DE3148550C2 - "Verfahren zur Beseitigung von Klärschlamm" - Google Patents
"Verfahren zur Beseitigung von Klärschlamm"Info
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beseitigung von Klärschlamm, bei dem der Klärschlamm in ein Eisenbad eingebracht wird. Um energie- und kostengünstig zu arbeiten und die Schwermetallbelastung der Umwelt so gering wie möglich zu halten, wird 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, in dem durch den Klärschlamm und den Kohlenstoff eingebrachte Schwermetalle aus dem Gichtgas entfernt werden.
Description
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.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, das weniger
energieaufwendig und kostengünstiger 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
Problem von Schwermetallen im Klärschlamm gelöst
Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens nach dem Anspruch 1 enthalten die Unteransprüche 2 bis 8.
Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens nach dem Anspruch 1 enthalten die Unteransprüche 2 bis 8.
Der verwendete Klärschlamm wird in dem Eisenbad
bei Temperaturen über 10000C 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
erforderliche Energie durch die Reaktion C + V2O2--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%.
Bei der Erzeugung des Reduktionsgases ist es wichtig, daß die Gasunisetzung im flüssigen Eisen, bei der erhebliche
Gasmengen entstehen, sehr gleichmäßig erfoigt Verzögerungen in der Gasentwicklung — Siedeverzüge
— können durch dann erfolgte plötzliche, sehr starke Gasentwicklungen schwerwiegende Betriebsstörungen
zur Folge haben. Zu Vermeidung hiervon wird Kalk eingesetzt der zweckmäßigerweise zusammen mit dem
Sauerstoff eingebiasen 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 40% CaO, 40% SiO2, 15% Al2O3 und 5%
MgO sowie einen Schmelzpunkt im Bereich von Ϊ250 bis 1350" C. Durch die Bildung einer derartigen Schlacke
ist die Reaktionstemperatur auf etwa 1300 bis 1400° C
definiert
Die Einstellung dieser Reaktionstemperatur des flüssigen Eisenbades erfolgt durch die zugegebene Menge
an Klärschlamm. Bei steigender Temperatur wird die Klärschlammzugabe verstärkt, bei fallender Temperaturverringert
Wenn beispielsweise keine genügenden Mengen an Klärschlamm zur Verfügung stehen, kann die Temperatür
auch durch Einblasen von Gichtgas aus der Direktreduktionsanlage geregelt werden. Dieses Gichtgas hat
einen CO2-Gehalt von etwa 30%. Die Umsetzung dieses
CO2-Gehalts mit dem Kohlenstoff des Eisenbades entsprechend
C + CO2- 2 CO + 41 210 kcal/Mol (bei
so 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 eingebrachtes Kupfer und
Chrom reichern sich allmählich in dieser Eisen-Kohlenstofflegierung an und werden mit dem flüssigen Eisen
nach längerer Betriebszeit abgestochen.
Das in dem Eisenbadreaktor entstehende Reduktionsgas besteht im wesentlichen aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff, hat eine Temperatur von etwa 1300 bis 1400° C und wird daher auf etwa 900° 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.
Das in dem Eisenbadreaktor entstehende Reduktionsgas besteht im wesentlichen aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff, hat eine Temperatur von etwa 1300 bis 1400° C und wird daher auf etwa 900° 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 Oberdruck, der zum
Transport des Reduktionsgases durch die Eisenerzschüttung in dem Gefäß zur Eisenerzreduktion ausreicht
Das bei der Eisenerzreduktion entstehende Gichtgas, das etwa 60% der chemischen Energie des eingeblasenen
Reduktionsgases enthält, wird zweckmäßig zur Beheizung
von Industrieöfen, etwa Vorwärmöfen für Walzwerke o. dgl. eingesetzt
Klärschlamm enthält in der Regel in nicht unerheblieher
Menge Schwermetalle wie Kupfer, Chrom, Quecksilber, Blei. Zink und Cadmium, wobei letzteres von besonderer
Bedeutung ist Durch das Abkühlen und Reinigen des aus der Direktreduktionsanlage stammenden
Gichtgases mit Hilfe eines Wäschers wird Cadmium zu Cadmiumoxid in diesem Wäscher oxidiert Bei Anwesenheit
von S—-Ionen in genügender Menge kann sich ferner schwerlösliches Cadmiumsulfid bilden, das im
Wäscherschlamm aufgenommen wird. Dann ist es nicht notwendig, den pH-Wert des Wäscherwassers zu kontrollieren,
um z.ä vermeiden, daß Cadmiumoxid hierin gelöst wird. Dercadtniumhaltige Wäscherschlamm wird
aus dem Wäscher entfernt, ausgepreßt und einer Verwendung zugeführt
Ebenso sammelt sich Blei im Wäscherschlamm, während Zink bereits im Reduktionsschacht oxidiert als
Oxid im Wäscher ausgewaschen wird und sich ebenfalls im Wäscherschlamm sammelt
Wenn der Klärschlamm so hohe Quecksilberkonzentrationen enthält, daß die gültigen Grenzwerte für Abgase
überschritten werden, so kann hinter dem Wäscher ein Aktivkohlefilter zum Auffangen des Quecksilberdampfes
vorgesehen werden.
In einem Reaktionsgefäß von 53 m Durchmesser und
4 m Höhe befindet sich eine flüssige Eisen-Kohlenstofflegierung mit ca. 4% Kohlenstoff und gegebenenfalls
anderen Legierungselementen. Die Temperatur beträgt 1350° C.
"Ϊ In dieses Eisenbad werden stündlich 13 000 kg feintei-
-! lige Kohle mit einem C-Gehalt von 84%, 7400 kg Klär-
Jt schlamm mit einem Wassergehalt von 15% sowie
10 200 Nm3 Sauerstoff mit 1170 kg Kalk eingeblasen. Es
% entstehen stündlich 30 000 Nm3 eines Gases bestehend
'H aus 79% CO, 0,24% CO2,20% H2,0,06% H2O und 0,7%
N2.
Dieses Reduktionsgas wird in einem Dampfkesssel auf 8500C abgekühlt und einem Reduktionsschacht zu-',
„ geführt. Der Reduktionsschacht wird stündlich mit 36,4 t
ψ hämatitisches Eisenerz in Form von Pellets beschickt
«I und erzeugt daraus 25,2 t Eisenschwamm mit einer Me-
■; j tallisierung von 93%. Das aus der Gicht des Reduktions-
* Schachtes austretende Gichtgas wird in einem Wäscher
auf 400C abgekühlt In dem Wäscher scheiden sich die
( mit dem Reduktionsgas aus dem Klärschlamm mitge-
führten Schwermetalle als Oxide oder Sulfide ab.
Claims (8)
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
erfoigt, daß die Temperatur des Eisenbades auf etwa 1300 bis 1400° C gehalten wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zum Aufrechterhalten
einer Eisenbadtemperatur von etwa 1300 bis 14000C
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
1350° 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 0 bis 2% CO2 entsteht.
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Non-Patent Citations (1)
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
| 8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: NEUE HAMBURGER STAHLWERKE GMBH, 2103 HAMBURG, DE |
|
| D2 | Grant after examination | ||
| 8363 | Opposition against the patent | ||
| 8325 | Change of the main classification |
Ipc: C10J 3/57 |
|
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |