DE4341820C2

DE4341820C2 - Verfahren und Vorrichtung zur thermischen Behandlung von Biomassen und anorganische Bestandteile enthaltenden Schlämmen

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Publication number: DE4341820C2
Application number: DE19934341820
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-12-08
Filing date: 1993-12-08
Publication date: 2003-06-12
Anticipated expiration: 2013-12-09
Also published as: DE4341820A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur thermischen Behandlung von Biomassen und anorganische Bestandteile enthaltenden Schläm men sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Aus der DE 38 42 138 A1 ist ein Verfahren zur gleichzeitigen Aufbereitung von mechanisch vorentwässertem Klärschlamm und trockenen Biomasseabfällen bekannt. Dabei werden Biomasseabfälle wie Altpapier oder Stroh zunächst grob vorzerkleinert. Entwäs serter Klärschlamm wird mit der vorzerkleinerten Biomasse inten siv vermischt. Das Gemisch wird durch eine Lochmatritze gepresst und die erhaltenen Pellets werden getrocknet. Die getrockneten Pellets werden thermisch verwertet. Der Brennstoff in Form der getrockneten Pellets soll für den Einsatz in Verfahren für die thermische Verwertung von getrocknetem Klärschlamm geeignet sein. Als Verfahren für die thermische Verwertung von getrock netem Klärschlamm werden die Hochtemperaturverfeuerung in einer Schmelzkammer-Einblasfeuerung, die Niedertemperaturverschwelung mit Ölgewinnung aus dem kondensierten Schwelgas und die Verwer tung als Brennstoff in Asphaltmischanlagen bei Zumischung der Asche in die Asphalt- bzw. Bitumen-Mischung für den Straßenbau genannt.

Die DE 41 09 063 A1 beschreibt ein Verfahren zur gleichzeitigen Verwertung von stückigen und fließfähigen brennbaren Abfallstof fen und Rückständen. Als brennbare Abfallsstoffe und Rückstände sind mit Schwermetallen oder mit chlororganischen Komponenten belastete Altölfraktionen und Lösungsmittel, belastete Öl-Was ser-Emulsionen, staubhaltige Öle, Teere und Tankrückstände, Kunststoffabfälle, Klärschlämme, Schredderrückstände, Altreifen, andere kohlenstoffhaltige Industrierückstände oder Hausmüll genannt. Die Verwertung erfolgt durch Kombination einer Wander bettvergasung in einem Schacht mit einer autothermen Flammenre aktionsstufe und Ausbildung eines gemeinsamen Schlackebades. Die stückigen Abfallstoffe und Rückstände werden in der Wanderbett vergasung eingesetzt. In der autothermen Flammenreaktionsstufe reagieren die fließfähigen Abfallstoffe und Rückstände und ggf. fließfähige Brennstoffe mit einem sauerstoffhaltigen Verbren nungs- oder Vergasungsmittel. Das durch die Wanderbettvergasung gebildete Gas und die verbleibenden festen Rückstände treten in einen Reaktionsraum der Flammenreaktionsstufe ein. Die in der Flammenreaktionsstufe gebildeten Gase werden mit dem bei der Wanderbettvergasung gebildeten Gas und den verbliebenen Rück ständen zur Reaktion gebracht, wobei die Reaktionsbedingungen so eingestellt werden, dass ein CO- und H₂-reiches Rohgas gebildet wird und sich am Boden des genannten Reaktionsraums das Schlackebad ausbildet. Das heiße Rohgas gelangt gemeinsam mit der schmelzflüssigen Schlacke über eine Ablaufvorrichtung in eine unterhalb des genannten Reaktionsraumes angeordnete Kühlzo ne, in welcher das Rohgas und die Schlacke gekühlt werden, und die Schlacke granuliert wird. In dem genannten Reaktionsraum herrschen Temperaturen von 1400 Grad Celsius bis 1700 Grad Cel sius. Die mineralischen Bestandteile der Einsatzstoffe werden in die Schlacke überführt, die als Granulat von glasartiger Struk tur ausgetragen wird, welches gegenüber atmosphärischen Wässern auslaugfest ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genann ten Art zu schaffen, bei dem einerseits der Energiegehalt der Biomassen und der anorganische Bestandteile enthaltenden Schläm me gut verwertet wird und andererseits die Belastung der Umwelt, insbesondere mit Schwermetallen, möglichst gering gehalten wird.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zur thermischen Behandlung von Biomassen und anorganische Bestandteilen enthaltenden Schlämmen gelöst, bei dem

- Biomassen und Schlämme in einem ersten Pelletieraggregat 5 zu Pellets I verarbeitet werden,
- die erhaltenen Pellets I einer Schwelung in einem Vergaser 7 zur Gewinnung von Schwelkoks und Schwelgasen aufgegeben werden,
- der Schwelkoks oder in einem Pelletieraggregat 6 hergestell te und Schwelkoks enthaltende Pellets II in einer ersten Teilverbrennungsstufe 9 mit sauerstoffhaltigem Gas bei einer Temperatur von ca. 900 Grad Celsius thermisch behandelt wird/werden und
- die festen Produkte der Teilverbrennungsstufe 9 direkt einer zweiten Verbrennungsstufe 10 unter Bildung einer glasigen Schlacke und unter Zusatz eines sauerstoffhaltigen Gases und eines weiteren Brenngases bei einer Temperatur von ca. 1500 Grad Celsius aufgegeben werden.

Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Lösung der Aufgabe mit den erfinderischen Merkmalen des Patentanspruchs 14.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Abbildungen erläutert.

Es zeigen:

Abb. 1 ein Fließschema des erfindungsgemäßen Verfahrens und

Abb. 2 ein Fließschema einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Die reversible Wasseraufnahmefähigkeit der kapillar aktiven, zerkleinerten Trockenstoffe vegetabilischer Herkunft, (2) = Stroh, Herbstlaub, Waldrückstände, Altpapier (nachwachsende Biomasse), versetzt mit or ganischen Wasserschlämmen (1) = Klärschlamm, Tier güllen bzw. anorganischen Sedimentschlämmen (3) = Rotschlamm, Baggerschlick, nehmen einem Löschblatt gleich, das Ballastwasser auch relativ dünner Schlämme auf, so daß innerhalb von Minuten Stichfestigkeit er reicht und auch üble Gerüche dezimiert werden.

Durch weiteres Kneten entsteht eine formbare Mischmasse, die bereits an der Luft bei Zimmertempe ratur beschleunigt abtrocknet (4), weil die Trockenstoffe darin wie ein Docht wirken. Solche trockenen Formkör per zeigen interessante mechanische Eigenschaften: Als Verbundstoffe hat nunmehr die Trockensubstanz der ursprünglich wäßrigen Schlämme die zerkleinerten Trockenstoffe homogen eingebettet. Sie verleihen sol chen Formkörpern eine besondere Art elastischer Fe stigkeit. Beispielsweise zerbrechen sie nicht beim Fal lenlassen auf feste Oberflächen, sie besitzen ausreichen de Abrasionsfestigkeit, so daß sie problemlos gelagert und transportiert werden können. Sie sind feinporös und daher kapillarhygroskopisch bei herausragender Ad sorptionsfähigkeit gegenüber gasförmigen Stoffen.

Außerdem stellen sie einen neuen, nicht fossilen, son dern menschengemachten, festen Brennstoff dar, dessen Heizwert durch die Summe der Einzelkomponenten ge geben ist. Die Komponentenkombination kann zielge recht gewählt werden.

Trockene Pellets (5) und (6) stellen wegen ihrer Stüc kigkeit eine begünstigte Form dieser neuen Brennstoffe als Ausgangsstoffe zur Vergasung oder Verbrennung dar, insbesondere sind sie für Schwelungen und Sinte rungen zum Einsatz für Spülgasverfahren sowie Wirbel schichten oder auf dem Wanderrost geeignet.

Die Vergasung (7) der Pellets I (5) aus nachwachsen den Biomassen mit eingestellter Feuchtigkeit erfolgt bei rund 600°C und unter stöchiometrischer Luftzufuhr im Spülgasverfahren. Die Produkte dieser Vergasung sind:

- Schwel(wasser)gas, das die Prozeßwärme des Vergasers und dessen Abhitzeverwertung (8) lie fert und ferner die Zündenergie für die autothermi sche Verbrennungsstufe (9) Stufe 1.) sowie das Heizgas der Glasschmelze (10), Stufe 2.). In diesen beiden Stufen der Verbrennung wird oxydierend gefahren, z. B. ermöglichen die Mineralbestandteile des Baggerschlicks daraus die oxydische Zusam mensetzung einer Glasschmelze zu bilden. Die Glä ser nehmen Schwermetallverbindungen immobili sierend in sich auf und sind weitgehend handelsüb lich verwendbar.
- Schwelkoks, der als energiereiche Heizungs komponente der Pellets II (6) deren wärmeabge benden Eigenanteil an organischem Material für die autotherme Verbrennung vermehrt. Die hier intermediär gebildete Asche stellt die bereits hoch temperierte, praktisch C-freie Basissubstanz zur Glasbildung dar.

Die Abgase aus (9) und (10) gelangen nach Abkühlung bei Wärmegewinn durch Tauscher in die feste Absorp tionsstrecke (11), insbesondere zur Hg- und As-Bindung, die durch eine lockere Schichtung trockener Formkör per nach (6) gebildet ist.

Gegebenenfalls erfolgt danach in (12) eine zusätzlich 2-stufige Abgasreinigung besonderer Art, die in der La ge ist, auch CO₂ aus dem Rauchgas zu binden.

Claims

1. Verfahren zur thermischen Behandlung von Biomassen und an organische Bestandteile enthaltenden Schlämmen, dadurch gekennzeichnet, dass
Biomassen und Schlämme in einem ersten Pelletieraggregat 5 zu Pellets I verarbeitet werden,
die erhaltenen Pellets I einer Schwelung in einem Ver gaser 7 zur Gewinnung von Schwelkoks und Schwelgasen aufgegeben werden,
der Schwelkoks oder in einem Pelletieraggregat 6 herge stellte und Schwelkoks enthaltende Pellets II in einer ersten Teilverbrennungsstufe 9 mit sauerstoffhaltigem Gas bei einer Temperatur von ca. 900 Grad Celsius thermisch behandelt wird/werden und
die festen Produkte der Teilverbrennungsstufe 9 direkt einer zweiten Verbrennungssufe 10 unter Bildung einer glasigen Schlacke und unter Zusatz eines sauerstoffhalti gen Gases und eines weiteren Brenngases bei einer Tempe ratur von ca. 1500 Grad Celsius aufgegeben werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Pelletieraggregat 5 zusätzlich getrocknete Biomasse 2 aus einem Trockner 4 aufgegeben wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pellets II durch Mischen und Pelletieren von Schwelkoks und getrockneten Biomassen 2 und/oder anorganischem Sediment schlamm 3 hergestellt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als weiteres Brenngas das Schwelgas aus dem Vergaser 7 in der Verbrennungsstufe 10 und bedarfsweise in der Teilverbren nungsstufe 9 verwendet wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Biomassen Stroh, Herbstlaub, Holz und/oder Altpapier eingesetzt werden.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Schlämme Klärschlämme, Tiergüllen, Fruchtschlempen, anorganische Sedimentschlämme, Rotschlamm und/oder Baggerschlick eingesetzt werden.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlämme vor ihrem Einsatz eine stoffliche Konditionierung erfahren, so dass das feste Pro dukt aus der Teilverbrennungsstufe 9 eine gezielte oxidische Zusammensetzung aufweist und in der Verbrennungsstufe 10 als Schlacke Glas- oder Keramikprodukte erhalten werden.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Pelletieraggregrat 5 und dem Pelletieraggregat 6 eine knetende Vermischung der Biomassen und Schlämme erfolgt.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Brennpellets I in einer solche Menge erzeugt und im Vergaser 7 einer Schwelung unterworfen wer den, dass überschüssiges Brenngas anfällt, welches der Stromerzeugung als Brenngas zugeführt wird.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abhitze 8 aus dem Vergaser 7, dem Teilverbrennungsofen 9 und dem Verbrennungsofen 10 zur Stromerzeugung mittels Dampf verwendet wird.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgase aus der Teilverbrennungs stufe 9 und der Verbrennungsstufe 10 einer Abgasreinigung unterworfen werden.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zur Abgasreinigung eine feste Absorptionsstrecke 11, insbesonde re für die Bindung von Quecksilber und Arsen, vorgesehen ist, in der Pellets II als Abgasreinigungsmassen eingesetzt werden.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder Anspruch 12, dadurch gekenn zeichnet, dass eine zweistufe Abgasreinigung 12 vorgesehen ist, bei der in einer ersten Stufe die sauren Abgasbestand teile absorbiert werden und in einer zweiten Stufe das CO₂ aus dem Abgas alkalisch gebunden wird.

14. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorgehenen Ansprüche, umfassend
ein erstes Pelletieraggregat 5, in welchem Biomassen und Schlämme zu Pellets I verarbeitet werden,
einen Vergaser 7, in welchem die Pellets I einer Schwe lung zur Gewinnung von Schwelkoks und Schwelgasen unter worfen werden,
ein Pelletieraggregat 6, in welchem Schwelkoks enthaltene Pellets II hergestellt werden,
einen ersten Teilverbrennungsofen 9, in welchem die Pel lets II mit sauerstoffhaltigem Gas bei einer Temperatur von ca. 900 Grad Celsius thermisch behandelt werden, und
einen zweiten Verbrennungsofen 10, in welchem die festen Produkte aus dem Teilverbrennungsofen 9 unter Bildung einer glasigen Schlacke und unter Zusatz eines sauerstoffhaltigen Gases und eines weiteren Brenngases bei einer Temperatur von ca. 1500 Grad Celsius thermisch behandelt werden.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass sie für die Reinigung der Abgase aus dem ersten Teilverbren nungsofen 9 und dem zweiten Verbrennungsofen 10 eine feste Absorptionsstrecke 11, insbesondere zur Absorption von Quecksilber und Arsen, und/oder eine zweistufige Abgasreini gung 12, insbesondere zur Bindung von Kohlendioxid, umfasst.