WO2014180755A1 - Hydrothermal gasification of wastewater sludge and black liquor - Google Patents

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WO2014180755A1
WO2014180755A1 PCT/EP2014/059032 EP2014059032W WO2014180755A1 WO 2014180755 A1 WO2014180755 A1 WO 2014180755A1 EP 2014059032 W EP2014059032 W EP 2014059032W WO 2014180755 A1 WO2014180755 A1 WO 2014180755A1
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Uwe WITTENDORFER
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Definitions

  • wastewater 1 is pre-clarified in a pre-treatment device 2.
  • a primary sludge 3 is discharged.
  • the residual sewage ⁇ stream 4 is then completely or partially an aerobic biological loading Acting stage 5 supplied.
  • a subsequent clarification in a secondary clarifier 6 by means of sedimentation resulting biosludge 7 is fed to the previously obtained primary sludge 3.
  • the resulting wet material with a water content of up to 90% contains organic biomass, ashes and chemicals.

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Abstract

The invention relates to a method and to an apparatus for withdrawal of biomass from a sludge (8), wherein water and biomass in the sludge (8) are converted to a reaction gas (12) by hydrothermal gasification of the sludge (8), and the reaction gas (12) is then withdrawn from the hydrothermally gasified sludge (8). The invention further relates to the processing of black liquor and wastewater (1) by means of the method according to the invention. Preferably, the black liquor is heated to a subcritical state with a temperature of 350°C and a pressure of 220 bar in a pressure vessel prior to the hydrothermal gasification, and then passed in the subcritical state to a reactor for hydrothermal gasification.

Description

Beschreibung description
HYDROTHERMALE VERGASUNG VON ABWASSERSCHLAMM UND SCHWARZLAUGE Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Entnahme von Biomasse aus einem Schlamm. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Verarbeitung von bei einer HYDROTHERMAL GASIFICATION OF WASTEWATER SLUDGE AND BLACK TUBE The invention relates to a method and apparatus for removing biomass from a sludge. Furthermore, the invention relates to a method for processing in a
Zelluloseproduktion entstehender Schwarzlauge und zur Verarbeitung von Abwasser. Cellulose production resulting black liquor and for the processing of wastewater.
Prozessbedingt fallen bei der industriellen Papierherstellung größere Mengen Abwasser an. Bei der Behandlung des Abwasserstroms entstehen feuchte Schlämme, die sich im Wesentlichen aus Fasermaterial, Asche und Chemikalien zusammensetzen. Due to the process, larger quantities of wastewater are produced in industrial papermaking. The treatment of the wastewater stream produces moist sludges, which are mainly composed of fibrous material, ash and chemicals.
Die feuchten Schlämme werden derzeit häufig unter Einsatz von mechanischer bzw. thermischer Energie getrocknet und anschließend als Abfall entsorgt oder thermisch behandelt. Da¬ durch bleibt hierin vorhandene Biomasse entweder ungenutzt oder wird mit niedrigem Wirkungsgrad verbrannt. The wet sludges are currently often dried using mechanical or thermal energy and then disposed of as waste or thermally treated. Since ¬ by biomass present is herein either wasted or incinerated with low efficiency.
Bei der Produktion von Zellstoff für die Papierherstellung findet weltweit hauptsächlich der so genannte Kraftaufschluss Verwendung. Der Holzaufschluss im Kraftprozess geschieht bei Temperaturen zwischen 150°C und 170°C mit einer alkalischenThe production of pulp for papermaking mainly uses the so-called Kraft pulping worldwide. The pulping in the power process takes place at temperatures between 150 ° C and 170 ° C with an alkaline
Lösung, die hauptsächlich Natriumhydroxid (NaOH) und Natriumsulfid (Na2S) enthält. In dieser erhitzt man über einen län¬ geren Zeitraum Hackschnitzel oder zerkleinerte Pflanzenteile in Druckkesseln bei erhöhtem Druck. Solution containing mainly sodium hydroxide (NaOH) and sodium sulfide (Na 2 S). In this mixture is heated over a period Lan ¬ Geren chips or pulverized plant parts in pressure vessels at elevated pressure.
Während des mehrstündigen Aufschlusses werden das Lignin aus der Biomasse herausgelöst und die Sulfide zu Sulfat oxidiert. Nach der Abtrennung der Zellulose verbleibt die als Schwarzlauge (week black liquor) bezeichnete verbrauchte Aufschluss- lösung mit einem Wassergehalt von 80% bis 85%. Sie ist einDuring several hours of digestion, the lignin is released from the biomass and the sulfides are oxidized to sulfate. After separation of the cellulose, the spent digestion solution known as black liquor (week black liquor) with a water content of 80% to 85% remains. she is a
Gemisch aus dem nach der Zellstoffabtrennung zurückbleibenden Lignin, Wasser und den Chemikalien. Letztere müssen extra- hiert und regeneriert werden, um sie dann erneut für den Fa¬ seraufschluss einzusetzen. Mixture of lignin remaining after pulp separation, water and chemicals. The latter must be extra- be hiert and regenerated, in order to then reuse them for the Fa ¬ seraufschluss.
Der Trockengehalt der Schwarzlauge nach der Holzfaserabtren- nung beträgt etwa 15% bis 20%. Sie wird deshalb unter großem energetischem Aufwand in dampfbeheizten Eindampfungsanlagen (evaporators ) auf einem Trockengehalt von 70% bis 85% konzen¬ triert. Dabei anfallender Teer muss abgeschöpft werden. Anschließend werden durch gestufte, reduzierende Verbrennun¬ gen der eingedickten Schwarzlauge (black liquor) im Rückgewinnungskessel (recovery boiler) die organischen Bestandteile entfernt und Sulfate wieder zu Sulfid reduziert. Auf dem Kes¬ selboden bildet sich dabei eine Schmelze, bei der es sich im Wesentlichen um die reduzierten Chemikalien handelt. Die neu entstandene Grünlauge (green liquor) wird durch Kaustifizie- rung mit Kalk zur Erhöhung des Natriumhydroxid-Anteiles zu Weißlauge (white liquor) umgesetzt und kann dann erneut für den Faseraufschluss eingesetzt werden. The dry content of the black liquor after the wood fiber separation is about 15% to 20%. It is therefore in steam-heated evaporating plants under a lot of energy expenditure (evaporators) concentrating on a dry solids content of 70% to 85% trated ¬. The resulting tar must be skimmed off. Subsequently, by stepped, reducing burning of ¬ gene of the thickened black liquor (black liquor) in the recovery boiler (recovery boiler), the organic constituents are removed and sulfates again reduced to sulphide. On the Kes ¬ selboden forms a melt, which is essentially the reduced chemicals. The newly formed green liquor (green liquor) is converted into white liquor by causticizing with lime to increase the sodium hydroxide content and can then be used again for fiber pulping.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Entnahme von Biomasse aus einem Schlamm und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben. Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, verbesserte Verfahren zur Verarbeitung von bei einer Zelluloseproduktion entstehender Schwarzlauge und zur Verarbeitung von Abwasser anzugeben . The invention has for its object to provide an improved method for removal of biomass from a sludge and an apparatus for performing the method. It is a further object of the present invention to provide improved methods of processing black liquor resulting from cellulose production and processing wastewater.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß hinsichtlich des Verfahrens zur Entnahme von Biomasse aus einem Schlamm durch die Merkma¬ le des Anspruchs 1, hinsichtlich der Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens durch die Merkmale des Anspruchs 5, hinsichtlich des Verfahrens zur Verarbeitung von Schwarzlauge durch die Merkmale des Anspruchs 9 und hinsichtlich des Ver- fahrens zur Verarbeitung von Abwasser durch die Merkmale des Anspruchs 12 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. The object is achieved according to the method of removal of biomass from a slurry by the Merkma ¬ le of claim 1, concerning the apparatus for implementing this method by the features of claim 5 concerning the method for the processing of black liquor by the features of claim 9. and with regard to the method for processing wastewater by the features of claim 12. Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Entnahme von Biomasse aus einem Schlamm werden Wasser und Biomasse des Schlamms durch hydrothermale Vergasung des Schlamms in ein Reaktions¬ gas umgesetzt und das Reaktionsgas wird anschließend dem hyd¬ rothermal vergasten Schlamm entnommen. Das Reaktionsgas ent¬ hält dabei vor allem Kohlendioxid, Methan und Wasserstoff. In the inventive method for the removal of biomass from a slurry of water and biomass of the sludge are converted by hydrothermal gasification of the sludge in a reaction ¬ gas and the reaction gas is then removed from the hyd ¬ Rothermal gasified mud. The reaction gas ent ¬ while keeping primarily carbon dioxide, methane and hydrogen.
Das Verfahren ermöglicht somit vorteilhaft, in einem Schlamm enthaltene Biomasse mittels hydrothermaler Vergasung ohne weitere Entwässerung nachgelagerten Prozessen zuzuführen und damit weiter zu nutzen (Bio-Kaskadierung) . The method thus advantageously makes it possible to supply downstream biomass contained in a sludge by means of hydrothermal gasification without further dewatering and thus to continue to use it (bio-cascading).
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass bei der hydrothermalen Vergasung ein Katalysator verwendet wird . A preferred embodiment of the invention provides that a catalyst is used in the hydrothermal gasification.
Durch die Verwendung geeigneter Katalysatoren können vorteilhaft die Geschwindigkeit der hydrothermalen Vergasung erhöht und/oder der Energiebedarf der hydrothermalen Vergasung reduziert werden. By using suitable catalysts, the rate of the hydrothermal gasification can advantageously be increased and / or the energy requirement of the hydrothermal gasification can be reduced.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Schlamm vor der hydrothermalen Vergasung verdichtet und mittels eines Wärmetauschers und/oder eines Vorheizers erhitzt wird . A further embodiment of the invention provides that the sludge is compacted before the hydrothermal gasification and heated by means of a heat exchanger and / or a preheater.
Dadurch wird der Schlamm bereits vor der eigentlichen hydrothermalen Vergasung für die Vergasung präpariert, so dass die Vergasung selbst schneller und mit geringerem Aufwand erfolgen kann. Ferner kann durch die Verwendung eines Wärmetauschers und/oder eines Vorheizers anderweitig vorhandene Wärme vorteilhaft für die Erhitzung des Schlamms verwendet werden. As a result, the sludge is already prepared for the gasification before the actual hydrothermal gasification, so that the gasification itself can be done faster and with less effort. Further, by the use of a heat exchanger and / or a preheater otherwise existing heat can be used advantageously for the heating of the sludge.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der hydrothermal vergaste Schlamm zur Entnahme des Reaktionsgases abgekühlt wird und danach das Reaktionsgas dem hydrothermal vergasten Schlamm durch Druckentspannung entnommen wird. A further embodiment of the invention provides that the hydrothermally gasified sludge for removal of the reaction gas is cooled and then the reaction gas is removed from the hydrothermally gasified sludge by pressure release.
Dies ermöglicht vorteilhaft eine einfache und effektive Ent¬ nahme des Reaktionsgases von dem übrigen hydrothermal vergas¬ ten Schlamm, da letzterer durch die Abkühlung und Druckentspannung in die flüssige Phase übergeht und somit durch Pha¬ sentrennung von dem Reaktionsgas abgetrennt werden kann. This advantageously allows a simple and effective Ent ¬ exception of the reaction gas from the rest of hydrothermally vergas ¬ th mud as the latter passes by the cooling and depressurization in the liquid phase and can thus be separated by Pha ¬ sentrennung of the reaction gas.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Entnahme von Biomasse aus einem Schlamm umfasst einen Reaktor und eine Heizvorrichtung zur Durchführung der hydrothermalen Vergasung des A device according to the invention for extracting biomass from a sludge comprises a reactor and a heating device for carrying out the hydrothermal gasification of the sludge
Schlamms und eine Abscheidevorrichtung zur Entnahme des Reaktionsgases aus dem hydrothermal vergasten Schlamm. Mud and a separator for removing the reaction gas from the hydrothermally gasified sludge.
Eine derartige Vorrichtung ermöglicht die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Entnahme von Biomasse aus einem Schlamm mit den oben genannten Vorteilen. Such a device makes it possible to carry out the method according to the invention for extracting biomass from a sludge with the abovementioned advantages.
Eine bevorzugte Ausgestaltung einer derartigen Vorrichtung umfasst eine Hochdruckpumpe zum Verdichten von Schlamm vor dessen Einleitung in den Reaktor. Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass die Heizvorrichtung einen Wärmetauscher und/oder einen Vorheizer zum Erhitzen von Schlamm umfasst. A preferred embodiment of such a device comprises a high-pressure pump for compressing sludge prior to its introduction into the reactor. A further embodiment provides that the heating device comprises a heat exchanger and / or a preheater for heating sludge.
Diese Ausgestaltungen ermöglichen vorteilhaft eine Präparati¬ on des Schlamms vor der eigentlichen hydrothermalen Vergasung mit den bereits oben genannten Vorteilen. Der Wärmetauscher und/oder der Vorheizer können dabei außerhalb oder innerhalb des Reaktors angeordnet sein. These embodiments advantageously make it possible to prepare the sludge before the actual hydrothermal gasification with the advantages already mentioned above. The heat exchanger and / or the preheater can be arranged outside or inside the reactor.
Eine weitere Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass die Heizvorrichtung eine Rauchgasbehei¬ zung umfasst. A further embodiment of a device according to the invention provides that the heating device comprises a Rauchgasbehei ¬ tion.
Diese Ausgestaltung ermöglicht vorteilhaft die Verwendung von Rauchgas zu der Erhitzung des Schlamms und damit eine res- sourcenschonende und energieeffiziente hydrothermale Verga¬ sung des Schlamms. This embodiment advantageously allows the use of flue gas to heat the sludge and thus a resis- source friendly and energy efficient hydrothermal Verga ¬ solution of the sludge.
Bei einer erfindungsgemäßen Verarbeitung von bei einer In a processing according to the invention in a
Zelluloseproduktion entstehender Schwarzlauge werden in der Schwarzlauge enthaltenes Wasser und Lignin durch hydrotherma¬ le Vergasung der Schwarzlauge in ein Reaktionsgas umgesetzt und das Reaktionsgas wird anschließend der hydrothermal ver¬ gasten Schwarzlauge entnommen. Cellulose production resulting black liquor contained in the black liquor water and lignin are converted by hydrotherma ¬ le gasification of the black liquor in a reaction gas and the reaction gas is then taken from the hydrothermally ver ¬ gas black liquor.
Dadurch wird die bekannte zweistufige Verbrennung (reduzie- rend-oxidierend) mit vorgeschalteter energieintensiver As a result, the known two-stage combustion (reducing-oxidizing) with upstream energy-intensive
Aufkonzentration von Schwarzlauge in dampfbeheizten Eindamp- fungsanlagen durch eine einstufige hydrothermale Vergasung mit einem hohen Wirkungsgrad abgelöst. Gemäß dem Stand derConcentration of black liquor in steam-heated evaporation plants replaced by a single-stage hydrothermal gasification with a high efficiency. According to the state of
Technik wird Schwarzlauge nämlich über mehrere Evaporations- stufen unter hohem Apparatur- und Energieaufwand auf 70% bis 85% Trockengehalt aufkonzentriert . Diese Aufkonzentration entfällt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vollständig, da hier Biomasse der Schwarzlauge mit dem anfänglichen Trockengehalt von 15% bis 20% direkt in Gas umgesetzt wird. Anstelle der aufwendigen Rückgewinnung in einem Kessel werden die Chemikalien im Wesentlichen in verbesserter Qualität durch einfache Flüssigkeits-/Gasabscheidung zurückgewonnen. Als Ener- gieträger kann das Gas ferner vorteilhaft zur Erzeugung des notwendigen Prozessdampfes und -Stromes genutzt werden. Al¬ ternativ kann es in Biotreibstoffe der zweiten Generation umgewandelt werden. Im Unterschied zur bekannten Verarbeitung von Schwarzlauge fällt ferner bei der erfindungsgemäßen Ver- arbeitung von Schwarzlauge kein Teer an, der abgeschöpft werden muss. In fact, black liquor is concentrated to 70% to 85% dry content over several evaporation stages with a high expenditure on equipment and energy. This concentration is completely eliminated in the process according to the invention, since here biomass of the black liquor with the initial dry content of 15% to 20% is converted directly into gas. Instead of the costly recovery in a boiler, the chemicals are recovered in substantially improved quality through simple liquid / gas separation. As an energy carrier, the gas can also be advantageously used to generate the necessary process steam and electricity. Al ¬ tively it can be converted into second-generation biofuels. In contrast to the known processing of black liquor, in the processing of black liquor according to the invention, tar does not occur, which must be skimmed off.
Vorzugsweise wird die Schwarzlauge vor der hydrothermalen Vergasung in einem Druckgefäß auf einen unterkritischen Zu- stand mit einer Temperatur von etwa 350°C und einem Druck von etwa 220 bar erhitzt und danach in dem unterkritischen Zustand in einen Reaktor zur hydrothermalen Vergasung geleitet. Dadurch wird die Schwarzlauge für die hydrothermale Vergasung präpariert und die Vergasung im Reaktor kann schnell durchge¬ führt werden. Ferner werden bei der hydrothermalen Vergasung der Schwarzlauge vorzugsweise Ruthenium und/oder Nickel als Katalysator verwendet . Preferably, the black liquor is heated prior to the hydrothermal gasification in a pressure vessel to a subcritical state at a temperature of about 350 ° C and a pressure of about 220 bar and then passed in the subcritical state in a reactor for hydrothermal gasification. Thus, the black liquor is prepared for the hydrothermal gasification and gasification in the reactor can be quickly Runaway ¬ leads. Further, in the hydrothermal gasification of the black liquor, ruthenium and / or nickel are preferably used as the catalyst.
Diese Katalysatoren eignen sich besonders vorteilhaft, die Geschwindigkeit der hydrothermalen Vergasung von Schwarzlauge zu erhöhen und/oder den Energiebedarf der hydrothermalen Vergasung von Schwarzlauge zu reduzieren. These catalysts are particularly advantageous to increase the rate of hydrothermal gasification of black liquor and / or to reduce the energy requirements of the hydrothermal gasification of black liquor.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung sieht dementsprechend vor, nach der Zelluloseabtrennung entstandene Schwarzlauge mit einem Trockengehalt von 15% bis 20% in einem Druckgefäß auf einen knapp unterkritischen Zustand zu erhitzen (350°C bei 220 bar) . In diesem Zustand wird die Schwarzlauge an¬ schließend in einen Reaktor geleitet. Hier läuft dann das chemische Verfahren der katalytischen hydrothermalen Umsetzung ab: Durch die katalytische Wirkung des hohen Alkaliengehaltes der Schwarzlauge und dem zusätzlichen Einsatz von geeigneten Katalysatoren (z. B. Ruthenium oder Nickel) hat sich nach einer bestimmten Reaktionszeit von typisch weniger als einer Stunde das Lignin fast vollständig (zu mehr als 99%) umgesetzt. Das Reaktionsprodukt wird anschließend zu¬ nächst abgekühlt, z. B. unter Verwendung eines Quenches oder eines Wärmetauschers, und wird dann in einem Flüssigkeits- /Gasabscheider in Reaktionsgas und -flüssigkeit umgewandelt. Dieses enthält Methan und Kohlendioxid (ohne Stickstoff- Anteile) sowie Sauergase, die in einer nachgelagerten Reinigungseinheit abgeschieden werden. Das verbleibende Gas kann so direkt zur Energiegewinnung eingesetzt werden, da Motoren, Gasturbinen und Brennstoffzellen mit diesem Gas betrieben werden können. An embodiment of the invention accordingly provides, after the cellulosic separation resulting black liquor with a solids content of 15% to 20% in a pressure vessel to a slightly subcritical state to heat (350 ° C at 220 bar). In this state, the black liquor is subsequently passed into a reactor. The catalytic process of the high alkalinity content of the black liquor and the additional use of suitable catalysts (eg, ruthenium or nickel) have, after a certain reaction time of typically less than one hour, the effect of the catalytic process of catalytic hydrothermal conversion Lignin almost completely (more than 99%) implemented. The reaction product is then cooled to ¬ next, z. Using a quench or a heat exchanger, and is then converted into reaction gas and liquid in a liquid / gas separator. This contains methane and carbon dioxide (without nitrogen components) as well as acid gases, which are separated in a downstream cleaning unit. The remaining gas can be used directly for energy because engines, gas turbines and fuel cells can be operated with this gas.
Die Reaktionsflüssigkeit wird vorzugsweise mit dem rückgewon¬ nenen Sauergas versetzt. Bestenfalls entsteht dabei bereits Weißlauge. Andernfalls kann die entstandene Flüssigkeit mit¬ tels Zugabe geeigneter Zusätze in diese umgesetzt werden. Al¬ ternativ kann das Verfahren parallel zum klassischen Boiler- Verfahren betrieben werden, um beispielsweise die Anlagenka- pazität zu erhöhen (als Bypass) . In dieser Variante können die Reaktionsflüssigkeit und das rückgewonnene Sauergas di¬ rekt der Grünlauge zugesetzt werden, die dann nach klassi¬ scher Aufbereitung zur Weißlauge wieder für den Faserauf- schluss eingesetzt wird. The reaction liquid is preferably added to the back Won ¬ lowed sour gas. At best, this already arises White liquor. Otherwise, the resultant liquid can be reacted with ¬ means of the addition of suitable additives into them. Al ¬ tively, the process can be operated in parallel to the traditional boiler methods for example, increase the capacity Anlagenka- (a bypass). In this variant, the reaction liquid and the recovered acid gas di ¬ rectly the green liquor may be added, which is then used to classi ¬ shear treatment for white liquor again for the fiber treatment circuit.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Verarbeitung von Abwasser wird aus dem Abwasser ein Abwasserschlamm gewonnen und dem Abwasserschlamm wird mittels des oben genannten erfindungsgemäßen Verfahrens Biomasse entnommen. In the method according to the invention for the treatment of wastewater, a sewage sludge is obtained from the wastewater and biomass is taken from the sewage sludge by means of the abovementioned process according to the invention.
Dadurch wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Entnahme von Biomasse aus Schlamm mit den oben genannten Vorteilen bei der Verarbeitung von Abwasser eingesetzt. Gegenüber bekannten Verfahren zur Verarbeitung von Abwasser hat das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhaft eine neutrale oder sogar negative Kohlendioxidbilanz, denn Energie aus Biomasse ist Kohlendioxid-neutral und erneuerbar und durch eine nachgelagerte Abtrennung des Kohlendioxids vom Produktgas Me- than und Nutzung beispielsweise für die Algenzucht kann sogar eine negative Kohlendioxidbilanz erreicht werden. Ferner ergibt sich gegenüber bekannten Verfahren eine Energieeinsparung und bei Nutzung des entstehenden Reaktionsgases zur Energieerzeugung sogar eine zusätzliche Energiegewinnung. Au- ßerdem entfällt vorteilhaft ein der Verarbeitung der Abwas¬ serverarbeitung nachgelagerter Entsorgungsprozess für bei der Verarbeitung anfallenden Abfall. Schließlich ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhaft nach der Abtrennung des Reaktionsgases die Rückgewinnung von Chemikalien aus der zurückbleibenden Reaktionsflüssigkeit. Der Abwasserschlamm wird beispielsweise bei einer Klärung des Abwassers gewonnen und aus dabei anfallendem Klärschlamm gebildet . Dies ermöglicht vorteilhaft die erfindungsgemäße Verarbeitung von Klärschlamm. As a result, the method according to the invention for extracting biomass from sludge with the abovementioned advantages in the processing of wastewater is used. Compared to known methods for processing wastewater, the inventive method advantageously has a neutral or even negative carbon dioxide balance, because energy from biomass is carbon dioxide neutral and renewable and by a downstream separation of carbon dioxide from the product gas methane and use, for example, for algae breeding even one negative carbon dioxide balance can be achieved. Furthermore, compared to known methods results in an energy saving and the use of the resulting reaction gas for energy even an additional energy. In addition, advantageously eliminating the processing of Abwas ¬ server processing downstream disposal process for waste accumulating during processing. Finally, the process according to the invention makes it advantageously possible, after the separation of the reaction gas, to recover chemicals from the remaining reaction liquid. The sewage sludge is obtained, for example, in a clarification of the wastewater and formed from accumulating sewage sludge. This advantageously allows the inventive processing of sewage sludge.
Insbesondere kann der Abwasserschlamm aus Klärschlamm gebildet werden, der bei einer Vorklärung des Abwassers als Pri- märschlamm oder/und bei einer einer Vorklärung nachgeschalteten Klärung mittels Sedimentation anfällt. In particular, the sewage sludge can be formed from sewage sludge, which is obtained by primary clarification of the wastewater as primary sludge and / or in sedimentation following clarification following primary clarification.
Auf diese Weise können sowohl bei einer Vorklärung des Abwassers anfallender Primärschlamm als auch bei einer nachge- schalteten Klärung anfallender Klärschlamm erfindungsgemäß verarbeitet werden. In this way, sewage sludge accumulating in a primary clarification of the wastewater as well as in a subsequent clarification can be processed according to the invention.
Vorzugsweise wird der Abwasserschlamm vor der Entnahme der Biomasse entsalzt. Preferably, the sewage sludge is desalted prior to removal of the biomass.
Dadurch können einerseits Salze aus dem Abwasserschlamm in konzentrierter Form zurückgewonnen und weiterverwendet oder anderweitig verwendet werden. Ferner werden vorteilhaft ge¬ löste Salze aus dem Abwasserschlamm entfernt, die zur Korro- sion des Reaktors führen und die Standzeit des Katalysators verkürzen können. As a result, on the one hand, salts from the sewage sludge can be recovered in concentrated form and reused or otherwise used. Also advantageous ge ¬ dissolved salts are removed from the waste water sludge to corro- sion lead of the reactor and can shorten the life of the catalyst.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels zur Abwasserverarbeitung, das im Zusammenhang mit der einzigen Figur näher erläutert wird. Zunächst wird Abwasser 1 in einer Vorklärvorrichtung 2 vorgeklärt. Nach der Vorklärung wird ein Primärschlamm 3 ausgeschleust. Gegebenenfalls wird anschließend der Restabwasser¬ strom 4 ganz oder teilweise einer aeroben biologischen Be- handlungsstufe 5 zugeführt. Bei einer nachgelagerten Klärung in einer Nachklärvorrichtung 6 mittels Sedimentation wird anfallender Bioschlamm 7 dem zuvor gewonnenen Primärschlamm 3 zugeführt. Das so gewonnene nasse Material mit einem Wasser- gehalt von bis zu 90% enthält organische Biomasse, Asche und Chemikalien. Durch Abtrennung der enthaltenen Salze wird daraus Abwasserschlamm 8 gewonnen, der einer geeigneten Vorrichtung 9 zur hydrothermalen Vergasung zugeführt wird. In einem Versorgungsteil der Vorrichtung 9 wird der Abwasser- schlämm 8 mit einer nicht näher dargestellten Hochdruckpumpe verdichtet und kontinuierlich in einen Reaktor 10 der Vorrichtung 9 gefördert. Dort wird der verdichtete Abwasser¬ schlamm 8 mittels einer Heizvorrichtung 11, die einen Wärmetauscher und Vorheizer umfasst, aufgeheizt und, gegebenen- falls unter Verwendung eines Katalysators, umgesetzt. Als we¬ sentliche Reaktionsprodukte entstehen so Methan, Wasserstoff und Kohlendioxid 13, die in einer homogenen wässrigen Phase gelöst sind. Die benötigte Reaktionsenergie wird beispiels¬ weise durch Rauchgasbeheizung des Vorheizers und des Reak- tors 10 aufgebracht. The above-described characteristics, features and advantages of this invention, as well as the manner in which they are achieved, will become clearer and more clearly understood in connection with the following description of a wastewater processing embodiment which will be further described in connection with the single figure. First, wastewater 1 is pre-clarified in a pre-treatment device 2. After the primary treatment, a primary sludge 3 is discharged. Optionally, the residual sewage ¬ stream 4 is then completely or partially an aerobic biological loading Acting stage 5 supplied. In a subsequent clarification in a secondary clarifier 6 by means of sedimentation resulting biosludge 7 is fed to the previously obtained primary sludge 3. The resulting wet material with a water content of up to 90% contains organic biomass, ashes and chemicals. By separating the salts contained wastewater sludge 8 is obtained, which is fed to a suitable device 9 for hydrothermal gasification. In a supply part of the device 9, the sewage sludge 8 is compacted with a high-pressure pump (not shown) and conveyed continuously into a reactor 10 of the device 9. There, the compressed wastewater ¬ sludge 8 is heated by means of a heater 11, which includes a heat exchanger and preheater, and, if appropriate, using a catalyst implemented. As we ¬ sentliche reaction products so methane, hydrogen and carbon dioxide 13, which are dissolved in a homogeneous aqueous phase. The required reaction energy is ¬ example by smoke gas heating of the preheater and the reactor 10 applied.
Die den Reaktor 10 verlassenden Gase werden im Gegenstrom durch den Wärmetauscher geführt und dabei wird Wärme an auf¬ zuheizenden Abwasserschlamm 8 abgegeben. Beim Abkühlen des Gases wird Restwärme mittels Kühlwasser, das zur Dampferzeu¬ gung verwendet werden kann, abgeführt, und das Reaktions¬ gas 12 trennt sich von der Reaktionsflüssigkeit. In einer nicht näher dargestellten Abscheidevorrichtung wird das gebildete Reaktionsgas 12 von der Reaktionsflüssigkeit durch Druckentspannung abgetrennt. Durch geeignete Gaswäsche kann nun unerwünschtes Kohlendioxid 13 von dem Reaktionsgas 12 ab¬ getrennt und z B. gelagert werden. Das entstehende Produktgas besteht im Wesentlichen aus Wasserstoff und Methan und kann vor Ort zur Energieerzeugung, beispielsweise mittels einer Gasturbine, oder zur chemischen Nutzung verwendet werden. Die Reaktionsflüssigkeit wird einer weiteren Sedimentation zur Abscheidung des enthaltenen Aschematerials zugeführt und kann anschließend ohne weitere Behandlung in den Vorfluter eines Klärwerkes eingeleitet werden. The reactor 10 leaving gases are passed in countercurrent through the heat exchanger and this heat to be given to ¬ zuheizenden sewage sludge. 8 Upon cooling of the gas is residual heat by means of cooling water which can be used to supply Dampferzeu ¬ discharged, and the reaction gas ¬ 12 separates from the reaction liquid. In a separating device, not shown, the reaction gas 12 formed is separated from the reaction liquid by pressure release. By suitable gas scrubbing unwanted carbon dioxide can then be stored 13 is separated from the reaction gas 12 from ¬ and eg. The resulting product gas consists essentially of hydrogen and methane and can be used locally for power generation, for example by means of a gas turbine, or for chemical use. The reaction liquid is fed to a further sedimentation for the deposition of the ash material contained and can are then introduced without further treatment in the receiving water of a sewage treatment plant.
Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungs- beispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. While the invention has been illustrated and described in detail by way of preferred embodiments, the invention is not limited by the disclosed examples, and other variations can be derived therefrom by those skilled in the art without departing from the scope of the invention.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Entnahme von Biomasse aus einem Schlamm (8),1. A method for removing biomass from a sludge (8),
- wobei Wasser und Biomasse des Schlamms (8) durch hydrother- male Vergasung des Schlamms (8) in ein Reaktionsgas (12) umgesetzt werden - Wherein water and biomass of the sludge (8) are converted by hydrothermal gasification of the sludge (8) in a reaction gas (12)
- und das Reaktionsgas (12) anschließend dem hydrothermal vergasten Schlamm (8) entnommen wird.  - And the reaction gas (12) is then removed from the hydrothermally gasified sludge (8).
2. Verfahren nach Anspruch 1, 2. The method according to claim 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass bei der hydrothermalen Vergasung ein Katalysator verwendet wird. In the case of hydrothermal gasification, a catalyst is used.
3. Verfahren nach Anspruch 2, 3. The method according to claim 2,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass derd a d u r c h e c i n e s that the
Schlamm (8) vor der hydrothermalen Vergasung verdichtet und mittels eines Wärmetauschers und/oder eines Vorheizers er¬ hitzt wird. Sludge (8) compacted prior to the hydrothermal gasification and heat ¬ he heated by means of a heat exchanger and / or a preheater.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 4. The method according to any one of the preceding claims,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der hydrothermal vergaste Schlamm (8) zur Entnahme des Reaktions¬ gases (12) abgekühlt wird und danach das Reaktionsgas (12) dem hydrothermal vergasten Schlamm (8) durch Druckentspannung entnommen wird. characterized in that the hydrothermally gasified sludge (8) for removing the reaction ¬ gases (12) is cooled and then the reaction gas (12) the hydrothermally gasified sludge (8) is removed by pressure release.
5. Vorrichtung (9) zur Durchführung des Verfahrens gemäß ei¬ nem der Ansprüche 1 bis 4, umfassend 5. Device (9) for carrying out the method according to egg ¬ nem of claims 1 to 4, comprising
- einen Reaktor (10) und eine Heizvorrichtung (11) zur Durch- führung der hydrothermalen Vergasung des Schlamms (8)  a reactor (10) and a heating device (11) for carrying out the hydrothermal gasification of the sludge (8)
- und eine Abscheidevorrichtung zur Entnahme des Reaktionsga¬ ses (12) aus dem hydrothermal vergasten Schlamm (8) . - And a separation device for removing the Reaktionsga ¬ ses (12) from the hydrothermally gasified sludge (8).
6. Vorrichtung (9) nach Anspruch 5, 6. Device (9) according to claim 5,
g e k e n n z e i c h n e t d u r c h eine Hochdruckpumpe zum Verdichten von Schlamm (8) vor dessen Einleitung in den Reaktor (10) . characterized by a high pressure pump for compressing sludge (8) prior to its introduction into the reactor (10).
7. Vorrichtung (9) nach Anspruch 5 oder 6, 7. Device (9) according to claim 5 or 6,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Heizvorrichtung (11) einen Wärmetauscher und/oder einen Vorheizer zum Erhitzen von Schlamm (8) umfasst. That is, the heating device (11) comprises a heat exchanger and / or a preheater for heating sludge (8).
8. Vorrichtung (9) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, 8. Device (9) according to one of claims 5 to 7,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Heizvorrichtung (11) eine Rauchgasbeheizung umfasst. That is, the heater (11) includes a flue gas heater.
9. Verwendung des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 und/oder der Vorrichtung (9) gemäß einem der Ansprüche 5 bis 8 bei der Verarbeitung von bei einer Zelluloseproduktion entstehender Schwarzlauge, wobei 9. Use of the method according to any one of claims 1 to 4 and / or the device (9) according to any one of claims 5 to 8 in the processing of resulting in a cellulose production black liquor, wherein
- in der Schwarzlauge enthaltenes Wasser und Lignin durch hydrothermale Vergasung der Schwarzlauge in ein Reaktions¬ gas (12) umgesetzt werden - In the black liquor contained water and lignin are converted by hydrothermal gasification of the black liquor in a reaction ¬ gas (12)
- und das Reaktionsgas (12) anschließend der hydrothermal vergasten Schwarzlauge entnommen wird.  - And the reaction gas (12) is then removed from the hydrothermally gasified black liquor.
10. Verwendung nach Anspruch 9, 10. Use according to claim 9,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Schwarzlauge vor der hydrothermalen Vergasung in einem Druckgefäß auf einen unterkritischen Zustand mit einer Temperatur von etwa 350°C und einem Druck von etwa 220 bar erhitzt wird und danach in dem unterkritischen Zustand in einen Reaktor (10) zur hydrothermalen Vergasung geleitet wird. characterized in that the black liquor is heated prior to the hydrothermal gasification in a pressure vessel to a subcritical state at a temperature of about 350 ° C and a pressure of about 220 bar and then passed in the subcritical state in a reactor (10) for hydrothermal gasification ,
11. Verwendung nach Anspruch 9 oder 10, 11. Use according to claim 9 or 10,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass bei der hydrothermalen Vergasung der Schwarzlauge Ruthenium und/oder Nickel als Katalysator verwendet werden. In the case of the hydrothermal gasification of the black liquor, ruthenium and / or nickel are used as catalyst in the hydrothermal gasification of the black liquor.
12. Verfahren zur Verarbeitung von Abwasser (1), 12. Process for the treatment of wastewater (1),
- wobei aus dem Abwasser (1) ein Abwasserschlamm (8) gewonnen wird  - Wherein a sewage sludge (8) is obtained from the waste water (1)
- und dem Abwasserschlamm (8) Biomasse mittels des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 entnommen wird. - And the sewage sludge (8) biomass is removed by the method according to one of claims 1 to 4.
13. Verfahren nach Anspruch 12, 13. The method according to claim 12,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Ab¬ wasserschlamm (8) bei einer Klärung des Abwassers (1) gewonnen und aus dabei anfallendem Klärschlamm (3, 7) gebildet wird . characterized in that the Ab ¬ water sludge (8) obtained in a clarification of the waste water (1) and from thereby accumulating sewage sludge (3, 7) is formed.
14. Verfahren nach Anspruch 13, 14. The method according to claim 13,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Ab¬ wasserschlamm (8) aus Klärschlamm (3, 7) gebildet wird, der bei einer Vorklärung des Abwassers (1) als Primärschlamm (3) oder/und bei einer einer Vorklärung nachgeschalteten Klärung mittels Sedimentation anfällt. characterized in that the Ab ¬ water sludge (8) from sewage sludge (3, 7) is formed, which is obtained in a primary treatment of the waste water (1) as primary sludge (3) and / or in a clarification downstream of clarification by sedimentation.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, 15. The method according to any one of claims 12 to 14,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Ab¬ wasserschlamm (8) vor der Entnahme der Biomasse entsalzt wird . characterized in that the Ab ¬ water sludge (8) is desalted prior to removal of the biomass.
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