Verfahren zum Verbrennen granularer Kunstharzabfälle, insbesondere von Ionenaustauschern

Abstract

 Zur Verbrennung von Kunstharzschüttgut, insbeson­dere von Ionenaustauscherharzen werden trockene Har­ze vermischt mit Tonerdegranulat bzw. feuchte Massen zusammen mit Luft zur Verbrennung unter Luftzufuhr in den unteren Bereich (1) einer Wirbelschicht mit über­schüssigem Tonerdegranulat eingeblasen, das insbe­sondere eine Korngröße ≲ 1 mm, insbesondere 100-400 µm, hat und vorzugsweise in mehr als 5-facher Menge (be­zogen auf das Harz) im Ofen vorliegt. Kationenaustau­scher werden unter Sauerstoffüberschuß, insbesondere mit einem Gesamtlambda-Wert von ≳ 2 verbrannt, wäh­rend bei Anionenaustauscherharzen in der unteren Zone unterstöchiometrische Sauerstoffmengen vorgesehen werden, insbesondere Lambdawerte zwischen 0,5 und 0,8. Zweckmäßigerweise ist die Wirbelschicht als 2-Zonenwirbelschicht gestaltet mit unterer statio­närer Wirbelschicht (1) (insbesondere rotierendem Bett) und oberem zirkulierenden Bett (5,6,7). Zweckmäßig sind Tem­peraturen von 900°C. In den oberen Bereich werden insbesondere Additive wie z.B. Kalk zur Absorption von Schwefeloxid eingeblasen.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Verbrennung von Kunstharz-Schüttgut, insbesondere von Ionenaustauschern.

[0002] Die Beseitigung von Abfall- und Müllmengen ist ein Problem, dem gerade in jüngster Zeit vermehrte Aufmerksamkeit gewidmet wird. Grundsätzlich sind Abfälle auf Kohlenstoffbasis, wie insbesondere feinteilige oder granulare Kunstharzabfälle, einer Beseitigung durch Verbrennen zugänglich, jedoch treten je nach Art des Materials und zusätzlicher Gehalte an weiteren Elementen oder Zusätzen, wie Wasser, erhebliche Schwierigkeiten auf.

[0003] So sind erschöpfte Ionenaustauschermassen, die als feuchte Schlämme vorliegen, infolge umfänglicher Anwendung solcher Austauscherharze für Reinigungs­zwecke in erheblicher Menge vorhanden. Ihre Besei­tigung ist jedoch nicht ohne weiteres möglich, da zum einen die schlammartige Beschaffenheit hinder­lich ist und zum anderen ein Verkleben und Zusammen­backen der Massen in Zonen höherer Temperaturen auftritt, die verfahrenshinderlich sind. Ferner bedeuten die merklichen Schwefelgehalte und Verun­reinigungen mit Metallen, insbesondere Schwermetallen, ein zusätzliches Hindernis.

[0004] Ziel der Erfindung ist daher ein Verfahren zur Verbrennung solcher Abfälle, das ohne Probleme kontinuierlich durchgeführt werden kann und bei dem minimale Emissionen auftreten.

[0005] Das zu diesem Zweck entwickelte erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß man trockenes Harz vermischt mit Tonerde-Granulat bzw. feuchte Massen zusammen mit Luft zur Verbrennung unter Luftzufuhr in den unteren Bereich einer Wir­belschicht mit überschüssigem Tonerde-Granulat einbläst, wobei bei der Verbrennung von Kationen­austauschern mit Sauerstoffüberschuß und bei der Verbrennung von Anionenaustauschern in der unteren Zone mit unterstöchiometrischen Sauerstoffmengen gearbeitet wird.

[0006] Beim Einblasen soll ein Zusammenschmelzen bzw. Verbacken des Harzmaterials weitgehend vermieden werden, was durch entsprechende Mischwirkung beim Einblasen in die in Bewegung befindliche Granulat­mischung erreicht wird. Spontan gebildete ggf. aufgekohlte Agglomerate können jedoch durch die Malwirkung der Inertgranulat enthaltenden Mischung insbesondere in einer als rotierendes Wirbelbett ausgebildeten unteren Ofenzone (wie weiter unten angegeben) wieder zerrieben werden.

[0007] Um die Bildung solcher Agglomerate zu vermeiden, werden insbesondere trockene Harzmassen mit Toner­de-Granulat (bzw. Rücklaufmaterial) vorgemischt und als Mischung von Harz und Inertmaterial in den Ofen eingeblasen, aus dem dann kontinuierlich oder schubweise Inertmaterial entnommen wird. Feuchte Massen können einfacher zusammen mit Luft so einge­geben werden, daß ein (zunächst durch vorhandene Wasserhüllen gehemmtes) Zusammenbacken unterbleibt.

[0008] Vorzugsweise werden im Ofen überschüssige Tonerde­mengen entsprechend einem Verhältnis von zumindest 2 : 1 verwendet, insbesondere ein hoher Überschuß entsprechend einer zumindest 5-fachen Menge bezogen auf das Harz. Die Tonerde sollte insbesondere feinteilig sein mit einer Korngröße von maximal 1 mm, die insbesondere im Bereich von 100 bis 400 µm, speziell um 300 µm gewählt wird.

[0009] Die Tonerde dient dabei der Aufteilung des Harzma­terials und zur Temperatursteuerung sowie auch der Aufnahme von Verbrennungsprodukten anorganischer Art.

[0010] Zwar sind temperatursteuernde Inertgranulate in der Wirbelschichttechnik bekannt, jedoch werden dafür im allgemeinen Sand oder Kieselsäure ver­wendet. Es wurde nun festgestellt, daß die Zugabe von überschüssiger Tonerde feinteiliger Art (z. B. in kugeliger Form, im Handel erhältlich als Alumi­niumoxid für Säulenchromatographie; Artikel Nr. 1076 von Merck, Darmstadt; die gewünschte Korngröße wird durch Aussieben erhalten) besonders zweckmäßig ist, um ein Verkleben und Backen zu vermeiden sowie Verbrennungskomponenten aufzunehmen, für die Al₂O₃ in Form von Tonerde eine erhöhte Aufnahme­fähigkeit besitzt, ohne daß ein selbstklebriges Material entsteht.

[0011] Vorzugsweise wird für die Verbrennung des granu­laren Materials eine Vorrichtung verwendet, wie sie in der DE-PS 37 02 089 der Anmelderin beschrie­ben ist, die einen Wirbelschichtofen zur Müllver­brennung zeigt, der eine untere Zone in Form eines Bettes hoher Teilchendichte umfaßt, die insbeson­dere als rotierende Wirbelschicht mit schräg ge­stelltem Boden ausgebildet ist und eine darüber befindliche verlängerte Zone geringerer Teilchen­dichte und höherer Gasgeschwindigkeit, die als zirkulierende Schicht arbeitet und in die am unteren Ende Additive eingeblasen werden.

[0012] Bei dieser bekannten Anordnung wird ein unterer Feststoffauslaß vorgesehen, der im vorliegenden Falle nicht unbedingt notwendig, aber doch zweck­mäßig und notwendig ist, wenn trockene Harzmassen vorgemischt mit Tonerde-Granulat in den Ofen einge­speist werden. Die Schrägstellung des Bodens zur Unterstützung der Rotation und der Entfernung von Inertmaterial bzw. Schlacke sollte nur geringfügig sein, mit Neigungswinkeln ≲ 30°.

[0013] Die Verbrennung von Kationenaustauschern wird insbesondere mit einem erheblichen Sauerstoffüber­schuß gefahren, wobei Gesamt-Lambda-Werte ≳ 2 gewählt werden. Temperaturen um 900°C sind zweck­mäßig.

[0014] Bei Verbrennung von Anionenaustauschern wird durch unterstöchiometrische Sauerstoffzufuhr (vorzugs­weise wird mit Lambda-Werten von 0,5 bis 0,8 gearbeitet) zur unteren Zone eines Zweizonenbettes, wie oben angegeben, für eine Minderung der Stick­oxid-Emission gesorgt, wobei dann in der oberen Zone mit Luftüberschuß zur Erzielung eines völligen Ausbrandes gefahren wird. Durch Temperaturen unter 1000°C kann eine Bildung von thermischem NO_x in diesem Bereich weitgehend vermieden werden.

[0015] Als Additiv, das am unteren Ende des oberen oder zirkulierenden Bettes eingeblasen wird, erscheint Kalk zweckmäßig zur Aufnahme des bei Kationenaus­tauschern in erheblicher Menge gebildeten Schwefel­oxids. Das sich ergebende feinteilige kalkhaltige Calciumsulfat kann gleichzeitig als Absorber für anorganische Spuren dienen, die bei der Verbrennung von beladenem Harz entstehen können.

[0016] Die erfindungsgemäße Verfahrensweise wird anhand der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügte Figur 1 noch besser verständlich werden, die einen Wirbelschichtofen zeigt, wie er in der DE-PS 37 02 089 angegeben ist:

[0017] In das Bett 1 (Zone 1) wird über eine Mischdüse 2 eine Tonerde/Ionenaustauschermischung eingeblasen und durch über 3 asymmetrisch zugeführte Luft in Rotation gehalten, wie durch die Pfeile angedeutet ist. Auf diese Weise wird der Aufenthalt des Harzes in der unteren Zone erhöht und eine Mahlwirkung erreicht, die ggf. auftretende Backmassen wieder zerteilen. Am oberen Ende dieses Bereichs wird bei 4 zusätzlich Luft eingeblasen und der anschließende Wirbelbereich 5 (Zone 2) ist verlängert und als zirkulierende Wirbelschicht ausgebildet mit einem Abscheidungszyklon 6, Verlängerungsrohr (Fallrohr mit Siphon als Drucksperre) 7, über das die Rück­führung feinteiligen Feststoffs in das Bett 5 erfolgt. Über 8 wird in den unteren Bereich der Zone 5 Additiv, insbesondere Kalk, eingeblasen. Über 9 kann Feststoff abgezogen werden. 10 ist der Rücklauf des zirkulierenden Wirbelbette. An dieser Stelle kann auch die Mischung von Harz und Inertma­terial eingegeben werden.

[0018] Eine Abwandlung dieses Ofens ist in Figur 2 wiedergegeben, bei der im Zyklon 6 abgeschiedenes Material in die untere Zone 1 rückgeführt wird.

Ansprüche

1. Verfahren zur Verbrennung von Kunstharz-Schüttgut, insbesondere von Ionenaustauschern,
dadurch gekennzeichnet,
daß man trockenes Harz vermischt mit Tonerde-Granu­lat bzw. feuchte Massen zusammen mit Luft zur Ver­brennung unter Luftzufuhr in den unteren Bereich einer Wirbelschicht mit überschüssigem Tonerde-­Granulat einbläst, wobei bei der Verbrennung von Kationenaustauschern mit Sauerstoffüberschuß und bei der Verbrennung von Anionenaustauschern in der unteren Zone mit unterstöchiometrischen Sauerstoff­mengen gearbeitet wird

2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß im Ofen ein Verhältnis von Tonerde zu einge­speistem Harz ≳ 5 vorgesehen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Teilchengröße des Tonerde-Granulats ≲ 1 mm, insbesondere um 100 bis 400 µm gewählt wird.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß bei Verbrennung von Kationenaustauscherharz mit einem Lambda-Wert von ≳ 2 gearbeitet wird.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Harz in die untere Zone einer Zwei-Zonen­Wirbelschicht eingeblasen wird, die eine untere stationäre Wirbelschicht und ein oberes zirkulieren­des Bett umfaßt.

6. Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß man bei der Verbrennung von Anionenaustauscher­harz in der unteren Zone mit Lambda-Werten von 0,5 bis 0,8 arbeitet.

7. Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß das untere Bett als rotierende Wirbelschicht ausgebildet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß man für das rotierende Bett einen unteren ge­neigten Siebboden vorsieht.

9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß in die obere zirkulierende Wirbelschicht von hoher Gasgeschwindigkeit Additive, insbesondere Kalk zur Absorption von Schwefeloxid, eingeblasen werden.

10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß bei Temperaturen um 900°C gearbeitet wird.

Zeichnung