Technologie

Bei der Energierückgewinnung aus Müll beeinflusst dessen Zusammensetzung die Wirtschaftlichkeit des Prozesses erheblich. Der hohe Anteil von inerten Stoffen im Müll verringert dessen Heizwert. Ein großer Teil der Energie der Plasmatrone wird daher gebraucht, um den anorganischen Anteil im Müll in flüssige Schlacke umzuwandeln.

Aus diesem Grund ist es bei der Energierückgewinnung aus Müll zweckmäßig, den größten Anteil der Substanzen, die keinerlei Energie enthalten (Asche, Schutt, Metall, Glas…), durch eine Sortierlinie zu entfernen.

Vor dem eigentlichen Sortieren wird das ankommende Material in einem langsam laufenden Brecher zerkleinert und homogenisiert. Es folgen ein Metallseparator und ein Trommelsieb, worin der überwiegende Anteil der Feinfraktion von Schutt und Steinen entfernt wird. Der restliche anorganische Anteil wird am ballistischen Separator entfernt. Die letzte Stufe in der Sortierlinie ist wiederum ein Brecher, der für die abschließende mechanische Aufbereitung (maximale Partikelgröße) des Materials vor dem Eintritt in die Trockenanlage vorgesehen ist. Die aussortierten Fraktionen werden in offenen Kojen gesammelt, von denen aus sie in die Rohstoffsammlung für metallische Abfälle oder ansonsten zur Deponie abtransportiert werden.

Der Plasmareaktor ist ein vertikaler Metallbehälter mit hochtemperaturbeständiger Innenauskleidung. Die Dicke und chemische Zusammensetzung der verwendeten feuerfesten Materialien unterscheiden sich in den einzelnen Reaktorteilen. Der obere Teil des Reaktors schafft ausreichend Raum für die notwendige Verweilzeit des entstehenden Synthesegases, wodurch Bedingungen für den maximalen Zerfall komplexer organischer Moleküle und die Verringerung der Gasgeschwindigkeit geschaffen werden. Die Plasmatrone befinden sich im Mittelteil des Reaktors. Die Anzahl der Brenner, deren Kapazität und genaue Position im Reaktor werden von der chemischen Zusammensetzung des eintretenden Rohstoffs bestimmt. Der untere Reaktorteil ist dazu vorgesehen, die geschmolzene Schlacke aufzunehmen. Die geschmolzene Schlacke fließt vom Reaktorboden durch einen Abfluss auf ein Förderband mit Wasserbad. Durch das Abkühlen der Schlacke entsteht ein glasartiges Vitifikat.

Der Reaktor ist normalerweise mit drei Plasmatronen ausgestattet, die an dessen Peripherie angebracht sind. Die Plasmatrone bringen mittels des ionisierten überhitzten Gases die notwendige Energie ins System. Dadurch kann die Bedienung den Vergasungsprozess im Reaktor unabhängig von der Kinetik der laufenden Reaktionen steuern. Ein Plasmatron ist ein Gerät, das thermisches Niedrigtemperaturplasma (etwa 3 000 - 5 000 °C) erzeugt. Mit dem vom Plasmatron erzeugten Plasma kann die spezifische Energie des Prozessgases um das Zwei- bis Zehnfache gegenüber herkömmlichen Verbrennungsanlagen erhöht werden (hohe Energiedichte >100 MW/m³).

Vor der Reinigung des Synthesegases muss dessen Temperatur von 1 250 °C auf annähernd 200 °C gesenkt werden. Die so gewonnene Wärmeenergie des Synthesegases wird zur Erzeugung von Hochdruckdampf in einem Wärmerückgewinnungsdampferzeuger (Heat Recovery Steam Generator - HRSGI) verwendet. Die Parameter der Reinigungstechnologie sind durch die endgültige Verwendungsmethode des Synthesegases (Blockheizkraftwerk, Gaskessel, Rauchgasturbine, Fischer-Tropsch-Synthese) vorgegeben. Standardgemäß sind aus dem Synthesegas saure Gase (HCI, H₂S), feste Schadstoffe und überschüssige Feuchtigkeit zu entfernen. Ein Beispiel für die speziellen Anforderungen an die Reinigungstechnologie kann die Senkung des Schwefelgehalts auf ppm-Einheiten für die Verwendung des Gases im Motorgenerator oder die Anpassung des Verhältnisses der Basiskomponenten des Synthesegases (CO/ H₂) zur Herstellung von Synthesekraftstoffen durch F-T-Synthese sein.

Einstufige Strom- und Wärmeerzeugung

Das im Reaktor erzeugte Synthesegas wird in die Verbrennungskammer geleitet, wo es verbrannt wird. Die Wärmeenergie der heißen Rauchgase wird im Wärmerückgewinnungsdampferzeuger (HRSGII) verwendet, um Hochdruckdampf zu erzeugen. Der Hochdruckdampf wird mit dem durch die Kühlung des Synthesegases im HRSG erzeugten Dampf gekoppelt und anschließend zur Stromerzeugung in einer Dampfturbine genutzt. Die Abgase werden nach Kühlung und Reinigung in die Luft abgegeben.

Kombinierte Strom- und Wärmeerzeugung

Je nach erzeugter Synthesegasmenge kann die chemische Energie des Synthesegases zur Erzeugung von Strom und Wärme in einem Blockheizkraftwerk genutzt werden. Bestandteil der kombinierten Stromerzeugung kann auch eine Dampfturbine sein. Der Dampf für deren Betrieb wird in zwei Anlagen erzeugt, im HRSG I (Wärmerückgewinnungsdampferzeuger) durch Kühlung des aus dem Reaktor austretenden Synthesegases und im HRSG II (Abgaskessel) durch Übertragung der Wärmeenergie der Verbrennungsgase aus den Motoren. Für Anlagen mit einer höheren stündlichen Müllaufbereitungskapazität wird die Kombination einer Rauchgas- und Dampfturbine genutzt, die der Reinigung und Komprimierung des Synthesegases vorgeschaltet ist.

Wasserstoffseparation

Der Anteil der Grundkomponenten des Synthesegases H₂ : CO wird durch die eingesetzte Vergasungstechnologie und die Art des Mediums charakterisiert, das zur partiellen Oxidation des entstehenden Synthesegases verwendet wird. Dieses Verhältnis ist möglicherweise für die Technologie der finalen Synthesegasverarbeitung nicht optimal und kann so die Reduzierung des Wasserstoffgehalts erforderlich machen (BTL, Gasturbine, MeOH-Erzeugung) oder die primäre Absicht, Wasserstoff selbst zu erzeugen, verursachen. Für die Wasserstofferzeugung kann beispielsweise das Membran-Wasserstofftrennverfahren genutzt werden, das dank des geringen Energie- und Medienverbrauchs (Dampf, Wasser, Chemikalien) wirtschaftlich ist. Die Technologie wird als verpackte Einheit mit einfacher Installation und Betriebssteuerung geliefert. Das Synthesegas kann nach der Wasserstofftrennung beispielsweise weiter zur Verbrennung im Kessel, in der Turbine, im Motor eines Blockheizkraftwerks verwendet werden.

Herstellung von synthetischen Kraftstoffen

Das Synthesegas kann verwendet werden, nachdem das CO : H₂ – Verhältnis als Eingangsrohstoff für die Herstellung synthetischer Motorkraftstoffe mittels Fischer-Tropsch-Synthese angepasst wurde. Im FT-Reaktor entsteht bei den gegebenen Werten für Temperatur und Druck und dem vorhandenen Katalysator ein Kohlenwasserstoffgemisch (Paraffine, Olefine), das anschließend verarbeitet und durch Standardraffinerieverfahren veredelt wird. Abhängig vom Reaktortyp, den gewählten Reaktionsbedingungen und dem verwendeten Katalysator sind die charakteristischen Rohprodukte und nach der Aufbereitung die jeweiligen Endprodukte (z.B. Naphta, Benzin, Diesel, Kerosin, Wachse) vertreten. Neben den vorgenannten Produkten steht durch die Reaktorkühlung (stark exothermische Reaktion) eine beträchtliche Wärmemenge und ein nicht kondensierbares gasförmiges Produkt zur Verfügung. Diese beiden Energieträger werden zur Stromerzeugung genutzt, nicht nur zur Deckung des Eigenbedarfs, sondern auch größtenteils zum Verkauf ins Netz.