DE2929486A1 - Verfahren zum dehydratisieren einer aufschlaemmung - Google Patents

Verfahren zum dehydratisieren einer aufschlaemmung

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Description

  • Beschreibung
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Dehydratisieren bzw.
  • Entwässern einer Aufschlämmung unter Verwendung von Verbrennungsgas und überhitztem Wasserdampf, sie betrifft insbesondere ein Verfahren zum Dehydratisieren bzw. Entwässern von Aufschlämmungsprodukten, zum Beispiel solchen, wie sie bei der Abwasserbeseitigung erhalten werden.
  • Eine Aufschlämmung wird auf konventionelle Weise dehydratisiert (entwässert), indem man im allgemeinen eine mechanische Vordehydratisierung (Vorentwässerung) durchführt und sie danach unter Verwendung eines Hochtemperaturverbrennungsgases trocknet. Bei diesem konventionellen Verfahren ist der thermische Wirkungsgrad einer Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens sehr niedrig, weil die Wärme des bei der Dehydratation (Entwässerung) gebildeten Hochtemperatur-Wasserdampfes nicht ausgenutzt wird.
  • Zur Verbesserung des thermischen Wirkungsgrades wurden deshalb Verfahren vorgeschlagen, in denen überhitzter Wasserdampf verwendet wird. Ein Beispiel für diese Verfahren ist in der japanischen Offenlegungsschrift 50-86 749 beschrieben. Bei diesem Verfahren wird die Aufschlämmung unter Verwendung von überhitztem Wasserdampf getrocknet und der Wasserdampf, der aus dem aus der Aufschlämung stammenden Wasser gebildet wird, wird in einen Abwärme-Boiler eingeführt. D.h., in diesem Verfahren wird die Wärme des Wasserdampfes ausgenutzt, der bei der Dehydratation (Entwässerung) der Aufschläminung mit überhitztem Wasserdampf in dem AbiErme-Boiler gebildet wird. Die Verbesserung des thermischen Wirkungsgrades des Dehydratationssystems selbst ist deshalb unzureichend.
  • Ziel der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Dehydratisieren (Entwässern) einer Aufschlämnnmg anzugeben, bei dem der thermisci Rirkungsgrad eines zur Durchführung des Verfahrens verwendeten Systems beträchtlich verbessert wird.
  • Dieses Ziel kann erfindungsgemäß erreicht werden durch Dehydratisieren (Entwässern) einer sich bewegenden Aufschlämmung mit überhitztem Wasserdampf und weiteres Dehydratisieren (Entwässern) derselben unter Ausnutzung der Wärme des Wasserdampfes, der in der ersten Dehydratisierungsstufe der sich bewegenden Aufschlämmung gebildet wird. Insbesondere wird die Wärme des aus derAufschlämmung in der ersten Dehydratisierungsstufe stammenden Wasserdampfes ausgenutzt durch Kondensieren des Wasserdampfes zur Ausnutzung der latenten Wärme dieses Wasserdampfes zum Dehydratisieren (Entwässern) von weiterer Aufschlämmung.
  • Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen: Fig. 1 eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Dehydratationssystems (Entwässerungssystems) und Fig. 2 eine weitere Aus führungs form des erfindungsgemäßen Dehydratationssystems (Entwässerungssystems).
  • Das Dehydratationssystem gemäß Fig. 1 umfaßt einen Boilerüberhitzten Wasserdampfgenerator 1 der überhitzten Wasser dampf erzeugt, während er gleichzeitig ein Hochtemperatur-Verbrennungsgas liefert, einen ersten Dehydratationstank 2 vom Strömungs-Typ, einen zweiten Dehydratationstank 3 vom Strömungs-Typ, Zyklone 4 und 14, die mit den jeweiligen Tanks zur Trennung der getrockneten Aufschlämmung und des überhitzten Wasserdampfes miteinander verbunden sind, und einen SEubentferner 5 zur Entfernung von Staub aus dem überhitzten Wasserdampf. Die Tanks 2 und 3 sind mit AufschlSmmungs-Zuführungsöffnungen 2b bzw. 3b versehen. Die Tanks 2 und 3 weisen auch im Innern derselben Wärmeübertragungsrohrleitungen 2d bzw. 3d auf. Der Treibstoff für den Boiler-Generator 1 wird durch eine Rohrleitung 6 zugeführt und das Hochtemperatur-Verbrennungsgas, das bei der Verbrennung des Treibstoffes in dem Boiler-Generator entsteht, wird durch eine Rohrleitung 7 in das Radiator-Rohr 2d in dem ersten Dehydratationstank 2 eingeführt. Das Radiator-Rohr 2d in dem Tank 2 kann in verschiedener Form vorliegen. So kann es beispielsweise ratsam sein, daß es in Form einer Vielzahl von parallelen Rohren vorliegt, die sich in vertikaler Richtung erstrecken. Der Boiler-Generator 1 wird durch eine Rohrleitung 8 mit Wasser beschickt und der dabei erhaltene überhitzte Wasserdampf wird durch eine Rohrleitung 9 in einen Bodenabschnitt des ersten Dehydratationstanks 2 eingeführt.
  • Der Bodenabschnitt des letzteren ist mit einer porösen Platte oder einer Schicht 2a aus Stahlkugeln versehen, mit der die Rohrleitung 9 verbunden ist. Die Funktion der Stahlkugelschicht 2a ist die, den durch die Rohrleitung 9 zugeführten Uberhitzten Wasserdampf im Innern des ersten Dehydratationstanks 2 gleichmäßig zu verteilen, um eine geeignete Bewegung der Aufschlämmung darin zu erzeugen.
  • Der Bodenabschnitt des zweiten Dehydratationstanks 3 ist auch mit einer porösen Platte oder einer Schicht 3a versehen, die ausStahlkugeln besteht, mit denen durch eine Rohrleitung 13 ein Aus laß der Wärmeübertragungsrohrleitung 2d verbunden ist.
  • DieFunktion der Schicht 3a des Tanks 3 ist die gleich wie diejenige der Schicht 2a des Tanks 2. Der erste Dehydratationstank 2 und der zweite Dehydrationstank 3 sind an ihren jeweiligen oberen Abschnitten mit Ablauf öffnungen 2c bzw. 3c versehen. DieAblauEöffnungen stellen Öffnungen dar, aus denen die dehydratisierte und gepulverte Aufschlämmung zusammen mit überhitztem Wasserdampf abgezogen wird. Die AblauDffnungen 2c und 3c sind durch Zyklone 4 bzw. 14 miteinander verbunden. Jeder Zyklon dient dazu, die getrocknete Aufschlämmung und den überhitzten Wasserdampf voneinander zu trennen. Der Zyklon 4 mit einem mit der Auslaßöffnung 2c des ersten Tanks 2 verbundenen Einlaß ist an seinem Auslaß mit dem Staubentferner 5 verbunden zur Entfernung der Stäube, die in dem überhitztem Wasserdampf enthalten sein können.
  • Beim Betrieb wird das Treibstofföl durch die Rohrleitung 6 in den Boiler-Generator 1 eingeführt und darin verbrannt. Das dabei erhaltene Hochtemperatur-Verbrennungsgas wird durch die Rohrleitung 7 in das Wärmeübertragungsrohr 2d in dem ersten Dehydratationstank 2 eingeführt. Andererseits wird das durch die Rohrleitung 8 in den Boiler-Generator 1 eingeführte Wasser überhitzt und der dabei erhaltene Wasserdampf wird durch die Rohrleitung 9 indie Bodenschicht 2a des ersten Tanks 2 eingeführt.
  • Die durch die Zuführungsöffnung 2b in den Tank 2 eingeführte Aufschlämmung wird mittels des überhitzten Wasserdampfes und mittels des Hochtemperatur-Verbrennungsgases erhitzt, während man sie sich innerhalb des Tanks 2 frei bewegen läßt. Es wurde gefunden, daß bei einer Geschwindigkeit des überhitzten Wasserdampfes unmittelbar nach dem Passieren durch die Schicht 2a von 10 bis 70 cm/Sekunde sich das gewünschte Bewegungsmuster der Aufschlämmung innerhalb des Tanks einstellt. Es wurde auch gefunden, daß bei Zugabe eines geeigneten Mediums, wie Sand oder getrockneter und pulverisierter Aufschlätrnnung, zu der zu dehydratisierenden Aufschlämmung die Abscheidung der Aufschlämmung auf einer Innenwand des Tanks 2 undloder einer äußeren Oberfläche des Wärmeübertragungsrohres 2d verhindert wird, wodurch der Wirkungsgrad der Dehydratation (Entwässerung) weiter verbessert wird.
  • Die auf diese Weise erhaltene Aufschlämmung wird kontinuierlich in Form eines Pulvers zusammen mit dem überhitzten Wasserdampf aus der Ablaufdffnung 2c abgezogen und in den Zyklon 4 eingeführt, in dem das Pulver von dem Wasserdampf getrennt und aus einer Auslaßöffnung 4a des Zyklons 4, wie oben erwähnt, abgezogen wird. Der überhitzte Wasserdampf und ein Wasserdampf, der sich aus dem Wasser aus der Aufschlämmung in dem Tank 2 gebildet hat, werden gemeinsam durch den Zyklon 4 geführt und in den Staubentferner 5 eingeleitet. In dem Staubentferner 5 wird nur der in der überhitzten Wasserdampfmischung enthaltene Staub entfernt, ohne daß die Wärmeenergie der Wasserdampfmischung herabgesetzt wird, beispielsweise durch Zugabe eines gesättigten Wasserdampfes in einer Menge, die dem Mengenanteil des überhitzten Wasserdampfes in dem Wasserdampfgemisch entspricht.
  • Schließlich wird der Wasserdampfanteil des Wasserdampfgemisches, aus dem der Staub durch den Staubentferner 5 entfernt wird, der in seiner Menge dem aus der Aufschlämmung in dem Tank 2 stammenden Wasser entspricht, durch eine Rohrleitung 11 in das Wärmeübertragungsrohr 3d des zweiten Tanks 3 eingeführt.
  • Der in das Rohr 3d eingeführte Wasserdampf wird darin kondensiert. Die latente Verdampfungswäree des kondensierten Wasserdampfes wird auf die Aufschlämmung in dem Tank 3 übertragen und dann wird der kondensierte Wasserdampf durch die Rohrleitung 12 abgezogen.
  • Andererseits wird das durch das Wärmeübertragungsrohr 2d des ersten Tanks 2 geführte heiße Gas durch die Rohrleitung 13 in die Bodenschicht 3a des zweiten Dehydratationstanks 3 eingeführt und erwärmt die Aufschlämmung in dem Tank 3. Der restliche Anteil der überhitzten Wasserdampfmischung, die durch den Staubentferner 5 geführt wird, kann durch die Rohrleitung 15 in den Boiler-Generator 1 zurückgeführt werden, um seine Wärmeenergie wiederzuverwenden.
  • Wie vorstehend beschrieben, wird in dem zweiten Tank 3 die Aufschlämmung durch die latente Verdampfungswärme mittels des Wärmeübertragungsrohres 3d erhitzt, während sie durch das aus dem ersten Tank 2 stammende heiße Gas getrocknet wird. Zur Erzielung des obengenannten Effektes kann Sand oder dgl. der Aufschlämmung in dem zweiten Tank 2 zugesetzt werden. Die in dem Tank 3 getrocknete Aufschlämmung wird aus der Auslaßöffnung 3c abgezogen und in den Zyklon 14 eingeführt, aus dem nur die getrocknete Aufschlämmung aus der Auslaßöffnung 14a abgezogen wird.
  • Wie weiter oben angegeben, kann das in dem Tank 2 (3) vorgesehene Wärmeübertragungsrohr 2d (3d) in verschiedener Form vorliegen. So kann es sich dabei beispielsweise handeln um eine Vielzahl von parallelen Rohren, die vertikal innerhalb des Tanks angeordnet sind. Im letzteren Falle kann sich die Aufschlämmung in dem Tank in Form von Schichten bewegen, wodurch eine bessere Wärmeübertragung von den Rohren auf die Aufschlämmung gewährleistet wird.
  • Ein Beispiel für die Arbeitsweise der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend näher beschrieben. Die Ausgangs-Aufschlämmung in dem Tank enthält 60 Z Wasser.
  • Kerosin wurde mit einer Geschwindigkeit (Rate) von 11,7 kg/Std.
  • in den Boiler-Dampfgenerator 1 eingeführt und das dabei erhaltene heiße Gas, dessen Temperatur 800°C betrug und dessen Druck 0,5 bar betrug, wurde in einer Geschwindigkeit (Rate) von 272 Nm³/Stunde in das Wärmeübertragungsrohr 2d des ersten Dehydratationstanks 2 eingeführt. Gleichzeitig wurde Wasser in den Boiler-Dampfgenerator 1 eingeführt, so daß der auf eine Temperatur von 1410C erhitzte Wasserdampf in einer Geachwindigkeit (Rate) von 68,4 kg/Stunde unter einem Druck von 2,7 bar in die untere Schicht 2a des Tanks eingeführt wurde. Das getrocknete Pulver der Aufschlämmung wurde in einer Geschwindigkeit (Rate) von 40 kg/Stunde aus der Auslaßöffnung 2c abgezogen.
  • Die Temperatur und der Druck des durch den Staubentferner 5 hindurchgeführten überhitzten Wasserdampfgemisches betrugen 1360C bzw. 2,2 bar und das Wasserdampfgemisch wurde in einer Geschwindigkeit (Rate) von 128 kg/Stunde in das Wärmedbertragungsrohr 3d des zweiten Dehydratationstanks 3 eingeführt. Andererseits betrugen die Temperatur und der Druck des durch das Wärmeübertragungsrohr 2d des ersten Dehydratationstanks 2 geführten heißen Gases 3300C bzw. 0,31 bar und das heiße Gas wurde in den zweiten Dehydratationstank 3 eingeführt. Aus dem Tank 3 konnte getrocknetes Pulver der Aufschlämmung, deren anfan'.glicher Wassergehalt 60 % betrug, in einer Geschwindigkeit (Rate) von 88 kg/Stunde abgezogen werden.
  • Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform der Erfindung betrug der scheinbare thermische Koeffizient, d.h.
  • (zum Trocknen der Aufschlämmung verwendete Wärmeengergie) x x 100 (dem gesamten Dehydratationssystem zugeführte Wärmeenergie) etwa 103 %. Ein solcher Prozentsatz, der mehr als 100 Z beträgt, ist darauf zurückzuführen, daß die latente Verdampfungswärme des Anteil des Wasserdampfes der aus dem aus der Aufschlämmung in dem ersten Tank 2 entfernten Wasser gebildet wird, in dem zweiten Tank 3 wieder-verwendet wird als Wärme quelle für die Dehydratation (Entwässerung) der darin enthaltenen Aufschlämmung.
  • Die Fig. 2 der beiliegenden Zeichnung zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung, die einen noch besseren Wärme wirkungsgrad ergibt.
  • Wie aus der Fig. 2 ersichtlich, besteht der einzige Unterschied zwischen der ersten Ausführungsform gemäß Fig. 1 und der zweiten Ausführungsform gemäß Fig. 2 darin, daß letztere einen weiteren Dehydratationstank 26 und die damit verbundenen Komponenten umfaßt. Der Tank 26 ist im wesentlichen parallel zu dem Tank 2 angeordnet und er hat einen ähnlichen Aufbau wie der Tank 2. D.h., der Boiler-Wasserdampfgenerator 1 ist mit einer weiteren Wasserrohrleitungseinrichtung ausgestattet, der durch eine Zuführungsleitung 24 Wasser zugeführt wird und aus der überhitzter Wasserdampf durch eine Rohrleitung 25 einer Bodenschicht 26a zugeführt wird, die mit einer perforierten Platte (Lochplatte) oder Stahlkugeln gebildet wird. Der Wasserdampf aus dem Staubentferner 5 wird nicht dem Tank 3 sondern einemlärnaübertragungsrohr 26d des weiteren Tanks 26 zugeführt. Der getrocknete und gepulverte Aufschlammung enthaltende überhitzte Wasserdampf wird aus dem Auslaß oder der Ablaßöffnung 26c des Tanks abgezogen und in einen Zyklon 30 eingeführt. Die gepulverte Aufschlärnmung wird durch einen Auslaß 30a des Zyklons 30 abgezogen und der überhitzte Wasserdampf wird durch einen Staubentferner 5 in das Wärme übertragungsrohr 3d des Tanks 3 eingeführt. Die übrigen Komponenten und ihre Funktionen sind die gleichen wie diejenigen der ersten Ausführungsform gemäß Fig. 1.
  • Bei einem beispielhaften Betrieb der zweiten Ausführungsform gemäß Fig. 2 wurde heißes Gas in dem Boiler-Generator 1 erzeugt durch Zuführung von Kerosin in einer Rate von 11,71 kg/Stunde und das heiße Gas von 8000C wurde unter einem Druck von 1,4 bar dem Wärmeübertragungsrohr 2d des Dehydratationstanks 2 vom Strömungstyp in einer Rate von 277 Nm3/Stunde zugeführt. Bei einer Temperatur, einem Druck und einer Einführungsrate des durch die Schicht 2a in die 60 % Wasser enthaltende Aufschlämmung in dem Tank 2 einzuführenden überhitzten wasserdampfes von 1560C, 5,8 bar bzw. 116 kg/Stunde war es möglich, am Auslaß 4a des Zyklons 4 getrocknetes Pulver in einer Rate von 40 kg/Stunde zu erhalten. In diesem Falle wurde der Anteil des durch den Staubentferner 5 geführten überhitzten Wasserdampfes in das Wärmeübertragungsrohr 26d des Tanks 26 eingeführt, in dessen Schicht 26a der überhitzte Wasserdampf aus dem Boiler-Generator 1 durch die Rohr leitung 25 eingeführt wurde, wobei die Temperatur, der Druck und die Zuführungsrate des überhitzten Wasserdampfes 137°C, 3,5 bar bzw. 45 kg/-Stunde betrugen. Die Temperatur und der Druck des dem Rohr 26d zugeführten Wasserdampfes betrugen 1530C bzw. 5,3 bar.
  • Am Auslaß 30a des Zyklons 30 wurde aus der 60 X Wasser enthaltenden Aufschlämmung in dem Tank 26 ein Pulver erhalten.
  • Die Temperatur und der Druck des überhitzten Wasserdampfes des aus dem Staubentferner 5' abgezogenen und in das Wärme übertragungsrohr 30d des Tanks 3 eingeführten überhitzten Wasserdampfes betrugen 132°C bzw. 3 bar. Das Pulver wurde an der Auslaßöffnung 14a des Zyklons 14 in einer Rate von 180 kg/-Stunde verhalten.
  • In der vorstehend beschriebenen zweiten Ausführungs£orm betrug der thermische Wirkungsgrad, wie er üblicherweise zur Bewertung des Dehydratationssystems angewendet wird, etwa 112 %.
  • In der ersten Ausführungsform ist es auch möglich, die Art der Bewegung der Auschlämmung in jedem Tank durch Zugabe eines beweglichen Agens, wie z.B. Sand, zu der Aufschlämmung und geeignete Auswahl der Einleitungsgeschwindigkeit des überhitzten Wasserdampfes in jedem Tank innerhalb eines Bereiches von 10 bis 70 cm/Sekunde zu. verbessern.
  • Wie vorstehend angegeben, wird erfindungsgemäß die Aufschlämmung sowohl durch überhitzten Wasserdampf als auch durch heisses Gas getrocknet, während sie sich in den Tanks bewegt, und außerdem wird sie durch die latente Verdampfungswärme des Wasserdampfes getrocknet, der gebildet wird aus dem Wasser, das während der Dehydratation mit dem überhitzten Wasserdampf und dem heißen Gas aus der Aufschlämmung gewonnen wird. Daher kann derscheinbare thermische Wirkungsgrad mehr als 100 Z betragen.
  • Die Erfindung wurde zwar vorstehend unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen näher erläutert, es ist jedoch für den Fachmann selbstverständlich, daß sie darauf keineswegs beschränkt ist, sondern daß diese in vielfacher Hinsicht abgeändert und modifiziert werden können, ohne daß dadurch der Rahmen der vorliegenden Erfindung verlassen wird.
  • L e e r s e i t e

Claims (9)

  1. Verfahren zum Dehydratisieren einer Aufschlämmung P a t e n t a n s p r ü c h e C Verfahren zum Dehydratisieren (Entwässern) einer Aufschlammung unter Verwendung von Verbrennungsgas und dberhitztem Was serdampf, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß man die Aufschlammung in einem ersten Behälter (Tank), während sie sich in vertikaler Richtung bewegt, durch Verbrennungsgas er hitzt und dann die Aufschlämmung mit überhitztem Wasserdampf erhitzt und die latente Verdampfungswärme eines Teils des überhitzten Was serdampfes, der dem Wasserdampf entspricht, der aus dem aus der Aufschlämmung in der vorangegangenen Stufe entfernten Wasser gebildet worden ist, dazu benutzt, die Aufschlämmung in einem zweiten Behälter (Tank) zu erhitzen. r
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das in dem ersten Behälter (Tank) verwendete Verbrenmmgsgas in dem zweiten Behälter (Tank) erneut verwendet, um die Aufschlämmung in dem zweiten Behälter (Tank) in vertikaler Richtung zu bewegen und zu erhitzen.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man den restlichenAnteil des überhitzten Wasserdampfes im Kreislauf in den Behälter (Tank) zurückführt, um die Aufschlämmung in dem ersten Behälter (Tank) in vertikaler Richtung zu bewegen.und zu erhitzen.
  4. 4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß man der Aufschlä=ung in dem ersten und in dem zweiten Behälter (Tank) ein Medium zusetzt, um eine schichtenförmige Bewegung der Aufschlännnung darin zu bewirken.
  5. 5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß man den überhitzten Wasserdampf der Aufschläramung in dem ersten Behälter (Tank) mit einer 6eschwindigkeit von 10 bis 70 cm/Sekunde zuführt, um die gewünschten Schichten der AufschlAmmung in dem Behälter (Tank) zu erzielen.
  6. 6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß man die Aufschlämmung in dem zweiten Behälter (Tank) durch überhitzten Wasserdampf bewegt und erhitzt und daß man außerdem einen die Aufschläninung enthaltenden dritten Behälter (Tank) verwendet, in dem die Aufschlämmung bewegt und erhitzt wird durch das Verbrennungsgas, das durch den ersten Behälter (Tank) geleitet wird, und in dem es durch die latente Verdampfungswärme eines Teils des fiberhitzten Wasserdampfes aus dem zweiten Behälter (Tank) erhitzt wird, der dem Wasserdampf entspricht, der aus dem aus der Aufschlämmung in dem zweiten Behälter (Tank) entfernten Wasser gebildet worden ist.
  7. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der restliche Anteil des überhitzten Wasserdampfes aus dem zweiten Behälter (Tank) zum Erhitzen im Kreislauf in den ersten Behälter (Tank) zurückgeführt wird.
  8. 8. Verfahren nach Anspruch 6 und/oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufschlänrmung in dem ersten, zweiten und dritten Behälter (Tank) ein Medium zugesetzt wird, um eine schichtenförmige Bewegung der Aufschlammung darin zu erzielen.
  9. 9. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 6 bis 8 dadurch gekennzeichnet, daß man den überhitzten Wasserdampf dem ersten und zweiten Behälter (Tank) mit einer Geschwindigkeit von 10 bis 70 cm/Sekunde zuführt.
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