DE19527194A1

DE19527194A1 - Verfahren zur thermischen Umsetzung von Klärschlamm

Info

Publication number: DE19527194A1
Application number: DE1995127194
Authority: DE
Inventors: Hans Hemschemeier
Original assignee: Klein Alb Co KG GmbH
Current assignee: Klein Alb Co KG GmbH
Priority date: 1995-07-26
Filing date: 1995-07-26
Publication date: 1997-01-30

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur thermischen Umsetzung, insbesondere Verbrennung, von Klärschlamm.

Für die Entsorgung von Klärschlämmen haben sich neben der Deponierung und dem Einsatz in der Landwirtschaft vor allem die thermische Umsetzung wie die Verbrennung, die Vergasung, die Pyrolyse und die Hydrierung, sowie die Kompostierung durchgesetzt. Bei der thermischen Umsetzung, insbesondere bei der Verbrennung, entstehen jedoch Abgase, die in vielstufigen Reinigungsverfahren behandelt werden müssen, um die in ihnen enthaltenen SO₂, NO_x und Restkohlenwasserstoffe, sowie auch Dioxine und Furane zu entfernen.

Weiterhin besteht bei nicht vollständiger thermischer Umsetzung, insbesondere nicht vollständigem Ausbrand, von Kohlenwasserstoffen, die Gefahr der sogenannten de novo- Synthese von Dioxinen und Furanen durch die noch im Rauchgas vorhandenen Kohlenwasserstoff-Fragmente oder freien Radikale. Das Ausbrandverhalten des Klärschlamms hängt vor allem von seiner Zusammensetzung und dem Gehalt an organischen Verbindungen ab, die ihrerseits das Potential zur Bildung der Schadstoffe CO, N₂O, NO_x, SO₂ und Restkohlen-Wasserstoffe bestimmen. Vor allem die möglicher Weise im Klärschlamm vorhandenen chlororganischen Verbindungen wie PCB, PCDD, PCDF und PAK können sich zum Teil den durch Gesetz vorgebenen Bedingungen für ihre Zerstörung entziehen.

Ausgehend von diesen Sachverhalten hat sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe gestellt, ein Verfahren zur thermischen Umsetzung von Klärschlamm, insbesondere Verbrennung, anzugeben, bei dem die Reinigung der entstehenden Abgase vereinfacht wird.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Durch die Zugabe eines spaltaktiven Katalysators werden im Klärschlamm C-C-, C-H-, C-N-, C-S- und C-Halogen- Verbindungen aufgespalten. Durch die damit mögliche Wassergas- Reaktion: C + H₂O - CO_x + H₂ ist somit eine totale Umsetzung von Kohlenwasserstoffen unterschiedlicher Struktur möglich.

Ein auf die C-Verbindungen spaltaktiv wirkender Katalysator ist auch in der Lage im Klärschlamm vorhandene stickstoff-haltige Verbindungen wie Aminverbindungen in Stickstoff und Wasserstoff zu spalten.

Der durch die Wassergas-Reaktion bzw. durch die Ammoniak- Spaltung entstehende Wasserstoff wirkt hydrierend und führt im wesentlichen in einem Schritt zur weitgehenden Umsetzung von SO₂, NO_x und von Kohlenwasserstoffen und zum Wegfall bzw. zumindest zur Reduzierung des Aufwands für die Entfernung von SO₂, NO_x und Dioxinen bzw. Furanen.

Sollte der Gehalt des Klärschlamms an stickstoffhaltigen Verbindungen nicht ausreichen, wird zusätzlich ein stickstoffhaltiges basisches Additiv zugesetzt. Es ist zweckmäßig, ein Additiv ausgewählt aus der Gruppe: Ammoniak, Ammoniakwasser, Harnstoff, Amine, Aminverbindungen oder Mischungen hiervon zuzusetzen.

Für das Zumischungsverhältnis von Klärschlamm zum basischen stickstoffhaltigen Additiv wird der Bereich von 10 : 1, insbesondere 4 : 1 bevorzugt.

Es hat sich als besonders zweckmäßig erwiesen, als spaltaktiven Katalysator Calciumaluminat vorzugsweise in Staubform zuzusetzen, d. h. Verbindungen aus CaO und Al₂O₃ in unterschiedlicher Zusammensetzung.

Hierbei kann Calciumaluminat in technisch gebräulicher Form oder in einer mit mindestens einem Element der VIII. Gruppe des Periodischen Systems dotierten Form zugesetzt werden.

Die Zugabe des Katalysators zum Klärschlamm erfolgt vorzugsweise in einem Massenverhältnis von 1-5%.

Zur Unterstützung der Entschwefelung kann ein zur Sulfatbildung führendes Additiv wie CaO und CaCO₃ zugeführt werden, falls dies für erforderlich gehalten wird.

Die Erfindung soll nun anhand des Verfahrensschemas der einzigen Figur näher erläutert werden.

Der Rohschlamm 1 wird nach Zugabe eines Flockungshilfsmittels 2 einer Schlammentwässerung 3 zugeführt, aus der ein Filtrat 4 abgeführt wird. Der entwässerte Schlamm wird in einem Trockner 5 weiter auf einen vorgegeben Feuchtigkeitsgehalt getrocknet und danach in eine Mischeinrichtung 6 eingebracht, der einerseits bei 7 staubförmiges Calciumaluminat als spaltaktiver Katalysator und andererseits bei 8 Ammoniakwasser zugeführt werden. Nach ausreichender Vermischung wird die Mischung einer Verbrennungsanlage 9 zugeführt.

Die Verbrennung erfolgt bei einer Reaktionstemperatur von 800-1200°C, vorzugsweise 900°C, einer Verweilzeit von 0.5-5 s, vorzugsweise 2 s, und einem überstöchiometrischen Luftverhältnis, vorzugsweise 1.1-1.5, weiter bevorzugt 1.3.

Der Verbrennungsanlage 9 ist gasseitig eine Abscheidestufe 10 zur Abscheidung hydrierter Verbindungen und ggf. eine Anlage zur Abscheidung leichtflüchtiger Schwermetalle, insbesondere Hg, nachgeschaltet, z. B. ein Aktivkoksfilter.

Durch die Zugabe des spaltaktiven Katalysators 7 in Form des Calciumaluminats wird zunächst eine Zerstörung der Kohlenwasserstoffe und Kohlenwasserstoff-Fragmente im Rauchgas erreicht und somit eine de novo-Synthese von Dioxinen und/oder Furanen vermieden. Durch die Freisetzung von hydrieraktivem Wasserstoff erfolgt eine weitgehende Hydrierung des bei der Verbrennung entstehenden SO₂ und durch die Freisetzung von Stickstoff ein Abbau des bei der Verbrennung entstehenden NO_x. Damit wird gegenüber dem Stand der Technik eine geringere Anzahl von Reinigungsstufen für das entstehende Reaktionsgas bzw. Abgas erreicht. Die Abtrennung von weitgehend hydrierten/gesättigten Gasen vom Rauchgas ist im Vergleich zur Entfernung von SO₂, NO_x, Dioxinen und Furanen einfacher.

Das dem Klärschlamm 1 zugegebene Calciumaluminat 7 wird sich in dem bei 11 abgezogenen Verbrennungsrückstand anreichern und seine Zusammensetzung, Struktur und seine physikalisch-chemischen Eigenschaften beeinflussen. Durch den basischen Charakter des Calciumaluminats werden Schwermetalle in den Verbrennungsrückstand fest eingebunden und in ihrer Mobilität stark eingeschränkt. Weiterhin ist wegen der zementartigen Struktur des Calciumaluminats ein mechanisch fester und eluatfester Rückstand zu erwarten, der aufgrund seiner Eigenschaften als Baustoff bzw. als Bauhilfstoff verwendet werden kann, auf jeden Fall aber problemlos deponiert werden kann.

Zu der vorstehend beschriebenen Verfahrensführung ist anzumerken, daß ggf. die Mischung vor der Trocknung erfolgen kann und daß der Verbrennungsanlage noch eine Formgebungsstufe vorgeschaltet werden kann, wenn die Art der eingesetzten Verbrennungsanlage einen stückigen Brennstoff erforderlich machen sollte, z. B. eine Pelletieranlage.

Die Vereinfachung der Abgasreinigung durch das erfindungsgemäße Verfahren wird nicht nur bei der bevorzugten Verbrennung, sondern auch bei den anderen in der Beschreibungseinleitung aufgeführten thermischen Umsetzungsverfahren erreicht werden.

Claims

1. Verfahren zur thermischen Umsetzung, insbesondere Verbrennung, von Klärschlamm, dadurch gekennzeichnet daß dem Klärschlamm vor der thermischen Umsetzung ein spaltaktiver Katalysator zugegeben wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich ein stickstoffhaltiges basisches Additiv zugesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein stickstoffhaltiges basisches Additiv ausgewählt aus der Gruppe: Ammoniak, Ammoniakwasser, Harnstoff, Amine, Aminverbindungen oder Mischungen hiervon zugesetzt wird.

4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß das Zumischungsverhältnis von Klärschlamm zu basischem stickstoffhaltigem Additiv 10 : 1, vorzugsweise 4 : 1, beträgt.

5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß als spaltaktiver Katalysator Calciumaluminat vorzugsweise in Staubform zugesetzt wird.

6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß das Calciumaluminat in technisch gebräuchlicher Form oder in einer mit mindestens einem Element der VIII. Gruppe des Periodischen Systems dotierten Form zugesetzt wird.

7. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugabe des Katalysators zum Klärschlamm in einem Massenverhältnis von 1-5% erfolgt.

8. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzung bei einer Reaktions temperatur von 800-1200°C und einer Verweilzeit von 0.5-5 s.

9. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß die thermische Umsetzung bei einem überstöchiometrischen Luftverhältnis, vorzugsweise 1.1-1.5, weiter bevorzugt 1.3 erfolgt.

10. Verfahren nach mind. einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet als weiteres Additiv ein die Entschwefelung durch Sulfatbildung unterstützendes Additiv eingesetzt wird.