AT411019B - Verfahren zum aufarbeiten von rückständen aus der zellstoff- und papierindustrie - Google Patents

Description

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   Die Erfindung sich auf ein Verfahren zum Aufarbeiten von Rückständen aus der Zellstoff- und Papierindustrie, bei welchem die Rückstände verbrannt werden. 



   Die Entsorgung von Rückständen der Zellstoff- und Papierindustrie gewinnt mit zunehmendem Masse an Bedeutung. Gesetzliche Auflagen geben Veranlassung, nach wirtschaftlich sinnvollen Lösungen zu suchen, welche die Umwelt so wenig wie nur möglich belasten. Aufgrund des hohen Heizwertes von Rückständen aus Unternehmen der Zellstoff- und Papierindustrie lag es zunächst nahe, derartige Abfallstoffe als Sekundärbrennstoffe und als Ersatz für natürliche Brennstoffe einzusetzen. Eine Verbrennung derartiger Abfallstoffe führt aber in der Regel nur zu einer Verringe- rung des zu entsorgenden Volumens.

   Zwar werden bei energetischer Verwertung derartiger Abfälle der Zellstoff- und Papierindustrie die in den Rückständen enthaltenen Füllstoffe und Pigmente entsäuert, wobei insbesondere aus Kalziumcarbonat und Kaolin Kalziumoxid und wasserfreies Kaolin, sogenanntes "Meta-Kaolin", welches puzzolanische Eigenschaften aufweist, gebildet wird. 



  Bedingt durch den vermehrten Einsatz von Kalzit anstelle von TiO2 (Weiss-Pigment) und weiters den erhöhten Zusatz von Kaolin aus rheologischen Überlegungen um Pulpe streichfähiger zu machen, entstehen allerdings nunmehr Rückstände, deren unmittelbare Verwendung in der Ze- mentindustrie aufgrund des hohen Freikalkanteiles auf Schwierigkeiten stösst. 



   Ausgehend von der klassischen Klinkerherstellung mit einer Drehrohrofenanlage wurde bereits vorgeschlagen, derartige Verbrennungsrückstände dem Drehrohrofen aufzugeben. Der in einem Drehrohrofen nach dem Kalzinieren entstehende Klinker mit einer Basizität (CaO/SiO2 bzw. C/S) von ungefähr 3 mischt sich aber überaus schlecht mit auf diese Weise eingeblasenen Produkten einer Basizität von 1 bis 1,4 und es ist eine homogene Verteilung in aller Regel nicht ohne weiteres möglich. Das Rohmaterial eignet sich daher kaum zum Mischen bei der Klinkerherstellung und der beim Verbrennen gebildete Freikalk zeichnet sich durch zu geringe Volumsstabilität aus und führt zu einem Treiben beim Einsatz im Mischzement.

   Der übliche Verbrennungsvorgang führt zu Tem- peraturen von maximal 800 bis 900 C und damit zu Temperaturen, welche unter der Sintertempe- ratur liegen und bestenfalls ein Kalzinieren und somit ein Entsäuern ermöglichen. Ebendies führt zu hohen Mengen an Freikalk und den nachfolgenden Problemen bei einer Zumischung zu den Ausgangsprodukten für die Mischzementherstellung. 



   Die Zusammensetzung der anfallenden Rückstände der Zellstoff- bzw. Papierindustrie variiert naturgemäss und es existieren neben hohen Mengen an Rinden- und Holzresten auch in erster Linie Rückstände aus Deinking-Anlagen. Derartige Deinking-Schlämme, welche bei der Behand- lung von Altpapier entstehen, welche zum Zwecke der Herstellung von Recycling-Papieren einem Deinking-Prozess unterworfen werden, nehmen in den letzten Jahren ständig zu und stellen neben Rückständen aus Abwasserreinigungsanlagen die zweitgrösste Rückstandsfraktion der Zellstoff- bzw. Papierindustrie dar. Ebenso existieren Rückstände aus der Faser- und Papieraufbereitung nach dem Suspendieren von Altpapier oder Zellstoff in Hydrozyklonen oder anderen Sortieranla- gen.

   Die entstehenden Rückstände enthalten in der Regel kurze Papierfasern und Pigmente und damit wiederum zumeist Kalziumcarbonat oder Kaolin. Eine weitere grosse Fraktion der Rückstän- de aus der Altpapieraufbereitung stellen sogenannte Spuckstoffe dar, welche in verschiedenen Reinigungsstufen als Schmutz oder Trommelauswurf anfällt. Derartige Spuckstoffe oder auch "Reject" enthalten auch artfremde Produkte wie Büroklammern, Kunststoff, Gummis, Glas oder Steinbestandteile. 



   Die Erfindung zielt nun darauf ab, eine besonders einfache und unmittelbare Verwertbarkeit für derartige Rückstände aus der Zellstoff- und Papierindustrie vorzuschlagen, mit welcher in einem einfachen Verfahren unmittelbar in der Zementindustrie einsetzbare Produkte gewonnen werden können. Zur Lösung dieser Aufgabe besteht das erfindungsgemässe Verfahren im wesentlichen darin, dass die Verbrennung unter Ausbildung einer Schmelze des nicht brennbaren Anteiles der Rückstände bei Temperaturen über 1150  C geführt wird und dass de schmelzflüssige Schlacke abgezogen und granuliert bzw. zerkleinert wird.

   Durch die Verbrennung unter Ausbildung einer Schmelze und damit durch ein Brennverfahren mit wesentlich höheren Temperaturen wird eine Direktverschlackung und ein unmittelbares Aufschmelzen gewährleistet, wobei diese schmelzflüs- sige Schlacke sich mit einfachen Methoden in der Folge granulieren und zerkleinern lässt. Das Wesen des erfindungsgemässen Verfahrens besteht somit darin, dass durch die wesentlich höhe- ren Temperaturen als dies bei gewöhnlichen Verbrennungsprozessen möglich ist, eine Direktver- schlackung bzw. ein unmittelbares Schmelzen vorgenommen wird, wobei das Produkt in Überein- 

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 stimmung mit der Zusammensetzung der Ausgangsmaterialen besonders günstige Zusammenset- zungen aufweist.

   Aus derartigen Abfallstoffen der Papierindustrie können nämlich unmittelbar Schlacken mit einer Zusammensetzung von 4 bis 15 Gew.-%   A1203,   30 bis 60 Gew.-% CaO und 30 bis 45 Gew.-% Si02 gebildet werden, wobei typisch gebildete Schlacken auch noch Fe203 in Mengen von unter 2   Gew.-%   und MgO in Mengen zwischen 3 und 5   Gew.-%   aufweisen. Eine    typische Basizität derartiger Schlacken liegt bei einem Verhältnis von C :S ungefähr 1,4. Das   Ausgangsmaterial enthält hiebei in der Regel wenigstens 44 % Trockensubstanz und einen Ge- samtgehalt an organischen Substanzen (TOC) von etwa 25 Gew.-%.

   Aus einer derartigen Zusam- mensetzung resultieren Heizwerte Hu von ca. 8. 500 KJ/kg, wodurch bei geeigneter Brennerausbil- dung und Einsatz von Heisswind unmittelbar die hohen Temperaturen, wie sie erfindungsgemäss für eine Direktverschlackung erforderlich sind, erzielt werden können. Die typische Analyse der Schla- cke weist hiebei in der Regel 35 Gew.-% CaO, 35 Gew.-% Si02, 20 Gew.-%   A1203,   2 Gew.-% Fe203 und 5 Gew.-% MgO auf, wobei die Zusammensetzung je nach Gewichtung der verschiede- nen Rückstände der eingangs genannten Art in entsprechender Weise variiert werden kann. 



   Um nun die erfindungsgemäss geforderten hohen Temperaturen gewährleisten zu können, wird das erfindungsgemässe Verfahren mit Vorteil so durchgeführt, dass die Rückstände zumindest teilweise getrocknet und einem Zyklon zugeführt werden, worauf die den Zyklon verlassenden Partikel in axialer Richtung bezogen auf die rotierende Bewegung der Teilchen in die Brennkam- mer ausgestossen, gezündet und unter Ausbildung einer Schmelze verbrannt werden. Ein derarti- ger Zyklon, welcher abweichend von der üblichen Betriebsweise eines Zyklons nicht als Separator bzw. Trennungsanlage sondern vielmehr als Dosieranlage betrieben wird, führt dazu, dass das vorgetrocknete Material in Umfangsrichtung beschleunigt wird und nach Art einer Schraubenlinie in axialer Richtung ausgestossen werden kann.

   Es wird somit Material in entsprechend rascher Rota- tion und entsprechend vorverdichtet bzw. beschleunigt gezündet und in einer Brennkammer unter entsprechend gerichtetem Einströmen von Heisswind bei hoher Temperatur umgesetzt, da ja die einzelnen Partikel überaus rasch auf entsprechend hohe Temperatur und damit auf Schmelztem- peratur gebracht werden können. Die Verbrennung kann mittels eines Hilfsbrenners eingeleitet werden, wobei erhitzte Verbrennungsluft oder Verbrennungsauerstoff einer Temperatur von bevor- zugt 600  bis 1200 C in besonders vorteilhafter Weise so eingetragen wird, dass die den Zyklon verlassenden Partikel am Eintritt in die Brennkammer mit einem koaxialen Mantel aus Heisswind ausgestossen werden.

   Mit einem derartigen Zyklon gemeinsam mit dem koaxialen Mantel aus Heisswind bzw. erhitzter Verbrennungsluft oder Sauerstoff gelingt es in einer kleinbauenden Brenn- kammer, die zerstäubten Teilchen rasch aufzuschmelzen, wobei die Schmelzetröpfchen entspre- chend gesammelt und als flüssige Schmelze wiederum ausgetragen werden können. Mit Vorteil ist die Ausbildung hierbei so getroffen, dass der koaxiale Mantel aus Heisswind über Drallkörper einer Ringschlitzdüse mit rotierender Bewegung in die Brennkammer ausgestossen wird. Insbesondere der Führung der Strömung ist für die Erzielung der hohen Temperaturen besonderes Augenmerk zu schenken, wobei ja das Verfahren in erster Linie so geführt werden soll, dass unmittelbar und möglichst rasch eine Verschlackung eintritt, wobei CaO und Si02 bzw.

   Al2O3 in der Schmelze exotherm Neutralisationswärme beitragen, welche ein rasches vollständiges Schmelzen begüns- tigt. 



   Da mit Rücksicht auf die gewählten Einsatzstoffe mit einer relativ hohen Chlorbelastung ge- rechnet werden muss und umgekehrt die eingsetzten Schlämme selbst vor ihrer Trocknung in hohem Masse Chlorid aufnehmen können, gelingt es durch einen entsprechenden Bypass auch hier ein Ausschleusen von Chlorid zu bewerkstelligen. Mit Vorteil wird zu diesem Zwecke so vorgegan- gen, dass die die Brennkammer verlassenden gekühlten Abgase über eine Teilmenge des Aufga- bematerials zum Abtrennen von HCI geführt werden, worauf diese Teilmenge nach Auswaschen von   CaCI2   und einem Vortrocknen dem Zyklon aufgegeben wird. Auch Schwefelverbindungen lassen sich entsprechend mit einer Teilmenge des Aufgabematerials oder einer Teilmenge des Verfahrensproduktes abtrennen. 



   Bei einer Trocknung der Schlämme darf nun erfindungsgemäss nicht mit hohen Temperaturen gearbeitet werden, da eine Zersetzung des Rohmaterials vor der eigentlichen Verbrennung unter gleichzeitigem Schmelzen der Partikel weitestgehend verhindert werden soll. Insbesondere soll verhindert werden, dass bei der Vortrocknung flüchtige organische Substanzen ausgetrieben werden können, wodurch der Heizwert verringert werden könnte. Mit Vorteil wird das erfindungs- 

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 gemässe Verfahren daher so durchgeführt, dass der Zyklon mit Primärluft einer Temperatur von < 100  C, insbesondere Umgebungstemperatur, betrieben wird und dass am axialen Austritt des Zyklons Heisswind mit Temperaturen von > 500  C, insbesondere 600  C bis 1200  C, zugeführt wird. 



   Bedingt durch die erfindungsgemäss unmittelbar eintretende Direktverschlackung gelingt es auch, weitere Rückstände umweit schonend aufzuarbeiten, wofür mit Vorteil das Verfahren so durchgeführt wird, dass den Rückständen aus der Zellstoff- und Papierindustrie kommunale Tro- cken- bzw. Klärschlämme zugesetzt werden. 



   Die Verbrennungsabgase bzw. Vergasungsprodukte der Brennkammer können in besonders einfacher Weise einer Nachverbrennung unterworfen werden, wobei bei der Nachverbrennnung Dampf erzeugt werden kann und mit Vorteil der erzeugte Dampf zum Granulieren und Zerkleinern der Schmelzen oder als Prozessdampf für die Zellstoff- bzw. Papierherstellung eingesetzt werden kann.

   Insgesamt ergibt sich somit eine relativ kleinbauende Einrichtung, mit welcher unmittelbar aus Rückständen aus der Zellstoff- und Papierindustrie durch Direktverschlackung und entspre- chender Granulierung und Zerkleinerung zementgängiges Material gebildet werden kann, wobei durch die entsprechende, mit relativ kühler Luft erfolgende Trocknung die Ausbildung von Schad- stoffen und insbesondere die Entwicklung von Dioxin ebenso wie ein vorzeitiges Austreiben von Kohlenwasserstoffen oder anderen flüchtigen organischen Substanzen verhindert wird. Anstelle des bevorzugt als Dosierzyklon bzw. Förder- und ggf.

   Vortrocknungseinrichtung betriebenen Zyk- lons, dessen in die Brennkammer ragende Mündung auch eine Leiteinrichtung, beispielsweise eine kegelstumpfförmige Platte, unter Ausbildung eines Ringschlitzes tragen kann, an welchen auf grösserem Durchmesser der Ringschlitz für die Heisswindzufuhr mündet, kann alternativ ein Heiss- zyklon in konventioneller Weise als Schmelzzyklon mit Heisswind betrieben eingesetzt werden. 



   Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Aus- führungsbeispieles einer für die Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens geeigneten Anlage näher erläutert. In dieser zeigen Fig. 1 eine Schmelzeinrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens teilweise im Schnitt und Fig. 2 eine schematische Darstellung einer abgewandelten Ausführungsform mit zusätzlichen Einrichtungen für den Betrieb einer derar- tigen Anlage. 



   In Fig. 1 ist ein Silo 1 für die Aufnahme von Trockengranulat ersichtlich. Das Trockengranulat wird durch Trocknen von Rückständen aus der Zellstoff- und Papierindustrie gewonnen und soll vorsorglich so weit vorzerkleinert sein, dass ein maximaler Durchmesser von < 1,5 mm und bevor- zugt von < 500  - für die einzelnen Teilchen gilt. Die Teilchen gelangen über eine Zeilradschleuse 2 in einen mit Kaltluft betriebenen Dosierzyklon 3. Über einen tangentialen Flansch wird Trägergas in Richtung des Pfeiles 4 eingeblasen, wobei hier Kaltluft zum Einsatz gelangt und die Partikel einen Drall erhalten, welcher schematisch durch die Schraubenlinie 5 angedeutet ist. Das be- schleunigte Material gelangt über eine Mischdüse 6 und einen Leitkörper 7 in eine Muffel 8 und wird dort mit Heisswind verbrannt.

   Heisswind wird über die Mischdüse in Richtung des Pfeiles 9 zugeführt, welcher an den Düsenkasten 10 angeschlossen ist. Der Heisswind mit einer Temperatur von 600 bis 1200 C wird hiebei tangential eingeblasen, wobei ggf. auch ein Gegendrall auch zu dem der schraubenlinienförmigen Bewegung entsprechend der Linie 5 entsprechenden Drall erzielt werden kann. 



   Im Muffel 8 erfolgt eine intensive Verbrennung bei hohen Temperaturen und die Ausbildung von Schmelzetröpfchen, welche abwärts in Richtung des Pfeiles 11 fallen und am Boden der Brennkammer 12 gesammelt werden. Die Seitenwände der Brennkammer weisen eine Ausklei- dung aus feuerfestem Material auf, wobei weiters eine Isolation vorgesehen ist, welche schema- tisch mit 13 angedeutet ist. Im Bereich des Bodens der Brennkammer 12 ist lediglich feuerfestes Material vorgesehen, wobei dieser Boden mittels Wasserdüsen 14 gekühlt wird. Auf diese Weise bildet sich am Boden der Brennkammer ein schützender Mantel aus einem Schlackenpelz aus und die gewonnene Schlacke kann in flüssigem Zustand über die Abstichöffnung 15 ausgetragen werden.

   Zur Regelung des Schmelzenauslaufes ist ein Federstempel 16 angeordnet, mit welchem der Auslauf der Schmelze kontrolliert werden kann und die Schmelze unmittelbar in eine Mikrogra- nulation, beispielsweise eine Dampfstrahlmühle oder eine Heisswassergranulation, ausgebracht werden kann. Über die Öffnung 17 wird heisses Abgas abgezogen und entsprechend thermisch genutzt. Über einen Tangentialstutzen 18 wird weiteres Abgas in Richtung des Pfeiles 19 abgezo- 

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 gen, wobei das Abgas bei Temperaturen von 1200 bis 1600 C anfällt. Eine Regelklappe 20 dient hierbei dazu, einen Teil des Abgases mit entsprechend hoher Temperatur über den Raum ober- halb des Schmelzebades strömen zu lassen, wobei dieser Teil in Richtung des Pfeiles 17 austritt und gleichzeitig verhindert, dass an dieser Stelle ein Einfrieren des Bades beobachtet wird. 



   Bei der Darstellung nach Fig. 2 sind diejenigen Bauteile, welche Bauteilen der Fig. 1 entspre- chen, mit identischen Bezugszeichen versehen. Das in Richtung des Pfeiles 17 abgezogene heisse Abgas wird einem Abgasluftwärmetauscher 28 zugeführt, wobei Kaltluft über die Leitung 21 zuge- führt wird. Der entstehende Heisswind wird über die Leitung 22 in Richtung des Pfeiles 9 wiederum in den Dosierzyklon 3 eingeströmt, wobei je nach Wärmeangebot des aufzuarbeitenden Schlam- mes bzw. der Rückstände eine entsprechende Überschussenergie zur Prozessdampfgewinnung herangezogen werden kann. Der Wärmetauscher 28 kann hiebei zum einen in einen Heisswind- speicher 23 entsprechend vorgewärmte Kaltluft exportieren oder aber über die Leitung 24 Pro- zessdampf als Exportdampf zur Verfügung stellen.

   Bei einem Heizwert von 8. 500 KJ/kg und einem errechneten Wärmebedarf des Prozesses von etwa 5. 500 KJ/kg ergibt sich ein Wärmeüberschuss von 3. 000 KJ/kg, wodurch sich etwa eine Tonne Prozessdampf je Tonne Edukt herstellen lässt. 



   Das dem Silo 1 aufgegebene Material wird einem Schlamm-trockner 25 entnommen, bei wel- chem mit warmen Abgasen, welche über die Leitung 26 zugeführt werden, eine entsprechende Trocknung ohne Zersetzung des Schlammes erfolgt. Über die Leitung 27 kann kaltes Reingas abgezogen werden. Zur Ausschleusung von Chlor, Natriumchlorid und Schwefelverbindungen ist mit 28 schematisch eine Bypassleitung angedeutet, über welche getrockneter Schlamm entnom- men wird, welcher für die Reinigung von heissen Abgasen Verwendung finden kann. 



   Das über die Leitung 27 abgezogene Gas kann mit Vorteil als kaltes Trägergas in Richtung des Pfeiles 4 verwendet werden. Weiters kann in den Heisswind in die Leitung 22 Sauerstoff eingebla- sen werden, um eine 02-Anreicherung zu erzielen. 



   PATENTANSPRÜCHE: 
1. Verfahren zum Aufarbeiten von Rückständen aus der Zellstoff- und Papierindustrie, bei welchem die Rückstände verbrannt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbren- nung unter Ausbildung einer Schmelze des nicht brennbaren Anteiles der Rückstände bei 
Temperaturen über 1150 C geführt wird und dass die schmelzflüssige Schlacke abgezo- gen und granuliert bzw. zerkleinert wird.

Claims (1)

1. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückstände zumindest teilweise getrocknet und einem Zyklon zugeführt werden, worauf die den Zyklon verlas- senden Partikel in axialer Richtung bezogen auf die rotierende Bewegung der Teilchen in die Brennkammer ausgestossen, gezündet und unter Ausbildung einer Schmelze verbrannt werden.

   3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die den Zyklon verlas- senden Partikel am Eintritt in die Brennkammer mit einem koaxialen Mantel aus Heisswind aus-gestossen werden.

   4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der koaxiale Mantel aus Heisswind über Drallkörper einer Ringschlitzdüse mit rotierender Bewegung in die Brennkammer ausgestossen wird.

   5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die die Brennkammer verlassenden Abgase über eine Teilmenge des Aufgabematerials zum Ab- trennen von HCI geführt werden, worauf dese Teilmenge nach Auswaschen von CaCI2 und einem Vortrocknen dem Zyklon aufgegeben wird.

   6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Zyklon mit Primärluft einer Temperatur von < 100 C, insbesondere Umgebungstemperatur, be- trieben wird und dass am axialen Austritt des Zyklons Heisswind mit Temperaturen von > 500 C, insbesondere 600 C bis 1200 C, zugeführt wird.

   7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass den Rück- ständen aus der Zellstoff- und Papierindustrie kommunale Trocken- bzw. Klärschlamme zugesetzt werden. <Desc/Clms Page number 5>

   8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbren- nungsabgase der Brennkammer einer Nachverbrennung unterworfen werden.

   9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbren- nungsabgase zur Dampferzeugung herangezogen werden und der erzeugte Dampf zum Granulieren und Zerkleinern der Schmelzen oder als Prozessdampf in der Zellstoff- bzw.

   Papierherstellung eingesetzt wird.