensator (15) und die Kühl- und Abwärme des BHKW (14) im einzeln oder gemeinsam als Nutzwärme bereitgestellt wird

x) das aussortierte Metall lose oder zu Ballen pressen und vermarktet wird

y) kontinuierliche eine chemische Bindung (Neutralisierung) von SO2 in den SWSF-Abgasen durch Zugabe gemahlener Additive (Kalkstein) oberhalb des fluidisierten Inertbettes (3) und die Senkung der NOx-Emission durch Luftstaffelung der Verbrennungsluft (Primärluft) im Bereich von 0,9 bis 2,5 m/s erfolgt,

wobei die kennzeichnenden Merkmale des Verfahrens die Abschnitte mit den Buchstaben a, b, c, d, f g, i, k, l, m, n, p, s und u umfassen.
Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, nämlich zur Entsorgung und energetischen als auch stofflichen Nutzung von Abfällen mit Komponenten aus vulkanisiertem Kautschuk, vorwiegend von Fahrzeugreifen und Produkten wie Transmissionsriemen, Schuhwerk, Kleidung oder äquivalenter Gegenstände mit Werkstoffkomponenten aus Polymer durch thermische Zersetzung unter Nutzung der Wärmeenergie einer Stationären Wirbelschichtfeuerung (SWSF), gekennzeichnet durch einen, in eine SWSF (2) eingesetzten, in sich abschließbaren Schachtreaktor (1), der die SWSF (2) in der Vertikalachse beidseitig überragt, wobei am oberen Schachtende eine gasdichte Einlassschleuse oder eine Beschickungseinrichtung (Zellradschleuse (5)) angeordnet ist und der Schachtboden aus einer Sperr- und Schereinrichtung (7) besteht und dass hinter dieser Einrichtung eine Auslassschleuse (6) mit einem äußeren Verschluss (Walzenschieber (8)) angeordnet ist und dass beide Schleusen (5, 6) zur Beaufschlagung mit Stickstoff mit einem Stickstofftank verbunden sind und dass der untere Teil des Reaktorinnenraumes (1.1) als Abkühlzone (1.2) für die Rückstände der Pyrolyse ausgebildet ist und dass auf der Außenseite des Schachtreaktors (1) im Wirkungsbereich der Abkühlzone (1.2) ein Luftvorwärmer (9) zum Vorwärmen der Verbrennungsluft vorgesehen ist und dass die Abkühlzone (1.2) unterhalb des Wirkungsbereiches des Inertbettes (3) der SWSF (2) liegt und dass sich im oberen Teil des Schachtreaktors (2) ein Abzug (Ringsammelleitung (10)) für das Pyrolysegas und der Pyrolyseöldämpfe befindet, der mit einem Wärmeübertrager (11) wirkverbunden ist und dass der Wärmeübertrager (11) für das extrahierte Pyrolyseöl und Pyrolysegas getrennte Abgänge aufweist, die mit einem BHKW (14) verbunden sind und das vor dem BHKW (14) Anschlussleitung zur Eintrageinrichtung (25) für Gas- und Ölbrenner in der SWSF (2) und ein Pufferspeicher (39) mit einem Abgang zur stofflichen Abgabe von Gas und Öl an Industrieabnehmer vorgesehen sind und dass zur Aufnahme und Sortierung der Pyrolyserückstände eine magnetisch und mechanische Sortiereinrichtung (32, 33) vorgesehen ist und dass zwischen der Sortiereinrichtung (32, 33) und der SWSF (2) eine Fördereinrichtung (37) mit Vorratsspeicher (38) für den extrahierten Pyrolysekoks und Pyrolyseruß angeordnet ist, und dass der Vorratsspeicher (38) zur Brennstoffzuführung mit einer Eintrageinrichtung (27) in der SWSF (2) wirkverbunden ist und dass die Einlassvorrichtung (28) für Additive oberhalb des fluidisierten Inertbettes (3) eingesetzt ist und in der Abgasleitung der SWSF (2) ein Wärmeübertrager (Abgaskessel) (12) vorgesehen ist und dass der Wärmeübertrager (12) und Wärmeübertrager (11) mit einer Turbinen-Generatoranlage (13) oder wahlweise mit einer dezentralen Wärmeversorgungseinrichtung gekoppelt sind und dass der Kondensator (15) und der Wärmeübertrager (16) des BHKW (14) zur Wärmeabgabe an dezentrale Wärmeversorgungeinrichtungen zusammengeschaltet sind. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 3, gekennzeichnet dadurch, dass die Beschickungseinrichtung als Drehschieber, Zellradschleuse (5), Trommelwalzen oder Gichtglocke ausgebildet ist. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 3, gekennzeichnet dadurch, dass als Verschluß der Auslassschleuse (6) ein Sperrschieber, Schwenkklappen oder Walzendrehschieber (8) vorgesehen sind. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 3, gekennzeichnet dadurch, dass der Wärmeübertrager (11) getrennte Abgänge für das extrahierte Pyrolyseöl und das Pyrolysegas aufweist. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 3, gekennzeichnet dadurch, dass zur Abzweigung von Pyrolysegas und Pyrolyseöl als Brennstoff für die SWSF (2) vor dem BHKW (14) Dreiwegedrehschieber (22, 23) angeordnet sind. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 3, gekennzeichnet dadurch, dass vor dem BHKW (14) ein Pufferspeicher (39) mit Abzweigung von Pyrolysegas und Pyrolyseöl für eine industrielle stoffliche Verwertung mit Absperrschieber (40) angeordnet ist. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 3, gekennzeichnet dadurch, dass die mechanische und magnetische Sortiereinrichtung einen Magnetabscheider (32) und ein Rüttelsieb (33) umfaßt. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 3, gekennzeichnet dadurch, dass der Transport des Pyrolysekokses und Ruß mittels eines Elevator (Becherwerk), einer/mehrerer Förderschnecken oder eines pneumatischen Förderers erfolgt. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 3, gekennzeichnet dadurch, dass die Eintrageinrichtung (27) in der SWSF (2) im Bereich des Inertbettes (3) im Ruhezustand angeordnet ist. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 3, gekennzeichnet dadurch, dass zur stofflichen Abgabe von Pyrolysekokses und Ruß zwischen der Sortiereinrichtung (32, 33) und dem Vorratsspeicher (38) ein Abzweig mit Drehschieber (38) eingeordnet ist. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 3, gekennzeichnet dadurch, dass die Zuführung des Pyrolysegases oder Pyrolyseöles und fremdes Brenngas unmittelbar über dem Düsenboden (26) in das Inertbett (3) der SWSF (2) erfolgt. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 3, gekennzeichnet dadurch, dass vor der Eintragvorrichtung (25) eine Sicherheits-, Schalteinrichtung und Druckregulierungeinrichtung (24) angeordnet ist. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 3, gekennzeichnet dadurch, dass zum Eintrag der Additive eine Einblasvorrichtung (28) oberhalb des fluidisierten Inertbettes (3) oder im Freeboard (4) angeordnet ist. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 3, gekennzeichnet dadurch, dass der Schachtreaktor im Bereich der Kühlzone (1.2) auf der Aussenseite Kühlrippen trägt. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 3, gekennzeichnet dadurch, dass die SWSF (2) neben der Eintragvorrichtung (25) zum Vorheizen des Inertbettes eine elektrische Schalenheizung vorgesehen ist.






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