DE3221495C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Konvertierung von Klärschlamm in Öl und Koks, bei dem der Klärschlamm getrock­ net und unter anoxischen Bedingungen bei erhöh­ ten Temperaturen zu kohlenwasserstoffhaltigen Gasen und Koks konvertiert wird, bei dem die entstehenden Gase kondensiert und die bei der Kondensation anfallenden Ölfraktionen, die wäßrige Phase und die Restgase gesammelt und/oder abgezogen werden, und bei dem der Koks zumindest teilweise verbrannt wird und die Verbrennungsgase zumindest teilweise bei der Trocknung des Klärschlamms verwendet werden, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Aus Haushalten und Industrie fällt immer mehr Klärschlamm an, dessen Aufarbeitung und Deponierung zunehmend Schwierigkeiten bereitet, umsomehr, da aufgrund des hohen Gehaltes an gifti­ gen Schwermetallen die Verwendung des Klärschlamms als Dünger nicht in jedem Falle gegeben ist. Klärschlamm enthält ande­ rerseits jedoch durchschnittlich 5% organische Substanzen oder Biomasse. Die Biomasse und insbesondere kohlenhydrat­ haltige Abfälle aus der Landwirtschaft werden heute bereits als Energiequelle diskutiert.

Untersuchungen haben ergeben, daß die Verbrennungswärme von Lipiden oder Proteinen annähernd doppelt so groß ist wie die von Kohlenhydraten. Aus diesem Grunde wurde ein Verfahren entwickelt, bei dem Mikroorganismen als neue Energiequelle angesehen werden (Bild der Wissenschaften, 9, 1981, Seiten 68 bis 77). Da Bakterien zu 60 bis 80% aus Proteinen und Lipiden bestehen, sind aus diesen Substanzen die Heteroatome zu Kohlenwassersoffen abzuspalten. Bei dem bekannten Ver­ fahren wird unter Luftabschluß ein Teil der Biomasse in koh­ lenwasserstoffarmen Koks und der andere Teil in Kohlenwas­ serstoffe mit hohem H-Gehalt übergeführt. Dazu wird in einer geschlossenen Anlage trockenes, festes Schüttgut (entwässer­ ter Klärschlamm), das pulverisiert oder körnig ist, in do­ sierten Mengen auf Temperaturen zwischen 250 und 330°C, be­ vorzugt auf 300°C erhitzt. Aus dem Schüttgut treten dabei kohlenwasserstoffhaltige Gase aus, die bei verschiedenen Tem­ peraturen kondensieren und als wäßrige Phase, Öle und Gase gesammelt werden.

Mit diesem Verfahren können Öle gewonnen werden, die leicht verdampfbar sind und somit bei Crackprozessen zur Benzinge­ winnung, aber auch als Chemierohstoffe verwendet werden kön­ nen. Die Konvertierung des Klärschlamms führt überwiegend zu Öl, doch entsteht auch ein Teil Kohlenrückstand, der aber relativ kohlenstoffarm ist und die Schwermetalle in anorgani­ scher Form enthält. Diese Schwermetalle können in biologi­ schen Zyklen schwer mobilisiert werden und sind somit depo­ nierbar.

Aus der DE-AS 28 55 510 ist ein Verfahren zur thermischen Verwertung von Abfällen bekannt, bei dem in nacheinander folgenden Verfahrensschritten zuerst getrocknet, anschließend entgast und zuletzt der entgaste, kohlenstoffhaltige Rest verbrannt wird. Das getrocknete Einsatzmaterial wird in der Entgasungs­ anlage durch die oxidierten Verbrennungsabgase von der Restverbrennung indirekt z. B. über metallische, gasdichte Wände erhitzt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß der Klärschlamm vor der Konvertierung auf einfache und kostengünstige Weise weitestgehend von Wasser befreit wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Klärschlamm in einem einzigen Verfahrensschritt gleichzeitig zerkleinert und getrocknet wird.

Durch die gleichzeitige Zerkleinerung des Klärschlamms während der Trocknung ist eine hohe spezifische Verdampfungsleistung erreichbar, da die Verdampfung auf die Verdampfung von Wasser von einer nassen, freien Oberfläche reduziert wird.

Die Erfindung betrifft überdies eine Vorrichtung zur Durch­ führung des Verfahrens mit einem Konvertierofen und einer mit Koks betriebenen Brennkammer. Erfindungsgemäß steht die Brennkammer über eine Ableitung für das Verbrennungsgas mit einem Mahltrockner zum gleichzeitigen Zerkleinern und Trocknen des Klärschlamms in Verbindung.

Weiterhin kann dem Mahltrockner ein Abscheider nachgeschaltet sein und der Abscheider eine Verbindungsleitung zum Konvertierofen und eine Abgasleitung aufweisen.

Im folgenden sei das erfindungsgemäße Verfahren anhand ei­ nes in der Figur schematisch dargestellten Ausführungsbei­ spiel näher erläutert.

In einer mechanischen Trockeneinrichtung 1, die als Filter­ presse, Siebbandpresse oder Zentrifuge ausgebildet sein kann, wird Klärschlamm auf einen Wassergehalt von etwa 50 bis 60% vorgetrocknet und über Leitung 2 einem Schlamm­ silo 3 zugeführt. Aus dem Schlammsilo 3 wird der vorge­ trocknete Klärschlamm kontinuierlich über Leitung 4 einem Mahltrockner 5 aufgegeben. In diesem Mahltrockner wird der Klärschlamm gleichzeitig zerkleinert und soweit getrocknet, daß der Schlamm als feinkörniges oder pulverisiertes und vorgewärmtes Gut für die Konvertierung einsatzfähig ist.

Über eine Leitung 6 wird dem Mahltrockner Rauchgas oder Ver­ brennungsgas zugeführt. Schlamm und Rauchgas werden dem­ nach dem Mahltrockner am gleichen Ende zugeführt und gehen im Gleichstrom durch den Trockner. In der ersten Phase des Trocknungsvorganges wird der Schlamm durch einen Rotor 7 nach außen geschleudert, an den Nocken zerkleinert und vor­ getrocknet. In der zweiten Phase wird das Gut durch die Gase auf die Hinterseite des Rotors getragen und dort im Zusammenspiel zwischen den rotierenden und stationären Stif­ ten weiter zerkleinert und getrocknet. Aufgrunde der Trenn­ wirkung einerseits durch die Fliehkraft und andererseits durch die Gasschleppkraft können nur Teilchen ausgetragen werden, die eine gewisse Feinheit und damit einen hohen Trocknungsgrad erreicht haben.

Die spezifische Verdampfungsleistung des Mahltrockners ist sehr hoch (bis zu 1000 kg/h verdampftes Wasser pro m³ Trocknervolumen), da durch die laufende Zerkleinerung des Schlammes die Verdampfung auf die Verdampfung von Wasser von einer nassen, freien Oberfläche reduziert wird. Es wird ein Restwassergehalt von 5 bis 15%, in manchen Fällen bis zu 3% erreicht.

Das Trockengut und die Verbrennungsgase verlassen den Mahl­ trockner 5 gemeinsam über Leitung 8. In einem anschließen­ den Abscheider 9, z. B. einem Zyklonabscheider, wird das Trockengut aus dem Verbrennungsgasstrom ausgeschieden. Über Leitung 10 wird das Trockengut zum einen Teil einem Sammel­ behälter 11 für Trockengut aufgegeben und zum anderen Teil über eine Zweigleitung 24 mit dem zu trocknenden Schlamm rückgemischt. Der Mahltrockner ist für eine einstellbare Rückmischung des Trockengutes und zu trocknenden Schlammes ausgerüstet; damit wird sein Betrieb unabhängig vom Wasser­ gehalt des Schlammes. Der Schlamm wird immer so aufberei­ tet, daß er optimal im Mahltrockner verarbeitet werden kann. Die Verdampfungsleistung wird durch die Rückmischung nicht beeinflußt.

Aus dem Sammelbehälter 11 für Trockengut wird dieses in be­ kannter Weise dosiert, z. B. über eine Dosierschnecke, in ei­ nen Konvertierofen 12 eingebracht, dort durch verschiedene Temperaturzonen transportiert und dabei auf Temperaturen zwischen 250 und 330°C erhitzt. Durch die Erhitzung tre­ ten kohlenwasserhaltige Gas aus dem Trockengut aus und es entsteht Koks, in dem giftige Schwermetalle in anorganischer Form gebunden sind. Die kohlenwasserstoffhaltigen Gase wer­ den bei verschiedenen Temperaturen kondensiert und die in der Hauptachse anfallenden Ölfraktionen beispielsweise ge­ sammelt (13). Restgase können über eine Leitung 14 abge­ zogen und aufbereitet werden.

Der bei der Konvertierung entstehende Koks wird gesammelt (15). Der Koks ist so feinkörnig und trocken, daß er zur Verbrennung in einer üblichen Brennkammer 16 geeignet ist. Er wird über Leitung 17 und Dosierschnecke mit vari­ abler Drehzahl in den Primärluftstrom eindosiert und über einen Staubbrenner in die Brennkammer 16 eingeblasen. Der Staubbrenner besteht grundsätzlich aus zwei konzentrischen Rohren; im Innenrohr strömt die Primärluft mit der Kohle, im Außenrohr die Sekundärluft. Beide Luftströme können durch verstellbare Schaufeln so geformt werden, daß die Flammenlänge und -breite damit eingestellt werden kann.

Die bei der Koksverbrennung anfallenden Verbrennungs- oder Rauchgase treten mit Temperaturen von ca. 550 bis 600°C aus der Brennkammer 16 aus und werden zumindest teilweise über eine Verbrennungsgasleitung 18 dem Heizraum des Konver­ tierofens 12 zugeführt. Nach ihrer Verwendung als Heizme­ dium gelangen die Verbrennungsgase mit niedrigeren Tempera­ turen von ca. 250 bis 300°C über Leitung 6 zum Mahltrockner 5. Es versteht sich von selbst, daß die Verbrennungsgase auch direkt zum Trocknen des Klärschlammes verwendet werden können, ohne vorher als Heizmedium bei der Konvertierung zu dienen. Die in der Brennkammer 16 anfallende Asche wird ab­ gezogen und deponiert.

Die Verbrennungsgase, die den Abscheider 9 über Leitung 19 mit Temperaturen von ca. 100 bis 160°C verlassen, können ihre Verdampfungswärme in einem Wärmetauscher 20 an das bei der Koksverbrennung benötigte Einsatzgas (Luft und/oder Sauerstoff) aus Leitung 21 abgeben, das vorgewärmt in die Brennkammer 16 eintritt. Die abgekühlten Verbrennungsgase werden in einem Wasserbehälter 22 weiter gekühlt und über Leitung 23 den Restgasen in Leitung 14 aus der Konvertierung beigemischt und ebenfalls aufbereitet. Diese Verfahrensfüh­ rung bietet den Vorteil, daß die üblicherweise nötige Wäsche der Verbrennungsgase entfallen kann, da diese zusammen mit den Restgasen abgezogen und aufbereitet werden.

Claims (4)

1. Verfahren zur Konvertierung von Klärschlamm in Öl und Koks, bei dem der Klärschlamm getrocknet und unter anoxischen Bedingungen und bei erhöhten Temperaturen zu kohlenwasserstoffhaltigen Gasen und Kohle konvertiert wird, bei dem die entstehenden Gase kondensiert und die bei der Kondensation anfallenden Ölfraktionen, die wäßrige Phase und die Restgase gesammelt und/oder abgezogen werden, und bei dem der Koks zumindest teilweise verbrannt wird und die Verbrennungsgase zumindest teilweise bei der Trocknung des Klärschlamms verwendet werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Klärschlamm in einem einzigen Verfahrensschritt gleichzeitig zerkleinert und getrocknet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungsgase und der Klärschlamm einem Mahltrockner am gleichen Ende zugeführt und im Gleichstrom durch den Mahltrockner geleitet werden.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 mit einem Konvertierofen und einer mit Koks betriebenen Brennkammer, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer über eine Ableitung für das Verbrennungsgas mit einem Mahltrockner zum gleichzeitigen Zerkleinern und Trocknen des Klärschlamms in Verbindung steht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Mahltrockner ein Abscheider nachgeschaltet ist und daß der Abscheider eine Verbindungsleitung zum Konvertierofen, eine Abgasleitung und eine Rückführung der Feststoffe zum Mahltrockner aufweist.