DE3148550A1

DE3148550A1 - "verfahren zur beseitigung von klaerschlamm"

Info

Publication number: DE3148550A1
Application number: DE19813148550
Authority: DE
Inventors: Eckehard Prof. Dr.-Ing. 2105 Seevetal Förster; Wolf-Dietrich 2055 Wohltorf Grosse; Joachim 2123 Barum Schwerdtfeger
Original assignee: Hamburger Stahlwerke GmbH
Current assignee: Neue Hamburger Stahlwerke 2103 Hamburg De GmbH
Priority date: 1981-09-22
Filing date: 1981-12-08
Publication date: 1983-04-14
Also published as: DE3148550C2

Description

Verfahren zur Beseitigung von Klärschlamm
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beseitigung von Klärschlamm nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein derartiges Verfahren wurde in der Stadt Kawasaki in Japan eingesetzt, bei dem der Klärschlamm auf etwa 20 % Wasser getrocknet und in flüssiges Eisen in einem Elektroofen eingebracht wurde. Bei dem Elektroofen handelt es sich um einen Herdofen mit drei Graphit-Elektroden, ähnlich den Elektroöfen,die zum Erschmelzen von Stahl verwandt werden. Der Stromverbrauch dieses Verfahrens ist beträchtlich und beträgt etwa 1400 kWh/ t Klärschlamm Trockensubstanz. Das durch die Zersetzung des Klärschlamms entstehende Gas wird zur Trocknung des Klärschlamms verwandt.
Bekannt ist ferner die Vergasung von Kohle mit Sauerstoff in flüssigem Eisen, wobei beispielsweise in einen ein Eisenbad enthaltenden Konverter Sauerstoff und feinteilige Kohle etwa über bodenblasende Düsen eingeblasen wird. Hierbei erhält man ein sehr kohlendioxidarmes Kohlenmonoxid mit etwas Wasserstoff - letzterer aus den flüchtigen Bestandteilen der Kohle -, wobei dieses Gas zugleich einen äußerst niedrigen Schwefelgehalt aufweist, da der durch die Kohle eingebrachte Schwefel in der Schlacke verbleibt, die sich auf dem Eisenbad befindet und mit dieser Schlacke von Zeit zu Zeit aus dem Reaktionsgefäß entfernt wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, das weniger energieaufwendig und kostengünstiger ist und hinsichtlich der Schwermetallbelastung der Umwelt unproblematisch ist.
Diese Aufgabe wird entsprechend dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst.
Hierdurch wird nicht nur eine ökonomische Lösung für das Problem der Klärschlammbeseitigung geliefert, dessen Vernichtung vielerorts Probleme bereitet, sondern auch das erzeugte Gas optimal genutzt und das Schwermetallproblem gelöst.
Der verwendete Klärschlamm wird in dem Eisenbad bei Temperaturen über logo0 C in Anwesenheit von geringen Mengen Wasser sowie von Sauerstoff in gasförmiges Kohlenmonoxid und Wasserstoff zersetzt, wobei die zur Aufheizung der Reaktionsteilnehmer auf diese Temperaturen und zur Zersetzung des Klärschlamms durch die Reaktion C + 1/2 °2 + CO - 26.420 kcal/Mol (bei Raumtemperatur) aufgebracht wird. Das so entstehende Kohlenmonoxid dient ebenfalls anschließend zur Reduktion von Eisenerz.
Der Klärschlamm wird vor dem Einbringen in das flüssige Eisen gegebenenfalls zusammen mit der Kohle getrocknet, und zwar vorzugsweise auf einen Wassergehalt von 5 bis 25 B.
Bei der Erzeugung des Reduktionsgases ist es wichtig, daß die Gasumsetzung im flüssigen Eisen, bei der erhebliche Gasmengen entstehen, sehr gleichmäßig erfolgt.
Verzögerungen in der Gasentwicklung - Siedeverzüge -können durch dann erfolgte plötzliche, sehr starke Gasentwicklungen schwerwiegende Betriebsstörungen zur Folge haben. Zur Vermeidung hiervon wird Kalk eingesetzt, der zweckmäßigerweise zusammen mit dem Sauerstoff eingeblasen wird. Durch das Einbringen des Kalks wird zugleich eine basische Schlacke gebildet, die den mit dem Klärschlamm und der Kohle eingebrachten Schwefel aufnimmt. Diese Schlacke hat beispielsweise Gehalte von 402 CaO, 40% SiO2, 15% Al203 und 5% MgO sowie einen Schmelzpunkt im Bereich von 1250 bis 13500C.
Durch die Bildung einer derartigen Schlacke ist die Reaktionstemperatur auf etwa 13ovo bis 14000C definiert.
Die Einstellung dieser Reaktionstemperatur des flüssigen Eisenbades erfolgt durch die zugegebene Menge an Klärschlamm. Bei steigender Tem- peratur wird die Klärschlammzugabe verstärkt, bei fallender Temperatur verringert.
Wenn beispielsweise keine genügenden Mengen an Klärschlamm zur Verfügung stehen, kann die Temperatur auch durch Einblasn von Gichtgas aus der Direktreduktionsanlage geregelt werden. Dieses Gichtgas hat einen CO2 C02-Gehalt von etwa 30%. Die Umsetzung dieses C02-Gehalts mit dem Kohlenstoff des Eisenbades entsprechend C + C02 iz 2 CO + 41.210 kcal0Mol (bei Raumtemperatur) ist eine stark wärmeverbrauchende Reaktion, so daß die Temperatur des Eisenbades durch Einblasen von Gichtgas geregelt werden kann.
Das Eisenbad ist eine mit Kohlenstoff gesättigte Eisen-Kohlenstofflegierung mit ca. 4@ Kohlenstoff. Eventuell durch den Klärschlamm eingekrachtes Kupfer und Chrom reichern sich allmhlich in dieser Eisen-Kohlenstoffiegierung an und werden mit dem flüssigen Eisen nach längerer Betriebszeit abgestochen.
Das in dem Eisenbadreaktor entstehende Reduktionsgas im wesentlichen bestehend aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff besitzt eine Temperatur von etwa 1300 bis 1400° C und wird daher auf etwe 9oo° C - zweckmäßig unter Erzeugung von Dampf oder sonstiger Nutzung der dabei entstehenden Abwärme - abgekühlt und dann direkt ohne Zwischenbehandlung in ein Gefäß zur Eisenerzreduktion, vorzugsweise einen Reduktionsschacht, eingeblasen.
Der das Eisenbad enthaltende Vergaser arbeitet zweckmäßigerweise mit einem Uberdruck, der zum Transport des Reduktionsgases durch die Eisenerzschüttung in dem Gefäß zur Eisenerzreduktion ausreicht.
Das bei der Eisenerzreduktion entstehende Gichtgas, das etwa 6c% der chemischen F.nergie des eingeblasenen Reduktionsgases enthält, wird zweckmäßig zur Beheizung von Industrieöfen, etwa Vorwärm##fen für Walzwerke o.dgl., eingesetzt.
Klar'schlanrn enthält in der Regel in nicht unerheblicher Menge Schwermetalle wie Kupfer, Chrom, Quecksilber, Blei, Zink und Cadmium, wobei letzteres von besonderer Bedeutung ist. Durch das #bkühi.en und Reini- gen des aus der Direktreduktionsanlage stammenden Gichtgases mit Hil fe eines Wäscher wird Cadmium zu Cadmiumoxid in diesem Wäscher oxidiert. Bei Anwesenheit von S -Ionen in genügender Menge kann sich ferner schweriösliches Cadmiumsulfid bilden, das im Wäscherschlamm aufgenommen wird. Dann ist es nicht notwendig, den pH-Wert des Wäscherwassers zu kontrollieren, um zu vermeiden, daß Cadmiumoxid hierin geb löst wird. Der Cadmium-haltige Wäscherschlamm wird aus dem Wäscher entfernt, ausgepreßt und einer Verwendung zugeführt.
Ebenso sammelt sich Blei im Wäscherschlarrm, während Zink bereits im Reduktionsschacht oxidiert, als Oxid im Wäscher ausgewaschen wird und sich ebenfalls imWäscherschlamm sammelt Wenn der Klärschlamm so hohe Ouecksi#tergekonzentrationen enthält, daß die gültigen Grenzwerte für Abgase überschritten werden, so kann hinter dem Wäscher ein Aktivkohlefilter zum Auffangen des Quecksilberdampfes vorgesehen- werden.
Beispiel In einem Be#ktionsgefäß von 5,5 m Durchmesser und 4m Höhe befindet sich eine flüssige Eisen-Kohlenstofflegierung mit ca. 4% Kohlenstoff und gegebenenfalls anderen Legierungselementen. Die Temperatur beträgt 135o C In dieses Eisenbad werden stündlich 13.000 kg feinteilige Kohle mit einem C-Gehalt von 84%, 7.400 kg Klärschlamm mit einem Wassergehalt von 15% sowie 10.200 Nm Sauerstoff mit 1170 kg Kalk eingeblasen. Es entstehen stündlich 30.000 Nm³ eines Gases bestehend aus 79% CO, o,24 % C02P 20% H2, 0,06% H20 und o,7% N2.
0 Dieses Reduktionsgas wird in einem DampEcessel auf 850 C abgekühlt und einem Reduktionsschacht zugeführt Der Reduktionsschacht wird stündlich mit 36,4 t hämatitisches Eisenerz in Form von Pellets beschickt und erzeugt daraus 25,2 t Eisenschwamm mit einer Metallisierung von 93%. Das aus der Gicht des Reduktionsschacates austretende Gichtgas wird in einem Wäscher auf 40° C abgekhhlt. In dem Wäscher scheiden sich die mit dem Reduktionsgas aus dem Klärschlamm mitgeführten Schwermetalle als Oxide oder Sulfide ab.

Claims

Patentansprüche 1. Verfahren zur Beseitigung von Klärschlamm, bei dem der Klärschlamm in ein Eisenbad eingebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Klärschlamm zusammen mit Kohlenstoff, Sauerstoff und Kalk in das Eisenbad eingeführt, das im Eisenbad erzeugte Gas als Reduktionsgas bei der Direktreduktion von Eisenerz nach vorheriger Abkühlung auf die für die Direktreduktion erforderliche Temperatur verwendet und das bei der Direktreduktion entstehende Gichtgas durch einen Wäscher geleitet wird, in dem durch den Klärschlamm und den Kohlenstoff eingebrachte Schwermetalle aus dem Gichtgas entfernt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Klärschlamm mit einem Wassergehalt von etwa 5 bis 25 % verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Klärschlammzugabe derart erfolgt, daß die Temperatur des Eisenbades auf etwa 1300 bis 14000 C gehalten wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zum Aufrechterhalten einer Eisenbadtemperatur von etwa 1300 bis 14000 C ein Teil des Gichtgases in das Eisenbad eingeleitet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Kalk in einer solchen Menge eingeleitet wird, daß ein Schmelzpunkt der auf dem Eisenbad gebildeten Schlacke von 1250 bis 13500 C eingestellt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwermetalle im Wäscher in Form von unlöslichen Verbindungen abgeschieden werden.
7. Verfahren-nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß Quecksilber hinter dem Wäscher durch Aktivkohle absorbiert wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß Sauerstoff in das Eisenbad in einer solchen Menge eingeblasen wird, daß ein Reduktionsgas mit o bis 2 % CO2 entsteht.