DE102010052640A1

DE102010052640A1 - Kontakttrocknungsverfahren mit selektiver Sorption von neutralen oder sauren Dampfbestandteilen

Info

Publication number: DE102010052640A1
Application number: DE102010052640A
Authority: DE
Inventors: Thomas Müller; Bernd Seith
Original assignee: Sabine Ludewig
Current assignee: TT TECHNOLOGY TRANSFER UG (HAFTUNGSBESCHRAENKT, DE
Priority date: 2010-11-29
Filing date: 2010-11-29
Publication date: 2012-08-02

Abstract

Offenbart wird ein Verfahren zur Sorptionstrocknung, umfassend folgende Schritte: das zu trocknende Gute wird einer Wärmebehandlung unterzogen durch Wärmeleitung, oder/und durch einen Gasförmigen Wärmeträger oder/und durch Wärmestrahlung, entstehende Brüden werden über ein Sorbens aus einer wässrigen Alkalisalzlösung, die ausgewählt ist aus einer Kaliumhydroxidlösung oder/und Kaliumcarbonatlösung, bevorzugt einer konzentrierten, wässrigen Lösung von Kaliumcarbonat mit 50–100% Sättigung geleitet, wobei die Grenzfläche zwischen Brüden und Alkalisalzlösung durch technische Maßnahmen flächenmäßig großgehalten wird, eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens und die Weiterverarbeitung der erhaltenen Wertstoffe zu Wirtschaftsdünger, Ammoniumhydrogencarbonat, Wasser, CO2.

Description

Diese Anwendung eignet sich besonders für Spezialfälle wie z. B. Gärrest-/Gülle- oder Klärschlammeindampfung, bei denen das zu trocknende Gut sehr stark schäumt und/oder der ausgetriebene Wasserdampf basische Bestandteile wie z. B. Ammoniak oder Amine enthält, welche getrennt vom Kondensat aufgefangen werden sollen.
Prinzip:
Die aus der Kontakttrocknung (hier Walzentrockner) austretenden Dämpfe werden an einem Sorptionsspeicher (bevorzugt ein Karbonat aud Alkalien, besonders bevorzugt an Kaliumkarbonat) sorbiert. Wobei nur saure Bestandteile wie Schwefelwasserstoff oder organische Säuren und Wasser vom Sortptionsspeicher aufgenommen werden. Basische Bestandteile werden bei hohen pH-Werten und hohen Temperaturen praktisch nicht aufgenommen. Der Phasenübergang des Wasserdampfs und die Solvatation des Sorptionsspeichers setzen latente Wärme in fühlbare Wärme um, welche zur Temperaturerhöhung des Sorptionsspeichers führt. Der nunmehr erwärmte Speicher gibt seine Wärme über einen Dampfkreislauf vermittelt, oder aber direkt an eine Kontaktrocknungsfläche weiter. Diese erwärmt das zu trocknende Gut durch Wärmeleitung und Wärmestrahlung und das im Gut enthaltene Wasser verdampft und wird zum Sorptionsspeicher geleitet. Bei diesem Prozess wird ständig gesättigter bzw. kristalliner/in gesättigter Lösung suspendierter Sorptionsspeicher zugeführt und gelöster Sorptionsspeicher abgeführt und einer Regeneration zugeführt. Die Regeneration erfolgt durch Austreiben des Wassers. Das Austreiben des Wassers kann durch Verdampfung oder Verdunstung erfolgen. Bevorzugt wird dabei Abwärme z. B. aus Energieumwandlungsprozessen bei Biogasanlagen, Kraftwerken etc. genutzt. So lässt sich auch Energie die sonst ungenutzt bleibt speichern.
Durch die Nutzung des Phasenübergangs von Wasserdampf und das Vorhandensein von Wasserdampf in der Luft oder in Trocknungsprozessen zum Entladen des Speichers hat diese Form der Energiespeicherung eine hohe Speicherdichte.
technisches Ausführungsbeispiel zu Figur Z1
Gärrest-/Gülle- oder Klärschlammeindampfer
Der zu trocknende Schlamm (1) wird, angetrieben durch eine Pumpe (2), welcher ggf. als Macerator angeführt ist, als dünner Film auf die Trocknungswalzen (3) aufgetragen. Ein Schäumen des Gutes ist so unschädlich. Nach Walzenumlauf, welcher so gestaltet wird, das das Gut am Abstreifmesser die gewünschte Restfeuchte hat, wird das Gut abgeschabt und über die Austrageinreichtung, welche bevorzugt als Fördersprirale ausgeführt ist, abegeführt. Der aus dem Produkt während des Trocknungsvorgangs austretende Dampf (4) wird durch eine mit Füllkörpern beladene Kolonne (5) geleitet, durch welche im Gegenstrom Sorptionsspeicher fließt. Dabei wird durch Pumpe (11) die über dem Bodenkörper aus kristallinem Sortptionsspeicher (12) stehende konzentrierte Lösung entnommen und über die Füllkörper geleitet. Der sich auf Grund der Dampfdruckerniedrigung (es stellt sich über der konzenrierten Lösung eine neues Dampfdruckgleichgewicht ein) verflüssigende Wasserdampf gibt seine Kondensationswärme an die Flüssigkeit ab, wodurch sich deren Temperatur erhöht. Die aus den Füllkörpern austretende Lösung ist nun nicht mehr gesättigt und läuft in den Behälter unterhalb der Kolonne ab. Dort stellt sich durch Auflösen des Bodenkörpers ein neues Lösungsgleichgewicht ein. Das Vorhandensein eines Bodenkörpers sichert (bei hinreichender Durchmischung bzw. Diffussion) das die Lösung konzentriert bleibt. Verbrauchter Sorptionsspeicher (Salz) wird über Leitung (14) nachgeführt. Eine Füllstandsreglung empfiehlt sich. Überschüssige Salzlösung wird über Leitung (13) in einen Speicher oder direkt zur Regeneration abgeführt. Im Gasraum (6) befinden sich nunmehr nur noch NH3, CO2, Spurengase (oder Dämpfe) und Wasserdampf mit einer relativen Gasfeuchte von etwa 50%. Dieses Gasgemisch wird über Leitung (7) in die Kolonne (8) geleitet. Durch die Kolonne (8) wird durch Die Pumpe (10) angetrieben über Leitung (9) das Sumpfprodukt der Kolonne im Kreislauf geführt. Optional kann in Leitung (9) eine Kühlung eingebaut werden, wenn die Kühlwirkung der Umgebung nicht ausreicht. Über Leitung (18) kann zusätzlich CO₂ zugeführt werden, ggf. kann das Biogas sein, welches ca. 50% CO₂ enthält und über Leitung (19) wieder zurückgeführt wird. Bei tieferen Temperaturen (ca. 30°C) reagieren CO₂, NH₃ und Wasser zu Ammoniumkarbonat bzw. Ammoniumhydrogenkarbonat, welches als konzentrierte, wässrige Lösung über Leitung (17) entnommen werden kann. Die aus dem Phasenübergang resultierende Temperaturerhöhung des Sorptionsspeichers kann zur direkten Beheizung der Trocknerwalzen (3) durch Durchleiten der heißen Sorptionslösung durch die Walzen, oder, wie hier im Beispiel dargestellt, durch einen Dampfkreislauf erfolgen. Dabei wird Wasser durch die Leitung (17) in einen Verdampfer geleitet, welcher durch den Sorptionsspeicher geheizt wird, und der enstehende Dampf wird über Leitung (15) direkt durch die Walzen (3) geleitet, wo er kondensiert und über die Speisewasserpumpe (16) wieder zum Verdampfer geleitet wird. Der beim Trocknen entstehende Festdünger wird über ein Austragsystem (20) entfernt.
Beschreibung der Erfindung
technisches Anwendungsbeispiel: Gärretst-/Gülle- oder Klärschlammeindampfer
Legende zu Figur Z1:
Bezugszeichenliste

1: Schlamm (z. B. Gärrest oder Gülle)
2: Pumpe
3: Trocknungswalzen
4: Trocknungsdampf (H2O-Dampf, Ammoniak-, CO2-Gemisch, Temp. > 100°C
5: Füllkörperkolonne
6: Gasraum (NH3, CO2, Spurengase und Wasserdampf)
7: Gasleitung
8: Kolonne
9: Leitung für Sumpfprodukt
10: Pumpe
11: Pumpe
12: Sorptionsspeicher
13: Ableitung von Salzlösung
14: Zuleitung von Salz (ggf. als Suspension)
15: Dampfleitung (100–130°C)
16: Speisewasserpumpe
17: Ableitung Ammoniumkarbonat; wässrige, konzentrierte Lösung
18: Zuleitung für CO2, ggf. Biogas
19: Ableitung für CO2, ggf. Biogas
20: Austragssystem für Festdünger (z. B. Schnecke)
21: Festdünger

Claims

Kontakttrocknungsverfahren mit selektiver, dadurch gekennzeichnet, dass: 1. Das in das zu trocknende Gut durch Wärmeleitung, oder/und durch einen gasförmigen Wärmeträger oder/und durch Wärmestrahlung erwärmt wird, und der entstehende Brüden über ein Sorbens aus alkalischer Lösung, – bevorzugt einer konzentrierten, wässrigen Lösung von Kaliumcarbonat (50%–100% Sättigung), – geleitet wird, wobei die Grenzfläche zwischen Brüden und Lösung durch technische Maßnahmen flächenmäßig groß gehalten wird. 2. Die durch die Kondensation oder Teilkondensation des Brüdens – in Folge der Dampfdruckabsenkung über der Lösung (kolligative Eigenschaften) – verursachte Temperaturerhöhung (bis max. 135°C abs.) der Lösung und/oder des nichtkondensierten Restbrüden zur Übertrag von Wärme auf das zu trocknende gut gem. Anspruch 1 erfolgt (Wärmerückgewinnung). 3. Das Sorbens (Alkali-Lösung) nicht zur zur Kondensation oder Teilkondensation des Wassergehaltes des Brüdens genutzt wird, sondern zeitgleich eine Stofftrennung, d. h. Separation von Bestandteilen des Brüden, welche nicht vom Brüden aufgenommen werden (z. B. Ammoniak, CO₂) und eine Sorption von Stoffen (z. B. organische Säuren) in der Alkalilösung stattfindet. 4. Die separierten Brüdenbestandteile (z. B. CO₂, H₂O) einer stofflichen Weiterverarbeitung zugeführt werden. 5. Wärmeverluste des Systems an die Umgebung durch Zufuhr von Wärme ausgeglichen werden. 6. Das Sorptionsmittel durch Erhöhung der Konzentration, d. h. durch Austreiben von Wasser regeneriert wird. Die Regeneration erfolgt entweder durch Durchleiten von Luft durch die, – bevorzugt durch Niedertemperatur-Abwärme (50–100°C) beheizte, – Alkali-Lösung, – wobei die Grenzfläche zwischen Alkali-Lösung und Luft durch technische Maßnahmen wie Verrieselung oder durch Benetzung bewegter Flächen vergrößert wird – oder durch Wärmepumpenprozesse, wobei das Verfahren der Brüdenverdichtung zur Anwendung kommt um die Kondensationswärme als Verdampfungswärme zurück zu gewinnen. 7. Sowohl die Apparaturen für die Trocknung, als auch die Apparaturen für die Regeneration gegen Gasdiffussion und Wärmetransmission an die Umgebung isoliert sind. 8. Speziell für die Eindampfung von Gülle, Gärrest, Klärschlamm oder ähnlichen (ammoniumhaltigen) Substanzen Walzenverdampfer zum Einsatz kommen. 9. Bei der Eindampfung von Gülle, Gärrest, Klärschlamm oder ähnlichen (ammoniumhaltigen) Substanzen im Zuge der Sorption des Wasserdampfes und der organischen Säuren verbleibende Restbrüden, – welcher hauptsächlich aus Ammoniak, CO₂ und Wasserdampf (Gasfeuchte) besteht –, zu Ammoniumhydrogencarbonat weiterverarbeitet wird. Wobei der Apparatur während des Eindampfprozesses mindestens so viel CO₂ von Aussen zugeführt wird, wie stöchiometrisch zur Bildung des Ammoniumhydrogencarbonats notwendig ist, bevorzugt jedoch ein Überschuss an CO₂. Dabei muss es sich nicht um reines CO₂ handeln, sodern es können auch CO₂-reiche Gasgemische wie z. B. Biogas zum Einsatz kommen. 10. Bei der Eindampfung von Gülle, Gärrest, oder ähnlichen (ammoniumhaltigen) Substanzen biogenen Ursprungs ein festes, getrocknetes Produkt erhalten wird, das als Dünger verwendet, oder durch Abreicherung der Organik (z. B. durch thermische Prozesse) zu Mineraldünger weiterverarbeit wird.