WO2014106667A2 - Method for the solvolysis of aqueous organic suspensions and solutions to form concentrated, aqueous, black-liquor-like and/or salt-like solutions of organic compounds - Google Patents
Method for the solvolysis of aqueous organic suspensions and solutions to form concentrated, aqueous, black-liquor-like and/or salt-like solutions of organic compounds Download PDFInfo
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Definitions
- the invention relates to a process for the treatment of water-containing waste and raw materials, such as liquid manure, digestate, sewage sludge, hereinafter referred to as "liquid manure " called.
- the condensate contains a high proportion of ammonia / ammonium. In pig slurry in the order of 1-2% by mass.
- the condensate can i.d.R. can not be introduced into the sewage system without nitrogen separation.
- the object of the invention is to provide a method which can be used for processing highly water-containing raw materials such as manure, sewage sludge.
- the object of the method according to the invention is that organic components of the waste are treated by solvolysis, so that they are subsequently present in at least one liquid phase. At the same time, the water content of the product is significantly reduced compared to the starting material.
- the wastes are combined in a reactor with an aqueous, alkaline solution and an essentially water-insoluble organic auxiliary to form a reaction mixture.
- the aqueous phase hereinafter also referred to as a phase containing the water-soluble organic molecules.
- the organic phase is a phase that is substantially immiscible with the aqueous phase.
- the addition of the organic auxiliary is optional and is indicated in particular when components such as elastomers, polyolefins or the like are to be expected in the raw material.
- the reaction mixture is heated to a temperature range between 140 ° C to 250 ° C and placed under a pressure between 3 bar and 12 bar, so that at least one aqueous, organic phase, a gas phase and optionally a solid phase and (when using organic auxiliaries ) arise a floating non-polar, organic phase.
- the gas phase is removed from the reactor, compressed, condensed out, depleted of gases, re-evaporated by venting, again condensed out and then removed from the process.
- alkaline solutions those have been found which contain the inorganic carbonates.
- the potassium carbonate solution has proven to be particularly advantageous.
- the alkaline carbonate solutions are preferably saturated.
- the organic auxiliaries are preferably lubricating oils, motor oils, aliphatic hydrocarbons or the like.
- the organic adjuvants are preferably inert to the alkaline solution.
- the organics ie the organic constituents which are predominantly dissolved in the organic adjuvant and do not have sufficient vapor pressure to be carried out with the drag vapor, are predominantly nonpolar and float on the alkaline solution since their density is smaller than that of the alkaline Solution.
- the discharge of this floating phase is preferably carried out when the entire solution is pumped or pumped into other containers, is.
- the solution can be pumped via a 3-way valve depending on their conductivity in separate containers.
- the mechanical vapor recompression by the compressor (12) is a heat pump. At low temperature differences between the stirred tank (8) and the steam accumulator (15, 25) only about 5% of the amount of energy of the heat of evaporation in the form of mechanical energy is required.
- the steam storage is a simple pressure vessel filled with steam and water. This pressure vessel is not heated from the outside as in a Dampf acknowledgedlok, but the pressure is so far increased by the heat of condensation, resulting from the condensation of the vapor on the template, that then the re-evaporation can be realized.
- Fig. 1 shows a system in which the inventive method can be performed.
- alkali a potassium hydroxide or potassium carbonate, particularly preferably potassium carbonate in a saturated aqueous solution (hereinafter called alkali) is prepared in a semi-batch process, a black liquor similar product.
- the product recycle stream is a concentrated solution of predominantly organic salts and the mass flow of the recycle stream is a multiple of the feed mass stream, the ion concentration of the mixture is close to the ion concentration of the recycle stream.
- the vapor pressure of the mixture is greatly reduced from the vapor pressure of pure water. The mixture results in a partial recondensation of the previously formed water vapor and an increase in temperature.
- the mixture is then added to the eye of the stirring by stirring in the stirred tank (8).
- a pressure of 2-5 bar (abs.), Preferably about 3 bar is set.
- the equilibrium temperature is then between 160 and 190 ° C.
- the water vapor pressure is far below the vapor pressure which pure water would have at this temperature.
- the vapor above the solution which is also mixed with fission gases such as ammonia and C0 2 , is superheated steam.
- This vapor is removed from the stirred tank (8) via the line (9) and passed into a centrifugal separator (19). There, entrained scraps of foam are separated from the gas / vapor stream. The foam is destroyed so that the liquid can be passed through the bottom of the centrifugal separator (19) back into the stirred tank.
- the gas / vapor stream is fed via the line (20) to the vapor compressor (12).
- the pressure of the gas / vapor stream is increased. It is preferred in the compressor or immediately after the compressor water, fed by pump (18) to inject, so that it does not come to a polytropic state change, but a saturated steam with a temperature of 40 Kelvin higher, preferably max. 10 Kelvin higher than the temperature in the stirred tank (8) is formed.
- the saturated steam thus shown is alternately directed into the steam reservoirs (15) and (25), respectively.
- the vapor condenses as long as the temperature of the water reservoir in the steam reservoirs is below the steam temperature.
- the latent heat is first converted into physical heat and stored in this form. If the temperature in the water reservoir of the steam accumulator no longer rises, the steam is directed into the other steam accumulator.
- valves (11) and (31) are actuated.
- the storage of the steam is mainly for the reason that gases such as ammonia and C0 2 , which dissolve only slightly in the water at high temperatures, can be expelled in concentrated form.
- gases such as ammonia and C0 2 , which dissolve only slightly in the water at high temperatures, can be expelled in concentrated form.
- these gases are blown off in each case via the valves (16) and (26) and fed to a further processing, for example to ammonium sulfate.
- optional compressed air or other gases (13) can be injected into the steam storage tank to further discharge ammonia.
- the ion exchangers are regenerated with acid (e.g., sulfuric acid) to recover ammonium fertilizer.
- acid e.g., sulfuric acid
- Fig. 2 describes a plant for a further embodiment in which water is removed by a multi-stage evaporation.
- This embodiment is particularly preferred when the solutions of organic salts produced in the solvolysis are energetically utilized by combustion.
- Raw materials contained amount of chemical energy is usually not sufficient to apply the energy necessary for simple evaporation, the evaporation must be cascaded in stages, so that the heat of condensation of each previous stage can be used as heat of vaporization.
- the number of possible stages depends essentially on the initial temperature, the temperature intervals between the stages and the temperature of the last stage. When choosing the initial temperature, it should be noted that the organic salts are not yet thermally decomposed and that the equilibrium pressures resulting from the temperature and concentration do not lead to very high costs of the apparatus.
- the temperature intervals between the stages are essentially determined by the degree of overheating of the steam and the size of the heat exchanger surfaces. Heavily superheated steam can only release its heat of condensation when it has reached the saturated state (saturated steam temperature) associated with its pressure.
- saturated state saturated steam temperature
- the reflux ratio determines the concentration, or the concentration gradient in the apparatus.
- the temperature of the last stage is determined by the temperature level of the heat reuse or by the solubility of the ammonia. At high temperatures, ammonia dissolves only poorly in water, so that the small amounts which can then be dissolved in the condensate can be removed via ion exchangers. Another limit for the last temperature is the solubility of alkali salts. The solubility is very temperature dependent, concentrated solutions can only be displayed at high temperatures. Especially against the background of an energetic use of the organic salt solutions, a high concentration - and thus a low water content - plays a decisive role.
- the raw material 46 is introduced via the pump 48 in the system. About the metering pump 49, the alkali 47 is metered. In this case, a fixed ratio (proportional dosing) can be set, or a control loop (which compares the temperature and pressure values in the reactor with the temperature-pressure-concentration characteristic map) can be set up.
- the mixture of substrate and alkali is now preheated in the heat exchanger 54, at the same time the condensate is cooled from the evaporator stages.
- the preheated mixture then enters the Solvolysereaktor 55, in which the organic polymers of the substrate are converted into water-soluble, salt-like compounds.
- the high salt concentration and the resulting density of the liquid in the reactor cause floating of the not yet converted by solvolysis in water-soluble compounds organic matter.
- inorganic compounds such as calcium phosphates (density 3.14 kg / l) freed from their organic matrix sediment and can be separated by a downstream hydrocyclone. Thereafter, these substances are further processed to fertilizer or other products.
- the freed from the inorganic material flow leaves the hydrocyclone through the dip tube in the pump 66, which conveys the material flow in the heat exchanger 64 of the forced circulation evaporator.
- ammonium bicarbonate can then be processed centrally or, for example, ammonium sulfate fertilizer (with the aid of gypsum) or otherwise marketed.
- valve 67 From the forced circulation of the first evaporator stage, a partial flow is diverted via valve 67, which is forwarded in each case to the subsequent cascades. Previously, however, part of the physical heat of the liquid is returned to the product return in the heat exchangers 68 and 76, respectively. This is necessary so that about the same amounts of water are evaporated in the respective forced-circulation evaporator stages. However, the product stream leaving the final evaporator stage does not flow quantitatively via valve 79 into the return to the first evaporator stage, because a product stream is branched off via valve 80 which is brought to its final concentration in the steam-heated double wall container 60 (possibly with stirring) and represents the main product.
- the double wall container 60 which is heated via the steam line 62, and the heat exchanger 64 of the forced circulation evaporator of the first stage is heated directly with steam from a steam generator.
- this vapor is produced by combustion of the product 59. In this combustion, the alkali is recovered.
- the second and third evaporator stage is heated by the vapors 84 and 85 of the respective previous evaporator stage.
- the vapor 86 is condensed for reuse 89 (eg steam for heating purposes) on the circuit moved by pump 87.
- the condensates from the heat exchangers 71, 100 and 101 are freed after cooling in the heat exchanger 54 in the ionic diver 51 from the last ammonium residues and via valve 52 - which ensures the necessary back pressure to Systemdrack - as pure water 53 from the Process discharged.
- valve 52 - which ensures the necessary back pressure to Systemdrack - as pure water 53 from the Process discharged.
- CO 2 (92) which is also used as a reactant for the formation of ammonium bicarbonate, is used in excess and used in the driven by pump 94 circuit 92 as the stripping gas.
- the stripping gas is introduced into the containers 71, 100 and 101.
- flue gas can also be used, but then the nitrogen and other gases must always be removed from the cycle.
- the condensate 63 which comes from the steam of the steam generator is returned as feed water.
- liquid, organic raw or waste material for example manure
- Alkali preferably potassium carbonate as concentrated, aqueous solution
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Abstract
The invention relates to a method for processing water-containing waste and raw materials, said method having the following steps: combining the wastes to be processed with an aqueous, alkaline solution to form a reaction mixture, in order to produce the circulating stream; heating the reaction mixture to a temperature range of between 140°C and 250°C and a pressure of between 2 bar and 12 bar to produce at least one aqueous, where necessary organic phase, a gas phase and where necessary a solid phase; conducting the gas phase out of the reactor; where necessary separating the organic and aqueous constituents of the gas phase, particularly by means of a rectification column, particularly if organic excipients are used; compressing the aqueous phase; removing ammonia and other undesired constituents from the vapour; cooling the vapour produced in the heat exchanger (6) or in the double-casing reactor such that a condensate is produced and at the same time the heat is output to the product circuit (35), water being evaporated out of the product; removing the condensate from the process after the physical heat of the condensate has been output via the heat exchanger (33) to the inflowing starting materials (1 and 2).
Description
Verfahren zur Solvolyse von wässrigen organischen Suspensionen und Lösungen zu konzentrierten, wässrigen, schwarzlaugenähnlichen und/oder salzartigen Lösungen organischer Verbindungen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbereiten von wasserhaltigen Abfall- und Rohstoffen, wie zum Beispiel Gülle, Gärrest, Klärschlamm, im Nachfolgenden als „Gülle" genannt. The invention relates to a process for the treatment of water-containing waste and raw materials, such as liquid manure, digestate, sewage sludge, hereinafter referred to as "liquid manure " called.
Die Aufbereitung der sehr stark wasserhaltigen Rohstoffe wie Gülle, Klärschlämme o.ä. stellt ein großes Problem dar, da diese Rohstoffe zunächst vorgetrocknet, bzw. entwässert werden müssen. Die Entwässerung von sehr wasserhaltigen, organischen Abfall-oder Rohstoffen wird -dem Stand der Technik entsprechend - durch Trennverfahren wie z.B.: The treatment of very highly water-containing raw materials such as manure, sewage sludge or similar. is a big problem because these raw materials must first be pre-dried or dehydrated. The dewatering of very hydrous, organic waste or raw materials is - according to the prior art - by separation methods such as:
• Zentrifugation • centrifugation
• Filtration • filtration
• Ionentauscher • Ion exchanger
· Verdampfung / Konvektionstrocknung · Evaporation / convection drying
- oft in Kombination untereinander - durchgeführt. - often in combination with each other - carried out.
Im Bereich Gülle- / Gärrestaufbereitung konnte sich bisher kein Verfahren bzw. keine Verfahrenskombination breit durchsetzen. Die technischen Herausforderungen der Eindampfung solcher Stoffe liegt insbesondere in den vier Problemgruppen begründet: In the field of manure / digestate treatment, no process or combination of processes has been widely accepted. The technical challenges of evaporation of such substances are due in particular to the four problem groups:
1. Gülle schäumt bei der Eindampfung stark. Die Ursache ist zum Einem die Entstehung von Dampf- / Gasblasen durch Verdampfung bzw. Gasabspaltung (z.B. NH3, C02), zum anderen durch das Vorhandensein oberflächenaktiver Substanzen, die die Oberflächenspannung des Wassers stark herabsetzen.
2. Bei indirekter Wärmeübertragung verschmutzen die Wärmetauscherflächen durch Krustenbildung. Diese Krustenbildung wird insbesondere durch Denaturierungsvorgänge von Eiweißen und der damit verbundenen Koagulation an der Grenzfläche verursacht. 1. Slurry foams heavily during evaporation. The cause is on the one hand, the formation of vapor / gas bubbles by evaporation or gas separation (eg NH3, C02), on the other hand by the presence of surface-active substances that greatly reduce the surface tension of the water. 2. For indirect heat transfer, the heat exchanger surfaces are polluted by crusting. This crusting is caused in particular by denaturation processes of proteins and the associated coagulation at the interface.
3. Das Kondensat enthält einen hohen Anteil Ammoniak / Ammonium. Bei Schweinegülle in der Größenordnung von 1-2 Masseprozent. Das Kondensat kann i.d.R. nicht ohne Stickstoffabtrennung in das Abwassersystem eingeleitet werden. 3. The condensate contains a high proportion of ammonia / ammonium. In pig slurry in the order of 1-2% by mass. The condensate can i.d.R. can not be introduced into the sewage system without nitrogen separation.
4. Der Energieverbrauch bei der Verdampfung ist bei rein thermischer Verdampfung mit über 600 kWh / m3 Gülle nur mit preiswerter Abwärme realisierbar. Steht diese nicht zur Verfügung, so ist diese Energiemenge zu hoch für eine wirtschaftliche Eindampfung. So muss mit Wärmepumpenprozessen (i.d.R. Brüdenverdichtung) gearbeitet werden. Solche Prozesse kommen praktisch mit etwa 5% der Energiemenge aus, die bei rein thermischer Verdampfung aufgebracht werden muss. 4. The energy consumption during evaporation is only possible with low-cost waste heat with purely thermal evaporation with more than 600 kWh / m 3 of liquid manure. If this is not available, then this amount of energy is too high for economic evaporation. So you have to work with heat pump processes (usually vapor recompression). Such processes are practically about 5% of the amount of energy that must be applied in purely thermal evaporation.
Die Aufgabe der Erfindung liegt darin ein Verfahren bereitzustellen, das zur Aufarbeitung stark wasserhaltiger Rohstoffe wie Gülle, Klärschlämme verwendet werden kann. The object of the invention is to provide a method which can be used for processing highly water-containing raw materials such as manure, sewage sludge.
Die oben genannten Probleme werden durch die Kombination eines Solvolyse-Verfahrens gemäß DE200810055508 in Verbindung mit einem Wärmepumpenprinzip, welches durch mechanische Brüdenverdichter realisiert wird, vermieden. Dadurch werden auch sehr stark wasserhaltige organische Roh- und Abfallstoffe der Solvolyse nach DE200810055508 zugänglich. The above problems are avoided by combining a solvolysis process according to DE200810055508 in connection with a heat pump principle realized by mechanical vapor compressors. As a result, very strongly water-containing organic raw materials and waste materials of solvolysis according to DE200810055508 are accessible.
Die Aufgabe der Erfindung wird daher durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. The object of the invention is therefore achieved by the features of patent claim 1.
Die unabhängigen Ansprüche stellen vorteilhafte Ausführungsformen dar. The independent claims represent advantageous embodiments.
Das Ziel des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, , dass organische Bestandteile des Abfalls mittels Solvolyse behandelt werden, so dass sie im Anschluss in mindestens einer flüssigen Phase vorliegen. Gleichzeitig wird der Wassergehalt des Produktes gegenüber dem Ausgangsstoff erheblich reduziert.
Gemäß dem Verfahren DE 200810055508 werden die Abfälle in einem Reaktor mit einer wässrigen, alkalischen Lösung und einem im Wesentlichen im Wasser nicht löslichem organischem Hilfsmittel zu einer Reaktionsmischung zusammengeführt. Als wässrige Phase wird im Nachfolgenden auch eine Phase genannt, die die wasserlöslichen organischen Moleküle enthält. Die organische Phase ist eine Phase, die mit der wässrigen Phase im Wesentlichen nicht mischbar ist. The object of the method according to the invention is that organic components of the waste are treated by solvolysis, so that they are subsequently present in at least one liquid phase. At the same time, the water content of the product is significantly reduced compared to the starting material. According to the method DE 200810055508, the wastes are combined in a reactor with an aqueous, alkaline solution and an essentially water-insoluble organic auxiliary to form a reaction mixture. As the aqueous phase, hereinafter also referred to as a phase containing the water-soluble organic molecules. The organic phase is a phase that is substantially immiscible with the aqueous phase.
Die Zugabe des organisches Hilfsmittels (z.b. aliphatische Kohlenwasserstoffe) ist optional und ist insbesondere dann angezeigt, wenn im Rohstoff mit Bestandteilen wie Elastomeren, Polyolefinen oder Ähnlichem zu rechnen ist. Die Reaktionsmischung wird auf einen Temperaturbereich zwischen 140°C bis 250°C erwärmt und unter einen Druck zwischen 3 bar und 12 bar gesetzt, so dass mindestens eine wässrige, organische Phase, eine Gasphase und ggf. eine Festphase und (bei Einsatz von organischen Hilfsmittel) eine aufschwimmende unpolare, organische Phase entstehen. The addition of the organic auxiliary (for example aliphatic hydrocarbons) is optional and is indicated in particular when components such as elastomers, polyolefins or the like are to be expected in the raw material. The reaction mixture is heated to a temperature range between 140 ° C to 250 ° C and placed under a pressure between 3 bar and 12 bar, so that at least one aqueous, organic phase, a gas phase and optionally a solid phase and (when using organic auxiliaries ) arise a floating non-polar, organic phase.
Entgegen der DE 200810055508 wird die Gasphase aus dem Reaktor abgeführt, verdichtet, auskondensiert, von Gasen abgereichert, durch Entspannen erneut verdampft, wieder auskondensiert und anschließend aus dem Prozess entfernt. Contrary to DE 200810055508, the gas phase is removed from the reactor, compressed, condensed out, depleted of gases, re-evaporated by venting, again condensed out and then removed from the process.
Als vorteilhafte alkalische Lösungen haben sich solche erwiesen, die die anorganischen Carbonate enthalten. Als besonderes vorteilhaft hat sich die Kaliumcarbonatlösung gezeigt. As advantageous alkaline solutions, those have been found which contain the inorganic carbonates. The potassium carbonate solution has proven to be particularly advantageous.
Die alkalischen Carbonatlösungen sind vorzugsweise gesättigt. Die organischen Hilfsmittel sind vorzugsweise Schmieröle, Motorenöle, aliphatische Kohlenwasserstoffe oder dergleichen. Die organischen Hilfsmittel sind gegenüber der alkalischen Lösung vorzugsweise inert. The alkaline carbonate solutions are preferably saturated. The organic auxiliaries are preferably lubricating oils, motor oils, aliphatic hydrocarbons or the like. The organic adjuvants are preferably inert to the alkaline solution.
Die Organik, d. h. die organischen Bestandteile, die vorwiegend in dem organischen Hilfsmittel gelöst sind und keinen hinreichenden Dampfdruck aufweisen, um mit dem Schleppdampf ausgetragen zu werden, sind vorwiegend unpolar und schwimmen auf der alkalischen Lösung auf, da deren Dichte kleiner ist als die der alkalischen Lösung.
Der Austrag dieser aufschwimmenden Phase erfolgt vorzugsweise dann, wenn die gesamte Lösung abgepumpt oder in andere Behälter umgepumpt, wird. Dabei kann die Lösung über ein 3-Wege Ventil in Abhängigkeit von ihrer Leitfähigkeit in getrennte Behälter gepumpt werden. The organics, ie the organic constituents which are predominantly dissolved in the organic adjuvant and do not have sufficient vapor pressure to be carried out with the drag vapor, are predominantly nonpolar and float on the alkaline solution since their density is smaller than that of the alkaline Solution. The discharge of this floating phase is preferably carried out when the entire solution is pumped or pumped into other containers, is. The solution can be pumped via a 3-way valve depending on their conductivity in separate containers.
1. Durch die Zugabe von Kaliumcarbonat (2) oder eine wässrige Lösung aus Kaliumcarbonat zum flüssigen Rohstoff (z.B. Gülle) (1) werden viele oberflächenaktive Substanzen unter den basischen Bedingungen und unter dem Einfluss der Temperatur chemisch verändert, so dass ihre Oberflächenaktivität sinkt. Trotzdem ist immer noch eine starke Schaumbildung zu beobachten. Der Schaum der frisch zufließenden Gülle- / Kaliumcarbonatlösung (9) wird mit dem Umlauf des Reaktionsgemisches, aus Leitung (35) gemischt. Der Massestrom des Umlaufs ist groß gegen den des zufließenden Frischmaterials. Dadurch handelt es sich nach der Vermischung beider Teilströme um eine sehr konzentrierte, wässrige Lösung aus vorwiegend organischen Kaliumsalzen, welche wesentlich weniger zum Schäumen neigt, als eine schwach konzentrierte Lösung. Bei Eintritt dieses Gemisches in die durch die Aktivität des Rührers verursachte Trombe im Rührbehälter (8) wird verbliebener Schaum zeitnah so ins Innere der Flüssigkeit gezogen, dass er schnell zusammenbricht. Da statistisch etwa so viel Wasser durch Verdampfung aus dem Rührbehälter ausgetrieben wird, wie an Wasser zugegeben wird, bleibt die Konzentration im Rührbehälter konstant hoch. Durch die nunmehr erfolgende Solvolyse, d.h. den Abbau organischer Polymerverbindungen hin zu kleineren Verbindungen, die meist Carboxylate darstellen, und unter dem Einfluss des Drucks ist die Schaumbildung stark unterdrückt. Um einzelne, dennoch im Dampfstrom mitgerissene Schaumfetzen nicht in den Brüdenverdichter (12), bzw. in das Kondensat (3) gelangen zu lassen, ist ein Fliehkraftabscheider (19) in die Dampfleitung eingebaut. Der zusammengefallene Schaum, also die daraus entstandene Flüssigkeit wird wieder in den Rührbehälter (8) zurückgeführt. 1. By adding potassium carbonate (2) or an aqueous solution of potassium carbonate to the liquid raw material (e.g., manure) (1), many surface-active substances are chemically changed under the basic conditions and under the influence of temperature, so that their surface activity decreases. Nevertheless, a strong foaming is still observed. The foam of the freshly flowing slurry / potassium carbonate solution (9) is mixed with the circulation of the reaction mixture, from line (35). The mass flow of the circulation is large against that of the incoming fresh material. As a result, after the mixing of the two partial streams, this is a very concentrated, aqueous solution of predominantly organic potassium salts, which is less prone to foaming than a weakly concentrated solution. Upon entry of this mixture in the caused by the activity of the stirrer Trombe in the stirred tank (8) remaining foam is promptly pulled so inside the liquid that it collapses quickly. Since statistically about as much water is expelled by evaporation from the stirred tank, as is added to water, the concentration in the stirred tank remains constantly high. By the now occurring solvolysis, i. the degradation of organic polymer compounds towards smaller compounds, which are usually carboxylates, and under the influence of pressure, the foaming is greatly suppressed. In order to prevent individual scraps of foam entrained in the vapor stream from entering the vapor compressor (12) or the condensate (3), a centrifugal separator (19) is installed in the vapor line. The collapsed foam, so the resulting liquid is returned to the stirred tank (8).
2. Die bereits unter Punkt 1 beschriebene Solvolyse verhindert die Bildung von Ablagerungen, indem die organischen Verbindungen in wasserlösliche Substanzen überführt werden.
3. Im Dampfspeicher (15, 25) herrschen hohe Temperaturen, dadurch ist die Löslichkeit des Ammoniaks unter diesen Bedingungen sehr gering. Dieser kann gezielt über das Ventil (16) abgelassen werden. Dabei ist es sinnvoll, den Druck so lange abzulassen, bis sich der reine Wasserdampfdruck eingestellt hat. Zusätzlich können optional Luft oder andere Gase (13) zur Strippung zugeführt werden. 2. The solvolysis described under point 1 prevents the formation of deposits by converting the organic compounds into water-soluble substances. 3. In the steam storage (15, 25) high temperatures prevail, thereby the solubility of the ammonia under these conditions is very low. This can be deliberately drained via the valve (16). It makes sense to release the pressure until the pure water vapor pressure has set. In addition, optional air or other gases (13) can be supplied for stripping.
4. Die mechanische Brüdenverdichtung durch den Verdichter (12) stellt eine Wärmepumpe dar. Bei geringen Temperaturdifferenzen zwischen dem Rührbehälter (8) und dem Dampfspeicher (15, 25) sind dabei nur etwa 5% der Energiemenge der Verdampfungswärme in Form von mechanischer Energie nötig. 4. The mechanical vapor recompression by the compressor (12) is a heat pump. At low temperature differences between the stirred tank (8) and the steam accumulator (15, 25) only about 5% of the amount of energy of the heat of evaporation in the form of mechanical energy is required.
Der Dampfspeicher ist ein einfacher mit Dampf und Wasser gefüllter Druckbehälter. Dieser Druckbehälter wird nicht von außen beheizt wie bei einer Dampfspeicherlok, sondern der Druck wird durch die Kondensationswärme, die durch die Kondensation des Dampfes an der Vorlage entsteht, so weit erhöht, dass dann die Nachverdampfung realisiert werden kann. The steam storage is a simple pressure vessel filled with steam and water. This pressure vessel is not heated from the outside as in a Dampfspeicherlok, but the pressure is so far increased by the heat of condensation, resulting from the condensation of the vapor on the template, that then the re-evaporation can be realized.
Die Erfindung wird nun anhand der Figur näher erläutert. The invention will now be explained in more detail with reference to FIG.
Fig. 1 zeigt eine Anlage in der das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann. Fig. 1 shows a system in which the inventive method can be performed.
Aus den Produkten Gülle und Alkali, bevorzugt ein Kaliumhydroxid oder Kaliumcarbonat, besonders bevorzugt Kaliumcarbonat in gesättigter, wässriger Lösung (nachfolgend Alkali genannt) wird im Semi-Batch- Verfahren ein schwarzlaugenähnliches Produkt hergestellt. From the products manure and alkali, preferably a potassium hydroxide or potassium carbonate, particularly preferably potassium carbonate in a saturated aqueous solution (hereinafter called alkali) is prepared in a semi-batch process, a black liquor similar product.
Dazu werden in Abhängigkeit des organischen Trockensubstanzgehaltes der Gülle durch die Pumpen (39) bzw. (40) Alkali und Gülle zueinander dosiert. Dabei ist ein Mischungsverhältnis von 1 : 1 - 3: 1 , bevorzugt 2: 1 wischen TOC (organischer Kohlenstoffgehalt) und Kalium einzustellen. Die so vorbereitete Mischung wird im Wärmetauscher (33) auf eine Temperatur von 80-190 °C, bevorzugt bis etwa 160°C vorgewärmt. Dabei stellt sich auf Grund des Wasserdampfdrucks und der Entstehung von Spaltgasen wie Ammoniak und C02 ein erhöhter Druck ein.
In der Leitung (9) erfolgt die Zumischung des Produkt-Umlaufstromes. Da es sich bei dem Produktumlaufstrom um eine konzentrierte Lösung vorwiegend organischer Salze handelt, und der Massestrom des Umlaufstromes ein Vielfaches des Massestromes des Zulaufs beträgt, ist die Ionenkonzentration der Mischung nahe der Ionenkonzentration des Umlaufstroms. In Folge dieser hohen Ionenkonzentration ist der Dampfdruck der Mischung gegenüber dem Dampfdruck von reinem Wasser stark abgesenkt. Durch die Mischung kommt es zu einer teilweisen Rückkondensation des zuvor entstandenen Wasserdampfes und zu einer Temperaturerhöhung . For this purpose, depending on the organic dry matter content of the manure by the pump (39) or (40) alkali and manure are metered to each other. In this case, a mixing ratio of 1: 1 - 3: 1, preferably 2: 1 wipe TOC (organic carbon content) and adjust potassium. The thus prepared mixture is preheated in the heat exchanger (33) to a temperature of 80-190 ° C, preferably to about 160 ° C. In this case, due to the water vapor pressure and the formation of fission gases such as ammonia and C0 2 an increased pressure. In the line (9), the admixture of the product circulating flow takes place. Since the product recycle stream is a concentrated solution of predominantly organic salts and the mass flow of the recycle stream is a multiple of the feed mass stream, the ion concentration of the mixture is close to the ion concentration of the recycle stream. As a result of this high ion concentration, the vapor pressure of the mixture is greatly reduced from the vapor pressure of pure water. The mixture results in a partial recondensation of the previously formed water vapor and an increase in temperature.
Die Mischung wird nun in das Auge der durch das Rühren entstehenden Trombe im Rührbehälter (8) gegeben. Im Rührbehälter wird ein Druck von 2-5 bar (abs.), bevorzugt ca.3 bar eingestellt. Die Gleichgewichtstemperatur liegt dann zwischen 160 und 190 °C. The mixture is then added to the eye of the stirring by stirring in the stirred tank (8). In the stirred tank, a pressure of 2-5 bar (abs.), Preferably about 3 bar is set. The equilibrium temperature is then between 160 and 190 ° C.
Wie bereits erwähnt liegt der Wasserdampfdruck in Folge der kolligativen Eigenschaften der Ionen in der Lösung weit unterhalb des Dampfdrucks den reines Wasser bei dieser Temperatur hätte. Der über der Lösung stehende Dampf, der auch mit Spaltgasen wie Ammoniak und C02 gemischt ist, ist überhitzter Dampf. As already mentioned, as a result of the colligative properties of the ions in the solution, the water vapor pressure is far below the vapor pressure which pure water would have at this temperature. The vapor above the solution, which is also mixed with fission gases such as ammonia and C0 2 , is superheated steam.
Dieser Dampf wird aus dem Rührbehälter (8) über die Leitung (9) abgeführt und in einen Fliehkraftabscheider (19) geleitet. Dort werden mitgerissene Schaumfetzen aus dem Gas- / Dampfstrom separiert. Der Schaum wird zerstört, so dass die Flüssigkeit über den Sumpf des Fliehkraftabscheiders (19) zurück in den Rührbehälter geleitet werden kann. Der Gas- / Dampfstrom wird über die Leitung (20) dem Brüdenverdichter (12) zugeführt. This vapor is removed from the stirred tank (8) via the line (9) and passed into a centrifugal separator (19). There, entrained scraps of foam are separated from the gas / vapor stream. The foam is destroyed so that the liquid can be passed through the bottom of the centrifugal separator (19) back into the stirred tank. The gas / vapor stream is fed via the line (20) to the vapor compressor (12).
Dort wird der Druck des Gas- / Dampfstrom erhöht. Es ist bevorzugt im Verdichter oder unmittelbar nach dem Verdichter Wasser, gespeist durch Pumpe (18) einzuspritzen, so dass es nicht zu einer polytropen Zustandsänderung kommt, sondern ein Sattdampf mit einer Temperatur von maximal 40 Kelvin höher, bevorzugt max. 10 Kelvin höher als die Temperatur im Rührbehälter (8) gebildet wird. Der so dargestellte Sattdampf wird abwechselnd jeweils in die Dampfspeicher (15) bzw. (25) geleitet. Dort kondensiert der Dampf, so lange die Temperatur der Wasservorlage in den Dampfspeichern unterhalb der Dampftemperatur ist.
So wird die latente Wärme zunächst in physikalische Wärme umgewandelt und in dieser Form gespeichert. Wenn die Temperatur in der Wasservorlage des Dampfspeichers nicht mehr ansteigt wird der Dampf in den anderen Dampfspeicher geleitet. Dafür werden die Ventile (11) und (31) betätigt. Die Speicherung des Dampfes erfolgt hauptsächlich aus dem Grund, dass Gase wie Ammoniak und C02, welche sich bei den hohen Temperaturen nur noch wenig im Wasser lösen, in konzentrierter Form ausgetrieben werden können. So werden diese Gase jeweils über die Ventile (16) bzw. (26) abgeblasen und einer Weiterverarbeitung z.B. zu Ammoniumsulfat zugeführt. There, the pressure of the gas / vapor stream is increased. It is preferred in the compressor or immediately after the compressor water, fed by pump (18) to inject, so that it does not come to a polytropic state change, but a saturated steam with a temperature of 40 Kelvin higher, preferably max. 10 Kelvin higher than the temperature in the stirred tank (8) is formed. The saturated steam thus shown is alternately directed into the steam reservoirs (15) and (25), respectively. There, the vapor condenses as long as the temperature of the water reservoir in the steam reservoirs is below the steam temperature. Thus, the latent heat is first converted into physical heat and stored in this form. If the temperature in the water reservoir of the steam accumulator no longer rises, the steam is directed into the other steam accumulator. For this, the valves (11) and (31) are actuated. The storage of the steam is mainly for the reason that gases such as ammonia and C0 2 , which dissolve only slightly in the water at high temperatures, can be expelled in concentrated form. Thus, these gases are blown off in each case via the valves (16) and (26) and fed to a further processing, for example to ammonium sulfate.
Zusätzlich können noch optional Druckluft oder andere Gase (13) in den Dampfspeicher eingeblasen werden um Ammoniak noch weiter auszustrippen. In addition, optional compressed air or other gases (13) can be injected into the steam storage tank to further discharge ammonia.
Wenn der Stripp Vorgang beendet ist, wird durch die Öffnung des Ventils (14) bzw. (32) Dampf in den Wärmetauscher (6) geleitet, welcher den Produktumlauf erwärmt. Dabei wird max. so lange Dampf durch Nachverdampfung in den Wärmetauscher (6) geleitet bis die Temperatur in dem jeweiligen Dampfspeicher gleich der Temperatur im Rührbehälter (8) ist. Das nach der Passage der Wärmetauscher (6) und (33) kondensierte und abgekühlte Kondensat enthält nur noch wenig Ammoniak. Der restliche Ammoniak wird beim Durchleiten durch eine Ionentauschersäule (Kationentauscher) vom Ionentauscher sorbiert, so dass reines Wasser als Endprodukt erhalten wird. When the stripping process is completed, steam is passed through the opening of the valve (14) or (32) into the heat exchanger (6), which heats the product circulation. This max. as long as steam by post-evaporation in the heat exchanger (6) until the temperature in the respective steam storage is equal to the temperature in the stirred tank (8). The condensate condensed and cooled after the passage of the heat exchangers (6) and (33) contains only a small amount of ammonia. The remaining ammonia is sorbed by the ion exchanger when passing through an ion exchange column (cation exchanger), so that pure water is obtained as the end product.
Die Ionentauscher werden mit Säure (z.B. Schwefelsäure) regeneriert, wobei wiederum Ammoniumdünger gewonnen wird. The ion exchangers are regenerated with acid (e.g., sulfuric acid) to recover ammonium fertilizer.
Wenn so viel Gülle eingedampft worden ist, das der Rückstand den Behälter bis zu seiner maximalen Füllhöhe ausfüllt, wird die Zufuhr von Gülle und Alkali unterbrochen und Ventil (41) geschlossen. Weiterhin wird der Umlauf der Reaktionsmischung (35) durch Ausschalten der Pumpe (34) unterbrochen. Um eine hinreichende Verweilzeit bei der Solvolyse zu erreichen wird der Prozess so lange fortgeführt, bis die Solvolyse abgeschlossen ist. Dazu wird Dampf aus den Dampfspeichern (15,25), oder Hilfsweise aus dem Dampferzeuger (22) in den Rührbehälter geleitet. Der Druck im Rührbehälter (8) wird nunmehr bis auf den Druck des Dampfspeichers (15, bzw. 25) erhöht. In Folge der kolligativen Eigenschaften der Ionen in der
Reaktionsmischung steigt die Temperatur im Rührbehälter (8) bis zum Dampfdruckgleichgewicht an. In Folge der Entstehung von Spaltgasen wie z.B. Ammoniak, die aus der Hydrolyse von Eiweißen bzw. deren Bausteinen, den Aminosäuren, stammen, würde der Druck weiter ansteigen, jedoch wird das Gas- / Dampfgemisch wieder über den Brüdenverdichter abgeführt und mit dem Brüden wie oben beschrieben verfahren. Das nach der Solvolyse entstandene Endprodukt (4)- die Suspension einer wässrigen Lösung organischer Salze und anorganischer, schwer löslicher Komponenten, wie z.B. Kalziumphoshate, wird über das Ventil (24) abgeführt. When so much manure has been evaporated that the residue fills the container to its maximum level, the supply of manure and alkali is interrupted and valve (41) is closed. Furthermore, the circulation of the reaction mixture (35) is interrupted by switching off the pump (34). In order to achieve a sufficient residence time in the solvolysis, the process is continued until the solvolysis is completed. For this purpose, steam is passed from the steam reservoirs (15, 25) or, in the alternative, from the steam generator (22) into the stirred tank. The pressure in the stirred tank (8) is now increased to the pressure of the vapor accumulator (15, or 25). As a result of the colligative properties of the ions in the Reaction mixture increases the temperature in the stirred tank (8) to the vapor pressure equilibrium. As a result of the formation of fission gases such as ammonia, which come from the hydrolysis of proteins or their building blocks, the amino acids, the pressure would rise further, but the gas / vapor mixture is discharged through the vapor compressor again and with the vapor as above described procedure. The final product (4) formed after solvolysis - the suspension of an aqueous solution of organic salts and inorganic, sparingly soluble components, such as calcium zoates, is removed via the valve (24).
Danach kann der Prozess von vorn beginnen. Die initiale Erwärmung der Reaktionsmischung erfolgt über den Dampferzeuger (22). After that, the process can start over. The initial heating of the reaction mixture takes place via the steam generator (22).
Fig. 2 beschreibt eine Anlage für eine weitere Ausführungsform in der Wasser durch eine mehrstufige Eindampfung entfernt wird. Fig. 2 describes a plant for a further embodiment in which water is removed by a multi-stage evaporation.
Diese Ausführungsform ist insbesondere dann bevorzugt, wenn die in der Solvolyse produzierten Lösungen organischer Salze durch Verbrennung energetisch genutzt werden. Da die in Gülle o.ä. Rohstoffen enthaltene Menge an chemischer Energie (Heizwert der organischen Substanz) in der Regel nicht ausreicht um die zur einfachen Verdampfung notwendige Energie aufzubringen muss die Verdampfung kaskadiert in Stufen erfolgen, so das die Kondensationswärme der jeweils vorherigen Stufe als Verdampfungswärme genutzt werden kann. Die Anzahl der möglichen Stufen ist dabei im Wesentlichen von der Anfangstemperatur, den Temperaturabständen zwischen den Stufen und der Temperatur der letzten Stufe abhängig. Bei der Wahl der Anfangstemperatur ist zu beachten, das die organischen Salze noch nicht thermisch zersetzt werden und die aus der Temperatur und Konzentration resultierenden Gleichgewichtsdrücke nicht zu sehr hohen Kosten der Apparatur führen. Die Temperaturabstände zwischen den Stufen sind im Wesentlichen durch den Grad der Überhitzung des Dampfes und die Größe der Wärmetauscherflächen bestimmt. Stark überhitzter Dampf kann erst seine Kondensationswärme abgeben, wenn er den zu seinem Druck zugehörigen Sattzustand (Sattdampftemperatur) erreicht hat. Hier gilt es zwischen den Vorteilen einer hohen Konzentration und den Nachteilen der großen Temperaturabstände zwischen den Kolonnenstufen durch starke Überhitzung des Dampfes zu optimieren.
Diese Optimierung kann durch einen Produktrücklauf aus der letzten Stufe in die erste Stufe realisiert werden. Das Rücklaufverhältnis bestimmt die Konzentration, bzw. das Konzentrationsgefälle in der Apparatur. This embodiment is particularly preferred when the solutions of organic salts produced in the solvolysis are energetically utilized by combustion. As in the manure o.ä. Raw materials contained amount of chemical energy (calorific value of the organic substance) is usually not sufficient to apply the energy necessary for simple evaporation, the evaporation must be cascaded in stages, so that the heat of condensation of each previous stage can be used as heat of vaporization. The number of possible stages depends essentially on the initial temperature, the temperature intervals between the stages and the temperature of the last stage. When choosing the initial temperature, it should be noted that the organic salts are not yet thermally decomposed and that the equilibrium pressures resulting from the temperature and concentration do not lead to very high costs of the apparatus. The temperature intervals between the stages are essentially determined by the degree of overheating of the steam and the size of the heat exchanger surfaces. Heavily superheated steam can only release its heat of condensation when it has reached the saturated state (saturated steam temperature) associated with its pressure. Here it is important to optimize between the advantages of a high concentration and the disadvantages of the large temperature intervals between the column stages by strong overheating of the steam. This optimization can be realized by a product return from the last stage to the first stage. The reflux ratio determines the concentration, or the concentration gradient in the apparatus.
Die Temperatur der letzten Stufe wird vom Temperaturniveau der Wärme-Nachnutzung bzw. von der Löslichkeit des Ammoniaks bestimmt. Ammoniak löst sich bei hohen Temperaturen nur noch schlecht in Wasser, so das sich die geringen Mengen, die sich dann noch im Kondensat lösen über Ionentauscher entfernt werden können. Eine weitere Grenze für die letzte Temperatur stellt das Löslichkeitsgieichgewicht der Alkalisalze dar. Die Löslichkeit ist sehr temperaturabhängig, konzentrierte Lösungen lassen sich nur bei hohen Temperaturen darstellen. Insbesondere vor dem Hintergrund einer energetischen Nutzung der organischen Salzlösungen spielt eine hohe Konzentration - und damit ein geringer Wassergehalt eine entscheidende Rolle. The temperature of the last stage is determined by the temperature level of the heat reuse or by the solubility of the ammonia. At high temperatures, ammonia dissolves only poorly in water, so that the small amounts which can then be dissolved in the condensate can be removed via ion exchangers. Another limit for the last temperature is the solubility of alkali salts. The solubility is very temperature dependent, concentrated solutions can only be displayed at high temperatures. Especially against the background of an energetic use of the organic salt solutions, a high concentration - and thus a low water content - plays a decisive role.
Die Eindampfanlage wird in Figur 2 näher erläutert: The evaporation plant is explained in more detail in FIG. 2:
Der Rohstoff 46 wird über die Pumpe 48 in das System eingebracht. Über die Dosierpumpe 49 wird das Alkali 47 zudosiert. Dabei kann ein festes Verhältnis (Proportionaldosierung) eingestellt werden, oder ein Regelkreis, (der die Temperatur- und Druckwerte im Reaktor mit dem Temperatur-Druck-Konzentrations-Kennfeld vergleicht) aufgebaut werden. Das Gemisch aus Substrat und Alkali wird nun im Wärmetauscher 54 vorgewärmt, wobei gleichzeitig das Kondensat aus den Verdampferstufen abgekühlt wird. The raw material 46 is introduced via the pump 48 in the system. About the metering pump 49, the alkali 47 is metered. In this case, a fixed ratio (proportional dosing) can be set, or a control loop (which compares the temperature and pressure values in the reactor with the temperature-pressure-concentration characteristic map) can be set up. The mixture of substrate and alkali is now preheated in the heat exchanger 54, at the same time the condensate is cooled from the evaporator stages.
Das vorgewärmte Gemisch gelangt nun in den Solvolysereaktor 55, in welchem die organischen Polymere des Substrates in wasserlösliche, salzartige Verbindungen überführt werden. Die hohe Salzkonzentration und die daraus resultierende Dichte der Flüssigkeit im Reaktor (<1,6 kg/1) bewirken ein Aufschwimmen der noch nicht durch Solvolyse in wasserlösliche Verbindungen überführte organischen Stoffe. Aus ihrer organischen Matrix befreite anorganische Verbindungen wie z.B. Kalziumphosphate (Dichte 3,14 kg/1) hingegen sedimentieren, und können durch einen nachgeschalteten Hydrozyklon abgetrennt werden. Danach werden diese Stoffe weiter zu Dünger oder anderen Produkten aufgearbeitet. Der von den anorganischen Stoffen befreite Stoffstrom verlässt den Hydrozyklon über das Tauchrohr in die Pumpe 66, welche den Stoffstrom in den Wärmetauscher 64 des Zwangsumlaufverdampfers befördert. Die eigentliche Verdampfung findet im Entspannungsbehälter 65 statt, da im Wärmetauscher auf
Grand des Schwer edracks der Flüssigkeit ein höherer Druck als im Behälter 65 herrscht. Der Hauptteil der nicht verdampften Flüssigkeit wird in den Solvolysereaktor zurückgeführt. Dieser tritt dabei vorzugsweise tangential in den Solvolysereaktor ein, so dass die gesamte Flüssigkeit im Reaktor rotiert und die Reaktionsmischung bewegt wird. Über das Überström- Ventil 99 wird aus dem Solvolysereaktor das sich über der Flüssigkeit ansammelnde Gasgemisch aus Ammoniak, C02 und Wasserdampf abgeleitet. Dieses wird dann - gemeinsam mit den Gasen die durch die Überström- Ventile 72, 81 und 88 aus den Wärmetauschern entnommen werden - auf unter 35 °C abgekühlt, so das sich eine wässrige Lösung vom Ammoniumhydrogencarbonat bildet, welche im Behälter 93 gesammelt und letztlich dort entnommen wird. Das Ammoniumhydrogencarbonat kann dann zentral z.B. zu Ammoniumsulfatdünger (mit Hilfe von Gips) verarbeitet oder anderweitig vermarktet werden. The preheated mixture then enters the Solvolysereaktor 55, in which the organic polymers of the substrate are converted into water-soluble, salt-like compounds. The high salt concentration and the resulting density of the liquid in the reactor (<1.6 kg / l) cause floating of the not yet converted by solvolysis in water-soluble compounds organic matter. On the other hand, inorganic compounds such as calcium phosphates (density 3.14 kg / l) freed from their organic matrix sediment and can be separated by a downstream hydrocyclone. Thereafter, these substances are further processed to fertilizer or other products. The freed from the inorganic material flow leaves the hydrocyclone through the dip tube in the pump 66, which conveys the material flow in the heat exchanger 64 of the forced circulation evaporator. The actual evaporation takes place in the expansion vessel 65, since in the heat exchanger Grand of heavy edracks the liquid a higher pressure than in the tank 65 prevails. Most of the unevaporated liquid is returned to the solvolysis reactor. This occurs preferably tangentially in the Solvolysereaktor, so that the entire liquid is rotated in the reactor and the reaction mixture is moved. About the overflow valve 99 is derived from the Solvolysereaktor over the liquid accumulating gas mixture of ammonia, C02 and water vapor. This is then - together with the gases which are removed through the overflow valves 72, 81 and 88 from the heat exchangers - cooled to below 35 ° C, so that forms an aqueous solution of ammonium bicarbonate, which collected in the container 93 and ultimately there is removed. The ammonium bicarbonate can then be processed centrally or, for example, ammonium sulfate fertilizer (with the aid of gypsum) or otherwise marketed.
Aus dem Zwangsumlauf der ersten Verdampferstufe wird ein Teilstrom über Ventil 67 abgezweigt, welcher jeweils zu den nachfolgenden Kaskaden weitergeleitet wird. Zuvor wird aber ein Teil der physikalischen Wärme der Flüssigkeit jeweils in den Wärmetauschern 68 und 76 an den Produktrücklauf zurückgegeben. Dies ist notwendig, damit in den jeweiligen Zwangsumlauf- Verdampferstufen etwa gleiche Wassermengen verdampft werden. Der die letze Verdampferstufe verlassende Produktstrom geht aber nicht quantitativ über Ventil 79 in den Rücklauf zur ersten Verdampferstufe, denn über Ventil 80 wird ein Produktstrom abgezweigt, welcher im dampfbeheizten Doppelwandbehälter 60 (ggf. unter Rühren) auf seine Endkonzentration gebracht wird und das Hauptprodukt darstellt. Neben dem Doppelwandbehälter 60, der über die Dampfleitung 62 beheizt wird, wird auch der Wärmetauscher 64 des Zwangsumlaufverdampfers der ersten Stufe direkt mit Dampf aus einem Dampferzeuger beheizt. Vorzugsweise wird dieser Dampf durch Verbrennung des Produktes 59 produziert. Bei dieser Verbrennung wird auch das Alkali zurückgewonnen. Die zweite und dritte Verdampferstufe wird durch die Brüden 84 bzw. 85 der jeweils vorhergehenden Verdampferstufe beheizt. Der Brüden 86 wird zur Nachnutzung 89 (z.B. Dampf für Heizzwecke) an dem durch Pumpe 87 bewegten Kreislauf kondensiert. Die Kondensate, aus den Wärmetauschern 71 , 100 und 101 werden nach Abkühlung im Wärmetauscher 54 im Ionentaucher 51 von den letzten Ammoniumresten befreit und über Ventil 52 - welches den notwendigen Gegendruck zum Systemdrack gewährleistet - als reines Wasser 53 aus dem
Prozess ausgeschleust. Um die Ammoniak / Ammoniumfrachten mit denen der Ionentauscher beladen wird gering zu halten wird - wie oben schon erwähnt - bei hohen Temperaturen kondensiert. Zusätzlich wird C02 (92), welches auch als Reaktionspartner zur Bildung von Ammoniumhydrogencarbonat gebraucht wird, im Überschuss eingesetzt und im durch Pumpe 94 angetrieben Kreislauf 92 als Strippgas genutzt. Über die Ventile 74, 96 und 97 wird das Strippgas in die Behälter 71, 100 und 101 eingeleitet. An Stelle von reinem C02 kann auch Rauchgas eingesetzt werden, jedoch ist dann stets der Stickstoff und andere Gase aus dem Kreislauf auszuschleusen. From the forced circulation of the first evaporator stage, a partial flow is diverted via valve 67, which is forwarded in each case to the subsequent cascades. Previously, however, part of the physical heat of the liquid is returned to the product return in the heat exchangers 68 and 76, respectively. This is necessary so that about the same amounts of water are evaporated in the respective forced-circulation evaporator stages. However, the product stream leaving the final evaporator stage does not flow quantitatively via valve 79 into the return to the first evaporator stage, because a product stream is branched off via valve 80 which is brought to its final concentration in the steam-heated double wall container 60 (possibly with stirring) and represents the main product. In addition to the double wall container 60, which is heated via the steam line 62, and the heat exchanger 64 of the forced circulation evaporator of the first stage is heated directly with steam from a steam generator. Preferably, this vapor is produced by combustion of the product 59. In this combustion, the alkali is recovered. The second and third evaporator stage is heated by the vapors 84 and 85 of the respective previous evaporator stage. The vapor 86 is condensed for reuse 89 (eg steam for heating purposes) on the circuit moved by pump 87. The condensates from the heat exchangers 71, 100 and 101 are freed after cooling in the heat exchanger 54 in the ionic diver 51 from the last ammonium residues and via valve 52 - which ensures the necessary back pressure to Systemdrack - as pure water 53 from the Process discharged. In order to keep the ammonia / ammonium loads with which the ion exchanger is charged low, it is condensed at high temperatures, as already mentioned above. In addition, CO 2 (92), which is also used as a reactant for the formation of ammonium bicarbonate, is used in excess and used in the driven by pump 94 circuit 92 as the stripping gas. Via the valves 74, 96 and 97, the stripping gas is introduced into the containers 71, 100 and 101. In place of pure CO 2, flue gas can also be used, but then the nitrogen and other gases must always be removed from the cycle.
Das Kondensat 63, welches aus dem Dampf des Dampferzeugers stammt wird als Speisewasser zurückgeführt.
The condensate 63, which comes from the steam of the steam generator is returned as feed water.
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
1. flüssiger, organischer Roh- oder Abfallstoff (z.B. Gülle) 1. liquid, organic raw or waste material (for example manure)
2. Alkali, bevorzugt Kaliumcarbonat als konzentrierte, wässrige Lösung 2. Alkali, preferably potassium carbonate as concentrated, aqueous solution
3. Kondensat / Reinwasser 3. Condensate / pure water
4. Produkt (schwarzlaugenähnhche, konzentrierte, wässrige Lösung organischer, vorwiegend salzartiger Verbindungen) 4. Product (Black liquorice, concentrated, aqueous solution of organic, mainly salt-like compounds)
5. Ammoniak / Wasserdampf-Gemischt mit hoher Ammoniakkonzentration zur Weiterverarbeitung (z.B. zu Ammoniumsulfat) 5. Ammonia / water vapor mixture with high ammonia concentration for further processing (for example to ammonium sulphate)
6. Wärmetauscher zur Rückgewinnung der physikalischen Wärme des Kondensates 6. Heat exchanger for recovering the physical heat of the condensate
7. Ionentauschersäule 7. ion exchange column
8. Rührbehälter 8. stirred tank
9. Rohstoffzuführung zum Reaktor 9. Feedstock to the reactor
10. Dampfleitung zum Fliehkraftabscheider 10. Steam line to the centrifugal separator
11. Ventil Brüdenverdichter / Dampfeintritt Dampfspeicher (15) 11. Valve Vapor Compressor / Steam Inlet Steam Storage (15)
12. Brüdenverdichter 12th vapor compressor
13. Strippgas 13. stripping gas
14. Ventil Dampfaustritt aus Dampfspeicher (15) 14. Valve steam outlet from steam storage (15)
15. Dampfspeicher 15. Steam storage
16. Ventil Ammoniak- / Dampfgemisch Austritt 16. Valve ammonia / vapor mixture outlet
17. Ammoniak / Dampfleitung
18. Speisewasserpumpe für Brüdenverdichter 17. ammonia / steam line 18. Feedwater pump for vapor compressor
19. Fliehkraftabscheider 19. centrifugal separator
20. Tauchrohr mit Dampfleitung zum Brüdenverdichter 20. Immersion tube with steam line to the vapor compressor
21. Kompressor für Strippgas 21. Compressor for stripping gas
22. Dampferzeuger 22nd steam generator
23. Ventil zur Regulierung des Systemdrucks in der Kondensatstrecke / Kondensatauslass 23. Valve for regulating the system pressure in the condensate section / condensate outlet
24. Ventil für Produktauslass (Schwarzlauge) 24. Valve for product outlet (black liquor)
25. Dampfspeicher 25. Steam storage
26. Ventil Dampfaustritt aus Dampfspeicher (25) 26. Valve steam outlet from steam storage (25)
27. Ventil für Speisewasser 27. Valve for feed water
28. Ventil für Speisewasser 28. Valve for feed water
29. Ventil für Strippgaseintritt in Dampfspeicher (15) 29. Valve for stripping gas inlet in steam accumulator (15)
30. Ventil für Strippgaseintritt in Dampfspeicher (25) 30. Valve for stripping gas inlet in steam accumulator (25)
31. Ventil Brüdenverdichter / Dampfeintritt Dampfspeicher (25) 31. Valve Vapor Compressor / Steam Inlet Steam Storage (25)
32. Ventil Dampfaustritt aus Dampfspeicher (25) 32. Valve steam outlet from steam storage (25)
33. Wärmetauscher Güllevorwärmung 33. Heat exchanger slurry preheating
34. Pumpe für Produktumlauf Rührbehälter / Wärmetauscher 34. Pump for product circulation stirrer / heat exchanger
35. Leitung Produktumlauf Rührbehälter / Wärmetauscher 35. Product circulation line Stirring tank / heat exchanger
36. Ventil für Dampf zur Direktbeheizung der Reaktionsmischung 36. Valve for steam for direct heating of the reaction mixture
37. Dampfleitung
entil zur Dampfeinleitung in Wärmetauscher (6) umpe zur Einbringung von Gülle osierpumpe zur Einbringung von Alkali entil Zulaufleitung füssiger, organischer Roh- oder Abfallstoff lkali, bevorzugt Kaliumcarbonat als konzentrierte, wässrige Lösung Pumpe für Rohstoff Pumpe für Alkali Absperrventil Ionentauschersäule Ventil zur Regulierung des Systemdrucks in der Kondensatstrecke / Kondensataus lass Kondensat / Reinwasser Wärmetauscher - Rohstoffvorwäemung / Kondensatkühlung Solvolysereaktor Schwimmschicht Hydrozyklon Sediment zur Weiterverarbeitung Produkt (schwarzlaugenähnliche, konzentrierte, wässrige Lösung organischer, vorwiegend salzartiger Verbindungen) Produktbehälter (beheizt) zur Einstellung der Endkonzentration
61. Dampferzeuger 37. Steam line entil for introducing steam into heat exchanger (6) umpe for introducing liquid manure osierpumpe for the introduction of alkali entil supply line of liquid, organic raw or waste lkali, preferably potassium carbonate as concentrated, aqueous solution pump for raw material pump for alkali shut-off valve ion exchange column valve to regulate the system pressure in condensate section / condensate outlet condensate / pure water heat exchanger - raw material preheating / condensate cooling Solvolysereactor floating layer hydrocyclone sediment for further processing product (black liquor-like, concentrated, aqueous solution of organic, mainly salt-like compounds) Product container (heated) for setting the final concentration 61. Steam generator
62. Dampf-Teilstrom zum Heizmantel des Produktbehälters 62. Steam partial flow to the heating jacket of the product container
63. Kondensat zur Speisewasserpumpe des Dampferzeugers 63. Condensate to the feedwater pump of the steam generator
64. Wärmetauscher zur Beheizung der ersten Verdampferstufe 64. Heat exchanger for heating the first evaporator stage
65. Entspannungsbehälter des Zwangsumlaufverdampfers der ersten Verdampferstufe65. expansion tank of the forced circulation evaporator of the first evaporator stage
66. Umwälzpumpe des Zwangsumlaufverdampfers der ersten Verdampferstufe66. Circulation pump of the forced circulation evaporator of the first evaporator stage
67. Dosierventil für Zulauf zur zweiten Verdampferstufe 67. Dosing valve for supply to the second evaporator stage
68. Wärmetauscher- Produktrücklauf / Zulauf zur zweiten Verdampferstufe 68. Heat exchanger product return / feed to the second evaporator stage
69. Entspannungsbehälter des Zwangsumlaufverdampfers der zweiten Verdampferstufe 70. Umwälzpumpe des Zwangsumlaufverdampfers der zweiten Verdampferstufe 69. Expansion tank of the forced circulation evaporator of the second evaporator stage 70. Circulation pump of the forced circulation evaporator of the second evaporator stage
71. Wärmetauscher zur Beheizung der zweiten Verdampferstufe 71. Heat exchanger for heating the second evaporator stage
72. Überströmventil für Ammoniak/ C02 / Wasserdampf- Gemisch 72. Overflow valve for ammonia / C02 / water vapor mixture
73. Kondensatablassventil 73. Condensate drain valve
74. C02 / Strippgaseintritt in zweite Verdampferstufe 74. C02 / stripping gas inlet in second evaporator stage
75. Dosierventil für Zulauf zur dritten Verdampferstufe 75. Dosing valve for feed to the third evaporator stage
76. Wärmetauscher- Produktrücklauf / Zulauf zur dritten Verdampferstufe 76. Heat exchanger product return / feed to the third evaporator stage
77. Pumpe für Produktrücklauf in erste Verdampferstufe 77. Pump for product return in first evaporator stage
78. Entspannungsbehälter des Zwangsumlaufverdampfers der dritten Verdampferstufe 78. Expansion tank of the forced circulation evaporator of the third evaporator stage
79. Dosierventil für Produktrücklauf in die erste Verdampferstufe 79. Dosing valve for product return to the first evaporator stage
80. Produktstrom zum Behälter 60
81. Überströmventil für Ammoniak/ C02 / Wasserdampf- Gemisch 80. Product flow to the container 60 81. Overflow valve for ammonia / C02 / water vapor mixture
82. Umwälzpumpe des Zwangsumlaufverdampfers der dritten Verdampferstufe 82. Circulation pump of the forced circulation evaporator of the third evaporator stage
83. Kondensatablassventil 83. Condensate drain valve
84. Brüdenleitung zum Wärmetauscher des Zwangsulaufverdampfers der zweiten Verdampferstufe 84. Brüdenleitung to the heat exchanger of the forced-flow evaporator of the second evaporator stage
85. Brüdenleitung zum Wärmetauscher des Zwangsulaufverdampfers der dritten Verdampferstufe 85. Brüdenleitung to the heat exchanger of the forced-flow evaporator of the third evaporator stage
86. Brüdenleitung zum Wärmetauscher der Wärme -Nachnutzung 86. Brüdenleitung to the heat exchanger of the heat after-use
87. Umwälzpumpe für Wärme-Nachnutzung 88. Überströmventil für Ammoniak/ C02 / Wasserdampf- Gemisch 87. Recirculation pump for heat reuse 88. Excess flow valve for ammonia / C02 / water vapor mixture
89. Wärmeverbraucher o der Kühlturm 89. Heat consumer o the cooling tower
90. Wärmeverbraucher oder Kühlturm 90. Heat consumer or cooling tower
91. C02 Nachfüllung 91. C02 refill
92. C02-Strippgas Umlauf 93. Ammoniumhydrogencarbonat-Lösungs-Behälter 92. C02 stripping gas circulation 93. Ammonium bicarbonate solution container
94. Verdichter für Strippgasumlauf 94. compressor for stripping gas circulation
95. Kondensatablassventil 95. Condensate drain valve
96. C02 / Strippgaseintritt in zweite Verdampferstufe 96. C02 / stripping gas inlet in second evaporator stage
97. C02 / Strippgaseintritt indritte Verdampferstufe 98. Austrag Ammoniumhydrogencarbonatlösung
99. Überströmventil für Ammoniak/ C02 / Wasserdampf- Gemisch97. C02 / stripping gas inlet in the third evaporator stage 98. Discharge of ammonium bicarbonate solution 99. Overflow valve for ammonia / C02 / water vapor mixture
100. Wärmetauscher zur Beheizung der dritten Verdampferstufe100. Heat exchanger for heating the third evaporator stage
101. Wärmetauscher zur Beheizung der Nachnutzung 89
101. Heat exchanger for heating the reuse 89
Claims
1. Verfahren zum Aufbereiten von wasserhaltigen Abfall- und Rohstoffen, aufweisend A process for the treatment of hydrous waste and raw materials, comprising
folgende Schritte: a) Zusammenführen der aufzubereitenden Abfälle mit einer wässrigen, alkalischen Lösung zu einer Reaktionsmischung, um den Umlaufstrom zu erzeugen; b) Erwärmen der Reaktionsmischung auf einen Temperaturbereich zwischen 140°C bis 250°C und einem Druck zwischen 2 bar und 12 bar zur Erzeugung von mindestens einer wässrigen, gegebenenfalls einer organischen Phase, einer Gasphase und ggf. einer Festphase; c) Abführen der Gasphase aus dem Reaktor; d) gegebenenfalls Trennung der organischen und wässrigen Bestandteile der Gasphase, the steps of: a) combining the waste to be treated with an aqueous alkaline solution to form a reaction mixture to produce the recycle stream; b) heating the reaction mixture to a temperature range between 140 ° C to 250 ° C and a pressure between 2 bar and 12 bar to produce at least one aqueous, optionally an organic phase, a gas phase and optionally a solid phase; c) removing the gas phase from the reactor; d) optionally separating the organic and aqueous components of the gas phase,
insbesondere durch eine Rektifikationskolonne, insbesondere bei Einsatz organischer Hilfsmittel; e) Verdichtung der wässrigen Phase; f) Entfernung von Ammoniak und von anderen unerwünschten Bestandteile aus dem Dampf; g) Abkühlen des entstehenden Dampfes im Wärmetauscher (6) oder im Doppelmantel-Reaktor, so dass ein Kondensat entsteht, und gleichzeitig die Wärme an den Produktumlauf (35) abgegeben wird, wobei Wasser aus dem Produkt verdampft wird; h) Entfernung des Kondensates aus dem Prozess, nachdem die physikalische Wärme des in particular by a rectification column, in particular when using organic auxiliaries; e) densification of the aqueous phase; f) removal of ammonia and other undesirable constituents from the vapor; g) cooling the resulting vapor in the heat exchanger (6) or in the jacketed reactor so that a condensate is formed, and at the same time the heat to the product circulation (35) is discharged, wherein water is evaporated from the product; h) removal of the condensate from the process after the physical heat of the
Kondensates über den Wärmetauscher (33) an die zufließenden Ausgangsstoffe (1 und 2) abgegeben wurde. Condensate via the heat exchanger (33) was discharged to the influent starting materials (1 and 2).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei der Schritt e) durch einen mechnischen 2. The method of claim 1, wherein the step e) by a mechnical
Brüdenverdichter. Vapor compressor.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Verdichtung in Schritt e) durch Zuführung der 3. The method of claim 2, wherein the compression in step e) by supplying the
wässrigen Bestandteile der Gasphase über die Leitung (20) dem Brüdenverdichter, wodurch der Druck der gesamten Gasphase erhöht wird.
aqueous components of the gas phase via the line (20) the vapor compressor, whereby the pressure of the entire gas phase is increased.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei nach der Zuführung in den Verdichter, das Wasser im Verdichter oder unmittelbar nach dem Verdichter eingespritzt wird, so dass ein Sattdampf mit einer Temperatur von maximal 40 Kelvin höher, bevorzugt max. 10 höher als die Temperatur im Rührbehälter (8) entsteht. 4. The method of claim 3, wherein after being fed into the compressor, the water is injected in the compressor or immediately after the compressor, so that a saturated steam having a temperature of at most 40 Kelvin higher, preferably max. 10 higher than the temperature in the stirred tank (8) is formed.
5. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die Verdi chting im Schritt e) durch Kaskadenverdapfer erfolgt. 5. The method of claim 1, wherein the Verdi chting in step e) is carried out by Cascade Verdapfer.
6. Verfahren nach einem der Anspürche 1-5, wobei im Schritt f) Am moniak zusätzlich durch Einblasen von Druckluft oder der anderer Gase in den Dampfspeicher ausgestrippt wird. 6. The method according to any of Anspürche 1-5, wherein in step f) is additionally stripped of ammonia by injecting compressed air or other gases into the vapor storage.
7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das abgekühlte Kondens at aus dem Schritt h) durch eine Ionentauschersäule durchgeleitet wird. The process of claim 1 or 2, wherein the cooled condensate from step h) is passed through an ion exchange column.
8. Verfahren zum Aufbereiten von wasserhaltigen Abfall- und Rohstoffen nach einem der Ansprüche 1-7, wobei die wasserhaltigen Abfall- und Rohstoffen wie z.B. Gülle, Gärrest oder Klärschlamm oder ähnliche, wasserhaltige Mischungen die organische Bestandteile enthalten, sind. A process for treating hydrous waste and raw materials according to any one of claims 1-7, wherein the hydrous waste and raw materials such as e.g. Manure, digestate or sewage sludge or similar, water-containing mixtures containing organic constituents are.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Strom des zufließenden Frischmaterials mit dem Umlaufstrom zugemischt wird. 9. The method according to any one of the preceding claims, wherein the flow of the incoming fresh material is mixed with the circulating stream.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Massestrom des Umlaufs groß gegenüber dem Strom des zufließenden Frischmaterials. 10. The method according to any one of the preceding claims, wherein the mass flow of the circulation large compared to the flow of the incoming fresh material.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verhältnis des 11. The method according to any one of the preceding claims, wherein the ratio of the
Massestroms des Umlaufs gegenüber dem Strom des zufließenden Frischmaterials im Mass flow of the circulation compared to the flow of fresh incoming material in
Verhältnis von 100: 1 bis 20: 1 eingestellt ist. Ratio of 100: 1 to 20: 1 is set.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei einen Fliehkraftabscheider (19) in die Dampfleitung eingebaut ist. 12. The method according to any one of the preceding claims, wherein a centrifugal separator (19) is installed in the steam line.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die aus dem 13. The method according to any one of the preceding claims, wherein the from
zusammengefallenen Schaum entstandene Flüssigkeit in den Rührbehälter zurückgeführt wird.
collapsed foam resulting liquid is returned to the stirred tank.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102013100081.9 | 2013-01-07 | ||
DE201310100081 DE102013100081A1 (en) | 2013-01-07 | 2013-01-07 | Process for solvolysis of aqueous organic suspensions and solutions to concentrated, aqueous, black liquor-like and / or salt-like solutions of organic compounds |
Publications (2)
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