DE102007031791A1 - Mixer pump for mixing catalyst containing mixture substance, particularly mixture substance of partly dry sewage sludge and biomass, comprises motor driven flexible shaft, which is guided into pump housing - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Mischerpumpe zum weiteren Vermischen einer mindestens einen Katalysator enthaltenden Mischsubstanz, die von einer Crack-Einrichtung abgegeben wird, insbesondere einer Mischsubstanz aus teil-trockenem Klärschlamm und Biomasse.The The invention relates to a mixer pump for further mixing a at least one catalyst-containing mixed substance from a cracking device is discharged, in particular a mixed substance from semi-dry sewage sludge and biomass.
Es
ist bekannt, einer Crack-Einrichtung eine Substanz samt Katalysator
zum Zwecke des Aufspaltens (Crackens) in flüchtige und
feste Stoffe zuzuführen. Auch ist es bekannt, als Ausgangssubstanzen zwei
Substanzen samt Katalysator einer solchen Crack-Einrichtung zum
Zwecke des thermischen Crackens zuzuführen. Hierbei ist
eine besonders gute Vermischung der beiden Substanzen gewünscht.
Zu diesem Zweck wird eine Mischerpumpe eingesetzt (
Es hat sich nun gezeigt, dass konventionelle Mischerpumpen zwar eine gewisse Vermischung bewerkstelligen, dass diese aber verbessert werden kann.It has now been shown that conventional mixer pumps Although a do some mixing, but that improves can be.
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.One The big problem nowadays is the elimination of sewage sludge. This sewage sludge falls in industrial plants, but also at sewage treatment plants. Such a mud will Often no longer from farmers to the fertilization of Fields, since on the one hand it contains organic toxins, on the other hand, but also with harmful heavy metals can be burdened. These substances can be attached to the Fields of growing plants and fruits are passed. It must be absolutely prevented that such substances consumed with the plants and fruits or otherwise in foods get in. Also the thermal removal by burning prepares environmental problems. An elimination of sewage sludge otherwise would be desirable.
Klärschlamm fällt u. a. im Form eines so genannten „teil-trockenen Klärschlamms" mit einem Feuchtigkeitsanteil von weniger als oder nicht viel mehr als 10% Wasser an. Übliche teilgetrocknete Klärschlämme enthalten in der Regel etwa 60% anorganische Stoffe, etwa 30% organische Stoffe und etwa 10% Wasser. Dieser teil-trockene Klärschlamm wird hier bevorzugt betrachtet. Es können jedoch auch Klärschlämme mit einem höheren Wassergehalt bei entsprechender Aufbereitung in Betracht gezogen werden.sewage sludge falls u. a. in the form of a so-called "semi-dry Sewage sludge "with a moisture content of less than or not much more than 10% water. Usual partially dried sewage sludge usually contain about 60% inorganic substances, about 30% organic Substances and about 10% water. This semi-dry sewage sludge will considered here preferred. However, sewage sludge can also be used with a higher water content with appropriate treatment be considered.
Sinnvoll wären ein Verfahren und eine Einrichtung zur Aufbereitung von bevorzugt teil-trockenem Klärschlamm, die die weitgehende Spaltung der im Klärschlamm enthaltenen organischen Substanzen sowie die Abtrennung der darin enthaltenen Feststoffe auf thermischem Wege ermöglichen.meaningful would be a method and a means of processing of preferably semi-dry sewage sludge, which is the most extensive Cleavage of the organic substances contained in sewage sludge and the separation of the solids contained therein on thermal Enable ways.
Aufgrund einer überraschenden Erkenntnis und auf diese Erkenntnis belegenden Experimenten kann gesagt werden, 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, auch sogenannte „nachwachsende Rohstoffe", etc. verstanden.by virtue of a surprising insight and to this realization Assuming experiments can be said that when matching common Sewage sludge with biological mass ("biomass") and using a catalytic process under thermal action, the one with careful guidance of this process to a substantial degradation of organic substances in both Sewage sludge as well as in the biological mass. Under "biological Mass "are primarily waste materials, such as rape residues, Wood residues (eg sawdust), sugar beet residues, Pomace from beer brewing or schnapps production, animal meal, cellulose from papermaking, presscake from feed production for animals, straw and the like, but also other substances, like the different cereals, corn, also called "renewable Raw materials ", etc. understood.
Dieser katalytische Prozeß beruht vermutlich auf der Tatsache, dass Klärschlamm in der Regel eine Menge an anorganischen Substanzen enthält, die bezüglich der biologischen Masse katalytisch wirken. Diese Substanzen sind möglicherweise die mineralischen Bestandteile des Klärschlamms.This catalytic process is probably based on the fact that sewage sludge is usually a lot of inorganic Contains substances that are biological Mass catalytically. These substances may be the mineral components of sewage sludge.
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 bei ausreichend hoher Temperatur zur Reaktion gebracht werden können, dass die organischen Bestandteile aus beiden Eingangsstoffen katalytisch gecrackt werden. Der flüchtige Bestandteil umfasst nach Abkühlung eine kraftstoffhaltige Flüssigkeit, deren Energiegehalt genutzt werden kann. Zurückbleibt letztlich nur noch ein fester Reststoff, der z. B. endgelagert werden kann.The thermal-catalytic effect on the biological mass depends from the composition of sewage sludge. This composition can vary greatly. Nevertheless, it has been found that sewage sludge, the z. B. from municipal sewage treatment plants or from industrial plants comes, in particular in the form of "semi-dry sewage sludge" as well as the supplied biological mass so in the described Process at sufficiently high temperature reacted can be that the organic components of both input materials be cracked catalytically. The volatile component includes after cooling a fuel-containing liquid, whose energy content can be used. Lags behind in the end only a solid residue that z. B. can be stored.
Demzufolge kann so vorgegangen werden, dass
- a) der Klärschlamm mit einer Biomasse zusammengebracht wird,
- b) dass die Mischung aus Klärschlamm und Biomasse dann einer Crack-Temperatur, insbesondere im Bereich von 250° bis 400°C, ausgesetzt wird, wobei sie verflüssigt und einer Crack-Reaktion ausgesetzt wird,
- c) dass diese verflüssigte Mischung sodann in einer Mischerpumpe einer weiteren Crack-Reaktion ausgesetzt wird,
- d) dass das Reaktions-Gemisch anschließend in einem Zwischenbehälter ausgegast wird, wonach der ausgegaste Bestandteil abgekühlt und als Kraftstoff bereitgestellt, und
- e) dass die im Zwischenbehälter sich absetzenden Reststoffe gesammelt und von Zeit zu Zeit entnommen werden.
- a) the sewage sludge is brought together with a biomass,
- b) the sludge and biomass mixture is then subjected to a cracking temperature, in particular in the range of 250 ° to 400 ° C, whereby it is liquefied and subjected to a cracking reaction,
- c) that this liquefied mixture is then subjected to a further cracking reaction in a mixer pump,
- d) that the reaction mixture is then outgassed in an intermediate container, after which the outgassed component cooled and provided as fuel, and
- e) that settle in the intermediate container The residues are collected and removed from time to time.
Es ist also festzuhalten: Auch hierbei wird – wie bei anderen Crackverfahren mit zwei Ausgangssubstanzen – eine Mischerpumpe verwendet. Diese wird mit der heißen Mischsubstanz oder speziell Mischung aus Klärschlamm und Biomasse beaufschlagt, wobei der Crack-Prozess beim Eintritt in die Pumpe bereits weitgehend abgeschlossen ist.It So it should be noted: Also here is - as with others Cracking process with two starting substances - a mixer pump used. This is done with the hot mixed substance or specially treated mixture of sewage sludge and biomass, the cracking process already largely occurs when entering the pump is completed.
Die Erfindung beruht auf der Überlegung, dass sich der Crack-Prozess, d. h. das Aufspalten in flüchtige und feste Bestandteile, verbessern lässt, wenn eine Mischerpumpe ganz spezieller Ausgestaltung herangezogen wird. Damit lässt sich dann eine erhöhte Energieausbeute erzielen.The Invention is based on the consideration that the cracking process, d. H. splitting into volatile and solid components, can be improved if a mixer pump very special Design is used. This can then be done achieve an increased energy yield.
Aufgabe der Erfindung ist es demnach, eine Mischerpumpe der eingangs genannten Art anzugeben, mit der sich das Mischen und der Crack-Prozess und damit die Energieausbeute verbessern lassen.task The invention is therefore a mixer pump of the aforementioned Specify type, with which the mixing and the cracking process and so that the energy yield can be improved.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Mischerpumpe
- – mit einem Pumpengehäuse,
- – mit einer motorisch angetriebenen Antriebswelle, die in das Pumpengehäuse führt,
- – mit einem Zulauf für die Mischsubstanz,
- – mit einem Ablauf für die weiter vermischte Mischsubstanz,
- – mit einem Flügel-Propeller mit vorgegebener Anzahl von Flügeln, der im Gehäuse an die Antriebswelle angeschlossen ist, und
- – mit einer Drehzahl der Antriebswelle, die diejenige optimale Drehzahl ist, die auf die weiter zu vermischende Mischsubstanz abgestimmt ist, so dass im Betrieb in der Mischsubstanz Scherkräfte erzeugt werden und ein thermischer Energieeintrag erfolgt, wodurch eine nennenswerte Verbesserung des Crackverhaltens der zugeführten Mischsubstanz eintritt.
- With a pump housing,
- With a motor-driven drive shaft which leads into the pump housing,
- With an inlet for the mixed substance,
- With a drain for the further mixed substance,
- - With a wing propeller with a predetermined number of wings, which is connected in the housing to the drive shaft, and
- - With a speed of the drive shaft, which is the optimum speed, which is adapted to be mixed further mixing substance, so that in operation in the mixing material shearing forces are generated and a thermal energy input occurs, whereby a significant improvement in the cracking behavior of the supplied mixed substance occurs.
Demnach lässt sich der Crack-Prozess dadurch entscheidend verbessern, dass die Drehzahl der Antriebswelle und damit des Flügelpropellers auf das zu verarbeitende, bereits teilweise gecrackte Stoffgemisch abgestimmt wird. Ganz wichtig ist also, dass der Flügel-Propeller nicht nur zum Vermischen dient. Er hat nämlich eine Doppelfunktion: Er dient gleichzeitig auch zur Erzeugung von Scherkräften in der Mischsubstanz, was zum Energieeintrag durch Temperaturerhöhung führen kann.Therefore This can significantly improve the cracking process that the speed of the drive shaft and thus of the wing propeller to the processed, already partially cracked mixture is agreed. So very important is that the wing propeller not just for mixing. He has a double function: At the same time it also serves to generate shear forces in the mixed substance, resulting in energy input due to temperature increase can lead.
Hier spielt die Viskosität der Mischsubstanz sicher eine wichtige Rolle. Nach heutigem Wissensstand kann die Abstimmung auf die optimale Drehzahl nur experimentell vorgenommen werden. Ist beim Durchfahren der Drehzahlen die optimale Drehzahl erreicht, steigt ganz nennenswert der Prozentsatz der flüchtigen Stoffe, die von der Mischerpumpe abgegeben werden. Damit kann ein erhöhter Prozentsatz dieser Stoffe zur Energieausbeute herangezogen werden.Here the viscosity of the mixed substance certainly plays an important role Role. According to current knowledge, the vote on the optimal Speed can only be made experimentally. Is driving through The speeds reached the optimum speed increases quite significantly the percentage of volatiles released by the mixer pump become. This can increase the percentage of these substances used for energy yield.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Antriebswelle vertikal ausgerichtet ist. Hierbei kann vorgesehen sein, dass im Pumpengehäuse unterhalb der Flügel des Flügelpropellers ein Material-Führungsblech schräg angeordnet ist, das die von den Flügeln weiterbeförderte vermischte Mischsubstanz in Richtung auf den Ablauf leitet.According to one preferred embodiment it is provided that the drive shaft is vertically aligned. It can be provided that in the pump housing below the wings of the winged propeller Material guide plate is arranged obliquely, which mixed the ones carried on by the wings Mixing substance in the direction of the drain passes.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass unterhalb des Pumpen-Gehäuses ein Separator zum Abscheiden von schweren Fremdkörpern, die durch den Propellerraum befördert wurden, angeordnet ist.To An advantageous development is provided that below the pump housing a separator for separating heavy Foreign objects passing through the propeller room were arranged.
Um Mischsubstanzen von unterschiedlicher Konsistenz und Beschaffenheit bearbeiten zu können, ist es von ganz besonderem Vorteil, wenn eine Variationseinrichtung zur Veränderung des Spalts zwischen Flügeln und Pumpen-Stator vorgesehen ist. Mit Hilfe einer Einstelleinrichtung für die Drehzahl und der Variationseinrichtung für die Spaltbreite lässt sich durch Regelung eine optimale Energieausbeute erzielen.Around Mixed substances of different consistency and texture it is of particular advantage if a variation device for changing the gap between Wings and pump stator is provided. With the help of a Adjustment device for the speed and the variation device for the gap width can be controlled by achieve an optimal energy yield.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.Further preferred embodiments are in the subclaims characterized.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Mischerpumpe nach der Erfindung anhand einer Zeichnung näher beschrieben.in the The following will be an embodiment of the mixer pump according to the invention described in more detail with reference to a drawing.
Gemäß der
Figur besitzt die Mischerpumpe
Für
experimentelle Zwecke wurde eine heiße Mischsubstanz M
aus Rapsfrucht oder Rapskuchen in einem Thermoöl, was ein
sogenannter Schwersieder ist, verwendet. Die nach Durchfahren der
Drehzahl n von 500 bis 6.000 U/min experimentell ermittelte optimale
Drehzahl n*, die auf diese Mischsubstanz M abgestimmt war, lag hier
im Bereich von 1.000 bis 1.500 U/min. In gleicher Weise können beim
Durchfahren eines Drehzahlbereichs die optimalen Drehzahlen n* für
andere Substanz-Kombinationen experimentell ermittelt werden. Es
wird angenommen, dass in der Mischsubstanz M bei der optimalen Drehzahl
n* kontrolliert Scherkräfte entstehen und dadurch ein thermischer
Energieeintrag erfolgt. Dadurch wird eine beträchtliche
Verbesserung des Crackens, und zwar in der Pumpe
Am
Ende der Antriebswelle
Unterhalb
der Flügel
Unterhalb
des Pumpen-Gehäuses
Die
Mischsubstanz N, deren Flussrichtung durch gekrümmte Pfeile
verdeutlicht ist, gelangt über ein Grobfiltersieb
Von
erheblicher Bedeutung ist es vorliegend, dass zur Veränderung
der Breite des Spalts
In
der Figur wird vorliegend von einer mechanisch-hydraulischen Lösung
Gebrauch gemacht. Mit Hilfe von Hydraulik-Flüssigkeit H
können hier die Flügel
Eine
alternative Lösung (nicht gezeigt) sieht vor, dass der
Stößel
Die
produktbezogene Verstellmöglichkeit der Breites des Spalts
Zu beachten ist auch folgendes: Man möchte bei jeder Mischung M und bei jeder Temperatur eine möglichst gute Durchmischung gewährleisten. Über die Spaltbreite lässt sich der Energieeintrag bei annähernd gleich gehaltener (insbesondere möglichst großer) Förderung und Durchmischung regeln. Mit anderen Worten: Neben der üblichen Einstellung oder Regelung der Fördermenge lässt sich hierdurch auch der thermische Eintrag regeln.To note is also the following: one would like with each mixture M and at every temperature the best possible mixing guarantee. Over the gap width leaves the energy input is approximately the same (especially as large as possible) promotion and mixing. In other words: besides the usual Adjustment or regulation of the flow rate This also regulates the thermal entry.
- 22
- Mischerpumpemixer pump
- 44
- Pumpengehäusepump housing
- 66
- Deckeblanket
- 88th
- Bodenground
- 1010
- Trennwandpartition wall
- 1212
- Antriebswelledrive shaft
- 1414
- Kugellagerball-bearing
- 14a14a
- KühlmittelzulaufCoolant inlet
- 14b14b
- KühlmittelablaufCoolant flow
- 1616
- Wellenabdichtungshaft seal
- 1818
- ZulaufIntake
- 2020
- Flügel-PropellerWing propeller
- 2222
- Flügelwing
- 2323
- Pumpen-StatorPump stator
- 2424
- Innenwandinner wall
- 2525
- Stator-Rotor-SpaltStator-rotor gap
- 2828
- DurchlassöffnungPort
- 3030
- Material-FührungsblechMaterial guide plate
- 3232
- Ablaufprocedure
- 3434
- Separatorseparator
- 3636
- Schraubescrew
- 3838
- Steinstone
- 4040
- Reinigungsöffnungcleaning opening
- 4242
- GrobfiltersiebGrobfiltersieb
- 4444
- Auslassleitungoutlet pipe
- 4646
- Variationseinrichtungvariation device
- 4848
- Achseaxis
- 5050
- Hydraulik-ZylinderHydraulic Cylinder
- 5252
- Kopfhead
- 5454
- Stößeltappet
- 5656
- Doppelpfeildouble arrow
- 5858
- Verstellhebeladjusting
- 6060
- Verstellhebeladjusting
- HH
- Hydraulik-FlüssigkeitHydraulic fluid
- MM
- Mischsubstanzmixed substance
- NN
- weiter vermischte Mischsubstanzfurther mixed substance
- S1S1
- Klärschlammsewage sludge
- S2S2
- Biomassebiomass
- nn
- Drehzahlrotation speed
- n*n *
- optimale Drehzahloptimal rotation speed
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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---|---|
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Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102005056735B3 (en) | 2005-11-29 | 2006-08-10 | Koch, Christian, Dr. | Preparation of diesel oil from hydrocarbon containing residual substances in an oil circulation with solid separation and product distillation, comprises providing heat through main energy carriers by one or more high speed mixing chambers |
-
2007
- 2007-07-07 DE DE102007031791A patent/DE102007031791A1/en not_active Withdrawn
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102005056735B3 (en) | 2005-11-29 | 2006-08-10 | Koch, Christian, Dr. | Preparation of diesel oil from hydrocarbon containing residual substances in an oil circulation with solid separation and product distillation, comprises providing heat through main energy carriers by one or more high speed mixing chambers |
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