DE3908172C2 - - Google Patents
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- DE3908172C2 DE3908172C2 DE3908172A DE3908172A DE3908172C2 DE 3908172 C2 DE3908172 C2 DE 3908172C2 DE 3908172 A DE3908172 A DE 3908172A DE 3908172 A DE3908172 A DE 3908172A DE 3908172 C2 DE3908172 C2 DE 3908172C2
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- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B20/00—Use of materials as fillers for mortars, concrete or artificial stone according to more than one of groups C04B14/00 - C04B18/00 and characterised by shape or grain distribution; Treatment of materials according to more than one of the groups C04B14/00 - C04B18/00 specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone; Expanding or defibrillating materials
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- C04B20/06—Expanding clay, perlite, vermiculite or like granular materials
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Description
Zweck der Erfindung ist, unter Verwendung der beiden mengenmäßig
größten bekannten Abfallstoffe, nämlich Klärschlamm,
insbesondere der Abwasserreinigung, und Flugasche, insbesondere
aus Kraft- und Heizwerken, einen neuen Wertstoff in Form
eines Leichtzuschlagstoffgranulats zu schaffen, die die DIN-Normen
erfüllt und marktgängige Produkte gleicher Art an Qualität
übertrifft.
Aus der DE-AS 23 36 267 ist ein Verfahren zur Beseitigung von
durch Zentrifugieren entwässertem Klärschlamm zur Herstellung
von Ziegelsteinen bekannt, wobei der Klärschlamm dem Ziegelton
beigemischt, die geformte Masse getrocknet und bei einer
Temperatur über 1000°C gebrannt wird. Die im Trocknungsprozeß
entstehenden belastenden Gase werden in den Tunnelofen zur
Verbrennung überführt. Dabei kann dem Klärschlamm Abfallöl
zugesetzt werden.
In der DE-OS 35 13 485 wird ein Verfahren zur Herstellung von
Leichtbetonzuschlag aus Müll und Ton beschrieben, wobei aus
Müll, Ton und Wasser Pellets hergestellt und diese Pellets
in einer Blähzone mittels Heißgasen erhitzt werden. Die feuchten
Pellets werden zunächst in einer Vorwärmzone mittels einer
ersten Teilmenge der heißen Abgase der Blähzone getrocknet und
vorgewärmt, ehe sie der Blähzone zugeführt werden. Die Abgase
der Vorwärmzone werden mittels einer zweiten Teilmenge der
heißen Abgase der Blähzone auf eine zum Desodorieren der Abgase
der Vorwärmzone ausreichenden Temperaturen erhitzt. Die Trocknung
und Vorwärmung der Pellets kann in der Vorwärmzone mittels
heißer Abgase der Blähzone im Gegenstrom erfolgen. Die Pellets
werden anschließend in der Blähzone mittels Heißgasen im
Gleichstrom, und zwar in einem Drehrohrofen, erhitzt. Das in
dieser Druckschrift beschriebene Verfahren geht davon aus, daß
es erforderlich ist, den die Blähzone bildenden Drehrohrofen
im Gleichstrom zu beheizen, um einen ausreichenden Bläheffekt
zu erzielen. Dadurch werden jedoch die feuchten Pellets beim
Eintritt in die Blähzone einem so hohen Temperaturgradienten
ausgesetzt, daß sie im allgemeinen bereits bei der ersten
Berührung mit den heißen Gasen platzen. Trocknet man dagegen
die feuchten Pellets zunächst und wärmt sie dann vor, ehe sie
der Blähzone aufgegeben werden, so treten wegen des in die
Pellets eingebundenen Mülls erhebliche Geruchsprobleme auf.
Diese Nachteile sollen mit dem in der Druckschrift beschriebe
nen Gegenstand beseitigt werden, indem die Pellets unter
Vermeidung von Geruchsproblemen schonend erhitzt werden und
zugleich ein wärmegünstig technischer Wirkungsgrad erzielt
wird.
In der DE-AS 11 96 113 ist ein Verfahren zur Verbesserung der
Oberflächenbeschaffenheit der Einzelkörner von Blähton
beschrieben. Bei diesem Verfahren wird an die insbesondere zur
Weiterverarbeitung von Zement und Kalk bestimmten Einzelkörner
eine gebrannte Hülle aus SiO₂- und Al₂O₃-haltigem Stoff wie Ton,
Lehm oder dgl. angebracht, wobei der die Hüllen ergebende Stoff
mit den fertiggeblähten Einzel- bzw. Tonkörnern sofort nach
Beendigung der das Blähen bewirkenden Hitzebehandlung ohne
nochmalige Erhitzung des Materials in Berührung gebracht und
auf diese Weise eine Naßversinterung in die Oberflächen der
Blähtonkörner eingebrannt wird. Die so hergestellten Blähtonkörner
lassen sich mit Kalk und Zement verarbeiten. Die von
nicht naß gesinterten Stoffen gebildeten Oberflächen der
Blähtonkörner schließen sich mit Kalk und Zement fest zusammen,
so daß sich ein Baustoff mit einer größeren Druckfestigkeit
ergibt.
Bei einem aus der DE-AS 11 54 753 entnehmbaren Verfahren zur
Herstellung von keramischen, körnigen Stoffen aus beim Brennen
Hohlräume bildenden, eisenoxydhaltigen Silikaten, wie Blähton,
Blähschiefer, glaukonitreichem Ton oder Grünsand, durch
Erhitzen des Gutes in einem Drehrohrofen wird das in Form von
Pellets oder Stücken vorliegende, zu brennende Gut mit einer
ein Anbacken des Brenngutes während des Brennverfahrens
verhindernden Außenschicht umgeben. Zur Bildung dieser
Außenschicht kann Sand, Quarzmehl, Hochofenschlackensand oder
eisenoxydhaltiges Silikat auf die Pellets aufgebracht werden.
Gemäß der DE-OS 31 50 993 wird bei der Abwasserklärung
anfallender Schlamm dadurch entsorgt, daß der Schlamm mit
Flugasche vermischt wird, dann das Gemisch granuliert,
getrocknet und gebrannt wird, wobei es bläht und nach dem
Erkalten als Leichtzuschlagstoff verwendbar ist. Als Zusatz
stoff kann auch feingemahlener Ton im Gemisch mit Flugasche
dienen. Die Trocknung soll so durchgeführt werden, daß die im
Schlamm enthaltenden Schadstoffe nicht ausgetragen werden. Das
Brennen und Blähen soll im Drehrohrofen erfolgen. Die Abluft
des Drehrohrofens kann zur Trocknung verwendet und die Abluft
aus dem Brennvorgang und dem Trocknungsvorgang gereinigt
werden, wobei die anfallenden Staubpartikel als Zuschlagstoff
wie Flugasche der Mischung zugesetzt werden können. Das
Verhältnis von Schlamm zu Zuschlagstoff
wird mit 70 : 30 angegeben. Nach Erstellen des
richtigen Wassergehalts für die Granulierung wird die Mischung
aus einem Zwangsmischer abgeführt und granuliert. Das Granulat
bzw. die Pellets werden dann in einem Bandtrockner bei 300 bis
400°C gleichmäßig getrocknet, wodurch das Granulat vorerwärmt
und in seiner Form stabilisiert wird. Hierbei wird die Trocknung
so vorgenommen, daß die vorhandenen Schadstoffe nicht
ausgetragen und insbesondere die organischen Bestandteile nicht
zur Entgasung gelangen. Nach der Trocknung wird das Granulat
gebrannt und dabei gebläht. Das Granulat wird auf der
der Flamme gegenüberliegenden Stirnseite eines Drehrohrofens
in die zur Flamme schräg abfallende Trommel des Drehrohrofens
eingeführt und durch die Rotation der Trommel zur
Flamme gefördert. Durch den Eintritt in die Trommel des
Drehrohrofens, in dessen Flammenbereich eine Temperatur
von 1000 bis 2000°C herrschen soll, erfolgt ein Temperaturschock,
der zu einer geschlossenen Sinterhaut des Granulats
bzw. der Pellets führen soll, so daß die Inhaltsstoffe der
Pellets organische Substanzen, insbesondere auch Schwermetalle,
Pestizide, Phenole, aromatische Kohlenwasserstoffe, Phosphate
und andere fest eingeschlossen werden. Durch die Rotation der
Trommel wird das Granulat kontinuierlich der Flamme näher gebracht,
wobei das Pellet bzw. Granulat dem Bereich der Maximaltemperatur
von 1200°C zugeführt wird. Während des Durchlaufens
des Drehrohrofens wird der Blähvorgang vollzogen, durch den
jedes Granulat bzw. Pellets seine Leichtstoffeigenschaften
erhält. Durch die Zumischung von blähverzögernden Substanzen
wird der Blähvorgang in Temperaturbereiche verlagert, die
sicherstellen sollen, daß eine geschlossene Sinterhaut vor
Einsetzen des Blähvorgangs gebildet wird, so daß alle Inhaltstoffe
des Sediments eingeschlossen sind. Durch den Brennvorgang
im Drehrohrofen wird das Granulat bzw. Pellet auf seine
hohe Endfestigkeit erhärtet. Nach Abführen des Granulats aus
dem Drehrohrofen wird es in einer Kühlvorrichtung langsam
abgekühlt und zur Weiterverarbeitung vorzugsweise nach Korngröße
sortiert in Silos gelagert. Das geblähte Granulat soll
als Leichtzuschlagstoff ähnlich Blähton zur Herstellung von
Bausteinen oder konstruktivem Leichtbeton verwendet werden.
Das Schüttgewicht ist gering und die Druckfestigkeit hoch.
Als Zuschlagstoff wird vornehmlich Flugasche aus Kraftwerken
verwendet, damit deren Entsorgung ebenfalls gesichert wird.
Das bekannte Verfahren soll die stabile Bindung der im Schlamm
auftretenden Schwermetalle und anderer Giftstoffe im geblähten
Granulat gewährleisten, so daß diese Stoffe dem natürlichen
Kreislauf als Schadstoffe entzogen sind. Es hat sich jedoch
gezeigt, daß das Verfahren im Drehrohrofen nicht beherrschbar
ist derart, daß die geblähten Granulate die genannten Anforderungen
erfüllen. Inbesondere konnte nicht gewährleistet
werden, daß eine geschlossene Sinterhaut gebildet wird.
Aus diesem Grunde sind die in der Druckschrift beschriebenen
Produkte nicht auf dem Markt.
Schlamm mit Flugasche zu mischen zur Herstellung keramischer
Formkörper geht aus der EP-OS 01 68 532 hervor. Die Gase und
Dämpfe, die während des Trocknens und Brennens entstehen,
werden gesammelt und nachverbrannt sowie gereinigt. Dieses
bekannte Verfahren soll gegenüber dem aus der DE-OS 31 50 993
bekannten Verfahren dadurch, daß ein oxidierendes Brennen
durchgeführt wird, ergeben, daß die Metalle immobilisiert
werden, so daß keine schützende Haut mehr erforderlich ist.
Zudem wird in der DE-PS 11 73 829 ein Verfahren zur Herstellung
von gesinterten Leichtzuschlagstoffen für Baustoffe aus Filter-
und Flugaschen angegeben, bei dem das zur Granulierung des
trockenen Flugaschenstaubs erforderliche Wasser in Form von
Klärschlamm mit 90 bis 95% Wasser und einem Heizwert des Feststoffanteils,
der der Verdampfungswärme des im Klärschlamm
enthaltenen Wassers entspricht, zugesetzt wird, wobei die
Zusatzmenge zwischen 15 und 50% Klärschlamm betragen kann.
Der Zusatz richtet sich außer nach der jeweils erforderlichen
Unterbringung von Klärschlamm nach der Konsistenz des Granulats
und nach der Brennanlage. Es wird hervorgehoben, daß ein Zusatzbrennstoff
entfallen oder auf einen minimalen Betrag reduziert
werden kann. Der Umstand, daß der Heizwert des Feststoffanteils
des Klärschlamms etwa so groß ist wie die Verdampfungswärme
seines Wasseranteils, wirkt sich insofern
günstig aus, als es dadurch möglich ist, den Klärschlammanteil
ohne wesentliche Beeinträchtigung der Energiebilanz zu verändern.
Bei großem Klärschlammanfall und bei geringer Sintergranulatnachfrage
wird mit größeren Klärschlammanteilen gearbeitet
und umgekehrt.
Klärschlamm enthält in der Regel erhebliche Schwermetallgehalte
und gegebenenfalls toxische organische Verbindungen. Die Weiterverarbeitung
ist zudem mit einem Geruchsproblem behaftet.
Flugasche enthält ebenfalls Schwermetalle, und wenn sie aus
Müllverbrennungsanlagen stammt, kann sie auch Dioxine enthal
ten. Aus diesen Gründen sind bislang keine Leichtzuschlagstoffe
auf dem Markt bekannt geworden, die aus Klärschlamm und Flugasche
hergestellt worden sind, weil - wie oben erwähnt - den
bekannten Verfahren der Nachteil anhaftet, daß sie mit den
Schwermetall- und Giftproblemen nicht fertig werden.
Bei der konventionellen Leichtzuschlagstoffherstellung werden
in der Regel frühsinternde Tone und Lehme verwendet, die beim
Aufheizen im Temperaturbereich zwischen 1000 bis 1200°C eine
dichte pyroplastische Sinterhülle bilden, während im Innern
des Körpers noch Gase entstehen. Diese Gase vermögen die viskosen
Körper aufzublähen. Hierfür sind bestimmte Flußmittelgehalte
erforderlich. Für die Herstellung wird der Rohstoff
vermahlen, homogenisiert, pelletiert oder granuliert und
dann der Temperaturbehandlung unterworfen. Man unterscheidet
bei der Aufbereitung zwischen trockenen, halbnassen und nassen
Verfahren. Ziel ist immer, eine möglichst gute Homogenität.
Bei der Formgebung werden zwei verschiedene Verfahren angewendet:
Granulieren und Pelletieren. In Granulierapparaten
wird den aufgemahlenen Rohstoffen Wasser zugesetzt und durch
Abrollbewegungen entstehen dann kugelförmige Körper. Beim
Pelletieren werden die Tone durch Pressen verdichtet. Dabei
entstehen dann zylindrische Formlinge. Die Temperaturbehandlung
der Formlinge geschieht in der Regel in Drehrohröfen; diese
werden im Gegenstrom betrieben und bestehen aus Vorwärmerofen
und Kühler.
Die Anforderungen an Leichtzuschlagstoffe sind eine möglichst
kugelige Kornform, gleichmäßig verteilte Porigkeit eine dichte
Außenhaut und möglichst hohe Festigkeit bei geringer Rohdichte.
Verwendungsmöglichkeiten für Leichtzuschlagstoff finden sich
im Leichtbeton, bei zementgebundenen Steinen und vor allem im
Dämm- und Isolierstoffsektor. Bei der konventionellen Leichtzu
schlagstoffherstellung können nur Pellets größer etwa 4 mm
produziert werden; kleinere Teilchen würden bei den hohen Temperaturen
im Ofen mit den größeren zusammensintern. Die Korngrößen
kleiner 3 mm werden daher durch Brechen hergestellt.
Ein besonderer Nachteil ist der relativ hohe Energieverbrauch
der Drehrohröfen.
Aufgabe der Erfindung ist, ein Leichtzuschlagstoffgranulat
ohne offene Porosität aus erheblichen Mengen Klärschlamm und
Flugasche herzustellen, inbesondere mit Körnungen unter 4 mm,
wobei die Schadstoffe der Rohstoffe unschädlich gemacht
bzw. kontrolliert entsorgt werden können.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1,
12 und 32 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der
Erfindung werden in den von diesen Ansprüchen abhängigen
Unteransprüchen gekennzeichnet.
Im Rahmen der Erfindung wurde das Wirbelschichtbrennverfahren
ausgewählt.
Die Wirbelschicht-Technologie, die im Winkler-Generator Mitte
der 20iger Jahre zum ersten Mal großtechnisch für die Kohlevergasung
eingesetzt wurde, nahm in den 40iger Jahren einen
stürmischen Aufschwung; allerdings erfolgt der Einsatz meist
in der chemischen Technik für katalytische Prozesse. Obwohl
es viele Vorteile der Wirbelschicht-Technologie gegenüber
anderen Verfahren gibt, konnte sie sich nicht auf anderen
technischen Gebieten durchsetzen. Grund dafür dürfte wohl
eine fehlende schlüssige Theorie zur Berechnung von Wirbelschichten
sein. Dies erfordert für jede neue Wirbelschichtauslegung
umfangreiche Vorversuche im halbtechnischen Maßstab.
Auch die bisher entwickelten Modelle zur Blasenbildung und
die Wärme- und Stoffübertragungsfunktionen widersprechen sich
zum Teil erheblich, so daß diese Funktionen im Prinzip für
jede Wirbelschicht neu entwickelt werden müssen. Eine Wirbelschicht,
auch Fließbett genannt, entsteht wie folgt: Eine Schüttung von
in der Regel feinkörnigen Partikeln wird von unten durchströmt.
Bei niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten durchströmt das
Strömungsmittel die Hohlräume der Schüttung. Wird die Geschwin
digkeit des Strömungsmittels allmählich gesteigert, so erhöhen
sich die Kräfte, die vom Strömungsmittel auf die Schüttung
übertragen werden; einige Partikel beginnen bereits in einem
begrenzten Volumen zu vibrieren, das Festbett als solches
bleibt aber noch erhalten. Mit weiter steigender Geschwindig
keit des Strömungsmittels wird die Bewegung der Partikel immer
heftiger, bis sich die Feststoffschüttung auflockert und in den
Fließzustand übergeht. Hierbei sind die Teilchen im Strömungs
mittel suspendiert und haben keinen permanenten Kontakt mehr
zueinander. Die Geschwindigkeit, bei der dieser Zustand
eintritt, wird als Minimalfluidisierungsgeschwindigkeit
bezeichnet. Wird die Geschwindigkeit weiter gesteigert, so
expandiert die Wirbelschicht und es setzt Blasenbildung ein,
da der über die Minimalfluidisierungsgeschwindigkeit hinausge
hende Gasanteil das Fließbett in Form von feststoffreien Blasen
durchströmt. Eine weitere Steigerung der Strömungsgeschwindig
keit führt schließlich zum Austrag der ersten Teilchen. Die
Wirbelschicht kann in diesem Bereich nur noch durch Feststoff
zufuhr erhalten werden. Bei einer bestimmten Gasgeschwindigkeit
schließlich wird der Feststoff direkt wieder ausgetragen, d. h.
der Bereich der pneumatischen Förderung beginnt.
Die Einteilung der Wirbelschichtverfahren erfolgt im allgemei
nen in zwei Gruppen: Verfahren mit nicht katalytischen
Reaktionen und Verfahren mit katalytischen Reaktionen. Zur
ersten Gruppe gehören beispielsweise die Herstellung von
Aktivkohle, das Chlorieren von Kalk das Kalkbrennen, das
Zementbrennen, die Verbrennung von Klärschlamm und Müll in der
Wirbelschicht, die Sodaherstellung, die Aufheizung und
Trocknung von Massengütern z. B. Sand, und vieles andere mehr.
Die Reaktionen der zweiten Gruppe gehören vor allem in den
Bereich der technischen Chemie.
Besondere Vorteile der Wirbelschicht-Technologie sind:
- - Das Fließbett zeigt ein flüssigkeitsähnliches Verhalten.
- - Der Wärmeübergangskoeffizient und der Stofftransport sind sehr hoch.
- - Durch einen hohen Wärmeübergangskoeffizienten und die große Wärmekapazität ergibt sich eine gute Temperaturkonstanz.
- - Lokale Überhitzungen treten nicht so leicht auf.
- - Die Temperatur kann relativ leicht und genau geregelt werden.
- - Die Gesamtteilchenoberfläche nimmt an Reaktionen teil.
- - Der Druckverlust ist in weiten Bereichen unabhängig vom Gasdurchfluß.
- - Ein Wirbelschichtreaktor ist konstruktiv einfach.
- - Die Anfahr- und Abstellzeiten sind kurz.
- - Die Leistungsdichte ist im Vergleich zu anderen Reaktoren höher.
- - Beim Aufheizen können steile Temperaturgradienten erzielt werden.
Für die Wirbelschichtfeuerungen ergeben sich zusätzliche
Vorteile:
- - Im Vergleich zu einer Staubfeuerung ist die Oberfläche geringer und deshalb sind die Abdampfverluste geringer und die Einbindegrade für verschiedene Schadstoffe höher.
- - Die Stickoxidemission ist bei der Verbrennung geringer.
- - Es können niederkalorische Brennstoffe verbrannt werden.
- - Die Verbrennung ballastreicher Brennstoffe ist möglich.
Diesen Vorteilen stehen einige Nachteile gegenüber:
- - Hohe Gasdurchsätze bewirken starken Austrag.
- - Starke Bettbewegung bedingt Teilchenabrieb.
- - Das Teilchenspektrum muß vorher auf eine bestimmte Vertei lung eingestellt werden.
- - Sehr feine Güter neigen zum Agglomerieren.
- - Der thermische Wirkungsgrad ist meist nicht so hoch wie bei anderen Reaktoren. Er kann aber durch mehrstufige Anordnung oder Wärmetauscher erhöht werden.
- - Maßstabsvergrößerung ist im allgemeinen schwierig.
- - Feststoffe neigen bei hohen Temperaturen zum Sintern und Agglomerieren.
Speziell der Nachteil der Agglomeratbildung bei hohen Tempera
turen war Anlaß einiger Untersuchungen in den späten 50iger
Jahren bis Mitte der 70iger Jahre. Besonderes Augenmerk galt
dabei der Hochtemperaturkohlevergasung in der Wirbelschicht.
Es wurde sogar versucht, die Tendenz zur Agglomeratbildung bei
hohen Temperaturen auszunutzen. Ein Beispiel dafür ist das
Zementbrennen in der Wirbelschicht nach Fuller und Pyzel. Bei
diesem Verfahren wird ein Fließbett mit fertiggebrannten runden
Klinkerteilchen enger Kornverteilung auf etwa 1400°C erhitzt.
Dann werden die feingemahlenen Zementrohstoffe, Kalkstein und
Ton am Boden des Fließbetts zugegeben. Durch die hohen
Wärmeübergangskoeffizienten in der Wirbelschicht erreichen die
Rohstoffe sehr schnell die Reaktionstemperatur und bilden
teilweise eine Schmelze. Diese legt sich an der Oberfläche der
bereits vorhandenen Klinkerteilchen an, die dadurch an Größe
zunehmen. Das Produkt verläßt kontinuierlich durch einen
Überlauf das Fließbett und wird dann klassiert. Das Unterkorn
wird dem Reaktor wieder zugeführt, Klinkerteilchen der
richtigen Größe kommen zur Zementmühle. Dieses bekannte
Verfahren hat sich nicht durchsetzen können. Gründe dafür waren
nicht die Probleme mit dem Fließbettreaktor, sondern der zu
hohe Energieverbrauch und vor allem das Fehlen von standfesten
Hochtemperaturwärmetauschern.
Sieggel fand 1976, daß das Zusammenbrechen des Fließbetts durch
Sinter- und Schmelzerscheinungen ein genau definiertes Phänomen
ist und daß Ergebnise vom Defluidisierungsexperimenten reprodu
zierbar sind. Es gilt nämlich für jedes Fließbett eine
charakteristische Temperatur, unterhalb derer das Fließbett bei
der Minimalfluidisierungsgeschwindigkeit betrieben werden kann.
Soll das Fließbett bei höheren Temperaturen betrieben werden,
so muß eine höhere Fluidisierungsgeschwindigkeit gewählt
werden. 1985 wurde dann ein theoretisches Modell zur Agglomera
tion von Fließbetten von Tardos Mazzone und Pfeffer erarbeitet.
Dieses Modell liefert eine gute Übereinstimmung mit gemessenen
Werten, sofern die Oberflächenviskosität und die Festigkeit der
Agglomerate in Abhängigkeit von der Temperatur bekannt sind.
Zwar können die obengenannten Arbeiten auch keine exakte
Auslegung der Wirbelschicht auf theoretischem Weg liefern, sie
zeigen jedoch, daß es möglich ist, eine Wirbelschicht auch bei
höheren Temperaturen zu betreiben. Konstruktive Elemente einer
Wirbelschichtapparatur, wie z. B. der Anströmboden oder die
günstigste Geometrie, müssen nach wie vor experimentell
ermittelt werden. Aus all diesen Schwierigkeiten wird deutlich,
daß das Wirbelschichtverfahren insbesondere dann nicht ohne
weiteres verwendbar ist, wenn besonders kleine Teilchen zu
brennen sind und wenn dabei Materialien zum Einsatz kommen, die
unkontrollierbar schmelzen.
Wegen der Gefahr der Agglomeratbildung bot sich somit das
Wirbelschichtverfahren von vornherein nicht zur Herstellung der
erfindungsgemäßen Granulate kleiner Korngrößen an.
Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Granulate eignet sich
insbesondere Klärschlamm aus kommunalen Kläranlagen. Der
Schlamm kann thermisch getrocknet eingesetzt werden, wobei der
Feuchtigkeitsgehalt bei etwa 6 bis 10% liegt. Vorzugsweise
wird aber Klärschlamm verarbeitet, wie er in einer Schlamment
wässerungsanlage anfällt bzw. thermisch konditionierter
Klärschlamm mit Feuchtigkeitsgehalten zwischen 45 und 60%.
Typischerweise weist der für die Zwecke der Erfindung geeignete
Klärschlamm die folgenden Bestandteile auf: Quarz, Eisenoxid,
Calcium-Aluminium-Siliciumoxide und Spuren von anderen
Metalloxiden.
Als weiterer Rohstoff zur Herstellung der erfindungsgemäßen
Granulate dient Flugasche aus der Stromerzeugung und/oder aus
Heizkraftwerken. Die derzeitigen Hauptabnehmer für Flugasche
aus Kraftwerken sind die Beton- und Zementwerke, die aber nur
Aschen mit einem Rest Kohlenstoffgehalt kleiner 5% verwenden
können. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung können in
vorteilhafter Weise Aschen mit hohen und variablen Kohlenstoff
gehalten, wie sie häufig bei kleineren Kesseln oder im
Teillastbetrieb anfallen, kostengünstig verwendet werden.
Die Asche wird meist in elektronisch arbeitenden Filtern
aufgefangen und in Silos gelagert. Für die Erfindung besonders
geeignete Flugaschen weisen die kristallinen Bestandteile
Quarz, Mullit, Hämatit und Calciumsulfate auf neben einer
Hauptmenge glasiger Calciumalumonsilikate.
Zusätzlich zu den Hauptbestandteilen Klärschlamm und Flugasche
wird blähfähige Tonsubstanz verwendet. Vorzugsweise wird eine
an sich bekannte Tonsubstanz wie Lias-Ton gemahlen und
getrocknet eingesetzt, wie er zur Blähtonherstellung verwendet
wird. Die Tonsubstanz spielt im erfindungsgemäßen Verfahren nur
als Flußmittel und Bindephase eine Rolle. Der Ton, der
besonders für die Herstellung der erfindungsgemäßen Leichtzu
schlagstoffgranulate geeignet ist, weist im wesentlichen
kaolinitische und illitische Bestandteile und Quarz sowie in
geringen Mengen Goethit, Magnetit und Anorthit auf.
Schließlich wird als vierte Komponente Kalksteinmehl verwendet.
Es ist bekannt, daß Kalksteinmehl in Kohlekraftwerken zur
Direktentschwefelung eingesetzt werden kann. Es ist außerdem
bekannt, Kalksteinmehl zur Bepuderung bei der Blähtonherstel
lung zu verwenden, um ein Verkleben von Pellets bei hohen
Temperaturen zu verzögern.
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens ist als
besonders vorteilhafter Verfahrensschritt vorgesehen, Pellets
mit einem zonaren Aufbau herzustellen. Zu diesem Zweck werden
zunächst Pelletierkerne aus Klärschlamm-Tonsubstanz-Flugasche
erzeugt. Dies geschieht z. B. auf folgende Weise: Der feuchte
Klärschlamm und die trockene Flugasche werden mit Tonsubstanz
in einem solchen Mengenverhältnis z. B. in einem Eirich-
Pelletiermischer gemischt, daß nach kurzer Zeit im Mischer eine
krümelige Masse vorhanden ist. Dann wird Wasser eingedüst, bis
sich kleine Pelletierkerne bis zu 4 mm Durchmesser bilden. Als
erste Hüllschicht wird dann Tonsubstanz zugegeben, bis eine
dünne Hülle auf den Pellets sichtbar ist. Zum Schluß wird noch
mit Kalksteinmehl bepudert. Der zonare Aufbau der Pellets hat
mehrere Vorteile. Erstens werden die Abfallstoffe Klärschlamm
und Flugasche in der Mitte der Pellets eingebunden. Zweitens
erreicht man durch eine ausreichend dicke Hülle aus Tonsubstanz
ein Verhalten der Pellets, das dem von herkömmlichen Tonpellets
ähnlich ist. Drittens bringt das Bepudern mit Kalk Vorteile;
das Kalksteinmehl bewirkt nämlich eine gewisse Menge an
Schmelzphase an der Grenze Tonsubstanz/Kalksteinmehl und das
überschüssige nicht reagierende Kalksteinmehl an der Oberfläche
hält das Pellet beim Brennvorgang nach außen hin trocken und
verhindert so ein Verkleben. Weiterhin kann durch das nichtrea
gierende Kalksteinmehl auch eine Direktentschwefelung von Gasen
während des Brennens erzielt werden.
Die Pelletierfeuchte beträgt vorzugsweise zwischen 12 und 40,
zwischen 25 und 35%.
Die feuchten Pellets aus dem Granuliervorgang werden zweck
mäßigerweise bei 100 bis 140°C, vorzugsweise bis zur Gewichts
konstanz getrocknet. Zum Trocknen mit Luft eignet sich insbe
sondere ein an sich bekannter Wirbelschichttrockner, in dem
zweckmäßigerweise zugleich auch die Minimalfluidisierungsge
schwindigkeit des Wirbelgutes ermittelt wird. Getrocknet wird
z. B. bei Zulufttemperatur von 130 bis 150°C und Trocknungs
zeiten von 0 bis 10 Minuten, vorzugsweise 3 bis 7 Minuten.
Nach dem Trocknen erfolgt vorzugsweise eine Klassierung der
Pellets in die Kornklassen kleiner 0,5; 0,5 bis 1; 1 bis 2; 2
bis 4 und größer 4 mm. Die Kornklassen kleiner 0,5 und größer
4 mm werden als Unter- bzw. Überkorn aus dem Prozeß genommen.
Das Brennen der vorzugsweise getrockneten Pellets wird erfin
dungsgemäß in einer Wirbelschicht durchgeführt. Besonders
geeignet ist ein Hochtemperaturwirbelschichtofen mit einem
Anströmboden und einer Vorwärmeinrichtung für die Wirbelluft,
die auf z. B. etwa 600°C vorgewärmt wird. Als Brennstoff kann
Öl oder Braunkohlegrus dienen, wobei die Brennstoffe zweckmä
ßigerweise von oben unmittelbar über der Wirbelschicht
zugeführt werden. Der Abzug der gebrannten Pellets kann
seitlich mit Hilfe eines Überlaufs erfolgen.
Vorteilhaft ist, die Rohstoffe so zusammenzustellen, daß die
getrockneten Pellets einen oberen Heizwert zwischen 500 und
9000 kJ/kg und einen unteren Heizwert zwischen 400 und 8600
kJ/kg aufweisen.
Die Granulation verläuft problemlos, zumal auf bestehende
Technologie zurückgegriffen werden kann. Es zeigte sich, daß
die folgenden Mischungen besonders geeignet sind.
Kern
10 bis 60 Gew.-% thermisch getrockneter Klärschlamm
10 bis 50 Gew.-% Flugasche
5 bis 50 Gew.-% Tonsubstanz
10 bis 60 Gew.-% thermisch getrockneter Klärschlamm
10 bis 50 Gew.-% Flugasche
5 bis 50 Gew.-% Tonsubstanz
1. Hülle
10 bis 40 Gew.-% Tonsubstanz
10 bis 40 Gew.-% Tonsubstanz
2. Hülle
10 bis 40 Gew.-% Kalksteinmehl
10 bis 40 Gew.-% Kalksteinmehl
Im Regelfall wird nur der Kern pelletiert; die beiden Hüllen
werden ohne weitere Wasserzugabe aufgebracht. Die Pelletier
feuchte beträgt 12 bis 40%. Bei Verwendung von Klärschlamm aus
einer Schlammentwässerungsanlage wird die Zugabe so gewählt,
daß sie den gleichen Glührückstand wie thermisch getrockneter
Schlamm aufweist. Durch sorgfältige Pelletierung kann bis zu
84% der Pellets in der Fraktion 1 bis 4 mm hergestellt werden.
Das Brennen der Pellets geschieht z. B., indem zunächst durch
ein Fließbett Heißluft mit Temperaturen zwischen 600 und 700°C
als Wirbelluft geblasen wird. Nach kurzer Zeit pendelt sich
die Temperatur der Wirbelschicht etwas unterhalb der Wirbel
lufttemperatur ein. Dann wird Granulat zugeführt und die
Wirbelschichttemperatur steigt langsam bis auf etwa 750 bis
850°C. Bei dieser Temperatur zündet dann die Flugasche spontan
und die Temperatur der gesamten Wirbelschicht steigt schnell
auf über 1100°C. Die Verweilzeit der Pellets im Ofen beträgt
je nach angestrebter Qualität 30 Sekunden bis 10 Minuten.
Danach erfolgt ein schnelles Abkühlen an der Luft.
Im stationären Zustand werden in dem Maße, wie fertig gebrannte
Pellets ausgetragen werden, grüne Pellets zugeführt. Für jedes
einzelne Pellet läuft dann die oben beschriebene Reaktionsfolge
ab.
Wichtige bevorzugte Eigenschaften des Leichtzuschlagstoffgra
nulats können z. B. wie folgt angegeben werden:
Kornform | |
rund mit geschlossener Oberfläche | |
Schüttdichte | 750 bis 820 kg/m³ |
Kornrohdichte | 1500 bis 1700 kg/m³ |
Kornfestigkeit | 29 bis 42 kN (entsprechend DIN 4226) |
Ein Leichtzuschlagstoffgranulatkorn besitzt eine glasierte,
dichte geschlossene Oberfläche in Form einer dichten Hülle,
wobei der Innenraum unter der Hülle von Stegen umgebene Poren
in der Verteilung einer Blähstruktur aufweist. Die meisten
Poren sind kleiner als 40 µm, weshalb das Leichtzuschlagstoff
granulat besonders frostbeständig ist.
Der hohe Wassergehalt des Klärschlamms, verbunden mit einer
erheblichen Geruchsbelästigung bei höheren Temperaturen,
verhinderte oftmals einen Einsatz in der keramischen Baustoff
industrie. Der Nachteil des hohen Wassergehalts wird im Rahmen
der Erfindung dadurch eliminiert, daß trockenes Material
zugemischt wird, welches den Klärschlamm abtrocknet und eine
für die Trocknung günstigere Porenstruktur schafft. Es werden
also zwei Abfallstoffe gemischt und die daraus entstehende
Mischung hat eine krümelige Konsistenz, wie ein ganz normaler
keramischer Rohstoff auch. Die Geruchsprobleme und der erhöhte
Ausstoß unverbrannter Kohlenwasserstoffe bei Einsatz von
Klärschlamm in der Ziegel- und Blähtonindustrie werden durch
den Einsatz eines Wirbelschichtofens umgangen. Werden die
Pellets nämlich direkt über der Wirbelschicht zugegeben, so
verbrennen die entstehenden Gase entweder in der Wirbelschicht
oder unmittelbar darüber. Durch die Anwendung der Wirbel
schicht-Technologie kann Klärschlamm dann fast problemlos
verarbeitet und seine unbestreitbaren Vorteile benutzt werden.
Diese sind:
- - Der vorhandene Heizwert vermindert den Energiebedarf bei der Herstellung.
- - Klärschlamm ist ein guter Ausbrennstoff und Porenbildner und kann so z. B. Sägemehl ersetzen.
- - Die Granuliereigenschaften werden durch den großen Anteil organischer Substanzen stark verbessert.
- - Der Flußmittelgehalt erniedrigt geringfügig die Sintertempe ratur.
- - Die Feuchtigkeit, die zum Granulieren gebraucht wird, ist bereits im Klärschlamm enthalten und daher wird kein oder kaum zusätzliches Wasser gebraucht.
Die besonderen Vorteile der Verwendung von Flugasche sind:
- - Ihre Korngrößenverteilung mit vielen kleinen Mikroglasku geln.
- - Das Fehlen von Wasser und ihre Fähigkeit, große Mengen Wasser aufzusaugen.
- - Der noch vorhandene Rest Kohlenstoffgehalt bringt einen Energiebeitrag beim Brennen.
Durch die sinnvolle Kombination zweier Abfallstoffe und Einsatz
einer Hochtemperaturwirbelschicht konnte ein Leichtzuschlag
stoffgranulat geschaffen werden, das die Anforderungen der DIN
4226 erfüllt. Zusätzliche Prüfungen wie das Auslaugverhalten
bei verschiedenen pH-Werten und die Aufnahmen am Rasterelektro
nenmikroskop zeigen, daß ein entstandener Glasfluß die
Schwermetalle einbindet. Im Vergleich zu herkömmlichen
Zuschlägen hat der in der Wirbelschicht gebrannte Zuschlagstoff
eine runde, geschlossene Oberfläche, was für die Verwendung von
Vorteil ist.
Das Mischungsverhältnis wird so gewählt, daß der Energiever
brauch bei der Herstellung optimiert werden kann. Der untere
Heizwert soll gerade dem Wert entsprechen, bei dem eine
Verbrennung in der Wirbelschicht nicht energieautark abläuft.
Um die gewünschte Temperatur von etwa 1135°C zu erreichen,
wird eine geringe Menge Brennstoff zugeführt. Fällt die
Brennstoffzufuhr aus, so kühlt die Wirbelschicht ab. Sollte die
Brennstoffzufuhr nicht vollständig schließen, genügt es dann,
die Pelletzufuhr zu reduzieren. Dies bedeutet für den Herstel
lungsprozeß eine inhärente Sicherheit, da die Temperatur immer
auf zwei voneinander unabhängigen Wegen beeinflußt werden kann.
Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung im folgenden näher
erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Verfahrensstammbaum eines bevorzugten Verfahrens
zur Herstellung der erfindungsgemäßen Leichtzuschlag
stoffgranulate,
Fig. 2 schematisch einen Schnitt durch ein Pellet zur
Herstellung eines Granulatkorns.
Aus Fig. 1 ergibt sich, daß die Komponenten Tonsubstanz,
Klärschlamm, Flugasche und Kalk, wie oben beschrieben, gemischt
und pelletiert werden (Pfeile 1, 2, 3 und 4). Danach erfolgt
eine Trocknung in einer Wirbelschicht (Pfeil 5). Die aus der
Trocknung abzuführende abriebenthaltende Luft wird einem
Staubabscheider (Zyklon) zwecks Abscheidung des Abriebs
zugeführt (Pfeil 6). Der Abrieb wird in die Pelletiervorrich
tung geleitet (Pfeil 7).
Nach dem Trocknen werden die Pellets in eine Wirbelschicht
transportiert (Pfeil 8). Der Wirbelschicht wird das gebrannte
Leichtzuschlagstoffgranulat kontinuierlich entnommen und einem
Kühlaggregat aufgegeben (Pfeil 9), aus dem es als sogenannter
Leichtsand entlassen wird (Pfeile 10).
Für den Brennprozeß wird Luft durch den Kühler gedrückt (Pfeil
11), die sich erwärmt. Die erwärmte Luft gelangt dann in die
Wirbelschicht (Pfeil 12) und durch die Schicht hindurch in
einen Wärmetauscher (Pfeil 13), dem auch Luft aus dem Staubab
scheider aufgegeben wird (Pfeil 14). Aus dem Wärmetauscher wird
Luft zum Trocknen abgezogen (Pfeil 15).
Nicht dargestellt ist die Klassierung zwischen dem Trockner und
dem Hochtemperaturwirbelschichtofen (Pfeil 8). Durch die
Klassierung können Pelletkorngruppen separiert und anschließend
bestimmte Gruppen in bestimmten Mengen zusammengestellt werden,
so daß ein optimiertes Fluidisieren und Brennen ermöglicht
werden kann.
Fig. 2 verdeutlicht den zonaren Aufbau eines zu brennenden, z. B.
kugeligen Pellets. Das Pellet weist einen Kern 16 auf, der
aus dem feuchten Gemisch aus Ton, Klärschlamm und Flugasche
besteht. Um den Kern 16 ist eine geschlossene feuchte Ton
schicht 17 aus feuchtem Ton angeordnet. Die Tonschicht 17
wiederum ist von einer feuchten Kalksteinmehlschicht 18
umhüllt. Die Kalksteinmehlschicht 18 ist so dick gewählt, daß
sie beim Brennen außen trocken bleibt, jedoch eine Schmelzpha
senhülle innenseitig mit der Tonschicht bilden kann. Die
Tonschicht ist so dick ausgeführt, daß beim Brennen eine
Schmelzphasenhülle entstehen kann und das Leichtzuschlagstoff
granulatkorn nach dem Brennen mit einer Glasurhülle versehen
ist. Gegebenenfalls wird die Kalksteinmehlschicht 18 dicker
ausgeführt, als für die genannten Zwecke erforderlich ist, wenn
das Kalksteinmehl noch Schadgase wie HF und/oder SO₂ aus der
Ofenatmosphäre binden soll.
Die Hüllen aus Ton und Kalk
sind vorzugsweise 0,1 bis 3
mm Tonschicht und 0,1 bis 1 mm Kalkschicht dick für Kerne 16
mit einem Durchmesser von 1 bis 4 mm.
Die Glasurhülle ist in der Regel 10 bis 50 µm dick.
Im Rahmen der Erfindung wurde ein Verfahren aufgefunden, bei
dem sowohl Klärschlamm als auch Flugasche in erheblichen Mengen
zur Leichtzuschlagstoffherstellung verwendet werden können. Der
produzierte Zuschlagstoff entspricht in allen gemessenen Werten
den DIN-Vorschriften. Kernpunkte des erfindungsgemäßen
Verfahrens sind die Art der Pelletierung, bei der nasser und
trockener Abfallstoff in einem solchen Verhältnis gemischt
werden, daß eine pelletierfähige Masse entsteht und der
Brennvorgang, der in der Wirbelschicht stattfindet. Dadurch ist
die Herstellung eines Korngrößenintervalls von etwa 1 bis 4 mm
möglich. Ein Leichtzuschlagstoffgranulat dieser Größe war
bisher nicht herstellbar. Das Leichtzuschlagstoffkorn hat eine
geschlossene Kornoberfläche und ist daher für die Verwendung
besser geeignet als gebrochener Zuschlagstoff. Im Rahmen der
Erfindung ist es möglich, das Herstellungsverfahren soweit zu
optimieren, daß sehr leichte Zuschlagstoffe hergestellt werden
können.
Die Temperatur über der Wirbelschicht ist vorzugsweise größer
als die Temperatur in der Wirbelschicht wegen der Nachoxidation
der aus den Pellets austretenden und in der Wirbelschicht nicht
vollständig verbrannten Gase. Zusätzlich soll vorzugsweise ein
Temperaturanstieg auf über 1200°C erfolgen, z. B. mit
Stützbrennern. Dadurch wird die Möglichkeit der sauberen
Verbrennung ggf. enthaltener Dioxine, PCB und sonstiger
toxischer organischer Verbindungen sichergestellt.
Claims (38)
1. Poröses geblähtes und/oder gesintertes und/oder ausgebrann
tes Leichtzuschlagstoffgranulat, hergestellt aus einem
feuchten Gemisch aus Klärschlamm, Flugasche und Tonsubstanz,
durch Granulieren des Gemisches zu Pellets, Trockenen der
Pellets, keramisches Brennen mit Blähen der Pellets und
Abkühlen des gebrannten Granulats, wobei aufgrund des
Herstellungsverfahrens geblähte Granulatkörper gebildet
werden, die oberflächlich eine geschlossene Sinterhaut
aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß das Korn
des Granulats einen Kern aus einem gebrannten Gemisch aus
Klärschlamm, Flugasche und Tonsubstanz aufweist und auf dem
Kern eine geschlossene wasserdichte Glasurhülle als Reak
tionsprodukt aus gebranntem Ton, Kalksteinmehl und dem
Gemisch aus Klärschlamm, Flugasche und Ton angeordnet ist.
2. Granulat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß es im Kornband zwischen 0,5 bis 4 mm liegt.
3. Granulat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich
net, daß es im Kornband zwischen 1 und 3 mm liegt.
4. Granulat nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die Glasurhülle aus
Calciumaluminiumsilikat besteht.
5. Granulat nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß es durch ein
Wirbelschichtverfahren gebrannt hergestellt ist.
6. Granulat nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kornform der
Granulatkörner rund ist.
7. Granulat nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß es eine Schüttdichte
zwischen 700 und 820 kg/m³ aufweist.
8. Granulat nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß es eine Kornroh
dichte zwischen 1500 und 1700 kg/m³ aufweist.
9. Granulat nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß es eine Kornfestig
keit zwischen 29 und 42 kN (entsprechend DIN 4220) aufweist.
10. Granulat nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß die Masse der
Poren einen Porendurchmesser kleiner 40 µm aufweist.
11. Verfahren inbesondere zur Herstellung eines Leichtzuschlag
stoffgranulats nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis
10, durch Mischen von Klärschlamm, Flugasche und Tonsub
stanz, Granulieren des Gemisches zu kugelförmigen Pellets,
Trocknen und Vorwärmen der Pellets, keramisches Brennen mit
Blähen und/oder Sintern und/oder Ausbrennen der Pellets zu
einem geblähten und/oder gesinterten und/oder ausgebrannten
Granulats und Abkühlen des Granulats, dadurch gekenn
zeichnet, daß zunächst für die Herstellung der
Pellets das Gemisch aus Klärschlamm, Flugasche und Tonsub
stanz zur Bildung eines Pelletkerns granuliert wird,
anschließend auf dem Kern eine Tonsubstanzhülle und auf die
Tonsubstanzhülle eine Kalksteinmehlhülle aufgebracht werden,
und daß das Brennen in einer Wirbelschicht durchgeführt
wird, wobei insbesondere kontinuierlich Pellets zugeführt
und gesintertes, poröses Granulat abgeführt werden.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich
net, daß Pellets hergestellt werden, die die folgende
Zusammensetzung aufweisen:
Kern:
10 bis 60 Gew.-% Klärschlamm
10 bis 50 Gew.-% Flugasche
5 bis 50 Gew.-% Tonsubstanz1. Hülle:
10 bis 40 Gew.-% Tonsubstanz2. Hülle:
10 bis 40 Gew.-% Kalksteinmehl
10 bis 60 Gew.-% Klärschlamm
10 bis 50 Gew.-% Flugasche
5 bis 50 Gew.-% Tonsubstanz1. Hülle:
10 bis 40 Gew.-% Tonsubstanz2. Hülle:
10 bis 40 Gew.-% Kalksteinmehl
13. Verfahren nach Anspruch 11 und/oder 12, dadurch ge
kennzeichnet, daß mit einer Pelletierfeuchte des
Gemisches aus Klärschlamm, Flugasche und Tonsubstanz
zwischen 12 und 40% gearbeitet wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeich
net, daß die erste und/oder zweite Hülle ohne weitere
Wasserzugabe aufgebracht werden.
15. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, daß Pellets eines
Kornbandes zwischen 0,5 und 4 mm hergestellt werden.
16. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 15,
dadurch gekennzeichnet, daß als Klärschlamm
Klärschlamm aus kommunalen Kläranlagen verwendet wird.
17. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 16,
dadurch gekennzeichnet, daß Flugasche aus
Kraft- und/oder Heizwerken verwendet wird.
18. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 17,
dadurch gekennzeichnet, daß eine kaolinitische
/illitische Tonsubstanz verwendet wird.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeich
net, daß als Tonsubstanz ein Lias-Ton verwendet wird.
20. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 19,
dadurch gekennzeichnet, daß das Mischen und
Pelletieren der Komponenten Klärschlamm, Flugasche und
Tonsubstanz in einem Pelletiermischer durchgeführt wird.
21. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 20,
dadurch gekennzeichnet, daß die Tonsubstanz
der ersten Hülle aufgepudert wird.
22. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 21,
dadurch gekennzeichnet, daß das Kalksteinmehl
der zweiten Hülle aufgepudert wird.
23. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 22,
dadurch gekennzeichnet, daß das Trocknen der
Pellets in einer Wirbelschicht durchgeführt wird, vorzugs
weise bei Luftgeschwindigkeiten zwischen 0,2 und 2 m/s.
24. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 23,
dadurch gekennzeichnet, daß die Pellets nach
dem Trocknen auf Temperaturen zwischen 70 und 100°C
vorgewärmt werden.
25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeich
net, daß zunächst ein Pelletbett aus vorgewärmten Pellets
auf einem Anströmboden gebildet und anschließend Heißluft
einer Temperatur von 400 bis 800°C als Wirbelluft zur
Bildung eines Wirbelbetts eingeblasen wird, danach weitere
Pellets zugeführt werden, so daß die Wirbelschichttemperatur
aufgrund des Verbrennens der brennbaren Anteile der
Klärschlamm auf 750 bis 850°C gebracht wird, wonach der
brennbare Anteil der Flugasche, d. h. der Kohlenstoffgehalt
der Flugasche spontan zündet und die Temperatur der Wirbel
schicht in der letzten Brennphase schnell auf über 1100°C
gesteigert wird und dabei die Schmelzschicht gebildet und
die Pellets gebläht und/oder gesintert und/oder ausgebrannt
werden, indem sie wenige Minuten in diesem Temperaturbereich
in der Wirbelschicht gehalten und danach ausgetragen werden.
26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeich
net, daß das Brennen in der letzten Phase bei Temperaturen
zwischen 1125 und 1135°C wenige Minuten in der Wirbel
schicht durchgeführt wird.
27. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 26,
dadurch gekennzeichnet, daß mit Fluidisie
rungsgeschwindigkeiten in der Wirbelschicht zwischen 0,2
und 15 m/s gearbeitet wird.
28. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 27,
dadurch gekennzeichnet, daß ein Gemisch aus
Klärschlamm, Flugasche und Tonsubstanz verwendet wird, das
einen unteren Heizwert zwischen 400 und 8600 kJ/kg und einen
oberen Heizwert zwischen 500 und 9000 kJ/kg aufweist.
29. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 28,
dadurch gekennzeichnet, daß zum Erreichen der
gewünschten Brenntemperaturen in der letzten Brennphase
Brennstoff zugeführt wird.
30. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 29,
dadurch gekennzeichnet, daß zur Regulierung der
Brenntemperatur in der letzten Brennphase entweder die
Brennstoffzufuhr gedrosselt oder die Pelletzufuhr reduziert
wird.
31. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 30,
dadurch gekennzeichnet, daß zur Vermeidung
einer Überhitzung der Wirbelschicht nicht energieautonome
Brennwechsel durchgeführt werden.
32. Verfahren nach Anspruch 31, dadurch gekennzeich
net, daß als Hauptanteil der Brennenergie Klärschlamm und
kohlenstoffhaltige Flugasche verwendet werden.
33. Pellets für die Durchführung des Verfahrens nach einem oder
mehreren der Ansprüche 11 bis 32, gekennzeich
net durch einen Kern aus einem feuchten Gemisch aus
Klärschlamm, Flugasche und Tonsubstanz, einer Tonsubstanz
hülle auf dem Kern sowie einer Kalksteinmehlhülle auf der
Tonsubstanzhülle.
34. Pellets nach Anspruch 32, dadurch gekennzeich
net, daß sie eine Zusammensetzung gemäß Anspruch 13
aufweisen.
35. Pellets nach Anspruch 32 und/oder 34, dadurch gekenn
zeichnet, daß sie im Kornband zwischen 0,5 und 4 mm
liegen.
36. Pellets nach einem oder mehreren der Ansprüche 33 bis 35,
dadurch gekennzeichnet, daß die Tonsubstanz aus
einem blähfähigen Ton besteht.
37. Pellets nach einem oder mehreren der Ansprüche 33 bis 36,
gekennzeichnet durch einen Wassergehalt
zwischen 12 und 40%.
38. Pellets nach einem oder mehreren der Ansprüche 33 bis 37,
dadurch gekennzeichnet, daß sie kugelförmig
sind.
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DE3908172A DE3908172A1 (de) | 1989-03-13 | 1989-03-13 | Poroeses mineralisches leichtzuschlagstoffgranulat sowie verfahren zu seiner herstellung |
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