[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verwertung von Abfallstoffen durch Einbringung
der Abfallstoffe gemeinsam mit mindestens einem glas- und/oder keramikbildende Substanzen
enthaltenden, selbstgängig brennbaren Zusatzstoff direkt in die Flamme eines mit technischemSauerstoff
oder mit einem einen höheren Sauerstoffanteil als Luft aufweisenden Gas betriebenen
Brenners, wobei ein Verbrennungsgas und schmelzflüssige Verbrennungspartikel entstehen,
die anschließend durch Abkühlen in eine glasartige und/oder basaltartige und/oder
keramikartige Masse überführt werden.
[0002] Zunehmend knapper werdende Deponieräume und strengere Umweltauflagen erschweren die
Entsorgung von Abfällen, insbesondere von Industrieabfällen, immer mehr. Üblicherweise
werden die Abfälle verbrannt oder auf Mülldeponien abgelagert. Dabei gehen in den
Abfällen enthaltene Wertstoffe unwiederbringlich verloren.
[0003] Besonders die Entsorgung von Rückständen, die bei einer Abfallbehandlung entstehen,
ist problematisch. So fallen beispielsweise bei einer Verbrennung von Abfällen Ofenschlacken
und Kesselstäube als Rückstände an. Üblicherweise ist der Abfallverbrennung eine Rauchgasreinigung
nachgeschaltet, in der weitere feste Rückstände entstehen. Je nach Art der Rauchgasreinigung
zählen hierzu Filterstäube, Eindampfungsrückstände von Rauchgaswaschwasser oder Rauchgasreinigungsrückstände.
Flugstäube, die in Filteranlagen zurückgehalten werden, müssen aufgrund ihrer Eluierbarkeit
auslaugsicher entsorgt werden.
[0004] Insbesondere die bei Sonderabfallverbrennungsanlagen anfallenden Rückstände stellen
ein erhebliches Entsorgungsproblem dar. Eine Ablagerung der Rückstände auf oberirdischen
Deponien wird durch Gesetze zunehmend erschwert oder sogar verboten. Eine Entsorgung
in Untertagedeponien bzw. als Versatzmaterial im Steinkohlebergbau erfordert langwierige
geologische Untersuchungen und Genehmigungsverfahren und ist unwirtschaftlich sowie
ökologisch unbefriedigend.
[0005] Es hat nicht an Versuchen gefehlt, eine Inertisierung der genannten Reststoffe der
Abfallverbrennung vorzunehmen. So ist z.B. eine Verglasung dieser Rückstände eine
in jüngster Zeit diskutierte Technik. Dabei sollen Filterstäube in inerte, eluatresistente
Gläser überführt werden können. Nachteil dieser Verfahren ist ein hoher Energieeinsatz,
der durch notwendige Zuschlagstoffe weiter ansteigt.
[0006] Aus der Glashersteilung sind verschiedene Verfahren bekannt, um verglasbare Stoffgemische
in eine Glasmatrix zu überführen. Die Stoffgemische müssen dazu überwiegend aus Siliziumoxid,
Kalciumoxid und Aluminiumoxid bestehen.
[0007] So ist es beispielsweise bei der Herstellung von Massengläsern üblich, die zur Glasherstellung
notwendigen Rohstoffe in einem mit fossilen Energieträgern indirekt beheizten Schmelzofen
einzuschmelzen. Eine Übertragung dieses bekannten Verfahrens auf das Verglasen von
Abfallstoffen ist jedoch problematisch, da dabei große Abluftströme auftreten, die
gefährliche Schadstoffe enthalten können. Eine effektive Entfernung dieser Schadstoffe
wird durch eine Verdünnung der Abluftströme durch Verbrennungsgase erschwert oder
sehr teuer.
[0008] Außerdem können mit einem derartigen Verfahren keine Rückstände von Sonderabfallverbrennungsanlagen
verarbeitet werden, da diese Rückstände kaum glasbildende Substanzen enthalten.
[0009] Aus der DE-OS 41 11 917 ist ein Verfahren zur Verwertung schwermetallbelasteter brennbarer
Rückstände durch Partialoxidation bekannt. Als Rückstände werden, z. B. Klärschlämme
eingesetzt, die zusammen mit Gips aus Rauchgasentschwefellungsanlagen einem Sauerstoffbrenner
zugeführt werden. Die eingesetzten Stoffe werden unter erhöhtem Druck partiell oxidiert,
wobei ein CO- und H₂-reiches Rohgas erzeugt wird. Die mineralischen Bestandteile des
Klärschlammes werden in eine schmelzflüssige Schlacke überführt, die nach Abkühlung
in einem Wasserbad zu einem Granulat erstarrt.
[0010] Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Verwertung
von Abfallstoffen zur Verfügung zu stellen, mit dem die Abfallstoffe auf wirtschaftliche
Weise in ein uneingeschränkt verwertbares Produkt überführt werden können.
[0011] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Abfallstoffe mit dem selbstgängig
brennbaren Zusatzstoff zu einer Eduktmischung mit einem Mischungsverhältnis von Abfallstoffen
zu Zusatzstoff von 20 bis 40 zu 80 bis 60 Massenprozent vermischt werden, und die
Eduktmischung in der Flamme bei Temperaturen von 1250 bis 1500°C und Umgebungsdruck
vollständig verbrannt wird.
[0012] Mit dem vorgeschlagenen Verfahren wird für Abfallstoffe, für die nur eingeschränkte
oder keine Verwertungsmöglichkeiten bestehen, eine uneingeschränkte Rückführung in
den Wirtschaftskreislauf eröffnet.
[0013] Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß eine besonders effektive Umsetzung
der Abfälle in ein basaltähnliches Produkt, in dem die in den Abfällen enthaltenen
Schadstoffe sicher eingeschlossen sind, erreicht werden kann, wenn die Abfälle in
einem bestimmten Mischungsverhältnis gemeinsam mit glasbildenden Substanzen direkt
in die Flamme eines Brenners, insbesondere eines für die Verbrennung von Feststoffen
vorgesehenen Feststoffbrenners eingebracht werden und bei Umgebungsdruck vollständig
oxidiert werden. Da die glasbildenden Reaktionen direkt in der Flamme stattfinden,
werden im Vergleich zu herkömmlicherweise direkt oder indirekt beheizten Schmelzöfen
sehr viel höhere Umsätze erzielt.
[0014] Dabei wird durch den Einsatz von technischem Sauerstoff oder einem mit Sauerstoff
angereicherten Gas, insbesondere mit Sauerstoff angereicherter Luft, die Einhaltung
der erforderlichen hohen Temperaturen gewährleistet.
[0015] Der technische Sauerstoff wird zweckmäßigerweise in einem Luftzerleger oder einer
Druckwechseladsorptionsanlage (PSA-Anlage) hergestellt.
[0016] Aufgrund ausgeprägter Turbulenzen in der Flamme und im Umkreis der Flamme können
solche Stoffe, die nicht in die Schmelze eingebunden werden, sehr viel besser abgetrennt
werden, als dies bei direkt oder indirekt beheizten Schmelzöfen möglich wäre. Durch
die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erreichte weitgehende Abtrennung dieser nicht
glasbildenden Substanzen, zu denen insbesondere Anionen wie Fluorid, Chlorid und Sulfat
sowie flüchtige Metalle wie Cadmium, Zink und Quecksilber gehören, wird eine sehr
hohe Produktreinheit des Glases ermöglicht. Durch die erreichte, ausgezeichnete Produktqualität
werden die Verwertungsmöglichkeiten deutlich verbessert.
[0017] Der Einsatz von technischem Sauerstoff oder eines einen höheren Sauerstoffanteil
als Luft aufweisenden Gases oder Gasgemisches minimiert außerdem die entstehende Abgasmenge,
wodurch die Abgasreinigungsanlage wesentlich verkleinert und damit wirtschaftlicher
wird.
[0018] Die Kombination von technischem Sauerstoff mit dem Feststoffbrenner ermöglicht auch
die Verwendung energiearmer Zusatzstoffe zur selbsttätigen Einschmelzung in der Flamme
ohne Zufuhr zusätzlicher Brennstoffe.
[0019] Als Abfallstoffe werden vorzugsweise schwermetallbelastete, nicht auslaugresistente,
ggf. auch organisch belastete, Rückstände aus Abfallbehandlungsanlagen eingesetzt.
[0020] Als Zusatzstoffe sollten solche Substanzen verwendet werden, die selbständig brennbar
sind und die gewünschten Produkteigenschaften gewährleisten. Dabei kommen vor allem
Substanzen in Frage, die Silizium- und Aluminiumverbindungen enthalten. Besonders
vorteilhaft sind heizwertarme Abfall- und/oder Reststoffe mit glas- und/oder keramikbildendem
Ascheanteil.
[0021] Insbesondere eignen sich hierfür trockene Klärschlämme, die ohnehin entsorgt werden
müssen. Die für die Einschmelzung der Abfälle erforderliche Energie kann ausschließlich
aus der Klärschlammverbrennung gewonnen werden. Eine zusätzliche Zufuhr eines weiteren
Brennstoffes zum Brenner ist nach Beendigung der Anfahrphase energetisch nicht erforderlich.
Der Klärschlamm weist glasbildende Stoffe in ausreichender Menge auf, um auch bei
Rückständen aus Sonderabfallverbrennungsanlagen, die wenig glasbildende Substanzen
enthalten, ein glasartiges Produkt mit hoher Qualität herstellen zu können. Zusätzliche
Emmissionen werden beim Einsatz von Klärschlämmen als Zusatzstoffe vermieden, da die
Klärschlämme zur Entsorgung zukünftig ohnehin verbrannt werden müssen.
[0022] Eine andere Möglichkeit besteht darin, trockene Pyrolyserückstände als Zusatzstoffe
zu verwenden. Pyrolyserückstände weisen einen Heizwert auf, der für eine herkömmliche
Verbrennung zu gering ist, der aber für das erfindungsgemäße Schmelzverfahren unter
Einsatz des mit technischem Sauerstoff betriebenen oder mit Sauerstoff angereichertem
Gas betriebenen Brenners völlig ausreichend ist. Außerdem enthalten Pyrolyserückstände
genügend glasbildende Substanzen, damit aus den zu entsorgenden Abfällen ein uneingeschränkt
verwertbares glasartiges Produkt hergestellt werden kann.
[0023] Auch unvollständig ausgebrannte Braunkohleaschen können als Zusatzstoffe eingesetzt
werden. Braunkohleaschen sind in Bezug auf den Heizwert und den Gehalt an glasbildenden
Substanzen mit Pyrolyserückständen vergleichbar.
[0024] Gemäß einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens können auch der Rostdurchfall
von Hausmüllverbrennungsanlagen oder feinzerkleinerte Schredderabfälle als Zusatzstoff
verwendet werden.
[0025] Eine Weiterbildung des Erfindungsgedankens sieht vor, zusätzlich zu dem glasbildende
und/oder keramikbildende Substanzen enthaltenden Zusatzstoff mindestens einen weiteren
Zuschlagstoff, insbesondere Asbestabfall, in die Flamme des Brenners einzubringen,
der die Qualität der glasartigen Schmelze verbessert. Der Anteil dieses Zuschlagstoffes
an der Eduktmischung sollte bevorzugt 10 Massenprozent nicht übersteigen.
[0026] Zweckmäßigerweise wird die Eduktmischung in einem Drehrohrofen in der Flamme des
Brenners vollständig verbrannt. Dadurch werden lange Verweilzeiten der anfallenden
Abgase und der entstehenden Schmelze gewährleistet. Der Drehrohrofen ist vorzugsweise
mit geringem Querschnitt und großer axialer Länge ausgebildet, damit eine ausreichende
Verweilzeit für die Abfälle und die Zusatzstoffe erreicht wird. Die aufgeschmolzenen
Reaktionsprodukte lagern sich an der Ofenwand ab. Die Stoffe, die nicht in die glasartige
Schmelze eingebunden werden, reichern sich im Abgas an und werden über eine Rauchgasbehandlungseinrichtung,
die bevorzugt im wesentlichen aus einer Quenche, einer Heißgas-Staubabscheidung und
einer Schadgasabscheidung besteht, abgezogen. Die entstehende Schmelze wird vorzugsweise
im flüssigen Zustand durch eine Austragsöffnung des Drehrohrofens abgeführt.
[0027] Anstelle eines Drehrohrofens kann auch ein Drehtrommelofen oder bevorzugt ein stehender
Zyklon zum Einsatz kommen.
[0028] Die Abfälle und Zusatzstoffe werden zweckmäßigerweise durch Einblasen mittels eines
Gases in die Flamme des Brenners eingebracht. Vorzugsweise werden stickstoffarme Gase
verwendet, wodurch eine zu starke Stickoxidbildung vermieden wird. Es kann auch ein
Brenngas, insbesondere Erdgas, Propan oder Butan eingesetzt werden.
[0029] Gemäß einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens wird verunreinigtes Gas z.B. aus
Deponien oder schadstoffbelastete Abluft z.B. aus Tankanlagen zum Einblasen der Abfälle
und der Zusatzstoffe in die Flamme eingesetzt. Derartige Gase müssen ohnehin entsorgt
werden, so daß durch eine gleichzeitige Behandlung mit den Abfällen zwei Entsorgungsprobleme
bzw. bei Verwendung von zu entsorgenden Stoffen als Zusatzstoffe, wie z.B. Klärschlämmen
oder Pyrolyserückständen, sogar drei Entsorgungsprobleme gleichzeitig gelöst werden
können.
[0030] Zum Einblasen der Abfälle und Zusatzstoffe in die Flamme des Brenners wird bevorzugt
eine Dispergier- und Dosiereinrichtung verwendet.
[0031] Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich zur Behandlung von allen denkbaren Abfällen,
insbesondere von Industrieabfällen und speziell von Rückständen aus Müllverbrennungsanlagen.
Ganz besonders ist das Verfahren für die Behandlung von Rückständen aus Sondermüllverbrennungsanlagen
geeignet. Derartige Rückstände, z.B. Filterstäube aus der Rauchgasreinigung der Sonderabfallanlage,
weisen hohe Schadstoffkonzentrationen auf und können mit herkömmlichen Verglasungsverfahren
nur mit erhöhtem Aufwand behandelt werden. Die Filterstäube enthalten nämlich kaum
glasbildende Substanzen. Durch das erfindungsgemäße Verfahren können gerade auch solche
Rückstände auf wirtschaftliche Weise verwertet werden.
[0032] Mit dem vorgeschlagenen Verfahren sind eine Reihe von Vorteilen verbunden. Durch
den Einsatz von technischem Sauerstoff oder von mit Sauerstoff angereichertem Gas
wird die Abgasmenge deutlich reduziert, wodurch die Abgasreinigungsanlage wesentlich
verkleinert wird. Außerdem ist nach Beendigung der Anfahrphase keine Zufuhr eines
weiteren Brennstoffes zusätzlich zu den Zusatzstoffen energetisch erforderlich. Zusätzliche
Emmissionen werden verhindert, da bevorzugt solche Zusatzstoffe verwendet werden,
die ohnehin entsorgt werden müssen. Da die glasbildenden Reaktionen direkt in der
Flamme stattfinden, werden gegenüber konventionellen Schmelzofenbeheizungen deutlich
höhere Umsatzraten erzielt. Durch Verwendung einer einfachen, wenig störanfälligen
Anlagentechnik werden auch die Investitionskosten gering gehalten. Auswahl und Qualität
der entstehenden glasartigen Produkte kann auf einfache Weise durch Variation des
Mengenverhältnisses von Abfällen und Zusatzstoffen sowie geeignete Wahl dieser Zuschlagsstoffe
und gegebenenfalls weiterer Zusatzstoffe bestimmt werden.
[0033] Im folgenden soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert
werden:
In Filteranlagen einer Sonderabfallverbrennungsanlage zurückgehaltene Flugstäube,
die als Schadstoffe unter anderem mobilisierbare Schwermetalle, leicht lösliche Neutralsalze
und organische Schadstoffe, z.B. Dioxine, Furane enthalten, werden einem Drehrohrofen
zugeführt. Der Drehrohrofen weist ein Verhältnis von axialer Länge zum Durchmesser
von mindestens 5 (L/D ≧ 5) auf. Im Drehrohrofen kommt ein Feststoffbrenner für technischen
Sauerstoff zum Einsatz. Zur Sauerstoffversorgung kann z.B. ein Luftzerleger oder eine
PSA-Anlage vorgesehen sein.
[0034] Die Flugstäube werden außerhalb des Drehrohrofens mit ausgefaultem, trockenem Klärschlamm
aus einer industriellen Kläranlage intensiv vermischt. Das so entstehende Stoffgemisch
wird mittels schadstoffbelasteter Abluft, die in einer Pendelgaseinrichtung eines
nahegelegenen Tanklagers für flüssige Sonderabfälle anfällt, mit einer Strömungsgeschwindigkeit
von 9 m/s in die Flamme des Feststoffbrenners mittels einer Dispergiereinrichtung
eingeblasen. Aufgrund der in der Flamme herrschenden hohen Temperatur von über 1300°C
setzen sich die in den Filterstäuben enthaltenen Substanzen und die im Klärschlamm
vorhandenen glasbildenden Stoffe, insbesondere Siliziumoxid, Kalciumoxid und Aluminiumoxid,
mit hoher Reaktionsgeschwindigkeit um, wodurch die Filterstäube in eine glasartige
Matrix eingebunden werden. Dabei entsteht ein basaltähnliches Produkt, in dem die
Schadstoffe auslaugsicher eingeschlossen sind.
[0035] Die Einsatzstoffe werden mit der im Drehrohrofen herrschenden Gasströmung mitgerissen,
reagieren auf der axial zum Drehrohrofen verlaufenden Wegstrecke aus und die aufgeschmolzenen
Produkte lagern sich schließlich auf der Ofenwand ab. Die so gebildete Schmelze wird
kontinuierlich über eine Austragsöffnung des Drehrohrofens ausgetragen. Je nach geplantem
Verwendungszweck des basaltähnlichen Produktes können sich unterschiedliche Schmelzbehandlungsverfahren
anschließen (z.B. definiertes Abkühlen in vorgegebenen Zeiteinheiten und/oder mechanische
Verarbeitung).
[0036] Die Umsetzung der relativ kleinen Partikel ermöglicht einen gegenüber den bisherigen
Verfahren wesentlich verbesserten Stoff- und Wärmeaustausch. Dadurch wird zum einen
erreicht, daß die Bildung von basaltähnlichen Strukturen wesentlich verbessert wird.
Zum anderen ermöglicht diese Verfahrensweise eine bessere Auftrennung in aufgeschmolzene
und gasförmige Phase:
- Anionen wie Fluorid, Chlorid und Sulfat sowie flüchtige Metalle wie Cadmium, Zink
und Quecksilber werden über das Abgas ausgetragen.
- Die zur Glasbildung befähigten Stoffe werden im flüssigen Zustand abgezogen.
[0037] Besonders ist in diesem Zusammenhang zu erwähnen, daß durch die beschriebenen Vorteile
die Energie- und Stoffumsätze verbessert werden.
[0038] Die Rauchgasreinigung besteht im wesentlichen aus einer Quenche, einem Heißgas-Staubabscheider,
einem Gaswäscher, einem Festbettadsorber sowie einem Gebläse.
[0039] Die bei dem Verfahren entstehenden glasartigen Produkte sind im Straßen- und Wegebau,
für Rekultivierungszwecke, als Zuschlagstoffe in der Betonindustrie und der ziegelherstellenden
Industrie, als inerte Bergbauversatzstoffe oder als Wärmedämmstoff einsetzbar.
1. Verfahren zur Verwertung von Abfallstoffen durch Einbringung der Abfallstoffe gemeinsam
mit mindestens einem glas- und/oder keramikbildende Substanzen enthaltenden, selbstgängig
brennbaren Zusatzstoff direkt in die Flamme eines mit technischem Sauerstoff oder
mit einem einen höheren Sauerstoffanteil als Luft aufweisenden Gas betriebenen Brenners,
wobei ein Verbrennungsgas und schmelzflüssige Verbrennungspartikel entstehen, die
anschließend durch Abkühlen in eine glasartige und/oder basaltartige und/oder keramikartige
Masse überführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Abfallstoffe mit dem selbstgängig brennbaren Zusatzstoff zu einer Eduktmischung
mit einem Mischungsverhältnis von Abfallstoffen zu Zusatzstoff von 20 bis 40 zu 80
bis 60 Massenprozent vermischt werden, und die Eduktmischung in der Flamme bei Temperaturen
von 1250 bis 1500°C und Umgebungsdruck vollständig verbrannt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Abfallstoffe schwermetallbelastete,
nicht auslaugresistente, ggf. auch organisch belastete, Rückstände aus Abfallbehandlungsanlagen
eingesetzt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als selbstgängig brennbarer
Zusatzstoff ein heizwertarmer Abfall- oder Reststoff mit glas- und/oder keramikbildendem
Ascheanteil, insbesondere trockener Klärschlamm und/oder trockener Pyrolyserückstand
und/oder unvollständig ausgebrannte Braunkohleasche und/oder feinzerkleinerte Schredderabfälle,
eingesetzt werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Eduktmischung
mindestens ein weiterer Zuschlagstoff, insbesondere Asbestabfall, vorzugsweise in
einer Menge von bis zu 10 Massenprozent, beigemengt wird, der die Qualität der glas-
und/oder keramikartigen Masse verbessert.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Eduktmischung
in einem Drehrohrofen vollständig verbrannt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Eduktmischung
mittels eines stickstoffarmen Gases in die Flamme des Brenners eingebracht wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Eduktmischung
mittels eines zu entsorgenden Gases in die Flamme des Brenners eingebracht wird.