DE2800030B2 - Verfahren zur Umsetzung von Naßabfall durch Pyrolyse - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Umsetzung von Naßabfall, insbesondere Klärschlamm, durch Pyrolyse in ein festes, kohlenstoffhaltiges Material, das mindestens teilweise aus Aktivkohle besteht, und Pyrolysegas, bei dem der Naßabfall unter Luftausschluß in einer Retorte auf Pyrolysetemperatur gebracht wird und mindestens ein Teil des aus der Retorte austretenden kohlenstoffhaltigen Materials kontinuierlich mit dem Naßabfall vermischt wird.

Der Mangel an geeigneten Landauffüllungsstellen für Naßabiall, der wesentliche Mengen Wasser und organische Stoffe enthält, wie z. B. Klärschlamm bzw.

•?i Abwasserschlamm, sowie die häufig auftretende Strandverschmutzung durch Meeresablagerung vun Schlamm haben das Bedürfnis nach einem neuen Verfahren für die Naßabfallbeseitigung verstärkt Es ist bereits bekannt, den Naßabfall in verschiedenen Verbrennungs-

i" öfen zu verbrennen, jedoch benötigen solche Verbrennungsöfen große Mengen an zusätzlicher Energie und sind darüber hinaus nicht umweltfreundlich.

Aus der US-PS 20 56 746 ist ein Verfahren zur Verkokung von Pulpe-Abfall-Laugen aller Art mittels trockener Destillation bekannt, bei dem die festen Teilchen der Flüssigkeit über einen Trichter in eine vertikale Retorte eingefüllt, in dieser einer trockenen Destillation unterzogen und anschließend vom Boden der Retorte abgezogen werden. Diese Verkokungs-Rückstände werden in einer Brechanlage pulverisiert und teilweise unter Vermischung mit den festen Teilchen wieder in die Retorte eingeführt Ferner wird in der DE-OS 26 35 957 ein Verfahren zur Behandlung von festem Abfall beschrieben, bei dem man eine leilchenförmige feste Wärmequelle oder »Asche«, die bei der Entkohlung des kostenstof'hai (igen festen Rückstandes der Pyrolyse von organischem festem Abfall gebildet wird, als eine primäre Wärmequelle in der Pyrolyse des zerkleinerten organischen festen Abfalls verwendet. Diese bekannten Verfahren zur Umsetzung von Abfall durch Pyrolyse beziehen sich also lediglich auf das Vermischen eines Teils des aus der Retorte austretenden kohlestoffhaltigen Materials mit dem in die Retorte einzufüllenden Abfall.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem zum einen der Trocknungsvorgang des Naßabfalls in der Retorte durch direkte Wärmeübertragung unterstützt und zum anderen das erstehende feste, kolenstoffhaltige Material durch chemische Reaktionen in Aktivkohle umgewandelt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der bei der Mischung des Naßabfalls mit dem kohlenstoffhaltigen Material entstehende Brüden erhitzt und als Heißdampf der Retorte zugeführt wird.

In Ausgestaltung der Erfindung wird der Brüden innerhalb eines, in dem Abgaskanal einer der Retorte lügeüröneien Brennkammer angeordneten Warmcsus-

tauschers erhitzt Hierdurch wird em Teil der Abwärme für den Pyrolyseprozeß selbst ausgenutzt und dadurch Energie für die Beheizung der Retorte gespart

Um die Gesamtenergiebilanz des Verfahrens nach der Erfindung zu verbessern, wird in weiterer ■> Ausgestaltung der Erfindung das Pyrolysegas in an sich bekannter Weise unter Zufuhr erwärmter Druckluft verbrannt wobei die Druckluft innerhalb eines in di.-m Abgaskanal der Brennkammer angeordneten Wärmeaustauschers «rwärmt wird. Aus der DE-OS 16 71 340 ist es allgemein bekannt das Pyrolysegas unter Zufuhr erwärmter Druckluft in der der Retorte zugeordneten Brennkammer zu verbrennen.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, die im wesentlichen aus einem als 1 "> Retorte dienenden geneigt angeordneten Drehrohr, einer das Drehrohr umgebenden Brennkammer, einem mit der Brennkammer verbundenen Brenner mit zugeordnetem Gebläse und einem dem Drehrohr vorgeschalteten Bunker besteht wobei die Ausgabeöffnung des Drehrohres luftdicht über eine Dichtung an ein Gehäuse mit einer Steigleitung und einer Falleitung angeschlossen ist zeichnet sich dadurch aus, daß die Falleitung über ein Ventil mit nachgeordneter erster Abzweigleitung in einen Mischbehälter, dem ein Eingabetrichter für Naßabfall zugeordnet ist, einmündet und daß einerseits eine Leitung des Mischbe hälters zu dem Bunker und andererseits eine Leitung über einen Wärmeaustauscher zu der Eingabeöffnung des Drehrohres führt. Bei der aus der DE-OS 26 51 302 w bekannten Vorrichtung ist es bekannt, die Austragsöffnung des Drehrohres luftdicht an ein Gehäuse mit einer Steigleitung und einer Falleitung anzuschließen.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird also der Naßabfall in einem außenbeheizten Drehrohr zersetzt v> wobei ein Pyrolysegas, das sich aus Wasserdampf und den Zersetzungfgasen des Naßabfalls zusammensetzt, sowie ein festes, kohlenstoffhaltiges Material entsteht, das sich aus den mineralischen Best?ndteilen des Naßabfalls und Kohlenstoff zusammensetzt welcher sich bei der Zersetzung der organischen Teile bildet. Der bei der Pyrolyse entstehende Kohlenstoff wird durch die Verfahrensführung aktiviert und fällt als Aktivkohle an. Es werden also zwei verwertbare Produkte erhalten, nämlich zum einen ein brennbares Pyrolysegas und zum anderen ein kohlenstoffhaltiges Material, das mindestens teilweise aus Aktivkohle besteht.

Zur Durchführung des Verfahrens wird der Naßabfall, der wegen seines hohen Feuchtigkeitsgehaltes sehr viskos und klebrig ist mit einem in den Kreislauf zurückgeführten Teil des kohlenstoffhaltigen Materials, das am Ausgang des indirekt beheizten Drehrohres anfällt, vermischt, um zum einen eine trockene, rieselfähige Mischung zu erhalten und um zum anderen Brüden zu erzeugen, der anschließend in Heißdampf verwandelt wird. Diese trockene, rieselfähige Mischung besitzt einerseits den Vorteil, daß die bei der thermischen Behandlung von Naßabfall stets vorhandene Gefahr der Anbackung und der Verkrustung im Drehrohr vermieden wird, und andererseits den Vorteil, daß die Wärme des kohlenstoffhaltigen Materials unmittelbar auf den Naßabfall übertragen wird, was zu einer Erhitzung und damit Trocknung des Naßabfalls führt, wodurch bereits vorerwärmter Naßabfall dem Drehrohr zugeführt werden kann.

Die Menge des kohlenstoffhaltigen Materials, das bei dem Verfahren in den Kreislauf zurückgeführt werden muß, hängt von der anfänglichen Schlammzusammensetzung und von der Betriebskondition der Vorrichtung ab, die für die Durchführung des Verfahrens verwendet wird. Es wird nur ein bestimmter Anteil des kohlenstoffhaltigen Materials, das teilweise aus Aktivkohle besteht in den Kreislauf zurückgeführt während der andere Anteil des kohlenstoffhaltigen Materials aus der Vorrichtung abgezogen wird, um anderen Verwendungszwecken, wie z. B. der Abwasserbehandlung, zugeführt werden zu können.

Bei der Mischung des heißen, kohlenstoffhaltigen Materials mit dem Naßschlamm entsteht sogenannter Brüden, d.h. ein Gemisch aus Wasserdampf und geruchsintensiven organischen Stoffen. Dieser Brüden wird dem Abgaskanal der Brennkammer, in der sich das Drehrohr befindet zugeleitet wobei jedoch keine Mischung mit den Abgasen aus der Brennkammer erfolgt Der Brüden wird vielmehr in einem Wärmeaustauscher im Abgaskanal der Brennkammer durch die heißen Abgase aus der Brennkammer erhitzt Der dabei entstehende Heißdampf, der im hohen Maße Wärme aufnehmen und transportieren kann, wird dem Drehrohr unmittelbar zugeführt Im Drehrohr erfüllt dieser Heißdampf zwei Funktionen und zwar unterstützt er zum einen den Trocknungsvorgang durch direkte Wärmeübertragung und zum anderen dient er als Aktivierungsmittel bei der Erzeugung von Aktivkohle, indem der entstehende Koks durch chemische Reaktionen in Aktivkohle umgewandelt wird.

Im Abgaskanal der Brennkammer ist zur Erhöhung der günstigen Energiebilanz ein weiterer Wärmeaustauscher vorgesehen, in dem die für die Verbrennung benötigte Luft erhitzt wird. Diese Luft wird vor der Verbrennung des anfallenden Pyrolysegases in dem der Brennkammer zugeordneten Brenner mit dem Pyrolysegas vermischt.

Durch die günstige Energiebilanz des Verfahrens nach der Erfindung lassen sich die Kosten der Pyrolyse des Naßabfalls und der Herstellung der Aktivkohle wesentlich senken.

Die Vorrichtung nach der Erfindung zur Durchführung des Verfahrens wird in der nachfolgenden Beschreibung anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert, das in der Zeichnung dargestellt ist Die Zeichnung zeigt eine schematische Darstellung einer gemäß der Erfindung betriebene und ausgebildete Vorrichtung im Längsschnitt.

Die Vorrichtung A weist ein längliches Drehrohr B aus wärmeleitendem Material auf, das geneigt angeordnet ist und eine Eingabeöffnung 10 sowie eine Ausgabeöffnung 12 besitzt, wobei die Eingabeöffnung 10 höher liegt als die Ausgabeöffnung 12, um sicherzustellen, daß bei Drehung des Drehrohres B, das in dem Drehrohr B befindliche Material von der Eingabeöffnung 10 zu der Ausgabeöffnung 12 hin bewegt wird. Im Bereich der Eingabeöffnung 10 ist das Drehrohr B außen mit einem Zahnkranz fi versehen, der in das Zahnrad 16 eines Antriebsmotors 18 eingreift.

Die Eingabeöffnung 10 und die Ausgabeöffnung 12 sind an entsprechende drehbare Dichtungen 20, 22 angeschlossen. Eine Brennkammer Q die aus einem langgestreckten Teilstück 24, einem vorderen Endteilstück und einem hinteren Endteilstück besteht, ist vorgesehen. Das vordere Endteilstück besitzt einen sich nach oben erstreckenden Abgaskanal 26. Das hintere Endteilstück der Brennkammer C steht mit einer Kammer 28 in Verbindung. Der Eingabeöffnung 10 ist ein Eingaberohr 30 zugeordnet, in das ein Bunker 32

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einmündet. Innerhalb des Eingaberohres 30 liegt ein Schneckenförderer 34, der durch einen Antriebsmotor 36 antreibbar ist. Das Drehrohr Bist in dem Teilstück 24 der Brennkammer C durch entsprechende Lager 38,40 drehbar gelagert. Die drehbare Dichtung 22 ist mit einem Gehäuse 42 verbunden, das eine Falleitung 44 aufweist, welche an ihrem Ende in eine erste Abzweigleitung 46 und eine zweite Abzweigleitung 48 einmündet Von dem Gehäuse 42 erstreckt sich nach oben eine Steigleitung 50. Ein Ventil 52 befindet sich an der Verbindungsstelle der Falleitung 44 mit der ersten Abzweigleitung 46 und der zweiten Abzweigleitung 48, um zu ermöglichen, daß gewünschte Mengen von Material entweder in die erste oder die zweite Abzweigleitung strömen. Ein Ventil 53 ist in der zweiten Abzweigleitung 48 angeordnet, um den Materialfluß aus dieser Abzweigleitung zu steuern. Das untere Ende der ersten Abzweigleitung 46 ist mit dem Innern eines zylindrischen Mischbehälters 54 verbunden, in welchem ein Schneckenförderer 56 liegt, der durch einen Antriebsmotor 58 antreibbar ist. Der Mischbehälter 54 mündet an seinem dem Antriebsmotor 58 gegenüberliegenden Ende zum einen in eine Leitung 60 und zum anderen in eine Leitung 62 ein. Ein Trichter 64 oder ein anderer geeigneter Aufnahmebehälter ist zur fortlaufenden Aufnahme von feuchten Naßabfall vorgesehen, wobei der Trichter 64 über ein rohrförmiges Bauteil 68 mit dem Innern des Mischbehälters 54 in Verbindung steht Mindestens ein Teilstück des rohrförmigen Bauteils 68 besitzt einen Schneckenförderer 70, der durch einen Antriebsmotor 72 antreibbar ist

Des weiteren ist ein in die Kammer 28 hineinragender Brenner 74 vorgesehen. An den Brenner 74 sind erste, zweite und dritte Rohre 78, 90 und 82 angeschlossen. Das erste Rohr 78 ist über ein Ventil 84 mit einer nicht dargestellten Heizgasquelle verbunden. Das zweite Rohr 80 steht über ein Ventil 88 und eine Leitung 90 mit einem in dem Abgaskanal 2ti angeordneten Wärmeaustauscher 92 in Verbindung. Der Wärmeaustauscher 92 wird durch heiße Abgase erwärmt die durch den Abgaskanal 26 hindurch nach oben strömen. An den Wärmeaustauscher 92 ist ein Gebläse 94 angeschlossen, das heiße verdichtete Luft zu dem Brenner 74 liefert Das dritte Rohr 82 ist über ein Ventil 96 mit dem Steigrohr 50 verbunden. Von dem Steigrohr 50 geht ein seitliches Rohr 98 mit daran eingebautem Ventil 100 ab.

Die Leitung 62 ist mit einem ebenfalls im Abgaskanal 36 angeordneten Wärmeaustauscher 102 verbunden. Dieser Wärmeaustauscher 102 weist ein Rohr 104 auf, durch das Heißdampf in das Innere des Drehrohres B eingeführt wird. Die Leitung 60 ist so angeordnet daß sie geeignet ist Material von dem Mischbehälter 54 zu dem Bunker 32 hin zu fördern.

Das Verfahren der vorliegenden Erfindung wird unter Verwendung der Vorrichtung A wie folgt durchgeführt:

Das Ventil 84 ist geöffnet, so daß Heizgas durch die Leitung 78 zu dem Brenner 74 strömt, während er gezündet wird. Gleichzeitig wird das Gebläse 94 in Tätigkeit gesetzt, um verdichtete Luft bei geöffnetem Ventil 88 zu dem Brenner 74 zu fördern. Die Verbrennung des Heizgases und der verdichteten Luft in der Kammer 28 hat zur Folge, daß das Innere der Brennkammer C und damit auch das Drehrohr B erwärmt wird. Die Abgase, die durch den Abgaskanal 26 nach oben strömen, erwärmen sowohl den Wärmeaustauscher 92 als auch den Wärmeaustauscher 102. Um die Rotation des Drehrohres B zu bewirken, wird der Antriebsmotor 18 betätigt Zunächst wird getrockneter Naßabfall in den Bunker 32 gefüllt, um eine bestimmte Menge an kohlenstoffhaltigem Material zu erhalten, das in das Gehäuse 42 entladen wird. Anschließend wird feuchter Naßabfall in den Trichter 64 eingefüllt. Dann

^r> wird zur Rotation des Schneckenförderers 70 der Alu. ^bsmotor 72 in Tätigkeit gesetzt, wodurch der feuchte Naßabfall in den Mischbehälter 54 befördert wird, wo er sich mit dem heißen kohlenstoffhaltigen Material vermischt, das durch die erste Abzweigleitung

ι» 46 in den Mischbehälter 54 gelangt, wenn das Ventil 52 in eine entsprechende Stellung bewegt wird. Gleichzeitig wird der Antriebsmotor 58 zur Rotation des Schneckenförderers 56 eingeschaltet. Die Mischung des heißen, kohlenstoffhaltigen Materials und des feuchten

ι ί Naßabfaiis in dem Mischbehälter 54 hat zur Foige, daß eine im wesentlichen trockene, rieselfähige Mischung entsteht, wobei der hierbei entstehende Brüden durch die Leitung 62 zu dem Wärmeaustauscher 102 strömt, wo er in Heißdampf umgesetzt wird, der in das Drehrohr B in der Nähe der Eingabeöffnung 10 entladen wird. Um trockenen Schlamm, der zu dem Bunker 32 durch die Leitung 60 befördert wird, in das Drehrohr ß in der Nähe der Eingabeöffnung 10 zu bewegen, wird der Schneckenförderer 34 über den Antriebsmotor 36 in

2¹» Bewegung gesetzt. Der Trockenschlamm wird in dem Innern des Drehrohres B erwärmt während er sich durch die Schwerkraft von der Eingabeöffnung 10 zu der Ausgabeöffnung 12 des Drehrohres B bewegt. Während der trockene Naßabfall 67 erwärmt wird, wird

J<> er in festes, kohlenstoffhaltiges Material, das Aktivkohle und Mineralbestandteile enthält, und in Pyrolysegas umgesetzt Das Pyrolysegas ist ein Gemisch aus Kohlenwasserstoffgasen und flüchtigen flüssigen Kohlenwasserstoffen. Wenn das Pyrolysegas in genügender

^Jr> Menge erzeugt wird, wird das Ventil 96 geöffnet so daß das Pyrolsegas zu dem Brenner 74 strömen kann, um im Innenraum der Brennkammer Czu verbrennen. Sobald das Pyrolysegas in genügender Menge zur Erwärmung des Drehrohres B anfällt kann das Ventil 84 geschlossen werden, wodurch die Zugabe von Heizgas beendet ist.

Sollte das Pyrolysegas in größeren Mengen erzeugt werden als diejenige, die notwendig ist um den Innenraum der Brennkammer C auf die Temperatur zu erwärmen, die notwendig ist um den trockenen

·>■> Naßabfall zu pyrolysieren, kann das Ventil 100 geöffnet werden, um zu ermöglichen, daß Pyrolysegas nach außerhalb der Vorrichtung A geleitet wird, wo es für Zwecke der Energieerzeugung genutzt werden kann. Die Abgaswärme von dem Verbrennen des Brennstoffe fes in der Brennkammer D wird dazu verwendet nicht nur den Brüden, der durch den Wärmeaustauscher 102 hindurchströmt in Heißdampf umzusetzen, sondern auch die verdichtete Luft von dem Gebläse 94 vor ihrem Einführen in den Brenner 74 in dem Wärmeaustauscher 92 zu erwärmen. Das Ventil 52 dient zur Regulierung der Strömungsrate des kohlenstoffhaltigen Materials durch die erste Abzweigleitung 46 zu dem Mischbehälter 54. Falls mehr heißes, kohlenstoffhaltiges Materia! erzeugt wird als für die Mischung mit dem feuchten Naßabfall in dem Mischbehälter 54 notwendig ist kann das Ventil 52 benutzt werden, um das überschüssige, heiße kohlenstoffhaltige Material zu der zweiten Abzweigleitung 48 hin abzuleiten. Der Fluß des heißen kohlenstoffhaltigen Materials aus der zweiten Abzweigleitung 48 wird durch das Ventil 53 gesteuert

Das durch die Vorrichtung A durchgeführte Verfahren hat zur Folge, daß der in das Drehrohr B eingeführte trockene Schlamm nicht nur in ein heißes kohlenstoff-

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haltiges Material umgesetzt wird, sondern durch den Heißdampf, der fortlaufend in das Drehrohr eingeführt wird, die dabei erzeugte Kohle in Aktivkohle weiter umgesetzt wird. Diese Aktivkohle kann von der zweiten Abzweigleitung 48 in gewünschten Mengen rückgewonnen werden. Der Überschuß an heißem kohlenstoffhaltigem Material wird verwendet, um den feuchten Naßabfall in trockenen Naßabfall umzusetzen, der

anschließend zu dem Bunker 32 befördert wird.

Falls es gewünscht wird, kann das überschüssige Pyrolysegas, das durch das seitliche Rohr 98 über das geöffnete Ventil 100 abgezogen wird, als Brennstoff für einen oder mehrere Verbrennungsmotore verwendet werden. Diese Verbrennungsmotoren können als Antriebsmotoren, wie beispielsweise die vorher angegebenen Antriebsmotoren 18,36,58 oder 72, dienen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Umsetzung von Naßabfall, insbesondere Klärschlamm, durch Pyrolyse in ein festes, kohlenstoffhaltiges Material, das mindestens teilweise aus Aktivkohle besteht, und Pyrolysegas, bei dem der Naßabfall unter Luftausschluß in einer Retorte auf Pyrolysetemperatur gebracht wird und mindestens ein Teil des aus der Retorte austretenden kohlenstoffhaltigen Materials kontinuierlich mit dem Naßabfall vermischt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der bei der Mischung des Naßabfalls (66) mit dem kohlenstoffhaltigen Material entstehende Brüden erhitzt und als Heißdampf der Retorte (B) zurückgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Brüden innerhalb eines, in dem Abgaskanal (26) einer der Retorte f£J zugeordneten Brennkammer (C) angeordneten Wärmeaustauschers (102) erhitzt wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Pyrolysegas in an sich bekannter Weise unter Zufuhr erwärmter Druckluft verbrannt wird, wobei die Druckluft innerhalb eines, in dem Abgaskanal (26) der Brennkammer (C) angeordneten Wärmeaustauschers (92) erwärmt wird.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, die im wesentlichen aus einem als Retorte dienenden geneigt angeordneten Drehrohr, einer das Drehrohr umgebenden Brennkammer, einem mit der Brennkammer verbundenen Brenner mit zugeordnetem Gebläse und einem dem Drehrohr vorgeschalteten Bunker besteht, wobei die Ausgabeöffnung des Drehrohres luftdicht über eine Dichtung an ein Gehäuse mit einer Steigleitung und einer Falleitung angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Falleitung (4*) über ein Ventil (52) mit nachgeordneter erster Abzweigleitung (46) in einen Mischbehälter (54), dem ein Eingabetrichter (64) für Naßabfall zugeordnet ist, einmündet, und daß einerseits eine Leitung (60) des Mischbehälters (54) zu dem Bunker (32) und andererseits eine Leitung (62) über einen Wärmeaustauscher (102) zu der Eingabeöffnung (20) des Drehrohres ('S) führt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeaustauscher (102) innerhalb des Abgaskanals (26) der Brennkammer (C) angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Mischbehälters (54) ein Schneckenförderer (56) vorgesehen ist, der durch einen Antriebsmotor (58) antreibbar ist.

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4—6, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingabetrichter (64) in ein rohrförmiges, mit dem Mischbehälter (54) verbundenes Bauteil (68) einmündet, dessen dem Eingabetrichter (64) zugeordnetes TeilstUck einen Schneckenförderer (70) mit außenliegendem Antriebsmotor (72) aufweist

8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4—7, dadurch gekennzeichnet, daß von dem Ventil (52) am Ende der Falleitung (44) eine zweite Abzweigleitung (48) mit einem darin eingebauten Ventil (53) abgeht.

9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4—8, dadurch gekennzeichnet, daß vor einem in die Steigleitung (50) eingebautem Veiiü! (96) eine Leitung (98) mit einem darin eingebauten Ventil (100) abzweigt

10. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4—9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gebläse (94) über einen innerhalb des Abgaskanals (26) angeordneten Wärmeaustauscher (92) und eine Leitung (90) mit darin eingebautem Ventil (88) mit dem Brenner (74) verbunden ist