DD283960A5 - METHOD FOR OBTAINING COMPONENTS, ELEMENTS OR COMPOUNDS FROM MATERIAL MIXTURES - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Komponenten, Elementen oder Verbindungen aus Materialmischungen. Es handelt sich um ein thermochemisches Verfahren, welches neben den eingesetzten Materialmischungen keine zusaetzlichen Reagenzien benoetigt, sondern nur solche, die beim Prozesz selber in genuegender Menge entstehen und gleichzeitig die Funktionen des Waermetraegers und Trennmittels uebernehmen koennen. Ein solches Reagens ist Wasserdampf. Das erfindungsgemaesze Verfahren wird so durchgefuehrt, dasz nur solche Produkte anfallen, welche entweder die gewuenschten Endprodukte sind, oder wiederum in einen der Kreislaeufe zurueckgefuehrt werden koennen. Das erfindungsgemaesze Verfahren eignet sich insbesondere fuer die Verarbeitung von organischen Materialien, Kohle- oder oelhaltigen Erden, Sanden oder Schiefern in geeigneten Mischungen von energiereichem und energiearmem Material. Mit dem erfindungsgemaeszen Verfahren wird kein Abfall produziert, sondern Abfaelle werden damit zu nutzbringenden Produkten verarbeitet.{Rohstoffgewinnung; Abfallverwertung, thermochemisch}The invention relates to a method for obtaining components, elements or compounds from material mixtures. It is a thermochemical process which, in addition to the material mixtures used, does not require any additional reagents, but only those which, in the process itself, are produced in sufficient quantity and at the same time can take over the functions of the heat transfer agent and release agent. One such reagent is water vapor. The process according to the invention is carried out in such a way that only those products are obtained which are either the desired end products or can be returned to one of the cycle runs. The inventive method is particularly suitable for the processing of organic materials, coal or oelhaltigen earths, sands or slates in suitable mixtures of high-energy and low-energy material. With the method according to the invention, no waste is produced, but waste is thus processed into useful products. Waste utilization, thermochemical}
Description
Hierzu 2 Seiten ZeichnungenFor this 2 pages drawings
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Komponenten, Elementen oder Verbindungen aus Materialmischungen und kann angewendet v/erden zur Reduktion der Abfallberge durch chemische Umwandlung von Ab. .Wen sowie zur Verminderung oder Vermeidung von Abfällen bei Produktions- und Konsumprozessen.The present invention relates to a process for recovering components, elements or compounds from mixtures of materials and can be used to reduce waste streams by chemically converting Ab.Wen and to reduce or avoid waste in production and consumption processes.
Bekannt sind Pyrolyseverfahren zur Verwertung von Kunststoffabfällen. Bei der Pyrolyse entsteht jedoch ein sehr breites Spektrum von Produkten, und die festen Rückstände sind nicht wieder verwendbar. Außerdem entsteht eine große Menge von mit Schwermetallen durchsetztem Ruß, wehher deponiert werden mußPyrolysis processes for recycling plastic waste are known. However, pyrolysis produces a very broad spectrum of products and the solid residues are not reusable. In addition, a large amount of soot interspersed with soot, woheher must be deposited
Der Stand der Tecimik ist von folgenden Publikationen festgehalten worden: The state of Tecimik has been recorded by the following publications:
HansGrütt&r Klärschlammentsorgung SIA-Zeitung, 14.Jan.33-41 (1988)HansGrütt & r Sewage Sludge Disposal SIA-Zeitung, 14.Jan.33-41 (1988)
A. M. Egger Die Integrierung der Sondermüllverbrennung in das Entsorgungskonzept eines ChemiewerkesA. M. Egger The integration of special waste incineration into the disposal concept of a chemical plant
SIA-Zeitung, 14.Jan.41-45{1988)SIA Newspaper, 14.Jan.41-45 {1988)
B.Milani Abfallwirtschaft zwischen Ideologie und Wissen SIA-Zeitung, 28. Jan. 105-107 (1988)B.Milani Waste Management between Ideology and Knowledge SIA-Zeitung, Jan. 28, 105-107 (1988)
Dr.A.Stücheli Abgasreinigung bei Kehrichtverbrennungsanlagen SIA-Zeitung, 28. Jan. 116-124 (1988) G. Hilscher Kunststoffpyrolyse: Rohstoffquelle für die Chemie, Techn. Rundsch. 23/88,78-81Dr.A.Stücheli Exhaust gas cleaning in waste incineration plants SIA-Zeitung, Jan. 28, 116-124 (1988) G. Hilscher Plastic pyrolysis: raw material source for the chemical industry, Techn. 23 / 88.78 to 81
Ziel der ErfindungObject of the invention
Mit der Erfindung wird ein Verfahren zur Gewinnung von Komponenten, Elementen oder Verbindungen bereitgestellt, wobei unerwünschte Stoffe als Rohstoffe genutzt werden.The invention provides a process for obtaining components, elements or compounds, wherein undesirable substances are used as raw materials.
Die Verwertung unerwünschter Stoffe nach dom erfindungsgemäßen Verfahren ist wirtschaftlich attraktiv und entlastet sowohl die Ökologie als auch die Ökonomie.The utilization of undesirable substances according to the method according to the invention is economically attractive and relieves both the ecology and the economy.
Λ Darlegung des Wesens der ErfindungΛ Presentation of the essence of the invention
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Gewinnung von Komponenten, Elementen oder Verbindungen, das unerwünschte Schadstoffe als Rohstoffe nutzt, zur Verfügung zu stellen.The present invention has for its object to provide a method for obtaining components, elements or compounds that uses undesirable pollutants as raw materials available.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß beim geplanten Prozeß alle Stoff· und Energiekreisläufe beachtet und vollständig geschlossen werden, ähnlich einem Stromkreis, bei welchem die Abfallelektrizität entstehen kann. Zwei Elemente sind hierbei zu berücksichtigen: die Koppelproduktion und die Nutzung von Reaktionspartnern, die im Prozeß als Produkte ohnehin anfallen. Dies wird ermöglicht im sogenannten Hydrokritverfahren.According to the invention, this object is achieved in that in the planned process all material and energy cycles are observed and completely closed, similar to a circuit in which the waste electricity can arise. Two elements must be taken into consideration here: the co-production and the use of reaction partners, which in any case occur as products in the process. This is made possible in the so-called hydrocritical process.
Hydrokrit heißt „Wassertrennung" oder genauer: Trennung von chemischen Bindungen mit Hilfe von Wasser. So wie das Wasser beim Waschprozeß den Schmutz vom Gewebe trennt (physikalischer Waschprozeß), so werden beim Hydrokritprozeß die unerwünschten chemischen Bindungen, vor allem diejenigen der unerwünschten Bestandteile der eingesetzten Materialien aufgetrennt (chemischer Waschprozeß). Die Trennung mit Wasser (Spaltung) ist praktisch vollkommen bei Temperaturen um 10GO0C, wenn die Kontaktzeit zwischem dem überhitzten Wasserdampf und den zu spaltenden Molekülen genügend lang ist.Hydrocritic means "separation of water" or, more precisely, separation of chemical bonds with the aid of water. Just as the water separates the dirt from the fabric during the washing process (physical washing process), the undesirable chemical bonds, especially those of the unwanted constituents, are used in the hydrocrystallization process Materials separated (chemical washing process) The separation with water (cleavage) is practically complete at temperatures around 10GO 0 C, if the contact time between the superheated steam and the molecules to be cleaved enough long.
Bemerkenswert ist, daß alle organischen gasförmigen Moleküle, welche neben Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff noch Chlor, Fluor, Stickstoff oder Schwefel enthalten, stets in die gleichen, kleinen Spaltprodukte übergeführt werden. Es handelt sich hier um ein Gemisch von Kohlenmonoxid, Wasserstoff mit wenig Stickstoff sowie die einfachen Verbindungen von Chlor, Fluor, Schwefel oder Phosphor mit Wasserstoff.It is noteworthy that all organic gaseous molecules, which in addition to carbon, hydrogen and oxygen still contain chlorine, fluorine, nitrogen or sulfur, are always converted into the same, small cleavage products. This is a mixture of carbon monoxide, hydrogen with little nitrogen and the simple compounds of chlorine, fluorine, sulfur or phosphorus with hydrogen.
Das Gemisch von Kohlenmonoxid und Wasserstoff, gegebenenfalls mit wenig Stickstoff vermischt, heißt Synthesegas oder Wassergas und dient als Einsatzgas bei der Herstellung reiner Kohlenwasserstoff oder Alkohole in einer chemischen Synthese.The mixture of carbon monoxide and hydrogen, optionally mixed with a small amount of nitrogen, is called synthesis gas or water gas and serves as a feed gas in the production of pure hydrocarbon or alcohols in a chemical synthesis.
Die unerwünschten Stoffe wie Chlor-, Fluor-, Schwefel- und Phosphorwasserstoff werden vor der Synthese in einem Gaswäscher mit Hilfe von Redoxprozessen abgetrennt.The undesirable substances such as chlorine, fluorine, sulfur and hydrogen phosphide are separated before the synthesis in a gas scrubber by means of redox processes.
Währenddem die Spaltung der unerwünschten Moleküle bei einer Temperatur von rund 10000C Wärme der entsprechenden Temperatur benötigt, wird bei der anschließenden Synthese des Spaltgases zur Herstellung flüssiger Brenn- oder Rohstoffe etwa dieselbe Wärme bei einer Temperatur von etwa 200°C wieder frei. Sie wird zur Vorwärmung des Speisewassers für den Dampferzeuger vei wendet, während die sensible Wärme der erzeugten heißen Spaltgase verwendet wird, um das Waschwasser zu destillieren und die unerwünschten Stoffe wie Schwefel und etwa vorhandene flüchtige Schwermetalle oder deren Salze in eine konzentrierte, ungiftige und schwerlösliche Form zu überzuführen. Insgesamt wird dabei rund die Hälfte der in den eingesetzten Materialien enthaltenen Energie für den Prozeß verbraucht. Die andere Hälfte bleibt gespeichert in der Form gewonnener, reiner organischer Rohstoffe oder Energieträger.While the cleavage of the unwanted molecules at a temperature of about 1000 0 C requires heat of the corresponding temperature, in the subsequent synthesis of the cracking gas for the production of liquid fuels or raw materials about the same heat at a temperature of about 200 ° C again. It is used to preheat the feed water to the steam generator while using the sensible heat of the generated hot cracking gases to distill the wash water and the undesirable substances such as sulfur and any volatile heavy metals or salts thereof into a concentrated, non-toxic and sparingly soluble form to convict. Overall, about half of the energy contained in the materials used for the process is consumed. The other half remains stored in the form of recovered, pure organic raw materials or energy sources.
Neben diesen flüchtigen organischen Produkten liefert das Hydrokritverfahren feste oder gelöste Stoffe als Produkte oder Zwischenprodukte zur weiteren Verarbeitung.In addition to these volatile organic products, the hydrocritical process provides solids or solutes as products or intermediates for further processing.
Zusammengefaßt besteht das Hydrokritverfahren aus den folgenden vier Toilprozessen:In summary, the hydrocritical process consists of the following four toileting processes:
1. Die genannte Materialmischung wird Ruf eine Temperatur zwischen 35O0C und 10500C erwärmt und mit einem Gemisch, enthaltend Wasserdampf, wenigstens ein brennbares Gas, Sauerstoff und Kohlenstoffdioxid, so lange zur Reaktion gebracht, bis der organische Anteil in der verwendeten Materialmischung auf einen Wert von unterhalb lOOppm, entsprechend 100g organischer Anteil pro Tonne Materialmischung, abgebaut ist, wobei ein festes anorganisches Produktgemisch sowie ein Gasgemisch entstehen.1. The said material mixture is called Ruf a temperature between 35O 0 C and 1050 0 C heated and reacted with a mixture containing water vapor, at least one combustible gas, oxygen and carbon dioxide, until the organic content in the material mixture used a value of below 100 ppm, corresponding to 100 g of organic content per ton of material mixture, is degraded, resulting in a solid inorganic product mixture and a gas mixture.
2. Das genannte entstandene Gasgemisch wird bei einer Temperatur zwischen 950 und 10500C während wenigstens einer Sekunde in niedermolekulare Verbindungen und/oder Elemente aufgespaltet.2. The resulting gas mixture is split at a temperature between 950 and 1050 0 C for at least one second in low molecular weight compounds and / or elements.
3. Die erhaltenen niedermolekularen Verbindungen und/oder Elemente werden bei einer Temperatur von 200 bis 8000C in Wasser eingeleitet, um einerseits das entstandene Gemisch von Kohlenstoffmonoxid und Wasserstoff, kurz Synthesegas bezeichnet, abzutrennen und um andererseits die restlichen niedermolekularen Verbindungen und/odar Elemente im Wasser, kurz als Waschwasser bezeichnet, zurückzubehalten, Rückgewinnung des Waschwassers durch Eindampfung und Sedimentation der Sole.3. The resulting low molecular weight compounds and / or elements are introduced at a temperature of 200 to 800 0 C in water, on the one hand, the resulting mixture of carbon monoxide and hydrogen, called synthesis gas briefly separate and on the other hand, the remaining low molecular weight compounds and / or the elements in the water, briefly referred to as wash water, retain, recovery of the wash water by evaporation and sedimentation of the brine.
4. Das mit Wasserdampf vermischte Synthesegas wird nach üblichen Verfahren katalytisch in flüssige Kohlenwasserstoffe und/oder Alkohole umgewandelt und ciie dabei als Nebenprodukte erhaltenen gasförmigen Kohlenwasserstoffe und Kohlenstoffdioxid dem im ersten Schritt benötigten brennbaren Gas zugefügt.4. The synthesis gas mixed with water vapor is catalytically converted into liquid hydrocarbons and / or alcohols by conventional methods and ciie thereby added as by-products gaseous hydrocarbons and carbon dioxide added to the combustible gas required in the first step.
Im Hydrokritprozeß werden die im ersten Schritt entstandenen anorganischen Produktgemische, das im dritten Schritt erhaltene aufkonzentrierte Waschwasser und die im vierten Schritt erhaltenen Kohlenwasserstoffe und/oder Alkohole gewonnen. Es bleiben keinerlei unerwünschte, mit den heutigen Nachweismethoden feststellbare Rückstände.In the hydrocrystallization process, the inorganic product mixtures formed in the first step, the concentrated washings obtained in the third step and the hydrocarbons and / or alcohols obtained in the fourth step are recovered. There are no undesirable residues detectable with today's detection methods.
Die eingesetzten Materialien können homogen oder heterogen sowie organischer oder anorganischer Natur sein und in irgendeinem der drei Aggregatzustände vorliegen (fest, flüssig oder gasförmig). Solche Materialien können zum Beispiel bestehen aus:The materials used may be homogeneous or heterogeneous as well as organic or inorganic in nature and in any of the three states of matter (solid, liquid or gaseous). Such materials may for example consist of:
Erde: insbesondere mit Lösungsmitteln, Öl, Teer oder Schwermetallen verunreinigte Erde, oder organise', undEarth: earth contaminated with solvents, oil, tar or heavy metals, or 'organise', and
anorganisch verunreinigte Erdbestandteile, wie beispielsweise Bauschutt, oder mit Schwermetallen und/oder Edelmetallen verunreinigter Sand,Inorganically contaminated earth components, such as rubble, or sand contaminated with heavy metals and / or precious metals,
Kohle: insbesondere stark schwefel- und Hy ninhaltige Kohle oder mit Lösungsmitteldämpfen beladene AktivkohleCoal: in particular coal containing high sulfur and hyin content or activated carbon loaded with solvent vapors
Schlacke: insbesondere Schlacke von Industriefeuerungen, Hochöfen, thermischen Kraftwerken oderSlag: in particular slag from industrial furnaces, blast furnaces, thermal power plants or
Abfallverbrennungsanlagen, Staub: insbesondere Filterstaub von Elektrofiltern odor Trockenrückstände der nassen, halbnassen ode" trockenenWaste incineration plants, dust: in particular filter dust from electrostatic precipitators or dry residues of wet, semi-wet or dry
Rauchgasreinigung bei Abfallverbrennungsanlagen oder Industriefeuerungen, Schlämme: insbesondere bei der Abwasserreinigung im Überschuß anfallende oder mit SchwermetallenFlue gas cleaning in waste incineration plants or industrial furnaces, sludges: especially in wastewater treatment in excess accumulating or with heavy metals
verunreinigte Klärschlämme, Galvanikschlämme, Schlämme aus der Mur itions- und Sprengstoffabrikationcontaminated sewage sludge, galvanic sludge, sludge from the Mur itions- and Explosengabrikation
und Rückstände der Lösungsmitteldestillation und der Farbstoff- und Lackproduktion, Lebensmittel: insbesondere Rückstände, Überschüsse oder Nebenprodukte der Lebensmittelproduktion oder desand residues of solvent distillation and dye and varnish production, foodstuffs: in particular residues, surpluses or by-products of food production or of food
Lebensmittelkonsums, insbesondere Kaffeesatz, Abfälle aus Schlachthöfen, Chemikalien: insbesondere Nebenprodukte bei chemischen oder biochemischen Analysen oder Verfahren, insbesondereFood consumption, in particular coffee grounds, waste from slaughterhouses, chemicals: in particular by-products in chemical or biochemical analyzes or processes, in particular
Filterrückstände, verdorbene nichtflüssigo Chemikalien oder schwach radioaktive Abfälle aus Laboratorien, Organe: insbesondere Kadaver, Gewebe- und Blutmaterial aus der Chirurgie sowie andere feste Rückstände ausFilter residues, spoiled non-liquid chemicals or low-level radioactive waste from laboratories, organs: in particular carcasses, surgical tissue and blood materials and other solid residues
Spitälern, insbesondere verdorbene Medikamente, Gummi und insbesondere Rückstände der Produktion undHospitals, in particular spoiled drugs, rubber and in particular residues of production and
des Konsums, z. B. Pneu, mit metallischen oder anderon Kunststoffe: anorganischen Materialien verbundene oder vermischte Elastomere, Thermoplaste und Duroplaste.of consumption, eg. B. Pneu, with metallic or anderon plastics: inorganic materials bonded or blended elastomers, thermoplastics and thermosets.
Normalerweise werden Gemische solcher Materialien eingesetzt. Die Materialmischung ist so zusammengestellt, daß unter den in jedem einzelnen Fall gewählter. Bedingungen eine chemische Umsetzung in das gewünschte feste Produkt im Konverter führt und gleichzeitig die Trennung in Synthesegas, schwerlösliche Rückstände und Sole im Gaswäscher erfolgt.Normally mixtures of such materials are used. The material mixture is composed so that among those chosen in each individual case. Conditions leads to a chemical reaction in the desired solid product in the converter and at the same time the separation into synthesis gas, poorly soluble residues and sols in the gas scrubber takes place.
Ausgewählte Materialmischungen können bestehen aus:Selected material mixtures can consist of:
einer Filterstaub-Xlärschlammischung, einer Filterstab-Kohlemischung und einer Sand-Klärschlamm-Kohleniischung oder einer Altölchloriorten Kohlenwasserstoffmischung und einer Sand-Klärschlamm-halogenierte Kohlenwasserstoffmischunga filter dust slurry, a filter rod-coal mixture and a sand-sludge-coal mixture or a spent oil-chlorinated hydrocarbon mixture and a sand-sludge-halogenated hydrocarbon mixture
die genannte Materialmischung enthält wenigstens ein, insbesondere zwei Ausgangsmaterialien, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus:said material mixture contains at least one, in particular two, starting materials selected from the group consisting of:
Öle und Paraffine: wie Schweröl oder Paraffine, insbesondere aus der Erdölraffination oder der Altölaufbereitung, Alkohle und Ketone: wie Methanol, Äthanol oder Industriealkohole, oder Ketone, insbesondere Azeton, Halogenierte Kohlenwasserstoffe: wie Trichloräthan, Trichloräthylen, Chloroform und chlorierte aromatische Verbindungen, insbesondere Chlorbenzole oder Polychlorbiphenyle, -furane oder -dioxine, oder ein Freon, insbesondere Froon 113, Anorganische Flüssigkeiten: wie Mineralsäuren und Basen mit oder ohne Schwermetalle, insbesondere Salzsäure, gelöstes Eisenchlorid, chromhaltige Schwefelsäure, sowie gelöste Cyanide, Nitrite, Nitrate und Phosphate.Oils and paraffins: such as heavy oil or paraffins, in particular from petroleum refining or waste oil treatment, alcohols and ketones: such as methanol, ethanol or industrial alcohols, or ketones, in particular acetone, halogenated hydrocarbons: such as trichloroethane, trichlorethylene, chloroform and chlorinated aromatic compounds, especially chlorobenzenes or polychlorinated biphenyls, furans or dioxins, or a freon, in particular Froon 113, inorganic liquids: such as mineral acids and bases with or without heavy metals, in particular hydrochloric acid, dissolved iron chloride, chromium-containing sulfuric acid, as well as dissolved cyanides, nitrites, nitrates and phosphates.
Neben Wasserdampf wird dem Konverter wenigstens ein brennbares Gas, Sauerstoff sowie Kohlenstoffdioxid solange zugeführt, bis die gewünschte Umsetzung im eingesetzten Material erreicht ist. Die zuzuführenden Gase werden weitmöglichst ersetzt durch Gase, die in den anderen Stufen des laufenden Prozesses oder eines gleichzeitig ablaufenden zusätzlichen Prozesses anfallen.In addition to water vapor to the converter at least a combustible gas, oxygen and carbon dioxide is supplied until the desired conversion is achieved in the material used. The gases to be supplied are replaced as far as possible by gases which are produced in the other stages of the ongoing process or a simultaneous additional process.
Das im ersten Schritt erwähnte Gasgemisch enthält 10 bis 40Vol.-% Wasserdampf, 10 bis 40Vol.-% brennbares Gas, insbesondere Methan, 5 bis 20Vol.-% Sauerstoff und 30 bis 70Vol.-% Kohlenstoffdioxid.The gas mixture mentioned in the first step contains 10 to 40% by volume of water vapor, 10 to 40% by volume of combustible gas, in particular methane, 5 to 20% by volume of oxygen and 30 to 70% by volume of carbon dioxide.
Für flüssige Materialmischungen liegt die Reaktionszeit im ersten Schritt zwischen 0,5 und 3 Sekunden und für feste Materialmischungen zwischen 10 Minuten und zwei Stunden.For liquid material mixtures, the reaction time in the first step is between 0.5 and 3 seconds and for solid material mixtures between 10 minutes and two hours.
Dem im ersten Schritt genannten Gasgemisch können schädliche Gase, wie zum Beispiel Rauchgase aus Feuerungen, Abgase von Verbrennungsmotoren oder Abluft aus Lüftungsschächten, beigemischt werden.The gas mixture mentioned in the first step, harmful gases, such as flue gases from furnaces, exhaust gases from internal combustion engines or exhaust air from ventilation ducts, be mixed.
Die im ersten Schritt erwähnte Reaktion wird bei flüssigen Materialmischungen in einem Gasbrenner durchgeführt, welcher mit dem im dritten Schritt erhaltenen Synthesegas-Wasserdampfgemisch betrieben wird.The reaction mentioned in the first step is carried out with liquid material mixtures in a gas burner, which is operated with the synthesis gas / steam mixture obtained in the third step.
Der zweite Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in einer Nachbrennkammer durchgeführt.The second step of the method according to the invention is carried out in a secondary combustion chamber.
Die im ersten Schritt erwähnte Reaktion wird bei festan und schlammigen Materialmischungen in einer Feststoffeuerung durchgeführt, welche mit dem im dritten Schritt erhaltenen Synthesegas-Wasserdampfgemisch betrieben wird.The reaction mentioned in the first step is carried out with solid and muddy material mixtures in a solidification system which is operated with the synthesis gas / steam mixture obtained in the third step.
Der im ersten Schritt benötigte Sauerstoff ist Restsauerstoff, der in der Abluft aus Feuerungen, Verbrennungsmotoren oder in der Abluft aus Lüftungsanlagen enthalten ist.The oxygen required in the first step is residual oxygen, which is contained in the exhaust air from fires, internal combustion engines or in the exhaust air from ventilation systems.
Das im dritten Schritt benötigte Wasser ist Abwasser, Sickerwasser von Deponien, verseuchtes Wasser oder Meerwasser.The water needed in the third step is sewage, landfill leachate, contaminated water or seawater.
Das erfindungsgemäße Verfahren soll mit Hilfe des Blockschaltbildes (Fig. 1) genauer erläutert werden.The method according to the invention will be explained in more detail with the aid of the block diagram (FIG. 1).
Die gewünschte Materialmischung wird mit Hilfe von Förderschnecken 1 den drei Materialsilos 2 oder dem Schlammsilo 3 entnommen und dem Konverter 4 zugeführt. Diesem wird über die Zuleitung 5 ein Gemisch aus Kohlenstoffdioxid mit rund 10 Vol.-% SauerstoN und über das Regelventil 6 das benötigte brennbare Gasgemisch zugeiührt. Mit dem Dampferzeuger 7 wird dem Konverter 4 zusätzlich Dampf zugeführt. Das im Konverter 4 entstehende Gasgemisch wird im Zyklon 8 von Partikeln befreit, welche in den Materialstrom zurückgeführt werden. Das von Partikeln befreite Gasgemisch wird über die Leitung 9 und den Einströmring 10 dem Gaswäscher 11 zugeführt. Das ausgewaschene Gasgemisch durchläuft den Kühler 12, welcher den Wasserdampf ^ur Kondensation bringt und im Speisewassertank 13 abscheidet. Die Pumpe 14 drückt ein wenig Speisewasser durch die Brause 15 im Gaswäscher zur Kühlung und Verbesserung des Auswascheffektes. Der Hauptteil des Speisewassers wird zur Kühlung des Wellenreaktors 16 verwendet und dadurch vorgewärmt dem Dampferzeuger 7 zugeführt. Der Gaskompressor 17 komprimiert das gewaschene Synthesegas auf einen Druck zwischen 5 und 20bar und führt es dem Wellenreaktor 16 zu. Hier findet die exotherme Synthesereaktion statt, welche Wasserdampf, Kohlenstoffdioxid, gisförmige Kohlenwasserstoffe, unter anderen Propan oder Butan enthaltend, erzeugt. Das zunächst gasförmige Gemisch wird dem Destillationsbehälter 18 zugeführt, und dabei wird mittels Kühlung das Wasser und das Propan oder Butan kondensiert. Das Wasser wird den Elektrolysenzellen 19 und schließlich dem Speisewassertank 13 zugeführt, das Propan oder Butan im Tank 20 gespeichert. Die gasförmigen Produkte werden über die Leitung 21 zusammen mit dem Elektrolysewasserstoff dem Dampferzeuger 7 und dem Konverter 4 zugeführt. Der Damperzeuger 7 wird durch Regulierung von Gas und SauerstoffzufuhrThe desired material mixture is removed by means of screw conveyors 1 the three material silos 2 or the sludge silo 3 and fed to the converter 4. This is fed via the supply line 5 a mixture of carbon dioxide with about 10 vol .-% SauerstoN and via the control valve 6, the required combustible gas mixture. With the steam generator 7 4 additional steam is supplied to the converter. The gas mixture formed in the converter 4 is freed of particles in the cyclone 8, which are recycled to the material flow. The liberated from particles gas mixture is supplied via the line 9 and the inflow ring 10 to the scrubber 11. The leached gas mixture passes through the cooler 12, which brings the water vapor condensation and deposits in the feedwater tank 13. The pump 14 presses a little feed water through the shower head 15 in the gas scrubber for cooling and improving the leaching effect. The main part of the feedwater is used to cool the wave reactor 16 and thereby preheated fed to the steam generator 7. The gas compressor 17 compresses the washed synthesis gas to a pressure between 5 and 20 bar and supplies it to the wave reactor 16. Here, the exothermic synthesis reaction takes place, which produces water vapor, carbon dioxide, gaseous hydrocarbons, among other propane or butane. The initially gaseous mixture is supplied to the distillation vessel 18, and thereby the water and the propane or butane is condensed by means of cooling. The water is supplied to the electrolysis cells 19 and finally to the feedwater tank 13, which stores propane or butane in the tank 20. The gaseous products are fed via the line 21 together with the electrolysis hydrogen to the steam generator 7 and the converter 4. The Damper generator 7 is regulated by gas and oxygen supply
über die Ventile 22 und 23 so gesteuert, daß der Dampfdruck sich im gewünschten Intervall zwischen 8 und lObar befindet und in seinem Ausgang für Abgabe genügend überschüssiger Sauerstoff für die Einhaltung der Temperatur im Konverter 41. Oibi. Das Entwässerungswasser des Destillationsbehälters 18 wird über die Elektrolysezellen 19 in den Speisewassertank 13 geleitet. Die Kühlung des Kühlers 12, des Destillationsbehälters 18 und des Konverters 4 geschieht über einen separaten Kühlwasserkreislauf mit Kühlwassereintritt (KE) und-austritt (KA), welcher die Wärme mit einem externen Wasser-Wasser oder Wasser-Luft Wärmetauscher an einen Verbraucher weitergibt.controlled via the valves 22 and 23 so that the vapor pressure is in the desired interval between 8 and 10 bar and in its output for delivery sufficient excess oxygen for maintaining the temperature in the converter 41st Oibi. The dewatering water of the distillation vessel 18 is passed through the electrolysis cells 19 in the feedwater tank 13. The cooling of the cooler 12, the distillation vessel 18 and the converter 4 via a separate cooling water circuit with cooling water inlet (KE) and outlet (KA), which passes the heat with an external water-water or water-air heat exchanger to a consumer.
Das im Konverter 4 erzeugte feste Produkt wird je nach Qualität über die Förderschnecken 25 in einem der drei verschiedenen Produktsilos 26 gelagert bis zur Verteilung. Die erzeugte Sole wird im Tank 27 gelagert bis ?ur weiteren Verarbeitung. Die im Wäscher anfallenden schwerlöslichen Schlämme werden im Schlammtank 28 von der Sole abgetrennt und mit oder ohne Zwischenverai boitung in den Schlammsilo 3 zurückgeführt.The solid product produced in the converter 4 is stored depending on the quality of the screw conveyors 25 in one of the three different product silos 26 until distribution. The generated brine is stored in the tank 27 until further processing. The resulting in the scrubber sparingly soluble sludge are separated in the sludge tank 28 from the brine and returned with or without Zwischenverai boitung in the mud silo 3.
Ausführungsbeispieleembodiments
Die nachfolgenden Ausführungsbeispiele illustrieren das etfindunysgemäße Verfahren.The following exemplary embodiments illustrate the process according to the invention.
Beim Filterstaubverfahren wird ein Gemisch von 65Gew.-% Klärschlamm mit 40Gew.-% Trockengehalt und 35Gew.-% Filterstaub von Naßreinigungsanlagen der Kehrichtverbronnung dem Konverter zugeführt und bei einer Temperatur von 850 bis 10000C mit einer Verweilzeit einer halben Stunde einem Strom von 30Vol.-% Dampf, 10Vol.-% Methan, 10 Vol.-% Wasserstoff, 45Vol.-% Kohlenstoffdioxid und 5Vol.-% Sauerstoff ausgesetzt. Die Eloktrolysezellan liefern 160 Normkubikmeter Wasserstoff und 80 Normkubikmeter Sauerstoff pro Tonne eingesetztes Materialgemisch bei einem Elektrizitätsverbrauch von 720 Kilowattstunden. Der Dampferzeuger liefert 480 Normkubikmeter Sattdampf von 10 bar bei einem Gasverbrauch, welcher rund 30 Normkubikmeter Synthesegas oder Wasserstoff entspricht. Es werden insgesamt 460 Normkubikmotor Synthesegas und daraus 80 Kilogramm Butan gewonnen. Insgesamt sind beim Filterstaubverfahren 650 Kilogramm Klärschlamm vergast und 350 Kilogramm Filterstaub entgiftet worden mit einem Elektrizitätseinsatz von 720 Kilowattstunden bei einem Butanertrag von 80kg (960 Kilowattstunden gespeicherte Energie).In the filter dust method, a mixture of 65Gew .-% sewage sludge with 40Gew .-% dry content and 35Gew .-% filter dust from wet cleaning the waste incineration fed to the converter and at a temperature of 850 to 1000 0 C with a residence time of half an hour a stream of 30Vol % Of steam, 10% by volume of methane, 10% by volume of hydrogen, 45% by volume of carbon dioxide and 5% by volume of oxygen. The Eloktrolysezellan deliver 160 standard cubic meters of hydrogen and 80 standard cubic meters of oxygen per ton of mixed material with an electricity consumption of 720 kilowatt hours. The steam generator delivers 480 standard cubic meters of saturated steam of 10 bar with a gas consumption, which corresponds to about 30 standard cubic meters of synthesis gas or hydrogen. A total of 460 standard cubic motor synthesis gas and from it 80 kilograms of butane are obtained. A total of 650 kilograms of sewage sludge were gasified in the filter dust process and 350 kilograms of filter dust were detoxified with an electricity input of 720 kilowatt hours with a butane yield of 80 kg (960 kilowatt hours of stored energy).
Für die Vergasung von Ölen, insbesondere halogenierte Kohlenwasserstoffe (Fig.2) wird der Konverter 24 als Gasbrenner ausgebildet und mit Synthesegas a.js dem Wäscher 29, welches vor dem Kühler 30 abgr weigt wird, betrieben. Über einen Kompressor 31 wird dem Konveiter 24 Luft zugeführt, welche von der heißen Synthesegasleitung 32, die die Luftzufuhr konzentrisch umgibt, auf rund 4000C vorgewärmt wird. Aus dem Öltank33, mit Rührwerk 34 wird dem Brenner über das Ventil 35 zugeführt, welches im vorgewärmten Luftstrom verdampft und dessen Dampf von der Gasflamme angesogen wird. Weil das Synthesegas aus dem Wäscher 29 etwa einen gleichen Volumenteil Wasserdampf enthält, welches Gemisch im Wärmetauscher 36 durch das Spaltgas im Ausgang des Konverters 24 stark vorgewärmt wird, ergibt sich eine effiziente Vergasung des Öls. Das Synthesegas kann direkt für HeIr- oder motorische Zwecke verwendet oder einem Blockheizkraftwerk zugeführt werden. Bei chlorierten oder fluorierten ölen muß dem Speisewasser im Speisewassertank 37 Kalk, Soda oder Metallhydroxid zugeführt werden zur Neutralisierung der entstehenden Salzsäure. Je nach Qualität der eingesetzten Öle und der Führung des Prozesses kann die entstehende Salzsäure auch direkt aus dem Soletank 38 gewonnen werden. Bei einem chlorierten Öl mit einem Chlorgehalt von rund 30Gew.-% werden pro Megawattstunde Heizwert rund 300 Normkubikmeter Synthesegas gewonnen bei etwa 170 Normkubikmeter Luftbedarf. Das mit Stickstoff vermischte Synthesegas hat einen Anteil von rund 70Vol.-% und einen Heizwert von etwa 2 Kilowattstunden pro No. r.ikubikmeter. Die bei der Verarbeitung von Ölen im Öltank 33 oder im Schlammtank 39 zurückbleibenden Schlämme können analog wie Klärschlamm verarbeitet werden.For the gasification of oils, in particular halogenated hydrocarbons (Figure 2), the converter 24 is formed as a gas burner and with synthesis gas a.js the scrubber 29, which abgr is before the cooler 30, operated. Via a compressor 31 air 24 is supplied to the Konveiter which is preheated by the hot synthesis gas line 32, which surrounds the air supply concentrically around 400 0 C. From the Öltank33, with stirrer 34 is supplied to the burner via the valve 35, which is evaporated in the preheated air stream and its vapor is sucked by the gas flame. Because the synthesis gas from the scrubber 29 contains approximately the same volume of water vapor, which mixture is strongly preheated in the heat exchanger 36 by the cracked gas in the outlet of the converter 24, an efficient gasification of the oil results. The synthesis gas can be used directly for heating or motor purposes or fed to a combined heat and power plant. For chlorinated or fluorinated oils 37 lime, soda or metal hydroxide must be supplied to the feed water in the feedwater tank to neutralize the resulting hydrochloric acid. Depending on the quality of the oils used and the process, the resulting hydrochloric acid can also be obtained directly from brine tank 38. In the case of a chlorinated oil with a chlorine content of around 30% by weight, around 300 standard cubic meters of synthesis gas are recovered per megawatt hour of calorific value, with about 170 standard cubic meters of air required. The synthesis gas mixed with nitrogen has a proportion of about 70% by volume and a calorific value of about 2 kilowatt hours per no. r.ikubikmeter. The remaining in the processing of oils in the oil tank 33 or in the sludge tank 39 sludge can be processed analogously as sewage sludge.
Bei der Produktion von Kaffee- und Gewürzextrakten fallen Rückstände an, welche nicht in vollem Umfange als Futtermittel oder Düngemittel wieder eingesetzt werden können. Diese Materialien können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren in Synthesegas, oder Methan oder Butan umgewandelt werden.The production of coffee and spice extracts produces residues that can not be fully reused as feed or fertilizer. These materials can be converted to synthesis gas, or methane or butane using the process of the invention.
Das Hydrikritverfahren unterscheidet sich "on herkömmlichen Produktions· oder Regenerationsverfahren dadurch, daß ein radikaler Abbau unerwünschter Verbindungen oder Komponenten durch die thermochemische Reaktion mit Wasserdampf oder äquivalenten Reagenzien stattfindet. Während bei den meisten Produktionsprozessen entweder selektive Syntheseschritte ohne oder mit nur geringfügiger Abbaureaktionen gekoppelt werden, ist beim Hydrokritprozeß der Abbau radikal. Die unerwünschten Bindungen werden in den beiden ersten Verfahrensschritten radikal abgebaut bis auf einzelne Elemente oder Verbindungen von höchstens zwei verschiedenen Elementen. Daher fallen bei Produktionsprozessen ohne genügenden Abbau viele unerwünschte Komponenten als Abfall an, od6r bei der Aufbereitung von Abfällen kann nur eine teilweise Regeneration mit vertretbaren Kosten erreicht werden. Für die unerwünschten Stoffe bleibt dann nur die Deponie oder die heute ebenfalls mit hohen Kosten verbundene Hochtemperaturverbrennung als Alternativen. Demgegenüber ermöglicht das Hydrokritverfahren die Sanierung oder Vermeidung der Deponien und Hochtemperaturverbrennung durch die vollständige Ausnutzung der eingesetzten Materialien und Energien.The hydrotrope process differs from conventional production or regeneration processes in that there is a radical degradation of undesired compounds or components by the thermochemical reaction with steam or equivalent reagents While in most production processes either selective synthetic steps are coupled with no or only minor degradation reactions The unwanted bonds are radically decomposed in the first two process steps down to individual elements or compounds of at most two different elements.Therefore, in production processes without sufficient degradation, many unwanted components are produced as waste or can be used in the treatment of waste only a partial regeneration can be achieved with reasonable costs, leaving only the landfill or the high tempee associated with high costs combustion as alternatives. In contrast, the hydrocritical process allows the remediation or avoidance of landfills and high-temperature combustion by the full utilization of the materials and energies used.
Das Hydrokritverfahren hat einige Ähnlichkeiten mit den Pyrolyseverfahren, welche zur Zeit für die Verwertung von Kunststoff abfällen entwickelt werden. Anstelle von Luft oder Wasserdampf wird nur sauerstoffreie Verbrennungsluft zugeführt. Wie bei der Hydrolyse entsteht auch hier ein Gasgemisch, welches zu chemischen Rohstoffen weiterverarbeitet werden kann. Bei der Pyrolyse entsteht jedoch ein sehr breites Spektrum von Produkten, und die festen Rückstände sind nicht wieder verwendbar. Außerdem entsteht eine große Menge von mit Schwei metallen durchsetztem Ruß, welcher deponiert werden muß.The Hydrokritverfahren has some similarities with the pyrolysis, which are currently developed for the recovery of plastic waste. Instead of air or water vapor only oxygen-free combustion air is supplied. As in the case of hydrolysis, a gas mixture is formed here, which can be further processed into chemical raw materials. However, pyrolysis produces a very broad spectrum of products and the solid residues are not reusable. In addition, a large amount of soot metal interspersed soot, which must be landfilled.
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