DE3603054A1 - Verfahren zur vergasung von klaerschlamm - Google Patents

Verfahren zur vergasung von klaerschlamm

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verga­ sung von Klärschlamm oder anderen kohlenstoff­ haltigen Abfallstoffen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die bisherigen Maßnahmen zur Beseitigung oder Nutzung von Klärschlamm bestanden darin, daß er nach seiner Trocknung deponiert oder ver­ brannt oder in der Landwirtschaft als Dünger verwendet wurde. Die Deponie des Klärschlamms führt zu einem erheblichen Raumbedarf und er­ fordert zusätzlich hohe Kosten. Die Verbren­ nung ist insbesondere insoweit problematisch, als bei einer unvollkommenen Verbrennung Dioxine entstehen können und die unerwünschten Schwermetalle in der Asche teilweise mit Wasser auslaugbar sind. Der Einsatz des Klärschlamms als Dünger stößt wegen der in ihm enthaltenen Schwermetalle auf erhebliche Bedenken und ist auch weitgehend nicht mehr zulässig.
Eine weitere Nutzung von Klärschlamm ist in der DE-PS 29 23 726 beschrieben. Hierbei wird der getrocknete Klärschlamm als Reduktionsmit­ tel zur Reduktion von Eisenoxyden verwendet. Der getrockenete Klärschlamm und trockenes Eisenoxyd werden gemischt und gegebenenfalls pelletisiert und dann längere Zeit erhitzt, wobei eine partielle Reduktion des Eisenoxyds zu Eisenschwamm stattfindet. Dieses Verfahren ist jedoch für eine wirtschaftliche industri­ elle Anwendung ungeeignet. Außerdem wird hier das Problem der Entsorgung der Schwermetalle nicht gelöst.
Aus der DE-OS 32 03 435 ist ein Verfahren zur Gaserzeugung und Metallgewinnung in einem Schmelzbadreaktor, insbesondere Eisenbadre­ aktor, bekannt, in dem einerseits Gas dadurch, daß ein kohlenstoffhaltiger Brennstoff und Sauerstoff in ein schmelzfähiges Badmaterial, insbesondere ein Eisenbad, des Schmelzbad­ reaktors eingeleitet werden, erzeugt wird, und andererseits Metall dadurch, daß Metall­ träger in das Schmelzbad eingegeben werden, gewonnen wird. Das erzeugte Gas ist im wesent­ lichen aus CO und H2 bestehendes Kohlegas. Der in das schmelzflüssige Badmaterial ein­ geleitete Brennstoff hat einen geringen Anteil an dem zu gewinnenden Metall, das sich in der Schmelze löst und sich in dieser anreichert und nach Erreichen einer bestimmten Konzentra­ tion abgezogen wird. Der Brennstoff kann teil­ weise aus Produkten mit mäßigen Anteilen an brennbarer Substanz wie Klärschlamm und
Industriemüll bestehen, aus denen einerseits sich neben der Wärme auch Metalle gewinnen lassen und andererseits umweltproblematische Schwermetalle abgetrennt werden können, so daß die Umweltbelastung entsprechend verringert wird. Ziel dieses Verfahrens ist jedoch neben der Wärmeerzeugung primär die Metallgewinnung und nicht die Klärschlammbeseitigung. Der Klärschlammanteil am gesamten Brennstoff ist auch zwangsläufig sehr begrenzt, denn er kühlt durch endotherme Reaktionen das Schmelzbad stark ab und außerdem bewirken die in ihm enthaltenen flüchtigen Bestandteile eine erhebliche Badbewegung, die jedoch unerwünscht ist.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das bekannte Verfahren zur Ver­ gasung von Klärschlamm oder anderen kohlenstoff­ haltigen Abfallstoffen in einem Vergaser, in den zusätzlich ein fester Brennstoff und sauerstoffhaltiges Gas eingegeben werden, wobei im Bodenbereich des Vergasers ein Schlackebad gebildet wird, in der Weise zu verbessern, daß bei voller Ausnutzung der im Klärschlamm bzw. den Abfallstoffen enthaltenen Verbrennungsenergie und einer Aussonderung der Schwermetalle für eine problemlose Entsorgung der Anteil des Klärschlamms bzw. der Abfall­ stoffe am gesamten Brennstoff so erhöht werden kann, daß eine wirtschaftlich sinnvolle Klär­ schlamm- bzw. Abfallbeseitigung möglich ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 ange­ gebene Merkmal gelöst. Vorteilhafte Weiter­ bildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß die Vergasung in einer sich oberhalb des Schlackebades befindenden, aus dem Klär­ schlamm oder den Abfallstoffen, dem festen Brennstoff und dem sauerstoffhaltigen Gas bestehenden Wirbelschicht durchgeführt wird. Der Klärschlamm wird hierbei bei hoher Tem­ peratur und ausreichender Verweilzeit voll­ ständig umgesetzt, so daß die Gefahr der Entstehung von Dioxinen oder anderen umwelt­ belastenden Gasen nicht gegeben ist. Die im Schlamm befindlichen Schwermetalle werden in die Schlacke eingebunden.
Das Verfahren läßt sich vorzugsweise auch mit der Erzeugung von Roheisen kombinieren, wobei im Vergaser zusätzlich Eisenschwamm geschmolzen und zu Roheisen reduziert wird. Das im Vergaser erzeugte Gas wird hierbei vorteilhaft zur Reduktion von Eisenerz in Eisenschwamm, der anschließend im Vergaser aufgeschmolzen wird, verwendet.
Es hat sich gezeigt, daß Klärschlamm mit einer Restfeuchte von 10% bis zu einem Anteil von 15% dem Brennstoff zugemischt werden kann, ohne daß der Reduktions- und Schmelzprozeß beeinträchtigt wird. Bei Ver­ wendung niederflüchtiger Kohle als zusätz­ licher Brennstoff kann nach theoretischen Ergebnissen der Klärschlammanteil bis auf 40% erhöht werden.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher er­ läutert. Diese zeigt ein schematisches Bild einer Anlage zur Klärschlammvergasung.
In einen Wirbelschicht-Vergaser 1 wird von oben über einen Einlaß 2 Kohle mit einer Körnung im Bereich zwischen 0 und 50 mm zusammen mit Zuschlagstoffen eingegeben. Anstelle von Kohle können beispielsweise auch Petrolkokse Verwendung finden. Über eine Leitung 3 wird Klärschlamm zu einer Zentrifuge 4 geführt, in der er teilweise entwässert wird. Der noch pumpfähige Klärschlamm gelangt dann über eine Leitung 5 zu einem Trockner 6. Diesem wird über eine Leitung 7 Dampf zugeführt, mit dessen Hilfe der Klärschlamm bis auf eine Restfeuchte von 10% getrocknet wird. Der so aufbereitete Klärschlamm wird dann pneumatisch über eine Leitung 8 zum Wirbelschicht-Vergaser 1 beför­ dert und in diesen in Höhe des mittleren bis oberen Bereichs einer Wirbelschicht 9 eingegeben. Ein Teil­ strom des zur Vergasung in der Wirbelschicht benö­ tigten sauerstoffhaltigen Gases wird über eine Leitung 10 in den unteren Bereich der Wirbelschicht 9 geführt, setzt sich zu CO2 bzw. CO um und steigt in dieser nach oben, wodurch die Wirbelschicht aufrechterhalten wird. Ein weiterer Teilstrom des sauerstoffhaltigen Gases gelangt über eine Leitung 11 in die Leitung 8 und wird mit dem getrockneten Klärschlamm in den Wirbelschicht-Vergaser 1 einge­ geben. Die bei der Vergasung der Kohle und des Klärschlamms entstehende Wärme erzeugt eine so hohe Temperatur in der Wirbelschicht 9, daß keine Dioxine aufgrund unvollständiger Verbrennung des Klärschlamms entstehen können. Die Tempe­ ratur ist auch ausreichend hoch, um im Boden­ bereich des Wirbelschicht-Vergasers ein Bad 12 aus flüssiger Schlacke, die bei der Vergasung der Kohle und des Klärschlamms gebildet wird, entstehen zu lassen. Die Schlacke, die auch die im Klärschlamm befindlichen Schwermetalle enthält, wird in geeigneten Zeitabständen über eine Leitung 13 abgestochen.
Es ist auch möglich, den Klärschlamm zusammen mit der Kohle über den Einlaß 2 von oben in den Wirbelschicht-Vergaser 1 einzugeben. Wei­ terhin kann das sauerstoffhaltige Gas vor der Zuführung über die Leitungen 10 und 11 in den Wirbelschicht-Vergaser 1 erwärmt werden, wo­ durch der Anteil des Klärschlamms am Gesamt­ brennstoff erhöht werden kann. Soll im Wirbel­ schicht-Vergaser 1 zusätzlich Eisenschwamm eingeschmolzen werden, so wird dieser oberhalb der Wirbelschicht 9, vorzugsweise im Kopfbe­ reich des Vergasers, eingegeben, in der Wir­ belschicht 9 aufgeschmolzen und reduziert und sammelt sich als flüssiges Eisenbad am Boden des Vergasers 1. Die flüssige Schlacke sammelt sich dann aufgrund ihres geringeren spezifischen Gewichts auf dem Eisenbad.
In der Wirbelschicht 9 wird durch die Verga­ sung CO- und gegebenenfalls H2-haltiges Gas erzeugt, das über eine Leitung 14 aus dem Wirbelschicht-Vergaser 1 zu einem Zyklon 15 geleitet wird. In diesem wird das Gas bei­ spielsweise von mitgerissenen Kohle- und Schwammteilchen grob entstaubt, wobei die ausgesonderten Feststoffteilchen über eine Leitung 16 wieder in den Wirbelschicht-Vergaser 1 zurückgeführt werden. Das grob entstaubte Gas gelangt dann zu einem Abhitzesystem 17, in dem die im Gas enthaltene thermische Energie zur Erzeugung von Hochdruckdampf verwendet wird, der über eine Leitung 18 zu einem Kraft­ werk 19 geführt wird. Das auf diese Weise abge­ kühlte Gas wird in ein Staubfilter 20 gegeben, in dem feinste Feststoffteilchen abgeschieden und auch gasförmige Schadstoffe, wie Schwefel oder Chlor, absorbiert werden. Das Gas gelangt schließlich über eine Leitung 21 zum Kraftwerk 19, in welchem es verbrannt wird. Aus der Ver­ brennungsenergie und der Energie des Hochdruck­ dampfes aus der Leitung 18 werden Niederdruck­ dampf, der über die Leitung 7 zum Trockner 6 geführt wird, sowie elektrische Energie, die von einer Leitung 22 abgenommen wird, erzeugt.
Wird die Anlage gleichzeitig zur Erzeugung von Roheisen verwendet, dann kann das im Wirbel­ schicht-Vergaser erzeugte Gas auch als Reduk­ tionsgas für die Direktreduktion von Eisen­ erz in Eisenschwamm eingesetzt werden. Der so gebildete Eisenschwamm wird dann in den Wirbel­ schicht-Vergaser eingegeben und dort aufge­ schmolzen und zu Roheisen reduziert.

Claims (9)

1. Verfahren zur Vergasung von Klärschlamm oder anderen kohlenstoffhaltigen Abfallstoffen in einem Vergaser, in den zusätzlich ein fester Brennstoff und sauerstoffhaltiges Gas eingege­ ben werden, wobei im Bodenbereich des Vergasers ein Schlackebad gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Verga­ sung in einer sich oberhalb des Schlackebades (12) befindenden, aus dem Klärschlamm oder den Abfallstoffen, dem festen Brennstoff, dem sauerstoffhaltigen Gas und Vergasungsgas beste­ henden Wirbelschicht (9) durchgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Klärschlamm oder die Abfall­ stoffe im mittleren bis oberen Bereich der Wirbelschicht (9) zugeführt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Klärschlamm oder die Abfall­ stoffe zusammen mit dem festen Brennstoff von oben in die Wirbelschicht (9) gegeben werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als fester Brenn­ stoff Kohle verwendet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als fester Brenn­ stoff Petrolkoks verwendet wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das sauerstoff­ haltige Gas vor der Zuführung zur Wirbel­ schicht (9) erwärmt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil der aus dem im Vergaser (1) erzeugten Gas gewonnenen Wärme zur Trocknung des Klär­ schlamms vor der Zuführung zur Wirbelschicht (9) verwendet wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Vergaser (1) zusätzlich Eisenschwamm geschmolzen und zu Roheisen reduziert wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß mindestens ein Teil des im Vergaser (1) erzeugten Gases zur Reduktion von Eisenerz in Eisenschwamm verwendet wird.
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