WO2023275379A1 - Method and plant for separating a magnetic, phosphorous-containing compound from a dry mass by means of dry magnetic separation - Google Patents

Method and plant for separating a magnetic, phosphorous-containing compound from a dry mass by means of dry magnetic separation Download PDF

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WO2023275379A1
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dry
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Udo Comes
Karl Markgraf
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    • B03C2201/00Details of magnetic or electrostatic separation
    • B03C2201/20Magnetic separation whereby the particles to be separated are in solid form

Definitions

  • the invention relates to a process for separating a magnetic, phosphorus-containing compound, in particular from phosphorus present as iron phosphate, from a dry mass, in particular from biogenic residues, by dry magnetic separation, and to a plant for carrying out the process.
  • Biogenic residues offer several potentials, in particular nutrients, energy, phosphorus and metals, which are often underused by the current process chains. Biogenic residues are often only disposed of and not recycled.
  • biogenic residues are often in a chemically unstable and aqueous form and are not worth transporting over long distances. Examples include liquid manure and fermentation residues.
  • the energetic potential of biogenic residues is the energy chemically bound in the complex organic molecules, which can be used as a biomass fuel to directly replace fossil fuels.
  • Metals can be contained in the solids in different concentrations and combinations. Some metals are rare elements found only in small concentrations in the earth's crust. This includes, for example, cobalt, which is required in battery production for electromobility, so that the raw material is currently in high demand.
  • the invention is based on the object of specifying a method with which phosphorus can be easily and effectively separated from dry matter in order to form it to make usable. Furthermore, the invention is based on the object of creating a system with which the method can be carried out.
  • the phosphorus is removed from the dry matter by dry magnetic separation.
  • the method according to the invention is characterized by the following steps: a. providing a dry mass containing the magnetic, phosphorus-containing compound in the form of a powder and b. Subjecting the powder to a magnetic field so that the magnetic, phosphorus-containing compound is attracted by the magnetic field and separated from the remaining powder.
  • the phosphorus is chemically bound in magnetic compounds, in particular molecules or salts, and can be present in any oxidation state.
  • the phosphorus can be present as a salt of an oxo acid of phosphorus, in particular a salt of phosphoric acid H 3 PO 4 , phosphonic acid H 2 PHO 3 , phosphinic acid HPH 2 O 2 or the corresponding diphosphoric acids.
  • Dihydrogen phosphates (primary phosphates) M ⁇ 2 RO 4 , hydrogen phosphates (secondary phosphates) M 2 HPO 4 or neutral phosphates (tertiary phosphates) M 3 PO 4 should be mentioned in particular as salts of phosphoric acid.
  • Primary phosphonates M ⁇ 2 RO 3 and secondary phosphonates M 2 HPO 3 should be mentioned in particular as salts of phosphonic acid.
  • Primary phosphinates M ⁇ 2 RO 2 and secondary phosphinates M 2 HPO 2 phosphinates are to be mentioned in particular as salts of phosphinic acid.
  • M' denotes a magnetic metal of any valence (the above-mentioned empirical formulas of the compounds refer to a monovalent metal M +1 , for example).
  • Particularly suitable as magnetic metals are the ferromagnetic metals iron Fe, cobalt Co and nickel Ni in any oxidation state.
  • Iron phosphates, in particular iron(II) phosphates such as Fe 3 (PO 4 ) 2 and iron(III) phosphates such as FePO 4 should be mentioned as particularly preferred magnetic compounds within the scope of the invention.
  • dry mass is understood to mean a mass whose moisture content is so low that it is no longer sticky. In particular, it is a free-flowing dry mass.
  • the dry matter is preferably obtained from residues.
  • residue is understood broadly within the scope of the invention and does not include in particular exclusively biogenic residues.
  • Biogenic residues are organic waste and waste water, agricultural and forestry by-products and biogenic production residues.
  • residue for the description of the starting materials of this process includes all heterogeneous mixtures of substances with organic components. These include sewage sludge (primary sludge, secondary sludge, tertiary sludge, digested sludge) and also liquid manure, fermentation residues, pond or river sludge, and algae and other residues from marine plants and animals, as well as other organic mixtures of substances and secondary raw materials.
  • the preparation of the dry mass in step a) can include a chemical conversion of the original phosphorus compound into a magnetic compound.
  • a suitable salt of a magnetic metal M′ or a solution thereof is added to the dry mass or the residue, so that the magnetic compound is formed.
  • an iron salt solution such as iron(II) chloride or iron(III) chloride can be used.
  • the magnetic, phosphorus-containing compound separated from the powder is preferably deposited on a magnet that generates the magnetic field or on an element magnetized by the magnet.
  • the magnetic, phosphorus-containing compound is temporarily immobilized on the magnet or the magnetized element, which simplifies further separation.
  • the magnetized element acts as a (temporary) store or storage container for the severed connection.
  • the method also includes step c. Switching off the magnetic field so that the magnetic phosphorus-containing compound deposited on the magnet or the magnetized element is released.
  • the magnetic field can be applied to the powder in various ways. It can take place statically, with the stationary powder being subjected to a magnetic field generated by a stationary magnet. Alternatively, the loading does not take place statically, with a relative movement between the powder and the magnet or magnetized element being generated by the powder or the magnet or the magnetized element is moved relative to each other. It is particularly preferred here that the powder is moved by the magnetic field or moves under the influence of gravity, with the magnetic field being generated by a preferably stationary magnet or stationary magnetized element.
  • the separation can be done, for example, by scattering a thin layer of the powdered dry mass onto a magnetically active base, by swirling (blowing) in front of a magnetically active magnetic plate, or in any other way that allows the magnetic, phosphorus-containing compound to be extracted from the dry mass extract the effect of the magnetic field.
  • “magnetically active” means an object that is in particular temporarily magnetized by a magnet or that is itself (permanently) magnetic.
  • the case housing can be designed, for example, as a down pipe, on the outer circumference of which the magnet or magnets is or are arranged.
  • Electromagnets or permanent magnets can be used as the magnet for generating the magnetic field.
  • a plurality of 2, 3, 4 or more magnets can also be used.
  • the magnetic field is preferably generated by at least one electromagnet, which particularly preferably magnetizes a housing wall, for example of a storage container, or the inner wall of the drop housing.
  • the powder of the dry mass, in particular the magnetic, phosphorus-containing compound contained therein is provided with a maximum grain size of 100 ⁇ m.
  • the individual magnetic phosphorus-containing particles are sufficiently small and light that they can be easily attracted and moved by a magnetic field.
  • unavoidable larger impurities particles such as larger inorganic or organic lumps or structures, such as metals, stones, pieces of wood or the like, can be tolerated since they do not impair the magnetic removal of the phosphorus compound.
  • the provision of the dry matter in the form of a powder in step a) includes grinding the dry matter, in particular to the maximum Grain size of 100 pm. Grinding is particularly advantageous in the case of a coarse-grained dry matter.
  • the dry mass is ground with the aid of balls that are set in motion.
  • the spheres are preferably mixed with the dry matter or a starting material from this (in particular biogenic residue) and set in motion therein, for example by means of a mixer.
  • the diameter of the balls is preferably between 5 mm and 50 mm, particularly preferably between 15 mm and 30 mm.
  • the spheres can be made of any material, with a certain water absorption capacity in the form of hygroscopicity and/or capillarity and strength being preferred.
  • the balls are preferably made of wood and in particular beech wood.
  • the spheres can be made of another material that has properties similar to wood, particularly in terms of moisture management and strength. For example, wood-plastic composites come into question.
  • the balls that are mixed in and set in motion allow the dry matter to be ground so that no mechanical grinder is required.
  • a mechanical grinder a mill, for example a cone or disk mill
  • a mechanical grinder can also be used to grind the dry matter.
  • the dry mass is ground while the dry mass is dried at the same time.
  • balls made from a moisture-absorbing material, in particular from wood are therefore advantageous.
  • a drying medium can be passed through the bed of beads for the purpose of drying.
  • the powder fed to the separation step b) preferably has a dry residue content of at least 90% by weight, in particular at least 95% by weight.
  • the system according to the invention for separating a magnetic, phosphorus-containing compound, in particular iron phosphate, from a dry mass, in particular from biogenic residues comprises: a grinding device (crushing device) for grinding the dry mass to a powder, in particular with a maximum grain size of 100 ⁇ m, and a separating device (magnetic separator) comprising at least one magnet for generating a magnetic field, the separating device being designed to apply the magnetic field to the powder so that the magnetic, phosphorus-containing compound is attracted by the magnetic field and separated from the (remaining) powder.
  • a grinding device crushing device
  • a separating device magnetic separator
  • the system according to the invention is suitable and set up for carrying out the method according to the invention.
  • the separating device (magnetic separator) has a drop housing that is open at the top and bottom and has at least one closed peripheral wall, with the at least one magnet being arranged outside the peripheral wall so that it is able to generate a magnetic field that acts in the interior of the drop housing.
  • the separating device comprises a swirling device for swirling the powder.
  • the swirling device is designed or arranged in particular to swirl the powder in the magnetic field.
  • Such a turbulence device promotes the attraction of the magnetic phosphorus compound in the magnetic field and its separation from the remaining dry mass powder.
  • the turbulence device can comprise a baffle plate arranged in the upper third of the case housing, onto which the falling powder trickles and is whirled up by the recoil.
  • the magnet can be an electromagnet or a permanent magnet.
  • a tubular magnet can be used for free-fall applications, as is also used in the pharmaceutical industry for separating weakly magnetized particles.
  • a drum magnet, an overbelt magnet or other magnet systems can be used for separation.
  • the plant can further comprise a hopper which is used to feed the powder to the separating device.
  • the funnel can be arranged above the case housing.
  • the grinding device comprises a mixer equipped with balls, in particular wooden balls, as already described in connection with the method.
  • a ball milling device which is not only suitable for milling but also for producing the dry matter from residues, and a corresponding method are described in detail further below.
  • the milling device can have a comminution device equipped with a mechanical grinder, for example a conical grinder or disk grinder, for comminuting the dry matter.
  • the comminution device can be arranged above the separating device, in particular above the funnel.
  • the equipment may further include a container (storage) for receiving the residual powder separated from the magnetic phosphorus compound.
  • the container can be arranged below the separating device, in particular below the drop housing.
  • the dry mass can advantageously be obtained using a mixer (reactor, bioreactor) filled with balls. This will be described below.
  • the method i.e. the provision of the dry mass in the form of a powder according to step a) of the method according to the invention, comprises the following steps in this embodiment: a1) filling biogenic residues with a liquid portion into a bioreactor, a2) drying the residues to a dry mass, a3) grinding the dry matter, a4) removing the dry matter.
  • the dry mass can be further dried.
  • the method has the following steps: a1) Filling the residues containing a liquid portion into a bioreactor filled with (preferably dry) balls and having a mixer and mixing the balls and the residues by operating the mixer at least intermittently during the filling and /or after filling, so that films of the residues form on the surfaces of the spheres, a2) drying the films of residues to form crusts of dry matter with a residual water content on the surfaces of the spheres by supplying a drying medium to the bioreactor, which Flows around balls, with at least part-time operation of the mixer, a3) grinding and further drying of the dry matter by at least part-time operation of the mixer with abrasion of powdery dry matter from the balls, a4) removal of the powdery dry matter from the bioreactor.
  • the result of the process is a very dry and very finely divided powdery dry mass (hereinafter also simply referred to as powder), which can be used in a variety of ways depending on the starting material (the residue).
  • the method allows the phosphorus contained in the residue to be recovered and used in particular as fertilizer.
  • the dry mass obtained is subjected to the dry magnetic separation according to the invention in order to separate it from the remaining powder.
  • the powder can be used in particular as a substitute fuel for fossil fuels, in particular wherever a combustion process using fossil fuels, in particular coal, is currently taking place.
  • a combustion process using fossil fuels, in particular coal is currently taking place.
  • An example is the cement industry when burning clinker. In this way, fossil CC> 2 emissions can be effectively reduced.
  • the dry matter can be used as (nutrient-rich) fertilizer in agriculture in the form of dry meal, in particular through the targeted mixing of chemically unstable manure or fermentation residues with particularly dry biogenic residues, whereby the nutrients of the residue are used.
  • metals can be extracted from the residues in order to be used as raw materials in the production processes of goods.
  • the water discharged from the reactor with the drying medium by the process can be used later by being treated as industrial or drinking water.
  • seawater two recyclable materials are produced simultaneously: salt as dry matter and water by separating the water from the drying medium with subsequent processing to make drinking or process water.
  • residue is understood broadly within the scope of the invention and includes in particular, but not exclusively, biogenic residues.
  • Biogenic residues are organic waste and waste water, agricultural and forestry by-products and biogenic production residues.
  • residue for the description of the starting materials of this process includes all heterogeneous mixtures of substances with organic components. These include sewage sludge (primary sludge, secondary sludge, tertiary sludge, digested sludge) and also liquid manure, fermentation residues, pond or river sludge, seawater and algae as well as other residues from marine plants and animals, as well as other organic mixtures of substances, secondary raw materials and industrial sludge.
  • the dry mass can be further dried.
  • the process comprises two stages, the first stage also being referred to as the “wet” stage and the second stage being referred to as the “dry” stage.
  • the films of residues are essentially dried, with the formation of crusts on the surfaces of the balls, with at least intermittent operation of the mixer, which also causes the powder to be separated from the balls.
  • the grinding and further drying of the powdery dry matter already separated from the spheres is carried out by operating the mixer through the grinding action of the spheres and discharging the powdery dry matter from the bioreactor.
  • the "dry” stage which includes further drying and grinding, can be carried out as an independent process and in addition to the first stage.
  • the drying medium is a drying fluid, in particular a gaseous fluid.
  • warm, unsaturated air and/or unsaturated, superheated steam are preferably used as gaseous drying fluids.
  • the application of the principle of steam drying using superheated water vapor also leads to a significant increase in the efficiency of heat transfer and thus time savings compared to using warm, unsaturated air as a drying medium.
  • the principle of steam drying using superheated steam at atmospheric pressure is known per se.
  • the drying process is accompanied by the evaporation of liquid, especially water (moisture).
  • the evaporation of liquids is defined as a phase change from the liquid to the gaseous phase and thus the conversion of the liquid into vapor.
  • steam is a real gas that can be discharged from the reactor space, which in the present case takes place through the drying medium.
  • evaporation is a generic term that very generally describes the phase transition from the liquid to the gas phase and thus includes evaporation below the boiling point and boiling above the boiling point of a liquid.
  • Water vapor can be part of a gas mixture.
  • the water vapor in the atmosphere is part of the gas mixture of humid air.
  • Moist air is a mixture of dry air and water. Compared to other mixtures of ideal gases, humid air has the special feature that water vapor cannot be mixed with dry air in any desired quantity.
  • the amount of water vapor that can be contained in the air is such that the partial pressure of the water vapor (partial pressure) has reached the saturation pressure. If the partial pressure of water vapor is less than the saturation pressure, then the air is unsaturated.
  • the energy can be introduced by convection (in the present inventive case using the drying medium) and/or conduction (via hot contact surfaces, e.g. heated outer walls of the bioreactor according to the invention) and/or by radiant heat (e.g. through transparent outer walls of one described later). bioreactor according to the invention).
  • the supplied biogenic residues can preferably be heated before the supply (maximum up to the boiling point).
  • the intensity and combination of the various heat transfer processes depend on the material properties of the biogenic residue to be dried and the desired drying result, which also includes disinfection/sanitization.
  • heat transfer by convection is used with the aid of the drying medium.
  • thermo and the pressure can be additionally varied for optimal process control and product quality, since these parameters directly influence the drying process.
  • the boiling temperature is a dependent function of the set pressure levels. Temperatures above 0° C. up to 250° C. and positive (overpressure) or negative (negative pressure) pressure differences of 0-4 bar in relation to atmospheric pressure are preferably set.
  • the spheres can be made of any material as long as it has sufficient water absorbency in terms of hygroscopicity and/or capillarity and strength.
  • the balls are preferably made of wood and in particular beech wood.
  • the spheres can be made of another material that has properties similar to wood, particularly in terms of moisture management and strength. For example, wood-plastic composites come into question.
  • the diameter of the balls is preferably between 5 mm and 50 mm, particularly preferably between 15 mm and 30 mm.
  • biofilm residual material film that settles on the surfaces
  • these can be dried before filling or feeding in the residual material. This can be done in particular by feeding the drying medium, in particular warm, unsaturated air and/or unsaturated, superheated steam, into the reactor.
  • a mixing process can be carried out while the residues are being filled in. At least one mixing process is preferably carried out after filling. As a result, the residues are completely mixed with the balls at least once.
  • the mixing process or processes continue until uniform thin films of the residues have formed on the surfaces of the balls.
  • liquid can also be applied to the surfaces of the balls when filling the residues.
  • the liquid can be introduced in particular by spraying in the liquid in the form of a spray mist.
  • the liquid can be water or another (biogenic) residue with a higher moisture content. This means that drier and wetter residues that are fed in at the same time can be fixed to the surfaces of the balls as thin biofilms.
  • liquid manure or fermentation residues are used as further (biogenic) residues with higher moisture contents.
  • a nutrient-rich fertilizer mixture can be produced as dry meal and thus as a dry stabilizer using the process presented here.
  • Additional liquid is preferably introduced when the moisture content of the residue used falls below a lower threshold.
  • the liquid supplied can be enriched with an iron salt in order to precipitate free phosphates in the residue as iron phosphate.
  • the liquid can contain lime (calcium carbonate CaCOs) and can be added, for example, in the form of milk of lime and evenly distributed on the spherical surfaces.
  • lime calcium carbonate CaCOs
  • lime can also be fed into the bioreactor as a solid, in particular in the form of a free-flowing powder.
  • the addition of lime increases the pH value of the biofilms that form on the spherical surfaces, which enables a targeted reduction in the temperature level, which is necessary for the phase transition of nitrogen, which is mostly available in the form of ammonium in the biogenic residues, from the liquid to the gaseous phase is required.
  • gaseous discharge of ammonia can be specifically influenced with the help of the drying medium.
  • the gaseous nitrogen that is discharged as a result can then be processed further and thus separated as a nutrient.
  • This can preferably be done with an acid scrubber using sulfuric acid (H2SO4) so that ammonium sulphate solution can be produced.
  • the warm, unsaturated air is preferably introduced into the bioreactor at a temperature of up to 85°C.
  • the introduced air then flows around the spheres, with the films adhering to the sphere surfaces releasing moisture into the air.
  • the saturated air is discharged from the bioreactor again.
  • the water contained in the saturated air can be used for other purposes.
  • the unsaturated, superheated steam is introduced into the bioreactor in particular at a temperature of 110° C. to 300° C., preferably 110° C. to 250° C.
  • the set process parameters can be varied with regard to pressure and temperature, taking into account the limit values for the gas phase, which are derived from the vapor pressure curve.
  • the water vapor at Atmospheric pressure introduced into the bioreactor.
  • the superheated steam then flows around the balls.
  • the residues absorb the heat convectively.
  • the films adhering to the surfaces of the spheres, which have a liquid content evaporate moisture, which the superheated steam absorbs as a real gas.
  • the moisture removed from the biogenic residues thus becomes excess steam, which is discharged from the bioreactor again.
  • the water contained in the discharged excess steam can be used for other purposes.
  • crusts form on the surfaces of the balls, which consist of dry matter with a residual water content. Due to the mixing processes, the crusts are finely ground (rubbed off) from the surfaces of the spheres and will settle as a powder (powdery dry matter) with a residual water content at the bottom of the bioreactor.
  • the drying medium is preferably supplied via a plurality of drying medium inlets arranged at different heights of the bioreactor, in particular a drying medium inlet arranged in the lower third of the bioreactor, a drying medium inlet arranged in the middle filling level area, a drying medium inlet arranged above a maximum filling level and a drying medium inlet arranged in the bottom area .
  • the drying medium supply in the lower area of the bioreactor in particular from the drying medium inlet arranged in the lower third of the bioreactor and the drying medium inlet arranged in the bottom area, can be reduced or switched off. The result of this is that the drying medium no longer flows through the powdery dry mass accumulating in the floor area. This prevents the highly flammable powder from being whirled up and discharged with the exhaust air or excess steam. This measure therefore serves not only to retain the powder in the reactor, but also to protect against explosion.
  • the powder at the bottom of the bioreactor is preferably dried indirectly, with the drying medium not flowing through it directly (“aeration”).
  • the indirect drying can take place via the surfaces of the balls, in particular by sorption and additional capillary suction forces, which are located in the powder mixture in the bottom area of the bioreactor and are preferably drier than the powder surrounding them.
  • the drying medium can flow around the balls located above the powder during grinding and to be dried in the process.
  • the drying medium is in particular supplied via the drying medium inlet arranged in the central filling level area and the drying medium inlet arranged above the maximum filling level, while the drying medium is not supplied via the other drying medium inlets.
  • the reduction in size of the individual particles in the form of agglomerates is determined and limited, among other things, by the water molecules, which act as adhesive liquid bridges between the particles. By removing the water molecules, the particles can be increasingly isolated down to the single-digit pm range.
  • Indirect drying via the surfaces/boundaries of the spheres also preferably allows powder to be dried cold, in that fully dried spheres are mixed into a powder bed, with the temperatures of the spheres and the powder not exhibiting any large temperature differences.
  • a drying result with indirect drying, a complete drying of powder with a dry residue content of up to 98% can be achieved.
  • the spheres and powder are preferably mixed intermittently.
  • the mixing processes grind the powder through the friction on the surfaces of the balls.
  • the residence time of the biogenic residues in the bioreactor can be set for a predetermined period of time, which is based on the respective legally valid specifications for hygienization.
  • a bioreactor that is set up to carry out the preferred method according to the invention for providing the powdered dry mass has the following features: a housing with at least one base and a preferably closed peripheral wall, a mixer preferably mounted on the base so that it can rotate about a vertical axis, the is arranged inside the housing, at least one drying medium inlet arranged in the central area or in the middle in the peripheral wall of the housing, based on a height of the housing or on a maximum fill level (Hiu ax ) of the housing, at least one drying medium outlet, a filling of the bioreactor made up of a large number of balls, with an initial filling level
  • Another desiccant inlet can be located in the bottom or in the peripheral wall.
  • a cumulative arrangement in the base and in the peripheral wall can also be provided.
  • a plurality of drying medium inlets can be provided in the peripheral wall and also in the base in order to ensure an adequate supply of drying medium.
  • the bioreactor can comprise a plurality of drying medium inlets, in particular a drying medium inlet arranged in the lower third of the bioreactor in the peripheral wall, the drying medium inlet arranged in the middle filling level area in the peripheral wall, a drying medium inlet arranged above the maximum filling level in the peripheral wall or a cover and/or one drying medium inlet arranged in the floor.
  • the drying medium can be fed in and distributed in a punctiform manner and/or via distributor plates which each have a large number of holes and extend over at least part of the reactor cross section. This means that drying medium can be supplied and distributed over defined areas.
  • the housing can preferably be covered by a cover.
  • the residues are preferably supplied and the drying medium is removed through the cover, in which corresponding openings are provided.
  • the drying medium can be discharged and the residues can be fed in through the lateral peripheral wall above the maximum fill level by providing appropriate openings.
  • the residues can also alternatively be fed into the lateral peripheral wall below the surface of the maximum filling level, preferably with a screw. In itself, it is irrelevant from where or at which point the biogenic residues are fed into the bioreactor.
  • the mixer is preferably a vertical screw.
  • the vertical screw can preferably be conical or cylindrical.
  • At least one knife and a scraper bar at the beginning of the worm can preferably also be attached to the worm windings or worm wings (segmented worm).
  • the mixer is preferably mounted on the bottom of the housing.
  • the housing is preferably of cylindrical or conical design.
  • the housing is preferably thermally insulated in order to avoid energy losses and, if necessary, to be able to keep the temperature in the bioreactor constant during the drying process.
  • the exhaust air or excess steam can be removed from a closed bioreactor by internal pressure or by applying a negative pressure.
  • the applied temperatures can be varied by varying the applied pressures. In the case of a negative pressure, the temperature can be lowered and in the case of an overpressure, the temperature can be increased.
  • the construction of the bioreactor is to be designed with a lid according to the selected pressure conditions.
  • the aim of the first process step is the even distribution of the supplied (biogenic) residues on the surfaces of the spheres in the form of thin films with a layer thickness of preferably a few millimeters.
  • the residues are preferably fed into the bioreactor above the bead bed.
  • the balls are preferably made of wood, in particular beech wood. Alternatively, other moisture-regulating substances that have sufficient strength on the surfaces can also be used.
  • the diameter of the spheres can preferably be between 5 and 50 mm. For example, around 73,000 balls with an average diameter of 25 mm are used per cubic meter of volume used in the bioreactor. The sum of the spherical surfaces per cubic meter is 144 m 2 (square meters).
  • spherical bodies are preferably used for carrying out the method.
  • preferably round or oval shaped bodies can also be used.
  • the residues are preferably fed in while the mixer is operated at least intermittently in order to bring about a mixing process of the balls and residues.
  • the mixing process should preferably last several minutes so that an even film can form on all balls.
  • the mixing process takes place in the bioreactor, preferably by means of a vertical screw.
  • the supplied residues can have different material properties and particle sizes.
  • a supplied mixture can consist of liquid, wet, moist, sticky, solid, crumbly and powdery fractions at the same time.
  • the size of the solid particles supplied can also vary in a range from 1 ⁇ m in a suspension to several centimeters as solid lumps.
  • water is preferably filled into the bioreactor in order to pre-slurry or slurry the dry fractions. This can preferably be done by a spray mist above the balls and during the mixing process.
  • Another special feature of the supplied residues is the phosphorus they contain. Since the phosphorus is to be separated, obtaining a fuel which has been depleted in phosphorus, the availability of the phosphorus in the form of the magnetic, phosphorus-containing compound (see above) in the residues is necessary, which enables the magnetic substance separation according to the invention.
  • a suitable magnetic reagent in particular in an aqueous solution, for example an iron salt solution, can be supplied to the bioreactor.
  • the supply is preferably in the form of a spray above the balls during the mixing process during the supply of residues.
  • the supplied aqueous solution is mixed evenly into the films by the mixing process and then, in the presence of phosphorus dissolved in the aqueous films, leads to the formation and precipitation of a corresponding magnetic, phosphorus-containing compound, for example iron phosphate, within a few minutes. This can be magnetically separated from the powdered dry mass produced and fed to subsequent processing.
  • a further differentiation with regard to the supplied biogenic residues is the degree of chemical instability of the organic part.
  • This easily degradable fraction of organic matter consisting of energy-rich complex organic fat and protein molecules, should preferably be quickly converted into a stable form in order to preserve the chemically bound energy and minimize odors.
  • One form of stabilization is the conversion to the state of a dry stabilizer. Due to the lack of water, the transport of nutrients is prevented for the mostly heterotrophic bacteria, which very quickly begin to break down the organic components, and thus the biological breakdown of the easily degradable organic substances is effectively stopped.
  • the balls are preferably dried before filling.
  • water is drawn from the wet film via capillary attraction forces across the sphere interfaces from the outside in into the drier cell cavities of the spheres as free water.
  • the film is dried by removing moisture from the inside and is stabilized by the dry rigidity that accompanies it.
  • the hygroscopic property of the balls allows the humidity to be adapted to the prevailing external conditions.
  • the associated ability to store moisture enables very aqueous suspensions to be fed into the bioreactor, the water content of which can be absorbed up to the saturation limit of the balls.
  • the biogenic residues which are present in the form of wet films on the balls, are dried by supplying a drying medium, preferably at a temperature above room temperature to 85 °C using warm, unsaturated air as the drying medium and preferably at a temperature above 110 °C C when using unsaturated, superheated steam as a drying medium.
  • the drying medium is preferably supplied at a number of points which are arranged at different heights of the bioreactor.
  • the drying medium is preferably supplied from the bottom of the reactor, from its peripheral wall, namely in the area of the balls at the height of the powder accumulation and in the area of the balls above the powder accumulation, and above the bed of beads.
  • the aqueous surfaces of the films dry in this phase primarily by releasing water as water vapor into the unsaturated warm air flowing around them, and water is thus discharged from the bioreactor as water vapor via the more saturated exhaust air.
  • unsaturated, superheated water vapor as a drying medium
  • the aqueous surfaces of the films dry in this phase mainly by releasing water as water vapor in the form of a real gas into the unsaturated, superheated water vapor flowing around them, and water is thus discharged from the bioreactor as excess vapor.
  • the preferred mechanical intermixing of the spheres leads to an increase in the wet surfaces, in that the wet films transfer moisture to drier films and, after mixing, are again formed into homogeneous wet biofilms.
  • the dry crusts should preferably increase the diameter of the balls by 5% up to 10%. This increases the volume used in the reactor by up to 33%.
  • the filling density of the spherical matrix is around 60%, so that a free volume (air volume when using warm, unsaturated air as drying medium and steam volume when using unsaturated, superheated steam as drying medium) of around 40% remains.
  • the dry mass adhering to the surface of the wooden balls is rubbed off or ground down as a trickle by friction through mixing processes. Most of the trickling substances settle on the bottom of the bioreactor.
  • the mixing processes lead to the trickling substances being ground into a micro-fine powder.
  • the particle size is less than 100 ⁇ m and preferably less than 60 ⁇ m. Individual particles are ground down to the single-digit pm range.
  • the dry mass is further dried.
  • the type of drying changes.
  • the powder is no longer direct via the drying medium, but indirectly via the capillary suction forces and sorption at the dry interfaces of the spheres.
  • the water in the powder is therefore transported via the boundary surfaces of the spheres by sorption and capillary forces of attraction from the outside inwards into the cell cavities of the spheres and is bound there.
  • the part of the balls not covered by powder which is above the layer of powder deposited on the ground, continues to be dried by the drying medium, when using warm, unsaturated air as the drying medium by the warm and unsaturated air flow, and when using unsaturated, superheated steam as the drying medium dried by the superheated and unsaturated steam stream.
  • a subsequent mixing process mixes very dry balls from the upper area into the powder in the lower area of the bioreactor.
  • the balls that are in the powder and that have previously been enriched with water from the powder are mixed from the powder into the upper part of the bioreactor and thus above the powder layer into the balls located there.
  • the final dry residue content of the powder should preferably be between 90% and 98% by weight, i.e. have a moisture content of at most 10% by weight and up to 2% by weight.
  • the grinding process is preferably carried out until the balls are essentially free of dry matter, i.e. the crusts are largely removed.
  • drying medium is completely interrupted and the operation of the mixer is stopped.
  • the drying medium is discharged at a reduced level in order to maintain a continuous negative pressure.
  • the powder can preferably be carried out of the reactor pneumatically with the drying medium, in particular by suction air or negative pressure with the aid of cyclones. Heavier contaminants can be easily separated in the flow of the drying medium, especially in the air flow, using the air separation process.
  • the powder can be discharged via a discharge device comprising lateral openings or openings in the bottom area of the reactor.
  • a sieve device in particular a perforated plate or a grid or bars, can be arranged in front of the openings in order to at least remove the balls and optionally coarser components retain dry matter.
  • a device for selectively opening and closing the discharge device can also be arranged in front of the screening device on the inside of the housing.
  • the discharged dry matter is then subjected to the process according to the invention for separating the magnetic, phosphorus-containing compound and, if necessary, to further processes for quality assurance.
  • dry matter produced in other ways can also be fed into the phosphorus separation process.
  • Iron phosphate is paramagnetic and is present in particular in particle sizes from 5 ⁇ m to 50 ⁇ m.
  • the dry mass is preferably comminuted to a maximum size of 100 ⁇ m with a simultaneously high dry residue content of more than 90% up to 98%.
  • the magnetic, phosphorus-containing compound is present in particular in particle sizes from 5 ⁇ m to 50 ⁇ m.
  • the grinding of the dry mass for the purpose of separating off the phosphate can be carried out in a mill or generally in a comminution unit.
  • the device should enable the particles to be reduced to a grain size of ⁇ 100 ⁇ m.
  • a purely mechanical comminution of the particles is limited by the residual moisture in the dry matter. If the residual moisture in the externally supplied or discharged dry matter is too high, comminution can be inhibited down to the single-digit pm range.
  • a further preferred alternative process control is then the supply or return of the externally supplied or discharged and preferably comminuted dry matter in the process phase (a3) grinding and drying the dry matter until the necessary dry residue content is reached, which means comminution down to the preferably single-digit pm range allows.
  • drying and grinding of externally supplied or discharged and preferably pulverulent dry mass can preferably take place or be continued in a second, separate mixer as an independent process.
  • An exemplary embodiment of the invention for the expanded method using biogenic residues with a liquid content as starting materials is to be explained in more detail below with reference to drawings. Show it:
  • FIG. 0 shows a schematic representation of an unfilled bioreactor as a grinding device according to an embodiment of the invention
  • FIG. 1 shows a schematic representation of the bioreactor from FIG. 1
  • FIG. 2 shows a schematic representation of the bioreactor from FIG .
  • FIG. 3 shows a schematic representation of the bioreactor from FIG.
  • FIG. 4 shows a schematic representation of the bioreactor from FIG. 0 with filled balls, which are clean again on the surface, and with powder deposited on the bottom of the container, with a minimum fill level Hp UiVer ;
  • FIG. 5 shows a schematic representation of a plant for separating a magnetic, phosphorus-containing compound, in particular iron phosphate, in a state with excited magnets;
  • FIG. 6 shows a schematic representation of the system from FIG. 5 with deactivated magnets.
  • FIGS. 0 to 4 represents an example of a grinding device that can be used advantageously within the scope of the invention for providing a powdered dry mass.
  • the figures show different process stages for the preparation of the dry mass.
  • the bioreactor 0 is a thermal dryer which, in the exemplary embodiment shown in FIG. 0, consists of a housing 1 which is open at the top and which is conical in shape and essentially consists of a closed peripheral wall 1.2 and a base 1.1.
  • the schematic representation does not show that the housing 1 of the bioreactor 0 can be thermally insulated in order to avoid energy losses and to be able to keep the temperature inside the bioreactor 0 as constant as possible.
  • a preferably conical screw 2 is rotatably driven about the vertical axis A.
  • the screw 2 has at least one turn 2.1.
  • the snail 2 is shown shortened here. Their axial length preferably extends up to the maximum fill level H max in order to enable the quickest and most rapid mixing possible.
  • the drying medium which is preferably ambient air and/or unsaturated, superheated steam, which is fed into the interior of the bioreactor 0, which allows the drying of the biogenic Residues 4 is used.
  • the feed line 6 is in the lower third, the feed line 6.1 is in the middle and another feed line 6.2 is above the bead bed (see FIG. 1).
  • the supply line 6.3 is located in the floor 1.1.
  • the ambient air can preferably be heated to a temperature in the range from 20 °C to 85 °C.
  • unsaturated, superheated steam can preferably be heated to a temperature in the range from 110 °C to 250 °C.
  • balls here wooden balls 3, which are preferably made of beech wood with a diameter of preferably 5-50 mm as bulk material, are inserted via the upper opening shown in Figure 0 into the bioreactor 0 to filled to a level of Hstan.
  • the bioreactor 0 can be closed with a cover 1.3, which is shown in FIG.
  • the structure of the bioreactor 0 shown in FIG. 1 corresponds to that of the bioreactor 0 according to FIG.
  • the supply lines for biogenic residues 4 and water 5 and the discharge line for the exiting drying medium 7 lead through the cover 1.3.
  • the wooden balls 3 are preferably dried in order to create a high potential in the wooden balls 3 for absorbing moisture.
  • the drying medium is preferably supplied via all supply lines 6, 6.1, 6.2 and 6.3 in order to introduce heat into the bioreactor 0 for drying.
  • the drying medium is warm, unsaturated air and/or unsaturated, superheated steam.
  • the supply of warm air and/or steam via the supply line 6.3 serves as leakage medium (leakage air and/or leakage steam) for discharging the saturated air and/or the Excess steam from the lower part of the bioreactor 0, which and / or has previously flowed through the spherical matrix.
  • the exhaust air and/or the steam is discharged via the discharge line 7 in the cover 1.3.
  • a slight negative pressure is preferably set in the bioreactor 0 by the air streams and/or steam streams.
  • the aeration and deaeration and/or the steam supply and steam removal preferably take place continuously.
  • the specific design of the air supply and/or the steam supply with regard to the duration, the volume flow and the temperature with regard to the individual air supply lines and/or steam supply lines 6, 6.1, 6.2 and 6.3 is variable with the aim of obtaining optimal conditions for the drying process.
  • the vertically arranged screw 2 is put into operation in rotation and, preferably at the same time, the biogenic residues 4 are fed in via the feed line in the cover 1.3.
  • the mixing process leads to the biogenic residues 4 being mixed with the wooden balls 3 and preferably lasts several minutes.
  • the mixing process ends with largely homogeneously formed biofilms on the surfaces of the wooden balls 3.
  • water 5 is preferably fed into the bioreactor 0 via a feed line in the cover 1.3 during the mixing process.
  • the dry fractions of the biogenic residues 4 are thus slurried and slurried.
  • the biogenic residues 4 enriched with water 5 then successively form biofilms on the surfaces of the wooden balls 3 during the mixing process.
  • a suitable magnetic reagent is added, which converts the phosphorus into a magnetic compound.
  • an iron salt is added to the water 5 during the mixing process, so that phosphates dissolved therewith are spontaneously precipitated as iron phosphate in the wet biofilms.
  • the bioreactor 0 shown in FIG. 2 shows the state after the successful formation of biofilms on the surfaces of the wooden balls 3.
  • the fill level in the bioreactor 0 rises to H wet due to the biofilms.
  • the wet biofilm is dried.
  • the drying takes place by supplying warm air and/or unsaturated, superheated water vapor into the spherical matrix via the surfaces of the biofilms, preferably continuously via all air supply lines and/or steam supply lines 6, 6.1, 6.2 and 6.3. With Air saturated with water vapor and/or the excess steam is discharged via the exhaust air line and/or the steam discharge line 7 in the cover 1.3.
  • the operation of the auger 2 is preferably intermittent.
  • the screw 2 is preferably stopped for around 3 to 60 minutes, particularly preferably 30 to 60 minutes, and then started to rotate for preferably 10 to 30 seconds.
  • the intervals chosen are directly dependent on the heat energy fed into the bioreactor for drying. If unsaturated, superheated steam is supplied as the drying medium, the mixer can preferably be operated quasi-continuously.
  • the biofilms on the surfaces of the wooden balls 3 are homogenized by the mechanical friction process, so that the moisture in the biofilms is distributed largely evenly on all ball surfaces and the effective surface area for evaporation is thus optimized.
  • the aim of the drying process is the formation of solid, dry crusts 4.1 of solids on the surfaces of the wooden balls 3.
  • the crusts should increase the diameter of the wooden balls 3 preferably in the range from 5% to 10%. This reference value enables the calculation of the mass of solids to be fed preferably and thus also the fresh mass of biogenic residues.
  • the biogenic residues are preferably fed in in several partial portions.
  • each additional partial portion of biogenic residues 4 is preferably supplied after the biofilms on the wooden balls 3 have partially dried, which have formed as a result of the biogenic residues 4 being supplied.
  • the biofilms are dried so that solid, dry crusts form on the surfaces of the wooden balls 3 .
  • FIG. 3 shows the bioreactor 0 filled with wooden balls 3 on which solid, dry crusts 4.1 have formed. The filling level has fallen slightly and results in hedging.
  • the bottom ventilation and/or the steam supply line 6.3 and the lower lateral ventilation and/or steam supply line 6 are now switched off in order to prevent increasingly settled powder 4.2 from being stirred up in the bottom area of the bioreactor 0.
  • the aeration and/or supply of steam takes place through the ball matrix, preferably continuously with supplied warm air and/or supplied unsaturated, superheated steam via the air line and/or steam supply line 6.1.
  • the operation of the auger 2 is also preferably intermittent.
  • the screw 2 is preferably stopped for around 3 to 60 minutes, particularly preferably 30 to 60 minutes, and then started to rotate for preferably 10 to 30 seconds.
  • the dry crusts 4.1 on the surfaces of the wooden balls 3 are successively removed by friction as a result of the mechanical friction process.
  • the abrasion takes place directly in the form of coarse and fine powder particles 4.2, which largely settle in the bottom area of the bioreactor.
  • the coarse and partially fine powder particles 4.2 already in the bioreactor are ground into a fine powder by friction between the surfaces of the wooden balls 3, which has a grain size of less than 100 ⁇ m.
  • the process of separating the powder particles is supported by drying the powder in addition to the grinding process. Since the initially dry particles lose their low residual moisture content and thus become powder-dry, a gradual separation of particles that were previously adhesively bonded with water is made possible.
  • the powder drying process takes place indirectly via the surfaces of the wooden balls 3 by capillary suction forces, which compensate for small moisture differences between the powder particles and the surfaces of the wooden balls 3 .
  • FIG. 4 shows the bioreactor 0 filled with wooden balls 3, the surfaces of which have been freed from solids, and powder 4.2 on the bottom 1.1 of the bioreactor. The level has dropped slightly to a level Hp UiVer .
  • the powder 4.2 can now be drawn off via the discharge device 8.
  • the powder 4.2 can be discharged in any desired manner.
  • the fine powder with a diameter ⁇ 100 ⁇ m there is often a proportion of up to around 15% of the total weight of larger particles.
  • the size of the discharged solid particles depends on the selected discharge device and can range from 1 mm to several centimetres.
  • the powder 4.2 of the dry matter 4.1 is often present as a heterogeneous mixture of particles with small diameters and coarser components with a diameter >100 ⁇ m.
  • the powdery dry mass 4.2 including the coarser components is therefore advantageously discharged pneumatically by suction air and/or vacuum and the coarser components are then separated from the air flow and/or extracted gas flow (steam flow) with the aid of cyclones.
  • an air classifying baffle may be used in the air flow and/or gas flow.
  • a perforated plate is preferably provided as a sieve in front of the discharge opening in the peripheral wall 1.2 of the bioreactor 0. In this way, the maximum size of the particles discharged from the container can be determined and the wooden balls 3 can thus be held back.
  • the perforated perforated plate is preferably protected from the rotating balls by a cover on the inside of the peripheral wall 1.2 of the bioreactor 0. If the holes are not covered, the holes will be clogged with liquid from the supplied biogenic residues and then harden. An opening is then only possible mechanically with a drill or a chisel. This procedure also applies analogously to other discharge devices, which therefore preferably have to be protected by a cover to the interior of the bioreactor.
  • the reactor 0 described above can be part of the plant according to the invention for separating the magnetic, phosphorus-containing compound 4.3 from the dry matter 4.1.
  • the dry matter 4.1 in the form of a powder 4.2 thus obtained in the reactor 0 is then subjected to a separation device for magnetic separation of the magnetic, phosphorus-containing compound supplied.
  • This separation device is described in the following FIGS. 5 and 6 by way of example.
  • FIG. 5 shows such a separator for separating magnetic particles, in particular iron phosphate.
  • the separator includes an optional crushing unit 20, a funnel 21, a fall housing (down pipe) 22 with an angled baffle plate 23 and a magnetic device 24 and a storage container 26, which can be arranged in a housing, not shown.
  • the dry mass 4.1 obtained from the reactor 0 is fed to the separator in the form of powder 4.2, which also contains the magnetic, phosphorus-containing compound 4.3.
  • the powder is 4.2 in the optional crushing unit 20 for homogeneous mechanical grinding to powder 4.2. This makes sense if the coarser dry matter particles with a diameter > 100 ⁇ m have not been separated from the powder 4.2 beforehand or if the dry matter 4.1 is obtained from a process other than bioreactor 0, in which a sufficiently small particle size was not obtained.
  • the comminution unit 20 can have a mechanical grinder, for example a cone grinder or a disc grinder or the like.
  • the entire mass which is now largely homogeneous as a fine powder 4.2, falls through the funnel 21 below and then in free fall into the downpipe 22, where it hits the angled impact plate 23.
  • the powder 4.2 is swirled onto the baffle plate 23 to form a cloud of powder and then continues to fall in free fall along the inner drop pipe wall.
  • the magnetic device 24 is arranged from the outside, preferably in the form of electromagnets. When energized appropriately, the electromagnets generate a magnetic field 25 which acts in the interior of the downpipe.
  • magnetic metal compounds of the phosphorus 4.3 for example iron phosphate, are magnetically attracted to the downpipe wall from the inside and are thus removed from the remaining non-magnetic powder 4.2.
  • the powder 4.2 freed from magnetic metal compounds 4.3 continues to fall in free fall into the storage container 26 located below the downpipe 22 and settles there in the floor area.
  • An alternative process can be that the substances discharged from the bioreactor 0 are treated separately.
  • the coarse dry matter particles with a diameter >100 ⁇ m can be ground up with the crushing unit 20 and then separated magnetically from the iron phosphate in the magnetic separator.
  • the fine part from powder 4.2 with a diameter of ⁇ 100 ⁇ m can be fed directly to the magnetic separator and separated magnetically from the iron phosphate.
  • Figure 6 shows the separator as previously described in Figure 5, but the storage container 26 has been set aside and the storage container 27 is now located under the downpipe 22 to accommodate the separated magnetic, phosphorus-containing compound (e.g. iron phosphate particles) 4.3 the electromagnet 24 generating the magnetic field 25 has been switched off, so that the magnetic metal compounds 4.3 fall in free fall into the storage container 27 and settle there in the floor area.
  • the magnetic, phosphorus-containing compound for example iron phosphate particles
  • the remaining dry mass 4.1 are received and collected separately from one another in the storage containers 27 and 26, respectively.
  • Storage tank 27 Storage tank 30.1 Housing wall A axis

Abstract

The invention relates to a method and to a plant for separating a magnetic, phosphorus-containing compound (4.3), in particular iron phosphate, from a dry mass (4.1), that is in particular composed of biogenic residues, by means of dry magnetic separation. The method comprises the following steps: a) providing the dry mass (4.1) in the form of a powder (4.2); and b) applying a magnetic field (25) to the powder (4.2) so that the magnetic, phosphorus-containing compound (4.3) is attracted by the magnetic field (25) and separated from the powder (4.2).

Description

Verfahren und Anlage zum Abtrennen einer magnetischen, phosphorhaltigen Verbindung aus einer Trockenmasse durch Trockenmagnetscheidung Process and plant for separating a magnetic, phosphorus-containing compound from a dry mass by dry magnetic separation
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abtrennen einer magnetischen, phosphorhaltigen Verbindung, insbesondere von als Eisenphosphat vorliegendem Phosphor, aus einer Trockenmasse, insbesondere aus biogenen Reststoffen, durch Trockenmagnetscheidung, sowie eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens. The invention relates to a process for separating a magnetic, phosphorus-containing compound, in particular from phosphorus present as iron phosphate, from a dry mass, in particular from biogenic residues, by dry magnetic separation, and to a plant for carrying out the process.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG BACKGROUND OF THE INVENTION
Biogene Reststoffe bieten mehrere Potenziale, insbesondere Nährstoffe, Energie, Phosphor und Metalle, die durch die aktuellen Prozessketten häufig unzureichend genutzt werden. Oftmals werden biogene Reststoffe nur entsorgt und nicht verwertet. Biogenic residues offer several potentials, in particular nutrients, energy, phosphorus and metals, which are often underused by the current process chains. Biogenic residues are often only disposed of and not recycled.
Die Nährstoffe, die sich in biogenen Reststoffen befinden, liegen häufig in einer chemisch instabilen und wässrigen Form vor und sind für größere Entfernungen nicht transportwürdig. Als Beispiele sind Gülle und Gärreste zu nennen. The nutrients found in biogenic residues are often in a chemically unstable and aqueous form and are not worth transporting over long distances. Examples include liquid manure and fermentation residues.
Das energetische Potenzial biogener Reststoffe ist die in den komplexen organischen Molekülen chemisch gebundene Energie, die als Biomassebrennstoff für den direkten Ersatz fossiler Brennstoffe eingesetzt werden kann. The energetic potential of biogenic residues is the energy chemically bound in the complex organic molecules, which can be used as a biomass fuel to directly replace fossil fuels.
Ein weiteres Potenzial ist Phosphor, ein essenzieller Rohstoff, der weder ersetzbar noch erneuerbar ist. Daher werden aktuell verschiedene Verfahren zur Rückgewinnung von Phosphor aus biogenen Reststoffen mit einem Phosphoranteil entwickelt. Another potential is phosphorus, an essential raw material that is neither replaceable nor renewable. Therefore, various processes for the recovery of phosphorus from biogenic residues with a phosphorus content are currently being developed.
Metalle können in unterschiedlichen Konzentrationen und Kombinationen in den Feststoffen enthalten sein. Einige Metalle sind seltene Elemente, die nur in geringen Konzentrationen in der Erdkruste enthalten sind. Hierzu zählt zum Beispiel Cobalt, was bei der Batterieproduktion für die Elektromobilität benötigt wird, so dass der Rohstoff derzeit stark nachgefragt wird.Metals can be contained in the solids in different concentrations and combinations. Some metals are rare elements found only in small concentrations in the earth's crust. This includes, for example, cobalt, which is required in battery production for electromobility, so that the raw material is currently in high demand.
Schließlich stellt das in Form von Feuchtigkeit in den Reststoffen gebundene Wasser ein wertvolles Gut als Trink- oder Brauchwasser dar. After all, the water bound in the form of moisture in the residues represents a valuable asset as drinking or process water.
Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem Phosphor aus Trockenmasse einfach und effektiv abgetrennt werden kann, um ihn nutzbar zu machen. Des Weiteren liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Anlage zu schaffen, mit der das Verfahren durchgeführt werden kann. Proceeding from this, the invention is based on the object of specifying a method with which phosphorus can be easily and effectively separated from dry matter in order to form it to make usable. Furthermore, the invention is based on the object of creating a system with which the method can be carried out.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG DESCRIPTION OF THE INVENTION
Zur Problemlösung wird erfindungsgemäß der Phosphor durch Trockenmagnetscheidung aus der Trockenmasse entfernt. To solve the problem, according to the invention, the phosphorus is removed from the dry matter by dry magnetic separation.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich durch folgende Schritte aus: a. Bereitstellen einer Trockenmasse, welche die magnetische, phosphorhaltige Verbindung enthält, in Form eines Pulvers und b. Beaufschlagen des Pulvers mit einem Magnetfeld, sodass die magnetische, phosphorhaltige Verbindung durch das Magnetfeld angezogen und von dem restlichen Pulver separiert wird. The method according to the invention is characterized by the following steps: a. providing a dry mass containing the magnetic, phosphorus-containing compound in the form of a powder and b. Subjecting the powder to a magnetic field so that the magnetic, phosphorus-containing compound is attracted by the magnetic field and separated from the remaining powder.
Der Phosphor ist dabei in magnetischen Verbindungen, insbesondere Molekülen oder Salzen, chemisch gebunden und kann in beliebiger Oxidationsstufe vorliegen. Beispielsweise kann der Phosphor als ein Salz einer Oxosäure des Phosphors vorliegen, insbesondere ein Salz der Phosphorsäure H3PO4, der Phosphonsäure H2PHO3, der Phosphinsäure HPH2O2 oder der entsprechenden Diphosphorsäuren. Als Salze der Phosphorsäure sind insbesondere Dihydrogenphosphate (primäre Phosphate) MΉ2RO4, Hydrogenphosphate (sekundäre Phosphate) M 2HPO4 oder neutrale Phosphate (tertiäre Phosphate) M 3PO4 zu nennen. Als Salze der Phosphonsäure sind insbesondere primäre Phosphonate MΉ2RO3 und sekundäre Phosphonate M 2HPO3 zu nennen. Als Salze der Phosphinsäure sind insbesondere primäre Phosphinate MΉ2RO2 und sekundäre Phosphinate M 2HPO2 Phosphinate zu nennen. Dabei bezeichnet M' jeweils ein magnetisches Metall einer beliebigen Valenz (die vorgenannten Summenformeln der Verbindungen beziehen sich beispielhaft auf ein einwertiges Metall M+1). Als magnetische Metalle, kommen insbesondere die ferromagnetischen Metalle Eisen Fe, Kobalt Co und Nickel Ni in beliebigen Oxidationsstufen in Frage. Als im Rahmen der Erfindung besonders bevorzugte magnetische Verbindungen sind Eisenphosphate zu nennen, insbesondere Eisen(ll)-phosphate wie Fe3(P04)2-und Eisen(lll)-phosphate wie FeP04. The phosphorus is chemically bound in magnetic compounds, in particular molecules or salts, and can be present in any oxidation state. For example, the phosphorus can be present as a salt of an oxo acid of phosphorus, in particular a salt of phosphoric acid H 3 PO 4 , phosphonic acid H 2 PHO 3 , phosphinic acid HPH 2 O 2 or the corresponding diphosphoric acids. Dihydrogen phosphates (primary phosphates) MΉ 2 RO 4 , hydrogen phosphates (secondary phosphates) M 2 HPO 4 or neutral phosphates (tertiary phosphates) M 3 PO 4 should be mentioned in particular as salts of phosphoric acid. Primary phosphonates MΉ 2 RO 3 and secondary phosphonates M 2 HPO 3 should be mentioned in particular as salts of phosphonic acid. Primary phosphinates MΉ 2 RO 2 and secondary phosphinates M 2 HPO 2 phosphinates are to be mentioned in particular as salts of phosphinic acid. In this case, M' denotes a magnetic metal of any valence (the above-mentioned empirical formulas of the compounds refer to a monovalent metal M +1 , for example). Particularly suitable as magnetic metals are the ferromagnetic metals iron Fe, cobalt Co and nickel Ni in any oxidation state. Iron phosphates, in particular iron(II) phosphates such as Fe 3 (PO 4 ) 2 and iron(III) phosphates such as FePO 4 , should be mentioned as particularly preferred magnetic compounds within the scope of the invention.
Unter Trockenmasse wird im Rahmen der Erfindung eine Masse verstanden, deren Feuchtigkeitsgehalt so niedrig ist, dass sie nicht mehr klebend ist. Insbesondere handelt es sich um eine rieselfähige Trockenmasse. In the context of the invention, dry mass is understood to mean a mass whose moisture content is so low that it is no longer sticky. In particular, it is a free-flowing dry mass.
Die Trockenmasse wird vorzugsweise aus Reststoffen gewonnen. Der Begriff Reststoff wird im Rahmen der Erfindung breit verstanden und umfasst insbesondere aber nicht ausschließlich biogene Reststoffe. Biogene Reststoffe sind organische Abfälle und Abwässer, land- und forstwirtschaftliche Nebenprodukte und biogene Produktionsreste. Darüber umfasst der Begriff Reststoff für die Beschreibung der Ausgangsstoffe dieses Verfahrens alle heterogenen Stoffgemische mit organischen Anteilen. Dies sind u. a. Klärschlamm (Primärschlamm, Sekundärschlamm, Tertiärschlamm, Faulschlamm) und darüber hinaus auch Gülle, Gärreste, Teich- oder Flussschlamm, und Algen sowie sonstige Reststoffe von Meerespflanzen und -tieren, als auch sonstige organische Stoffgemische und Sekundärrohstoffe. The dry matter is preferably obtained from residues. The term residue is understood broadly within the scope of the invention and does not include in particular exclusively biogenic residues. Biogenic residues are organic waste and waste water, agricultural and forestry by-products and biogenic production residues. In addition, the term residue for the description of the starting materials of this process includes all heterogeneous mixtures of substances with organic components. These include sewage sludge (primary sludge, secondary sludge, tertiary sludge, digested sludge) and also liquid manure, fermentation residues, pond or river sludge, and algae and other residues from marine plants and animals, as well as other organic mixtures of substances and secondary raw materials.
Sofern der in der Trockenmasse bzw. dem Reststoff (als Ausgangsmaterial für die Trockenmasse) vorhandene Phosphor nicht in Form einer magnetischen Verbindung vorliegt, kann das Bereitstellen der Trockenmasse in Schritt a) eine chemische Überführung der ursprünglichen Phosphorverbindung in eine magnetische Verbindung umfassen. Beispielsweise wird zu diesem Zweck die Trockenmasse bzw. der Reststoff mit einem geeigneten Salz eines magnetischen Metalls M' oder einer Lösung hiervon versetzt, sodass es zur Bildung der magnetischen Verbindung kommt. So kann etwa eine Eisensalz-Lösung, wie Eisen(ll)-chlorid oder Eisen(lll)-chlorid eingesetzt werden. If the phosphorus present in the dry mass or the residue (as starting material for the dry mass) is not present in the form of a magnetic compound, the preparation of the dry mass in step a) can include a chemical conversion of the original phosphorus compound into a magnetic compound. For example, for this purpose, a suitable salt of a magnetic metal M′ or a solution thereof is added to the dry mass or the residue, so that the magnetic compound is formed. For example, an iron salt solution such as iron(II) chloride or iron(III) chloride can be used.
Vorzugsweise setzt sich im Separationsschritt die von dem Pulver separierte magnetische, phosphorhaltige Verbindung auf einem das Magnetfeld erzeugenden Magneten oder einem durch den Magneten magnetisierten Element ab. Auf diese Weise erfolgt eine temporäre Immobilisierung der magnetischen, phosphorhaltigen Verbindung an dem Magneten oder dem magnetisierten Element, wodurch die weitere Separation vereinfacht wird. Das magnetisierte Element fungiert in diesem Fall als ein (Zwischen)speicher oder Speicherbehälter für die abgetrennte Verbindung. In the separation step, the magnetic, phosphorus-containing compound separated from the powder is preferably deposited on a magnet that generates the magnetic field or on an element magnetized by the magnet. In this way, the magnetic, phosphorus-containing compound is temporarily immobilized on the magnet or the magnetized element, which simplifies further separation. In this case, the magnetized element acts as a (temporary) store or storage container for the severed connection.
In bevorzugter Ausgestaltung umfasst das Verfahren ferner den Schritt c. Abschalten des Magnetfelds, sodass die auf dem Magneten oder dem magnetisierten Element abgesetzte magnetische, phosphorhaltige Verbindung freigesetzt wird. In a preferred embodiment, the method also includes step c. Switching off the magnetic field so that the magnetic phosphorus-containing compound deposited on the magnet or the magnetized element is released.
Hierdurch wird die temporäre Immobilisierung der magnetischen Verbindung beendet, sodass diese aufgefangen und abtransportiert werden kann. This ends the temporary immobilization of the magnetic connection so that it can be caught and transported away.
Die Beaufschlagung des Pulvers mit dem Magnetfeld kann auf verschiedene Weise erfolgen. Sie kann statisch erfolgen, wobei das unbewegte Pulver in einem Magnetfeld, das von einem unbewegten Magneten erzeugt wird, beaufschlagt wird. Alternativ erfolgt die Beaufschlagung nicht statisch, wobei eine Relativbewegung zwischen Pulver und Magnet bzw. magnetisiertem Element erzeugt wird, indem das Pulver oder der Magnet bzw. das magnetisierte Element relativ zueinander bewegt wird. Hier ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass das Pulver durch das Magnetfeld bewegt wird oder sich schwerkraftgeführt bewegt, wobei das Magnetfeld von einem vorzugsweise unbewegten Magneten bzw. unbewegten magnetisierten Element erzeugt wird. The magnetic field can be applied to the powder in various ways. It can take place statically, with the stationary powder being subjected to a magnetic field generated by a stationary magnet. Alternatively, the loading does not take place statically, with a relative movement between the powder and the magnet or magnetized element being generated by the powder or the magnet or the magnetized element is moved relative to each other. It is particularly preferred here that the powder is moved by the magnetic field or moves under the influence of gravity, with the magnetic field being generated by a preferably stationary magnet or stationary magnetized element.
Das Separieren kann beispielsweise durch Streuen einer dünnen Schicht der pulverförmigen Trockenmasse auf eine magnetisch wirksame Unterlage, durch Verwirbeln (Verblasen) vor einer magnetisch wirksamen Magnetplatte, oder auf eine sonstige Art und Weise, die es gestattet, die magnetische, phosphorhaltige Verbindung aus der Trockenmasse durch die Wirkung des Magnetfeldes herauszuziehen. Als „magnetisch wirksam“ wird im Rahmen dieser Beschreibung ein Gegenstand verstanden, der durch einen Magneten insbesondere temporär magnetisiert ist oder selbst (permanent)magnetisch ist. The separation can be done, for example, by scattering a thin layer of the powdered dry mass onto a magnetically active base, by swirling (blowing) in front of a magnetically active magnetic plate, or in any other way that allows the magnetic, phosphorus-containing compound to be extracted from the dry mass extract the effect of the magnetic field. In the context of this description, “magnetically active” means an object that is in particular temporarily magnetized by a magnet or that is itself (permanently) magnetic.
Nach einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens bewegt sich das Trockenmassenpulver schwerkraftgeführt durch ein Fallgehäuse, d.h. es fällt oder rieselt durch das Fallgehäuse, und setzt sich an einer von außen durch den Magneten magnetisierten Innenwandung (= magnetisiertes Element) des Fallgehäuses ab. Dabei wird es also an dem Gehäuse immobilisiert, sodass es von dem restlichen Pulver getrennt wird. Das Fallgehäuse kann beispielsweise als ein Fallrohr ausgebildet sein, an dessen äußeren Umfang der oder die Magnete angeordnet ist bzw. sind. According to a preferred embodiment of the method, the dry mass powder moves under gravity through a drop housing, i.e. it falls or trickles through the drop housing, and settles on an inner wall (= magnetized element) of the drop housing magnetized from the outside by the magnet. It is thus immobilized on the housing so that it is separated from the rest of the powder. The case housing can be designed, for example, as a down pipe, on the outer circumference of which the magnet or magnets is or are arranged.
Als Magnet zur Erzeugung des Magnetfelds können Elektromagnete oder Permanentmagnete eingesetzte werden. Es können auch eine Mehrzahl von 2, 3, 4 oder mehr Magneten zum Einsatz kommen. Das Magnetfeld wird vorzugsweise von mindestens einem Elektromagneten erzeugt, der insbesondere bevorzugt eine Gehäusewand beispielsweise eines Speicherbehälters oder die Innenwandung des Fallgehäuses magnetisiert. Electromagnets or permanent magnets can be used as the magnet for generating the magnetic field. A plurality of 2, 3, 4 or more magnets can also be used. The magnetic field is preferably generated by at least one electromagnet, which particularly preferably magnetizes a housing wall, for example of a storage container, or the inner wall of the drop housing.
Vorteilhaft ist es, wenn in Schritt a) das Pulver der Trockenmasse, insbesondere die darin enthaltene magnetische, phosphorhaltige Verbindung, mit einer maximalen Korngröße von 100 pm bereitgestellt wird. Auf diese Weise sind die einzelnen magnetischen, phosphorhaltigen Partikel ausreichend klein und leicht, sodass sie von einem Magnetfeld leicht angezogen und bewegt werden können. Dabei können unvermeidbare größere Störstoffpartikel, etwa größere anorganische oder organische Klumpen oder Gebilde, wie Metalle, Steine, Holzstücke oder dergleichen, toleriert werden, da diese das magnetische Entfernen der Phosphorverbindung nicht beeinträchtigen. It is advantageous if, in step a), the powder of the dry mass, in particular the magnetic, phosphorus-containing compound contained therein, is provided with a maximum grain size of 100 μm. In this way, the individual magnetic phosphorus-containing particles are sufficiently small and light that they can be easily attracted and moved by a magnetic field. In this case, unavoidable larger impurities particles, such as larger inorganic or organic lumps or structures, such as metals, stones, pieces of wood or the like, can be tolerated since they do not impair the magnetic removal of the phosphorus compound.
In vorteilhaften Ausführungen umfasst das Bereitstellen der Trockenmasse in Form eines Pulvers in Schritt a) ein Mahlen der Trockenmasse, insbesondere zu der maximalen Korngröße von 100 pm. Das Mahlen ist insbesondere bei einer grobkörnigen Trockenmasse vorteilhaft. In advantageous embodiments, the provision of the dry matter in the form of a powder in step a) includes grinding the dry matter, in particular to the maximum Grain size of 100 pm. Grinding is particularly advantageous in the case of a coarse-grained dry matter.
Es sind beliebige Mahlverfahren einsetzbar. Any milling process can be used.
In besonders bevorzugter Ausgestaltung erfolgt das Mahlen der Trockenmasse mithilfe von in Bewegung versetzten Kugeln. Vorzugsweise werden die Kugeln mit der Trockenmasse oder einem Ausgangsstoff von dieser (insbesondere biogenem Reststoff) gemischt und darin in Bewegung gebracht, beispielsweise mittels eines Mischers. In a particularly preferred embodiment, the dry mass is ground with the aid of balls that are set in motion. The spheres are preferably mixed with the dry matter or a starting material from this (in particular biogenic residue) and set in motion therein, for example by means of a mixer.
Der Durchmesser der Kugeln liegt vorzugsweise zwischen 5 mm und 50 mm insbesondere vorzugsweise zwischen 15 mm und 30 mm. The diameter of the balls is preferably between 5 mm and 50 mm, particularly preferably between 15 mm and 30 mm.
Die Kugeln können aus einem beliebigen Material bestehen, wobei eine gewisse Wasseraufnahmefähigkeit in Form von Hygroskopie und/oder Kapillarität und Festigkeit bevorzugt ist. Die Kugeln bestehen vorzugsweise aus Holz und insbesondere aus Buchenholz. Alternativ können die Kugeln aus einem anderen Material bestehen, das ähnliche Eigenschaften wie Holz aufweist, insbesondere hinsichtlich Feuchtigkeitsregulierung und Festigkeit. Beispielsweise kommen Holzwerkstoff-Kunststoff-Komposite in Frage. The spheres can be made of any material, with a certain water absorption capacity in the form of hygroscopicity and/or capillarity and strength being preferred. The balls are preferably made of wood and in particular beech wood. Alternatively, the spheres can be made of another material that has properties similar to wood, particularly in terms of moisture management and strength. For example, wood-plastic composites come into question.
Durch die eingemischten und in Bewegung versetzten Kugeln kann die Trockenmasse gemahlen werden, sodass es keines mechanischen Mahlwerks bedarf. Jedoch kann alternativ oder zusätzlich auch ein mechanisches Mahlwerk (eine Mühle, beispielsweise Kegel- oder Scheibenmühle) zum Mahlen der Trockenmasse verwendet werden. The balls that are mixed in and set in motion allow the dry matter to be ground so that no mechanical grinder is required. However, as an alternative or in addition, a mechanical grinder (a mill, for example a cone or disk mill) can also be used to grind the dry matter.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführung erfolgt das Mahlen der Trockenmasse unter gleichzeitigem Trocknen der Trockenmasse. Im Falle des oben dargestellten Kugelmahlens sind daher Kugeln aus einem feuchtigkeitsaufnahmefähigen Material insbesondere aus Holz von Vorteil. Zum Zwecke der Trocknung kann ein Trocknungsmedium durch das Kugelbett geleitet werden. According to an advantageous embodiment, the dry mass is ground while the dry mass is dried at the same time. In the case of the ball milling described above, balls made from a moisture-absorbing material, in particular from wood, are therefore advantageous. A drying medium can be passed through the bed of beads for the purpose of drying.
Vorzugsweise weist das dem Separationsschritt b) zugeführte Pulver einen T rockenrückstandsgehalt von mindestens 90 Gew.-%, insbesondere von mindestens 95 Gew.- %, auf. The powder fed to the separation step b) preferably has a dry residue content of at least 90% by weight, in particular at least 95% by weight.
Die erfindungsgemäße Anlage zum Abtrennen einer magnetischen, phosphorhaltigen Verbindung, insbesondere Eisenphosphat, aus einer Trockenmasse, insbesondere aus biogenen Reststoffen, umfasst: eine Mahlvorrichtung (Zerkleinerungsvorrichtung) zum Mahlen der Trockenmasse zu einem Pulver, insbesondere mit einer maximalen Korngröße von 100 pm, und eine Trennungseinrichtung (Magnetabscheider) umfassend zumindest einen Magneten zur Erzeugung eines Magnetfelds, wobei die Trennungseinrichtung ausgebildet ist, das Pulver mit dem Magnetfeld zu beaufschlagen, sodass das die magnetische, phosphorhaltige Verbindung durch das Magnetfeld angezogen und von dem (restlichen) Pulver separiert wird. The system according to the invention for separating a magnetic, phosphorus-containing compound, in particular iron phosphate, from a dry mass, in particular from biogenic residues, comprises: a grinding device (crushing device) for grinding the dry mass to a powder, in particular with a maximum grain size of 100 μm, and a separating device (magnetic separator) comprising at least one magnet for generating a magnetic field, the separating device being designed to apply the magnetic field to the powder so that the magnetic, phosphorus-containing compound is attracted by the magnetic field and separated from the (remaining) powder.
Die erfindungsgemäße Anlage ist zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet und eingerichtet. The system according to the invention is suitable and set up for carrying out the method according to the invention.
Vorzugsweise weist die Trennungseinrichtung (Magnetabscheider) ein oben und unten offenes Fallgehäuse mit zumindest einer geschlossenen Umfangswandung auf, wobei der zumindest eine Magnet außerhalb der Umfangswandung angeordnet ist, sodass er ein im Innenraum des Fallgehäuses wirkendes Magnetfeld zu erzeugen vermag. Preferably, the separating device (magnetic separator) has a drop housing that is open at the top and bottom and has at least one closed peripheral wall, with the at least one magnet being arranged outside the peripheral wall so that it is able to generate a magnetic field that acts in the interior of the drop housing.
Weiterhin ist bevorzugt, dass die Trennungseinrichtung eine Verwirbelungseinrichtung zum Verwirbeln des Pulvers umfasst. Die Verwirbelungseinrichtung ist insbesondere ausgebildet oder angeordnet, das Pulver in dem Magnetfeld zu verwirbeln. Durch eine solche Verwirbelungseinrichtung wird die Anziehung der magnetischen Phosphorverbindung im Magnetfeld und ihre Abtrennung vom restlichen Trockenmassenpulver begünstigt. Furthermore, it is preferred that the separating device comprises a swirling device for swirling the powder. The swirling device is designed or arranged in particular to swirl the powder in the magnetic field. Such a turbulence device promotes the attraction of the magnetic phosphorus compound in the magnetic field and its separation from the remaining dry mass powder.
Die Verwirbelungseinrichtung kann eine im oberen Drittel des Fallgehäuses angeordnete Prallplatte umfassen, auf die das hinabfallende Pulver rieselt und durch den Rückstoß aufgewirbelt wird. The turbulence device can comprise a baffle plate arranged in the upper third of the case housing, onto which the falling powder trickles and is whirled up by the recoil.
Der Magnet kann ein Elektromagnet oder ein Permanentmagnet sein. The magnet can be an electromagnet or a permanent magnet.
Als eine spezielle Form des Permanentmagneten kann ein Rohr-Magnet für Freifallanwendungen genutzt werden, wie er auch in der pharmazeutischen Industrie für die Separation schwach magnetisierter Partikel eingesetzt wird. Des Weiteren können ein Trommelmagnet, ein Überbandmagnet oder andere Magnetsysteme zur Abtrennung eingesetzt werden. As a special form of permanent magnet, a tubular magnet can be used for free-fall applications, as is also used in the pharmaceutical industry for separating weakly magnetized particles. Furthermore, a drum magnet, an overbelt magnet or other magnet systems can be used for separation.
Die Anlage kann ferner einen Trichter umfassen, der der Zuführung des Pulvers zu der Trennungseinrichtung dient. Insbesondere kann der Trichter oberhalb des Fallgehäuses angeordnet sein. The plant can further comprise a hopper which is used to feed the powder to the separating device. In particular, the funnel can be arranged above the case housing.
Die Mahlvorrichtung umfasst in bevorzugter Ausführung einen mit Kugeln, insbesondere Holzkugeln, bestückten Mischer, wie bereits im Zusammenhang mit dem Verfahren beschrieben. Eine solche Kugelmahlvorrichtung, die nicht nur zum Mahlen, sondern auch zur Erzeugung der Trockenmasse aus Reststoffen geeignet ist, sowie ein entsprechendes Verfahren sind weiter unter im Detail beschrieben. Alternativ oder zusätzlich zu der Kugelmahlvorrichtung kann die Mahlvorrichtung eine mit einem mechanischen Mahlwerk, beispielsweise einem Kegelmahlwerk oder Scheibenmahlwerk, ausgestattete Zerkleinerungsvorrichtung zur Zerkleinerung der Trockenmasse aufweisen. Die Zerkleinerungsvorrichtung kann etwa oberhalb der Trennungseinrichtung, insbesondere oberhalb des Trichters angeordnet sein. In a preferred embodiment, the grinding device comprises a mixer equipped with balls, in particular wooden balls, as already described in connection with the method. Such a ball milling device, which is not only suitable for milling but also for producing the dry matter from residues, and a corresponding method are described in detail further below. As an alternative or in addition to the ball milling device, the milling device can have a comminution device equipped with a mechanical grinder, for example a conical grinder or disk grinder, for comminuting the dry matter. The comminution device can be arranged above the separating device, in particular above the funnel.
Die Anlage kann ferner einen Behälter (Speicher) zur Aufnahme des restlichen, von der magnetischen Phosphorverbindung separierten Pulvers aufweisen. Der Behälter kann unterhalb der Trennungseinrichtung, insbesondere unterhalb des Fallgehäuses angeordnet sein. The equipment may further include a container (storage) for receiving the residual powder separated from the magnetic phosphorus compound. The container can be arranged below the separating device, in particular below the drop housing.
Kugelmahlvorrichtung und -verfahren Ball Milling Apparatus and Method
Wie vorstehend bereits erwähnt, kann die Trockenmasse mit Vorteil unter Anwendung eines mit Kugeln gefüllten Mischers (Reaktors, Bioreaktors) erhalten werden. Dies soll nachfolgend beschrieben werden. As already mentioned above, the dry mass can advantageously be obtained using a mixer (reactor, bioreactor) filled with balls. This will be described below.
Das Verfahren, das heißt das Bereitstellen der Trockenmasse in Form eines Pulvers gemäß Schritt a) des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst in dieser Ausführung folgende Schritte: a1) Einfüllen biogener Reststoffe mit einem Flüssigkeitsanteil in einen Bioreaktor, a2) Trocknen der Reststoffe zu einer Trockenmasse, a3) Mahlen der T rockenmasse, a4) Abführen der Trockenmasse. The method, i.e. the provision of the dry mass in the form of a powder according to step a) of the method according to the invention, comprises the following steps in this embodiment: a1) filling biogenic residues with a liquid portion into a bioreactor, a2) drying the residues to a dry mass, a3) grinding the dry matter, a4) removing the dry matter.
Während des Mahlens in Schritt a3) kann die Trockenmasse weiter getrocknet werden. During the grinding in step a3), the dry mass can be further dried.
Gemäß einer spezifischeren Beschreibung weist das Verfahren folgende Schritte aus: a1) Einfüllen der einen Flüssigkeitsanteil aufweisenden Reststoffe in einen mit (vorzugsweise trockenen) Kugeln gefüllten und einen Mischer aufweisenden Bioreaktor und Mischen der Kugeln und der Reststoffe durch zumindest zeitweises Betreiben des Mischers während des Einfüllens und/oder nach dem Einfüllen, sodass sich Filme aus den Reststoffen auf den Oberflächen der Kugeln ausbilden, a2) Trocknen der Filme von Reststoffen unter Ausbilden von Krusten aus Trockenmasse mit einem Restwassergehalt auf den Oberflächen der Kugeln durch Zuführen eines Trocknungsmediums in den Bioreaktor, welches die Kugeln umströmt, unter zumindest zeitweisem Betreiben des Mischers, a3) Mahlen und weiteres Trocknen der Trockenmasse durch zumindest zeitweises Betreiben des Mischers unter Abrieb pulverförmiger Trockenmasse von den Kugeln, a4) Abführen der pulverförmigen Trockenmasse aus dem Bioreaktor. Das Ergebnis des Verfahrens ist sehr trockene und sehr feinteilige pulverförmige Trockenmasse (nachfolgend auch einfach als Pulver bezeichnet), die abhängig von dem Ausgangsmaterial (dem Reststoff) vielfältig genutzt werden kann. According to a more specific description, the method has the following steps: a1) Filling the residues containing a liquid portion into a bioreactor filled with (preferably dry) balls and having a mixer and mixing the balls and the residues by operating the mixer at least intermittently during the filling and /or after filling, so that films of the residues form on the surfaces of the spheres, a2) drying the films of residues to form crusts of dry matter with a residual water content on the surfaces of the spheres by supplying a drying medium to the bioreactor, which Flows around balls, with at least part-time operation of the mixer, a3) grinding and further drying of the dry matter by at least part-time operation of the mixer with abrasion of powdery dry matter from the balls, a4) removal of the powdery dry matter from the bioreactor. The result of the process is a very dry and very finely divided powdery dry mass (hereinafter also simply referred to as powder), which can be used in a variety of ways depending on the starting material (the residue).
Erfindungsgemäß erlaubt das Verfahren, in dem Reststoff enthaltenen Phosphor zurückzugewinnen und insbesondere als Dünger zu nutzen. Hierzu wird die erhaltene Trockenmasse der erfindungsgemäßen Magnettrockenabscheidung unterzogen, um sie von dem restlichen Pulver abzutrennen. According to the invention, the method allows the phosphorus contained in the residue to be recovered and used in particular as fertilizer. For this purpose, the dry mass obtained is subjected to the dry magnetic separation according to the invention in order to separate it from the remaining powder.
Ferner kann das Pulver nach Abtrennung des Phosphors insbesondere als Ersatzbrennstoff für fossile Energieträger eingesetzt werden, insbesondere überall dort, wo derzeit ein Verbrennungsprozess unter Einsatz von fossilen Brennstoffen, insbesondere Kohle, erfolgt. Ein Beispiel stellt die Zementindustrie beim Brennen von Klinkern dar. Auf diese Weise kann der fossile CC>2-Ausstoß wirksam reduziert werden. Furthermore, after the phosphorus has been separated off, the powder can be used in particular as a substitute fuel for fossil fuels, in particular wherever a combustion process using fossil fuels, in particular coal, is currently taking place. An example is the cement industry when burning clinker. In this way, fossil CC> 2 emissions can be effectively reduced.
Ferner kann die Trockenmasse nach Abtrennung des Phosphors insbesondere durch gezielte Mischung von chemisch instabiler Gülle oder Gärresten mit besonders trockenen biogenen Reststoffen, als (nährstoffreicher) Dünger in der Landwirtschaft in Form von Trockenmehl eingesetzt werden, wodurch die Nährstoffe des Reststoffs genutzt werden. Furthermore, after the phosphorus has been separated off, the dry matter can be used as (nutrient-rich) fertilizer in agriculture in the form of dry meal, in particular through the targeted mixing of chemically unstable manure or fermentation residues with particularly dry biogenic residues, whereby the nutrients of the residue are used.
Des Weiteren ist ein konzentrierter Austrag von Stickstoff über die Gasphase möglich, was die isolierte Rückgewinnung von Stickstoff über einen Säurewäscher ermöglicht. Furthermore, a concentrated discharge of nitrogen via the gas phase is possible, which enables the isolated recovery of nitrogen via an acid scrubber.
Ergänzend hierzu können Metalle aus den Reststoffen extrahiert werden, um als Rohstoffe in Produktionsprozessen von Gütern genutzt werden zu können. In addition, metals can be extracted from the residues in order to be used as raw materials in the production processes of goods.
Schließlich kann das durch das Verfahren mit dem Trocknungsmedium aus dem Reaktor ausgetragene Wasser einer nachträglichen Nutzung, durch eine Aufbereitung als Nutz- oder Trinkwasser, zugeführt werden. Durch die Trocknung von Meerwasser werden damit simultan zwei Wertstoffe erzeugt: Salz als T rockenmasse und Wasser über die Separation des Wassers aus dem Trocknungsmedium mit anschließender Aufbereitung zu Trink- oder Brauchwasser.Finally, the water discharged from the reactor with the drying medium by the process can be used later by being treated as industrial or drinking water. By drying seawater, two recyclable materials are produced simultaneously: salt as dry matter and water by separating the water from the drying medium with subsequent processing to make drinking or process water.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren können somit sämtliche der einleitend beschriebenen Potentiale des Reststoffs genutzt werden. With the method according to the invention, all of the potentials of the residue described in the introduction can thus be used.
Der Begriff Reststoff wird im Rahmen der Erfindung breit verstanden und umfasst insbesondere, aber nicht ausschließlich, biogene Reststoffe. Biogene Reststoffe sind organische Abfälle und Abwässer, land- und forstwirtschaftliche Nebenprodukte und biogene Produktionsreste. Darüber umfasst der Begriff Reststoff für die Beschreibung der Ausgangsstoffe dieses Verfahrens alle heterogenen Stoffgemische mit organischen Anteilen. Dies sind u. a. Klärschlamm (Primärschlamm, Sekundärschlamm, Tertiärschlamm, Faulschlamm) und darüber hinaus auch Gülle, Gärreste, Teich- oder Flussschlamm, Meerwasser und Algen sowie sonstige Reststoffe von Meerespflanzen und -tieren, als auch sonstige organische Stoffgemische, Sekundärrohstoffe und Industrieschlämme. The term residue is understood broadly within the scope of the invention and includes in particular, but not exclusively, biogenic residues. Biogenic residues are organic waste and waste water, agricultural and forestry by-products and biogenic production residues. In addition, the term residue for the description of the starting materials of this process includes all heterogeneous mixtures of substances with organic components. These include sewage sludge (primary sludge, secondary sludge, tertiary sludge, digested sludge) and also liquid manure, fermentation residues, pond or river sludge, seawater and algae as well as other residues from marine plants and animals, as well as other organic mixtures of substances, secondary raw materials and industrial sludge.
Während des Mahlens im Schritt a3) kann die Trockenmasse weiter getrocknet werden.During the grinding in step a3), the dry mass can be further dried.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform umfasst das Verfahren zwei Stufen, wobei die erste Stufe auch als „nasse“ Stufe bezeichnet wird und die zweite Stufe als „trockene“ Stufe bezeichnet wird. Dabei erfolgt während der „nassen“ Stufe im Wesentlichen das T rocknen der Filme von Reststoffen unter dem Ausbilden der Krusten auf den Oberflächen der Kugeln unter zumindest zeitweisem Betreiben des Mischers, wodurch auch die Abtrennung des Pulvers von den Kugeln herbeigeführt wird. Während der „trockenen“ Stufe erfolgt das Mahlen und weitere Trocknen der pulverförmigen, bereits von den Kugeln getrennten Trockenmasse durch Betreiben des Mischers durch die Mahlwirkung von den Kugeln und das Abführen der pulverförmigen Trockenmasse aus dem Bioreaktor. Die „trockene“ Stufe, die die weiteren Trocknung und Mahlung umfasst, kann hierdurch als selbstständiger Prozess durchgeführt werden und ergänzend zu der ersten Stufe erfolgen. According to an alternative embodiment, the process comprises two stages, the first stage also being referred to as the “wet” stage and the second stage being referred to as the “dry” stage. During the “wet” stage, the films of residues are essentially dried, with the formation of crusts on the surfaces of the balls, with at least intermittent operation of the mixer, which also causes the powder to be separated from the balls. During the "dry" stage, the grinding and further drying of the powdery dry matter already separated from the spheres is carried out by operating the mixer through the grinding action of the spheres and discharging the powdery dry matter from the bioreactor. The "dry" stage, which includes further drying and grinding, can be carried out as an independent process and in addition to the first stage.
In bevorzugter Ausführung der Erfindung ist das Trocknungsmedium ein Trocknungsfluid, insbesondere ein gasförmiges Fluid. Als gasförmige Trocknungsfluide kommt im Rahmen der Erfindung vorzugsweise warme, ungesättigte Luft und/oder ungesättigter, überhitzter Wasserdampf zum Einsatz. Die Anwendung des Prinzips des Dampftrocknens unter Verwendung überhitzten Wasserdampfs führt zudem zu einer erheblichen Steigerung der Effizienz der Wärmeübertragung und damit einem Zeitersparnis gegenüber der Verwendung warmer, ungesättigter Luft als Trocknungsmedium. Das Prinzip des Dampftrocknens unter Verwendung überhitzten Wasserdampfs bei Atmosphärendruck ist an sich bekannt. In a preferred embodiment of the invention, the drying medium is a drying fluid, in particular a gaseous fluid. Within the scope of the invention, warm, unsaturated air and/or unsaturated, superheated steam are preferably used as gaseous drying fluids. The application of the principle of steam drying using superheated water vapor also leads to a significant increase in the efficiency of heat transfer and thus time savings compared to using warm, unsaturated air as a drying medium. The principle of steam drying using superheated steam at atmospheric pressure is known per se.
Der Trocknungsvorgang geht mit der Verdampfung von Flüssigkeit, insbesondere von Wasser (Feuchtigkeit) einher. Die Verdampfung von Flüssigkeiten wird dadurch definiert, dass ein Phasenwechsel von der flüssigen in die gasförmige Phase und somit die Umwandlung der Flüssigkeit in Dampf erfolgt. Dampf ist in thermodynamischer Hinsicht ein reales Gas, das aus dem Reaktorraum ausgetragen werden kann, was im vorliegendem Fall durch das Trocknungsmedium, erfolgt. Der Begriff der Verdampfung ist ein Oberbegriff, der ganz allgemein den Phasenübergang von der Flüssigkeit zur Gasphase beschreibt und damit das Verdunsten unterhalb des Siedepunktes und das Sieden oberhalb des Siedepunktes einer Flüssigkeit umfasst. The drying process is accompanied by the evaporation of liquid, especially water (moisture). The evaporation of liquids is defined as a phase change from the liquid to the gaseous phase and thus the conversion of the liquid into vapor. From a thermodynamic point of view, steam is a real gas that can be discharged from the reactor space, which in the present case takes place through the drying medium. The term evaporation is a generic term that very generally describes the phase transition from the liquid to the gas phase and thus includes evaporation below the boiling point and boiling above the boiling point of a liquid.
Wasserdampf kann Bestandteil einer Gasmischung sein. So ist der Wasserdampf in der Atmosphäre ein Bestandteil der Gasmischung feuchte Luft. Feuchte Luft ist ein Gemisch aus trockener Luft und Wasser. Gegenüber anderen Mischungen idealer Gase hat feuchte Luft die Besonderheit, dass Wasserdampf nicht in beliebigen Mengen mit trockener Luft gemischt werden kann. In der Luft kann nur eine solche Wasserdampfmenge enthalten sein, bis der Teildruck des Wasserdampfes (Partialdruck) den Sättigungsdruck erreicht hat. Ist der Partialdruck des Wasserdampfes kleiner als der Sättigungsdruck, dann ist die Luft ungesättigt.Water vapor can be part of a gas mixture. Thus, the water vapor in the atmosphere is part of the gas mixture of humid air. Moist air is a mixture of dry air and water. Compared to other mixtures of ideal gases, humid air has the special feature that water vapor cannot be mixed with dry air in any desired quantity. The amount of water vapor that can be contained in the air is such that the partial pressure of the water vapor (partial pressure) has reached the saturation pressure. If the partial pressure of water vapor is less than the saturation pressure, then the air is unsaturated.
Dampf mit einer höheren Temperatur als der Sättigungstemperatur ist ungesättigter, überhitzter Dampf. So ist zum einen Wasserdampf in der ungesättigten feuchten Luft, unterhalb der Siedetemperatur, überhitzter Dampf. Zum anderen kann ein Dampf vollkommen isoliert auftreten und einen Raum allein ausfüllen, insbesondere wenn der Dampf oberhalb der Siedetemperatur gehalten wird. Steam with a temperature higher than the saturation temperature is unsaturated, superheated steam. On the one hand, water vapor in the unsaturated moist air below the boiling point is superheated vapor. On the other hand, a vapor can appear completely isolated and fill a space alone, especially if the vapor is kept above the boiling temperature.
Damit eine Flüssigkeit in Dampf übergeht, muss man ihr Verdampfungswärme (thermische Energie) zuführen, weil mit der Verdampfung u. a. eine erhebliche Volumenzunahme verbunden ist. So beträgt die Volumenzunahme bei der Verdampfung von Wasser bei einem Druck von 1 bar mehr als das 1600fache. Betrachtet man eine isobare Verdampfung, so ist die Verdampfungswärme eine Verdampfungsenthalpie. Die benötigte Energiezufuhr für den Übergang von 1 kg Wasser zu Wasserdampf bei Atmosphärendruck (1013,25 hPa) und 100 °C beträgt 2257 kJ. In order for a liquid to turn into vapor, it must be supplied with heat of vaporization (thermal energy), because with vaporization u. a. there is a significant increase in volume. The increase in volume during the evaporation of water at a pressure of 1 bar is more than 1600 times. If one considers an isobaric vaporization, the heat of vaporization is an enthalpy of vaporization. The energy input required for the transition from 1 kg of water to water vapor at atmospheric pressure (1013.25 hPa) and 100 °C is 2257 kJ.
Der Energieeintrag kann erfolgen durch Konvektion (im vorliegenden erfindungsgemäßen Fall mithilfe des Trocknungsmediums) und/oder Konduktion (über heiße Kontaktflächen, z. B. beheizte Außenwände des erfindungsgemäßen Bioreaktors) und/oder durch Strahlungswärme (z. B. durch transparente Außenwände eines später beschriebenen erfindungsgemäßen Bioreaktors). The energy can be introduced by convection (in the present inventive case using the drying medium) and/or conduction (via hot contact surfaces, e.g. heated outer walls of the bioreactor according to the invention) and/or by radiant heat (e.g. through transparent outer walls of one described later). bioreactor according to the invention).
Darüber hinaus können vorzugsweise die zugeführten biogenen Reststoffe vor der Zuführung erwärmt werden (maximal bis zur Siedetemperatur). In addition, the supplied biogenic residues can preferably be heated before the supply (maximum up to the boiling point).
Die Intensität und Kombination der verschiedenen Verfahren zur Wärmeübertragung richten sich nach den Stoffeigenschaften des zu trocknenden biogenen Reststoffs und dem gewünschten Trocknungsergebnis, was auch die Desinfektion/Hygienisierung umfasst. Vorzugsweise wird die Wärmeübertragung durch Konvektion mit Hilfe des Trocknungsmediums verwendet. The intensity and combination of the various heat transfer processes depend on the material properties of the biogenic residue to be dried and the desired drying result, which also includes disinfection/sanitization. Preferably, heat transfer by convection is used with the aid of the drying medium.
Ergänzend hierzu können bevorzugt weitere Prozessparameter, insbesondere die Temperatur und der Druck (Unterdruck/Vakuum, Überdruck) für eine optimale Prozessführung und Produktqualität ergänzend variiert werden, da diese Parameter die Trocknung direkt mit beeinflussen. So ist die Siedetemperatur eine abhängige Funktion des eingestellten Druckniveaus. Vorzugsweise werden Temperaturen über 0 °C bis zu 250 °C und positive (Überdruck) oder negative (Unterdrück) Druckdifferenzen von 0 - 4 bar mit Bezug auf den Atmosphärendruck eingestellt. In addition to this, further process parameters, in particular the temperature and the pressure (negative pressure/vacuum, positive pressure) can be additionally varied for optimal process control and product quality, since these parameters directly influence the drying process. So the boiling temperature is a dependent function of the set pressure levels. Temperatures above 0° C. up to 250° C. and positive (overpressure) or negative (negative pressure) pressure differences of 0-4 bar in relation to atmospheric pressure are preferably set.
Die Kugeln können aus einem beliebigen Material bestehen, solange es eine ausreichende Wasseraufnahmefähigkeit in Form von Hygroskopie und/oder Kapillarität und Festigkeit aufweist. Die Kugeln bestehen bevorzugt aus Holz und insbesondere aus Buchenholz. Alternativ können die Kugeln aus einem anderen Material bestehen, das ähnliche Eigenschaften wie Holz aufweist, insbesondere hinsichtlich Feuchtigkeitsregulierung und Festigkeit. Beispielsweise kommen Holzwerkstoff-Kunststoff-Komposite in Frage. The spheres can be made of any material as long as it has sufficient water absorbency in terms of hygroscopicity and/or capillarity and strength. The balls are preferably made of wood and in particular beech wood. Alternatively, the spheres can be made of another material that has properties similar to wood, particularly in terms of moisture management and strength. For example, wood-plastic composites come into question.
Der Durchmesser der Kugeln liegt vorzugsweise zwischen 5 mm und 50 mm insbesondere vorzugsweise zwischen 15 mm und 30 mm. The diameter of the balls is preferably between 5 mm and 50 mm, particularly preferably between 15 mm and 30 mm.
Um einen zusätzlichen, schnellen Feuchtigkeitsentzug des sich an den Oberflächen ansiedelnden Reststofffilms (nachfolgend auch als Biofilm bezeichnet) durch Sorption und ergänzende Kapillarkräfte in die Kugeln zu erreichen, können diese vor dem Einfüllen bzw. Zuführen der Reststoffe getrocknet werden. Dies kann insbesondere durch Zuführen des Trocknungsmediums, insbesondere von warmer ungesättigter Luft und/oder ungesättigtem, überhitztem Wasserdampf, in den Reaktor erfolgen. In order to achieve an additional, rapid removal of moisture from the residual material film that settles on the surfaces (hereinafter also referred to as biofilm) through sorption and additional capillary forces in the balls, these can be dried before filling or feeding in the residual material. This can be done in particular by feeding the drying medium, in particular warm, unsaturated air and/or unsaturated, superheated steam, into the reactor.
Während des Einfüllens der Reststoffe kann ein Mischvorgang durchgeführt werden. Bevorzugt wird mindestens ein Mischvorgang nach dem Einfüllen durchgeführt. Dadurch werden die Reststoffe mit den Kugeln mindestens einmal vollständig durchmischt. A mixing process can be carried out while the residues are being filled in. At least one mixing process is preferably carried out after filling. As a result, the residues are completely mixed with the balls at least once.
Der Mischvorgang oder die Mischvorgänge dauern so lange an, bis sich gleichmäßige dünne Filme der Reststoffe auf den Oberflächen der Kugeln ausgebildet haben. The mixing process or processes continue until uniform thin films of the residues have formed on the surfaces of the balls.
Um vergleichsweise trockene Reststoffe an den Oberflächen der Kugeln zu fixieren und die Filme auf den Oberflächen der Kugeln auszubilden, kann beim Einfüllen der Reststoffe zusätzlich Flüssigkeit auf die Oberflächen der Kugeln aufgebracht werden. Auf diese Weise werden die trockenen Reststoffe an- oder aufgeschlämmt und haften stabil an den Kugeloberflächen an. Das Einbringen von Flüssigkeit kann insbesondere durch Einsprühen der Flüssigkeit in Form eines Sprühnebels erfolgen. Die Flüssigkeit kann Wasser oder auch ein weiterer (biogener) Reststoff mit höherem Feuchtigkeitsgehalt sein. Damit können gleichzeitig zugeführte trockenere und feuchtere Reststoffe an den Oberflächen der Kugeln als dünne Biofilme fixiert werden. In order to fix comparatively dry residues on the surfaces of the balls and to form the films on the surfaces of the balls, liquid can also be applied to the surfaces of the balls when filling the residues. In this way, the dry residues are slurried or slurried and adhere stably to the ball surfaces. The liquid can be introduced in particular by spraying in the liquid in the form of a spray mist. The liquid can be water or another (biogenic) residue with a higher moisture content. This means that drier and wetter residues that are fed in at the same time can be fixed to the surfaces of the balls as thin biofilms.
Gemäß einer Ausgestaltung werden als weitere (biogene) Reststoffe mit höheren Feuchtigkeitsgehalten Gülle oder Gärreste verwendet. Durch eine gezielte Mischung von chemisch instabiler Gülle oder Gärresten mit sehr trockenen, vorzugsweise biogenen Reststoffen, kann ein nährstoffreiches Düngergemisch mit dem hier vorgestellten Verfahren als Trockenmehl und damit als Trockenstabilat produziert werden. According to one embodiment, liquid manure or fermentation residues are used as further (biogenic) residues with higher moisture contents. Through a targeted mix of chemically unstable liquid manure or fermentation residues with very dry, preferably biogenic residues, a nutrient-rich fertilizer mixture can be produced as dry meal and thus as a dry stabilizer using the process presented here.
Das Einbringen zusätzlicher Flüssigkeit erfolgt vorzugsweise dann, wenn der Feuchtigkeitsgehalt des eingesetzten Reststoffs eine untere Schwelle unterschreitet. Additional liquid is preferably introduced when the moisture content of the residue used falls below a lower threshold.
Die zugeführte Flüssigkeit kann mit einem Eisensalz angereichert werden, um freie Phosphate in dem Reststoff als Eisenphosphat zu fällen. The liquid supplied can be enriched with an iron salt in order to precipitate free phosphates in the residue as iron phosphate.
Des Weiteren kann die Flüssigkeit Kalk (Calciumcarbonat CaCOs) enthalten, und beispielsweise in Form von Kalkmilch zugeführt und auf den Kugeloberflächen gleichmäßig verteilt werden. Furthermore, the liquid can contain lime (calcium carbonate CaCOs) and can be added, for example, in the form of milk of lime and evenly distributed on the spherical surfaces.
Alternativ kann eine Zufuhr von Kalk in den Bioreaktor auch als Feststoff, insbesondere in Form eines rieselfähigen Pulvers, erfolgen. Durch die Kalkzufuhr erhöht sich der pH-Wert der sich ausbildenden Biofilme auf den Kugeloberflächen, was eine gezielte Absenkung des Temperaturniveaus ermöglicht, das für den Phasenübergang von Stickstoff, der zumeist in Form von Ammonium in den biogenen Reststoffen verfügbar ist, von der flüssigen in die gasförmige Phase benötigt wird. Alternatively, lime can also be fed into the bioreactor as a solid, in particular in the form of a free-flowing powder. The addition of lime increases the pH value of the biofilms that form on the spherical surfaces, which enables a targeted reduction in the temperature level, which is necessary for the phase transition of nitrogen, which is mostly available in the form of ammonium in the biogenic residues, from the liquid to the gaseous phase is required.
Damit kann der gasförmige Austrag von Ammoniak (NH3) mit Hilfe des Trocknungsmediums gezielt beeinflusst werden. Der dadurch gasförmig ausgetragene Stickstoff kann dann einer weiteren Verarbeitung zugeführt und somit als Nährstoff separiert werden. Dies kann vorzugsweise durch einen Säurewäscher unter Einsatz von Schwefelsäure (H2SO4) erfolgen, so dass Ammoniumsulfat-Lösung hergestellt werden kann. This means that the gaseous discharge of ammonia (NH3) can be specifically influenced with the help of the drying medium. The gaseous nitrogen that is discharged as a result can then be processed further and thus separated as a nutrient. This can preferably be done with an acid scrubber using sulfuric acid (H2SO4) so that ammonium sulphate solution can be produced.
Im Fall der Trocknung unter Einsatz von warmer, ungesättigter Luft als Trocknungsmedium wird die warme, ungesättigte Luft vorzugsweise mit einer Temperatur bis 85 °C in den Bioreaktor eingeleitet. Die Kugeln werden dann von der eingeleiteten Luft umströmt, wobei die an den Kugeloberflächen anhaftenden Filme Feuchtigkeit an die Luft abgeben. Die gesättigte Luft wird wieder aus dem Bioreaktor abgeleitet. Optional kann das in der gesättigten Luft enthaltene Wasser einer weiteren Nutzung zugeführt werden. In the case of drying using warm, unsaturated air as the drying medium, the warm, unsaturated air is preferably introduced into the bioreactor at a temperature of up to 85°C. The introduced air then flows around the spheres, with the films adhering to the sphere surfaces releasing moisture into the air. The saturated air is discharged from the bioreactor again. Optionally, the water contained in the saturated air can be used for other purposes.
Für die Trocknung unter Einsatz von ungesättigtem, überhitzten Wasserdampf als Trocknungsmedium wird der ungesättigte, überhitzte Wasserdampf insbesondere mit einer Temperatur von 110 °C bis 300 °C, vorzugsweise von 110 °C bis 250 °C, in den Bioreaktor eingeleitet. Dabei können die eingestellten Prozess parameter hinsichtlich Druck und Temperatur unter Beachtung der Grenzwerte für die Gasphase, die sich aus der Dampfdruckkurve ableiten, variiert werden. Vorzugsweise wird der Wasserdampf bei Atmosphärendruck in den Bioreaktor eingeleitet. Die Kugeln werden dann von dem überhitztem Wasserdampf umströmt. Die Reststoffe nehmen hierbei die Wärme konvektiv auf. Die an den Kugeloberflächen anhaftenden Filme, die einen Flüssigkeitsanteil aufweisen, verdampfen Feuchtigkeit, die der Heißdampf als reales Gas aufnimmt. Die aus den biogenen Reststoffen ausgetragene Feuchtigkeit wird damit zu Überschussdampf, der wieder aus dem Bioreaktor abgeleitet wird. Optional kann das im ausgetragenen Überschussdampf enthaltene Wasser einer weiteren Nutzung zugeführt werden. For drying using unsaturated, superheated steam as the drying medium, the unsaturated, superheated steam is introduced into the bioreactor in particular at a temperature of 110° C. to 300° C., preferably 110° C. to 250° C. The set process parameters can be varied with regard to pressure and temperature, taking into account the limit values for the gas phase, which are derived from the vapor pressure curve. Preferably, the water vapor at Atmospheric pressure introduced into the bioreactor. The superheated steam then flows around the balls. The residues absorb the heat convectively. The films adhering to the surfaces of the spheres, which have a liquid content, evaporate moisture, which the superheated steam absorbs as a real gas. The moisture removed from the biogenic residues thus becomes excess steam, which is discharged from the bioreactor again. Optionally, the water contained in the discharged excess steam can be used for other purposes.
Durch die Trocknung bilden sich Krusten an den Oberflächen der Kugeln aus, die aus Trockenmasse mit einem Restwassergehalt bestehen. Durch die Mischvorgänge werden die Krusten von den Oberflächen der Kugeln fein abgemahlen (abgerieben) und werden sich als Pulver (pulverförmige Trockenmasse) mit einem Restwassergehalt am Boden des Bioreaktors absetzen. As a result of the drying, crusts form on the surfaces of the balls, which consist of dry matter with a residual water content. Due to the mixing processes, the crusts are finely ground (rubbed off) from the surfaces of the spheres and will settle as a powder (powdery dry matter) with a residual water content at the bottom of the bioreactor.
Vorzugsweise erfolgt während des Trocknens die Zufuhr des Trocknungsmediums über mehrere, in unterschiedlichen Höhen des Bioreaktors angeordnete Trocknungsmediumeinlässe, insbesondere einen im unteren Drittel des Bioreaktors angeordneten Trocknungsmediumeinlass, einen im mittleren Füllstandsbereich angeordneten Trocknungsmediumeinlass, einen oberhalb eines maximalen Füllstands angeordneten Trocknungsmediumeinlass und einen im Bodenbereich angeordneten Trocknungsmediumeinlass. Dabei kann bei beginnender Krustenbildung auf den Oberflächen der Kugeln die Trocknungsmediumzufuhr im unteren Bereich des Bioreaktors, insbesondere aus dem im unteren Drittel des Bioreaktors angeordneten Trocknungsmediumeinlass und dem im Bodenbereich angeordneten Trocknungsmediumeinlass, reduziert oder abgestellt werden. Hierdurch wird erreicht, dass die sich im Bodenbereich ansammelnde pulverförmige Trockenmasse nicht länger von dem Trocknungsmedium durchströmt wird. Somit wird ein Aufwirbeln und Austragen des hochentzündlichen Pulvers mit der Abluft bzw. dem Überschussdampf verhindert. Diese Maßnahme dient daher nicht nur dem Rückhalt des Pulvers in dem Reaktor, sondern auch als Explosionsschutz. During drying, the drying medium is preferably supplied via a plurality of drying medium inlets arranged at different heights of the bioreactor, in particular a drying medium inlet arranged in the lower third of the bioreactor, a drying medium inlet arranged in the middle filling level area, a drying medium inlet arranged above a maximum filling level and a drying medium inlet arranged in the bottom area . When a crust starts to form on the surfaces of the balls, the drying medium supply in the lower area of the bioreactor, in particular from the drying medium inlet arranged in the lower third of the bioreactor and the drying medium inlet arranged in the bottom area, can be reduced or switched off. The result of this is that the drying medium no longer flows through the powdery dry mass accumulating in the floor area. This prevents the highly flammable powder from being whirled up and discharged with the exhaust air or excess steam. This measure therefore serves not only to retain the powder in the reactor, but also to protect against explosion.
Das Pulver am Boden des Bioreaktors wird vorzugsweise indirekt getrocknet, wobei keine direkte Durchströmung mit dem Trocknungsmedium („Durchlüftung“) erfolgt. Die indirekte Trocknung kann über die Oberflächen der Kugeln, insbesondere durch Sorption und ergänzende kapillare Saugkräfte, erfolgen, die sich im Pulvergemisch im Bodenbereich des Bioreaktors befinden und vorzugsweise trockener sind als das sie umgebende Pulver. The powder at the bottom of the bioreactor is preferably dried indirectly, with the drying medium not flowing through it directly (“aeration”). The indirect drying can take place via the surfaces of the balls, in particular by sorption and additional capillary suction forces, which are located in the powder mixture in the bottom area of the bioreactor and are preferably drier than the powder surrounding them.
Ohne das Pulver im Bodenbereich des Bioreaktors aufzuwirbeln, können während des Mahlens die über dem Pulver befindlichen Kugeln mit dem Trocknungsmedium umströmt und dabei getrocknet werden. Hierzu erfolgt insbesondere die Zufuhr des Trocknungsmediums über den im mittleren Füllstandsbereich angeordneten Trocknungsmediumeinlass und den oberhalb des maximalen Füllstands angeordneten Trocknungsmediumeinlass, während keine Zufuhr des Trocknungsmediums über die anderen Trocknungsmediumeinlässe erfolgt. Without whirling up the powder in the bottom area of the bioreactor, the drying medium can flow around the balls located above the powder during grinding and to be dried in the process. For this purpose, the drying medium is in particular supplied via the drying medium inlet arranged in the central filling level area and the drying medium inlet arranged above the maximum filling level, while the drying medium is not supplied via the other drying medium inlets.
Durch den sorptiven Entzug von Wassermolekülen in Kombination mit dem Mahlen des Pulvers werden Agglomerate aufgebrochen und Partikel des Mahlguts sukzessive verkleinert.Through the sorptive removal of water molecules in combination with the grinding of the powder, agglomerates are broken up and particles of the ground material are successively reduced in size.
Die Größenreduzierung der einzelnen Partikel in Form von Agglomeraten wird unter anderem durch die Wassermoleküle, die als Flüssigkeitsbrücken zwischen den Partikeln haftend wirksam sind, bestimmt und begrenzt. Durch den Entzug der Wassermoleküle kann eine zunehmende Vereinzelung der Partikel bis in den einstelligen pm-Bereich erfolgen. The reduction in size of the individual particles in the form of agglomerates is determined and limited, among other things, by the water molecules, which act as adhesive liquid bridges between the particles. By removing the water molecules, the particles can be increasingly isolated down to the single-digit pm range.
Durch eine indirekte Trocknung über die Oberflächen/Grenzflächen der Kugeln, ist zudem bevorzugt eine kalte Trocknung von Pulver möglich, indem voll getrocknete Kugeln in ein Pulverbett eingemischt werden, wobei die Temperaturen der Kugeln und des Pulvers keine großen Temperaturdifferenzen aufweisen. Als Trocknungsergebnis kann mit der indirekten T rocknung eine Volltrocknung von Pulver mit einem T rockenrückstandsgehalt von bis zu 98 % erzielt werden. Indirect drying via the surfaces/boundaries of the spheres also preferably allows powder to be dried cold, in that fully dried spheres are mixed into a powder bed, with the temperatures of the spheres and the powder not exhibiting any large temperature differences. As a drying result, with indirect drying, a complete drying of powder with a dry residue content of up to 98% can be achieved.
Die Kugeln und das Pulver werden vorzugsweise intervallweise gemischt. Durch die Mischvorgänge wird das Pulver über die Reibung an den Oberflächen der Kugeln gemahlen.The spheres and powder are preferably mixed intermittently. The mixing processes grind the powder through the friction on the surfaces of the balls.
Zur thermischen Hygienisierung der (biogenen) Reststoffe kann die Aufenthaltszeit der biogenen Reststoffe im Bioreaktor für einen vorbestimmten Zeitraum eingestellt werden, der sich an den jeweiligen rechtsgültigen Vorgaben für die Hygienisierung orientiert. For thermal hygienization of the (biogenic) residues, the residence time of the biogenic residues in the bioreactor can be set for a predetermined period of time, which is based on the respective legally valid specifications for hygienization.
Ein Bioreaktor, der zur Durchführung des bevorzugten, erfindungsgemäßen Verfahrens zum Bereitstellen der pulverförmigen Trockenmasse eingerichtet ist, weist folgende Merkmale auf: ein Gehäuse, mit zumindest einem Boden und einer vorzugsweise geschlossenen Umfangswandung, einen vorzugsweise am Boden um eine vertikale Achse drehbar gelagerten Mischer, der innerhalb des Gehäuses angeordnet ist, mindestens einen bezogen auf eine Höhe des Gehäuses oder auf einen maximalen Füllstand (Hiuax) des Gehäuses im mittleren Bereich oder in der Mitte in der Umfangswandung des Gehäuses angeordneten Trocknungsmediumeinlass, mindestens einen Trocknungsmediumauslass, eine Füllung des Bioreaktors aus einer Vielzahl von Kugeln, mit einem AnfangsfüllstandA bioreactor that is set up to carry out the preferred method according to the invention for providing the powdered dry mass has the following features: a housing with at least one base and a preferably closed peripheral wall, a mixer preferably mounted on the base so that it can rotate about a vertical axis, the is arranged inside the housing, at least one drying medium inlet arranged in the central area or in the middle in the peripheral wall of the housing, based on a height of the housing or on a maximum fill level (Hiu ax ) of the housing, at least one drying medium outlet, a filling of the bioreactor made up of a large number of balls, with an initial filling level
(Hstart), mindestens eine Zuführleitung für Reststoffe, und mindestens eine Austragseinrichtung zur Abführung der getrockneten Reststoffe. (Hstart), at least one supply line for residues, and at least one discharge device for removing the dried residues.
Ein weiterer Trocknungsmediumeinlass kann im Boden oder in der Umfangswandung angeordnet sein. Auch kann eine kumulative Anordnung im Boden und in der Umfangswandung vorgesehen sein. Another desiccant inlet can be located in the bottom or in the peripheral wall. A cumulative arrangement in the base and in the peripheral wall can also be provided.
In der Umfangswandung und auch im Boden können eine Mehrzahl von Trocknungsmediumeinlässen vorgesehen sein, um eine ausreichende Trocknungsmediumzufuhr zu gewährleisten. Insbesondere kann der Bioreaktor eine Mehrzahl von Trocknungsmediumeinlässen umfassen, insbesondere einen im unteren Drittel des Bioreaktors in der Umfangswandung angeordneten Trocknungsmediumeinlass, den im mittleren Füllstandsbereich in der Umfangswandung angeordneten Trocknungsmediumeinlass, einen oberhalb des maximalen Füllstands in der Umfangswandung oder einem Deckel angeordneten Trocknungsmediumeinlass und/oder einen im Boden angeordneten Trocknungsmediumeinlass. A plurality of drying medium inlets can be provided in the peripheral wall and also in the base in order to ensure an adequate supply of drying medium. In particular, the bioreactor can comprise a plurality of drying medium inlets, in particular a drying medium inlet arranged in the lower third of the bioreactor in the peripheral wall, the drying medium inlet arranged in the middle filling level area in the peripheral wall, a drying medium inlet arranged above the maximum filling level in the peripheral wall or a cover and/or one drying medium inlet arranged in the floor.
Die Zuführung und -Verteilung des Trocknungsmediums kann jeweils punktuell und/oder über Verteilerplatten erfolgen, die jeweils eine Vielzahl von Löchern aufweisen und sich über zumindest eines Teils des Reaktorquerschnitts erstrecken. Damit kann über definierte Flächen Trocknungsmedium zugeführt und verteilt werden. The drying medium can be fed in and distributed in a punctiform manner and/or via distributor plates which each have a large number of holes and extend over at least part of the reactor cross section. This means that drying medium can be supplied and distributed over defined areas.
Vorzugsweise kann das Gehäuse von einem Deckel abgedeckt sein. In diesem Fall erfolgt vorzugsweise die Zufuhr der Reststoffe und die Abfuhr von dem Trocknungsmedium durch den Deckel hindurch, in dem entsprechende Öffnungen vorgesehen sind. Alternativ können die Abfuhr von Trocknungsmedium und die Zufuhr der Reststoffe auch durch die seitliche Umfangswandung oberhalb des maximalen Füllstandes erfolgen, indem entsprechende Öffnungen vorgesehen sind. The housing can preferably be covered by a cover. In this case, the residues are preferably supplied and the drying medium is removed through the cover, in which corresponding openings are provided. Alternatively, the drying medium can be discharged and the residues can be fed in through the lateral peripheral wall above the maximum fill level by providing appropriate openings.
Unabhängig von der Ausgestaltung des Bioreaktors, mit oder ohne Deckel, kann die Zufuhr der Reststoffe auch alternativ in der seitlichen Umfangswandung unterhalb der Oberfläche des maximalen Füllstandes, vorzugsweise mit einer Schnecke, erfolgen. An sich ist es unerheblich, von wo bzw. an welcher Stelle die biogenen Reststoffe dem Bioreaktor zugeführt werden. Der Mischer ist vorzugsweise eine Vertikalschnecke. Die Vertikalschnecke kann vorzugsweise konisch oder zylindrisch ausgebildet sein. An den Schneckenwindungen oder Schneckenflügeln (segmentierte Schnecke) können vorzugsweise zusätzlich noch mindestens ein Messer sowie eine Schürfleiste am Schneckenanfang angebracht sein. Der Mischer ist vorzugsweise am Boden des Gehäuses gelagert. Irrespective of the design of the bioreactor, with or without a cover, the residues can also alternatively be fed into the lateral peripheral wall below the surface of the maximum filling level, preferably with a screw. In itself, it is irrelevant from where or at which point the biogenic residues are fed into the bioreactor. The mixer is preferably a vertical screw. The vertical screw can preferably be conical or cylindrical. At least one knife and a scraper bar at the beginning of the worm can preferably also be attached to the worm windings or worm wings (segmented worm). The mixer is preferably mounted on the bottom of the housing.
Das Gehäuse ist vorzugsweise zylindrisch oder konisch ausgebildet. The housing is preferably of cylindrical or conical design.
Vorzugsweise ist das Gehäuse thermisch isoliert, um Energieverluste zu vermeiden und ggfs die Temperatur im Bioreaktor während des Trocknungsprozesses konstant halten zu können.The housing is preferably thermally insulated in order to avoid energy losses and, if necessary, to be able to keep the temperature in the bioreactor constant during the drying process.
Die Abfuhr der Abluft bzw. des Überschussdampfes aus einem geschlossenen Bioreaktor kann durch Innendruck oder durch Anlegen eines Unterdrucks erfolgen. Durch die Variation der anliegenden Drücke können die angewandten Temperaturen variiert werden. Bei einem Unterdrück kann die Temperatur gesenkt und bei einem Überdruck die Temperatur erhöht werden. Die Bauweise des Bioreaktors ist den gewählten Druckverhältnissen entsprechend mit Deckel zu gestalten. The exhaust air or excess steam can be removed from a closed bioreactor by internal pressure or by applying a negative pressure. The applied temperatures can be varied by varying the applied pressures. In the case of a negative pressure, the temperature can be lowered and in the case of an overpressure, the temperature can be increased. The construction of the bioreactor is to be designed with a lid according to the selected pressure conditions.
Nachfolgend werden die einzelnen Verfahrensstufen genauer erläutert. The individual process steps are explained in more detail below.
(a1) Einfüllen von Reststoffen mit einem Flüssigkeitsanteil (a1) Filling in residues with a liquid content
Ziel des ersten Verfahrensschrittes ist die gleichmäßige Verteilung der zugeführten (biogenen) Reststoffe auf den Oberflächen der Kugeln in Form dünner Filme mit einer Schichtdicke von vorzugsweise wenigen Millimetern. The aim of the first process step is the even distribution of the supplied (biogenic) residues on the surfaces of the spheres in the form of thin films with a layer thickness of preferably a few millimeters.
Hierzu werden die Reststoffe dem Bioreaktor vorzugsweise oberhalb des Kugelbetts zugeführt. For this purpose, the residues are preferably fed into the bioreactor above the bead bed.
Die Kugeln bestehen bevorzugt aus Holz, insbesondere aus Buchenholz. Alternativ können auch andere feuchtigkeitsregulierende Stoffe, die eine hinreichende Festigkeit an den Oberflächen aufweisen, verwendet werden. Der Durchmesser der Kugeln kann vorzugsweise zwischen 5 und 50 mm betragen. Pro Kubikmeter genutztes Volumen des Bioreaktors werden beispielsweise rund 73.000 Kugeln mit einem mittleren Durchmesser von 25 mm verwendet. Die Summe der Kugeloberflächen je Kubikmeter ergibt sich damit zu 144 m2 (Quadratmetern).The balls are preferably made of wood, in particular beech wood. Alternatively, other moisture-regulating substances that have sufficient strength on the surfaces can also be used. The diameter of the spheres can preferably be between 5 and 50 mm. For example, around 73,000 balls with an average diameter of 25 mm are used per cubic meter of volume used in the bioreactor. The sum of the spherical surfaces per cubic meter is 144 m 2 (square meters).
Aus geometrischer Sicht für die Durchführung des Verfahrens vorzugsweise kugelförmige Körper verwendet. Alternativ können auch vorzugsweise rund oder oval geformte Körper Einsatz finden. From a geometric point of view, spherical bodies are preferably used for carrying out the method. Alternatively, preferably round or oval shaped bodies can also be used.
Die Zuführung der Reststoffe erfolgt vorzugsweise während der Mischer zumindest zeitweise betrieben wird, um einen Mischvorgang der Kugeln und Reststoffe zu bewirken. Der Mischvorgang sollte vorzugsweise mehrere Minuten andauern, damit sich ein gleichmäßiger Film auf allen Kugeln ausbilden kann. Der Mischvorgang erfolgt im Bioreaktor vorzugsweise durch eine Vertikalschnecke. The residues are preferably fed in while the mixer is operated at least intermittently in order to bring about a mixing process of the balls and residues. Of the The mixing process should preferably last several minutes so that an even film can form on all balls. The mixing process takes place in the bioreactor, preferably by means of a vertical screw.
Die zugeführten Reststoffe können unterschiedliche Stoffeigenschaften und Partikelgrößen aufweisen. So kann eine zugeführte Mischung gleichzeitig aus flüssigen, nassen, feuchten, klebrigen, festen, krümeligen und pulverigen Fraktionen bestehen. Die Größe der zugeführten Feststoff-Partikel können ebenfalls in einem Bereich von 1 pm in einer Suspension bis hin zu mehreren Zentimetern als Feststoff-Klumpen schwanken. The supplied residues can have different material properties and particle sizes. A supplied mixture can consist of liquid, wet, moist, sticky, solid, crumbly and powdery fractions at the same time. The size of the solid particles supplied can also vary in a range from 1 μm in a suspension to several centimeters as solid lumps.
Wenn Reststoffe mit trockenen Fraktionen, die einen Wassergehalt < 70 % aufweisen, zugeführt werden, wird vorzugsweise Wasser in den Bioreaktor eingefüllt, um die trockenen Fraktionen an- oder aufzuschlämmen. Dies kann vorzugsweise durch einen Sprühnebel oberhalb der Kugeln und während des Mischvorganges erfolgen. If residues with dry fractions that have a water content of <70% are fed in, water is preferably filled into the bioreactor in order to pre-slurry or slurry the dry fractions. This can preferably be done by a spray mist above the balls and during the mixing process.
Eine weitere Besonderheit der zugeführten insbesondere biogenen Reststoffe besteht in dem enthaltenem Phosphor. Da der Phosphor separiert werden soll, wobei ein Brennstoff, der um Phosphor abgereichert wurde, erhalten wird, ist die Verfügbarkeit des Phosphors in Form der magnetischen, phosphorhaltigen Verbindung (siehe oben) in den Reststoffen erforderlich, die die erfindungsgemäße magnetische Stoffabtrennung ermöglicht. Another special feature of the supplied residues, in particular biogenic residues, is the phosphorus they contain. Since the phosphorus is to be separated, obtaining a fuel which has been depleted in phosphorus, the availability of the phosphorus in the form of the magnetic, phosphorus-containing compound (see above) in the residues is necessary, which enables the magnetic substance separation according to the invention.
Für den Fall, dass der in dem (biogenen) Reststoff enthaltene Phosphor in Form einer nicht magnetischen Verbindung oder in gelöster Form vorliegt, kann dem Bioreaktor ein geeignetes magnetisches Reagenz insbesondere in wässriger Lösung, beispielsweise eine Eisensalzlösung, zugeführt werden. Die Zuführung erfolgt vorzugsweise in Form eines Sprühnebels oberhalb der Kugeln während des Mischvorgangs während der Zuführung von Reststoffen. Die zugeführte wässrige Lösung wird durch den Mischvorgang gleichmäßig in die Filme eingemischt und führt dann, in Gegenwart von in den wässrigen Filmen gelöstem Phosphor, in wenigen Minuten zur Entstehung und Fällung einer entsprechenden magnetischen, phosphorhaltigen Verbindung, beispielsweise von Eisenphosphat. Dieses kann von der erzeugten pulverförmigen Trockenmasse magnetisch separiert und einer anschließenden Aufbereitung zugeführt werden. If the phosphorus contained in the (biogenic) residue is present in the form of a non-magnetic compound or in dissolved form, a suitable magnetic reagent, in particular in an aqueous solution, for example an iron salt solution, can be supplied to the bioreactor. The supply is preferably in the form of a spray above the balls during the mixing process during the supply of residues. The supplied aqueous solution is mixed evenly into the films by the mixing process and then, in the presence of phosphorus dissolved in the aqueous films, leads to the formation and precipitation of a corresponding magnetic, phosphorus-containing compound, for example iron phosphate, within a few minutes. This can be magnetically separated from the powdered dry mass produced and fed to subsequent processing.
Eine weitere Differenzierung hinsichtlich der zugeführten biogenen Reststoffe ist der Grad der chemischen Instabilität des organischen Anteils. Dieser leicht abbaubare Anteil an organischen Stoffen, bestehend aus energiereichen komplexen organischen Fett- und Eiweißmolekülen, sollte vorzugsweise schnell in eine stabile Form überführt werden, um die chemisch gebundene Energie zu erhalten und Gerüche zu minimieren. Eine Form der Stabilisierung ist die Überführung in den Zustand eines Trockenstabilats. Durch das fehlende Wasser wird für die zumeist heterotrophen Bakterien, die einen Abbau der organischen Bestandteile sehr schnell beginnen, der Transport von Nährstoffen unterbunden und damit der biologische Abbau der leicht abbaubaren organischen Stoffe wirksam gestoppt.A further differentiation with regard to the supplied biogenic residues is the degree of chemical instability of the organic part. This easily degradable fraction of organic matter, consisting of energy-rich complex organic fat and protein molecules, should preferably be quickly converted into a stable form in order to preserve the chemically bound energy and minimize odors. One form of stabilization is the conversion to the state of a dry stabilizer. Due to the lack of water, the transport of nutrients is prevented for the mostly heterotrophic bacteria, which very quickly begin to break down the organic components, and thus the biological breakdown of the easily degradable organic substances is effectively stopped.
Daher werden die Kugeln vor der Befüllung vorzugsweise getrocknet. Wenn der nasse Film auf den Oberflächen der Kugeln verteilt wird, wird über die Grenzflächen der Kugeln Wasser aus dem nässeren Film über kapillare Anziehungskräfte von außen nach innen in die trockeneren Zellhohlräume der Kugeln als freies Wasser gezogen. Durch den Feuchtigkeitsentzug nach innen wird der Film getrocknet und durch die damit einhergehende Trockenstarre stabilisiert. Therefore, the balls are preferably dried before filling. As the wet film spreads on the surfaces of the spheres, water is drawn from the wet film via capillary attraction forces across the sphere interfaces from the outside in into the drier cell cavities of the spheres as free water. The film is dried by removing moisture from the inside and is stabilized by the dry rigidity that accompanies it.
Grundsätzlich ermöglicht die hygroskopische Eigenschaft der Kugeln eine Anpassung der Feuchtigkeit an die äußeren herrschenden Bedingungen. Die damit verbundene Fähigkeit zur Speicherung von Feuchtigkeit ermöglicht den Eintrag von sehr wässrigen Suspensionen in den Bioreaktor, deren Wassergehalt bis zur Sättigungsgrenze der Kugeln aufgesogen werden kann. In principle, the hygroscopic property of the balls allows the humidity to be adapted to the prevailing external conditions. The associated ability to store moisture enables very aqueous suspensions to be fed into the bioreactor, the water content of which can be absorbed up to the saturation limit of the balls.
Als Ergebnis dieses Verfahrensschrittes sind alle Kugeln, die sich in dem Bioreaktor befinden, mit einem dünnen Film bedeckt. As a result of this process step, all balls located in the bioreactor are covered with a thin film.
(a2) Trocknen der Reststoffe zu einer Trockenmasse (a2) Drying of the residues to a dry mass
Die Trocknung der biogenen Reststoffe, die in Form nasser Filme auf den Kugeln vorliegen, erfolgt durch Zufuhr eines Trocknungsmediums, vorzugsweise mit einer Temperatur oberhalb von Raumtemperatur bis 85 °C bei Einsatz von warmer ungesättigter Luft als Trocknungsmedium und vorzugsweise mit einer Temperatur oberhalb von 110 °C bei Einsatz von ungesättigtem, überhitztem Wasserdampf als Trocknungsmedium. Das Trocknungsmedium wird vorzugsweise an mehreren Stellen, die auf unterschiedlichen Höhen des Bioreaktors angeordnet sind, zugeführt. Dabei erfolgt die Trocknungsmediumzufuhr bevorzugt vom Boden des Reaktors, von seiner Umfangswandung und zwar im Bereich der Kugeln auf Höhe der Pulveransammlung und im Bereich der Kugeln oberhalb der Pulveransammlung, sowie oberhalb des Kugelbetts. The biogenic residues, which are present in the form of wet films on the balls, are dried by supplying a drying medium, preferably at a temperature above room temperature to 85 °C using warm, unsaturated air as the drying medium and preferably at a temperature above 110 °C C when using unsaturated, superheated steam as a drying medium. The drying medium is preferably supplied at a number of points which are arranged at different heights of the bioreactor. The drying medium is preferably supplied from the bottom of the reactor, from its peripheral wall, namely in the area of the balls at the height of the powder accumulation and in the area of the balls above the powder accumulation, and above the bed of beads.
Bei Einsatz von warmer ungesättigter Luft als Trocknungsmedium trocknen die wässrigen Oberflächen der Filme in dieser Phase vorwiegend, indem sie Wasser als Wasserdampf in die sie umströmende ungesättigte warme Luft abgeben und damit Wasser als Wasserdampf über die höher gesättigte Abluft aus dem Bioreaktor ausgetragen wird. Bei Einsatz von ungesättigtem, überhitztem Wasserdampf als Trocknungsmedium trocknen die wässrigen Oberflächen der Filme in dieser Phase vorwiegend, indem sie Wasser als Wasserdampf in Form eines realen Gases in den sie umströmenden ungesättigten, überhitzten Wasserdampf abgeben und damit Wasser als Überschussdampf aus dem Bioreaktor ausgetragen wird. When warm, unsaturated air is used as the drying medium, the aqueous surfaces of the films dry in this phase primarily by releasing water as water vapor into the unsaturated warm air flowing around them, and water is thus discharged from the bioreactor as water vapor via the more saturated exhaust air. When using unsaturated, superheated water vapor as a drying medium, the aqueous surfaces of the films dry in this phase mainly by releasing water as water vapor in the form of a real gas into the unsaturated, superheated water vapor flowing around them, and water is thus discharged from the bioreactor as excess vapor.
Die bevorzugte mechanische Durchmischung der Kugeln führt dabei zu einer Vergrößerung der nassen Oberflächen, indem die nassen Filme Feuchtigkeit auf trockenere Filme übertragen und nach der Mischung wieder zu homogenen nassen Biofilmen ausgebildet werden. The preferred mechanical intermixing of the spheres leads to an increase in the wet surfaces, in that the wet films transfer moisture to drier films and, after mixing, are again formed into homogeneous wet biofilms.
Wenn keine frischen Reststoffe zugeführt werden, trocknen die nassen Filme aus und es entsteht Trockenmasse in Form trockener Krusten (Trockenmasse mit Restfeuchtigkeit) an den Oberflächen der Holzkugeln. If no fresh residues are fed in, the wet films dry out and dry matter develops in the form of dry crusts (dry matter with residual moisture) on the surfaces of the wooden balls.
Die trockenen Krusten sollten vorzugsweise den Durchmesser der Kugeln um 5 % bis zu 10 % vergrößern. Damit erhöht sich das genutzte Volumen im Reaktor um bis zu 33 %. Die Fülldichte der Kugelmatrix beträgt rund 60 %, so dass ein freies Volumen (Luftvolumen bei Einsatz von warmer ungesättigter Luft als Trocknungsmedium und Dampfvolumen bei Einsatz von ungesättigtem, überhitztem Wasserdampf als Trocknungsmedium) von rund 40 % verbleibt. The dry crusts should preferably increase the diameter of the balls by 5% up to 10%. This increases the volume used in the reactor by up to 33%. The filling density of the spherical matrix is around 60%, so that a free volume (air volume when using warm, unsaturated air as drying medium and steam volume when using unsaturated, superheated steam as drying medium) of around 40% remains.
Bei einsetzender Krustenbildung bzw. beim Übergang der feuchten Filme zu oberflächlich trockenen Krusten, spätestens aber nach vollständiger Krustenbildung wird die Trocknungsmediumzufuhr in den unteren Bereich des Reaktors reduziert oder unterbrochen, sodass die Trocknungsmediumzufuhr im Wesentlichen nur noch im Bereich der Kugeln oberhalb der sich nun im unteren Reaktorbereich ansammelnden pulverförmigen Trockenmasse erfolgt. When crust formation begins or when the moist films change to superficially dry crusts, but at the latest after crust formation is complete, the supply of drying medium to the lower area of the reactor is reduced or interrupted, so that the supply of drying medium is essentially only in the area of the balls above the one now in the lower one Reactor area accumulating powdery dry matter takes place.
(a3) Mahlen und Trocknen der Trockenmasse (a3) Grinding and drying of the dry matter
Die an den Oberflächen der Holzkugeln anhaftende Trockenmasse wird durch Mischvorgänge als Rieselstoff durch Reibung abgerieben bzw. abgemahlen. Die Rieselstoffe setzen sich zum größten Teil am Boden des Bioreaktors ab. The dry mass adhering to the surface of the wooden balls is rubbed off or ground down as a trickle by friction through mixing processes. Most of the trickling substances settle on the bottom of the bioreactor.
Die Mischvorgänge führen bei fortschreitender Verfügbarkeit freier Rieselstoffe zu einer Zermahlung der Rieselstoffe zu mikrofeinem Pulver. Die Partikelgröße beträgt im Ergebnis weniger als 100 pm und bevorzugt weniger als 60 pm. Einzelne Partikel werden bis in den einstelligen pm-Bereich zermahlen. As free trickling substances become increasingly available, the mixing processes lead to the trickling substances being ground into a micro-fine powder. As a result, the particle size is less than 100 μm and preferably less than 60 μm. Individual particles are ground down to the single-digit pm range.
Mit Übergang von der nassen Phase in die trockene Pulverphase wird die Trockenmasse weiter getrocknet. Jedoch ändert sich die Art der T rocknung. Das Pulver wird nicht mehr direkt über das Trocknungsmedium, sondern indirekt über die kapillaren Saugkräfte und Sorption an den trockenen Grenzflächen der Kugeln getrocknet. Das Wasser im Pulver wird daher über die Grenzflächen der Kugeln durch Sorption und kapillare Anziehungskräfte von außen nach innen in die Zellhohlräume der Kugeln transportiert und dort gebunden. With the transition from the wet phase to the dry powder phase, the dry mass is further dried. However, the type of drying changes. The powder is no longer direct via the drying medium, but indirectly via the capillary suction forces and sorption at the dry interfaces of the spheres. The water in the powder is therefore transported via the boundary surfaces of the spheres by sorption and capillary forces of attraction from the outside inwards into the cell cavities of the spheres and is bound there.
Hierzu wird der nicht von Pulver umhüllte Teil der Kugeln, die sich oberhalb der am Boden abgesetzten Pulverschicht befinden, weiterhin durch das Trocknungsmedium, bei Einsatz von warmer ungesättigter Luft als Trocknungsmedium durch den warmen und ungesättigten Luftstrom und bei Einsatz von ungesättigtem, überhitztem Wasserdampf als Trocknungsmedium durch den überhitzten und ungesättigten Dampfstrom, getrocknet. Durch einen anschließenden Mischvorgang werden sehr trockene Kugeln aus dem oberen Bereich in das Pulver im unteren Bereich des Bioreaktors gemischt. Zudem werden die Kugeln, die sich im Pulver befinden und die sich zuvor mit Wasser aus dem Pulver angereichert haben, aus dem Pulver in den oberen Teil des Bioreaktors und damit oberhalb der Pulverschicht in die dort befindlichen Kugeln gemischt. For this purpose, the part of the balls not covered by powder, which is above the layer of powder deposited on the ground, continues to be dried by the drying medium, when using warm, unsaturated air as the drying medium by the warm and unsaturated air flow, and when using unsaturated, superheated steam as the drying medium dried by the superheated and unsaturated steam stream. A subsequent mixing process mixes very dry balls from the upper area into the powder in the lower area of the bioreactor. In addition, the balls that are in the powder and that have previously been enriched with water from the powder are mixed from the powder into the upper part of the bioreactor and thus above the powder layer into the balls located there.
Durch die weitergehende Trocknung wird dem Pulver Wasser entzogen, was dann die weitere Zermahlung des Pulvers ermöglicht, weil das als Bindemittel fungierende Wasser zunehmend entzogen wird. Der finale Trockenrückstandsgehalt des Pulvers sollte vorzugsweise zwischen 90 Gew.-% und 98 Gew.-% liegen, d.h. einen Feuchtigkeitsanteil von höchstens 10 Gew.-% bis zu 2 Gew.% aufweisen. As the drying continues, water is removed from the powder, which then enables further grinding of the powder because the water, which acts as a binder, is increasingly removed. The final dry residue content of the powder should preferably be between 90% and 98% by weight, i.e. have a moisture content of at most 10% by weight and up to 2% by weight.
Der Mahlprozess wird vorzugsweise solange durchgeführt, bis die Kugeln im Wesentlichen frei von Trockenmasse sind, d.h. weitestgehend von den Krusten befreit sind. The grinding process is preferably carried out until the balls are essentially free of dry matter, i.e. the crusts are largely removed.
Dann wird die Trocknungsmediumzufuhr vollständig unterbrochen und das Betreiben des Mischers eingestellt. Der Trocknungsmediumaustrag erfolgt weiter auf reduziertem Niveau, um einen kontinuierlichen Unterdrück zu erhalten. Then the supply of drying medium is completely interrupted and the operation of the mixer is stopped. The drying medium is discharged at a reduced level in order to maintain a continuous negative pressure.
(a4) Abführen der Trockenmasse (a4) Removal of the dry matter
Das Pulver kann vorzugsweise pneumatisch mit dem Trocknungsmedium insbesondere durch Saugluft bzw. Unterdrück mit Hilfe von Zyklonen aus dem Reaktor getragen werden. Schwerere Störstoffe lassen sich im Strom des Trocknungsmediums, insbesondere im Luftstrom, durch den Prozess der Windsichtung leicht abtrennen. The powder can preferably be carried out of the reactor pneumatically with the drying medium, in particular by suction air or negative pressure with the aid of cyclones. Heavier contaminants can be easily separated in the flow of the drying medium, especially in the air flow, using the air separation process.
Alternativ kann das Pulver über eine Austragseinrichtung umfassend seitliche Öffnungen oder Öffnungen im Bodenbereich des Reaktors ausgetragen werden. Vorzugsweise kann vor den Öffnungen eine Siebeinrichtung, insbesondere ein Lochblech oder ein Gitter oder Stäbe, angeordnet sein, um zumindest die Kugeln und optional gröbere Bestandteile der Trockenmasse zurückzuhalten. Vor der Siebeinrichtung auf der Innenseite des Gehäuses kann ferner eine Vorrichtung zur wahlweisen Öffnung und Schließung der Austragseinrichtung angeordnet sein. Alternatively, the powder can be discharged via a discharge device comprising lateral openings or openings in the bottom area of the reactor. Preferably, a sieve device, in particular a perforated plate or a grid or bars, can be arranged in front of the openings in order to at least remove the balls and optionally coarser components retain dry matter. A device for selectively opening and closing the discharge device can also be arranged in front of the screening device on the inside of the housing.
Die ausgetragene Trockenmasse wird nun dem erfindungsgemäßen Prozess zur Separation der magnetischen, phosphorhaltigen Verbindung und ggfs weiteren Prozessen zur Qualitätssicherung unterzogen. Es kann aber auch anderweitig erzeugte Trockenmasse dem Prozess der Phosphorseparation zugeführt werden. The discharged dry matter is then subjected to the process according to the invention for separating the magnetic, phosphorus-containing compound and, if necessary, to further processes for quality assurance. However, dry matter produced in other ways can also be fed into the phosphorus separation process.
Eisenphosphat ist paramagnetisch und liegt insbesondere in Partikelgrößen von 5 pm bis 50 pm vor. Um eine Abtrennung der magnetischen, phosphorhaltigen Verbindung, beispielsweise Eisenphosphat, aus dem hygroskopischen Schüttgut in Pulverform zu ermöglichen, erfolgt vorzugsweise der Zerkleinerung der Trockenmasse auf eine maximale Größe von 100 pm bei gleichzeitig hohem Trockenrückstandsgehalt von mehr als 90 % bis zu 98 %. Die magnetische, phosphorhaltige Verbindung liegt insbesondere in Partikelgrößen von 5 pm bis 50 pm vor. Diese beiden Parameter, Partikelgröße und Trockenrückstandsgehalt, sind vorteilhaft, um eine freifließende Rieselfähigkeit zu erreichen und eine Verklumpung im Pulver zu vermeiden. Bei der Einstellung der Parameter gibt es fließende Übergänge und demzufolge graduelle Unterschiede hinsichtlich des Abscheidegrades in Abhängigkeit von der Magnetfeldstärke. Zudem hat eine Verklumpung direkte Auswirkungen auf den Reinheitsgrad der separierten magnetischen Eisenphosphat-Partikel, da mit zunehmender Verklumpung Fremdstoffe anhaften. Iron phosphate is paramagnetic and is present in particular in particle sizes from 5 μm to 50 μm. In order to enable the magnetic, phosphorus-containing compound, for example iron phosphate, to be separated from the hygroscopic bulk material in powder form, the dry mass is preferably comminuted to a maximum size of 100 μm with a simultaneously high dry residue content of more than 90% up to 98%. The magnetic, phosphorus-containing compound is present in particular in particle sizes from 5 μm to 50 μm. These two parameters, particle size and dry residue content, are advantageous in order to achieve free-flowing flowability and avoid clumping in the powder. When setting the parameters, there are smooth transitions and consequently gradual differences in terms of the degree of separation depending on the magnetic field strength. In addition, clumping has a direct impact on the degree of purity of the separated magnetic iron phosphate particles, since foreign matter adheres with increasing clumping.
Das Mahlen der Trockenmasse zum Zwecke der Phosphatabtrennung kann in einer Mühle, oder allgemein in einer Zerkleinerungseinheit, erfolgen. Die Vorrichtung sollte eine Verkleinerung der Partikel zu einer Korngröße < 100 pm ermöglichen. The grinding of the dry mass for the purpose of separating off the phosphate can be carried out in a mill or generally in a comminution unit. The device should enable the particles to be reduced to a grain size of <100 μm.
Eine rein mechanische Zerkleinerung der Partikel wird durch die Restfeuchtigkeit in der Trockenmasse begrenzt. Für den Fall einer zu hohen Restfeuchtigkeit in der extern zugeführten oder ausgetragenen Trockenmasse kann daher die Zerkleinerung bis in den einstelligen pm-Bereich gehemmt sein. Eine weitere bevorzugte alternative Prozessführung ist dann die Zu- oder Rückführung der extern zugeführten oder ausgetragenen und vorzugsweise zerkleinerten Trockenmasse in die Prozessphase (a3) Mahlen und Trocknen der Trockenmasse bis der notwendige Trockenrückstandsgehalt erreicht ist, der eine Zerkleinerung bis in den vorzugsweise einstelligen pm-Bereich ermöglicht. A purely mechanical comminution of the particles is limited by the residual moisture in the dry matter. If the residual moisture in the externally supplied or discharged dry matter is too high, comminution can be inhibited down to the single-digit pm range. A further preferred alternative process control is then the supply or return of the externally supplied or discharged and preferably comminuted dry matter in the process phase (a3) grinding and drying the dry matter until the necessary dry residue content is reached, which means comminution down to the preferably single-digit pm range allows.
Alternativ kann die Trocknung und das Mahlen extern zugeführter oder ausgetragener und vorzugsweise pulverförmiger Trockenmasse bevorzugt in einem zweiten, separaten Mischer als eigenständiger Prozess erfolgen oder fortgeführt werden. Anhand von Zeichnungen soll nachfolgend ein Ausführungsbeispiel der Erfindung für das erweiterte Verfahren unter Verwendung biogener Reststoffe mit einem Flüssigkeitsanteil als Ausgangsstoffe näher erläutert werden. Es zeigen: Alternatively, the drying and grinding of externally supplied or discharged and preferably pulverulent dry mass can preferably take place or be continued in a second, separate mixer as an independent process. An exemplary embodiment of the invention for the expanded method using biogenic residues with a liquid content as starting materials is to be explained in more detail below with reference to drawings. Show it:
Figur 0 eine schematische Darstellung eines nicht gefüllten Bioreaktors als eine Mahlvorrichtung gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung; FIG. 0 shows a schematic representation of an unfilled bioreactor as a grinding device according to an embodiment of the invention;
Figur 1 eine schematische Darstellung des Bioreaktors aus Figur 0 mit eingefülltenFIG. 1 shows a schematic representation of the bioreactor from FIG
Kugeln, die an der Oberfläche sauber (unbenetzt) sind, mit einer Füllhöhe Hstan;Spheres that are clean (unwetted) on the surface with a fill level Hstan;
Figur 2 eine schematische Darstellung des Bioreaktors aus Figur 0 mit eingefüllten Kugeln, die an der Oberfläche Biofilme ausgebildet haben, mit einer maximalen Füllhöhe HNasS; FIG. 2 shows a schematic representation of the bioreactor from FIG .
Figur 3 eine schematische Darstellung des Bioreaktors aus Figur 0 mit eingefüllten Kugeln, die an der Oberfläche Krusten ausgebildet haben, mit einer mittleren Füllhöhe HTr0cken; FIG. 3 shows a schematic representation of the bioreactor from FIG.
Figur 4 eine schematische Darstellung des Bioreaktors aus Figur 0 mit eingefüllten Kugeln, die an der Oberfläche wieder sauber sind, und mit sich am Boden des Behälters abgesetztem Pulver, mit einer minimalen Füllhöhe HpUiVer; FIG. 4 shows a schematic representation of the bioreactor from FIG. 0 with filled balls, which are clean again on the surface, and with powder deposited on the bottom of the container, with a minimum fill level Hp UiVer ;
Figur 5 eine schematische Darstellung einer Anlage zur Abtrennung einer magnetischen, phosphorhaltigen Verbindung, insbesondere von Eisenphosphat, in einem Zustand mit erregten Magneten; und FIG. 5 shows a schematic representation of a plant for separating a magnetic, phosphorus-containing compound, in particular iron phosphate, in a state with excited magnets; and
Figur 6 eine schematische Darstellung der Anlage aus Figur 5 mit deaktivierten Magneten. FIG. 6 shows a schematic representation of the system from FIG. 5 with deactivated magnets.
Der in den Figuren 0 bis 4 gezeigte Bioreaktor stellt ein Beispiel für eine im Rahmen der Erfindung vorteilhaft einsetzbare Mahlvorrichtung zum Bereitstellen einer pulverförmigen Trockenmasse dar. Die Figuren zeigen unterschiedliche Prozessstufen des Bereitstellens der Trockenmasse. The bioreactor shown in FIGS. 0 to 4 represents an example of a grinding device that can be used advantageously within the scope of the invention for providing a powdered dry mass. The figures show different process stages for the preparation of the dry mass.
Der Bioreaktor 0 ist ein Thermotrockner, der in dem in Figur 0 gezeigten Ausführungsbeispiel aus einem nach oben offenen Gehäuse 1 besteht, das konisch ausgebildet ist und im Wesentlichen aus einer geschlossenen Umfangswandung 1.2 und einem Boden 1.1 besteht.The bioreactor 0 is a thermal dryer which, in the exemplary embodiment shown in FIG. 0, consists of a housing 1 which is open at the top and which is conical in shape and essentially consists of a closed peripheral wall 1.2 and a base 1.1.
In der schematischen Darstellung ist nicht gezeigt, dass das Gehäuse 1 des Bioreaktors 0 thermisch isoliert sein kann, um Energieverluste zu vermeiden und die Temperatur im Inneren des Bioreaktors 0 möglichst konstant halten zu können. Im Boden 1.1 ist um die vertikale Achse A eine vorzugsweise konische Schnecke 2 drehbar angetrieben gelagert. Die Schnecke 2 weist mindestens eine Windung 2.1 auf. Die Schnecke 2 ist hier verkürzt dargestellt. Vorzugsweise reicht ihre axiale Länge bis an die maximale Füllhöhe Hmax, um eine möglichst schnelle und rasche Durchmischung zu ermöglichen. The schematic representation does not show that the housing 1 of the bioreactor 0 can be thermally insulated in order to avoid energy losses and to be able to keep the temperature inside the bioreactor 0 as constant as possible. In the bottom 1.1, a preferably conical screw 2 is rotatably driven about the vertical axis A. The screw 2 has at least one turn 2.1. The snail 2 is shown shortened here. Their axial length preferably extends up to the maximum fill level H max in order to enable the quickest and most rapid mixing possible.
Im Boden 1.1 und in der Umfangswandung 1.2 sind Zuleitungen 6, 6.1 , 6.2 und 6.3 für das Trocknungsmedium, das vorzugweise Umgebungsluft und/oder ungesättigter, überhitzter Wasserdampf ist, vorgesehen, das in das Innere des Bioreaktors 0 geleitet wird, was der Trocknung der biogenen Reststoffe 4 dient. Bezogen auf die maximale Füllhöhe Hmax des Gehäuses 1 liegt die Zuleitung 6 im unteren Drittel, die Zuleitung 6.1 in der Mitte und eine weitere Zuleitung 6.2 oberhalb des Kugelbetts (s. Figur 1). Die Zuleitung 6.3 befindet sich im Boden 1.1. Bei Einsatz von warmer ungesättigter Luft als Trocknungsmedium kann die Umgebungsluft vorzugsweise auf eine Temperatur im Bereich von 20 “Celsius bis zu 85 “Celsius angewärmt werden. Bei Einsatz von ungesättigtem, überhitztem Wasserdampf als Trocknungsmedium kann der ungesättigte, überhitzte Dampf vorzugsweise auf eine Temperatur im Bereich von 110 “Celsius bis zu 250 “Celsius angewärmt werden. In the bottom 1.1 and in the peripheral wall 1.2 there are supply lines 6, 6.1, 6.2 and 6.3 for the drying medium, which is preferably ambient air and/or unsaturated, superheated steam, which is fed into the interior of the bioreactor 0, which allows the drying of the biogenic Residues 4 is used. In relation to the maximum fill level H max of the housing 1, the feed line 6 is in the lower third, the feed line 6.1 is in the middle and another feed line 6.2 is above the bead bed (see FIG. 1). The supply line 6.3 is located in the floor 1.1. When using warm, unsaturated air as a drying medium, the ambient air can preferably be heated to a temperature in the range from 20 °C to 85 °C. If unsaturated, superheated steam is used as the drying medium, the unsaturated, superheated steam can preferably be heated to a temperature in the range from 110 °C to 250 °C.
Bevor der Betrieb zur Trocknung biogener Reststoffe beginnen kann, wird eine Vielzahl von Kugeln, hier Holzkugeln 3, die vorzugsweise aus Buchenholz mit einem Durchmesser von vorzugsweise 5 - 50 mm als Schüttgut vorliegen, über die in Figur 0 gezeigte obere Öffnung in den Bioreaktor 0 bis zu einer Füllhöhe von Hstan eingefüllt. Before the operation for drying biogenic residues can begin, a large number of balls, here wooden balls 3, which are preferably made of beech wood with a diameter of preferably 5-50 mm as bulk material, are inserted via the upper opening shown in Figure 0 into the bioreactor 0 to filled to a level of Hstan.
Sobald die Holzkugeln 3 in den Bioreaktor 0 eingefüllt sind, kann der Bioreaktor 0 mit einem Deckel 1.3 verschlossen werden, was in Figur 1 dargestellt wird. As soon as the wooden balls 3 have been filled into the bioreactor 0, the bioreactor 0 can be closed with a cover 1.3, which is shown in FIG.
Der in Figur 1 dargestellte Bioreaktor 0 entspricht in seinem Aufbau dem Bioreaktor 0 nach Figur 0, das Gehäuse 1 ist nun jedoch von einem Deckel 1.3 verschlossen und der Bioreaktor 0 ist mit Holzkugeln 3 gefüllt. Durch den Deckel 1.3 führen die Zuleitungen für biogene Reststoffe 4 und Wasser 5 und die Abführleitung für das austretende Trocknungsmedium 7.The structure of the bioreactor 0 shown in FIG. 1 corresponds to that of the bioreactor 0 according to FIG. The supply lines for biogenic residues 4 and water 5 and the discharge line for the exiting drying medium 7 lead through the cover 1.3.
Bevor biogene Reststoffe 4 in den Bioreaktor 0 eingefüllt werden, werden die Holzkugeln 3 vorzugsweise getrocknet, um damit ein hohes Potenzial in den Holzkugeln 3 zur Aufnahme von Feuchtigkeit zu schaffen. Before biogenic residues 4 are filled into the bioreactor 0, the wooden balls 3 are preferably dried in order to create a high potential in the wooden balls 3 for absorbing moisture.
Vorzugsweise über alle Zuleitungen 6, 6.1 , 6.2 und 6.3 wird das T rocknungsmedium zugeführt, um in den Bioreaktor 0 Wärme zur Trocknung einzutragen. Vorzugsweise ist das Trocknungsmedium warme ungesättigte Luft und/oder ungesättigter, überhitzter Wasserdampf. Die Zuführung warmer Luft und/oder von Dampf über die Zuleitung 6.3 dient als Leckmedium (Leckluft und/oder Leckdampf) zum Austrag der gesättigten Luft und/oder des Überschussdampfes aus dem unteren Teil des Bioreaktors 0, die und/oder der zuvor die Kugelmatrix durchströmt hat. Die Abluft und/oder der Dampfaustrag erfolgt über die Abführleitung 7 im Deckel 1.3. Durch die Luftströme und/oder Dampfströme wird vorzugsweise ein leichter Unterdrück im Bioreaktor 0 eingestellt. Die Be- und Entlüftung und/oder die Dampfzuführung und Dampfabführung erfolgen vorzugsweise kontinuierlich. Die spezifische Ausgestaltung der Luftzuführung und/oder der Dampfzuführung hinsichtlich der Dauer, des Volumenstroms und der Temperatur mit Bezug auf die einzelnen Luftzuleitungen und/oder Dampfzuleitungen 6, 6.1, 6.2 und 6.3 erfolgt variabel mit dem Ziel, optimale Bedingungen für den Trocknungsprozess zu erhalten. The drying medium is preferably supplied via all supply lines 6, 6.1, 6.2 and 6.3 in order to introduce heat into the bioreactor 0 for drying. Preferably, the drying medium is warm, unsaturated air and/or unsaturated, superheated steam. The supply of warm air and/or steam via the supply line 6.3 serves as leakage medium (leakage air and/or leakage steam) for discharging the saturated air and/or the Excess steam from the lower part of the bioreactor 0, which and / or has previously flowed through the spherical matrix. The exhaust air and/or the steam is discharged via the discharge line 7 in the cover 1.3. A slight negative pressure is preferably set in the bioreactor 0 by the air streams and/or steam streams. The aeration and deaeration and/or the steam supply and steam removal preferably take place continuously. The specific design of the air supply and/or the steam supply with regard to the duration, the volume flow and the temperature with regard to the individual air supply lines and/or steam supply lines 6, 6.1, 6.2 and 6.3 is variable with the aim of obtaining optimal conditions for the drying process.
Danach wird die vertikal angeordnete Schnecke 2 drehend in Betrieb genommen und vorzugsweise zeitgleich die biogenen Reststoffe 4 über die Zuleitung im Deckel 1.3 zugeführt. Der Mischprozess führt zur Durchmischung der eingefüllten biogenen Reststoffe 4 mit den Holzkugeln 3 und dauert vorzugsweise mehrere Minuten. Der Mischprozess endet mit weitgehend homogen ausgebildeten Biofilmen an den Oberflächen der Holzkugeln 3. Thereafter, the vertically arranged screw 2 is put into operation in rotation and, preferably at the same time, the biogenic residues 4 are fed in via the feed line in the cover 1.3. The mixing process leads to the biogenic residues 4 being mixed with the wooden balls 3 and preferably lasts several minutes. The mixing process ends with largely homogeneously formed biofilms on the surfaces of the wooden balls 3.
Für den Fall, dass die zugeführten biogenen Reststoffe 4 zu trocken sind, und eine Ausbildung von Biofilmen somit gehemmt wird und daher nicht ausreichend erfolgt, wird vorzugsweise Wasser 5 in den Bioreaktor 0 über eine Zuleitung im Deckel 1.3 während des Mischprozesses zugeführt. Damit werden die trockenen Fraktionen der biogenen Reststoffe 4 an- und aufgeschlämmt. Die mit Wasser 5 angereicherten biogenen Reststoffe 4 bilden dann sukzessive Biofilme an den Oberflächen der Holzkugeln 3 während des Mischvorgangs aus.In the event that the supplied biogenic residues 4 are too dry and the formation of biofilms is thus inhibited and therefore not sufficient, water 5 is preferably fed into the bioreactor 0 via a feed line in the cover 1.3 during the mixing process. The dry fractions of the biogenic residues 4 are thus slurried and slurried. The biogenic residues 4 enriched with water 5 then successively form biofilms on the surfaces of the wooden balls 3 during the mixing process.
Wenn in den zugeführten biogenen Reststoffen noch Phosphor in Form gelöster Phosphate oder dergleichen oder in Form nicht magnetischer Verbindungen verfügbar ist und nach dem Trocknungsprozess abgetrennt werden soll, erfolgt eine Zumischung von einem geeigneten magnetischen Reagenz, das den Phosphor in eine magnetische Verbindung überführt. Beispielsweise wird während des Mischprozesses ein Eisensalz in das Wasser 5 gegeben, so dass damit gelöste Phosphate in den nassen Biofilmen spontan als Eisenphosphat gefällt werden. If phosphorus is still available in the supplied biogenic residues in the form of dissolved phosphates or the like or in the form of non-magnetic compounds and is to be separated after the drying process, a suitable magnetic reagent is added, which converts the phosphorus into a magnetic compound. For example, an iron salt is added to the water 5 during the mixing process, so that phosphates dissolved therewith are spontaneously precipitated as iron phosphate in the wet biofilms.
Der in Figur 2 dargestellte Bioreaktor 0 zeigt den Zustand nach erfolgreicher Ausbildung von Biofilmen auf den Oberflächen der Holzkugeln 3. Durch die Biofilme steigt der Füllstand im Bioreaktor 0 auf HNass. The bioreactor 0 shown in FIG. 2 shows the state after the successful formation of biofilms on the surfaces of the wooden balls 3. The fill level in the bioreactor 0 rises to H wet due to the biofilms.
Im weiteren Prozess wird der nasse Biofilm getrocknet. Wie zuvor beschrieben, erfolgt die Trocknung durch Zuführung warmer Luft und/oder von ungesättigtem, überhitztem Wasserdampf in die Kugelmatrix über die Oberflächen der Biofilme vorzugsweise kontinuierlich über alle Luftzuleitungen und/oder Dampfzuleitungen 6, 6.1 , 6.2 und 6.3. Die mit Wasserdampf gesättigte Luft und/oder der Überschussdampf wird über die Abluftleitung und/oder die Dampfableitung 7 im Deckel 1.3 abgeführt. In the further process, the wet biofilm is dried. As described above, the drying takes place by supplying warm air and/or unsaturated, superheated water vapor into the spherical matrix via the surfaces of the biofilms, preferably continuously via all air supply lines and/or steam supply lines 6, 6.1, 6.2 and 6.3. With Air saturated with water vapor and/or the excess steam is discharged via the exhaust air line and/or the steam discharge line 7 in the cover 1.3.
Der Betrieb der Schnecke 2 erfolgt vorzugsweise in Intervallen. Hierzu wird die Schnecke 2 jeweils vorzugsweise rund 3 - 60 Minuten, besonders bevorzugt 30 - 60 Minuten stillgesetzt und danach vorzugsweise jeweils 10 - 30 Sekunden drehend in Betrieb genommen. Die gewählten Intervalle sind direkt von der in den Bioreaktor zugeführten Wärmeenergie für die Trocknung abhängig. Für den Fall, das ungesättigter, überhitzter Wasserdampf als Trocknungsmedium zugeführt wird, kann vorzugsweise ein quasi kontinuierlicher Betrieb des Mischers erfolgen. Durch den mechanischen Reibungsprozess werden die Biofilme auf den Oberflächen der Holzkugeln 3 homogenisiert, so dass die Feuchtigkeit der Biofilme auf allen Kugeloberflächen weitgehend gleichmäßig verteilt und somit die wirksame Fläche zur Verdunstung optimiert wird. The operation of the auger 2 is preferably intermittent. For this purpose, the screw 2 is preferably stopped for around 3 to 60 minutes, particularly preferably 30 to 60 minutes, and then started to rotate for preferably 10 to 30 seconds. The intervals chosen are directly dependent on the heat energy fed into the bioreactor for drying. If unsaturated, superheated steam is supplied as the drying medium, the mixer can preferably be operated quasi-continuously. The biofilms on the surfaces of the wooden balls 3 are homogenized by the mechanical friction process, so that the moisture in the biofilms is distributed largely evenly on all ball surfaces and the effective surface area for evaporation is thus optimized.
Ziel des Trocknungsprozesses ist die Ausbildung von festen, trockenen Krusten 4.1 aus Feststoffen an den Oberflächen der Holzkugeln 3. Die Krusten sollten dabei den Durchmesser der Holzkugeln 3 vorzugsweise im Bereich von 5 % bis zu 10 % vergrößern. Dieser Richtwert ermöglicht die Kalkulation der vorzugsweise zuzuführenden Feststoffmasse und damit auch der Frischmasse an biogenen Reststoffen. The aim of the drying process is the formation of solid, dry crusts 4.1 of solids on the surfaces of the wooden balls 3. The crusts should increase the diameter of the wooden balls 3 preferably in the range from 5% to 10%. This reference value enables the calculation of the mass of solids to be fed preferably and thus also the fresh mass of biogenic residues.
Die Zuführung der biogenen Reststoffe erfolgt vorzugsweise in mehreren Teilportionen. Hierbei erfolgt die Zuführung jeder weiteren Teilportion biogener Reststoffe 4 vorzugsweise nach erfolgter T eil-T rocknung der Biofilme auf den Holzkugeln 3, die sich durch die Zuführung biogener Reststoffe 4 gebildet haben. The biogenic residues are preferably fed in in several partial portions. In this case, each additional partial portion of biogenic residues 4 is preferably supplied after the biofilms on the wooden balls 3 have partially dried, which have formed as a result of the biogenic residues 4 being supplied.
Wenn die Zuführung biogener Reststoffe 4 abgeschlossen ist, erfolgt die Trocknung der Biofilme, so dass sich feste, trockene Krusten an den Oberflächen der Holzkugeln 3 ausbilden.When the biogenic residues 4 have been fed in, the biofilms are dried so that solid, dry crusts form on the surfaces of the wooden balls 3 .
Figur 3 zeigt den Bioreaktor 0, gefüllt mit Holzkugeln 3, auf denen sich feste, trockene Krusten 4.1 ausgebildet haben. Der Füllstand ist leicht abgesunken und ergibt sich zu Hecken. FIG. 3 shows the bioreactor 0 filled with wooden balls 3 on which solid, dry crusts 4.1 have formed. The filling level has fallen slightly and results in hedging.
Für den weiteren Trocknungsprozess werden nun die Bodenbelüftung und/oder die Dampfzuleitung 6.3 und die untere seitliche Belüftung und/oder Dampfzuleitung 6 abgestellt, um eine Aufwirbelung von zunehmend abgesetztem Pulver 4.2 im Bodenbereich des Bioreaktors 0 zu vermeiden. Die Belüftung und/oder Dampfzuführung erfolgt durch die Kugelmatrix vorzugsweise kontinuierlich mit zugeführter warmer Luft und/oder zugeführtem ungesättigtem, überhitztem Wasserdampf über die Luftleitung und/oder Dampfzuleitung 6.1. Zusätzlich wird vorzugsweise Leckluft und/oder Leckdampf über die Zuluftleitung und/oder Dampfzuleitung 6.2 zugeführt und die Abluft und/oder der Überschussdampf über die Abluftleitung und/oder Dampfableitung 7 kontinuierlich abgeführt. For the further drying process, the bottom ventilation and/or the steam supply line 6.3 and the lower lateral ventilation and/or steam supply line 6 are now switched off in order to prevent increasingly settled powder 4.2 from being stirred up in the bottom area of the bioreactor 0. The aeration and/or supply of steam takes place through the ball matrix, preferably continuously with supplied warm air and/or supplied unsaturated, superheated steam via the air line and/or steam supply line 6.1. In addition, preferably leakage air and / or leakage steam via the air supply line and / or Supplied steam supply line 6.2 and continuously discharged the exhaust air and/or the excess steam via the exhaust air line and/or steam discharge line 7.
Der Betrieb der Schnecke 2 erfolgt weiterhin vorzugsweise in Intervallen. Hierzu wird die Schnecke 2 jeweils vorzugsweise rund 3 - 60 Minuten, besonders bevorzugt 30 - 60 Minuten stillgesetzt und danach vorzugsweise jeweils 10 - 30 Sekunden drehend in Betrieb genommen. Durch den mechanischen Reibungsprozess werden die trockenen Krusten 4.1 auf den Oberflächen der Holzkugeln 3 durch Reibung sukzessive abgetragen. Größtenteils erfolgt der Abrieb direkt in Form von groben und feinen Pulverpartikeln 4.2, die sich weitestgehend im Bodenbereich des Bioreaktors absetzen. Die bereits im Bioreaktor befindlichen groben und teilweise feinen Pulverpartikel 4.2 werden durch Reibung zwischen den Oberflächen der Holzkugeln 3 zu feinem Pulver gemahlen, das eine Korngröße unter 100 pm aufweist. The operation of the auger 2 is also preferably intermittent. For this purpose, the screw 2 is preferably stopped for around 3 to 60 minutes, particularly preferably 30 to 60 minutes, and then started to rotate for preferably 10 to 30 seconds. The dry crusts 4.1 on the surfaces of the wooden balls 3 are successively removed by friction as a result of the mechanical friction process. For the most part, the abrasion takes place directly in the form of coarse and fine powder particles 4.2, which largely settle in the bottom area of the bioreactor. The coarse and partially fine powder particles 4.2 already in the bioreactor are ground into a fine powder by friction between the surfaces of the wooden balls 3, which has a grain size of less than 100 μm.
Der Trennungsprozess der Pulverpartikel wird zusätzlich zum Mahlprozess durch die Trocknung des Pulvers unterstützt. Da die zunächst trockenen Partikel ihre geringe Restfeuchte verlieren und somit pulvertrocken werden, wird eine sukzessive Trennung von Partikeln ermöglicht, die zuvor durch Wasser adhäsiv verbunden wurden. The process of separating the powder particles is supported by drying the powder in addition to the grinding process. Since the initially dry particles lose their low residual moisture content and thus become powder-dry, a gradual separation of particles that were previously adhesively bonded with water is made possible.
Der Prozess der Pulvertrocknung erfolgt indirekt über die Oberflächen der Holzkugeln 3 durch kapillare Saugkräfte, die geringe Feuchtigkeitsunterschiede zwischen den Pulverpartikeln und den Oberflächen der Holzkugeln 3 ausgleichen. The powder drying process takes place indirectly via the surfaces of the wooden balls 3 by capillary suction forces, which compensate for small moisture differences between the powder particles and the surfaces of the wooden balls 3 .
Wenn Holzkugeln 3, die zuvor im oberen Bereich des Bioreaktors 0 getrocknet wurden, durch den intervallweise durchgeführten Mischprozess in den im Bodenbereich 1.1 des Bioreaktors 0 befindlichen Pulver 4.2 gelangen, erfolgt eine indirekte Trocknung der Pulverpartikel 4.2 durch Sorption und kapillare Saugkräfte zum Ausgleich der Feuchtigkeitsunterschiede an den Grenzflächen der trockeneren Oberflächen der Holzkugeln 3 und den feuchteren Oberflächen der Pulverpartikel 4.2. When wooden balls 3, which were previously dried in the upper area of the bioreactor 0, get into the powder 4.2 located in the bottom area 1.1 of the bioreactor 0 due to the mixing process carried out at intervals, the powder particles 4.2 are dried indirectly by sorption and capillary suction forces to compensate for the differences in moisture the interfaces of the drier surfaces of the wooden balls 3 and the wetter surfaces of the powder particles 4.2.
Wenn Holzkugeln 3, die zuvor im Pulver 4.2 Feuchtigkeit aufgenommen haben, in den oberen Bereich des Bioreaktors 0 gelangen, erfolgt die direkte Trocknung der Holzkugeln 3 durch die warme Luft und/oder den ungesättigten, überhitzten Wasserdampf. When wooden balls 3, which have previously absorbed moisture in the powder 4.2, reach the upper area of the bioreactor 0, the wooden balls 3 are dried directly by the warm air and/or the unsaturated, overheated steam.
Durch den intervallweisen Mischprozess werden trockenere und feuchtere Kugeln 3, insbesondere Holzkugeln, zwischen dem oberen Bereich des Bioreaktors 0 und dem Pulver 4.2 intervallweise ausgetauscht. Dies ermöglich eine Trocknung des Pulvers 4.2 bis zu 98 Gew.-% Trockenrückstandsgehalt und damit einem Wassergehalt von rund 2 Gew.-%. Figur 4 zeigt den Bioreaktor 0 gefüllt mit Holzkugeln 3, deren Oberflächen von Feststoffen befreit sind, und Pulver 4.2 am Boden 1.1 des Bioreaktors. Die Füllhöhe ist leicht auf einen Füllstand HpUiVer abgesunken. Due to the mixing process at intervals, drier and wetter balls 3, in particular wooden balls, are exchanged at intervals between the upper region of the bioreactor 0 and the powder 4.2. This allows the powder 4.2 to be dried with a dry residue content of up to 98% by weight and thus a water content of around 2% by weight. FIG. 4 shows the bioreactor 0 filled with wooden balls 3, the surfaces of which have been freed from solids, and powder 4.2 on the bottom 1.1 of the bioreactor. The level has dropped slightly to a level Hp UiVer .
Das Pulver 4.2 kann nun über die Austragvorrichtung 8 abgezogen werden. Grundsätzlich kann der Austrag des Pulvers 4.2 auf beliebige Weise erfolgen. The powder 4.2 can now be drawn off via the discharge device 8. In principle, the powder 4.2 can be discharged in any desired manner.
Zusätzlich zum feinen Pulver mit einem Durchmesser < 100 pm entsteht oftmals auch ein Anteil von bis zu rund 15 % des Gesamtgewichts an größeren Partikeln. Dies ist Trockenmasse in Form von sphärischen Partikeln oder sonstigen Formen, die als rieselfähige Stoffe ebenfalls über die Austragseinheit 8 ausgetragen werden. Die Größe der ausgetragenen Feststoffpartikel ist abhängig von der gewählten Austragsvorrichtung und kann von 1 mm bis hin zu mehreren Zentimetern betragen. Somit liegt das Pulver 4.2 der Trockenmasse 4.1 häufig als eine heterogene Mischung aus Partikeln mit kleinen Durchmessern und gröberen Bestandteilen mit einem Durchmesser > 100 pm vor. In addition to the fine powder with a diameter < 100 μm, there is often a proportion of up to around 15% of the total weight of larger particles. This is dry matter in the form of spherical particles or other forms, which are also discharged via the discharge unit 8 as free-flowing substances. The size of the discharged solid particles depends on the selected discharge device and can range from 1 mm to several centimetres. Thus, the powder 4.2 of the dry matter 4.1 is often present as a heterogeneous mixture of particles with small diameters and coarser components with a diameter >100 μm.
Vorteilhafterweise wird daher die pulverförmige Trockenmasse 4.2 inklusive der gröberen Bestandteile pneumatisch durch Saugluft und/oder Unterdrück ausgetragen und dann die gröberen Bestandteile mit Hilfe von Zyklonen vom Luftstrom und/oder abgesaugtem Gasstrom (Dampfstrom) getrennt. Zur Trennung der zwei Fraktionen kann im Luftstrom und/oder Gasstrom ein Prallblech zur Windsichtung verwendet werden. The powdery dry mass 4.2 including the coarser components is therefore advantageously discharged pneumatically by suction air and/or vacuum and the coarser components are then separated from the air flow and/or extracted gas flow (steam flow) with the aid of cyclones. To separate the two fractions, an air classifying baffle may be used in the air flow and/or gas flow.
Vorzugsweise ist vor der Austragsöffnung, in der Umfangswandung 1.2 des Bioreaktors 0, ein perforiertes Lochblech als Sieb vorgesehen. Damit lässt sich die maximale Größe der aus dem Behälter ausgetragenen Partikel festlegen und so die Holzkugeln 3 zurückhalten. Das perforierte Lochblech wird vorzugsweise von der Innenseite der Umfangswandung 1.2 des Bioreaktors 0 durch eine Abdeckung vor den umlaufenden Kugeln geschützt. Werden die Löcher nicht verdeckt, werden die Löcher durch die zugeführten biogenen Reststoffe mit einem Flüssigkeitsanteil zugesetzt und härten dann aus. Eine Öffnung ist dann nur noch mechanisch mit einem Bohrer oder einem Meißel möglich. Diese Vorgehensweise gilt analog auch für andere Austragseinrichtungen, die somit vorzugsweise durch eine Abdeckung zum Innenraum des Bioreaktors geschützt werden müssen. A perforated plate is preferably provided as a sieve in front of the discharge opening in the peripheral wall 1.2 of the bioreactor 0. In this way, the maximum size of the particles discharged from the container can be determined and the wooden balls 3 can thus be held back. The perforated perforated plate is preferably protected from the rotating balls by a cover on the inside of the peripheral wall 1.2 of the bioreactor 0. If the holes are not covered, the holes will be clogged with liquid from the supplied biogenic residues and then harden. An opening is then only possible mechanically with a drill or a chisel. This procedure also applies analogously to other discharge devices, which therefore preferably have to be protected by a cover to the interior of the bioreactor.
Der vorstehend beschriebene Reaktor 0 kann Teil der erfindungsgemäßen Anlage zum Abtrennen der magnetischen, phosphorhaltigen Verbindung 4.3 aus der Trockenmasse 4.1. sein und verkörpert die Mahlvorrichtung zum Mahlen der Trockenmasse 4.1 zu einem Pulver 4.2. Die so in dem Reaktor 0 erhaltene Trockenmasse 4.1 in Form eines Pulvers 4.2 wird anschließend einer Trennungseinrichtung zur magnetischen Abtrennung der magnetischen, phosphorhaltigen Verbindung zugeführt. Diese Trennungseinrichtung wird in den folgenden Figuren 5 und 6 beispielhaft beschrieben. The reactor 0 described above can be part of the plant according to the invention for separating the magnetic, phosphorus-containing compound 4.3 from the dry matter 4.1. be and embodies the grinding device for grinding the dry matter 4.1 to a powder 4.2. The dry matter 4.1 in the form of a powder 4.2 thus obtained in the reactor 0 is then subjected to a separation device for magnetic separation of the magnetic, phosphorus-containing compound supplied. This separation device is described in the following FIGS. 5 and 6 by way of example.
Figur 5 zeigt einen solchen Separator zur Abtrennung magnetischer Partikel, insbesondere Eisenphosphat. Der Separator umfasst eine optionale Zerkleinerungseinheit 20, einen T richter 21, ein Fallgehäuse (Fallrohr) 22 mit einer gewinkelten Prallplatte 23 und eine Magneteinrichtung 24 sowie einen Speicherbehälter 26, die in einem nicht dargestellten Gehäuse angeordnet sein können. FIG. 5 shows such a separator for separating magnetic particles, in particular iron phosphate. The separator includes an optional crushing unit 20, a funnel 21, a fall housing (down pipe) 22 with an angled baffle plate 23 and a magnetic device 24 and a storage container 26, which can be arranged in a housing, not shown.
Dem Separator werden die aus dem Reaktor 0 erhaltene Trockenmasse 4.1 in Form von Pulver 4.2, das auch die magnetische, phosphorhaltige Verbindung 4.3 enthält, zugeführt. Insbesondere wird das Pulver 4.2 in die optionale Zerkleinerungseinheit 20 zum homogenen mechanischen Zermahlen zu Pulver 4.2. Dies ist sinnvoll, wenn zuvor die gröberen Trockenmasse-Partikel mit einem Durchmesser > 100 pm nicht von dem Pulver 4.2 abgetrennt wurden oder wenn die Trockenmasse 4.1 aus einem anderen Prozess als dem Bioreaktor 0 bezogen wird, in dem keine ausreichend geringe Partikelgröße erhalten wurde. Die Zerkleinerungseinheit 20 kann ein mechanisches Mahlwerk, beispielsweise ein Kegelmahlwerk oder ein Scheibenmahlwerk oder dergleichen aufweisen. The dry mass 4.1 obtained from the reactor 0 is fed to the separator in the form of powder 4.2, which also contains the magnetic, phosphorus-containing compound 4.3. In particular, the powder is 4.2 in the optional crushing unit 20 for homogeneous mechanical grinding to powder 4.2. This makes sense if the coarser dry matter particles with a diameter > 100 μm have not been separated from the powder 4.2 beforehand or if the dry matter 4.1 is obtained from a process other than bioreactor 0, in which a sufficiently small particle size was not obtained. The comminution unit 20 can have a mechanical grinder, for example a cone grinder or a disc grinder or the like.
Nach dem Zermahlen in der Zerkleinerungseinheit 20 fällt die gesamte Masse, die nun weitestgehend homogen als feines Pulver 4.2 vorliegt, durch den darunter befindlichen T richter 21 und danach im freien Fall in das Fallrohr 22 und trifft dort auf die gewinkelte Prallplatte 23. Durch den Aufprall auf die Prallplatte 23 wird das Pulver 4.2 zu einer Pulverwolke verwirbelt und fällt dann weiter im freien Fall entlang der innenliegenden Fallrohwand. In der Mitte des Fallrohrs 22 ist von außen die Magneteinrichtung 24, vorzugsweise in Form von Elektromagneten angeordnet. Die Elektromagnete erzeugen bei entsprechender Bestromung ein Magnetfeld 25, das in dem Innenbereich des Fallrohrs wirkt. Durch das wirksame Magnetfeld 25 werden magnetische Metallverbindungen des Phosphors 4.3, beispielsweise Eisenphosphat, an die Fallrohrwand von innen magnetisch angezogen und somit aus dem nicht-magnetischen restlichen Pulver 4.2 entfernt. Das von magnetischen Metallverbindungen 4.3 befreite Pulver 4.2 fällt weiter im freien Fall in den unterhalb des Fallrohrs 22 befindlichen Speicherbehälter 26 und setzt sich dort im Bodenbereich ab. After grinding in the crushing unit 20, the entire mass, which is now largely homogeneous as a fine powder 4.2, falls through the funnel 21 below and then in free fall into the downpipe 22, where it hits the angled impact plate 23. Through the impact The powder 4.2 is swirled onto the baffle plate 23 to form a cloud of powder and then continues to fall in free fall along the inner drop pipe wall. In the middle of the downpipe 22, the magnetic device 24 is arranged from the outside, preferably in the form of electromagnets. When energized appropriately, the electromagnets generate a magnetic field 25 which acts in the interior of the downpipe. Due to the effective magnetic field 25, magnetic metal compounds of the phosphorus 4.3, for example iron phosphate, are magnetically attracted to the downpipe wall from the inside and are thus removed from the remaining non-magnetic powder 4.2. The powder 4.2 freed from magnetic metal compounds 4.3 continues to fall in free fall into the storage container 26 located below the downpipe 22 and settles there in the floor area.
Eine alternative Prozessführung kann darin bestehen, dass die aus dem Bioreaktor 0 ausgetragenen Stoffe, separat behandelt werden. Die groben Trockenmasse- Partikel mit einem Durchmesser > 100 pm können mit der Zerkleinerungseinheit 20 zermahlen und dann in dem Magnetabscheider magnetisch vom Eisenphosphat getrennt werden. Der feine Anteil aus Pulver 4.2 mit einem Durchmesser < 100 pm kann direkt dem Magnetabscheider zugeführt und magnetisch vom Eisenphosphat getrennt werden. An alternative process can be that the substances discharged from the bioreactor 0 are treated separately. The coarse dry matter particles with a diameter >100 μm can be ground up with the crushing unit 20 and then separated magnetically from the iron phosphate in the magnetic separator. The fine part from powder 4.2 with a diameter of <100 μm can be fed directly to the magnetic separator and separated magnetically from the iron phosphate.
Es versteht sich, dass bei einer ausreichend kleiner Partikelgröße der T rockenmasse auf einen (zusätzlichen) Zerkleinerungsvorgang bzw. die Zerkleinerungseinheit 20 verzichtet werden kann. It goes without saying that if the particle size of the dry mass is sufficiently small, an (additional) comminution process or the comminution unit 20 can be dispensed with.
Figur 6 zeigt den Separator wie zuvor in Figur 5 beschrieben, jedoch ist der Speicherbehälter 26 zur Seite gestellt worden und der Speicherbehälter 27 befindet sich nun zur Aufnahme der abgetrennten magnetischen, phosphorhaltigen Verbindung (beispielsweise Eisenphosphat- Partikel) 4.3 unter dem Fallrohr 22. Des Weiteren ist der das Magnetfeld 25 erzeugende Elektromagnet 24 abgeschaltet worden, so dass die magnetischen Metallverbindungen 4.3 im freien Fall in den Speicherbehälter 27 fallen und sich dort im Bodenbereich absetzen. Somit werden die magnetische, phosphorhaltige Verbindung (beispielsweise Eisenphosphat- Partikel) 4.3 und die restliche Trockenmasse 4.1 getrennt voneinander in den Speicherbehältern 27 bzw. 26 erhalten und aufgefangen. Figure 6 shows the separator as previously described in Figure 5, but the storage container 26 has been set aside and the storage container 27 is now located under the downpipe 22 to accommodate the separated magnetic, phosphorus-containing compound (e.g. iron phosphate particles) 4.3 the electromagnet 24 generating the magnetic field 25 has been switched off, so that the magnetic metal compounds 4.3 fall in free fall into the storage container 27 and settle there in the floor area. Thus, the magnetic, phosphorus-containing compound (for example iron phosphate particles) 4.3 and the remaining dry mass 4.1 are received and collected separately from one another in the storage containers 27 and 26, respectively.
Bezugszeichenliste Reference List
0 Mahlvorrichtung / Bioreaktor 0 grinding device / bioreactor
1 Gehäuse 1 housing
1.1 Boden 1.1 soil
1.2 Umfangswandung 1.2 peripheral wall
1.3 Deckel 1.3 Lid
2 Mischer / Schnecke 2 mixers / auger
2.1 Flügel 2.1 wings
3 Holzkugel 3 wooden ball
4 Biogener Reststoff 4 Biogenic waste
4.1 Trockenmasse 4.1 Dry Matter
4.2 pulverförmige Trockenmasse / Pulver 4.2 powdered dry matter / powder
4.3 magnetische, phosphorhaltige Verbindung / Eisenphosphat-Partikel 4.3 magnetic phosphorus compound / iron phosphate particles
5 Wassereinlass / Zuleitung / Zuführleitung 5 water inlet/supply line/supply line
6 Trocknungsmediumeinlass / Lufteinlass und/oder Dampfeinlass / Zuleitung /6 drying medium inlet / air inlet and/or steam inlet / supply line /
Zuführleitung supply line
6.1 Trocknungsmediumeinlass / Lufteinlass und/oder Dampfeinlass / Zuleitung / Zuführleitung 6.1 Desiccant Inlet / Air Inlet and/or Steam Inlet / Feed Line / Feed Line
6.2 Trocknungsmediumeinlass / Lufteinlass und/oder Dampfeinlass / Zuleitung / Zuführleitung 6.2 Desiccant Inlet / Air Inlet and/or Steam Inlet / Feed Line / Feed Line
6.3 Trocknungsmediumeinlass / Lufteinlass und/oder Dampfeinlass / Zuleitung / Zuführleitung 6.3 Desiccant Inlet / Air Inlet and/or Steam Inlet / Feed Line / Feed Line
7 Trocknungsmediumauslass / Abführleitung / Abluft und/oder Dampfableitung7 Desiccant outlet / discharge line / exhaust air and/or vapor discharge
8 Austragseinrichtung 8 discharge device
10 Oberfläche 10 surface
20 Mahlvorrichtung / Gehäuse mit Zerkleinerungseinheit 20 grinding device / housing with crushing unit
21 Konischer Trichter 21 Conical funnel
22 Fallgehäuse / Fallrohr mit konischen Endstücken 22 drop case / downspout with tapered end pieces
23 Gewinkelte Prallplatte zum Vernebeln 23 Angled baffle for nebulizing
24 Magneteinrichtung / Elektromagnet 25 Magnetfeld 24 magnetic device / electromagnet 25 magnetic field
26 Speicherbehälter 27 Speicherbehälter 30.1 Gehäusewand A Achse 26 Storage tank 27 Storage tank 30.1 Housing wall A axis
HiWax Füllhöhe HiWax fill level
H Start Füllhöhe HNass Füllhöhe H Start level HNass level
H Trocken Füllhöhe H Pulver Füllhöhe H Dry level H Powder level

Claims

Patentansprüche patent claims
1. Verfahren zum Abtrennen einer magnetischen, phosphorhaltigen Verbindung (4.3), insbesondere Eisenphosphat, aus einer Trockenmasse (4.1), insbesondere aus biogenen Reststoffen, durch Trockenmagnetscheidung mit folgenden Schritten: a) Bereitstellen der Trockenmasse (4.1) in Form eines Pulvers (4.2) und b) Beaufschlagen des Pulvers (4.2) mit einem Magnetfeld (25), sodass die magnetische, phosphorhaltige Verbindung (4.3) durch das Magnetfeld (25) angezogen und von dem Pulver (4.2) separiert wird. 1. Process for separating a magnetic, phosphorus-containing compound (4.3), in particular iron phosphate, from a dry mass (4.1), in particular from biogenic residues, by dry magnetic separation with the following steps: a) providing the dry mass (4.1) in the form of a powder (4.2) and b) applying a magnetic field (25) to the powder (4.2), so that the magnetic, phosphorus-containing compound (4.3) is attracted by the magnetic field (25) and separated from the powder (4.2).
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei sich in Schritt b) die von dem Pulver (4.2) separierte magnetische, phosphorhaltige Verbindung (4.3) auf einem das Magnetfeld (25) erzeugenden Magneten (24) oder einem durch den Magneten (24) magnetisierten Element absetzt. 2. The method according to claim 1, wherein in step b) the magnetic, phosphorus-containing compound (4.3) separated from the powder (4.2) is on a magnet (24) generating the magnetic field (25) or an element magnetized by the magnet (24). settles.
3. Verfahren nach Anspruch 2, ferner umfassend: c) Abschalten des Magnetfelds (25), sodass die auf dem Magneten (24) oder dem magnetisierten Element abgesetzte magnetische, phosphorhaltige Verbindung (4.3) freigesetzt wird. The method of claim 2, further comprising: c) switching off the magnetic field (25) so that the magnetic phosphorus-containing compound (4.3) deposited on the magnet (24) or magnetized element is released.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Beaufschlagen des Pulvers (4.2) mit dem Magnetfeld (25) erfolgt, indem das Pulver (4.2) durch das Magnetfeld (25) bewegt wird oder sich schwerkraftgeführt durch das Magnetfeld (25) bewegt. 4. The method according to any one of the preceding claims, wherein the powder (4.2) is subjected to the magnetic field (25) by the powder (4.2) being moved through the magnetic field (25) or being guided by gravity through the magnetic field (25).
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei sich das Pulver (4.2) schwerkraftgeführt durch ein Fallgehäuse bewegt und sich an einer von außen durch den Magneten (24) magnetisierten Innenwandung des Fallgehäuses absetzt. 5. The method according to claim 4, wherein the powder (4.2) moves under the force of gravity through a drop casing and is deposited on an inner wall of the drop casing which is magnetized from the outside by the magnet (24).
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Pulver (4.2) eine maximale Korngröße von 100 pm aufweist. 6. The method according to any one of the preceding claims, wherein the powder (4.2) has a maximum particle size of 100 μm.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Bereitstellen der Trockenmasse (4.1) in Form eines Pulvers (4.2) ein Mahlen der Trockenmasse (4.1) umfasst. 7. The method according to any one of the preceding claims, wherein the provision of the dry matter (4.1) in the form of a powder (4.2) comprises grinding the dry matter (4.1).
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Mahlen der Trockenmasse (4.1) mithilfe von in Bewegung versetzten Kugeln (3), insbesondere Holzkugeln, erfolgt. 8. The method according to claim 7, wherein the grinding of the dry mass (4.1) takes place with the aid of balls (3), in particular wooden balls, set in motion.
9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Mahlen der Trockenmasse (4.1.) unter gleichzeitigem Trocknen der Trockenmasse (4.1) erfolgt. 9. The method according to claim 8, wherein the grinding of the dry matter (4.1.) is carried out with simultaneous drying of the dry matter (4.1).
10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Pulver (4.2) einen Trockenrückstandsgehalt von mindestens 90 Gew.-% aufweist. 10. The method according to any one of the preceding claims, wherein the powder (4.2) has a dry residue content of at least 90% by weight.
11. Anlage zum Abtrennen einer magnetischen, phosphorhaltigen Verbindung (4.3), insbesondere Eisenphosphat, aus einer Trockenmasse (4.1), insbesondere aus biogenen Reststoffen, umfassend eine Mahlvorrichtung (0, 20) zum Mahlen der Trockenmasse (4.1) zu einem Pulver (4.2), eine Trennungseinrichtung (40), umfassend zumindest einen Magneten (24) zur Erzeugung eines Magnetfelds (25), wobei die Trennungseinrichtung (40) ausgebildet ist, das Pulver (4.2) mit dem Magnetfeld zu beaufschlagen, sodass das die magnetische, phosphorhaltige Verbindung (4.3) durch das Magnetfeld angezogen und von dem Pulver (4.2) separiert wird. 11. Plant for separating a magnetic, phosphorus-containing compound (4.3), in particular iron phosphate, from a dry mass (4.1), in particular from biogenic residues, comprising a grinding device (0, 20) for grinding the dry mass (4.1) into a powder (4.2) , a separating device (40), comprising at least one magnet (24) for generating a magnetic field (25), wherein the separating device (40) is designed to apply the magnetic field to the powder (4.2), so that the magnetic, phosphorus-containing compound ( 4.3) is attracted by the magnetic field and separated from the powder (4.2).
12. Anlage nach Anspruch 11, wobei die Mahlvorrichtung (0, 20) einen mit Kugeln (3), insbesondere Holzkugeln, bestückten Mischer umfasst. 12. Plant according to claim 11, wherein the grinding device (0, 20) comprises a mixer equipped with balls (3), in particular wooden balls.
13. Anlage nach einem der Ansprüche 11 bis 12, wobei die Trennungseinrichtung (40) ein oben und unten offenes Fallgehäuse (22) mit zumindest einer geschlossenen Umfangswandung aufweist, wobei der Magnet (24) außerhalb der Umfangswandung angeordnet ist, sodass er ein im Innenraum des Fallgehäuses (22) wirkendes Magnetfeld (25) zu erzeugen vermag. 13. Plant according to one of claims 11 to 12, wherein the separating device (40) has a case housing (22) which is open at the top and bottom and has at least one closed peripheral wall, the magnet (24) being arranged outside the peripheral wall so that it has a of the case (22) acting magnetic field (25) is able to generate.
14. Anlage nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei die Trennungseinrichtung (40) eine Verwirbelungseinrichtung (23) zum Verwirbeln des Pulvers (4.2) umfasst, die insbesondere ausgebildet ist, das Pulver (4.2) in dem Magnetfeld (25) zu verwirbeln. 14. Plant according to one of claims 11 to 13, wherein the separating device (40) comprises a swirling device (23) for swirling the powder (4.2), which is in particular designed to swirl the powder (4.2) in the magnetic field (25).
15. Anlage nach einem den Ansprüche 11 bis 14, wobei der Magnet (24) ein Elektromagnet oder ein Permanentmagnet ist. 15. Installation according to one of claims 11 to 14, wherein the magnet (24) is an electromagnet or a permanent magnet.
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