DE10152985A1 - Verfahren und Anlage zur Prozesswasseraufbereitung - Google Patents

Abstract

Verfahren und Anlage zur Prozesswasseraufbereitung von Prozesswässern, die im Prozess der Vergasung von festen kohlenstoffhaltigen Abfallstoffen nach dem Verfahren der Festbettdruck- und der Schlackebadvergasung bei der Kühlung und Reinigung der dabei entstehenden Gase anfallen. Das Prozesswasser, das in Form eines Dickteer-Teeröl-Phenolwasser-Gemisches anfällt, wird in zwei parallel angeordneten, sepraten Rückspülfiltersystemen, von denen jeweils nur eins mit der Gesamtmenge des zu filternden Produktes betrieben wird, gefiltert. Der Filterrückstand aus diesen Rückspülfiltersystemen wird einem an ein Niederdruckgassystem angeschlossenen Anmaischbehälter zugeführt und dort mit Spülwasser und einem Rührwerk aufgeschwemmt und verdünnt. Grobstoffe hoher Härte (Metallteile, Steine o. ä.) scheiden sich durch Schwerkraftsedimentation im untersten Bereich des Anmaischbehälters ab. Der angemaischte Filterrückstand wird zerkleinert und ein Teilstrom zur Erhöhung der Strömungsturbulenz tangential in den Anmaischbehälter zurückgeführt. Der andere Teilstrom wird vor der Filtrationsstufe in den Prozesswasserstrom zurückgeführt. Anschließend wird das Prozesswasser mit bekannten Verfahren weiter behandelt. Die Erfindung zeichnet sich neben einer Reihe anderer Vorteile dadurch aus, dass keine die Umwelt belastenden gasförmigen Stoffe in die Atmosphäre gelangen.

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf Prozesswässer, die bei der Kühlung und Reinigung von Gasen anfallen, die nach den Verfahren der Festbettdruckvergasung sowie der Schlackebadvergasung von festen kohlenstoffhaltigen Abfallstoffen entstehen. Die Vergasung der festen kohlenstoffhaltigen Abfallstoffe kann dazu mit oder ohne Zumischung von Kohlen erfolgen. Die während des Prozesses der Kühlung und Reinigung der genannten Gase anfallenden Prozesswässer enthalten einen Anteil von festem Überkorn, der unvergast oder teilvergast mit dem Gasstrom ausgetragen wird und sich störend auf die Prozesswasseraufbereitung und die Weiterverarbeitung der während dieses Prozesses anfallenden Nebenprodukte, speziell des Teer-Öl-Feststoff-Gemisches auswirkt.
• Der derzeit praktizierte Stand der Technik zur Aufbereitung von Prozesswässern, die bei der Kühlung und Reinigung von nach den Prinzipien der Festbettdruck- sowie der Schlackebadvergasung aus festen kohlenstoffhaltigen Abfallstoffen erzeugten Gasen anfallen, ist folgender:
  Das kontinuierlich anfallende Dickteer-Teeröl-Phenolwasser wird in einem geschlossenen Entsorgungssystem durch Schwerkraftabscheidung in ein Teer-Öl-Feststoff- Gemisch und in Klarwasser getrennt. Das Teer-Öl-Feststoff-Gemisch wird anschließend in einen Festbett-, Flugstrom- oder Schlackebadvergaser geführt und dort verwertet. Diese Verfahren setzen eine bestimmte Korngrößenverteilung des Feststoffanteils im Teer-Öl-Feststoff-Gemisch voraus, d. h., letzteres darf keine Grobstoffe oberhalb von 15 mm enthalten. Die Aushaltung solcher störenden Produktbestandteile erfolgt derzeit vor dem Verfahrensschritt Schwerkraftabscheidung im entspannten Dickteer-Teeröl-Phenolwasserstrom durch parallel angeordnete Filtrationsstufen. Dabei werden mit zwei wechselseitig beaufschlagbaren Siebkorbfiltern alle Verunreinigungen mit einer Korngröße über 10 mm bzw. 15 mm abgeschieden. Je nach technologisch erforderlicher maximaler Teilchengröße ist die Zuschaltung einer nachfolgenden Kantenspaltfilteranlage mit Filtereinsätzen unterschiedlicher Öffnungsweiten möglich. Bei beiden Filtrationsverfahren wird der Filterrückstand über Entspannungsvorgänge in die Atmosphäre abgegeben.
• Als problematisch erweisen sich dabei folgende Umstände:
  
• - erhebliche Emissionen gasförmiger Stoffe aus dem Filterrückstand in die Atmosphäre bei jedem Entspannungsvorgang, verbunden mit Belästigungen des an den Filtern arbeitenden Bedienpersonals,
• - erschwerte Arbeitsbedingungen für das Bedienpersonal durch das Tragen von Körperschutzmitteln (Gummianzug und Gesichtsschutz)
• - großer manueller Arbeitsaufwand bei der gesamten Schlammlogistik außerhalb der Filter (Austrag, Überführung in Transportbehältnisse und Umschlag derselben) infolge fehlender Automatisierungsmöglichkeiten und sehr ungünstiger Fördereigenschaften der Rückstände,
• - mengenmäßig stark überhöhter Anfall an Filterkuchen durch ständige Ausbildung einer Anschwemmschicht aus Feinkornanteilen auf der Filteroberfläche,
• - erhebliche Aufwendungen für die Zwischenlagerung, den Transport und die Entsorgung der Filterrückstände.
• Aus der Literatur ist ein Verfahren zur Müllvergasung nach DE 43 25 689 A1 bekannt geworden, nach dem im Ablauf einer Gasreinigungseinrichtung ein Partikel- und/oder Aerosolfilter angeordnet ist. Die herausgefilterten Stoffe werden jedoch nicht aufbereitet und in den Abwasserstrom rückgeleitet sondern dem Entgasungskanal und/oder dem Hochtemperaturreaktor bei der Müllvergasung und/oder einem Schlammsammelbecken der Wasseraufbereitungsanlage zugeführt. Die Handhabung der herausgefilterten Stoffe ist nicht beschrieben.
• Die Entlassung der Filtrate in die Atmosphäre ist zumindest bei einem der beschriebenen Wege der Filtrate anzunehmen, wodurch die weiter oben schon genannten Nachteile auch hier angenommen werden müssen.
• Ziel und Aufgabe der Erfindung ist es, für den Prozess der Vergasung von festen kohlenstoffhaltigen Abfallstoffen eine Lösung für ein funktionssicheres, emissionsfreies, kostengünstiges und auch genehmigungsfähiges Verfahren zur Dickteer- Teeröl-Phenolwasser-Filtration in geeigneter Anlage zu finden, nach der keine den Prozess negativ beeinträchtigenden Rückstände verbleiben.
• Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass zwei automatisch arbeitende Rückspülfilter parallel zueinander an die Dickteer-Teeröl-Phenolwasserleitung angeschlossen werden. Zum Anschluss der beiden Rückspülfilter wird die Dickteer- Teeröl-Phenolwasserleitung vor der Filteranlage aufgetrennt. Es kommen Rückspülfilter mit mehreren Lochtrommeleinsätzen sowie außen an den Lochtrommeln anliegenden Abstreifern zum Einsatz. Zur Abreinigung der Filterelemente werden die innenliegenden Lochtrommeln durch einen auf dem Deckel des Filtergehäuse aufsetzenden Elektrogetriebemotor gedreht. Das führt zum Abstreifen der am Filter haftenden Grobstoffe. Zur Vorabscheidung grober Bestandteile aus dem Dickteer-Teeröl- Phenolwasser erhalten die Filtergehäuse einen konisch ausgeführten Sumpf, der tangential im unteren Teil angeströmt wird.
• Der Wechsel in der Beaufschlagung der Filter mit Produkt erfolgt in Abhängigkeit vom gemessenen Druckverlust über den Filtereinsätzen und wird durch Stellarmaturen in den Zu- und Ableitungen realisiert. Bei Anstieg des Differenzdruckes über den Filter erfolgt nach der Filterumstellung ein automatischer Spülvorgang mittels Spülwasser oder Filtrat, wodurch der Filterrückstand in den unterhalb der Filter angeordneten Anmaischbehälter transportiert und die Filtereinsätze gereinigt werden.
• Der Behälter dient als Anmaischgefäß für den ausgeschleusten Filterkuchen und ist mit einem Rührwerk ausgestattet. Um einen hydraulischen Transport zu gewährleisten, wird dem Filtrat über den Behälterauslaufstutzen Spülwasser zugemischt. Das Rührwerk hat zusammen mit dem Spülwasser die Aufgabe, sedimentierende Feinstoffe aufzuwirbeln und so den Raum oberhalb der Austragsarmatur für Grobstoffe hoher Dichte (insbesondere Metallteile) freizuhalten. Der Austrag dieser Grobstoffe erfolgt emissionsfrei über eine mit Spülwasser, Stickstoff oder Dampf spülbare Schleuse. Die Restflüssigkeit aus der Schleuse wird unter einer Stickstoff- oder Dampfbeaufschlagung in einen Slopbehälter abgeführt.
• Sowohl der Anmaisch- als auch der Slopbehälter sind zur Atmung an ein Niederdruckgassystem angeschlossen.
• Der Anmaischbehälter ist zur Vermeidung von Wandbildungen im unteren Teil konisch ausgeführt, zudem erhält er eine außen anliegende Beheizung.
• Aus dem Anmaischbehälter saugt eine Kombination aus je einem Vor- und Naßzerkleinerer, die redundant ausgelegt ist, das angemaischte Produkt über einen seitlich im konischen Teil angeschweißten Stutzen ab und pumpt es nach dem Zerkleinerungsvorgang tangential oberhalb dieses Stutzens wieder in den Behälter zurück (Zirkulation). Die Auswahl der Vor- und Naßzerkleinerer richtet sich nach der maximal zulässigen Teilchengröße im Prozesswasserstrom.
• Aus dem Zirkulationskreislauf nach den Nasszerkleinerungsmaschinen entnehmen zwei wahlweise zuschaltbare Prozesswasserpumpen in Abhängigkeit vom Füllstand im Anmaischbehälter das aufbereitete Produkt und fördern es vor die Filtrationsstufe in den Prozesswasserstrom zurück. Die Pumpen erhalten einen Antrieb mit Drehzahlregelung, die es gestattet, in Abhängigkeit vom Behälterfüllstand auf veränderte Abfördermengen während der Spülvorgänge zu reagieren.
• Um im Störfall der Filteranlage den Betriebsablauf nicht unterbrechen zu müssen, erhält die Anlage eine Umfahrungsmöglichkeit mit integriertem Siebkorbfilter. Die Abführung der Filterrückstände erfolgt durch Rückspülung mit Filtrat oder durch Aufgabe von Spülwasser ohne Aufbereitung in einen der Filteranlage vorgeschalteten Behälter im Prozesswasserstrom.
• Vorteile des neuen Verfahrens:
  
• - keine Emissionen gasförmiger Stoffe in die Atmosphäre
• - keine Aufwendungen für die Zwischenlagerung, den Transport und die Entsorgung der Filterrückstände, da der Filterkuchen im geschlossenen System aufbereitet und anschließend dem Prozesswasserstrom wieder zugeführt wird
• - keine erschwerten Arbeitsbedingungen für das Bedienpersonal, da das Tragen von Körperschutzmitteln entfällt,
• - automatischer Betrieb der Filteranlage und damit kein manueller Arbeitsaufwand
• - hohe Anlagenverfügbarkeit durch die redundante Auslegung der Filter, Zerkleinerungsmaschinen und Förderpumpen.
• Die Erfindung soll an einem Ausführungsbeispiel mittels des Fließschemas Fig. 1 näher erläutert werden.
• Der bei der Festbettdruckvergasung anfallende Mengenstrom von bis zu 250 m³/h Dickteer-Teeröl-Phenolwasser 1 fließt nach der Entspannungsstufe in einen Dickteer-Teeröl-Phenolwasser-Sammelbehälter 2 und wird von dort mittels der Staub- Dickteer-Pumpen 3 bei einem Betriebsdruck von 3,5 bis 4,5 bar zur Filteranlage mit den wechselseitig arbeitenden Rückspülfiltern 4 gefördert. Die Trennapparate sind als Siebtrommelfilter mit je drei Einsätzen in einem Gehäuse ausgelegt. Der Durchmesser der Sieböffnungen beträgt 10 mm. Der Schaltpunkt des Filterwechsels liegt je nach Prozesswassermenge bei einem Differenzdruck über den Filter zwischen 0,2 und 0,3 bar und ist über eine Sollwertvorgabe vom Anlagenfahrer frei wählbar. Das gefilterte Dickteer-Teeröl-Phenolwasser (Filtrat) 5 wird anschließend zur Verfahrensstufe der Schwerkraftabscheidung weitergeleitet.
• Nach der Filterumstellung erfolgt ein automatischer Spülvorgang mittels Spülwasser 15 oder Filtrat 5, wodurch der Filterrückstand 6 in den unterhalb der Filter angeordneten Anmaischbehälter 7 transportiert und die Filtereinsätze gereinigt werden. Der Behälter fungiert als Vorlage für die anschließende Aufbereitung und Abförderung des angemaischten Filterrückstandes. Dazu sind an das konische Behälterunterteil zwei redundant fahrbare Kombinationen aus je einem Doppelwellengrobstoffzerkleinerer 10 und einem Naßzerkleinerer 11 angeschlossen. Diese Maschinenanordnung saugt kontinuierlich das angemaischte Produkt 9 mit einem Volumenstrom von ca. 20 m³/h aus dem Behälter ab und speist es nach dem Passieren der Zerkleinerer wieder in das zylindrische Behälteroberteil ein, wodurch die ständige Umwälzung der Suspension gegeben ist. Dabei wird die mitgeführte Grobstofffraktion in den Zerkleinerungsmaschinen auf eine Korngröße unter 10 mm gebracht. Aus dem Umwälzkreislauf 12 entnehmen die wiederum wahlweise zuschaltbaren Förderpumpen 13 in Abhängigkeit vom Behälterfüllstand einen Teilstrom 14 und fördern diesen in den Dickteer-Teeröl-Phenolwasser-Sammelbehälter 2. Die Aantriebe der Pumpen besitzen eine Drehzahlregelung, die deren Förderleistung an die Füllstandsentwicklung im Anmaischbehälter 7 anpasst.
• Zum Schutz der Zerkleinerer und der Förderpumpen vor mechanischem Verschleiß bzw. Beschädigungen durch Grobstoffe hoher Härte (Metallteile, Steine o. ä.) erfolgt im Anmaischbehälter außerdem die Abscheidung solcher Teile durch Sedimentation. Hierzu besitzt der Behälter ein Rührwerk 8, das die leichteren Feststoffe in der Spitze des Behälterkonus in Bewegung hält und so schwerere Feststoffanteile bevorzugt in der Nähe des Behälterablaufstutzens absetzen lässt. Die im gleichen Bereich installierte Aufgabe des Spülwassers 15 bewirkt einen Klassiereffekt, auf Grund dessen leichtere Teilchen wieder aufgeschwemmt werden und nur die spezifisch absolut schweren Grobstoffpartikel im Behälterablauf verbleiben. Der halbjährlich durchzuführende Austrag der so im Behälterkonus abgeschiedenen Feststoffe erfolgt manuell durch Ablassen des Sedimentes 16 in die darunter befindliche Grobstoffschleuse 17. Diese besitzt im Inneren eine Siebplatte mit einer Öffnungsweite von 10 mm zur Rückhaltung grober Teilchen. Überschüssiges Wasser sowie mitgeführte kleinere Partikel 18 können in den Prozesswasserstrom rückgeführt werden, die größeren Anteile verbleiben auf dem Sieb.
• Unabhängig von den Rückspülfiltern 4 ist für den Störfall ein zusätzlicher Siebkorbfilter 19 mit Abführung des Filterrückstandes 20 in den Dickteer-Teeröl-Phenolwasser-Sammelbehälter 2 angeordnet. Bezugszeichenliste 1 Dickteer-Teeröl-Phenolwasser
  2 Dickteer-Teeröl-Phenolwasser-Sammelbehälter
  3 Staub-Dickteer-Pumpen
  4 Rückspülfilter
  5 Gefiltertes Dickteer-Teeröl-Phenolwasser (Filtrat)
  6 Filterrückstand
  7 Anmaischbehälter
  8 Rührwerk
  9 Angemaischtes Produkt
  10 Doppelwellengrobstoffzerkleinerer
  11 Naßzerkleinerer
  12 Umwälzkreislauf
  13 Förderpumpen
  14 Teilstrom
  15 Spülwasser
  16 Sediment
  17 Grobstoffschleuse
  18 Überschüssiges Wasser und kleinere Partikel
  19 Siebkorbfilter
  20 Filterrückstand Siebkorbfilter
  

Claims (2)

1. Verfahren zur Prozesswasseraufbereitung von Prozesswässern, die im Prozess der Vergasung von festen kohlenstoffhaltigen Abfallstoffen nach den Verfahren der Festbettdruck- und der Schlackebadvergasung bei der Kühlung und Reinigung der dabei entstehenden Gase anfallen, mit den folgenden Verfahrensschritten:

- Filtern des aus den Dickteer-Teeröl-Phenolwasser-Sammelbehälter entnommenen Dickteer-Teeröl-Phenolwassers in zwei parallelen, separaten Rückspülfiltersystemen, von denen jeweils nur ein Rückspülfiltersystem mit der Gesamtmenge des zu filternden Produktes betrieben wird,

- Eigenreinigung der zwei parallelen Rückspülfilter mittels innenliegender drehbarer Lochtrommeleinsätze und feststehenden Abstreifern,

- Abtrennung der groben Bestandteile des zu filternden Produktes mittels tangentialer Einströmung im unteren Bereich der Filtergehäuse,

- automatischer Wechsel der Beaufschlagung der Rückspülfiltersysteme in Abhängigkeit vom Druckverlust über den Filtereinsätzen mit anschließender Spülung und Reinigung derselben,

- Transport des Filterrückstandes beider Rückspülfilter in einen an ein Niederdruckgassystem angeschlossenen Anmaischbehälter, wobei das Anmaischen unter ständigem Rühren durch die Beaufschlagung mit Spülwasser erfolgt,

- Trennung des zugeführten Filterrückstandes im konischen Unterteil des Anmaischbehälters in Grobstoffe hoher Dichte (Metalle, Steine u. a.), die sich im Auslaufstutzen des Anmaischbehälters sammeln, und Feinstoffe, die mittels Spülwasser und eines Rührwerkes im aufgewirbelten Zustand verbleiben, diskontinuierliche Abführung der Grobstoffe hoher Dichte aus dem Auslaufstutzen des Anmaischbehälters in eine Grobstoffschleuse,

- Absaugung des angemaischten und aufgewirbelten Produktes aus dem Anmaischbehälter und anschließende Zerkleinerung desselben auf eine gewünschte Korngröße in einem oder mehreren Zerkleinerungsvorgängen und Rückführung eines Teiles des Produktes nach der Zerkleinerungsstufe in den Anmaischbehälter oberhalb der Absaugstelle,

- Entnahme des anderen Teiles des Produktes nach dem Zerkleinerungsvorgang in Abhängigkeit vom Füllstand im Anmaischbehälter und Rückführung in den Prozesswasserstrom vor die Filtrationsstufe,

- Umfahrungsmöglichkeit für das Prozesswasser bei Störungen in der Filtrationsstufe mit zusätzlichem Siebkorbfilter,

- weitere Verarbeitung des inzwischen von Grobstoffen befreiten Prozesswassers nach bekannten Verfahren.

2. Anlage zur Prozesswasseraufbereitung von Prozesswässern, die im Prozess der Vergasung von festen kohlenstoffhaltigen Abfallstoffen nach den Verfahren der Festbettdruck- und der Schlackebadvergasung bei der Kühlung und Reinigung der entstehenden Gase anfallen, zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit folgender Anlagenanordnung in Fließrichtung der Prozesswässer:

- Anordnung eines von der Atmosphäre getrennten Dickteer-Teeröl-Phenolwasser-Sammelbehälters von für die gesamte anfallende Prozesswassermenge ausreichender Größe, mit nachgeschalteter Förderpumpe,

- Anordnung zweier paralleler, abwechselnd und automatisch betriebener Rückspülfilter mit konisch ausgeformtem Sumpf, die jeweils mehrere drehbare innenliegende Lochtrommeleinsätze mit außen anliegenden Abstreifern aufweisen, wobei die Lochdurchmesser der Lochtrommeln 10 mm betragen, und weitere Einrichtungen zur Prozess- und Spülwasserzu- und -abführung,

- Anordnung eines den Filterrückstand der Rückspülfilter aufnehmenden Anmaischbehälters mit konischem Behälterunterteil, einem Rührwerk im konischen Unterteil und Einrichtungen zur Zu- und Abführung der Produkte einschließlich eines Kreislaufes für das angemaischte und zerkleinerte Produkt,

- Anordnung von Vor- und Nasszerkleinerungseinrichtungen im genannten Kreislauf für das angemaischte Produkt einschließlich von Förder-, Zu- und Abführungseinrichtungen,

- Anordnung einer von der Atmosphäre getrennten Grobstoffschleuse unterhalb des Anmaischbehälters mit Rückführungseinrichtungen für überschüssiges Wasser und kleinere Partikel,

- Anordnung einer Siebeinlage in der Grobstoffschleuse mit einer für das Verfahren gewünschten Öffnungsweite für die Zurückhaltung der Grobstoffe,

- Anordnung eines zusätzlichen unabhängigen Siebfilters mit selbständigen Einrichtungen zur Anbindung an das System.