DE102007011763B3

DE102007011763B3 - Verfahren zur katalytischen Aufbereitung von Klärschlamm und Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE102007011763B3
Application number: DE200710011763
Authority: DE
Inventors: Juergen Buchert
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-03-10
Filing date: 2007-03-10
Publication date: 2008-11-20
Anticipated expiration: 2027-03-11
Also published as: US20100288622A1; US20080217157A1; US8722948B2; US7803333B2

Abstract

Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass der Klärschlamm (S1) mit einer Biomasse (S2) zusammengebracht wird, dass die Mischung (M) aus Klärschlamm (S1) und Biomasse (S2) in einer geheizten Mischerpumpe (P) einer Cracktemperatur (T), insbesondere im Bereich von 250° bis 380°C, ausgesetzt wird, wobei sie eine Crack-Reaktion erfährt, dass das Reaktionsgemisch (N) direkt in der Mischerpumpe (P) ausgegast wird, dass danach der ausgegaste Bestandteil (D) und der feste Bestandteil (R) des Reaktionsgemisches (N) separat aus der Mischerpumpe (P) ausgetragen werden, dass der ausgegaste Bestandteil (D) abgekühlt und zur Verwendung bereitgestellt wird, und dass der feste Bestandteil (R) in einen Reststoffbehälter (RB) eingebracht und zur weiteren Verwendung bereitgestellt wird. - Die Einrichtung zeichnet sich insbesondere durch eine Mischerpumpe (P) und einen Wärmegewinnungs-Behälter (W) aus.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur thermischen Aufbereitung von Klärschlamm unter Einwirkung mindestens eines Katalysators sowie auf eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Klärschlamm im Sinne dieser Erfindung ist bevorzugt ein so genannter „teil-trockener Klärschlamm" mit einem Feuchtigkeitsanteil von weniger als oder nicht viel mehr als 10% Wasser. Übliche teilgetrocknete Klärschlämme enthalten in der Regel etwa 60% anorganische Stoffe, etwa 30% organische Stoffe und etwa 10% Wasser. Es können jedoch auch Klärschlämme mit einem höheren Wassergehalt bei entsprechender Aufbereitung eingesetzt werden.
Ein großes Problem bildet heutzutage die Beseitigung von Klärschlamm. Dieser Klärschlamm fällt in Industrieanlagen, aber auch bei Kläranlagen an. Ein solcher Schlamm wird häufig nicht mehr von Landwirten zur Düngung von Feldern angenommen, da er einerseits mit organischen Giftstoffen, andererseits aber auch mit gesundheitsschädlichen Schwermetallen belastet sein kann. Diese Stoffe können an die auf den Feldern wachsenden Pflanzen und Früchte weitergegeben werden. Es muß unbedingt verhindert werden, dass solche Substanzen mit den Pflanzen und Früchten verzehrt oder anders in Nahrungsmittel hineingelangen. Auch die thermische Beseitigung durch Verbrennen bereitet Umweltprobleme. Eine Beseitigung des Klärschlamms auf anderem Wege wäre daher wünschenswert.
Aus der DE 21 2004 000 012 U1 ist ein katalytischer Reaktor bekannt, der ein beheizbares, vertikal angeordnetes Reaktorrohr, eine am Anfang des Reaktorrohrs angeordnete Zuführungseinrichtung für die Beschickung des Reaktorrohrs mit organischem Material (Biomaterial, z. B. Klärschlamm) und ein Fördersystem mit Transportschnecke, mit der das organische Material im Rohr transportiert wird, besitzt. Bei dem Transport durch das Reaktorrohr wird das organische Material unter Luftausschluss infolge der Wärmezufuhr langsam katalytisch zersetzt. Das entstehende Gas wird in einen Gasabzug und der entstehende feste Reststoff wird in einen Behälter gegeben. Die Konvertierungstemperatur beträgt 200° bis 600°C. Es entsteht Konvertierungskohle, die als katalytisches Material vom Behälter aus zum Teil an den Anfang des Reaktorrohrs zurückgeführt wird.
Wichtig bei dem bekannten Reaktor ist es, dass die genannte Konvertierungskohle entsteht. Die Rückführung eines Teils davon hat den Sinn, dass die in ihr vorhandenen Spurenelemente dem neu zugeführten Biomaterial als Katalysatoren zugesetzt werden und die Vergasung des Biomaterials fördern. Die für den Prozess nicht benötigte Konvertierungskohle wird an einem Konvertierungskohlenabzug entnommen und entsorgt. Ihr Energieinhalt geht für den Prozess verloren. Darüber hinaus ist bei einem jeden Biomaterial, das für sich allein dem Prozess unterworfen würde, nicht gewährleistet, dass es ausreichend katalytisches Material enthält, so dass ein katalytischer Zersetzungsprozess einsetzen kann.
Aus der DE 693 12 723 ist eine Vorrichtung bekannt, die Mittel zum Mischen eines Ausgangsmaterials mit einer Prozessflüssigkeit (wie Wasser) und zur Bildung einer Emulsion oder eines Breis aufweist. Es ist eine Einrichtung vorgesehen, um den Brei unter Druck zu setzen und zu erhitzen, und der Brei wird dann einer Einrichtung zugeführt, um den Druck rasch auf einen relativ niedrigen Wert zu verringern und die Temperatur weiter zu erhöhen. Der rasche Druckabfall und die Temperaturerhöhung bewirken, dass Komponenten des Breis in flüchtiges Gas konvertiert werden und sich von dem restlichen Brei trennen, der in Form von Feststoffen aus der Vorrichtung entfernt wird. Das Gas wird einem oder mehreren Kondensern zugeführt, die das Gas in nützliche Flüssigkeiten, wie Öl unterschiedlicher Klassen, trennen.
Bei dieser Vorrichtung geht es also um das Mischen eines Ausgangsmaterials mit einer Prozessflüssigkeit (wie z. B. Wasser) zwecks Bildung eines Breis, aus dem dann Feststoffe entfernt werden. Diese Vorrichtung dient also nicht zur katalytischen Aufbereitung von Klärschlamm mit Hilfe von Biomasse, die dadurch gleichzeitig beseitigt wird.
Aus der DE 38 26 520 C2 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Pyrolyse von Klärschlamm bekannt. Die Vorrichtung besitzt einen Pyrolysereaktor zur Umsetzung von Klärschlamm, der im wesentlichen aus einem von außen beheizten Rohr besteht, dem an einem Ende eine Abfallzugabevorrichtung und am anderen Ende eine Austragsvorrichtung zugeordnet ist, wobei das Rohr eine rotierende Einrichtung zum Transport von Klärschlamm und seinen festen Reaktionsprodukten aufweist.
Auch bei dieser Vorrichtung geht es nicht um eine katalytische Aufbereitung des Klärschlamms, schon gar nicht um die Beimischung von Biomasse.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein besonders einfaches Verfahren zur Aufbereitung von bevorzugt teiltrockenem Klärschlamm anzugeben, das die weitgehende Spaltung der im Klärschlamm enthaltenen organischen Substanzen sowie die Abtrennung der darin enthaltenen Feststoffe auf thermischem Wege und ihre Nutzung ermöglicht. Auch soll eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens angegeben werden. Das Verfahren soll natürlich kostengünstig durchführbar sein; entsprechend soll es möglich sein, die Einrichtung kostengünstig aufzubauen.
Die Erfindung beruht auf der überraschenden Erkenntnis und auf diese Erkenntnis belegenden Experimenten, dass beim Zusammenbringen von üblichem Klärschlamm mit biologischer Masse („Biomasse") und bei thermischer Einwirkung ein katalytischer Prozeß einsetzt, der bei sorgfältiger Führung dieses Prozesses zu einem weitgehenden Abbau der organischen Substanzen sowohl im Klärschlamm als auch in der biologischen Masse führt. Unter „biologischer Masse" werden hier vornehmlich Abfallstoffe, wie z. B. Rapsreste, Holzreste (z. B. Sägemehl), Zuckerrüben-Reststoffe, Trester vom Bierbrauen oder von der Schnapsherstellung, Tiermehl, Zellulose aus der Papierherstellung, Preßkuchen aus der Futtermittel-Herstellung für Tiere, Stroh und dgl., aber auch andere Substanzen, wie die verschiedenen Getreidearten, Mais, etc. verstanden.
Dieser katalytische Prozeß beruht vermutlich auf der Tatsache, dass Klärschlamm in der Regel eine Menge an Substanzen enthält, die bezüglich der biologischen Masse katalytisch wirken. Diese Substanzen sind möglicherweise die mineralischen Bestandteile des Klärschlamms.
Die thermisch-katalytische Wirkung auf die biologische Masse hängt von der Zusammensetzung des Klärschlamms ab. Diese Zusammensetzung kann stark variieren. Dennoch: Es wurde gefunden, dass der Klärschlamm, der z. B. aus kommunalen Kläranlagen oder aus Industrieanlagen stammt, insbesondere in Form von „teil-trockenem Klärschlamm", ebenso wie die zugeführte biologische Masse so in dem beschriebenen Verfahren zur Reaktion gebracht werden können, dass die organischen Bestandteile aus beiden Eingangsstoffen katalytisch gecrackt werden. Zurück bleibt nur noch ein fester Reststoff, der z. B. endgelagert werden kann.
Die genannte Aufgabe bezüglich des Verfahrens wird demzufolge erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass

a. der Klärschlamm mit einer Biomasse zusammengebracht wird,
b. dass die Mischung aus Klärschlamm und Biomasse in einer geheizten Mischerpumpe einer Cracktemperatur im Bereich von 250° bis 380°C ausgesetzt wird, wobei sie eine Crack-Reaktion erfährt,
c. dass das Reaktionsgemisch direkt in der Mischerpumpe ausgegast wird,
d. dass danach der ausgegaste Bestandteil und der feste Bestandteil des Reaktionsgemisches separat aus der Mischerpumpe ausgetragen werden,
e. dass der ausgegaste Bestandteil abgekühlt und zur Verwendung bereitgestellt wird,
f. dass der feste Bestandteil in einen Reststoffbehälter eingebracht und zur weiteren Verwendung bereitgestellt wird,
g. dass dem festen Bestandteil reiner Sauerstoff oder Luft zugeführt wird,
h. dass dem festen Bestandteil Wärme entzogen wird, und
i. dass die Wärme im vorliegenden Verfahren genutzt wird.

Von besonderer Bedeutung ist dabei die Zuführung von Luft oder Sauerstoff. Es hat sich nämlich überraschenderweise herausgestellt, dass sich dadurch eine hohe Temperatur im ausgetragenen Reststoff entwickelt. Die Wärme kann gut für den Verfahrensprozeß, z. B. zum Vorwärmen der Substanz(en) und/oder zum Beheizen der Mischerpumpe, genutzt werden.
Es ist vorteilhaft, wenn der Klärschlamm mit der Biomasse vor der geheizten Mischerpumpe zusammengebracht wird.
Im Normalfall werden bei diesem Verfahren lediglich die im Klärschlamm ohnehin vorhandenen Substanzen wegen ihrer katalytischen Wirkung auf die thermische Reaktion eingesetzt. Mit anderen Worten: Man kommt vorteilhafterweise ohne Zusatz eines weiteren Katalysators oder gar mehrerer Katalysatoren aus, die extra beigegeben werden müssten. Im Sonderfall kann natürlich auch ein solcher externer Katalysator zugegeben werden. In diesem Fall wird dann dem Klärschlamm und/oder der Biomasse, insbesondere beim Vorgang des Zusammenbringens, eine Katalysatormasse beigemischt.
Weiter vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Das hier vorgestellte Verfahren hat den großen Vorteil, dass neben dem organischen Anteil des Klärschlamms auch die biologische Masse, die weitgehend als schwer verwertbarer Abfall betrachtet werden kann, beseitigt wird. Der weitere Vorteil besteht darin, dass Reststoff (der feste Bestandteil vom Reaktionsgemisch) abgegeben wird, dessen Energieinhalt zur Elektrizitäts- und/oder Wärmeerzeugung für verschiedene Zwecke herangezogen werden kann.
Die genannte Aufgabe hinsichtlich der Einrichtung wird erfindungsgemäß gelöst durch

a. einen ersten Aufnahmebehälter zur Aufnahme des Klärschlamms,
b. einen zweiten Aufnahmebehälter zur Aufnahme der Biomasse,
c. eine auf Cracktemperatur aufheizbare Mischerpumpe, an die der erste und der zweite Aufnahmebehälter angeschlossen sind,
d. eine Ausgasleitung, die zur Aufnahme des ausgegasten Bestandteils des Reaktionsgemisches an die Mischerpumpe angeschlossen ist,
e. eine mit der Ausgasleitung verbundene Destillationskolonne mit mindestens einem nachgeschalteten Kondensator zur Abgabe mindestens einer Fraktion des destillierten Reaktionsgemisches,
f. einen Reststoffbehälter, der über eine Austragsleitung an die Mischerpumpe angeschlossen und zur zeitweisen Aufnahme des festen Bestandteils des Reaktionsgemisches bestimmt ist,
g. einen an den Reststoff-Behälter angeschlossenen Wärmegewinnungs-Behälter mit Abgasleitung, wobei der Wärmegewinnungs-Behälter mit Sauerstoff oder Luft gespeist ist, und
h. einen mit dem Wärmegewinnungs-Behälter verbundenen Endstoff-Behälter.

Von besonderem Vorteil ist es, wenn die Mischerpumpe ein List-Mischer ist. Dieser sorgt für eine innige Vermischung der zugeführten Substanzen, daneben aber auch für eine katalytisch-thermische Trennung von ausgegasten flüchtigen Substanzen und festen Bestandteilen (Reststoff).
Bei dieser Einrichtung sollte der Klärschlamm und/oder die Biomasse unter Stickstoff-(N₂)-Druck stehen. Dabei kann der Stickstoff schon dem ersten Aufnahmebehälter für den Klärschlamm und/oder dem zweiten Aufnahmebehälter für die Biomasse aufgegeben sein.
In der Regel mögen die im Klärschlamm vorhandenen Substanzen für den Prozeß als Katalysator(en) ausreichend sein. Für Sonderfälle ist aber vorgesehen, dass zur Beimischung von Katalysatormasse ein dritter Aufnahmebehälter an die Mischerpumpe angeschlossen ist.
Die geheizte Mischerpumpe kann mit einer motorisch betriebenen Schnecke zur Vorwärts-Förderung der Mischung versehen sein.
Von besonderem Gewicht ist es, dass an den Reststoff-Behälter der erwähnte Wärmegewinnungs-Behälter angeschlossen ist, der mit Sauerstoff oder Luft gespeist ist. Die hier gewonnene thermische Energie kann für verschiedene Zwecke, insbesondere für das Verfahren selbst, verwendet werden.
Zur Wärmeweiterleitung kann vorgesehen sein, dass der Wärmegewinnungs-Behälter mit einem Doppelmantel versehen ist, der an einen Thermoöl-Kreislauf angeschlossen ist. Dabei kann bevorzugt der Öl-Kreislauf zur Aufheizung der Mischerpumpe diese mit einschließen.
Signifikant ist, dass hier die gegebenenfalls eingesetzte Katalysatormasse aus dem Reststoff wiedergewonnen werden kann. Dazu ist vorgesehen, dass der Endstoff-Behälter mit einer Einrichtung zur Rückgewinnung der Katalysatormasse in Verbindung steht.
Die vom Wärmegewinnungs-Behälter gewonnene thermische Energie kann mittels einer geeigneten Einrichtung in Form von Dampf an eine Turbine abgegeben werden. Die Turbine sollte an einen Generator angeschlossen sein. Dieser Generator kann elektrisch mit dem öffentlichen Netz verbunden sein.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand einer Figur näher erläutert. Die Figur zeigt eine Einrichtung, bei der mittels einer beheizten Mischerpumpe durch Cracken ausgegaste Bestandteile und feste Bestandteile eines katalytischen Gemisches von Klärschlamm und Biomasse zur weiteren Verwendung bereitgestellt werden.
Nach der Figur besitzt die dargestellte Einrichtung einen ersten Aufnahmebehälter A1 mit abschließbarem Einlaß a1 zur Aufnahme von feinteiligem, teilgetrocknetem Klärschlamm S1. Der Wassergehalt beträgt höchstens 10%. Am unteren Ende ist ein Dosierventil d1 angeordnet. Bei diesem Ventil d1 handelt es sich um eine steuerbare Zufuhreinrichtung, die mit einer Transporteinrichtung in Form einer Schnecke b1 zur Weiterleitung des Klärschlamms S1 entlang der gezeigten Ausgangsleitung in Verbindung steht. Oberhalb des Klärschlamms S1 steht ein Stickstoff-Polster p1. Weiterhin ist ein zweiter Aufnahmebehälter A2 mit abschließbarem Einlaß a2 zur Aufnahme von feinteiliger oder feinkörniger Biomasse S2 vorgesehen. Bei dieser Biomasse S2 kann es sich insbesondere um die eingangs genannten Substanzen, die in der Landwirtschaft als Abfallprodukte anfallen, handeln. Am unteren Ende dieses zweiten Aufnahmebehälters A2 ist entsprechend ein Auslaß- oder Dosierventil d2 angeordnet. Auch hier kann die Biomasse S2 – in der Quantität gesteuert – in die Ausgangsleitung weitergeleitet werden, und zwar unter Zuhilfenahme einer Transporteinrichtung mit einer Schnecke b2. Auch hier sollte oberhalb der Biomasse S2 ein Stickstoff-Polster p2 vorhanden sein.
Die Ausgangsleitungen der beiden Behälter A1, A2 sind an einer Mischstelle H zusammengeführt. Hier werden der Klärschlamm S1 und die Biomasse S2 mit einander zu einer Mischung M vermischt.
Entsprechend ist ein dritter Aufnahmebehälter A3 mit steuerbarem Einlaß a3 zur Aufnahme von feinkörniger Katalysatormasse K vorgesehen. Am unteren Ende sind wiederum ein Dosierventil d3 und eine Transporteinrichtung mit Schnecke b3 angeordnet, die an die Mischstelle H angeschlossen ist.
Es kann hier insbesondere ein Katalysator eingesetzt werden, der unter dem Namen „Tricat 407" von der Firma Tricat, Chemiepark-Str., DE-06749 Bitterfeld, bezogen werden kann.
An dem von der Mischstelle H ausgehenden Mischrohr schließt sich eine Mischerpumpe P an. Diese ist das Kernstück der Anlage. Sie dient zur intensiven Mischung und Aufheizung der zugeführten Mischung M auf Crack-Temperatur T. Der Wärmeeintrag ist durch kleine Pfeile markiert. Die Crack-Temperatur T lag bei den untersuchten Substanzen im Bereich von 250° bis 380°C. Vorliegend handelt es sich um einen lang gestreckten List-Mischer. Er besitzt eine motorisch betriebene Schnecke X zur Vorwärts-Förderung der Mischung M. Zum Antriebe der Schnecke X dient hier ein Elektromotor I.
Die PD Mischerpumpe PD besitzt – wie gezeigt – bevorzugt einen Doppelmantel und ist bevorzugt in einem Thermoöl-Wärmekreislauf O1, O2 angeordnet, wobei als Thermoöl z. B. das bekannte Meganol 420 eingesetzt werden kann. Dies wird später noch näher verdeutlicht. Die in der Mischerpumpe P herrschende Temperatur T dient zum thermischen Aufbrechen (Cracken) der organischen Moleküle der Mischung M. Hierbei sind in der Mischung M vorhandene Substanzen, insbesondere die mineralischen Anteile des Klärschlamms S1, als Katalysatoren hilfreich. Es bildet sich ein Reaktions-Gemisch N, bei dem die zuvor vorhandenen Substanzen zu einem großen Teil katalytisch-thermisch aufgespalten wurden. Dieses Reaktionsgemisch N besitzt nun einen ausgegasten Bestandteil D und einen festen Bestandteil oder Reststoff R. Der feste Bestandteil R ist pulvriger Natur und häuft sich zu einem Berg an.
Es soll noch einmal betont werden: Die Mischerpumpe P dient hier zwei besonderen Zwecken: Zum ersten unterstützt sie den intensiven Mischprozeß des aus der Mischung M hervorgegangenen Reaktions-Gemisches N, und zum zweiten bewirkt sie eine Scherung der vorhandenen Partikel und damit eine Vergrößerung der Oberfläche und des Wirkungsgrades.
Beide Anteile D und R werden sodann letztlich der weiteren Verwendung zugeführt.
Der ausgegaste, flüchtige Bestandteil D gelangt über eine kurze Ausgasleitung in eine Destillationskolonne E. Hier wird der flüchtige Bestandteil D in die flüchtigen Fraktionen Leichtsieder G3, Mittelsieder G2 und Schwersieder G1 aufgeteilt, von denen nur die Fraktion der Leichtsieder G3 und ihre weitere Behandlung dargestellt sind. Die Behandlung der beiden anderen Fraktionen G1, G2 erfolgt entsprechend.
Die Fraktion G3 wird einem nachgeschalteten Kondensator F3 zugeführt, in dem sie abgekühlt und dadurch verflüssigt wird. Die dabei entstehende Wärme kann im Prozeß genutzt werden, z. B. zur Vorwärmung einer der Substanzen S1, S2 und K. Die verflüssigte Fraktion G3 wird sodann über eine Einrichtung zur Nachdestillation E3 in einen Flüssigkeits-Auffangbehälter oder Tank J3 geleitet, von dem aus sie zur weiteren Nutzung entnommen werden kann.
Von Bedeutung ist auch die folgende Behandlung des festen Bestandteils R. Sobald die Mischerpumpe P endseitig durch den Berg gefüllt ist, wird der feste Bestandteil R durch die oben angebrachte Öffnung in eine Austragsleitung U hineingeleitet, die in einen Reststoff-Behälter C mündet. Natürlich kann dieser Prozeß auch durch eine Fördereinrichtung (nicht gezeigt) unterstützt werden. Der Behälter C dient zur zeitweisen Aufnahme des Reststoffs R. Dieser hat hier z. B. eine Temperatur von 300°C.
Mit Hilfe einer Transporteinrichtung, die z. B. mit einer Austragsschnecke V1 versehen ist, gelangt er über eine gesteuerte Schleuse Q in einen Wärmegewinnungs-Behälter W mit Abgasleitung WA. Dieser ist für das vorliegende Verfahren von erheblicher Bedeutung, wie gleich noch verdeutlicht ist. Mit dem Behälter W steht über eine Transporteinrichtung mit Austragsschnecke V2 ein Endstoff-Behälter Y in Verbindung. Hier wird der feste Reststoff R aufgefangen. Er steht hier nach gewisser Abkühlung zur Beseitigung zur Verfügung, z. B. durch Endlagerung auf einer Deponie. Alternativ kann er mit einer Einrichtung (nicht gezeigt) zur Rückgewinnung der Katalysatormasse K im Reststoff R direkt in Verbindung stehen oder durch Transport verbunden werden.
Der Wärmegewinnungs-Behälter W besitzt zwei Besonderheiten. Zum einen wird der Innenraum gesteuert mit Luft L, alternativ mit reinem Sauerstoff O₂, über ein angedeutetes Ventil gespeist, und zum anderen besitzt er einen Doppelmantel, wie gezeigt, der Bestandteil eines Thermoöl-Kreislaufs O1, O2 mit Vorlauf O1 und Rücklauf O2 ist. Der Öl-Kreislauf O1, O2 schließt hier den Doppelmantel PD der Mischerpumpe P ein. Die im Behälter W gewonnene Wärme dient somit zur Aufheizung des Thermoöls, z. B. bis zu 400°C, und damit zum Cracken der Mischung M in der Mischerpumpe P. Natürlich kann gegebenenfalls auch eine zusätzliche Wärmequelle herangezogen werden. Mit dem Ventil und einer Temperaturmeßeinrichtung kann die Zugabe von Luft L oder Sauerstoff O₂ so gesteuert werden, dass die Temperatur von beispielsweise 400 Grad C nicht überschritten wird.
Die Anwendung des Wärmegewinnungs-Behälters W beruht auf einer überraschenden Erfahrung: Wird dem Reststoff R unkontrolliert Sauerstoff O₂ oder Luft L zugesetzt, so kann er sich sehr heftig erhitzen. Die beim Reststoffbehälter C beispielsweise angegebene Temperatur von 300°C kann erheblich überschritten werden; sie kann z. B. 700°C annehmen. Eine so hohe Temperatur würde das üblicherweise eingesetzte Thermoöl nicht vertragen. Daher sollte die Einspeisung von Luft L oder Sauerstoff O₂ gesteuert vorgenommen werden, z. B. über das angedeutete steuerbare Ventil, so dass eine Öltemperatur von z. B. 400°C nicht überschritten wird.

A1: Aufnahmebehälter für Klärschlamm
A2: Aufnahmebehälter für Biomasse
a1, a2, a3: Einlaß
B: Reststoffbehälter
b1, b2, b3: Schnecke
C: Reststoffbehälter
D: Ausgegaster Bestandteil von N
d1, d2, d3: Dosierventil
E: Destillationskolonne
E3: Einrichtung zur Nachdestillation
F1, F2, F3: Kondensator
G1, G2, G3: Fraktion
H: Mischstelle Elektromotor
J1, J2, J3: Auffangbehälter
K: Katalysatormasse
L: Luft
M: Mischung von S1 und S2
N: Reaktionsgemisch
O₂: Sauerstoff
O1, O2: Thermoöl-Kreislauf
P: Mischerpumpe
PD: Doppelmantel
p1‚ p2, p3: Stickstoffpolster
Q: Schnecke
R: fester Bestandteil von N, Reststoff
S1: Klärschlamm
S2: Biomasse
T: Cracktemperatur
U: Austragsleitung
V1, V2: Austragsschnecke
W: Wärmegewinnungs-Behälter
X: Schnecke
Y: Endstoff-Behälter
Z: Zuführungsleitung für K

Claims

Verfahren zur thermischen Aufbereitung von Klärschlamm (S1) unter Einwirkung mindestens einer Katalysatorsubstanz, dadurch gekennzeichnet, dass a. der Klärschlamm (S1) mit einer Biomasse (S2) zusammengebracht wird, b. dass die Mischung (M) aus Klärschlamm (S1) und Biomasse (S2) in einer geheizten Mischerpumpe (P) einer Cracktemperatur (T) im Bereich von 250° bis 380°C ausgesetzt wird, wobei sie eine Crack-Reaktion erfährt, c. dass das Reaktionsgemisch (N) direkt in der Mischerpumpe (P) ausgegast wird, d. dass danach der ausgegaste Bestandteil (D) und der feste Bestandteil (R) des Reaktionsgemisches (N) separat aus der Mischerpumpe (P) ausgetragen werden, e. dass der ausgegaste Bestandteil (D) abgekühlt und zur Verwendung bereitgestellt wird, f. dass der feste Bestandteil (R) in einen Reststoffbehälter (C) eingebracht wird, g. dass dem festen Bestandteil (R) reiner Sauerstoff (O₂) oder Luft (L) zugeführt wird, h. dass dem festen Bestandteil (R) Wärme entzogen wird, und i. dass die Wärme im vorliegenden Verfahren genutzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Klärschlamm (S1) mit der Biomasse (S2) vor der geheizten Mischerpumpe (P) zusammengebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass dem Klärschlamm (S1) und/oder der Biomasse (S2), insbesondere beim Vorgang des Zusammenbringens, eine Katalysatormasse (K) beigemischt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Klärschlamm (S1) und/oder die Biomasse (S2) vor dem Zusammenbringen entwässert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Crack-Reaktion unter Stickstoff (N₂)-Atmosphäre stattfindet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärme zur Erwärmung des Klärschlamms (S1) und/oder der Biomasse (S2) genutzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärme zur Aufheizung der Mischerpumpe (P) genutzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärme zur Elektrizitätserzeugung genutzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Biomasse (S2) ein biologischer Abfallstoff, wie insbesondere Raps- oder Holzreste, ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Klärschlamm (S1) und/oder die Biomasse (S2) und/oder die Katalysatormasse (K) in feinkörniger Struktur verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem festen Bestandteil (R) die Katalysatormasse (K) zurückgewonnen wird.
Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch a. einen ersten Aufnahmebehälter (A1) zur Aufnahme des Klärschlamms (S1), b. einen zweiten Aufnahmebehälter (A2) zur Aufnahme der Biomasse (S2), c. eine auf Cracktemperatur (T) aufheizbare Mischerpumpe (P), an die der erste und der zweite Aufnahmebehälter (A1, A2) angeschlossen sind, d. eine Ausgasleitung, die zur Aufnahme des ausgegasten Bestandteils (D) des Reaktionsgemisches (N) an die Mischerpumpe (P) angeschlossen ist, e. eine mit der Ausgasleitung verbundene Destillationskolonne (E) mit mindestens einem nachgeschalteten Kondensator (F1, F2, F3) zur Abgabe mindestens einer Fraktion (G1, G2, G3) des destillierten Reaktionsgemisches (N), f. einen Reststoffbehälter (C), der über eine Austragsleitung (U) an die Mischerpumpe (P) angeschlossen und zur zeitweisen Aufnahme des festen Bestandteils (R) des Reaktionsgemisches (N) bestimmt ist, g. einen an den Reststoff-Behälter (C) angeschlossenen Wärmegewinnungs-Behälter (W) mit Abgasleitung (WA), wobei der Wärmegewinnungs-Behälter (W) mit Sauerstoff (O₂) oder Luft (L) gespeist ist, und h. einen mit dem Wärmegewinnungs-Behälter (W) verbundenen Endstoff-Behälter (Y).
Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischerpumpe (P) ein List-Mischer ist.
Einrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Klärschlamm (S1) und/oder die Biomasse (S2) unter Stickstoff-(N₂)-Druck steht.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass zur Beimischung von Katalysatormasse (K) ein dritter Aufnahmebehälter (A3) an die Mischerpumpe (P) angeschlossen ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die geheizte Mischerpumpe (P) mit einer motorisch betriebenen Schnecke (X) zur Vorwärts-Förderung der Mischung (M) versehen ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass zum Transport des festen Bestandteils (R) des Reaktionsgemisches (N) mindestens eine Austrags-Schnecke (V1, V2) vorgesehen ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmegewinnungs-Behälter (W) mit einem Doppelmantel versehen ist, der an einen Thermoöl-Kreislauf (O1, O2) angeschlossen ist.
Einrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Thermoöl-Kreislauf (O1, O2) zur Aufheizung der Mischerpumpe (P) diese einschließt.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmegewinnungs-Behälter (W) thermisch mit einer Turbine und einem daran angeschlossenen Generator zur Erzeugung elektrischer Energie in Verbindung steht.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Endstoff-Behälter (Y) mit einer Einrichtung zur Rückgewinnung der Katalysatormasse (K) in Verbindung steht.