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GEBIET DER NEUERUNG
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Die
Neuerugn betrifft Anlagen und Gerätschaften zur ökonomischen
Umwandlung von Abfallsubstanzen, Zwischenprodukten oder Rohmaterialien
organischer oder anorganischer Natur in Produkte, die sich als Tier-
oder Menschennahrung, Kraftstoffprodukte, rezyklierbare Materialien
für die
Weiter- oder Neuverarbeitung, Dünger- oder Bodenaufbauprodukte,
Materialien für
die Entsorgung in kleineren Volumina gebrauchsfertige Endprodukte
für den
Markt eignen.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Industrielle
Verarbeitungsanlagen für
die Nahrungsmittel-, Papier-, Arzneistoff- und sonstige Herstellung, Verarbeitung
und Verpackung werden größer und
konzentrierter. Folglich werden die von diesen Anlagen erzeugten
Abfallströme
immer größer, lokal
immer konzentrierter und aufgrund von Regierungsvorgaben sowie abnehmender
Anzahlen an Müllentsorgungsplätzen, die
für die
Abfallentsorgung zur Verfügung
stehen, schwieriger und teuer zu entsorgen. Mehr Menschen als jemals
zuvor konsumieren kommerziell hergestellte und verarbeitete Nahrung
sowohl zu Hause als auch außerhalb
des Hauses. Dies gilt nicht nur für die Vereinigten Staaten,
sondern auch für
andere Länder.
Dies Phänomen
erzeugt eine enorme Menge Abfall, d.h. Nahrungsabfälle, überlagerte
Nahrungsmittel, Abschnitte, Verdorbenes und Tierteile, die während der
Nahrungsmittelherstellung verworfen werden, der sich auf große Verarbeitungsanlagen
konzentriert und in städtischen Abwassersystemen,
Müllkippen
oder Abfallverbrennungsanlagen entsorgt werden muss. Der Abfall
wird in immer größeren Mengen
in Anlagen produziert, die vorbereitete Nahrungsprodukte, wie gefrorene
Nahrungsmittel, vorbereitete verzehrfertige Salatmischungen, Mahlzeiten
zum Aufwärmen
und Verzehren und dergleichen, für
Verwendungen zu Hause, in Institutionen, Luftfahrtgesellschaften,
Hotels und andere herstellen. Dieser Abfall ist oft schwierig und
teuer zu entsorgen, hauptsächlich
weil er gewöhnlich
einen hohen Wassergehalt und wenig ökonomischen Wert als Kraftstoff
hat. Der Stand der Technik ist voll mit verschiedenen komplizierten Verfahren
und Systemen, die diese Probleme der Entsorgung und/oder Umwandlung
dieses Abfalls in nützliche,
rezyklierbare oder verwerfbare Produkte ansprechen. Die meisten
Verfahren und Systeme des Standes der Technik sind jedoch nicht
praktikabel oder nicht wünschenswert
aufgrund ökonomischer Überlegungen, des
beschränkten
Abfalltyps, der in einem bestimmten System behandelt oder verarbeitet
werden kann, aufgrund von Umweltproblemen, die durch Betreiben der
Verfahren oder Systeme verursacht werden, oder aufgrund anderer
Nachteile. Außerdem
machte das Aufkommen von übertragbarer spongiformer
Enzephalopathie (TSE), insbesonderer boviner spongiformer Enzephalopathie
(BSE), und von Scrapie-Erkrankungen eine Inaktivierung von Pathogenen
wesentlich, gleich ob das Abfallmaterial für die Rezyklierung oder Entsorgung verarbeitet
wird. Tierabfälle,
wie Innereien-, Pansenabfallmaterial und Karkassen, können Infektionserreger
in sich tragen, wie Pilze, Bakterien, Viren und Prionen, die mit
BSE, TSE usw. einhergehen. Die verfügbaren Anlagen des Standes
der Technik sind entweder unter technischem Gesichtspunkt nicht
zufrieden stellend wirksam oder ökonomisch
nicht wünschenswert.
Daher besteht ein Bedarf an Anlagen zur Verarbeitung und/oder Entsorgung
von Nahrungsverarbeitungs-, Schlacht- und ähnlichen Abfällen ohne
die technischen oder ökonomischen
Nachteile des Standes der Technik.
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Beispiele
für Veröffentlichungen
des Standes der Technik, die die obigen Probleme durch Verdau, Verbrennung,
Volumenverringerung und/oder Zersetzung zu lösen versuchen, sind u.a. die
U.S.-Patente 5,685,153 an Dickinson et al.; 6,197,081 an Schmidt;
6,506,311 an DeGarmo et al.; 6,534,105 an Kartchner; 6,638,757 an
Teran et al.; 6,716,360 an Titmas; die U.S.-Patentanmeldungen 2002/0122850
von Kartchner, 2003/0098227 von Okamoto et al. und 2004/0055716
von Landalv et al., deren Offenbarungen hier vollinhaltlich durch
Bezugnahme aufgenommen sind.
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Ein
weiteres Problem bei Abfallbehandlungs- und Entsorgungsarbeiten
ist Luftverschmutzung, einschließlich Treibhausgasemissionen,
einschließlich
Methan und CO2, sowie die Emission von Gasen
mit schädlichen
Gerüchen,
wie Schlachthof- und
Fettschmelzanlagenarbeiten. Mit der Ausdehnung der Wohngebiete sind
viele auf Land in Nachbarschaft zu verschiedenen Nahrungsmittelverarbeitungs-
und anderen Industriearbeiten gelangt. Die Beschwerden der Wohnungsinhaber
im Hinblick auf schädliche
Gerüche
eskalieren. Der Stand der Technik bietet wenig zur zufrieden stellenden
und ökonomischen
Bewältigung
der Probleme bei der Bekämpfung
und Verhinderung schädlicher
Gerüche
aus industriellen Herstellungsanlagen und Abfallsbeseitigungsanlagen.
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Es
besteht auch ein allgemeines Problem mit der Entfernung von Wasser
aus verdünnten
Verfahrensströmen
mit hohem Wassergehalt, sei es ein Abfallstrom, Endproduktstrom
oder ein Zwischenverfahrensstrom. Die Entfernung von Wasser aus
Verfahrensströmen
mit hohem Wassergehalt ist teuer, energieintensiv und zeitraubend.
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Aus
dem Obigen ist ersichtlich, dass ein erheblicher ungestillter Bedarf
besteht an umwelt- und ökonomisch
verträglichen
Technologien zur Entsorgung verschiedener Abfallmaterialien, zur
Bekämpfung
von unangenehm riechenden und Treibhausgasen, zur Umwandlung von
Abfällen
in nützliche
oder rezyklierbare Produkte und zur effizienten und ökonomischen
Entfernung von Wasser aus Verfahrens strömen mit hohem Wassergehalt.
Die Erfindung betrifft Anlagen, Geräte, Systeme und Produkte, die
einige oder alle dieser Bedürfnisse
erfüllen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung liefert ökonomische
und einfachere Anlagen, Systeme und Geräte zur Umwandlung von organischen
und anorganischen Abfallmaterialien in Produkte, die sich als Tierfutter,
Kraftstoffe, rezyklierbare Materialien für die Verarbeitung und weiteren
Anwendungen eignen. Die Erfindung liefert zudem ökonomische und einfachere Anlagen,
Systeme und Geräte
zum Bekämpfen
und Aufnehmen von schädlichen,
geruchsintensiven und Treibhausgasen aus verschiedenen industriellen
und Abfallbehandlungsarbeiten.
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Unter
einem Aspekt liefert die Erfindung eine Anlage zur Verarbeitung
einer Abfallmaterialbeschickung, umfassend das Betreiben eines Gasturbinengenerators
zur Erzeugung von Elektrizität
und Abgasen; In-Kontakt-bringen der Abgase mit der Abfallmaterialbeschickung,
die einen Feuchtigkeitsgehalt von mindestens etwa 30 Gew.-% aufweist,
in einem Trockenbehälter
für eine
genügende
Kontaktzeit, dass ohne signifikante Oxidation der Abfallmaterialbeschickung
ein getrocknetes Material hergestellt wird, das einen Feuchtigkeitsgehalt
weniger als etwa 20 Gew.-% aufweist; und stellt gegebenenfalls das
Verarbeiten und Formen des getrockneten Materials zu einem Granulat-,
Pellet- oder Prillprodukt bereit, die sich für die übliche Handhabung und den üblichen
Transport eignet.
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Unter
einem anderen Aspekt liefert die Erfindung eine Anlage zur Verarbeitung
einer Abfallmaterialbeschickung, umfassend das Betreiben eines Gasturbinengenerators
zur Erzeugung von Elektrizität
und Abgasen mit einer Temperatur über 1000°F; In-Kontakt-bringen der Abgase
mit einer Temperatur über
1000°F mit Abfallmaterialbeschickung,
die einen Feuchtigkeitsgehalt von mindestens etwa 30 Gew.-% aufweist, in einem Trockenbehälter für eine genügende Kontaktzeit,
dass ein getrocknetes Material hergestellt wird, das einen Feuchtigkeitsgehalt
von weniger als etwa 20 Gew.-% aufweist; und stellt gegebenenfalls
das Granulieren, Pellettieren oder Prillen des getrockneten Materials
in eine Produktform bereit, die sich für die übliche Handhabung und den üblichen
Transport eignet. Gegebenenfalls wird der Kontakt der Abgase und
der Abfallmaterialbeschickung ohne signifikante Oxidation der Abfallmaterialbeschickung
durchgeführt.
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Unter
einem anderen Aspekt stellt die Erfindung ein Gerät zum Trocknen
und/oder Umwandeln einer Abfallmaterialbeschickung bereit, umfassend
eine Gasturbine in Kombination mit einem Trockenbehälter, das zum
Aufnehmen einer Abfallmaterialbeschickung und zum Aufnehmen der
Abgase aus der Gasturbine über eine
Verbindung ausgelegt ist, wobei die Verbindung zwischen der Gasturbine
und dem Trockenbehälter
so ausgelegt ist, dass das Eindringen von Luft in das Trockenbehälter im
Wesentlichen verhindert wird, und stellt gegebenenfalls den Trockenbehälter bereit,
das für
dieses Trocknen und/oder Umwandeln der Abfallmaterialbeschickung
durch direkten Kontakt der Abgase und der Abfallmaterialbeschickung
ausgelegt ist.
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Unter
einem anderen Aspekt stellt die Erfindung ein tragbares System bereit
zum Verarbeiten einer Abfallmaterialbeschickung, umfassend mindestens
ein tragbares Trockengerät,
das für
das Trocknen oder Wärmebehandeln
einer Abfallmaterialbeschickung ausgelegt ist, wodurch ein getrocknetes
oder verändertes Material
bereitgestellt wird, und mindestens ein tragbares Verarbeitungsgerät, das für das Umwandeln
des getrockneten oder veränderten
Materials aus dem Trockengerät
in ein Produkt ausgelegt ist, dessen form für herkömmliche Handhabung und herkömmlichen
Transport geeignet ist, und stellt wahlweise zudem das tragbare System
bereit, wobei das Trockengerät
eine Gasturbine und einen Trockenbehälter umfasst. Zudem stellt
die Erfindung wahlweise ein derartiges tragbares System bereit,
wobei die Gasturbine und den Trockenbehälter über eine Anordnung verbunden
sind, die dazu ausgelegt ist, die Gasturbinenabgase in den Trockenbehälter zu
leiten und das Eindringen von Luft in den Trockenbehälter zu
verhindern.
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Unter
einem anderen Aspekt stellt die Erfindung das obige tragbare System
bereit, umfassend ein erstes auf einem Gleitgestell montiertes Gerät, das den
Gasturbinengenerator umfasst und zur Produktion von Elektrizität ausgelegt
ist; und ein zweites auf einem Gleitgestell montiertes Gerät, das den
Trockenbehälter
umfasst und für
die Verbindung mit der Gasturbine ausgelegt ist, so dass es Gasturbinenabgase
aufnimmt und im Wesentlichen das Eindringen von Luft in das Trockenbehälter verhindert.
Gegebenenfalls wird ein drittes auf einem Gleitgestell montiertes
Gerät bereitgestellt,
das das Verarbeitungsgerät
umfasst. Vorzugsweise umfassend die erfindungsgemäßen tragbaren
Systeme auf Schienen montierte, auf Transportwagen montierte oder auf
Sattelauflieger montierte Geräte.
Unter einem anderen Aspekt stellt die Erfindung das tragbare System
bereit, das die Gasturbine und den Trockenbehälter sowie ein wahlfreies Verarbeitungsgerät umfasst,
das hinsichtlich Bauweise und Größe für die auf
einem einzigen Gleitgestell oder auf einem einzigen Transportwagen montierte
Installation ausgelegt ist. Ein weiterer Aspekt betrifft eine Umhüllung oder
Umhüllungen
der tragbaren Einheiten, hauptsächlich
zur Geräuschdämpfung sowie
zum Schutz gegen Wetterbedingungen.
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Unter
einem anderen Aspekt liefert die Erfindung ein Produkt, umfassend
eine Abfallmaterialbeschickung, die bei ausreichenden Temperaturen
und ohne erhebliche Oxidation für
einen genügenden
Zeitraum thermisch behandelt wird, dass im Wesentlichen alle in
der Abfallmaterialbeschickung vorhandenen unerwünschten Bestandteile, die unerwünschte Organismen,
Mikroorganismen, Pestizide, Antibiotika, Hormone, Prionen oder Viren
umfassen, zerstört
oder in annehmbare Formen umgewandelt werden. Vorzugsweise enthält das Produkt
weniger als nachweisbare Menge von jedem dieser unerwünschten
Bestandteile, die nicht derart zerstört oder umgewandelt wurden,
und stellt wahlweise zudem ein derart thermisch behandeltes Material
in Form eines Produkts bereit, das sich für herkömmliche Handhabung und herkömmlichen
Transport eignet. Die Erfindung stellt ferner ein Produkt bereit,
dass thermisch behandelte Abfallmaterialbeschickung enthält und in
dem die enthaltenen NOx-, SOx- oder COx-Komponenten
infolge von Kontakt der Abfallmaterialbeschickung mit Gasturbinenabgasen
in einem begrenzten Raum in Abwesenheit einer signifikanten Oxidation
der Abfallmaterialbeschickung absorbiert oder komplexiert sind.
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Unter
einem anderen Aspekt stellt die Erfindung ein getrocknetes oder
verändertes
Material oder Produkt bereit, umfassend eine Abfallmaterialbeschickung,
die bei ausreichenden Temperaturen ohne signifikante Oxidation und
für einen
genügenden
Zeitraum thermisch behandelt wird, dass ein selbstbindendes Produkt
erhalten wird, das sich für
herkömmliche
Handhabung und herkömmlichen
Transport eignet.
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Unter
einem anderen Aspekt stellt die Erfindung ein System und ein Verfahren
zum Verarbeiten von Treibhausgasen und schädlichen oder übel riechenden
Gasen aus Abfallmaterialbeschickung und/oder Gasen, die von einer
Anlage emittiert werden, die Abfallmaterialbeschickung erzeugt,
umfassend eine Gasturbine mit einem Verbrennungsgaseinlass und eine
Anlage mit Ventilationsluft, die aus der Anlage ausgestoßen wird, wobei
der Verbrennungslufteinlass derart ausgelegt ist, dass er zumindest
einen Teil und vorzugsweise im Wesentlichen die gesamte von der
Anlage ausgestoßene
Verbrennungsluft aufnimmt. Die Gasturbine kann wahlweise einen Gasturbinengenerator
umfassen und Wahlweise einen Trockenbehälter enthalten, der für das Aufnehme
der Gasturbinenabluft und für
das Aufnehmen und Wärmebehandeln
von Abfallmaterialbeschickung ausgelegt ist. Unter einem anderen
Aspekt stellt die Erfindung diese Systeme zur Verarbeitung von Herstellungsgasen
und schädlichen
oder übel
riechenden Gerüchen
oder Gasen über
den Verbrennungslufteinlass einer Kolbenkraftmaschine bereit, die
wahlweise einen elektrischen Generator und wahlweise einen Trockenbehälter enthalten
kann, der für
das Aufnehmen der Motorabluft ausgelegt ist.
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Unter
einem anderen Aspekt liefert die Erfindung Geräte zur Behandlung von Abfallmaterialbeschickung,
umfassend eine Gasturbine mit einem Verbrennungslufteinlass, dafür ausgelegt,
dass er die Ventilationsluft von einer Analage aufnimmt, die Abfallmaterialbeschickung
produziert, einen Trockenbehälter
mit einer Verbindung, der für
das Aufnehmen von Abgasen der Gasturbine ausgelegt ist, und mit
einem Einlass zum Aufnehmen von Abfallmaterialbeschickung. Gegebenenfalls
kann der Verbrennungslufteinlass zur Verbindung mit dem Ventilationssystem
der Anlage aus gelegt sein, wodurch der Verbrennungslufteinlass im
Wesentlichen die gesamte von der Anlage ausgestoßene Verbrennungsluft aufnimmt.
Unter diesem Aspekt kann zusätzlich die
Verbindung zwischen dem Trockenbehälter und der Gasturbinenabluft
derart ausgelegt sein, dass sie das Eindringen von Luft in den Trockenbehälter im
Wesentlichen verhindert.
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Die
obigen Aspekte sowie weitere Aspekte ergeben sich für den Fachmann
aus der Offenbarung.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN
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Es
zeigt:
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1 ein
Diagramm eines Verfahrens zur Behandlung von Abfallmaterialbeschickung
unter Verwendung des Verfahrens und der erfindungsgemäßen Ausrüstung;
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2 eine
Aufsicht auf die erfindungsgemäßen Verfahrenseinheiten
in Form tragbarer, auf Gleitschienen montierter, mit einem Transportfahrzeug
transportierbarer Einheiten;
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3 eine
Aufsicht auf die erfindungsgemäßen Verfahrenseinheiten
in Form tragbarer, auf Gleitschienen montierter, mit einem Transportfahrzeug
transportierbarer Einheiten in anderer Bauweise.
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4A eine
Aufsicht und 4B einen Aufriss einer Darstellung
der Bauweise des erfindungsgemäßen Systems,
auf ein Sattelauflieger-Transportfahrzeug montiert;
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5 schematisch
Verfahren zur Verhinderung der Emission von Treibhaus-, schädlichen
Gerüchen und
anderen Gasen in die Atmosphäre
unter Verwendung der erfindungsgemäßen Systeme.
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BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung liefert eine ökonomische,
effiziente und einfachere Lösung
für das
zunehmend schwere Problem der Umweltverschmutzung, das durch Abfallmaterial
und Gase aus Industriebetrieben verursacht wird. Bis heute bereitgestellte
Verfahren und Systeme des Standes der Technik sind entweder nicht
genügend wirksam
bei der Umwandlung dieses Abfallmaterials und dieser Gase in eine
sichere umweltverträgliche
Form oder lassen sich nicht so auslegen, dass sie bei kleinen und
großen
kommerziellen Betrieben ökonomisch durchführbar sind.
Es gibt weitere Probleme mit vielen Systemen des Standes der Technik,
einschließlich
unökonomischer
Betrieb, Versagen beim Dekontaminieren und Versagen beim Verhindern
von Luftverschmutzung (oder tatsächlich
Verursachen weiterer Umweltprobleme bei der Durchführung des
Verfahrens).
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Beispiele
für Systeme
des Standes der Technik und ihre Mängel sind u.a.: Verdauungsverfahren,
ob aerob oder anaerob sind langsam, ineffizient und erzeugen einen
Schlamm der üblicherweise
in einer Müllkippe
entsorgt werden muss. Verdauungs- oder Kompostiersysteme, die zur
Produktion von Biogas, üblicherweise
Methan, für
Kraftstoff ausgelegt sind, sind teuer im Betrieb, weil der produzierte
Kraftstoff nicht mit genügender
Rate erzeugt wird, keinen genügenden
Wärmewert
für einen ökonomischen
Betrieb besitzt, dahingehend ein "schmutziger" Kraftstoff ist, dass er beim Verbrennen
umweltunverträgliche
Emissionen erzeugt, und/oder aufgrund seines variablen Gehaltes
schwierig zu verbrennen ist. Dieser variable und ungleichmäßige Gehalt
an Verunreinigungen und Kraftstoffwert kann tatsächlich einige Systeme und Motoren,
wie Gasturbinen, aufgrund von Korrosion oder unkontrollierbaren,
unvorhersagbaren Brennbedingungen beschädigen. Verdauungs- und Kompostiersysteme,
die dafür
ausgelegt sind, dass sie einen verwendbaren Schlamm oder Kompost
erzeugen, haben den Nachteil, dass die erzeugten Schlamm- oder Kompostprodukte
gewöhnlich nicht
frei von biologischen oder chemischen Verunreinigungen sind, die
für die
Verwendung oder Entsorgung, beispielsweise auf Ackerland, unerwünscht oder
verboten sind. Folglich erzeugen Biogasproduktionsbetriebe einen
verarmten Schlamm, der schwierig auf umweltverträgliche Weise zu entsorgen ist,
häufig
in einem Müllkippenbetrieb,
der zur Annahme dieses Schlamms qualifiziert ist.
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Behandlungssysteme,
die Wärme-
und chemische Behandlung einsetzen, sind zur Erzeugung eines sicheren
Endprodukts ineffizient und häufig
unwirksam. Dazu gehören
pH-Einstellungs- und chemische Additive, gewöhnlich unter Erhitzen, das
zum Abtöten
vorhandener Organismen beitragen soll. Einige Wärmebehandlungssysteme setzen
Druck (zum Kochen bei höherer
Temperatur), Mikrowellenerhitzung, Bestrahlung und andere ergänzende Behandlungen
ein, die nur dazu dienen, zu den Kosten des Betriebs beizutragen,
mit abnehmendem Nutzen bei Produktqualität oder Umweltreinhaltung. In
vielen Fällen
führt die
zusätzliche
Komplexität
von Behandlungen und Kombinationen von Verfahrensschritte zu negativeren
Umweltauswirkungen durch die eingesetzten Ressourcen und erzeugten
Nebenprodukte verglichen mit der vorteilhaften Umweltauswirkung
der gesamten Behandlung. Viele Systeme erzeugen andere oder zusätzliche
Nebenprodukte, die verunreinigt sind oder bei ihrem Betrieb eine
kollaterale Umweltverschmutzung verursachen. Systeme, die Verbrennung,
teilweise Verbrennung, Vergasung oder Pyrolyse einsetzen, sind ebenso
ineffizient und nicht genügend
wirksam, weil Verbrennung zusätzliche
Abwässer
erzeugt, die aufgenommen werden müssen, damit eine andere oder
zusätzliche
Luftverschmutzung verhindert wird. Zwar produzieren Verbrennungs-
und Pyrolysesysteme ein Produkt, dass genügend sterilisiert sein kann,
aber das Produkt kann weitere unerwünschte Nebenprodukte der Verbrennung
und Pyrolyse enthalten, wie Karzinogene, wodurch das Produkt für Tierfutter, Rezyklierung
oder anderen gewünschte
Verwendungen ungeeignet wird, so dass unerwünschte Entsorgung auf einer
Müllkippe
erforderlich wird. Zudem haben Verbrennungs- oder Teilverbrennungssysteme
das zusätzliche
Risiko potenziell unkontrollierbarer oder explosionsartiger Feuer,
wodurch zumindest die Verfahrensausrüstung beschädigt wird und die im schlimmsten
Fall Sicherheitsfragen aufwerten.
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Systeme
des Standes der Technik sind nicht zufrieden stellend das Problem
von schädlichen
Gasen und Treibhausgasen angegangen, die in industriellen Herstellungsbetrieben
und Abfallmaterialbehandlungsbetrieben produziert werden. Quellen
solcher Gase sind die Herstellungsverfahren selbst, das erzeugte
Abfallmaterial und die biologische Umwandlung oder Zersetzung des
Abfallmaterials. Diese Gase werden üblicherweise ausgeblasen oder
in die Atmosphäre
freigesetzt, wogegen nahebei Wohnende aber aufgrund der schädlichen
Gerüche
etwas einwenden können,
und sie sind aufgrund der Atmosphärenverschmutzung, die durch die
darin enthaltenen Treibhausgase verursacht wird, hinsichtlich der
Umwelt zu beanstanden.
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Die
vorliegende Erfindung liefert eine neue Technologie in Form von
Verfahren, Geräten
und Systemen zur Umwandlung von Abfallmaterialbeschickungen in nützliche,
umweltverträgliche
Materialien und Produkte. Zusätzlich
liefert die Erfindung eine Technologie, die die unerwünschten
Umweltauswirkungen von schädlichen
und Treibhausgasen verringert oder beseitigt, die in Herstellungsbetrieben
und bei der biologischen Umwandlung von Abfallmaterialien aus den
Herstellungsbetrieben produziert werden. Ein hauptsächlicher
Vorteil der Erfindung liegt in dem Aspekt, dass bei den meisten
erfindungsgemäßen Abfallmaterialbeschickungsverabeitungen
alle Abfallfeststoffe gegebenenfalls in den Verfahren und Systemen
gehalten und als Teil in das Endprodukt, das von den erfindungsgemäßen Verfahren
und Systemen produziert wird, eingebracht werden können. So
kann die Erfindung die Notwendigkeit, dass jeglicher verbleibender
Schlamm oder andere Feststoffe auf einer Müllkippe entsorgt werden müssen, durch
Umwandeln und/oder Einbringen der gesamten Abfallmaterialbeschickungsfeststoffe
in das von der Erfindung hergestellte Endprodukt vollständig beseitigen. Das
aus der Beschickung entfernte Wasser wird vorzugsweise rückgewonnen
und zu der Abfallmarerialquelle oder einer anderen Anlage für die Wiederverwendung
rezykliert. Dies ist ein signifikanter Nutzen im Hinblick auf die
Umwelt und ein Wassereinsparungsfaktor, der von der Erfindung im
Gegensatz zu bestehenden Abfalllagunen und -stapeln bereitgestellt
wird, die das Wasser zusammen mit Treibhausgasen an die Atmosphäre verlieren,
die aus den Lagunen und Abfallstapeln während der Kompostierung abgegeben
werden.
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Der
Begriff "Abfallmaterialbeschickung" wird hier so verwendet,
dass er Abfallsubstanz meint und beinhaltet, die organische Substanz
umfasst und die anorganische Substanz umfasst oder Gemische davon.
In der Kategorie der organischen Abfallsubstanz enthalten sind:
Holz- oder Cellulose- und chemische Abfallprodukte aus landwirtschaftlichen
Betrieben, wie Bagasse, Reishüllen,
Stroh, Alfalfa, Obstbaum- und Weinstockschnittabfälle, Zitrusbrei,
Maiskolben, Rübenbrei,
Brutabfall, Hofabfälle,
Landschaftsgestaltungsabfälle,
Pilzzuchtabfälle
usw., aus Forst- und Holzbetrieben, wie Abfallholz, Sägemehl,
Rinde, Balken usw., aus Papierbrei- und Papierbetrieben, einschließlich Kraft-Mühlen-Schwarzlauge
aus dem Sulfataufschluss, aus Deinking-Mühlenbetrieben, aus Gärtnereibetrieben,
wie tote oder abgestorbene Pflanzen, und aus Gebäudeabriss und -bau; gemischte
Kunststoffe oder Automobilschredderrückstände (ASR); Nahrungsmittelverarbeitungsabfälle aus
der Herstellung verarbeiteter oder vorbereiteter Nahrungsmittel,
wie gefrorene Nahrungsmittel, vorbereitete, verzehrfertige Salatmischungen,
Mahlzeiten zum Aufwärmen
und Verzehren, Dosennahrung, und Nahrungsmittelservierbetrieben,
wie Restaurants, institutionelle Anbieter von Mahlzeiten, Anbietern
von Mahlzeiten für
Fluggesellschaften usw., Rückstände von
Fleisch, Knochen, Innereien, Haut, Gefügelabfall, Federn, Federmehl,
Haar, Haarmehl, Meeresfrüchtemehl,
Blut, Blutmehl, Knochenmehl usw. aus Schlacht- und Fleisch- und
Fischverpackungsbetrieben; Nutztier-, Geflügel- und Haustierkarkassen
con Farmen, Futtergrundstücken,
Schlachthäusern
und Tierkliniken, einschließlich
Rindern, Schafen, Ziegen, Schweinen, Pferden, Hühnern, Gänsen, Enten und praktisch jedes
anderen Tiers aus jeder Quelle für
Karkassen, Körperteile, Organe
oder Gewebe, die entsorgt werden müssen; Körperteile, Organe und Gewebe
aus medizinischen Einrichtungen; Fermentations- und Destillationsbetriebabfälle, wie
Sojasoßenabfall,
Wein- und Sakegärniederschläge, Tofurückstand,
Traubenschalen und -samen, Maische- und Sauermaischerückstand
usw., Käseherstellungsbetrieben,
Abfallrezyklierungsbetrieben, wie Papier, Kunststoffe, Reifen, Styrolschaum,
Karton usw., und anderen Dienstleistungs-, Verarbeitungs- und Herstellungsbetrieben,
die organische Materialien beinhalten. In der Kategorie der anorganischen
Substanz sind enthalten: Produktströme, Abfallströme und Materialien aus
Minenbetrieben, Eisen- und Stahlmühlenbetrieben, Schmelzbetrieben,
Brunnenbohrbetrieben, aus der Produktion von Zinkborat, Zinkoxid,
Magnesiumoxid, Siliziumdioxid, Titandioxid, Aluminiumoxidtrihydrat,
Keramikfasern, Eisenoxid, Gips, Gipskarton, Siliziumdioxid, Kalk,
Calciumcarbonat und dergleichen. Eine weitere, für die Erfindung geeignete Beschickung
ist kontaminierter Boden für
die Remediationsverarbeitung, z.B. mit Kohlenwasserstoffkraftstoffen,
Pestiziden, Nitraten, PCB und dergleichen kontaminierter Boden.
Wie für
den Fachmann ersichtlich ist, sind Gemische organischer und anorganischer
Abfallmaterialien für
die Erfindung geeignet. Die für die
Verwendung bei der Erfindung bevorzugte Abfallmaterialbeschickung
ist diejenige mit einem hohen Wassergehalt, wodurch diese Beschickung
für die
Behandlung oder Verarbeitung mit Verfahren des Standes der Technik
unökonomisch
oder unerwünscht
wird. Große
Bestandteile einer Abfallmaterialbeschickung, wie Abschnitte, Gebäudeabbruchmaterialien,
Obstkerne, Reifen, Knochen, Karkassen usw., werden bevorzugt auf
Partikelgrößen zerkleinert
oder geschreddert, die sich für
die Verarbeitung in den Systemen und der Ausrüstung eignen, die zur Durchführung der
Erfindung ausgewählt
werden. Die Größeneinstellung
kann unter Verwendung jeder geeigneten Ausrüstung erfolgen, wie Mühlen, Häcksler oder
Schredder. Die Größeneinstellung
sollte in einer geschlossenen Umgebung erfolgen, damit Aerosol-Pathogenemissionen
in die Außenwelt vermieden werden. Üblicherweise hat das Abfallmaterial
einen hohen Wassergehalt, wie im folgenden ausgeführt. Der
Begriff "Abfallmaterialbeschickung" wird hier auch so
verwendet, dass er Zwischenprodukte und Rohmaterialien für die weitere
Verarbeitung in andere Produkte, die keine Abfallprodukte sind,
enthält. Zum
Beispiel kann die Erfindung effiziente Verfahren und Systeme zur
Entfernung von Wasser aus Verfahrensströmen und/oder Erhitzen bereitstellen,
so dass ein Produktstrom (im Chargen- oder Durchlaufbetrieb) thermisch
in ein umgewandeltes oder reagiertes Produkt umgewandelt oder reagiert
werden kann. Weitere Beispiele für
die verschiedenen Anwendungen der Erfindung sind u.a. Trocknen und
Behandeln von Schalchtabfall zur Herstellung eines aufgeschlämmten oder
festen (z.B. granulierten) Tierfutters mit signifikantem Protein- und/oder
Calciumgehalt; Verarbeiten von Schnittholz- oder Papierherstellungsabfällen oder
-Zwischenproduktströmen
zur Herstellung rezyklierbarer Cellulose-, Papier- oder Holzmaterialien
oder -produkte, die sich zur Herstellung von Spanplatten oder Pappe
usw. eignen, oder zur Herstellung eines festen Cellulose- oder Holzprodukts,
das sich als Kraftstoff eignet; Trocknen und Verarbeiten von Kartoffelschalen
und anderem Abfall aus Kartoffelverarbeitungsbetrieben zur Herstellung
einer Tiernahrungsergänzung
oder eines Dünger-/Bodenbildungsprodukts;
Entfernen von Wasser aus und/oder Umwandeln (Kochen, Pasteurisieren,
Sterilisieren usw.) von Verfahrensströmen in Produktionsanlagen für menschliche
Nahrungsmittel, wie zur Produktion von Hafermehl, Cornflakes, Maissirup,
Maismehl, Kartoffelbrei, Zucker, Milch, Käse, Snacknahrungsmittel und
anderer Nahrungsprodukte, wie Haustiernahrung; und Entfernen von
Wasser aus und/oder Umwandeln oder Umsetzen von Verfahrensströmen in Arzneimittel-,
chemischen und anderen Herstellungsbetrieben. Es ist ersichtlich, dass
die erfindungsgemäßen Systeme
und Verfahren zur Verarbeitung einer Beschickung durch Dehydratisierung
ohne Umwandlung oder Umsetzung, durch Umwandlung oder Umsetzung
ohne Dehydratisierung oder durch jede Kombination oder jeden Anteil
beider verwendet werden können.
Die erfindungsgemäßen Systeme und
Gerä te
können
auch an die Installation bei bestimmten einzelnen anlagen angepasst
werden, so dass sie die Abfallströme davon kreuzen und verhindern,
dass diese Abfallströme
in städtische
Abwasserbehandlungssysteme eindringen und diese belasten. Zum Beispiel
leiten große
Nahrungsmittelverarbeitungsanlagen zur Herstellung fertiger mahlzeiten
für Institutionen,
Luftfahrtgesellschaften usw. üblicherweise
ihre Nahrungsabfallmaterialien in einen städtischen Abwasserkanal oder
auf eine städtische
Müllkippe.
Erfindungsgemäße Abfallverarbeitungssysteme
und -geräte
können
von ihrer Größe her so
ausgelegt und an einer solchen Anlage installiert werden, dass sie
diese Nahrungsabfallmaterialien verarbeiten und ein nützliches
Produkt erzeugen, wie eine Tiernahrung oder ein Dünger-/Bodenaufbauprodukt,
das ökonomischen
Wert besitzt, und die Belastung der städtischen Abwasserbehandlungsanlagen
verringern. Während
viele städtische
Abwasserbehandlungsanlagen ihre volle Kapazität erreichen und die Städte größeren Kapitelausgaben
zum Bau neuer oder größerer Anlagen
gegenüberstehen,
liefert die Erfindung eines ökonomisch
attraktive Alternative, indem Abfallströme an Ort und Stelle großer Herstellungsanlagen
verarbeitet werden, ein nützliches
Produkt erzeugt und die Belastung für das städtische Abwassersystem verringert
wird. Die erfindungsgemäßen Systeme
können
auch derart ausgelegt werden, dass sie an Ort und Stelle Rohabwässer, organischen
Gefahrenabfall usw. aus Bürogebäuden, Krankenhäusern, Hotels
usw. sanitär
behandeln und an Ort und Stelle einen Dünger, ein rezyklierbares oder
sicheres Entsorgungsprodukt erzeugen, wodurch die Belastung für das städtische
Abwassersystem weiter verringert wird. Dieser Aspekt der Erfindung,
der zur Verarbeitung von Tierabfallmaterial und städtischen
Abwässern
ausgelegt ist, ist in der gemeinsam abgetretenen, gleichzeitig angemeldeten
U.S.-Patentanmeldung mit der laufenden Nr. 10/894,645, eingereicht
am 19. Juli 2004, offenbart, deren Offenbarung hier vollinhaltlich
durch Bezugnahme aufgenommen ist.
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Die
Erfindung liefert eine einfachere, ökonomisch effiziente Alternative
zum Stand der Technik, die unter ihren bevorzugten Aspekten ein
zu 100% nutzbares Produkt bereitstellt, das eine 100%ige Umwandlung von
Abfallmaterialbeschickungsfeststoffen in nützliche Produkte liefert und
das im Stand der Technik ungelöste Problem
der Entsorgung von Feststoffen beseitigt, die aus verschiedenen
Abfallmaterialbeschickungsbehandlungen übrig bleiben. Die Erfindung
ist prinzipiell, je nach der zu behandelnden Abfallmaterialbeschickung,
zur Verarbeitung von Abfallmaterialien zu Nahrungsmittelprodukten,
Tierfutterprodukten, Kraftstoffprodukten, Dünger- oder Bodenaufbau-/Bodenergänrzungsprodukten,
zur effizienten Rezyklierung, Wiederherstellung, Wiederverwendung
oder zum Transport geeigneten Produkten und zu sicheren Produkten,
die sich zur umweltverträglichen
Nutzung und/oder Entsorgung eignen, nutzbar. Erfindungsgemäß können die
Tier- oder Pflanzennährwerte
in dem Produkt aus eine Abfallmaterialbeschickung maximiert werden,
wenn Kompostierung, Verdau, Verbrennung und Oxidation der Abfallmaterialbeschickung
verhindert oder zumindest minimiert werden. Bei der Erfindung zerstört oder
wandelt die Hochtemperaturbehandlung der Abfallmaterialbeschickung,
vorzugsweise durch direkten Kontakt mit heißen Gasen, z.B. > 1000°F, im Wesentlichen
alle in der Abfallmaterialbeschickung vorhandenen unerwünschten
Komponenten in harmlose Formen um, einschließlich Organismen, Mikroorganismen
(einschließlich
genetisch modifizierter Organismen, Bakterien, Pathogenen und anderen
Mikroorganismen), Samen, Pestiziden, Antibiotika, Hormonen, Prionen
und Viren, insbesondere wenn diese Wärmebehandlung für eine genügende Zeit
und ohne signifikante Oxidation, Verbrennung oder Pyrolyse der Abfallmaterialbeschickung
erfolgt. Die Behandlung bei genügend
hohen Temperaturen für
einen genügenden
Zeitraum in Abwesenheit von signifikanter Oxidation und/oder Pyrolyse "kocht" die Abfallmaterialbeschickung
oder wandelt sie anderweitig in ein selbstbindendes Produkt um,
wodurch sie zu herkömmlichen
Pellets, Granulaten, Prillen oder anderen Formen geformt werden
kann, gewöhnlich
ohne dass Bindemittel oder andere agglomerierende Additive zugegeben
werden müssen,
die eine genügende
physikalische Härte
und Festigkeit besitzen, dass sie in herkömmlichen Produkthandhabungs-
und -transportausrüstungen
und -betrieben verwendet werden können. Zusätzlich können die erfindungsgemäßen Verfahren
und Systeme derart ausgelegt werden, dass sie flüssige oder Schlammprodukte
erzeugen, die Abfallmaterialbeschickungen (einschließlich Verfahrenszwischenströmen oder
Zwischenprodukten) umfassen, die bis auf den gewünschten Feuchtigkeitsgehalt
dehydratisiert und/oder wie gewünscht
umgewandelt, umgesetzt oder physikalisch und/oder chemisch verändert wurden.
Die Erfindung stellt auch die Rückgewinnung
und Rezyklierung des Wassers bereit, das aus der Abfallmaterialbeschickung
entfernt wurde, wobei das Wasser als Verfahrenswasser, Viehtrinkwasser,
für Bewässerungs-
oder andere industrielle Zwecke verwendet werden kann, sowie die
Rückgewinnung und
Rezyklierung sämtlicher
Feststoffe (feiner oder anderer), die bei dem Verfahren produziert
werden, so dass nicht signifikant andere feste Produkte durch die
Erfindung produziert werden oder daraus hervorgehen als die gewünschten
Produkte, die sich zur kommerziellen Verwendung eignen. Die Auswahl
und Anpassung der erfindungsgemäßen Verfahren,
Geräte
und Systeme an die Behandlung und Verarbeitung einer bestimmten
Beschickung zur Herstellung eines bestimmten gewünschten festen, flüssigen oder
schlammförmigen
Produkts für
die Endanwendung, die Rezyklierung oder Entsorgung ist dem Fachmann
durch diese Offenbarung ersichtlich.
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Erfindungsgemäß ist die
effizienteste Weise zur Bereitstellung von Heißgasen für den Kontakt mit der Abfallmaterialbeschickung
das Abgas einer Gasturbine und vorzugsweise eines elektrischen Gasturbinengenerators.
Dem erfindungsgemäßen System
zufolge wird die Gasturbine mit lokal verfügbaren herkömmlichen Kraftstoffquellen
angetrieben, weil herkömmliche
Kraftstoffe den effizientesten, zuverlässigsten und am besten regelbaren
Betrieb der Gasturbine liefern. Die von dem Gasturbinengenerator
erzeugte Elektrizität
wird vorzugsweise als Erlösquelle
für den
Betrieb der Erfindung in das örtliche
Stromnetz verkauft. Die Elektrizität kann aber auch intern beim
Betrieb des erfindungsgemäßen Systems
oder in nahe gelegenen Betrieben als ergänzende Energiequelle oder bei
einer Kombination von Verwendungen zur Energie- und Wärmegewinnung
aus den erfindungsgemäß eingesetzten
Verfahren verwendet werden. Beim erfindungsgemäßen Betrieb ist es bevorzugt
und effizienter, dass die erzeugte elektrische Energie nur in das örtliche
Energienetz verkauft wird. Dadurch kann der Betrieb der erfindungsgemäßen Verfahren
und der erfindungsgemäßen Ausrüstung auf
effizienteste und wirksamste Weise zur Behandlung der Abfallmaterialbeschickung
variiert werden, so dass die gewünschte
Qualität
und Quantität
der Produkte erzeugt wird, ohne dass man sich um eine bestimmte
minimale oder notwendige Höhe
der Elektrizitätsausgabe
oder den Bedarf an einer unveränderten
Höhe der
Elektrizitätsausgabe
kümmern
muss oder dadurch beschränkt
wird.
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Ein
wichtiges Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens und erfindungsgemäßen Geräts ist,
dass die Gasturbine und der Abfallmaterialbeschickung-Trockenbehälter, der
das Abgas von der Gasturbine aufnimmt, miteinander verbunden sind,
so dass das Eindringen von Außenluft
in das Trockengefäß im Wesentlichen
ausgeschlossen ist. Der Trockenbehälter nimmt vorzugsweise die
Abgase direkt von der Gasturbine auf. Vorzugsweise werden 100% der
Abgase in den Trockenbehälter
geleitet, für
den effizientesten Betrieb vorzugsweise ohne dass sie durch einen
zwischengeschalteten Wärmemaustauscher,
Silencer oder andere Ausrüstung
geleitet werden, so dass der Trockenbehälter die maximale Wärme des
Gasturbinenabgases erhält. Man
erkennt jedoch, dass überschüssige Abgase,
die für
den Betrieb des Trockenbehälters
nicht benötigt
werden, abgezweigt werden können
und so die bei anderen Schritten der erfindungsgemäßen Systeme
oder bei anderen nahe gelegenen Betrieben benötigte Wärme bereitstellen können. Ebenfalls
bevorzugt stammen die Abgase aus herkömmlichen und effizienten Verbrennungsverhältnissen
in der Gasturbine, so dass die Abgase eine minimale oder beschränkte Menge
an freiem Sauerstoff, im Wesentlichen keinen unverbrannten Kraftstoff,
keine offene Flamme enthalten und dass die optimale Abgastemperatur
(EGT) erreicht wird, so dass pro verbrauchter Kraftstoffeinheit
die maximale Wärme
erzeugt wird. Wenn gewünscht
kann die Verbrennung bei einem stöchiometrischen Verhältnis für einen
Betrieb bei maximaler EGT und bei maximaler Temperatur und maximalem
Wärmeeintrag
für das
erfindungsgemäße Verfahren
und das erfindungsgemäße System
erfolgen. Das Fehlen von überschüssigem Sauerstoff
in den Abgasen, das Ausschließen
des Eindringens von Außenluft in
den Trockenbehälter,
das Fehlen einer offenen Flamme und der Betrieb bei den hier angegebenen
Temperaturen verhindert eine signifikante Oxidation der Abfallmaterialbeschickung
im Trockenbehälter,
erhält
den maximalen Nährwert
in der Abfallmaterialbeschickung, der dann auch im Endprodukt enthalten
ist, und wenn die Ausgabe des Trockenbehälters trocken ist, auch oxidierbares
Material, verhindert die Gefahr einer Beschädigung der Ausrüstung durch
Feuer und liefert einen Betrieb, der vor explosionsartigen Feuern
im Trockenbehälter
sicher ist. Das Fehlen von überschüssigem Kraftstoff
in den Abgasen verhindert, dass die Abgase eine Quelle für Kohlenwasserstoffe
sind, die von dem Dampfausstoß des
Betriebs abdestilliert werden müssen,
bevor dieser in die Atmosphäre
entlassen wird. Bei anderen bevorzugten erfindungsgemäßen Betrieben
kann es wünschenswert
oder wesentlich sein, dass Luft oder Sauerstoff in kontrollierten
Mengen oder Verhältnissen eingebracht
wird, so dass eine gewünschte
Oxidation der Abfallmaterialbeschickung im Trockenbehälter bereitgestellt
wird.
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Beim
Betrieb der erfindungsgemäßen Verfahren
und Geräte
ist bevorzugt, dass die Abfallmaterialbeschickung so frisch wie
möglich
ist, wenn es sich um ein organisches Material handelt, und dass
ein hoher Feuchtigkeitsgehalt akzeptabel ist. Anders gesagt, sollte
diese Abfallmaterialbeschickung vor der erfindungsgemäßen Verarbeitung
keiner Kompostierung, Zersetzung, keiner Fäulnis, keinem Verdau oder einer
anderen biologischen Umwandlung oder diesen so wenig wie praktikabel
unterworfen worden sein. Dies liefert den höchsten Nährwert und Gehalt an organischer
Substanz im Endprodukt und ist erwünscht, wenn das hergestellte
Produkt ein Nahrungsmittelprodukt, ein Tierfutterprodukt, ein Dünger oder
Bodenverbesserer oder ein anderes Produkt ist, bei dem der Nährwert oder
der Gehalt an organischer Substanz wichtig ist, wie im folgenden
angegeben, dies liefert auch die maximale Sequestrierung von Kohlenstoff
in einen Dünger
(und den Boden) und andere Produkte und verhindert, dass der Kohlenstoff
als Methan, CO2 und andere Treibhausgase in
die Atmosphäre
entlassen wird.
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Mehrere
bevorzugte Aspekte der Erfindung werden durch eine bevorzugte Gestaltung
der erfindungsgemäßen Systeme
effizient erreicht, wobei es sich um die Modularisierung der Verfahrenseinheiten
in auf Gleitschienen montierter oder anderer Form handelt, die sich
für den
LKW-Transport eignen. Dadurch kann die Größe des gesamten erfindungsgemäßen Systems
geeignet eingestellt und es kann an Ort und Stelle bei verschiedenen
Betrieben und Herstellungseinrichtungen platziert werden und gestattet
die Verarbeitung der Abfallmaterialbeschickung aus diesen Betrieben
und Anlagen unmittelbar nach ihrer Produktion. Dieses bevorzugte
System für
diese Betriebe liefert eine zusätzliche
Effizienz hinsichtlich Ökonomie
und Umwelt, weil es die Kosten und jegliche Umweltauswirkung des
Transports einer Abfallmaterialbeschickung an eine entfernte Stelle
für die
Verarbeitung oder Entsorgung überflüssig macht.
Durch die Beseitigung der Notwendigkeit, die Abfallmaterialbeschickung
von einer Stelle zu einer anderen zu transportieren, erhält man auch
den Nutzen einer biologischen Sicherheit zwischen den Anlagen, d.h.
sie beseitigt den Transport und die Verbreitung schädlicher
oder unerwünschter
Pflanzen- und Tierkrankheiten. Diese Gestaltung ermöglicht auch
die Verarbeitung einer Abfallmaterialbeschickung von Verbrauchern
oder Zwischenhändlern,
wobei die auf den LKW montierten Einheiten sich leicht von einer
Stelle der Abfallmaterialbeschickungsproduktion oder -lagerung zu einer
anderen bewegen können.
So wird die Nutzung der Kapitalinvestition in die Ausrüstungssysteme,
die zum Befördern
der Erfindung eingesetzt werden, maximiert. Die Tragbarkeit ermöglicht auch
eine volle Nutzung der erfindungsgemäßen Ausrüstung, die in ihrer Größe auf einen
effizienten, ökonomischen
Betrieb zugeschnitten und so auf Teilzeitbasis an jeder von mehreren
verschiedenen Betriebs- oder Herstellungsorten in einem bestimmten
Gebiet verwendet werden kann, in dem eine permanente Installation
an einer beliebigen einzelnen Stelle nicht benötigt wird oder ökonomisch
nicht zu rechtfertigen ist. Das erfindungsgemäße System kann in seiner Größe auch
auf einen einzelnen Betrieb oder einen einzelnen Herstellungsort
zugeschnitten wird und dort in Vollzeit stetig die Abfallmaterialbeschickung
verarbeiten, die an dieser Stelle stetig produziert wird, so dass
zu jedem Zeitpunkt, an dem die Herstellungsanlage betrieben wird,
eine Abfallmaterialbeschickungshalde oder überschüssige Abfallmaterialbeschickung
minimiert wird. Der modulare Aufbau gestattet auch einen maximalen
Rückgewinn
der Kapitalinvestition, wenn größere Mengen
Beschickung verfügbar
sind und mehrere erfindungsgemäßen modulare
Standardeinheiten platziert werden, damit sie dem zu verarbeitenden
Beschickungsvolumen entsprechen, (und keine große Einheit gestaltet und gebaut
wird). Die Installation mehrerer Einheiten liefert einen redundanten
Betrieb hinsichtlich der Wartung der Einheiten und die Flexibilität, dass
einige Einheiten an eine andere Stelle bewegt werden können, wenn
das Volumen der Beschickung an dieser Stelle abnimmt.
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Bei
der Verwendung dieser Erfindung ist bevorzugt, dass die Abfallmaterialbeschickung
einen hohen Feuchtigkeitsgehalt hat, wie mindestens 30 Gew.-% Wasser,
vorzugsweise mindestens 50% und am stärksten bevorzugt mindestens
70%. Der hohe Wassergehalt erleichtert eine maschinelle Handhabung
des Rohmaterials und dessen Vorbereitung für die Verwendung durch Vermischen
und Mischen zu einer gleichmäßigen Beschickung. Üblicherweise
wird die Abfallmaterialbeschickung insbesondere bei Schlacht-, Farm-,
Forst-, Landschaftsgestaltungs- und ähnlichen Betrieben durch Schnecken,
Ladeschaufeln, Tieflöffelbagger,
Förderbänder und
dergleichen bewegt. Bei diesen und anderen Betrieben kann die Abfallmaterialbeschickung jedoch
in Form eines pumpbaren Schlamms vorbereitet werden, wobei der Wassergehalt
der Abfallmaterialbeschickung bis zu 90%, 95% oder sogar 98% betragen
kann. Außerdem
kann die Abfallmaterialbeschickung eine Lösung sein, in der alle Feststoffe
gelöst
sind, wobei die Feststoffe ausgefällt werden, wenn das Wasser
aus der Beschickung in dem erfindungsgemäßen Verfahren und den erfindungsgemäßen Systemen
verdampft wird. Die Erfindung kann solche Abfallmaterialbeschickung
mit hohem Wassergehalt effizient und ökonomisch verarbeiten, so dass
nicht nur der Feststoffgehalt in Form eines Endprodukts, sondern
auch das Verfahrenswasser rückgewonnen
wird, das für
die industrielle oder Verfahrensnutzung, als Viehtrinkwasser, zur
Ernte- oder Landschaftsbewässerung
usw. rezykliert werden kann. Die Erfindung kann Abfallmaterialbeschickungen
mit hohem Wassergehalt effizient und ökonomische handhaben, weil überschüssiger Dampf,
der im Trockengefäß erzeugt
wird, stromabwärts,
stromaufwärts
oder von nahe gelegenen Betrieben genutzt werden kann, beispielsweise
zum Vorerhitzen der Abfallmaterialbeschickung, als Verfahrenswärme usw.
Die Abfallmaterialbeschickungen mit hohem Wassergehalt werden nicht
in offenen Teichen aufbewahrt, wie es in vielen Industrie- und Herstellungsbetrieben
herkömmlicherweise
gemacht wird. Die Erfindung ermöglicht
das Halten des Abfallmaterials in Behältern oder Tanks für eine im
Wesentlichen unmittelbare Verarbeitung, wodurch Luftverschmutzung,
Geruch und Umweltprobleme in Verbindung mit offenen Teichen beseitigt
werden. Die Erfindung kann, wie hier offenbart, derart ausgelegt
werden, dass sie nicht nur das Wasser und die Feststoffe aufnimmt
und verarbeitet, sondern auch die in einem Herstellungsbetrieb produzierten
Gase. In einigen Fällen
kann es aus Gründen
eines ökonomischen
Betriebs wünschenswert
sein, ein Teil des Wassers von den Abfallmaterialien mit hohem Wassergehalt
z.B. durch Zentrifugen, Filter oder Pressen mechanisch abzutrennen,
bevor das Abfallmaterial in dem erfindungsgemäßen System verarbeitet wird.
Dieses abgetrennte Wasser kann für
die Nutzung, wie oben angegeben, rezykliert werden. Es ist ersichtlich,
dass Beschickungen gemischt werden können, so dass ein gewünschter
kombinierter Wassergehalt (feuchte und trockene Beschickung) für die Verarbeitung
leichter erhalten wird und gewünschte
Produkteigenschaften bereitgestellt werden.
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Man
erkennt, dass eine Rohabfallmaterialbeschickung üblicherweise andere Materialien
enthält,
wie Stroh, Ranken, Draht, Erde, Steine, Jute- oder Kunststoffbeutel
usw. Solche Materialien sind bei der Erfindung ohne nachteilige
Wirkung als Teil der Abfallmaterialbeschickung verarbeitbar, vorausgesetzt
die Mengen dieser anderen Materialien sind nicht ungewöhnlich hoch.
Gewöhnlich
ist jedoch bevorzugt, dass solche Materialien, insbesondere Steine,
Draht und dergleichen, die den Trockenbehälter oder stromabwärts gelegene
Verfahrensausrüstung
beschädigen
könnten,
abgetrennt werden. Ansonsten kann es wünschenswert sein, wenn die
Abfallmaterial beschickung durch Häckseln, Mahlen oder eine andere
Vorbereitung vorbereitet wird, so dass Inhaltsstoffe, wie Ranken,
Beutel und dergleichen in kleine Stücke zerkleinert und so in das
Endprodukt verarbeitet werden können,
ohne dass sie den normalen Betrieb der erfindungsgemäßen Verfahren
und Geräte
oder die Endanwendung des Produkts signifikant behindern. Es sollte
beachtet werden, dass solche Materialien, die entweder inert oder
biologisch abbaubar sind, in dünger-
oder Tierfutterprodukten ohne nachteilige Wirkung enthalten sein
können,
was besonders erwünscht
sein kann, wenn es nicht ökonomisch
effizient ist, diese Materialien aus der Abfallmaterialbeschickung
oder während
der erfindungsgemäßen Verarbeitung zu
entfernen. Die Vorbereitung der Abfallmaterialbeschickung durch
Mahlen, Schnitzeln, Häckseln,
Zerbrechen usw. verbessert nicht nur die Gleichförmigkeit der Beschickung für die Verarbeitung,
sondern erleichtert auch die Zugabe anderer Materialien zu der Beschickung,
wie Stroh, Holzspäne,
Hofabfall usw., wie oben angesprochen. Außerdem kann die Vorbereitung
der Abfallmaterialbeschickung einen Waschschritt beinhalten, der
bei sehr trockenem Abfallmaterial nützlich sein kann, wodurch ein übermäßiger Salzgehalt
oder andere Bestandteile entfernt werden, die im Endprodukt möglicherweise
nicht erwünscht
sind.
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Der
Begriff "Gasturbine" wird hier so verwendet,
dass er alle Turbinenmotoren mit einer Kompressorturbinenstufe,
einer Verbrennungszone und einer Abgasturbinenstufe umfasst und
beinhaltet, der in der Lage ist, Abgastemperaturen von mindestens
500°F, vorzugsweise
mindestens etwa 700°F,
stärker
bevorzugt mindestens etwa 900°F
und am stärksten
bevorzugt mehr als etwa 1000°F
zu erzeugen. Gasturbinen sind die Wärmequelle, die bei der Erfindung
aufgrund ihres effizienten Betriebs und ihrer hohen Wärmeausgabe
bevorzugt verwendet wird. Der Gasturbinengenerator wird weiterhin
bevorzugt bei der Erfindung aufgrund der Energieproduktion durch
den Generator verwendet, wobei die Energie verwendet oder verkauft
werden kann und so den Betrieb des erfindungsgemäßen Systems ökonomischer
macht. Der Generator ist gewöhnlich
ein elektrischer Generator, weil die produzierte Elektrizität gut genutzt
und/oder verkauft werden kann. Der Generator kann jedoch jeder andere
gewünschte
Energiegeneratortyp sein, wie eine hydraulische Pumpe oder ein Powerpack,
der hydraulische Motoren an Pumpen, Schnecken, Förderbändern oder anderen Ausrüstungstypen im
erfindungsgemäßen System
oder Ausrüstung
in anderen nahe gelegenen Betrieben antreiben kann. Die Wärmeanforderungen
und die Systemökonomie
bestimmen, ob eine Gasturbine oder ein Gasturbinengenerator verwendet
wird. Sind Abgase mit höherer
Temperatur und eine höhere
Wärmeausgabe
aus einer gegebenen kleineren Gasturbine gewünscht, kann es wünschenswert
sein, eine Gasturbine anstelle eines kleineren Gasturbinengenerators
zu verwenden. Verglichen mit der Gasturbine dehnt der Gasturbinengenerator
die Abgase durch Absor bieren von Energie zum Antreiben des Generators
weiter aus und kühlt
sie ab, während
diese Energie in einer Gasturbine in Gasen mit höherer Temperatur enthalten
ist, die im erfindungsgemäßen Trockenbehälter verwendet
werden können.
Dies kann eine Möglichkeit
sein, wenn es bei der Durchführung
der Erfindung hinsichtlich der Ökonomie
wichtiger ist, dass man über
kleine (mit einem LKW beförderbare)
Hochtemperatureinheiten als über
den Rückgewinnstrom
oder den ökonomischen
Nutzen der Elektrizität
oder einer anderen Energieproduktion durch die Gasturbine verfügt.
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Die
Gasturbine oder der Gasturbinengenerator, die für die Erfindung geeignet sind,
können
mit Kraftstoff aus jeder beliebigen Quelle mit jedem für die bestimmte
Gasturbine und für
die erfindungsgemäß ausgestaltete
Verfahrensausrüstung
geeigneten Kraftstoff beschickt werden. Die bevorzugten und herkömmlichen Kraftstoffe
sind mercaptanfreies Erdgas, Diesel-, Kerosin- und Jetkraftstoff,
weil die Gasturbinen derart ausgelegt sind, dass sie am effizientesten
mit Kraftstoffen dieser Typen von guter Qualität laufen, und weil sie allgemein
verfügbar
sind, besonders an abgelegenen landwirtschaftlichen Betrieben, an
denen diese erfindungsgemäßen Einheiten
oft am effizientesten aufgestellt werden. Zu anderen Kraftstoffen,
die zum Antreiben der Gasturbine verwendet werden können sind
aber auch Methan, Propan, Butane, Wasserstoff und Biogas sowie Kraftstoffe
aus biologischen Flüssigkeiten
(wie Methan, Öle,
Diesel und Ethanol). Weil das erfindungsgemäße System keinen biologischen
Kraftstoff produziert, muss der Kraftstoff für die bei der Erfindung verwendete
Gasturbine, vorzugsweise über
eine Pipeline, an der Stelle verfügbar sein, an der die Erfindung
genutzt wird. Ist örtlich
kein Kraftstoff verfügbar,
kann ein Kraftstoff wie Diesel nach Bedarf mit LKWs an Ort und Stelle
transportiert werden.
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Beispiele
für kommerziell
erhältliche
Gasturbinen und Gasturbinengeneratoren, die für die Erfindung geeignet sind,
sind u.a. die folgenden (die nominellen Megawatt-(MW-) Ausgaben
sind ungefähre
Werte):
- – Rolls
Royce Gas Turbine Engines Allison 501-KB5, -KB5S or -KB7 mit einer
nominellen Ausgabe unter Standardbedingungen von 3,9 MW
- – European
Gas Turbines Tornado mit einer nominellen Ausgabe von 7,0 MW
- – Solar
Mars 90 mit einer nominellen Ausgabe von 9,4 MW und Solar Mars 100
mit einer nominellen Ausgabe von 10,7 MW
- – Solar
Tarus 60 mit einer nominellen Ausgabe von 5,5 MW und Solar Tarus
70 mit einer nominellen Ausgabe von 7,5 MW
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Für eine nominelle
Ausgabekapazität
von 2,5 metrischen Tonnen/Std. (2500 kg/Std.) kann je nach der Wärmeisolation
der Wäremrückgewinnungseffizienzen,
für die
das Gesamtsystem ausgelegt ist, eine Gasturbinengröße von etwa
4 MW verwendet werden. Bei kleinen Sattelauflieger- oder LKW-Systemen
können
die Einhei ten kleiner bemessen sein. Bei kleineren Produktausgabesystemen,
wie einer Produktausgabe von 0.3 metrischen Tonnen/Std., können je
nach den Systemeffizienzen und den erforderlichen Wärmeeingabebereichen
kleine Gasturbinen verwendet werden, wie die Generatoren Solar Saturn
0,8 MW, Solar Spartan 0,2 MW oder Capstone 0,5 MW oder 0,3 MW. Es
ist ersichtlich, dass erfindungsgemäße Systeme auch derart ausgelegt
sein können,
dass sie die Abgaswärme
aus Kolbenmotoren, wie Benzin- oder Dieselgeneratoren, nutzen.
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Der
bei der Erfindung verwendete Trockenbehälter kann jeder Typ oder jede
Bauweise sein, die sich zum Trocknen der verfügbaren Abfallmaterialbeschickung
eignet und für
die Aufnahme der Gasturbinenabgase und die Aufnahme der Abfallmaterialbeschickung
ausgelegt werden kann, ohne dass eine erhebliche Menge Außenluft
in die Trockenkammer des Trockenbehälters eindringen, in der die
Abgase mit der Abfallmaterialbeschickung in Kontakt kommen. Das
Ziel der Gestaltung der Verbindung zwischen Gasturbinenauslass und Trockenbehälter ist
für die
Zwecke der Erfindung, dass das Eindringen jeglicher signifikanter
Außenluft
in den Trockenbehälter
verhindert wird. Dies trägt
dazu bei, eine signifikante Oxidation der Abfallmaterialbeschickung zu
verhindern. Wie bereits ausgeführt,
ist dies bevorzugt, damit organische Substanz, Kohlenstoff- und/oder Nährwerte,
die in diesen Abfallmaterialbeschickungstypen enthalten sind, erhalten
werden, damit Feuer verhindert wird und ein sicherer Betrieb bereitgestellt
wird. Wie bei der Erfindung verwendet, ist bevorzugt und wird erwartet,
dass die Turbine bei einem herkömmlichen
Verhältnis
zwischen Kraftstoff und Verbrennungsluft betrieben wird, so dass
die effizienteste Abgastemperatur (EGT) für den Trockenbehälter erzeugt
wird und in den Trockenbehälter
eintretende Gase produziert werden, die ein Mindestmaß an freiem
Sauerstoff enthalten. Der Fachmann erkennt aus der Offenbarung der
Erfindung, dass andere Quellen für
Heißgase
als eine Gasturbine verwendet und mit dem Trockenbehälter verbunden
werden können,
wie der Ausstoß von
herkömmlichen Öl- oder
Gasbrennern und Kolbenmotoren, vorausgesetzt, dass sie unter herkömmlichen
Verbrennungsverhältnisbedingungen
betrieben werden, damit im Abgas der freie Sauerstoff begrenzt wird,
oder in einem stöchiometrischen
Verhältnis,
damit es keinen freien Sauerstoff gibt, und mit dem Trockenbehälter derart
verbunden sind, dass Außenluft
nicht signifikant in den Trockenbehälter eindringen kann, so dass
eine signifikante Oxidation der Beschickung verhindert wird. Natürlich kann
eine solche alternative und zusätzliche
Quelle für Heißgase gegebenenfalls
mit dem erfindungsgemäßen Trockenbehälter verbunden
und dazu verwendet werden, den Abgasausstoß der Gasturbine zu ergänzen, so
dass eine zusätzliche
Wärmeeingabekapazität an den Trockenbehälter bereitgestellt
wird, wird diese für
die Aufnahme des Betriebs, für
die Abschaltung oder unter Einschaltstoßbedingungen oder als Sicherungssystem,
falls sich die Gasturbine abschaltet, benötigt.
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Man
erkennt, dass bei einigen erfindungsgemäßen Arbeitsschritten nicht
die gesamte Außenluft
ausgeschlossen werden kann und eine Oxidation der Beschickung nicht
vollständig
ausgeschlossen werden kann, hauptsächlich aufgrund der Luft, die
in der Abfallmaterialbeschickung enthalten und darin eingeschlossen
ist, der Luft, die in der Feuchtigkeit gelöst ist, die in der Abfallmaterialbeschickung
enthalten ist, und von überschüssiger Luft,
die in den Turbinenabgasen in Zeiträumen enthalten sein kann, in
denen kein stöchiometrisches
Verhältnis
zwischen Kraftstoff und Luft erreicht wird. Außerdem kann in einigen Fällen Sauerstoff
aus den organischen und anderen Materialien erzeugt oder freigesetzt
werden, die in der Abfallmaterialbeschickung enthalten sind, wenn
die thermische Behandlung und Umwandlung erfolgt und diese Materialien
zersetzt oder umwandelt. Daher werden die hier verwendeten Begriffe,
die sich auf "Verhindern
des Eindringens von Luft", "ohne signifikante
Oxidation" und dergleichen
beziehen, in dem obigen Betriebszusammenhang und mit dem Verständnis und
der beabsichtigten Bedeutung verwendet, dass die Luft oder der Sauerstoff,
die in das System als Teil der Abfallmaterialbeschickung oder der
Abgase eindringen oder durch den thermischen Umwandlungsprozess
produziert werden, nicht ausgeschlossen werden sollen und dass die
Oxidation, die infolge dieser mit der Abfallmaterialbeschickung
in das System eindringenden auftreten kann, nicht verhindert werden
soll. Ein derartiges Ausmaß an
Oxidation wird jedoch im Umfang, im Kontext und in der Praxis der
Erfindung oder der Bedeutungen dieser Begriffe, wie hier verwendet,
als nicht signifikant angesehen. Ebenso wird hier "ohne signifikante
Pyrolyse" so verwendet,
dass es bedeutet, dass nicht mehr als ein unerheblicher Anteil der
Abfallmaterialbeschickung pyrolysiert wird, z.B. wie im U.S.-Patent
6,039,774. Pyrolyseprodukte sind bei den erfindungsgemäßen Verfahren
und Produkten unerwünscht,
und die erfindungsgemäßen Verfahren
und die erfindungsgemäße Ausrüstung werden
derart betrieben, dass das gewünschte
Trocknen der Abfallmaterialbeschickung und die gewünschte Umwandlung
und Zerstörung
von verschiedenen Abfallmaterialbeschickungskomponenten, wie Pestiziden,
Prionen, Orgnaismen, Samen usw., erreicht wird, aber sie werden derart
betrieben, dass eine signifikante Oxidation und vorzugsweise eine
signifikante Pyrolyse verhindert wird oder Oxidation und Pyrolyse
zumindest minimiert werden. Anhand der Offenbarungen wird für den Fachmann ersichtlich,
dass bei einigen Anwendungen der Erfindung die Abgastemperaturen,
die Kontaktzeiten und/oder Verweilzeiten im Trockenbehälter, der
Feuchtigkeitsgehalt der Feststoffe und der Dampfphase im Trockengefäß und andere
Variablen für
die Verarbeitung einer bestimmten Abfallmaterialbeschickung geregelt
werden müssen,
damit die erwünschten
Ergebnisse erzielt werden und der Nährwert in den Endproduk ten
maximiert wird. Bei anderen Anwendungen der Erfindung können die
erfindungsgemäßen Temperaturen,
Kontaktzeiten und andere Betriebsparameter so angepasst werden,
dass ein gewünschtes
Ausmaß oder
ein gewünschter Grad
an Oxidation oder Pyrolyse erhalten wird, wenn die Eigenschaften
des Endprodukts, das unter Verwendung der erfindungsgemäßen Systeme
hergestellt werden soll, eine Oxidation oder Pyrolyse der Beschickung erforderlich
machen.
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Eine
trockene oder feuchtigkeitsarme Abfallmaterialbeschickung hat wahrscheinlich
mehr Luft in ihren Zwischenräumen
zwischen den Partikeln eingeschlossen als eine feuchte Abfallmaterialbeschickung
oder eine Abfallmaterialbeschickung mit hohem Feuchtigkeitsgehalt.
Die Beseitigung dieser eingeschlossenen Luft aus der trockenen Abfallmaterialbeschickung,
bevor sie in den Trockenbehälter
eingebracht wird, kann allgemein nicht ökonomisch durchführbar sein.
Angesichts bestimmter Aspekte des Betriebs der Erfindung ist es
jedoch oft zu bevorzugen, wenn Abfallmaterialbeschickung mit hohem
Feuchtigkeits- und kleinem Luftgehalt verwendet wird, und es kann
bevorzugt sein, vor der Verarbeitung in den erfindungsgemäßen Systemen
Wasser zu einer trockenen Abfallmaterialbeschickung hinzu zugeben,
so dass die Luft daraus verdrängt
wird. Vorzugsweise minimiert man das Einbringen von Luft und Sauerstoff
in den Trockenbehälter,
damit eine signifikante Oxidation der Nährstoffkomponenten des Abfallsmaterials
verhindert wird, sowie anderer Bestandteile der Beschickung, wie
Stroh, Staub usw., die zu einer Feuer- oder Sicherheitsgefahr werden
können,
wenn überschüssige Luft
oder Sauerstoff sich in dem Trockenbehälter befinden würden.
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Das
Ausschließen
der Außenluft
ist auch hinsichtlich der ökonomischen
Effizienz bevorzugt, weil das Erhitzen von überschüssiger Außenluft zusammen mit dem Erhitzen
der Abfallmaterialbeschickung die Effizienz des Verfahrens verringert.
In einigen Fällen,
in denen die Abfallmaterialbeschickung einen sehr niedrigen Feuchtigkeitsgehalt
hat oder für
den bevorzugten erfindungsgemäßen Betrieb
zu trocken ist, kann Wasser zu der Beschickung, zum Turbinenabgas,
zum Turbineneinlass oder zum Trockenbehälter gegeben werden, damit
der Feuchtigkeitsgehalt im Trockenbehälter auf ein Ausmaß für einen
effizienten Betrieb steigt und damit ein Feststoffmaterial aus dem
Trockenbehälter
mit einem gewünschten
Feuchtigkeitsgehalt und gewünschten selbstbindenden
Eigenschaften produziert wird. Die Zugabe von Wasser zu einer trockenen
Abfallmaterialbeschickung und anschließendes Mischen, Kneten oder
Pressen, wie beim Schwadenmischen und -pressen mit einer Walze,
kann auch dazu dienen, dass Luft aus der Beschickung gedrängt wird,
bevor sie in den Trockenbehälter
eingebracht wird. Bei sehr trockenen Abfallmaterialbeschickungen
kann Wasser als ein Verfahrenshilfsstoff angesehen wird, der vor
dem Einbringen in den Trockenbehälter
zugegeben wird.
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Man
erkennt, dass der Betrieb des Trockenbehälters normalerweise dazu dient,
die Abfallmaterialbeschickung zu trocknen oder ihren Feuchtigkeitsgehalt
zu verringern, er dient aber auch dazu, die Hochtemperaturerwärmung der
Abfallmaterialbeschickung zu erzielen, damit ungewünschte Bestandteile
umgewandelt oder zerstört
werden und eine chemische oder thermische Veränderung in der Beschickung
erreicht wird, so dass die im Endprodukt gewünschten Eigenschaften bereitgestellt
werden. Wie erwähnt,
ist ein Aspekt der Erfindung die thermische Umwandlung der verschiedenen
Bestandteile der Abfallmaterialbeschickung ohne signifikante Oxidation
durch Außenluft.
Weil die Bestandteile der Abfallmaterialbeschickungen im Speziellen
zahlreich und unterschiedlich sind, ist nicht eindeutig geklärt, welche
spezifischen chemischen Reaktionen bei den verschiedenen thermischen
Umwandlungen stattfinden, und die Anmelder möchten sich nicht an spezifische Theorien
oder Spekulationen in dieser Hinsicht binden. Es wurden jedoch bestimmte
Beobachtungen gemacht, und das Verständnis der folgenden Beobachtungen
versetzt den Fachmann weiter in die Lage, die Erfindung wirksam
und effizient auszuführen.
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Zunächst erfolgt
die thermische Umwandlung und Zerstörung unerwünschter Komponenten, wie Organismen,
Chemikalien usw., wie in der Offenbarung an anderer Stelle erläutert. Zweitens
erfolgt die thermische, chemische oder physikalische, Umwandlung
verschiedener Bestandteile in der Abfallmaterialbeschickung. Zum
Beispiel kann das hergestellte Produkt ein im Wesentlichen selbstbindendes
festes Produkt sein, das ohne Zugabe von Bindemitteln oder ähnlichen
Materialien zu Pellets, Granulaten oder Prillen mit hoher physikalischer
Festigkeit geformt werden kann. Bei der Durchführung der Erfindung können zwar
herkömmliche
Bindemittel zur Herstellung pellettierter, ganulierter oder geprillter
Feststoffprodukte verwendet werden, aber vorzugsweise wird bei derartigen
Temperaturen und Verweilzeiten für
die thermische Behandlung gearbeitet, dass ein Material produziert
wird, das selbstbindend ist und ohne Zugabe von Bindemitteln pellettiert/ganuliert/geprillt
werden kann. Wird die organische Substanz in der Beschickung chemisch
verändert
und/oder thermisch umgewandelt, ähnlich
wie beim "Kochen", wird angenommen,
dass sie in gewissem Ausmaß Liganden,
Cellulose, Stärke,
Kohlenhydrate usw. in Materialien umwandelt, die im Endprodukt als
Bindemittel wirken können.
Dies liefert ein derartiges Bindungsprofil, dass ein Endprodukt
mit derartigen Partikelfestigkeiten und rieselfähigen, nicht zusammenballenden
und nichtbröckelnden
Eigenschaften möglich
wird, dass es für
die Handhabung, den Transport und die Anwendungsausrüstung herkömmlicher
Trocknprodukte geeignet ist. Abfallmaterialbeschickungen mit einem
Bereich von einem sehr hohen bis zu sehr niedrigen Anteil an organischer Substanz
können
in selbstbindende Materialien umgewandelt werden, die Pellt-, Granulat-
oder Prillprodukte mit guter Festigkeit bilden, ohne dass zusätzliche
Bindemittel hinzugefügt
wer den. Natürlich
können,
wenn gewünscht,
zusätzliche
Bindemittel zugegeben werden, um die Festigkeitseigenschaften von
einem der erfindungsgemäßen Festprodukte
zu verbessern. Drittens erkennt man, dass bei einigen Arbeitsschritten
der Verarbeitung einer Abfallmaterialbeschickung mit sehr niedrigem
Feuchtigkeitsgehalt eventuell keine signifikante Trocknung erfolgen
kann, d.h. der Feuchtigkeitsgehalt der Beschickung, die in den Trockenbehälter kommt, kann
im Wesentlichen der gleiche sein wie bei dem Material, das aus dem
Trockenbehälter
austritt, so dass der Trockenbehälter
im Wesentlichen als Ofen wirkt. In diesem Fall ist die wichtige
stattfindende Verarbeitung die thermische Behandlung oder Umwandlung
und/oder die chemische Veränderung
(das "Kochen") mindestens eines
Teils der organischen Substanz oder anderer, in der Beschickung
vorhandener Bestandteile.
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Die
Trockenbehältertypen,
die bei der Erfindung verwendet werden können, sind zum Beispiel eine Trockentrommel
mit oder ohne innere Schaber, Rührplatten
und/oder -paddel, stationäre "Igel"-Trommeltrockner
mit oder ohne Schaber und/oder Rührplatten
und/oder -paddel, Backofen und andere, die für den Fachmann offensichtlich
sind. Beispiele für
kommerziell erhältliche
Trockenbehälter,
die für
die Erfindung geeignet sind oder an die Verwendung bei der Erfindung
angepasst werden können,
sind u.a. Scott AST DryerTM-Systeme, Simon
Dryer Ltd.-Trommeltrockner, Wyssmont-Turbotrocknersysteme und Trockner
von Duske Engineering Co., Inc. Weitere Beispiele für Trockenbehälter, die
für die
Erfindung geeignet sind oder an die Verwendung bei der Erfindung
angepasst werden können,
sind in den U.S.-Patenten 5,746,006 an Duske et al. und 5,570,517
und 6,367,163 an Luker offenbart, deren Offenbarungen hier vollinhaltlich
durch Bezugnahme aufgenommen sind.
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Wie
bereits erwähnt,
wirkt der "Trockenbehälter" nicht notwendigerweise
immer hauptsächlich
als Trockner zur Entfernung von Feuchtigkeit aus der Abfallmaterialbeschickung
in dem erfindungsgemäßen System.
Der Trockenbehälter
wirkt auch als Wärmebehandlungs-/Umwandlungs-/Veränderungsbehälter oder -ofen,
in dem die Abfallmaterialbeschickung auf genügend hohe Temperaturen für ausreichende
Zeiten erwärmt
wird, dass die gewünschten
Endmaterialien und -produkte, wie hier offenbart, erzeugt werden.
Außerdem
muss der Trockenbehälter
keinen direkten Kontakt zwischen den Turbinenabgasen oder einer
anderen Wärmequelle
und der Abfallmaterialbeschickung bereitstellen. Er kann indirektes
Erwärmen
der Abfallmaterialbeschickung bereitstellen, wodurch das erfindungsgemäß gewünschte Trocknen
und/oder die Wärmebehandlung/Umwandlung/Veränderung
erreicht werden. Der Trockenbehälter
kann mit einem geeigneten Material ausgekleidet sein, wodurch Korrosion,
Erosion oder übermäßiger Verschleiß verhindert
oder verringert werden. Man erkennt, dass die erfindungsgemäßen Systeme
an die Durchführung
verschiedener Funktionen in verschiedenen Bauweisen bei einer besonderen
Installation oder einem bestimmten Betrieb angepasst werden können. Zum
Beispiel können
zwei Trockenbehälter
in Reihe betrieben werden, wobei eine Beschickung mit hohem Wassergehalt
im ersten Trockenbehälter
getrocknet und dann die Ausgabe aus dem ersten Trockenbehälter im
zweiten Trockenbehälter
thermisch behandelt wird, so dass die gewünschte chemische oder physikalische
Umwandlung oder Veränderung
erreicht wird. Bei dieser Anordnung können die Abgase von einem einzigen
Gasturbinenabgas stammen, das zwischen den zwei Trockenbehältern aufgeteilt
wird, oder von zwei separaten Gasturbinen zugeführt werden. Aus diesem Beispiel
ist ersichtlich, dass die erfindungsgemäßen Verfahren, Geräte und Systeme
an den Betrieb verschiedener Ausrüstungsbestandteile in Reihe
oder parallel angepasst und verschiedene gewünschte Verarbeitungsfunktionen
gemäß den erfindungsgemäßen Lehren
ausüben
können,
so dass ihr wirksamer und ökonomischer
Betrieb erreicht wird.
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Ein
weiterer Aspekt des an die Verwendung bei der Erfindung angepassten
Trockenbehälters
ist, dass der Trockenbehälter
vorzugsweise auch als Silencer für
die Gasturbine oder einen anderen Motor dient, der die Heißgase liefert.
Bekanntlich erzeugen Gasturbinen (im Wesentlichen Düsenflugzeugmotoren)
eine große Geräuschbelastung
der nahen Umgebung. Für
stationäre
Gasturbinen, die zur Erzeugung von elektrischer Energie oder für andere
Zwecke verwendet werden, wird gewöhnlich durch örtliche,
staatliche oder Bundesgesetze ein Schalldämpfer gefordert, der zur Dämpfung der
Lautstärke
des Ausstoßes
der Gasturbine auf annehmbare Pegel installiert werden muss. Diese
Schalldämpfer
bieten ökonomische
Nachteile hinsichtlich der Kosten und erzeugen einen Rückschlagsdruck
auf den Ausstoß der
Gasturbine, der die Effizienz des Gasturbinenbetriebs verringert.
Aufgrund der Verbindung zwischen dem Gasturbinenausstoß und dem
Trockenbehälter,
die vorzugsweise gegenüber
der Außenluft
abgeschlossen ist, bietet die Erfindung den Vorteil, dass der Trockenbehälter wirksam
als Schalldämpfer
für die
Gasturbine dient. Dies ist zumindest teilweise das Ergebnis der
inneren Bauweise des Trockenbehälters
in Verbindung mit dem Vorliegen einer Abfallmaterialbeschickung mit
hohem Wassergehalt, wobei diese Kombination die Lautstärke des
Gasturbinenausstoßes
wirksam dämpft.
Ein weiterer Grund ist, dass das stromabwärts gelegene Ende des Trockners
ebenfalls gegenüber
der Atmosphäre
abgeschlossen ist, weil Dampf und Abgase vom Trockenbehälter für die Kondensation,
Reinigung, Rezyklierung und zur Wärmerückgewinnung bei der stromabwärts folgenden
Verarbeitung in einem geschlossenen System gesammelt werden, bevor
sie in die Atmosphäre
ausgestoßen
werden. Für
den Fachmann ist ersichtlich, dass die Möglichkeit zum Ablassen an verschiedenen
Punkten im Verfahren und im Ausrüstungssystem
wünschenswert
sein kann, damit man Ein- und Ausschalten, Zusammenbruch oder variable Beschickung
behandelt werden können,
das aber normalerweise als geschlossenes System betrieben wird, aus
dem nur das Endprodukt entnommen und Reingas abgelassen wird. Das
Turbinenabgas kann gegebenenfalls teil- oder zeitweilig komplett
auf andere, stromabwärts
gelegene Einheiten umgeleitet werden, wobei der Trockenbehälter umgangen
wird, wenn es als ergänzende
Wärme in
anderen Verfahrenseinheiten zum Ein- und Ausschalten oder für einen
Zusammenbruch benötigt
wird.
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Die
Erfindung liefert den weiteren Vorteil, dass der Dampf und die Abgase
am Auslassende des Trockenbehälters
mit einem geeigneten Gebläse,
Ventilationsgebläse
usw. abgezogen werden können.
Dadurch werden der Druck am stromaufwärts gelegenen Einlass des Trockenbehälters sowie
der Rückschlagdruck
auf den Turbinenausstoß kleiner.
Dies erhöht
die Effizienz des Gasturbinenbetriebs und wird ermöglicht,
weil die Verbindung zwischen dem Gasturbinenausstoß und dem
Trockenbehälter
nicht für
Außenluft
offen ist. Selbstverständlich
kann das kommerzielle Systemdesign eine Entlüftung oder sogar einen herkömmlichen
Schalldämpfer
beinhalten, die über
ein T oder eine andere Bauweise in die Verbindung zwischen dem Gasturbinenausstoß und der
Trockenbehälter
einmünden
und während
des Ein- und Ausschaltens oder beim Zusammenbruchbetrieb verwendet
werden. Sie werden jedoch bei der normalen Betriebsbauweise für das erfindungsgemäße Verfahren
und das erfindungsgemäße Gerät, wie oben
beschrieben, nicht eingesetzt. Damit die beste Effizienz des erfindungsgemäßen Betriebs
erreicht wird, hat die Verbindung zwischen dem Gasturbinenausstoß und dem
Trockenbehälter
vorzugsweise keine Verengungen, damit die Abgase dem Trockenbehälter mit minimalem
Wärme-
und Energieverlust zwischen der Gasturbine und dem Trockenbehälter zugeführt werden können. Aus
der Offenbarung ist zudem ersichtlich, dass der Betrieb eines Gasturbinengenerators
vorzugsweise geregelt wird, damit man optimale Effizienz oder Ökonomie
beim Trocknen, bei der thermischen Umwandlung, chemischen Veränderung
der Abfallmaterialbeschickung und anderen Verfahrensanforderungen erhält, die
vielleicht nicht die optimalen oder besten Gasturbinenbetriebsbedingungen
zur Elektrizitätserzeugung
sind. Elektrizitätserzeugung
ist ein Kostenrückgewinnungsstrom
für das
System, aber die Gesamtökonomie
des erfindungsgemäßen Betriebs
kann unter Gasturbinenbetriebsbedingungen besser sein, die für einen effizienten
Trockenbehälterbetrieb
und die Produktion von Produkten mit gewünschten Eigenschaften stromabwärts einen
optimalen Abgasausstoß begünstigen
und die Elektrizitätserzeugung
nicht begünstigen.
Die Ermittlung dieser Betriebsbedingungen für eine bestimmte erfindungsgemäße Anlage
ist für
den Fachmann anhand der erfindungsgemäßen Lehren ersichtlich. Gasturbinenregelsysteme
dieses Typs sind in der gemeinsam abgetretenen, gleichzeitig angemeldeten
U.S.-Patentanmeldung mit der laufenden Nr. 10/894,645, eingereicht
am 19. Juli 2004, offenbart, deren Offenbarung hier durch Bezugnahme
vollinhaltlich aufgenommen ist.
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Ein
weiterer Vorteil, den die Erfindung bereitstellt, ergibt sich aus
dem Kontakt des Gasturbinenabgases mit der Abfallmaterialbeschickung
in dem abgeschlossenen Raum des Trockenbehälters, ohne dass signifikante
Außenluft
zugegen ist. Die NOx- und SOx-Emissionen
und in gewissem Ausmaß die
CO- und CO2-Emissionen im Gasturbinenabgas
werden erheblich verringert und in einigen Fällen auf Null gesenkt, indem
die NOx- und SOx-Bestandteile
in die Abfallmaterialbeschickung absorbiert werden, in der sie in
dem getrockneten oder behandelten Material, das aus dem Trockenbehälter kommt,
und in dem Produkt nach der Verarbeitung in eine Granulat-, Pellet-
oder Prill- oder andere Form absorbiert, komplexiert oder fixiert
bleiben. Dies liefert den Vorteil, dass die Emissionen an NOx- und SOx (und CO/CO2) in die Atmosphäre gesenkt oder beseitigt werden
und die Stickstoff-, Schwefel- und Kohlenstoffverbindungen zum Nährwert des
Produkts hinzugefügt
werden, das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und dem erfindungsgemäßen Gerät hergestellt wird.
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Die
Betriebsbedingungen und Verfahren für den Trockenbehälter sind
für den
Fachmann anhand der Lehren der erfindungsgemäßen Offenbarung ersichtlich.
Die übliche
Turbinenabgastemperatur beim Eintritt in den Trockenbehälter sind
im Bereich von etwa 500°F
bis etwa 1500°F,
je nach dem Feuchtigkeits- und anderem Gehalt der Abfallmaterialbeschickung
und des gewünschten
Zustands des Dünger-
oder Bodenaufbaumaterials, das aus dem Trockenbehälter ausgegeben
wird. Bei kleineren Systemen mit kleineren Motoren kann die Einlassabgastemperatur
nur etwa 300°F
oder etwa 350°F
betragen. Ein bevorzugter Bereich ist von etwa 600°F bis etwa
1200°F,
und stärker
bevorzugt beträgt
die Einlasstemperatur zumindest etwa 650°F und am stärksten bevorzugt zumindest
etwa 700°F.
Temperatur und Strömungsrate
des Gases, das in den Trockenbehälter
eintritt, hängen
teilweise vom Feuchtigkeitsgehalt und anderen Eigenschaften der
Abfallmaterialbeschickung ab. Ein höherer Feuchtigkeitsgehalt erfordert
offensichtlich in der Regel höhere
Einlassgastemperaturen, so dass der Feuchtigkeitsgehalt kleiner
wird. Man nimmt an, dass eine zusätzliche Effizienz in den erfindungsgemäßen Systemen
erzielt wird, in denen eine Abfallmaterialbeschickung mit hohem
Feuchtigkeitsgehalt mit heißen
Gasen zusammengebracht wird. Dieser Kontakt verursacht die manchmal
sofortige Bildung von überhitztem
Dampf, wenn die Feuchtigkeit aus der Abfallmaterialbeschickung heraus
kommt, dann erhitzt der überhitzte
Dampf die Feuchtigkeit in benachbarter Abfallmaterialbeschickung
und treibt sie aus. Man nimmt an, dass dieser Mechanismus für das schnelle
Trocknen der Abfallmaterialbeschickung auf einen kleinen Feuchtigkeitsgehalt
verantwortlich ist, so dass die restliche Verweilzeit der Abfallmaterialbeschickung
im Trockenbehälter
zu ihrer gewünschten
erfindungsgemäßen thermischen
Behandlung/Umwandlung/Veränderung
oder zu ihrem "Kochen" beiträgt. Manche
Abfallmaterialbeschickungen können
niedrigere Temperaturen, aber längere Verweilzeiten
benötigen,
damit die Umwandlung oder das "Kochen" erzielt wird, die
zur Herstellung eines Produkts mit selbstbindenden oder anderen
gewünschten
Eigenschaften benötigt
werden. Die Temperatur des Materials, das aus dem Trockenbehälter kommt,
liegt gewöhnlich
im Bereich von etwa 150°F
bis etwa 450°F
und vorzugsweise zwischen etwa 200°F und etwa 350°F. Bei bestimmten
Betrieben sollte die Temperatur des Materials am Ausgang des Trockenbehälters mindestens
etwa 175°F
und vorzugsweise mindestens etwa 200°F betragen.
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Die
Selbstbindungseigenschaften der erfindungsgemäßen Materialien und Produkte
gehören
zu den wichtigen bevorzugten Aspekten der Erfindung. Gegebenenfalls
können
zwar herkömmliche
Bindemittel und Additive verwendet werden, damit gewünschte physikalische
Festigkeitseigenschaften für
die Granulate, Pellets oder Prille in gewünschten Gestalten und Formen
bereitgestellt werden, und häufig
sind die Betriebsbedingungen vorzugsweise derart, dass die Abfallmaterialbeschickung
gekocht und umgewandelt wird, wodurch ein selbstbindendes Produkt,
wie ein Tierfutterprodukt, ein rezyklierbares Produkt, Kraftstoffprodukt
usw., hergestellt wird. Diese Betriebsbedingungen hängen vom
Feuchtigkeitsgehalt und dem Gehalt an organischer Substanz der Abfallmaterialbeschickung
ab, die in Bestandteile mit Bindungseigenschaften umgewandelt werden
kann. Obwohl es noch nicht verstanden ist und ohne sich an eine
bestimmt Theorie zu binden, wird angenommen, dass Stärke, Protein,
Kohlenhydrat- und Zuckerbestandteile in glutenähnliche oder andere Materialien
umgewandelt werden, die als Bindemittel wirken, und dass Bestandteile
des Öl- und Ligandentyps
polymerisiert werden und als Bindemittel wirken. In jedem Fall beinhalten
die Betriebsbedingungen die Temperaturen der Abgase, die Kontaktzeit
zwischen der Abfallmaterialbeschickung und den Abgasen, die durch
die Beschickungsfeststoffe erzielten Temperaturen, die Verweilzeit
der Abfallmaterialbeschickungsfeststoffe im Trockenbehälter bei
höheren
Temperaturen und weitere Verfahrensfaktoren. Diese Bedingungen bestimmen
die Temperatur, auf die die Feststoffe gebracht werden müssen und
die Zeitspanne, für
die die Feststoffe den höheren
Temperaturen ausgesetzt werden, damit ein selbstbindendes Produkt
erzeugt wird. Diese Temperatur ist möglicherweise nicht eine konstante
Temperatur für
einen bestimmten Feststoffzuwachs, sondern kann ein Temperaturprofil
sein, das über
einen Zeitraum auf ein Maximum ansteigt, dass über einen Zeitraum abnimmt oder
schnell abnehmen kann, wenn die Trockenbehälterausgabe am Ausgang gequencht
wird. Optimale Bedingungen, mit denen ein optimales selbstbindendes
Produkte erreicht wird, können
für eine
bestimmte Abfallmaterialbeschickung anhand der Offenbarung ermittelt
werden.
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Bestehende
Herstellungsanlagen können
die Erfindung unmittelbar und effizient dazu verwenden, die Notwendigkeit
an und die Verwendung von bestehenden Lagunen und anderen Abfallaufbewahrungs-
oder -entsorgungs-einrichtungen zu beseitigen. Indem erfindungsgemäß eine ganz
frische Abfallbeschickung erzeugt wird, werden die Lagunen und Kompostabfallstapel
nicht benötigt.
Außerdem
kann ein bestehender Betrieb, der das erfindungsgemäße Gerät und das
erfindungsgemäße Verfahren
installiert, bestehende Lagunen und Abfalllager entleeren, indem
der Inhalt von Lagune und Lager als Beschickung in das Verfahren
eingeleitet wird, in der Regel gemischt mit frischer Abfallbeschickung,
die beim täglichen
Betrieb verarbeitet wird. Ebenso können bestehende Abfallstapel
bei diesem Verfahren als Beschickung verwendet und entleert werden,
gewöhnlich
indem die Abfallstapel mit dem frischen Abfall gemischt werden,
der täglich
verarbeitet wird. Natürlich beseitigt
bei der Gestaltung und Konstruktion neuer Anlagen das Einbringen
der erfindungsgemäßen Ausrüstung und
Verfahren den Bedarf an Lagunen und anderen räumen zur Abfalllagerung oder
zum Abfallverdau, weil der Abfall mit der Erfindung kontinuierlich
oder täglich
verarbeitet wird.
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Die
Erfindung liefert auch auf zahlreichen Stufe von landwirtschaftlichen
und anderen Betrieben Vorteile für
die Umwelt, indem eine maximale Menge Kohlenstoff in den Boden sequestriert
und der Verlust von Kohlenstoff als Methan, CO2 und
andere Treibhausgase in die Atmosphäre verhindert wird. Wird Abfall
zersetzt oder verdaut, setzt er (hauptsächlich durch anaeroben Verdau)
Methan, CO2 und andere Gase, einschließlich Ammoniak,
in die Atmosphäre
frei. Indem der frische Abfall vor Zersetzung oder Verdau verarbeitet
wird, bleibt der Kohlenstoff- und Stickstoffgehalt des Abfalls erhalten
und wird in dem trockenen granulären
Dünger-
oder anderen Produkt fixiert, das durch die Erfindung erzeugt wird,
und es wird verhindert, dass er als Treibhausgase in die Atmosphäre entlassen
wird. Wird das erfindungsgemäße Düngerprodukt
auf den Boden aufgebracht, treten der Kohlenstoff und der Stickstoff
in den Boden ein, wo Bodenmikroben und andere natürliche Prozesse
den Kohlenstoff und den Stickstoff für die Aufnahme durch Pflanzen
zum Pflanzenwachstum verfügbar
machen. Entsprechend setzt die gängige
Praxis der Kompostierung von Abfallmaterialien beim Kompostieren
Kohlenstoff und Stickstoff in die Atmosphäre frei und verliert diese.
Das erfindungsgemäße Düngerprodukt
ersetzt und eliminiert den Bedarf an Kompost, wodurch die durch
Kompostierung verursachte Luftverschmutzung beseitigt wird.
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Wie
hier verwendet, wird der Begriff "umgewandeltes Material" derart verwendet,
dass er die getrocknete Abfallmaterialbeschickung betrifft und bedeutet,
die in dem Trockenbehälter
durch erfindungsgemäßes Verringern
des Feuchtigkeitsgehalts der Abfallmaterialbeschickung von einem
bestehenden Wert auf einen niedrigeren Wert und/oder Erreichen der
hier angesprochenen chemischen Veränderungen und Umwandlungen
produziert wird. Das "umgewandelte
Material" wird als
Zwischenpro dukt angesehen, dass sich zur weiteren Verarbeitung in
ein Düngerendprodukt
eignet, das für
die Verbraucher-, kommerzielle oder industrielle Verwendung geeignet
ist. Üblicherweise
wird das ungewandelte Material aus dem Trockenbehälter verarbeitet durch
Mahlen, wodurch ein Pulver oder Mehl hergestellt wird, und anschließendes Granulieren,
Pellettieren oder Prillen des Pulvers oder Mehls unter Herstellung
des Endprodukts, dass für
die herkömmliche
Handhabung, Verpackung und/oder den herkömmlichen Transport geeignet
ist. Das umgewandelte Material kann gemahlen oder anderweitig pulverisiert
und zu einem Schlamm oder einer anderen Flüssigkeit oder einem anderen
pumpbaren Produkt verarbeitet werden, das rezykliert oder wie beabsichtigt
verwendet werden kann. Die lokale Ökonomie und ob das Material
aus dem Trockenbehälter
einer weiteren Verarbeitung unterworfen wird, wie im folgenden erläutert, haben
einen Einfluss auf die Bestimmung der Endnutzung, die von dem Material, das
aus dem Trockenbehälter
erzeugt wird, oder dem Endprodukt, das aus dem erfindungsgemäßen System produziert
wird, gemacht wird.
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Wie
hier verwendet, betreffen der Begriff "Granulat", "Granulieren" und dergleichen
jede granuläre Form
des von der Erfindung hergestellten Materials oder Produkts, einschließlich herkömmlicher
Granulate, Pulver, Stäube,
Krümel
und dergleichen, die durch herkömmliche
Granulierungsverfahren und -ausrüstung produziert
werden, einschließlich
Zerbrechen oder Zerkrümeln
zuvor hergestellter Pellets oder Prille. Die Begriffe "Pellets", "Pellettieren" und dergleichen
betreffen jede Pelletform der von der Erfindung hergestellten Materialien
oder Produkte, einschließlich
zylinderischer, Kugel-, sphärischer
oder anderer Gestalt, die üblicherweise
durch herkömmliche
Pellettierverfahren und -ausrüstung
hergestellt werden, beispielsweise durch Extrudieren eines Schlamms
oder einer Paste und Schneiden, Hacken oder Brechen des Extrudats
in die gewünschte
Größe. Die
Begriffe "Prille", "Prillen" und dergleichen
betreffen jede Prillform der von der Erfindung hergestellten Materialien
oder Produkte, die durch herkömmliche
Pellettierverfahren und -ausrüstung
hergestellt werden, einschließlich
Sprühturmverfahren,
Gefriertrocknungsverfahren usw.
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Ein
Extrusionspellettierer gehört
zu den bevorzugten Verfahrenseinheiten für die Verwendung in Verbindung
mit oder als Teil der Erfindung, weil er die Selbstbindungseigenschaften
des im Trockenbehälter
produzierten Materials nutzt und weil er unter Temperatur- und Druckbedingungen
betrieben werden kann, die das "Kochen" des Materials bereitstellen
oder weiter dazu beitragen können,
so dass die grundlegenden und/oder verstärkte Selbstbindungseigenschaften
des erfindungsgemäßen Produkts
erzeugt werden. Bei einem typischen Betrieb wird das Material aus
dem Trockenbehälter
gemahlen, und das Pulver oder Mehl aus der Mahleinheit kann mit
genügend
Dampf oder Wasser gemischt werden, zum Beispiel mit Dampf oder kondensiertem Wasserdampf
aus dem Trockenbehälter,
dass ein Material gebildet wird, das bei hohem Druck und hoher Temperatur
unter Bildung von Pellets oder anderer Formen extrudiert werden
kann. Das Erwärmen
und die Temperaturen, die im Extrusionspellettierer erreicht werden,
können
von Heizschnecken, -düsen
oder -trommeln oder aus der Energie einer Hochdruckkompression stammen.
In jedem Fall wird das extrudierfähige Material bei dem Verfahren
auf eine hohe Temperatur erhitzt. Man nimmt an, dass bei bestimmten
Abfallmaterialbeschickungen die hohe Temperatur und der hohe Druck
im Extruder-Pellettierer bestimmte Bestandteile in dem Material
weiter "kochen" oder umwandeln und
zusätzliche
oder stärkere
Selbstbindungseigenschaften des erhaltenen pellettierten, granulierten
oder geprillten Produkts liefert oder dazu beitragen können. Übliche Betriebsbedingungen
für den
Exrtrusionspellettierer sind ein extrudierfähiges Material mit einem Feuchtigkeitsgehalt von
bis zu etwa 20 Gew.-% oder mehr, je nach der eingesetzt Extruderausrüstung. Die
Extrudertemperaturen und der Extruderdruck sind wie normalerweise
in herkömmlicher
Extruderausrüstung
verwendet. Je nach der verarbeiteten Abfallmaterialbeschickung und
den gewünschten
Eigenschaften des hergestellten Produkts können offensichtlich andere
Betriebsbedingungen eingesetzt werden. Die hergestellten Pellets
können
getrocknet werden, so dass der Feuchtigkeitsgehalt auf ein Niveau
gesenkt wird, das zur stabilen Produktlagerung geeignet ist, z.B.
auf etwa 10 Gew.-%. Die an diesem Punkt des Verfahrens entfernte
Feuchtigkeit kann rezykliert und in anderen Schritten und Verfahren
der erfindungsgemäßen Systeme,
wie hier offenbart, genutzt werden.
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Die
Abfallmaterialbeschickung hat üblicherweise
einen Feuchtigkeitsgehalt zwischen etwa 50 und etwa 90 Gew.-%, vorzugsweise
zwischen etwa 60 und etwa 80 Gew.-% und am stärksten bevorzugt zwischen etwa
65 und etwa 75 Gew.-%. (Gewichtsprozent, wie hier verwendet, bezieht
sich auf Prozent des fraglichen Bestandteils, bezogen auf das Gesamtgewicht
des angesprochenen Gemischs.) Es kann aber Abfallmaterialbeschickung
mit kleinerem Feuchtigkeitsgehalt, zum Beispiel nur etwa 40 Gew.-%
oder sogar nur 30 Gew.-%, mit der Erfindung verarbeitet werden.
Die bevorzugte Abfallmaterialbeschickung hat einen Feuchtigkeitsgehalt von
mindestens etwa 50 Gew.-%, stärker
bevorzugt mindestens etwa 60 Gew.-% und am stärksten bevorzugt mindestens
etwa 70 Gew.-%. Hat die Abfallmaterialbeschickung einen hohen Feuchtigkeitsgehalt
in diesem Bereich, erhält
man Verarbeitungsvorteile durch die im Wesentlichen sofortige Produktion
von Dampf und überhitztem
Dampf am Einlass des Trockenbehälters,
an dem die Abgase bei 1000°F
mit der sehr feuchten Abfallmaterialbeschickung bei Atmosphären- oder
Subatmosphärendruck
zusammenkommen. Der so erzeugte Dampf oder überhitzte Dampf trägt zum Trocknen,
Kochen und zur Umwandlung benachbarter oder naher und stromabwärts befindlicher
Partikel der Abfallmaterialbeschickung bei, wodurch die Effizienz
des Verfahrens erhöht
wird. Vorzugsweise wird beim Betrieb des erfindungsgemäßen Verfahrens
und erfindungs gemäßen Geräts die Abfallmaterialbeschickung
unter Chargen oder verschiedene Anteile (oben, unten, innen, außen, der
gleichen Chargen gemischt, so dass gleichmäßige Abfallmaterialbeschickungseigenschaften
erhalten werden. Diese bevorzugte Vorbereitung ermöglicht die
Produktion eines gleichmäßigeren
Materials aus dem Trockenbehälter
und vereinfacht die Regelung der Verfahrensschritte. Die Temperatur
der Abfallmaterialbeschickung ist üblicherweise Umgebungstemperatur,
d.h. im Bereich von etwa 30°F
bis etwa 100°F,
kann aber kleiner als 30°F
sein, vorausgesetzt, dass gefrorene Agglomerate die Beschickungsvorbereitung
oder den Betreib des Trockenbehälters
und der Beschickungszuführausrüstung nicht
behindern. Die Abfallmaterialbeschickung kann bei beliebiger Temperatur
direkt aus der Herstellungsanlage oder einer Verfahrenseinheit verwendet
werden, die höhere
Temperatur haben kann. Die Ökonomie
der erfindungsgemäßen Systeme
wird gewöhnlich
besser, wenn die Abfallmaterialbeschickung eine höhere Temperatur
hat oder vor dem Einbringen in den Trockenbehälter vorerhitzt wird. Wird
Vorerhitzen verwendet, erfolgt dies vorzugsweise kurz vor der erfindungsgemäßen Verwendung,
so dass Kompostierung und biologische Umwandlung auf einem Minimum
gehalten werden. Wird Vorerhitzen der Beschickung verwendet, kann
dies auf jede gewünschte
Weise erfolgen, wie mittels Wärmeaustauscher,
Solarheizung, heizbaren Förderbändern oder
Schnecken oder durch heizbare Betonplatten im Abtrennungs- und Beschickungsvorbereitungsbereich,
und kann mit Wärme
erfolgen, die aus den erfindungsgemäßen Verfahrenssystemen rückgewonnen
und rezykliert wurde.
-
Die
Kontaktzeit zwischen den Turbinenabgasen und der Abfallmaterialbeschickung
wird durch mehrere Variablen bestimmt, einschließlich des Feuchtigkeitsgehalts
der Beschickung, des im Trockenbehälterausgabematerial gewünschten
Feuchtigkeitsgehalts, der gewünschten
chemischen Veränderung/Umwandlung, des
Volumens und der Temperatur der Abgase, die in den Trockenbehälter eintreten,
und anderer Faktoren. Die Kontaktzeit wird so reguliert, dass nicht
nur das gewünschte
Trocknen erhalten wird, sondern auch die Partikel der Abfallmaterialbeschickungsfeststoffe
auf genügend
hohe Temperaturen gebracht werden, dass die in der Beschickung vorhandenen
unerwünschten
Bestandteile, wie Organismen, Mikroorganismen, Samen, Pestizide,
Antibiotika, Hormone, Prionen, Viren und dergleichen, genügend zerstört oder
in harmlose Formen umgewandelt werden, ist diese Umwandlung oder
Zerstörung
erwünscht,
und ein selbstbindendes Produkt erzeugt wird, wenn gewünscht. Die
tatsächlich
von den Partikeln erreichte Temperaturmuss nicht bestimmt werden,
solange das gewünschte
Ausmaß an
Bestandteilzerstörung
und -umwandlung, das gewünschte
Ausmaß an
Selbstbindungs- oder anderen gewünschten
Eigenschaften erzielt werden. Die gewünschte Kontaktzeit kann durch
Volumen und Größe des Trockenbehälters und
durch die Durchsatzvolumina von Beschickung und Abgasen variiert
und geregelt werden. Die Wärmeübertragung
von den Abgasen auf die Beschickung und folglich die Temperatur,
auf die die Beschickung erhitzt wird, sind hauptsächlich eine
Funktion des Massenverhältnisses
von Abgas zu Beschickung. Ein Beispiel für den Trockenbehälterbetrieb
mit einem Gasturbinengenerator ist ein Rolls Royce Allison 501-KB5-Generator
(mit nominell 3,9 MW) mit einem Abgasausstoß von etwa 122000 Pfd./Std.
bei 1000°F,
verbunden mit einem Drehrohrtrockner Modell AST 8424 mit einem Innevolumen von
etwa 26 Kubikmetern (m3) von Scott Equipment
Company, New Prague, Minnesota, USA. Die Abfallmaterialbeschickung
ist ein Schlachtabfallmaterial, das auf kleine Partikel zerkleinert
wurde und einen Feuchtigkeitsgehalt von etwa 70 Gew.-% und eine
Temperatur von etwa 65°F
aufweist und in den Trockenbehälter
bei einer Rate von etwa 6500 kg/Std. eingespeist wird, was etwa
10 m3/Std. (etwa 16200 Pfd./Std.) entspricht,
wodurch eine durchschnittliche oder nominelle Verweilzeit der Feststoffe
im Trockenbehälter
von etwa 10 bis etwa 18 Minuten und ein Gewichtsverhältnis von
Abgasen zu Abfallmaterialbeschickung von etwa 7,5 erhalten werden.
Die Trockenbehälterausgabe
hat etwa 200°F.
Das Gewichtsverhältnis
von Abgas zu Beschickung beträgt gewöhnlich zwischen
etwa 15:1 und etwa 1:1, vorzugsweise zwischen etwa 10:1 und etwa
3:1 und am stärksten
bevorzugt zwischen etwa 8:1 und etwa 4:1. Der Wärmebedarf kann ein Verhältnis von
mindestens etwa 20:1 oder mindestens etwa 25:1 oder mehr erfordern,
wenn die Beschickung kalt mit sehr hohem Feuchtigkeitsgehalt ist
und das Abgas keine hohe oder maximale Temperatur hat. Der Abgasstrom
und der Abfallmaterialbeschickungsstrom durch den Trockenbehälter können gleichsinning,
gegensinnig, einstufig, mehrstufig usw. sein, je nach den gewünschten
Ergebnissen und verschiedenen Systemgestaltungen und ökonomischen Überlegungen.
-
Die
Ausgabe des Trockenbehälters
umfasst Dampf, Wasserdampf, Verbrennungsgase und Feststoffe, die
getrocknet und/oder thermisch behandelt und in gewünschte Formen
umgewandelt werden. Übliche
Temperaturen der Gase und/oder Feststoffe am Ausgang des Trockenbehälters liegen
in der Regel im Bereich von etwa 200°F bis etwa 350°F, aber niedrigere
oder höhere
Temperaturen können
aus Gründen
der Ökonomie, Produktqualität und/oder
Verfahrensökonomie
ausgewählt
und/oder gewünscht
werden. Die Auslasstemperaturen können von mindestens etwa 110°F bis mindestens
etwa 500°F,
vorzugsweise mindestens etwa 180°F und
stärker
bevorzugt mindestens etwa 200°F
reichen. In der Regel ist erwünscht,
dass das Feststoffmaterial, dass den Trockenbehälter verlässt, gewöhnlich einen Feuchtigkeitsgehalt
zwischen etwa 10 und etwa 15 Gew.-% hat, der aber von etwa 5 bis
etwa 25 Gew.-% reichen kann. Wiederum kann aus ähnlichen Gründen ein höherer oder niedrigerer Feuchtigkeitsgehalt
der Trockenbehälterausgabefeststoffe
gewählt
und/oder gewünscht
werden. Dampf, Wasserdampf und Verbrennungsgase, die aus dem Trockenbehälter kommen,
leitet man gewöhnlich
durch Wärmeaustauscher
(wodurch Verfahrenswärme
rückgewonnen
wird, die stromabwärts bei
Granulier- oder Pellettierschritten oder stromaufwärts beim
Vorerhitzen der Beschickung oder der Turbineneinlassluft verwendet
wird), Kühler
(zur Rückgewinnung
von Verfahrenswasser für
die Verwendung stromab- oder -aufwärts, zur landwirtschaftlichen
Anwendung oder Entsorgung), Waschtürme, Filter oder Zyklone (zur
Rückgewinnung
von Feststoffen, die von Gasen oder Flüssigkeiten mitgerissen werden,
und damit die Gase und Flüssigkeiten
umweltverträglich
werden und abgelassen werden können)
und andere herkömmliche Verfahrensausrüstung.
-
Die
Feststoffausgabe aus dem Trockenbehälter, hier als umgewandeltes
Material bezeichnet, wird üblicherweise
durch Mahlen, Granulieren, Pellettieren, Prillen oder eine andere
Verarbeitung weiter verarbeitet, so dass ein endgültiges Beschickungs-,
Kraftstoff-, Rezyklierungs- oder anderes Produkt in der für die Verpackung
oder Schüttgutverteilung,
den Transport und die Verwendung gewünschten Form erzeugt wird.
Die für die
Erfindung geeignete Mahl-, Granulier-, Pellettier- oder Prillausrüstung und
die entsprechenden Arbeitsschritte sind herkömmlich und bekannt, weil die
Ausgabe des Trockenbehälters
Feststoff- und Dampfkomponenten enthält, die sich für diese
Verarbeitung anbieten. Welches Produkt in welcher Form auch immer
erhalten wird, liefern das erfindungsgemäße Verfahren, das erfindungsgemäße System
und die erfindungsgemäße Ausrüstung eine
hinsichtlich der Umwelt und der Ökonomie
wirksame Verarbeitung von Abfallmaterialbeschickungen, wodurch sie
als Umweltverpflichtungen beseitigt werden und Produkte bereitgestellt
werden, die kommerziell nützlich
sind, und die Entsorgung in einem städtischen Abwasserkanal oder
auf einer städtischen Müllkippe
nicht mehr nötig
ist. Die Erfindung kann zur Herstellung von Produkten und Materialien
aus Abfallmaterialbeschickungen verwendet werden, aber die bevorzugten
Materialien und Produkte sind solche, keine signifikanten restlichen
unerwünschten
Bestandteile aufweisen, die nicht bei der Erwärmung, chemischen Veränderung
und/oder Trocknungsbehandlung im Trockenbehälter oder anderen Arbeitsschritte
umgewandelt oder zerstört
werden. Die durch die Erfindung hergestellten Produkte und Materialien
sind vorzugsweise nützliche
Beschickungs-, Kraftstoff-, rezyklierbare oder andere Produkte,
aber die Erfindung eignet sich auch zur Herstellung von Feststoffen
mit kleinerem Volumen, die auf einer Müllkippe entsorgt werden können, mit
dem Vorteil, dass Feststoffe mit kleinen Mengen oder ohne schädliche Bestandteile,
die aus der Müllkippe
in Oberflächen-
oder Grundwasser lecken könnten,
bereitgestellt werden.
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Die
durch die Erfindung produzierten Produkte und Materialien eignen
sich für
und beinhalten Mischungen mit anderen Materialien, Produkten oder
Chemikalien, wie es für
bestimmte Endanwendungen gewünscht
sein kann, die bestimmte Eigen schaften oder Merkmale erfordern.
Diese anderen Materialien und Additive können an jedem geeigneten Punkt
im Verfahren zugegeben oder eingemischt werden: mit der Abfallmaterialbeschickung
gemischt, zum Trockenbehälter
gegen, an einem beliebigen Punkt zum Verfahrenswasser gegen, zu
dem aus dem Trockenbehälter
kommenden Material gegen, als Teil einer Mahl-, Granulier- oder
Pellettierverarbeitung zugegeben oder einfach mit dem Endprodukt
gemischt oder vor dem Eintüten
oder Verpacken oder zum Zeitpunkt der Verwendung eingemischt werden.
Zum Beispiel können
die Endprodukte, die gewöhnlich
vergleichsweise geruchsfrei sind, mit anderen Materialien gemischt
werden, die entweder einen angenehmen Geruch bereitstellen oder
einen unangenehmen Geruch maskieren können. Diese Materialien können synthetisch
(Parfüms)
oder natürlich
sind, wobei natürliche
Materialien bevorzugt sind. Natürliche
organische Materialien können
Thymian, Minze, Fenchel, Knoblauch, Rosmarin, Fichte, Zitrus und ähnliche
Materialien beinhalten, die keine Zertifizierung als organische
Beschickung verhindern. Andere Materialien zum Einmischen können u.a.
Eisen, Mineralien, Kohlenstoff, Zeolith, Perlit, chemische Dünger (Harnstoff,
Ammoniumnitrat usw.), Pestizide und andere Materialien sein, die
das Produkt an eine bestimmte Verwendung anpassen.
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Die
erfindungsgemäßen System
enthalten Bauweisen, die dazu verwendet werden können, die Emission schädlicher
Gerüche
und von Treibhausgasen aus Herstellungsbetrieben, verschiedenen
Verarbeitungsanlagen und aus der Kompostierung von organischem Abfallmaterial,
hier als "Emissionsgase" bezeichnet, in die
Atmosphäre
zu verringern und bei einigen Betrieben im Wesentlichen zu beseitigen.
Herstellungsbetriebe unterliegen aufgrund von zunehmendem Druck
aus Wohngebieten in der Nähe
der Herstellungsbetriebe immer stärkerer Regulation durch Bundes- und Staatsbehörden. Die
Regulation betrifft zwei Aspekte der Luftqualität. Der erste sind schädliche Gerüche in Emissionsgasen,
die Mercaptane und viele weitere organische Verbindungen enthalten,
die unangenehme Gerüche
haben von den die örtlichen
Gemeinwesen beanstandet werden. Der zweite sind Treibhausgasemissionen,
die schädlich
für die
Luftqualität
sind. Zu den Treibhausgasen gehören
CO2, CH4, und N2O und sie werden gewöhnlich in Form der CO2-äquivalenten
Wirkung auf die Atmosphäre
dargestellt. Methan (das üblicherweise
aus Stapeln oder Lagunen von Kompostierabfallmaterial freigesetzt
wird) hat einen CO2-Äquivalenzfaktor von 23 (wie
von der USDOE verwendet), was bedeutet, dass 1 kg in die Atmosphäre freigesetztes
CH4 23 kg freigesetztem CO2 entspricht.
(Einige Quellen geben den Äquivalenzfaktor
als etwa 21 an.) CH4 ist zwar das hauptsächliche
Treibhausgas, das durch biologische Umwandlung von organischem Abfallmaterial
erzeugt wird, aber CO2 und NOx-Gase
werden ebenfalls erzeugt. Besonders bevorzugt wird die NOx-Freisetzung in die Atmosphäre verhindert,
weil sie ein geschätztes
CO2-Äquivalent
von etwa 310 aufweisen. Die Erfindung kann, wie hier offenbart,
dazu verwendet werden, im Wesentlichen die Freisetzung von Emissionsgasen
in die Atmosphäre
zu beseitigen, indem die Emissionsgase gehalten und verarbeitet
werden, die Abfallmaterialbeschickung sofort verarbeitet wird, so
dass Zersetzung oder biologische Umwandlung von organischer Substanz
verhindert werden, und/oder indem Emissionen aus der Zersetzung oder
biologischen Umwandlung, die erfolgen, bevor die Abfallmaterialbeschickung
verarbeitet werden kann, aufgenommen und verarbeitet werden.
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Die
erfindungsgemäßen Systeme
eignen sich besonders dazu, die Freisetzung von Emissionsgasen aus
Herstellungsbetrieben im Wesentlichen zu beseitigen. Im grundlegenden
erfindungsgemäßen System
ist der Gasturbinenausstoß mit
dem Trockenbehälter
verbunden. Zur Regelung der in einem Herstellungsbetrieb produzierten
Emissionsgase wird der Gasturbinenlufteinlass mit dem Ventilationssystem
der Herstellungsanlage verbunden, so dass die aus der Anlage ausgestoßene Ventilationsluft
direkt in den Gasturbinenlufteinlass geleitet wird, in dem gewöhnlich zwei
Prozesse stattfinden. Erstens werden die Emissionsgase zusammen
mit der regulären
Gasturbinenkraftstoffzufuhr verbrannt, wodurch CH4 in
H2O und CO2 und
die Mercaptane und andere schädliche
oder ätzende
Verbindungen in H2O, COx,
NOx und SOx umgewandelt
werden. Zweitens werden die Abgase aus der Gasturbine mit der Abfallmaterialbeschickung
in Kontakt gebracht, wodurch die NOx und
SOx- und in gewissem Ausmaß die COx-Gase in die Abfallmaterialbeschickung absorbiert
oder damit komplexiert werden, während
sie unter Bildung eines umgewandelten Materials und vorzugsweise
eines Endprodukts getrocknet und/oder thermisch behandelt wird.
Dieser Aspekt der Erfindung verhindert, dass Emissionsgase in die
Atmosphäre
eindringen.
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Bestehende
Herstellungsanlagen, die die Erfindung sofort direkt und effizient
zur Bekämpfung
von Emissionsgasen nutzen können,
sind diejenigen, die normalerweise vollständig eingeschlossen sind und über Frischlufteinlässe und
Abgasauslässe
belüftet
werden, und insbesondere diejenigen, die durch Erwärmen und Klimaanlagen
klimageregelt werden. Die Abluft aus solchen Anlagen wird zum Gasturbinenverbrennungslufteinlass
geleitet. Zusätzlich
können
Anlagen ökonomisch
eingeschlossen werden (z.B. mit Leinwandwänden) und mittels Druckluft
belüftet
(mit oder ohne Klimaregelung), so dass im Wesentlichen alle Emissionsgase
aus dem Herstellungsbetrieb gesammelt und zur Abluft des Gasturbinenlufteinlasses
geleitet werden.
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Bei
der Verwendung dieses erfindungsgemäßen Aspektes wird erkannt,
dass sie vorzugsweise derart betrieben wird, dass sämtliche
aus der Herstellungsanlage ausgelassene Luft zum Gasturbinenlufteinlass
geleitet wird, damit eine Freisetzung von Emissionsgasen in die
Atmosphäre
umgangen wird. Jegliche verbleibende Brennluft, die für die Gasturbine
benötigt
wird, stammt von der Umgebungsluft, durch einen herkömmlichen
Luftfilter, obschon die Abluft aus der Anlage vorzugsweise auch
durch den Gasturbineneinlassluftfilter gelangt, damit eine Beschädigung oder
eine Erosion der Turbinenkomponenten durch eingefangenen Staub oder
andere Teilchen verhindert wird. Die in dem Luftfilter gesammelten
Feststoffe können
zu dem Trockenbehälter
oder zu anderen Verfahrenseinheiten in dem System eingespeist werden,
damit diese in das von den erfindungsgemäßen Systemen produzierte Endprodukt
eingebaut werden. Methan oder andere oxidierbare Gase in den Emissionsgasen
machen gewöhnlich
einen signifikanten Teil der Kraftstoffanforderungen des Systems
aus, jedoch wird es verbrannt, so dass Wärme entsteht, und nicht in
die Atmosphäre
freigesetzt. Trotzdem reduziert jedes verbrannte kg Emissionsgas
die äußere Gasturbinenkraftstoffanforderung
um ein Äquivalent-kg.
Dieser Aspekt der Erfindung stellt auch den Vorteil einer Lärmbekämpfung am
Turbineneinlass bereit. Entsprechend dem Trockenbehälter, der
für das
Turbinenabgas als Schalldämpfer
wirkt, wobei der Turbineneinlass eingeschlossen ist und Luft in
einem geschlossenen System von der Herstellungsanlage geleitet wird,
wird der hochfrequente Lärm
des Turbineneinlasses im Wesentlichen zurückgehalten und gedämpft.
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Man
geht davon aus, dass sich die vorstehende Beschreibung zwar auf
die Verwendung einer Gasturbine bezieht, jedoch kann die gleiche
Nutzung dieses Aspektes der Erfindung zur Eindämmung von Emissionsgasen vorgenommen
werden, wobei eine beliebige Wärmequelle
zur Verwendung in dem System ausgewählt wird. Unabhängig davon,
ob die Wärmequelle
eine Gasturbine, ein Gasturbinengenerator, ein Gas- oder Diesel-Kolbenmotor
oder sogar ein herkömmlicher Öl- oder
Gasbrenner (wie 107 in der 1) ist,
kann die Herstellungsanlagenabluft zum Brennlufteilass geleitet
werden, so dass die Emissionsgase verbrannt werden, und vorzugsweise
so dass die Verbrennungsgase mit der Abfallmaterialbeschickung zusammengebracht
werden.
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Als
weitere Offenbarung und Veranschaulichung der Verfahren, Systeme
und Ausrüstung
dieser Erfindung wie auf das schematische Fließschema von 1 Bezug
genommen. In dem veranschaulichten beispielhaften Verfahren umfasst
die Gasturbinengeneratoreinheit 100 eine Gasturbine 101 und
einen Stromgenerator 102. Die Gasturbine hat Lufteinlassfilter 104 und
eine Kraftstoffzufuhr 103. Bei Bedarf kann ein wahlfreier Überbrückungs-Abgas-Schalldämpfer 106 für Anschalt-,
Ausschalt- und Zusammenbruch-Bedingungen in solchen Zeiten aufgenommen
werden, in denen die Gasturbine läuft, aber die Abgase nicht
in den Trockenbehälter
geleitet werden können.
Der Trockenbehälter 200 wirkt
aber beim normalen Betrieb des erfindungsgemäßen Systems als Schalldämpfer. Alternativ
kann statt des Schalldämpfers 106 die
Abgasbrücke
(siehe 908 in der 5) um den
Trockenbehälter
zu einer geeigneten stromabwärts
gelegenen Einheit geleitet werden, wie zum Separator 208 und/oder 600,
die eine vorübergehende
Schalldämpferfunktion
verleihen kann. Diese Anordnung eliminiert die Kosten eines gesonderten
Schalldämpfers
und den Raum, der für
einen gesonderten Schalldämpfer
benötigt
wird, was eine wichtige Überlegung
für tragbare,
an LKWs befestigte Systeme ist. Der Auslass von Gasturbine 101 ist
an den Trockenbehälter 200 über Verbindungsanschluss 105 angeschlossen. Ein
wahlfreier Lufteinlass (nicht gezeigt) kann für den Trockenbehälter 200 im
Anschluss 105 oder an anderer Stelle aufgenommen werden,
zum Spülen
des Trockenbehälters
oder des Systems, zum Anschalten oder Ausschalten oder aus anderen
Gründen,
insbesondere, wenn weder die Abgase noch die Abfallmaterialbeschickung
in dem Trockenbehälter 200 zugegen
sind. Sind beide zugegen, wird ein jeder Lufteinlass geschlossen und
nicht verwendet, damit im Wesentlichen der Eintrag von Luft in den
Trockenbehälter
ausgeschlossen wird und damit eine signifikante Oxidation der Materialien
verhindert wird, die in dem Trockenbehälter 200 verarbeitet
werden. Der wahlfreie Brenner 107 kann ebenfalls enthalten
sein, damit eine ergänzende
Wärmequelle
und Brenngase für
den Trockenbehälter
bereitgestellt werden, die als Eintrag in den Anschluss 105 oder
an anderer Stelle bereitgestellt werden können. Die wahlfreie ergänzende Wärmequelle
kann sich eignen während
des Anschaltens, Abschaltens, bei Verfahrens-Zusammenbruch, Turbinenausfall
oder zur Aufrechterhaltung des gewünschten Durchsatzes, wenn eine
maximale Last oder eine Beschickung mit ungewöhnlich hohem Wassergehalt auftritt.
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Die
Abfallmaterialbeschickung wird gewöhnlich in das System durch
mechanische Vorrichtungen eingebracht, wie eine Pumpe, eine Schnecke
oder sonstige, die für
eine bestimmte Beschickung geeignet sind. Bei dieser Veranschaulichung
und diesem Beispiel lädt
ein Schaufelbagger 201 eine feste Abfallbeschickung in
einen Steintrenner, Mischer, eine Schnitzeleinheit 202.
Die Beschickung kann weiter gemischt werden, in Förderschnecken 203, 204 werden
Fremdobjekte abgetrennt, und dann durch 215 in den Trockenbehälter 200 geleitet
werden. Die Beschickung kann auch vorgemischt oder auf die gewünschte Gleichförmigkeit
konditioniert werden, bevor sie in dieses System durch den Lader 201 geladen
wird, beispielsweise in Speicherschwaden, die vereinigt und gemischt
werden können.
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Der
Ausgang von Trockenbehälter 200 wird
durch die Leitungen 205, 206 zum Separator 208 überführt, wo
die Feststoffe und Gase getrennt werden. Die Gase gelangen durch 209 und
Gebläse 210 in
die Atmosphäre über 211 oder
zu anderer stromabwärts
befindlicher Verarbeitung über 212.
Der Betrieb von Gebläse 210 kann
den Druck in Separator 208 und in Trockenbehälter 200 senken,
so dass der Wassersiedepunkt in dem Trockenbehälter reduziert wird, der Wassersiedepunkt
in dem Trockenbehälter
reduziert wird, der Rückschlagdruck
auf den Turbinenauslass reduziert wird und Turbinenausstoß und -effizienz
erhöht
werden. Alternativ kann das Gebläse 210 derart
betrieben werden, dass ein erhöhter
Druck in dem Trockenbehälter
für eine
Behandlung bei höherer
Temperatur, eine Umwandlung oder ein "Kochen" der Abfallmaterialbeschickung bei Bedarf
erhalten bleibt. Der Ausstoß von
Trockenbehälter 200 kann
durch den wahlfreien Wärmetauscher 207 zur
Gewinnung von Verfahrenswärme
zur Verwendung stromabwärts
oder bei der Vorwärmung
der Abfallmaterialbeschickung oder der Turbineneinlassluft gelangen.
Der Feststoffausstoß aus
Separator 208 gelangt über
die Leitung, das Förderband
oder die Schnecke 301 und wahlfreie Mischer und Konditionierer 302 und 303 zur
Kugel- oder Hammermühle 300.
Zudem können
rezyklierte Feststoffe, wie Feinstoffe, aus der Rezyklierschleife 305 bei 303 über 304 eingemischt
werden, wo sie zur Beschickung der Kugel- oder Hammermühle 300 vereinigt
werden. Die Feinstoffe und nicht spezifikationsgerechtes Material,
die an verschiedenen Stellen in dem System erzeugt werden, können gesammelt
werden und über
die Schleife 305 rezykliert und wieder zur weiteren Verarbeitung
in das Produktverarbeitungssystem an einer beliebigen Stelle eingebracht
werden, wie die Mahleinheit 300 über 304, die Pelletiereinheit 400 über 404 oder
sogar die Abfallmaterialbeschickungsvorbereitung 202, 203, 204 oder
andere Stellen. Eine wichtige Möglichkeit
des erfindungsgemäßen Systems ist
die vollständige
Reyzklierung über
die Rezyklierschleife 305 sämtlicher Feinstoffe oder nicht
spezifikationsgerechter Feststoffe, so dass sie schließlich in
die Endprodukte eingebaut werden. Somit stellt das erfindungsgemäße System
eine 100%ige Umwandlung der Feststoffe der Abfallmaterialbeschickung
(außer
Steinen und anderen Fremdobjekten, die sich nicht verarbeiten lassen)
in die Endprodukte bereit und erzeugt keinen festen Abfallstrom,
der an anderer Stelle entsorgt werden muss, wie bei einer Mülldeponie.
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Die
Kugel- oder Hammermühle 300 wird
zur Produktion eines gleichförmigen
kurzfaserigen Materials mit kleinen Partikeln verwendet, das man
als "Mehl" bezeichnet und das
sich zur Verarbeitung in der Pelletiereinheit 400 eignet,
so dass man ein Produkt bereitstellt, das eine hinreichende Härte und
mechanische Festigkeit und Stabilität zur herkömmlichen Verarbeitung, Verpackung
und Aufbewahrung hat, die gewöhnlich
für trockene
Produkte eingesetzt werden. Der Ausgang der Kugel- oder Hammermühle 300 verläuft durch
den Separator 310, wo die Dämpfe entnommen werden und über 315 zu
Separator 600 zur Reyzklierung der Feststoffe über die
Rezyklierschleife 305 und zum Auslassen der Dämpfe in
die Atmosphäre über das
Gebläse 601 und
den Auslass 602 geleitet werden. Der Separator 310 entnimmt
die Feinstoffe oder das Material, das sich zur Rezyklierung über Rezyklierschleife 305 eignet,
und leitet das Mehl zum Mischer 311. Das Mehl wird dann über 312 zum
Separator 401 und entweder direkt zum Pelletierer 400 über 408 oder
zum Halte- oder zum Nachfüllbehälter 402 über 409a und 409b zum
Mischen mit anderen Materialien, Rezykliermaterialien von 404 oder
Additiven oder zum Halten beim Anschalten, Ausschalten oder Zusammenbruch
des Verfahrens geleitet. Vom Nachfüllbehälter 402 wird das
Mehl bei Bedarf durch den Mischer 403 gesendet und entweder
direkt zur Pelletiereinheit 400 über 417 oder zu Mischer 311 über 412 zum
Mischen mit dem frischen Mehl geleitet.
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Die
Pellets von dem Pelletierer 400 werden durch den Wärmetauscher,
die Dampfentfernungseinheit 405 und von dort über 406 und 414 entweder
direkt zur Endproduktreinigung in den Einheiten 407 und 415 und zum
Endproduktversand- oder
-aufbewahrungsbehälter 500 über 416a, 416b, 501 und 503 geleitet,
oder über 413 und
den Nachfüllbehälter 410 zu
einer Zerkrümelungs-
oder Granulator-Einheit 411, dann zu den Endproduktreinigungseinheiten 407 und 415 geleitet.
Das Endprodukt wird über 501, 503,
oder über
den Aufbewahrungsbehälter 500 auf
den Lastwagen 502 zum Transport zum Markt geladen. Die
Feinstoffe und das nicht spezifikationsgerechte Produkt, die in
einer abschließenden
Reinigungseinheit 415 abgetrennt werden, können zum
erneuten Verarbeiten über
die Rezyklierschleife 305 rezykliert werden. Das Zerkrümelungs-
oder Granulatorgerät 411 wandelt
die Pellets in kleinere Teilchen oder Granula um, die im Wesentlichen
die gleiche Härte
und mechanische Festigkeit und Stabilität wie die Pellets aufweisen.
Die Feststoffe können
dann je nach dem Material und Überlegungen
hinsichtlich der Umwelt zwischen den Verarbeitungseinheiten der
Erfindung durch herkömmliche
Schnecken, Aufzüge,
Förderbänder, pneumatische
Rohrförderer
und dergleichen transportiert werden. Das System kann offensichtlich
so angeordnet und konfiguriert werden, dass ein Material oder Produkt
aus dem Trockenbehälter 200 (das
zum direkten Gebrauch in Ballen überführt werden
kann), Mehl aus der Mahleinheit 300 (das zum späteren oder
direkten Gebrauch in Beutel verpackt werden kann) oder ein Granulatprodukt,
ein Pelletprodukt oder ein Prillprodukt aus 415 erhalten werden
kann.
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Ein
Beispiel für
den Betrieb des erfindungsgemäßen Systems
geht aus der folgenden Tabelle hervor. Dieses Beispiel beruht auf
der Verwendung eines Rolls Royce Allison 501-KB5 (nominelle Leistung
bei 3,9 MW)-Gasturbinengenerators und eines Scott Equipment-Trockners
Modell AST 824, die Schlachtabfall zu einem Tierfutterprodukt als
Proteinquelle verarbeiten.
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Beispiel
für ein
System, das für
ein Endprodukt mit 2,5 metrischen Tonnen/Std. ausgelegt ist
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Die 2 veranschaulicht
eine Konfiguration des erfindungsgemäßen Systems in der Form von
auf Gleitschienen montierten, auf LKWs montierten oder auf Eisenbahnwaggons
montierten Einheiten, die zu den gewünschten Herstellungsbetriebsstellen
transportiert und dort betrieben werden können, wo Abfallmaterialbeschickung
auf einer täglichen
oder periodischen Basis verfügbar
ist. Die erste Einheit 700 umfasst die Gasturbine 101 und
den Generator 102. Die zweite Einheit 701 umfasst
den Trockenbehälter 200 und
den Separator 208. Der Trockenbehälter 200 hat einen
Einlass 215 für
die Abfallmaterialbeschickung und ist an den Gasturbinenauslass über den
Anschluss 105 angeschlossen, wenn er stationär und in
Betrieb ist. Die dritte Einheit 702 umfasst die Verarbeitungsausrüstung, die
für einen
bestimmten Betrieb gewünscht
ist, wie die Kugelmühle
und einen Pelletierer. Der Produktausgang wird durch 501 zu
den Speichereinheiten 500 oder zu LKW 502 für den Transport
zum Markt befördert.
Eine wahlfreie Ausrüstung
kann auch Einheiten zum Verpacken in Beutel und andere Verpackungen
des Endproduktes für
verschiedene Märkte
enthalten.
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3 ist
eine Veranschaulichung der gleichen Einheiten, wie in der 2,
jedoch positioniert auf der Betriebsstelle in einer anderen Konfiguration.
Die erfindungsgemäßen tragbaren
LKW-montierten Einheiten können
offensichtlich an eine Reihe von Stellen angepasst werden, die Einschränkungen
des verfügbaren Raums
haben können.
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4A ist
eine Draufsicht und 4B ist ein Aufriss einer anderen
tragbaren Konfiguration des erfindungsgemäßen Systems, wobei alle Betriebseinheiten
auf einem einzelnen Auflieger-Lastwagen 800a und 800b befestigt
sind. Der Ausstoß von
Gasturbineneinheit 100 ist über Anschluss 105 an
den Trockenbehälter 200 angeschlossen.
Der Trockenbehälter 200 hat
einen Einlass 215 für
Abfallmaterialbeschickung und ist an den Separator 208 über Leitung 206 angeschlossen.
Der Separator 208 ist an den Dampf-/Luftreiniger-Separator 600 über Leitung 109 angeschlossen,
und der Separator 600 lässt
durch den Auslass 602 in die Atmosphäre ab. Der untere Auslass des
Separators 208 ist über
Leitung 301 an die Kügelmühleneinheit 300 angeschlossen.
Der Auslass von Kugelmühleneinheit 300 ist über Leitung 312 an
die Pelletiereinheit 400 angeschlossen, die an die Produktreinigungseinheit 415 über Leitung 414 angeschlossen
ist. Die Reinigungseinheit 415 hat einen Produktauslass 416.
Nicht gezeigt in den 2, 3 und 4 ist ein wahlfreies Gehäuse für jede an
einer Gleitschiene oder an einem LKW befestigte Einheit, so dass
die gesamte Einheit für
einen Witterungsschutz und zur Lärmeindämmung eingeschlossen
wird.
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5 ist
ein schematisches Verfahrensfließschema einiger der wahlfreien
Systeme dieser Erfindung. Das Herstellungsanlagengehäuse 900 und
die Abfallmaterialgruben 901 sind umschlossen und werden
mit Frischluft 902 versorgt. Die Ventilationsluft 903 aus
der Anlage wird zur Gasturbine 101 als Teil der Brennluftbeschickung 904 durch
den Luftfilter 104 geleitet. Die Abfallmaterialgruben 901 können im
gleichen Gehäuse befinden
oder können
gesonderte Haltetanks oder -teiche sein, die umschlossen sind, so
dass sämtliche
von dem Abfallmaterial abgesonderten Dämpfe aufgenommen und zusammen
mit der Anlagenventilationsluft 903 zur Verbrennung zusammen
mit dem herkömmlichen
Gasturbinenkraftstoff 103, wie dem örtlich verfügbaren Erdgas, zur Gasturbine 101 geleitet
werden können.
Dies verhindert, dass Treibhaus- und schädliche oder beißende Gase
aus dem Herstellungsbetrieb und dem Abfallmaterial in die Atmosphäre freigesetzt
werden, einschließlich
Biogasen aus jeglicher biologischen Umwandlung, die stattfindet,
bevor das Abfallmaterial in dem erfindungsgemäßen System verarbeitet werden
kann. Dies schafft nicht nur die Möglichkeit zur kommerziellen Verwendung
dieser Erfindung zur Gewinnung von Verdiensten bei der Luftqualität aufgrund
reduzierter Treibhausgasemissionen, den Herstellungsbetrieben wird
auch eine Möglichkeit
verschafft, dass sie zu annehmbaren Nachbarn in nahe gelegenen Wohngebieten
werden, weil alle üblen
und beißenden
Gerüche
von dem Betrieb und dem Abfallmaterial in dem System festgehalten
werden können
und in dem Endprodukt aufgenommen werden können oder in Komponenten umgewandelt
werden können,
die nicht übel
oder beißend
riechen, bevor sie in die Atmosphäre entlassen werden.
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Der
Gasturbinengenerator 101/102 erzeugt elektrischen
Strom 905, der entweder an die örtliche Stromgesellschaft 906 verkauft
werden kann oder durch 907 zur Verwendung bei dem Herstellungsbetrieb oder
den Verfahrenseinheiten in den erfindungsgemäßen Systemen verteilt werden
kann. Einige Herstellungsbetriebe werden feststellen, dass die Kosten
der Einschließung
einer offenen Herstellungsanlage und die Installation und der Betrieb
von Belüftung
zur Eindämmung
und Verarbeitung sämtlicher
Treibhausgase über 903 zumindest
teilweise oder sogar erheblich durch die Verwendung von Strom 905 für den Betrieb
des Belüftungssystems
ausgeglichen werden kann. Es kann beispielsweise machbar oder in
einigen Fällen
aufgrund von Regierungsvorschriften notwendig sein, dass ein gewöhnlich offener
Herstellungsbetrieb mit aufblasbaren Zelten abgedeckt wird, die
denen ähneln,
welche für
Tennisplätze
verwendet werden, so dass ökonomische
Systeme bereitgestellt werden, die sämtliche Emissionsgase aus einem
solchen Betrieb enthalten und sammeln, so dass diese Gase über 903 erfindungsgemäß verarbeitet
werden können.
Die Ökonomie
jedes kommerziellen Betriebs, die Kraftstoffkosten, Verkaufs- bzw.
Einkaufspreis der Elektrizität
und die Kapitalkosten der Ausrüstung
bestimmen, ob der Strom intern in dem Herstellungsbetrieb verwendet
wird, an die Stromgesellschaft verkauft wird, in den erfindungsgemäßen Systemen
oder in anderen Betrieben in der Nähe verwendet wird, oder beliebige
Kombinationen davon.
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Die
Abgase aus der Gasturbine 101 werden zu dem Trockenbehälter 200 durch
einen Anschluss 105 geleitet, der verhindert, dass die
Außenluft
in den Trockner eintritt. Wie hier offenbart, wird das System derart betrieben,
dass die Oxidation der Abfallmaterialbeschickung in dem Trockenbehälter 200 und
an anderer Stelle in dem System minimiert wird und im Wesentlichen
vermieden wird. Der Trockenbehälter 200 dient
auch als Schalldämpfer
für die
Gasturbine. Eine wahlfreie Überbrückung 908 kann
bereitgestellt werden, so dass die Abgase in die stromabwärts gelegene
Ausrüstung
geschickt werden können,
wie Separatoren/Kühler 208,
damit das Gasturbinenabgas gedämpft
wird, wenn der Trockenbehälter
abgeschaltet ist, und damit die Abgase vor der Freisetzung in die
Atmosphäre
während
eines solchen vorübergehenden
Betriebs gereinigt werden. Diese Überbrückung eliminiert die Kosten
für einen
gesonderten Schalldämpfer
zur Erfüllung
der Lärmbeschränkungen
an der Gasturbine, wenn der Trockenbehälter abgeschaltet ist, und
stellt eine kompaktere Bauweise für tragbare oder auf LKWs befestigte
Einheiten bereit.
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Die
Abfallmaterialbeschickung 215 wird zu dem Trockenbehälter 200 geleitet,
und zwar zusammen mit den Abgasen aus dem Anschluss 105 und
jeglicher ergänzender
Wärme,
die von einer alternativen oder ergänzenden Wärmequelle 107 bereitgestellt
wird. Die Abfallmaterialbeschickung stammt vorzugsweise direkt von
den Abfallmaterialgruben 901 in der Anlage 900,
so dass sie frisch ist und wenig oder keine Zeit zur biologischen
Umwandlung hat. Andere Quellen für
Abfallmaterialbeschickung 910 können in dem System verwendet
werden oder darin enthalten sein, wie aufgehäuftes Abfallmaterial oder Abfallmaterial
aus anderen Betrieben, das mit dem Abfallmaterial aus der Anlage
an Ort und Stelle vereinigt oder gemischt wird. Wie hier offenbart,
können
andere Bioabfälle,
organische Materialien, anorganische Materialien oder Additive mit
dem Abfallmaterial vereinigt werden, damit es in dem erfindungsgemäßen System
verarbeitet wird.
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Der
Ausgang aus dem Trockenbehälter
wird über 205 in
die Separatoren bzw. Kühler
geleitet, die so ausgelegt sind, dass sie die Feststoffe 912 für ein weiteres
stromabwärts
erfolgendes Verarbeiten trennen, die Wasserdämpfe als wieder gewonnenes
Wasser 913 kondensieren und die Gase 914, die
in die Atmosphäre abgelassen
werden, reinigen. Das wieder gewonnene Wasser kann stromabwärts als
Verfahrenswasser verwendet werden, zur Verwendung in der Herstellungsanlage
oder bei der Herstellung oder Konditionierung der Abfallmaterialbeschickung
rezykliert werden, als Viehtränkewasser
verwendet oder zur Feldfruchtbewässerung
verwendet werden. Der Feststoffausgang 912 aus den Separatoreinheiten 208 wird
gewöhnlich
durch Mahlen, Pelletieren, Granulieren, Einsacken usw. weiter verarbeitet.
Die Feststoffe 912 können
jedoch als Zwischenprodukt zur Bildung anderer Produktarten verwendet
werden. Das trockene Material kann beispielsweise in Ballen verpackt,
in bestimmte Formen geformt, zum Pumpen aufgeschlämmt oder
allein oder in Kombination mit anderen Materialien für die Verbrennung
verwendet werden, so dass der Brennwert des Materials genutzt wird.
Wenn gewünscht,
können
die Funktionen des Trockenbehälters 200 und
des Separators 208 oder zumindest einer ersten Stufe einer
Gas/Feststoff-Trennung in einem Behälter kombiniert werden, worauf
weitere Trenn-, Dampfkondensations- und Wärmerückgewinnungsfunktionen folgen.
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In
jedem der stromabwärts
befindlichen Betriebe kann der Wasserdampf gewonnen und zu den Separatoren
bzw. Kühlern 208 zur
Wiederverwendung rezykliert werden. Die erfindungsgemäßen Systeme
lassen sich offensichtlich an verschiedene Konfigurationen und verschiedene
Designs anpassen, die von den Verfahrensanforderungen und Ökonomien
bestimmter Tiermastbetriebe abhängen.
Verschiedene herkömmliche Wärmegewinnungs-
und Reyzklieraspekte, die in der 5 nicht
gezeigt sind, können
zu einer kommerziellen Installation der erfindungsgemäßen Systeme
ausgelegt werden, indem man gewöhnliche
Qualifikationen zur Ausgestaltung der Verfahrenstechnik verwendet,
wie u.a. die in der 1 gezeigte Feinstoff-Rezyklierung 305, die
Verwendung des Gas- bzw. Dampfstroms 914 für verschiedene
Wärmegewinnungs-
und Vorheizanwendungen, das Einbringen von Bindemitteln, Additiven
und Mischmaterialen an verschiedenen gewünschten Stellen im System,
Kühlen
der Verbrennungsluft und/oder der Anlagenventilationsluft, beispielsweise durch Wasserberieselung,
zur Steigerung der Effizienz und Energieausgabe der Gasturbinen,
Entwässerung
von Abfallmaterialbeschickung mit sehr hohem Wassergehalt usw. Das
fertige pelletierte, granulierte oder geprillte Produkt 915 kann
eingesackt oder als große
Menge für
die herkömmliche
Handhabung, den herkömmlichen Transport
und die herkömmliche
Endanwendung versandt werden.
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Dem
Fachmann ist ersichtlich, dass mehrere Gasturbinen, andere Motoren
und/oder Brenner gleicher oder verschiedener Arten und Größen miteinander
kombiniert werden können,
damit mehrere Trockenbehälter gleicher
oder verschiedener Arten und Größen in einer
einzelnen Installation beschickt werden können. Dies kann erfolgen, damit
nicht nur eine erhöhte
Beschickungsverarbeitungskapazität
geschaffen wird, sondern auch eine Betriebsflexibilität zum Verarbeiten
verschiedener Beschickungsmengen und zum Durchführen der Ausrüstungswartung
bereitgestellt wird, ohne dass der Betrieb ausgesetzt werden muss.
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Anhand
dieser Offenbarung wird dem Fachmann auch deutlich, dass die Erfindung
ein Mittel zur maximalen Energiegewinnung und zur verteilten Energiegewinnung
bereitstellt. Enthält
beispielsweise jede erfindungsgemäße moduläre Einheit einen 4-MW-Gasturbinengenerator,
erzeugen 25 dieser Einheiten 100 MW Elektrizität mit einer On-line-Effizienz
oder Zuverlässigkeit
von mehr als 95% auf einer 24/7-Basis.
Die 25 Einheiten werden integral in landwirtschaftlichen Anlagen
(Milchhöfen,
Mastbetrieben, Schweinefarmen, Geflügelfarmen), Nahrungsmittelverarbeitungsanlagen,
kleinen städtischen
Abwasseranlagen und anderen ländlichen Stellen
oder in Herstellungsanlagen platziert, in denen Abfallmaterialien
produziert werden und elektrische Energie benötigt wird. Diese 25 Einheiten
liefern also eine verteilte Erzeugung von 100 MW Energie in sehr
großer
Nähe zu
den Stellen, an denen die Energie zur Produktion oder für städtische
Abnehmer benötigt
wird. Die erfindungsgemäße verteilte
Erzeugung liefert die Energie direkt an die Nutzer, ohne dass sie über Fernleitungen
transportiert werden muss, bei denen es sich um eine Infrastruktur
handelt, die überlastet
und teuer in der Erweiterung ist. Die Erfindung liefert ein System
zur effizienten verteilten Energieerzeugung, gekoppelt mit Abfallumwandlung,
wodurch die Umwelt gereinigt wird und nützliche Dünger-, Tierfutter und andere
nützliche
Produkte produziert werden. Außerdem
können
die erfindungsgemäßen Systeme
derart betrieben werden, dass sie Energie produzieren, mit der ein
Spitzenenergiebedarf gestillt werden kann, beispielsweise 16/5,
16/6 oder ein anderes Spitzenschema. Weil das Abfallmaterial gewöhnlich nach
einem flexiblen Schema verarbeitet werden kann, kann das Energieproduktionsschema
flexibel sein und mit Spitzenanforderungen übereinstimmen, ohne nachteilige
Wirkung auf die Abfallbehandlung. In vielen Industriebetrieben werden
die Abfallströme
erzeugt, wenn der Energieverbrauch maximal ist, was für die erfindungsgemäßen Einheiten
ideal ist, die den Anlagenabfall verarbeiten und gleichzeitig für die gleiche
Anlage Energie bereitstellen.
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Es
wurden zwar verschiedene Ausführungsformen
dieser Erfindung veranschaulicht und beschrieben, diese dienen jedoch
lediglich der Veranschaulichung, und es können bei der Erwägung dieser
Erfindung und innerhalb des Schutzbereichs der folgenden Ansprüche verschiedene Änderungen
und Modifikationen vorgenommen werden.