DE4104252A1 - Entsorgungsverfahren fuer schadstoffbelastete, kohlenstoffhaltige abfallstoffe - Google Patents
Entsorgungsverfahren fuer schadstoffbelastete, kohlenstoffhaltige abfallstoffeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Entsorgungsverfahren für schadstoffbelastete,
kohlenstoffhaltige Abfallstoffe unter Verwertung ihres Kohlenstoff- und
Energieinhalts für metallurgische Zwecke. Dabei sind unter schadstoff
belasteten, kohlenstoffhaltigen Abfallstoffen Klärschlämme aus kommu
nalen und industriellen Abwasserkläranlagen, Sedimente aus organisch
verschmutzten Gewässern, Shredder-Rückstände mit hohem Kunststoffanteil,
Abfälle der Kunststoffproduktion und ähnliche Abfälle, aber auch
schwermetall- oder chlorbelastete Altöle und Öl-Emulsionen zu verstehen.
In kommunalen und industriellen Anlagen zur Abwasserbehandlung fallen
größere Mengen an Klärschlämmen an, die, bezogen auf wasserfreien
Zustand, einen relativ hohen Anteil an organischem Material aufweisen.
Das in der Vergangenheit viel genutzte Verfahren, den Klärschlamm auf
landwirtschaftlich genutzte Flächen auszubringen, um damit die Boden
struktur zu verbessern, ist heute wegen des überhöhten Gehaltes an
Schwermetallen und toxischen Inhaltsstoffen im Klärschlamm in der Regel
nicht möglich.
Es ist industriell eingeführt, den Klärschlamm für sich oder gemeinsam
mit anderen Abfällen für diesen Zweck zugeschnittenen Verbrennungsan
lagen zuzuführen.
Durch die Verbrennung entsteht in der Regel eine feinkörnige Asche,
deren Unterbringung auf Deponien einerseits wegen ihrer geringen Schütt
dichte, andererseits wegen der Gefahr der Auslaugung von Schwermetallen
und Salzen durch atmosphärische Wässer sehr problematisch ist und hohen
technischen Aufwand fordert. Es ist deshalb auch vorgeschlagen worden,
die bei der Verbrennung anfallende Asche des Klärschlammes nachträglich,
gegebenenfalls unter Zusatz geeigneter Zuschläge, zu einer glasartigen
Schlacke einzuschmelzen. Das nach Abkühlung der schmelzflüssigen
Schlacke entstehende Granulat ist günstiger zu deponieren. Der zusätz
liche Aufwand für das nachträgliche Einschmelzen ist jedoch erheblich.
Die bei der Verbrennung gebildeten Rauchgase und der mitgeführte
Flugstaub enthalten eine Vielzahl von Schadstoffen anorganischer Natur,
wie flüchtige Schwermetalle, Chlorwasserstoff, Schwefel- und Stickstoff
oxid, und organischer Natur, wie hochgiftige Dioxine und Furane oder
polyzyklische Kohlenwasserstoffe. Die Reinigung der Rauchgase ist
dementsprechend technisch recht aufwendig und teuer und erfüllt vielfach
nicht die aus der Sicht des Umweltschutzes gestellten Forderungen.
Praktisch die gleichen Schwierigkeiten ergeben sich, wenn andere schad
stoffbelastete, kohlenstoffhaltige Abfallstoffe, wie beispielsweise
organisch verschmutzte Sedimente aus Gewässern, kunststoffreiche Rück
standsfraktionen aus der Verschrottung von Kraftfahrzeugen, Abfälle aus
der Kunststoffproduktion oder Hausmüllfraktionen verwertet bzw. schadlos
untergebracht werden sollen. Das gilt auch für Lösungsmittelreste, Alt
öle bzw. unverwertbare Restfraktionen der Altölaufbereitung oder ver
brauchte Ölemulsionen, die wegen ihres Gehaltes an Chlorverbindungen,
darunter auch Polyzyklische Biphenyle (PCB), besonders zur Dioxinbildung
bei der Verbrennung neigen.
In der Technik der Roheisenerzeugung im Hochofen ist es bekannt, über
die Windformen des Hochofens eine beschränkte Menge an Kohlenstaub
gemeinsam mit dem Wind in das Gestell des Hochofens einzublasen. Der
Kohlenstaub verbrennt innerhalb des Gestells unter Bildung von Kohlen
monoxid, das bei Aufstieg durch den Schacht des Hochofens zur Reduktion
der Eisenerze beiträgt. Außerdem erleichtert die Kohlenstaubeinblasung
die Steuerung des Ofenganges.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Entsorgungsverfahren für
schadstoffbelastete kohlenstoffhaltige Abfälle der genannten Art zu
schaffen, das eine weitgehende nutzbringende Verwertung des Stoff- und
Energieinhaltes dieser Abfälle gestattet, zu auslaugfesten, verwertbaren
oder problemlos deponierbaren mineralischen Rückständen in Form von
Schlacken führt und die Bildung von hochtoxischen chlororganischen Ver
bindungen wie Dioxine ausschließt.
Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, daß die zu
entsorgenden schadstoffbelasteten und kohlenstoffhaltigen Abfallstoffe
in einen fließfähigen Zustand gebracht und gemeinsam mit einem Windstrom
über die Windformen in das Gestell eines üblichen metallurgischen
Schachtofens eingeführt werden, in dessen Oberteil ein Möller, in der
Regel ein Gemisch von Erzen und stückigem Koks, von einem im Gestell des
Ofens entstehenden, aufsteigenden, reduzierend wirkenden Gas durchströmt
und aufgeheizt wird, und in dessen Gestell der Möller beziehungsweise
die aus ihm entstandenen Produkte Metall und Schlacke aufgeschmolzen und
schmelzflüssig abgestochen werden.
Vorzugsweise ist der genannte metallurgische Schachtofen ein Hochofen
für die Roheisenerzeugung. Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen
Verfahrens und die weitere Ausgestaltung der Erfindung sei deshalb am
Beispiel der Verwendung eines solchen Hochofens erläutert. Die Über
tragung auf einen anderen metallurgischen Schachtofen, beispielsweise
aus der Buntmetallurgie, ist für den Fachmann einfach nachvollziehbar.
Wie bereits dargestellt, werden die in fließfähige Form gebrachten
Abfallstoffe in die den einzelnen Windformen zugeführten heißen Windströme
eingeführt und mit dem Wind gemeinsam in das Gestell des Hochofens eingebla
sen. In dem sich vor der Mündung der Windformen im Gestell ausbildenden
Hohlraum verbrennt der organische Anteil der eingeführten Abfallstoffe.
Bei den in diesem Bereich herrschenden Temperaturen von etwa 2000°C
wird durch den Überschuß an Koks aus dem Möller das gebildete
Kohlendioxid sofort zu Kohlenmonoxid reduziert, sofern nicht bereits
primär Kohlenmonoxid gebildet wird. Ebenso wird der im Abfallstoff
enthaltene gebundene Wasserstoff und sein Feuchtigkeitsgehalt zu
gasförmigem Wasserstoff umgewandelt.
Das durch Umsatz der Abfallstoffe entstehende Gas steigt zusammen mit
dem übrigen, durch Umsatz des Windes mit Koks aus dem Möller entstehende
Formengas in der im Schacht abwärts rutschenden Möllersäule aufwärts.
Der aus den Abfallstoffen stammende Anteil an reduzierenden
Gaskomponenten (CO und H2) wird für die indirekte Reduktion der
Eisenerze, die durch Umsatz der Abfallstoffe frei gewordene Wärmemenge
für die Aufheizung des Möllers genutzt. Entsprechend kann der auf die
Menge des erzeugten Roheisens bezogene Kokssatz im Möller reduziert
werden. Der Einsatz der Abfallstoffe bringt also eine Einsparung an
metallurgischem Koks.
Analog zur bekannten Technik der Injektion von Kohlenstaub in die
Windformen von Hochöfen wird das Verhältnis von Abfallstoff zu Heißwind
so eingestellt, daß nur ein relativ kleiner Teil des mit dem Wind
eingeführten Sauerstoffes durch Umsatz mit dem Abfallstoff verbraucht
wird und abhängig von Temperatur und Feuchtigkeitsgehalt des Windes die
für den Ablauf des Hochofenprozesses erforderliche Temperaturen im
Gestell eingehalten werden. In der Regel wird das Verhältnis von einge
führtem Abfallstoff zu Wind einen Wert von 100 g/m3i.N. nicht überschrei
ten.
Unter den im Gestell gegebenen Bedingungen erfolgt vollständiger Umsatz
von organischen Verbindungen, das betrifft auch chlorierte organische
Verbindungen einschließlich hochtoxischer Dioxine und Furane. Es wurde
gefunden, daß im Gegensatz zu Verbrennungsanlagen auch eine nachträg
liche Synthese von Dioxinen und Furanen während der Abkühlung des im
Gestell gebildeten und durch die Möllersäule aufsteigenden Gases in den
oberen Zonen des Schachtes nicht stattfindet. Das am Kopf des Hochofens
abgeführte Gichtgas kann also unbedenklich weiter verwertet werden.
Es wurde weiter gefunden, daß die im eingesetzten Abfallstoff enthal
tenen mineralischen Bestandteile aufgeschmolzen und entweder von der
Hochofenschlacke (das betrifft insbesondere die Komponenten CaO, MgO,
SiO2, Al2O3) oder von flüssigem Roheisen aufgenommen werden. Das gilt
auch für den Schwermetallinhalt. Unter Beachtung der obengenannten
Relationen von Abfallstoff und Wind wird der übliche Qualitätsbereich
für das Roheisen und für die Schlacke eingehalten. Damit sind auch
übliche Verwertungsmöglichkeiten für die Hochofenschlacke gegeben. Im
Ausnahmefall ist die Deponie der Schlacke ohne Gefahr der Eluation von
Schadstoffen durch atmosphärische Wässer möglich.
Viele der in Frage kommenden Abfallstoffe haben eine kalk- und
magnesiumreiche Asche, das trifft besonders für Klärschlämme aus kommu
nalen Abwasseranlagen zu. In diesem Falle kommt auch sein Kalk- und
Magnesiuminhalt dem metallurgischen Prozeß zugute, so daß Einsparungen
an Kalkzusatz zum Möller möglich sind. In gleicher Weise wird der für
Klärschlamm typische, erhöhte Phosphatgehalt für den Hochofenprozeß
nutzbar.
Je nach Art des zu entsorgenden Abfallstoffes wird dieser in flüssiger
Form, das betrifft z. B. schadstoffbelastete Altöle, als pumpfähiges
Feststoff-Flüssigkeitsgemisch oder in feinkörniger, in einem Trägergas
strom suspendierter Form in den Windstrom eingeführt. Der Einsatz von
Feststoff-Flüssigkeitsgemischen ist besonders vorteilhaft, wenn feste
pulverförmige oder zu Pulver vermahlbare Abfallstoffe und Altöle
gleichzeitig zu entsorgen sind. Doch ist auch Wasser als Trägerflüs
sigkeit möglich. In diesem Fall kann der mit der Verdampfung und der
Zersetzung des Wassers verbundene zusätzliche Wärmebedarf im Gestell
durch Anhebung der Heißwindtemperatur, gegebenenfalls auch durch Anrei
cherung des Windes mit Sauerstoff kompensiert werden.
Zur Herstellung von fließfähigen Feststoff-Trägergas-Suspensionen ist
der zu entsorgende, feste Abfallstoff zunächst zu einem feinkörnigen
oder staubförmigen Produkt aufzubereiten. Dafür stehen, abhängig von Art
und Konsistenz des Abfallstoffes, bekannte, in der Technik eingeführte
Verfahren zur Trocknung und Zerkleinerung zur Verfügung. Die pneuma
tische Einführung des aufbereiteten Abfallstoffes in den Windstrom kann
dann mit den in der Hochofentechnik bekannten, beispielsweise in der
Patentschrift DD 1 39 271 beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen zur
Injektion von Kohlenstaub in die Windformen von Hochöfen erfolgen.
Die Abfallstoffe werden vorzugsweise innerhalb der Windformen in den
Windstrom eingeführt. Auch dafür können bekannte Vorrichtungen für die
Injektion von Kohlenstaub übernommen werden.
Die in den Windformen herrschenden hohen Strömungsgeschwindigkeiten
führen zur raschen Verteilung des Abfallstoffes im Windstrom. Die im
Hochofenbetrieb üblichen Heißwindtemperaturen und die im Gestell
herrschenden Temperaturen führen zu einer praktisch verzögerungsfreien
Zündung.
Die Erfindung sei an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
Die beiliegende Zeichnung zeigt schematisch einen Hochofen zur Roheisen
erzeugung, der für die Verwertung von Klärschlamm herangezogen wird,
sowie die zur Einführung des Klärschlammes benutzten Einrichtungen.
Für die Entsorgung von Klärschlamm aus einer Kläranlage, die der
Reinigung eines Gemisches von Kommunal- und Industrieabwasser dient,
wird ein unter üblichen Bedingungen betriebener Hochofen herangezogen.
Der Hochofen 1 mit dem Gestell 2 und der Gichtglocke 3 wird über diese
Gichtglocke mit einem Möller aus Eisenerzen, Koks und Zuschlagstoffen
beschickt. Über 14, auf dem Umfang verteilte Windformen 4, wird
aufgeheizter Wind in das Gestell 2 geblasen. Der in einer Cowpergruppe
auf etwa 950°C vorgeheizte Wind wird diesen Windformen über Windleitung
6 und Heißwind-Ringleitung 5 zugeführt. Das in der Windformenebene durch
exothermen Umsatz des Sauerstoffinhaltes zu Kohlenmonoxid gebildete
Formengas mit einer Temperatur von ca. 2000°C heizt beim Aufstieg durch
den Schacht des Hochofens 2 den langsam absinkenden Möller auf und
übernimmt einen wesentlichen Anteil der Reduktionsarbeit zur Überführung
der Eisenerze in metallisches Eisen. Mit einem Restgehalt von
Kohlenmonxid wird es als Gichtgas über die Gichtglocke 3 aus dem
Hochofen 2 abgeführt und für Heizzwecke genutzt. Metallisches Eisen und
die übrigen, nach Abbrand des Kokses verbleibenden Bestandteile des
Möllers werden unter Wirkung des heißen Formengases aufgeschmolzen und
als Roheisen über die Roheisenabstichvorrichtung 8 und als vom Roheisen
sich trennende Schlacke über die Schlackenabstichvorrichtung 7
abgezogen. Die schmelzflüssige Schlacke wird in Kontakt mit Wasser zur
Erstarrung und Granulation gebracht und im wesentlichen für die
Erzeugung von Zement verwertet.
Der Zuführung von Klärschlamm zum Hochofen 2 dient eine nach einem
Dichtstromprinzip arbeitende, pneumatische Einspeis- und Dosieranlage,
bestehend aus einem Vorratsbunker 10, einer Kammerschleuse 11 mit den
Absperrarmaturen 12 und einem Dosierbehälter 13. In einem verjüngten
Unterteil 14 des Dosierbehälters ist ein poröser Anströmboden 15
angeordnet, über den über die Zuleitung 16 ein Trägergas in das genannte
Unterteil eingeführt werden kann. Der Dosierbehälter 13 ist durch
Förderleitungen 9 mit den Windformen 4 verbunden. Die insgesamt 14,
jeweils einer Windform 4 zugeordneten Förderleitungen 9, beginnen im
Unterteil 14 des Dosierbehälters, werden axial in die jeweilige Windform
eingeführt und enden kurz vor einer düsenartigen Verjüngung, mit der die
Windform in das Gestell 2 mündet.
Der Klärschlamm wird in einer in der Figur nicht dargestellten Aufberei
tungsanlage über Filter entwässert und anschließend auf Restwassergehalt
von ca. 5% thermisch getrocknet. In Form eines rieselfähigen Staubes
gelangt der getrocknete Klärschlamm in den Vorratsbunker 10 und wird
über die zyklisch betriebene Kammerschleuse 11 dem unter einem Überdruck
von ca. 0,4 MPa stehenden Dosierbehälter 13 zugeführt. Auf die Darstel
lung der für den Betrieb der Kammerschleuse 11 erforderlichen Einrich
tungen zum Bespannen nach der Füllung und zum Entspannen nach der Ent
leerung in den Dosierbehälter 13 ist verzichtet worden. Für die Bespan
nung wird, wie auch als Trägergas, Stickstoff eingesetzt.
Im oberen Teil des Dosierbehälters 13 bildet der Klärschlamm eine
Schüttung, die langsam in das Unterteil 14 rutscht. Durch das Einblasen
von Trägergas wird dort oberhalb des Anströmbodens 15 eine Wirbelschicht
erzeugt. Der auf diese Weise fluidisierte Klärschlamm tritt mit dem
Trägergas in die einzelnen Förderleitungen 9 ein und wird unter der
Wirkung eines Überdruckes der jeweiligen Windform 4 zugeführt. Bei den
in der Windform herrschenden Strömungsgeschwindigkeiten des Heißwindes
ist äußerst rasche Auflösung des Klärschlamm-Trägergasgemisches und
ausreichende Verteilung über den Querschnitt des Heißwindtraktes
gesichert. Die gefahrene Heißwindtemperatur sorgt für spontane Zündung.
Mit der installierten Einspeis- und Dosieranlage wird eine gleichmäßige
Aufteilung des Klärschlammes auf alle Windformen erreicht.
Der Hochofen wird mit einer Roheisenleistung von 900 t/24 h betrieben.
Der Heißwind-Durchsatz beträgt dabei 65 000 m3i.N./h, entsprechend
4650 m3i.N./h je Windform. Zur Entsorgung gelangen 72 t/24 h, also 3 t/h
vorgetrockneter Klärschlamm folgender Zusammensetzung:
Wasser|5,7% | |
Kohlenstoff (organ.) | 23,3% |
Wasserstoff | 3,0% |
Stickstoff | 2,4% |
Schwefel (total) | 1,0% |
Chlor (Cl-) | 0,2% |
SiO₂ | 11,3% |
Al₂O₃ | 6,2% |
Fe₂O₃ | 2,1% |
CuO | 21,7% |
MgO | 1,8% |
K₂O | 0,6% |
Na₂O | 0,4% |
P₂O₅ | 4,7% |
CO₂ (karbonatisch) | 4,0% |
Heizwert | 13,0 MJ/kg |
Gehalt an Spurenmetallen:
As|15 ppm | |
Cd | 2 ppm |
Cr | 220 ppm |
Cu | 430 ppm |
Hg | 3 ppm |
Mn | 240 ppm |
Ni | 40 ppm |
Sb | 3 ppm |
Sn | 10 ppm |
Pb | 350 ppm |
V | 35 ppm |
Zn | 1600 ppm |
Der Gehalt an organischen Schadstoffen wurde nicht bestimmt. Erfahrungs
gemäß sind polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe und polychlo
rierte Biphenyle als größte Schadstoffgruppen in der Größenordnung von
ppm zu erwarten.
Für den Transport des Klärschlammes zu den Windformen des Hochofens
wurden 60 m3i.N./h Stickstoff als Trägergas in das Unterteil 14 des
Dosierbehälters eingeblasen und mit dem Klärschlamm dem Hochofen
zugeführt. Die Klärschlammbelastung einer Windform 4 beträgt bei relativ
sehr kleiner Streubreite 215 kg/h. Bezogen auf die Windmenge wurden
46 g/m3i.N. trockener Klärschlamm zugeführt, das entspricht 80 kg/t
Roheisen.
Unter diesen Bedingungen werden die mineralischen Bestandteile des Klär
schlammes einschließlich des Anteils an Spurenmetallen praktisch voll
ständig in Roheisen und Schlacke gebunden. Qualitätsbeeinträchtigungen
beim Roheisen oder Probleme hinsichtlich der Einsatzmöglichkeiten der
Schlacke für die Zementerzeugung ergeben sich nicht. Toxische organische
Verbindungen werden im Gichtgas innerhalb der Analysengenauigkeit nicht
nachgewiesen. Das gilt auch für Dioxine. Damit ist eine sehr umwelt
freundliche Entsorgung gegeben. Zusätzlich bringt die im Ausführungsbei
spiel dargestellte Fahrweise im Vergleich zum Hochofenbetrieb ohne Klär
schlamm eine Einsparung von etwa 30 kg metallurgischem Koks je Tonne
Roheisen, entsprechend einem Ersatzverhältnis von 0,38 kg Koks je kg
trockener Klärschlamm, sowie eine kleinere Einsparung an Kalk.
1 Hochofen
2 Gestell
3 Gichtglocke
4 Windformen
5 Heißwind-Ringleitung
6 Windleitung
7 Schlackeabstichvorrichtung
8 Roheisenabstichvorrichtung
9 Förderleitungen
10 Vorratsbunker
11 Schleuse
12 Absperrarmaturen
13 Dosierbehälter
14 Unterteil des Dosierbehälters
15 Anströmboden
16 Zuleitung für Trägergas
2 Gestell
3 Gichtglocke
4 Windformen
5 Heißwind-Ringleitung
6 Windleitung
7 Schlackeabstichvorrichtung
8 Roheisenabstichvorrichtung
9 Förderleitungen
10 Vorratsbunker
11 Schleuse
12 Absperrarmaturen
13 Dosierbehälter
14 Unterteil des Dosierbehälters
15 Anströmboden
16 Zuleitung für Trägergas
Claims (5)
1. Entsorgungsverfahren für schadstoffbelastete kohlenstoffhaltige
Abfallstoffe, dadurch gekennzeichnet, daß die Abfallstoffe in einen
fließfähigen Zustand gebracht und gemeinsam mit einem Windstrom in
ein Gestell eines metallurgischen Schachtofens eingeführt werden, in
dessen Oberteil ein Möller von einem aufsteigenden, reduzierend
wirkenden Gas durchströmt und aufgeheizt und in dessen Gestell der
Möller in einen Schmelzfluß überführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
Verhältnis von Abfallstoff, gerechnet als Trockenmasse, zu Windmenge
kleiner als 100 g/m3i.N. eingestellt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
metallurgische Schachtofen ein Hochofen zur Roheisengewinnung ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Abfallstoffe zur Erreichung des fließfähigen Zustandes in die Form
eines pumpfähigen Feststoff-Flüssigkeits-Gemisches gebracht werden.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ab
fallstoffe zur Erreichung des fließfähigen Zustandes in feinkörniger
Form in einem Trägergasstrom suspendiert sind.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4104252A DE4104252C2 (de) | 1991-02-13 | 1991-02-13 | Entsorgungsverfahren für schadstoffbelastete, kohlenstoffhaltige Abfallstoffe |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4104252A DE4104252C2 (de) | 1991-02-13 | 1991-02-13 | Entsorgungsverfahren für schadstoffbelastete, kohlenstoffhaltige Abfallstoffe |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4104252A1 true DE4104252A1 (de) | 1992-08-20 |
DE4104252C2 DE4104252C2 (de) | 1998-07-02 |
Family
ID=6424898
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE4104252A Expired - Fee Related DE4104252C2 (de) | 1991-02-13 | 1991-02-13 | Entsorgungsverfahren für schadstoffbelastete, kohlenstoffhaltige Abfallstoffe |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4104252C2 (de) |
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