DE60214831T2

DE60214831T2 - Verfahren und behandlung von schlamm mit teilchen, die darin vermischtes metall, metalloxid oder metallhydroxid enthalten

Info

Publication number: DE60214831T2
Application number: DE2002614831
Authority: DE
Inventors: Joachim Von Scheele; Mats Johansson; Lennart Rangmark
Original assignee: AGA AB
Current assignee: AGA AB
Priority date: 2001-02-22
Filing date: 2002-02-21
Publication date: 2007-09-13
Anticipated expiration: 2022-02-22
Also published as: DE60214831D1; PL197751B1; NO20033468L; CA2439229A1; EP1370803B1; WO2002066895A8; US20040112264A1; ZA200306205B; KR100806651B1; NO20033468D0; PL363541A1; KR20030077037A; MXPA03007584A; WO2002066895A1; NO322716B1; AU2002233862B2; ATE340337T1; SK11762003A3; EP1370803A1; US6923129B2

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Behandlung von Schlamm und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Behandlung von Schlamm, der darin vermischte Partikel, die Metall, Metalloxid oder Metallhydroxid umfassen, enthält.
HINTERGRUND
Schlamm oder Schlick, der darin vermischte Abfallstoffe enthält, stellen ein Problem in der heutigen Industrie dar. In der metallurgischen Industrie gibt es keine geeignete Behandlungsart für Schlamm aus Koksanlagen, Hochöfen, Konvertern und Walzwerken, z.B. ölverseuchte Waagen und Hydroxide von Beizvorgängen. In den meisten Fällen werden diese Materialien in einem Zwischenlager abgelagert oder zur Mülldeponie gebracht. Ein weiterer Bereich, in dem das Problem der Materialrückgewinnung besteht ist die petrochemische Industrie, bei der ein Abfallprodukt in Form von Schlamm erzeugt wird.
Der Druck sowohl vonseiten der öffentlichen Behörden als auch der Kunden, neue Lösungen zu finden wird immer stärker. Die ehemalige Lösung der Mülldeponie ist nicht mehr durchführbar und in zahlreichen Ländern sogar verboten. Bestehende Techniken zur Umwandlung und Rückgewinnung sind kostspielig.
Unter einem ökonomischen und ökologischen Gesichtspunkt, ist die Rückgewinnung eine bevorzugte Lösung für das obige Problem der Abfallversorgung. Allerdings bedeutet Rückgewinnung oftmals externe Prozesse, wodurch die Notwendigkeit entsteht, das Material in Anlagen zu transportieren und die Prozesse außerhalb der normalen Prozesskette liegen.
Eine bekannte Lösung für diese Probleme ist die Pelletisierung oder Brikettierung des Abfallmaterials für die nachfolgende Speisung in einen Ofen. Trotzdem ist diese Lösung mit Problemen aufgrund von Mehrkosten für eine separate Anlage zum Trocknen und nachfolgenden Pelletisieren des Abfallmaterials verbunden.
Das Patentdokument DE 24 60 799 offenbart ein Verfahren zur Verbrennung von Öl, das Metallpartikel enthält. Die Aufgabe des offenbarten Verfahrens ist die Zerstörung des Öls unter Vermeidung von unerwünschten Abgaspartikeln. Die Verbrennung stützt sich ausschließlich auf die vom Öl selbst zugeführte Energie.
Das Patentdokument DE 42 41 283 offenbart ein Vergasungsverfahren, wobei Partikel rückgewonnen werden. Keine separate Brennstoffzufuhr ist vorgesehen.
Das Patentdokument CH 461 009 A offenbart einen Brenner für Altöle, die Partikel enthalten, wobei zusätzlicher Brennstoff verwendet wird, sollte das Altöl die Verbrennung nicht aufrechterhalten können.
Das Patentdokument DE 24 09 097 A offenbart eine Vorrichtung für die Zersetzung von Materialien, die zum Pumpen geeignet sind.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zur Behandlung von Schlamm und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Behandlung von Schlamm, der darin vermischte Partikel aufweist, die Metall, Metalloxid oder Metallhydroxid umfassen, bereitzustellen, wobei die obigen Nachteile mit bekannten Techniken vermieden oder wenigstens verringert werden sollen.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass das nasse Material direkt der Flamme eines Sauerstoffbrenners zugeführt werden kann, wobei eine Zerstäubung stattfindet und die metallhaltigen Partikel geschmolzen werden.
Nach einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Behandlung von Schlamm nach Anspruch 1 bereitgestellt.
Nach einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zur Behandlung von Schlamm nach Anspruch 6 bereitgestellt.
Mit dem Verfahren und der Vorrichtung nach der Erfindung, werden die Probleme des Standes der Technik überwunden oder wenigstens verringert. Anstelle der Notwendigkeit eines separaten Trocknungsschrittes wird das nasse Material direkt in einem Ofen getrocknet, wodurch Kosten für zusätzliche Ausrüstung eingespart werden und kürzere Behandlungszeiten entstehen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung wird nun beispielsweise, unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen, beschrieben, wobei:
1 ein schematisches Diagramm der Anlage nach der Erfindung zur Behandlung von Schlamm und anderen nassen Abfallstoffen,
2 eine Querschnittansicht eines Brenners, der mit dem Verfahren nach der Erfindung verwendet wird und
3 eine schematische Vorderansicht des in 2 dargestellten Brenners ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Im Folgenden ist eine detaillierte Beschreibung des Verfahrens und der Vorrichtung nach der Erfindung gegeben. In der folgenden Beschreibung wird der Ausdruck Schlamm für das der Vorrichtung zugeführte Material verwendet. Man wird jedoch zu schätzen wissen, dass dieser Ausdruck weitere Stoffe wie Brei oder Schlick, die kohlehaltige Partikel enthalten, ein schließlich Koks, Holzkohle usw. und Ölreste, Abfall von Erdölproduktion, Raffinerien und petrochemischen Industrien, Abwasserschlamm usw., umfasst. Ferner beträgt der Metallgehalt des Schlamms in der bevorzugten Ausführungsform mindestens 5%, vorzugsweise mindestens 20% und am besten mindestens 50%.
In 1 ist ein Gesamtdiagramm einer Anlage zur Behandlung von Schlamm und anderen nassen Abfallmaterialien, allgemein mit 10 bezeichnet, dargestellt. Die Anlage ist um einen Brenner 20 herum gebaut, der in einer Seitenwand eines Ofens 30 befestigt ist. Der Brenner ist ein sogenannter Sauerstoffbrenner und wird daher über eine erste Versorgungsleitung 21 mit Brennstoff und über eine zweite Versorgungsleitung 22 mit Sauerstoff gespeist. Mit Sauerstoff ist in diesem Zusammenhang ein Gas mit einem O₂ Gehalt von mehr als 21% und vorzugsweise ein sogenanntes technisches Oxygen mit einem O₂ Gehalt von ca. 90-100% gemeint.
Schlamm wird zum Brenner über eine dritte Versorgungsleitung 23 zugeführt. Die dritte Versorgungsleitung 23 ist am Speiser, allgemein mit 40 bezeichnet, angeschlossen. Der Speiser 40 umfasst einen Behälter 42, in den das nasse Ursprungsmaterial in Form von Schlamm gespeist wird. Der Schlamm wird vom Behälter 42 zu einer Einrichtung geleitet, die eine Speisepumpe 45, die von Motor 46 angetrieben wird, umfasst. Über die Speisepumpe 45 wird der Schlamm bei einer Geschwindigkeit, die durch die Geschwindigkeit der Speisepumpe bestimmt ist, zum Brenner 20 befördert.
Der Brenner 20 wird ferner mit einem passenden Medium wie Sauerstoff oder anderes Gas usw., zur Zerstäubung des Schlamms gespeist. Dieses Zerstäubungsmittel wird von einer Quelle (nicht dargestellt) über den Einlauf 25 dem Brenner zugeführt.
In der in 1 dargestellten Beispielsanlage ist der Ofen 30 eine separate Einheit, die einen Auslauf 32 neben dem Unterteil davon, zum Auslaufen des geschmolzenen Metalls, das Partikel enthält, die durch die Schlammbehandlung rückgewonnen wurden, aufweist. Der Ofen umfasst ferner in seinem Oberteil einen Abgasauslauf 34 zum Ablassen der von der Verdampfung und Verbrennung des Schlamms während der Verbrennung erzeugten Abgase. Im Unterteil des Ofens 30 ist eine Ladung 36 angesammelt, die vom Material, das über den Brenner zum Ofen gespeist wird, stammt.
Eine erste Ausführungsform des Brenners 20 ist genauer unten, mit Bezugnahme auf 2 und 3 beschrieben, wobei 2 eine Querschnittansicht des Vorderteils des Brenners und 3 eine Vorderansicht ist. Dieser Brenner ist zur Verwendung mit Brennstoff in Form von Gas, wie Propan, Naturgas oder Butan, oder Heizöl geeignet.
Der Brenner 20 umfasst einen Hauptteil 24, an den die in 1 dargestellten Versorgungsleitungen 21-23 und 25 angeschlossen sind. Teil 24 ist mit einem im Wesentlichen runden Querschnitt, siehe 3, versehen, in dem die Konfiguration der Versorgungsleitungen 21-23 detaillierter erscheint. Der Brennstoff wird mittels der ersten Versorgungsleitung 21 in Form von sechs äquidistanten Rohren 21a-f, die in einem konstanten Abstand von der Achsenmitte des Hauptteils 24 befestigt sind, zugeführt. Sauerstoff wird über einen ringförmigen Außenteil 22 zugeführt und umschließt somit den durch die Versorgungsleitungen 21a-f zugeführten Brennstoff. Schließlich wird der Schlamm über das Zuführrohr 23, das koaxial im Brenner befestigt ist, zugeführt.
Im Zuführrohr 23 für den Schlamm befindet sich eine Zerstäubungseinrichtung, die mit 26 bezeichnet ist. Diese funktioniert auf nachfolgende Art. Das Zerstäubungsmittel, wie Sauerstoff, wird in den Brenner bei 25 durch eine Anzahl von Rohren eingeführt. Diese Rohre enden im Hauptrohr 23 für den Schlamm und schließen in einem Winkel dazu an, und zerstäuben oder trennen dabei den Schlamm, der das Rohr 23 verlässt.
Wie bereits erwähnt, ist der Brenner 20 an der Seitenwand des Ofens 30 befestigt. In der bevorzugten Ausführungsform kann der Brenner gekippt, d.h. in verschiedenen Winkeln zur Vertikalen oder Horizontalen befestigt sein. Die verschiedenen Ausrichtungen können zum Aufrechterhalten der gewünschten Charakteristika für den Verbrennungsprozess verwendet werden.
Im Folgenden ist das Verfahren zur Behandlung von Schlamm im Detail beschrieben.
Zu Beginn wird Schlamm zum Behälter 42 vom Speiser 40 zugeführt. Der Schlamm ist obengenannter Natur, d.h. er umfasst einen flüssigen Teil und darin vermischte metallhältige Partikel. Die metallhältigen Partikel umfassen Metall, Metalloxid oder Metallhydroxid.
Der Schlamm wird vom Behälter in die Speisepumpe 45 transferiert, wo er mittels der Pumpe 45 zum Brenner 20 befördert wird. Die Geschwindigkeit mit der der Schlamm zum Brenner gespeist wird ist von der Geschwindigkeit der Speisepumpe 45 bestimmt.
Der Betrieb des Sauerstoffbrenners 20 wird mittels der Brennstoff- und Sauerstoffmenge, die durch die erste bzw. zweite Versorgungsleitung 21 und 22 zugeführt wird, gesteuert. Die Versorgungsleitungen sind an die Brennstoff- und Sauerstoffquellen (nicht dargestellt) auf herkömmliche Art, angeschlossen. Eine Zerstäubungsmittelquelle ist ebenfalls an den Brenner über Einlauf 25 angeschlossen.
Der Betrieb des Brenners 20 wird nun im Detail, unter Bezugnahme auf 2 und 3, in denen ein Gas- oder Ölbrenner dargestellt ist, beschrieben. Schlamm wird durch das mittlere Zuführrohr 23 bei einer Geschwindigkeit, die von der Speisepumpe gesteuert wird, zugeführt. Vor Erreichen einer Flamme 27, die von der Sauerstoff-Brennstoff-Mischung und eventuell im Schlamm enthaltenem Brennstoff stammt, wird der Schlamm mittels dem Zerstäuber 26 zerstäubt. In einigen Fällen kann die Verbrennung durch Energie, die im Schlamm enthalten ist, aufrechterhalten werden und in solchen Fällen wird der durch die Versorgungsleitung 21 zugeführte Brennstoff hauptsächlich zum Starten der Verbrennung verwendet. Somit wird der Schlamm, der den Vorderteil des Brenners verlässt in kleine Teile zerteilt, die eine effiziente Erhitzung ermöglichen.
Brennstoff wird in den Zuführrohren 21a-f, siehe 3, zugeführt während eine Sauerstoffhülle durch die ringförmige Speisezone 22 zugeführt wird. Die Sauerstoff-Brennstoffmischung hat in der Flamme 27 Eigenschaften wie Länge, Temperatur usw. umfasst, die von der Zuführgeschwindigkeit von Brennstoff und Sauerstoff gesteuert werden. Je höher der Sauerstoffgehalt ist desto höher ist die Temperatur, wobei eine theoretische Flammentemperatur von ca. 1500°C oder mehr entsteht. Somit wird der Schlamm in den mittleren Teil der Flamme eingespritzt.
Wie aus 2 ersichtlich, werden die metallhaltigen Partikel des Schlamms, die in die Flamme eingespritzt werden, zum Agglomerieren gebracht, wodurch Agglomerate entstehen, die größer als die im Schlamm enthaltenen Partikel sind. Der Agglomerationsprozess wird von verschiedenen Parametern gesteuert, wobei Temperatur und Geschwindigkeit der Flamme 27, Energiegehalt oder Dichte des eingespritzten Schlamms, Stöchiometrie, d.h. das Verhältnis des oxidierenden Gases zum hinzugefügten Brennstoff, der Sauerstoffgehalt des oxidierenden Gases, die Speisegeschwindigkeit des Sauerstoffs und des hinzugefügten Brennstoffs, die Einspritzgeschwindigkeit des Schlamms und dessen Charakteristika, die Verweilzeit des Schlamms in der Flamme und die Brennermerkmale und die Konfiguration, wie Kippen, erwähnt werden können.
Der nasse Teil des Schlamms wird durch die hohe Temperatur der Flamme zerstäubt, wodurch Abgase entstehen, die im Ofen 30 aufsteigen und dann durch den Abgasauslass 34 ausströmen. Die entstandenen Agglomerate und Tropfen fallen auf den Boden des Ofens 30, wo sie zur Ladung 36 hinzugefügt werden. Die Ladung wird danach in flüssiger oder fester Phase verwendet. Alternativ wird die Ladung zu einem Prozess zurückgebracht.
Es wurde eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens und der Vorrichtung nach der Erfindung beschrieben. Der Fachmann erkennt, dass diese innerhalb des Zwecks der anhängenden Ansprüche abgeändert werden kann. Somit, obwohl ein Sauerstoffbrenner 20 dargestellt wurde, können andere herkömmliche Brenner wie Plasmabrenner oder in einigen Fällen Luft-Brennstoffbrenner mit hohem Wärmewirkungsgrad verwendet werden.
Ferner wurde eine separate Ofeneinheit 30 dargestellt. Das Verfahren nach der Erfindung ist entsprechend für andere Arten von Öfen wie elektrische Lichtbogenöfen, Induktionsöfen, Flammöfen, elektrisch geheizte Öfen, Hochöfen, Kupolöfen und Konverter usw. verwendbar.
In der beschriebenen Ausführungsform ist der Brenner an einer Seitenwand des Ofens befestigt. Es wurde allerdings erkannt, dass weitere passende Befestigungen, wie im Oberteil des Ofens, möglich sind. Ferner ist eine Konfiguration mit mehr als einem Brenner möglich. Es ist dann möglich, den zerstäubten Schlamm beispielsweise zwischen drei Brennerflammen einzuspritzen.
In der beschrienen Ausführungsform wird der Schlamm mittels einer Speisepumpe dem Ofen zugeführt. Der gespeiste Schlamm kann allerdings auch freifließend usw. sein.
Es wurde eine spezifische Brennerkonfiguration dargestellt. Man wird ferner zu schätzen wissen, dass jegliche passende Brennerkonfiguration mit verschiedener Anzahl von Rohren usw. verwendet werden kann.
Es wurde ein separater Einlauf für das Zerstäubungsmittel beschrieben. Es wird erkannt, dass dieselbe Sauerstoffquelle sowohl für das Zerstäubungsmittel als auch für die Brennerspeisung verwendet werden kann.

Claims

Verfahren zur Behandlung von Schlamm, wobei der Schlamm einen flüssigen Teil und darin vermischte, metallhaltige Partikel aufweist, wobei die Partikel Metall, Metalloxid oder Metallhydroxid umfassen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: a) Zerstäuben des Schlamms; b) Zuführen des atomisierten Schlamms zu einer Flamme (27) eines Sauerstoffbrenners (20), welcher in einem Schmelzofen bereitgestellt ist; c) Veranlassen des flüssigen Teils des Schlamms mittels der Flamme zu verdampfen, während die Flamme mittels einer getrennten Brennstoffversorgung (21) erhalten wird; und d) Veranlassen von wenigstens einem Teil der metallhaltigen Partikel mittels der Flamme zu schmelzen.
Verfahren nach Anspruch 1, umfassend den zusätzlichen Schritt: e) Rückgewinnen der metallhaltigen Partikel in flüssiger oder fester Phase.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Metallgehalt des Schlamms wenigstens 5%, bevorzugt wenigstens 20% und besonders bevorzugt wenigstens 50% beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, wobei der Schlamm ein Abfallprodukt eines Verfahrens ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, wobei die Flamme hauptsächlich durch Energie aufrecht erhalten wird, die im Schlamm enthalten ist.
Vorrichtung zur Behandlung von Schlamm, umfassend: – einen Behälter (42) für Schlamm, der einen flüssigen Teil und darin vermischte, metallhaltige Partikel aufweist, wobei die Partikel Metall, Metalloxid oder Metallhydroxid umfassen; – einen Sauerstoffbrenner (20), welcher eine Flamme (27) während seines Betriebs aufweist, wobei der Brenner aufweist – eine Brennstoffversorgungsleitung (21) zum Aufrechterhalten der Flamme, – ein Zuführrohr (23) zum Zuführen des Schlamms zur Flamme, und – einen Zerstäuber (25, 26) zum Zerstäuben des Schlamms; und – eine Speisevorrichtung (45, 46), welche zwischen dem Behälter und dem Brenner zum Zuführen von Schlamm vom Behälter zum Brenner eingebunden ist.