Undersøgelse af mulighederne for termisk oparbejdning af mekanisk separeret shredderaffald
5 KSK
5.1 Forsøgsanlægget
Et pilotanlæg, bygget i kommerciel størrelse er tilgængelig som forsøgsanlæg i Rudisleben i Tyskland.
Kernen i anlægget er selve skaktovnen vist på fig.5.1. Skaktovnen opererer som en medstrømsforgasser og har demonstreret muligheder for at omdanne specielt husholdningsaffald til genanvendelig slagge og energi. De optimale forudsætninger for stabil drift er, at indsatsmaterialet eller en større part af indsatsmaterialet er omdannet til pellets, der kan bevare sin mekaniske styrke selv ved temperaturer over 1000 °C. Støv og også væsker kan muligvis indsættes sammen med pellets enten direkte gennem skakten eller ved indblæsning i den varme zone nederst i ovnen. Hermed har man dog ingen direkte erfaring.
Den varme gas fra smeltezonen ledes omkring skaktens sider og bevirker en kontrolleret pyrolyse af det organiske indhold i indsatsmaterialet. Gassen dannet under denne pyrolyse suges ned mod den varme zone i ovnen og tilsættes ilt, der indblæses gennem dyser i ovnens væg. Herved omdannes alt organisk materiale til lav-molekylære komponenter ved reaktionstemperaturer omkring 2000 °C.
Reaktionsprodukterne reagerer med kulstoffet bundet enten i koksen fra pyrolyseprocessen eller med direkte i skakten tilsat koks. Den producerede gas suges direkte fra højtemperatur zonen i ovnen til gasrensningssystemet. Her fjernes uønskede elementer som klor, svovl, tungmetaller med lavt smeltepunkt samt støv fra skaktovnen. Den rensede gas er rig på CO og H2 og vil have en brændværdi typisk på ca. 2,5kWh/m³. Den vil være egnet som brændsel direkte indfyret i et kraftværk, til gasturbiner eller til gasmotorer.
På fig. 5.2 er vist et eksempel på indsatsmateriale, som bedst kan karakteriseres som blandet industriaffald.
Den høje temperatur, der opnås under forbrændingen med ilt, medfører en fuldstændig smeltning af mineraler og metaller. Slaggen vil have et meget lavt indhold af metaloxider, da disse vil være næsten fuldstændig reduceret efter tæt kontakt med koksen i skaktovnen. Den flydende slagge tappes kontinuert.
Tapning af slagge er vist på fig. 5.3.
Den afhæng af indsatsmaterialet dannede metalfase, vil typisk være en legering primært bestående af jern og kobber. Metalfasen må tappes, når niveauet i ovnen når en vis højde.
KSK tilbyder kommercielle anlæg i størrelser op til 40000 tons/år, men har dog kun erfaringer med anlæg op til ca. 10000 tons/år.
Fig. 5.1: Skaktovnen
Fig. 5.2 : Indsatsmateriale
Fig. 5.3: Tapning af skaktovnen
5.2 Materialeforberedelse
Under det indledende møde med KSK blev det klart, at i det mindste en del af materialet skulle behandles, så det danner stabile pellets. Blandt de processer, der synes mest lovende, valgtes et forsøg med ekstrudering af shredderaffaldet.
Indledningsvis blev der udført forsøg med den groveste fraktion af shredderaffaldet, idet det måtte forventes, at denne fraktion ville give de mest stabile pellets.
For at undersøge om det var muligt at bibeholde formen af ekstruderet materiale ved forgasning, blev der udført undersøgelser af disse pellets i laboratoriet hos Elsam.
Den modtagne ”briket” blev delt i nogle stykker for at kunne udføre flere test.
De enkelte stykker er opvarmet under låg i en muffelovn for at hindre adgang af luft. Der er opvarmet i ca. 1 time ved henholdsvis 600 og 1000 °C. Billeder af prøverne er vist på fig. 5.4 og fig. 5.5.
Ved 600 °C er der flere prøver og det viser tydeligt, at såfremt der sker en egentlig forbrænding, går prøven i stykker, men ellers ser det ud til at prøven er rimelig stabil. Prøven er dog meget sprød og knuses let mellem fingrene. Også ved 1000 °C bibeholder prøven stort set sin form, hvis den ikke udsættes for mekaniske påvirkninger.
Fig. 5.4: Briket opvarmet til 600 °C
Fig. 5.5: briket opvarmet til 1000 °C
Fig. 5.6: Briket efter mekanisk påvirkning
Fig. 5.6 viser en prøve opvarmet til 600 °C, der er knust ved let berøring mellem fingrene.
Opvarmningen simulerer pyrolyseprocessen, hvoraf man kan konkludere, at også i skaktovnen vil formstabiliteten for ekstruderet materiale være et problem ved de temperaturer, der hersker der. Det organiske materiales struktur går i opløsning ved disse temperaturer, og materialet er ikke i stand til at sintre til stabile pellets. Efter diverse overvejelser og forespørgsler til andre pelletiseringsprocesser bl.a. SWZ, Swartze Pumpe i Tyskland, som også arbejder med lignende problemer, blev videre forsøg med pelletisering opgivet. En medvirkende årsag hertil var også, at de anslåede omkostninger til pelletisering ville være på ca. 275 kr./tons, hvilket ville gøre processen økonomisk uinteressant.
5.3 Forsøgets forløb og resultater
Formål med forsøget er at undersøge:
- Formaterialets egnethed til smeltning i den termiske proces.
- Den dannede slagges sammensætning og egnethed til genanvendelse.
- Den smeltede metals sammensætning og egnethed til genanvendelse.
- Røggasproduktets sammensætning og egnethed til genanvendelse.
- Muligheden for at indsætte RGP i processen.
- Proceskombinationernes økonomiske muligheder for at kunne realiseres.
5.3.1 Forsøgsplanlægning
Planlægningen med KSK startedes straks efter projektets start med et besøg hos KSK i slutningen af september 2001, hvor det var muligt at overvære et forsøg med indsats af en blanding af shredderaffald og husholdningsaffald.
Forsøgene deles op i fire faser:
- Kun shreddermateriale indsættes.
- 50% shreddermateriale blandet med 50% RGP indsættes.
- 40% shreddermateriale blandet med 60% RGP indsættes.
- Forsøg med smeltning i skaktovnen uden indsats af koks.
Forsøgene i skaktovnen planlægges til at køre over to døgn, dels for at opnå stabile forhold i ovnen og dels for at få så meget materiale ud af forsøgets fire faser, at det vil være repræsentativ for resultaterne. Der kalkuleres med en reservedag i budgettet i tilfælde af driftsforstyrrelser under forsøgene.
Der udtages prøver for hver fase af den producerede slagge, metal og af røggassen. Røggassen analyseres bl.a. for dioxin. Mængderne af alt input- og outputmateriale måles for at kunne opstille en massebalance for resultaterne. Den mulige termiske virkningsgrad skal estimeres ud fra temperatur- og volumenmålinger og analysen i røggassen. Den opnåede el-virkningsgrad måles.
I januar 2002 blev forsøg efter denne plan berammet til at finde sted februar eller marts 2002, men med brev af 11. marts 2002 stillede KSK en lang række betingelser for forsøgene, som medførte, at videre samarbejde måtte afbrydes.
5.3.2 Forsøgets gennemførelse
Med udgangspunkt i KSK’s udsagn om, at højst 10% af indsatmaterialet må være < 20mm, højst 50% af indsatsmaterialet måtte være shredderaffald samt ønsket fra KSK om, at forsøgsrækken blot skulle være optakten til et længerevarende udviklingssamarbejde om udvikling af skaktovnssystemet med det formål at gøre det egnet til behandling af det ønskede indsatsmateriale, besluttedes det at stoppe videre samarbejde med KSK:
5.4 Konklusioner
Medstrømsforgasseren i den form, den er udviklet hos KSK, er ikke velegnet til at behandle en blanding af shredderaffald og RGP, medmindre materialet kan briketteres til stabile briketter, hvilket der ikke findes kendte, økonomisk forsvarlige veje til.
Systemet vil muligvis kunne behandle den groveste fraktion af shredderaffaldet, som det foreligger efter raffineringsanlægget hos H.J.Hansen, men i givet fald vil denne fraktion kun udgøre ca. 40 % af den totale mængde.
Skulle også den fine fraktion af shredderaffaldet oparbejdes i skaktovnen måtte denne videre udvikles således, at det ville være muligt at indblæse denne fraktion, der primært består af uorganisk materiale, direkte i den varme zone i skaktovnen. Denne metode ville muligvis også kunne bringes i anvendelse på RGP.
Da projektmidlerne ikke rakte til en udvikling af denne art, har vi ikke kunnet medvirke til denne udvikling, men medstrømsforgasseren hos KSK må fortsat ses som et interessant alternativ til oparbejdning af shredderaffald.
KSK-processen kan ikke på sit nuværende udviklingstrin anbefales til behandling af shredderaffald i Danmark.
Version 1.0 November 2006, © Miljøstyrelsen.