DE69211966T2

DE69211966T2 - Entsorgung von Klärschlamm

Info

Publication number: DE69211966T2
Application number: DE69211966T
Authority: DE
Inventors: Christine Cornelia Albert; Motasimur Rashid Khan; Richard Berne Zang
Original assignee: Texaco Development Corp
Current assignee: Texaco Development Corp
Priority date: 1991-12-02
Filing date: 1992-12-02
Publication date: 1996-10-31
Anticipated expiration: 2012-12-03
Also published as: EP0545683B1; EP0545683A1; DE69211966D1

Description

Gebiet der Erfindung

Diese Erfindung betrifft die Entsorgung von Sanitärklärschlamm durch Herstellung einer pumpbaren Aufschlämmung von Klärschlamm und festem kohlenstoffhaltigen Brennstoff zum Verbrennen als Brennstoff in einem Ofen, einem Kessel, einem Veraschungsofen oder einem Vergaser.
Die Behandlung von Klärschlamm ist in dem mitübertragenen U.S. Patent No. 3,507,788 diskutiert. Klärschlamm wird in einem Verfahren zur partiellen Oxidation vergast, das im mitübertragenen U.S. Patent No. 3,687,646 beschrieben ist. Die Qualitätsverbesserung wäßriger Aufschlämmungen aus Klärschlamm durch Scherung ohne Erhitzen ist beschrieben im mitübertragenen U.S. Patent No. 4,933,086. Die Agglomeration des organischen Materials in wäßrigen Aufschlämmungen von Klärschlamm durch Erhitzen ist beschrieben im mitub ertragenen U.S. Patent No. 4,983,296. Keiner dieser Entgegenhaltungen, ob einzeln genommen oder in Kombination, lehrt jedoch die vorliegende Erfindung oder legt diese nahe, bei der konzentrierte wäßrige Aufschlämmungen von Klärschlamm einer hydrothermalen Behandlung und Scherung unterworfen werden, um eine pumpbare Aufschlämmung herzustellen, die einen festen kohlenstoffhaltigen Brennstoff einschließt, der fester kohlenstoffhaltiger Brennstoff niedriger Qualität sein kann, um ein Ausgangsmaterial zum Verbrennen in einem Vergaser mit partieller Oxidation, einem Ofen, einem Kessel oder einem Veraschungsofen herzustellen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Eine Aufgabe der Erfindung ist, verbesserte pumpbare Aufschlämmungen von Klärschlamm bereitzustellen, die zum Verbrennen als Brennstoff in einem Ofen, einem Kessel, einem Vergaser oder einem Veraschungsofen geeignet sind.
Diese Erfindung stellt ein Verfahren nach Anspruch 1 bereit.
Die pumpbare Aufschlämmung von Klärschlamm und festem kohlenstoffhaltigen Brennstoff wird in einem Vergaser mit partieller Oxidation, einem Ofen, einem Kessel oder einem Veraschungsofen verbrannt, um einen heißen rohen abgehenden Gasstrom herzustellen. In einer Ausführungsform kann der abgehende Gasstrom, um eine Verschmutzung der Umwelt zu vermeiden, gereinigt werden, und gereinigte und nicht-verschmutzende Flugasche und Schlacke werden aus dem Gasstrom abgetrennt.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Klärschlamm ist eine heterogene Mischung aus komplexen organischen und anorganischen Materialien. Der Begriff "Klärschlarum", wie er hierin verwendet wird, kann breit definiert werden als "wassergetragene Abfälle", insbesondere aus kommunalen Sanitärabwasserleitungen, die wenigstens eines der folgenden enthalten: Kärperausscheidungen in Wasser (Exkrete), Haushaltsabfälle, Kommunalabfall, wie etwa Straßenwaschungen etc., und Industrieabfälle und -schlämme. Der Gesamtfeststoffgehalt des Abwassers in kommunalen Leitungen liegt üblicherweise bei etwa 200 Teilen pro Million (ppm) oder mehr, üblicherweise 500 ppm oder mehr. Die Feststoffe in Abwasser sind meistenteils tierische oder pflanzliche Substanzen, "organisches Material", d.h. Fette, Kohlehydrate und Proteine. Einige vorhandene mineralische oder anorganische Bestandteile schließen Sand und Ton sowie die üblichen Mineralsalze, die in der Wasserversorgung anzutreffen sind, ein. Klärschlamm wird aus Rohabwasser erhalten und kann eine Anzahl von Pathogenen enthalten, von denen bekannt ist, daß sie Gesundheitsgefährdungen für Menschen darstellen. Nahezu jede Art von Mikroorganismus kann in Abwasser angetroffen werden, einschließlich Bakterien, Protozoen, Viren und Pilze.
Klärschlamm verhält sich nicht wie eine Newtonsche Flüssigkeit. Demgemäß ist jede Analyse des Schlammfließverhaltens in Rohren ziemlich schwierig. Ein Hauptproblem ist der Energie(Druck-)Verlust beim Schlammtransport aufgrund von Reibung. Schlammaufschlämmungen mit 10-15 % Konzentration kännen gepumpt werden, vorausgesetzt, daß hohe Reibungsverluste erlaubt sind. Der physikalische Zustand von Schlamm hängt von der im Schlamm vorhanden Feuchtigkeitsmenge und von der Natur des Schlammes ab. Wenn der Feuchtigkeitsgehalt abnimmt, verändert der Schlamm seinen Zustand von einer wahren Flüssigkeit zu einer halbfesten Substanz und letztendlich zu einem trockenen Feststoff Durch die Verwendung von Schwerkraft-Eindickung kännte der Schlamm sich an 3-5 Gew.-% Feststoffkonzentration annähern. Die Hohlräume zwischen den Teilchen sind jedoch immer noch mit Wasser gefüllt. Wenn der Feuchtigkeitsgehalt weiter abnimmt, werden die Feststoffe näher zusammengeschoben. Die Kapillarkräfte nehmen weiterhin in der Porenstruktur zu, die das Schlammvolumen progressiv verringert. An diesem Punkt wird der Schlamm als nahezu fest (plastisch oder halbfest) statt als eine Flüssigkeit angesehen. Bei einer weiteren Verringerung des Wassergehaltes wird die Natur des Schlammes zu solch einem Zustand verändert, daß er unter seinem eigenen Gewicht nicht fließen wird. Plastische Schlämme sind aufgrund der oberflächenchemischen Aktivität und der Bindungseigenschaften der vorhandenen organischen und anorganischen kolloidalen Materialien in ihrer Natur kohäsiv.
Durch die Schließung von Deponien, die Beschränkung des Verkippens auf hoher See und das Unpopulärwerden von Hochtechnologie-Verbrennungsanlagen in vielen Gegenden stellen die Kommunen fest, daß es zunehmend schwieriger und teurer wird, ihren Klärschlamm zu entsorgen. Pumpbare wäßrige Aufschlämmungen von Klärschlamm werden durch das vorliegende Verfahren hergestellt, die hohe Konzentrationen von Klärschlamm enthalten. Die pumpbare Aufschlämmung kann als ein Brennstoff in einem Gasgenerator mit partieller Oxidation verwendet und dadurch ohne Verschmutzung der Atmosphäre entsorgt werden. Nach Reinigung und Entfernung von unerwünschten Gasen, z.B. H&sub2;O, H&sub2;S, COS, CO&sub2;, wird ein nicht-verschmutzender weißer roher abgehender Gasstrom produziert, der wenigstens eines der folgenden umfaßt: Synthesegas, Reduktionsgas und Brennstoffgas. In einer Ausführungsform kann die Aufschlämmung durch vollständige Verbrennung in einem Kessel verbrannt werden, wodurch als Nebenprodukt Dampf und heißes Wasser produziert werden. Alternativ kann die pumpbare Aufschlämmung verascht oder als Brennstoff in einem Ofen verwendet werden. Schädlicher Klärschlamm wird durch das vorliegende Verfahren ohne Verschmutzung der Umwelt der Nation sicher entsorgt. Nicht-kontaminierende Asche und Schlacke werden aus dem Gasstrom abgetrennt. Die Asche und Schlacke kännen für Straßenbettauf füllung und für die Herstellung von Zementbläcken verwendet werden. Überdies ermäglicht das vorliegende Verfahren, daß eine größere Menge Klärschlainm einem Vergaser mit partieller Oxidation, einem Kessel oder einem Veraschungsofen zugeführt werden kann, während weniger Energie pro Einheitsmasse verarbeitetem Klärschlamm erforderlich ist.
Eine typische Schlußanalyse von Klärschlamm ist in Tabelle I dargestellt. Eine typische Schlußanalyse von inerten nichtbrennbaren Materialien in Klärschlamm ist in Tabelle II dargestellt. TABELLE 1 TYPISCHE SCHLUßANALYSE VON BRENNBAREN MATERIALIEN IN KLÄRSCHLAMM ELEMENT GEW.-% KOHLENSTOFF WASSERSTOFF STICKSTOFF SAUERSTOFF SCHWEFEL TABELLE II TYPISCHE ANALYSE VON INERTEN NICHT-BRENNBAREN MATERIALIEN IN KLÄRSCHLAMM ELEMENT MG/KG TROCKENMASSE Natrium insgesamt wasserlösliches Natrium (mg/l) Kalium insgesamt wasserlösliches Kalium (mg/l) Arsen Berylhum Cadmium Chrom Kupfer Eisen Blei Zink Nickel Quecksilber
Die Wirtschaftlichkeit der Vergasung von Klärschlamm hangt in großem Maße von der Müllgebühr, die von der schlammerzeugenden Kommune erhalten wird, und der Konzentration von Klärschlamm, der in eine pumpbare Aufschlämmung eingearbeitet werden kann, die für den Vergaser bestimmt ist, ab. Mischungen von Klärschlamm, die etwa 10 bis 55 Gew.-% Trockenmasse enthalten, und flüssigem kohlenwasserstoffhaltigen oder festem kohlenstoffhaltigen Brennstoff, die genügend Klärschlamm enthalten, um gewinnbringend verbrannt zu werden, sind üblicherweise zu viskos, um gepumpt werden zu können. Dieses Problem und andere sind durch Ausführungen der vorliegenden Erfindung überwunden worden.
Mischungen von Klärschlamm und festem kohlenstoffhaltigen Brennstoff niedriger Qualität, z.B. niedriginkohlte Kohle oder Torf, die genügend Klärschlamm enthalten, um gewinnbringend verbrannt zu werden, haben sich ebenfalls als zu viskos erwiesen, um gepumpt werden zu kännen Dieses Problem und andere sind durch andere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung überwunden worden.
Klärschlamm wird aus Rohabwasser durch herkämmliche Verarbeitungsschritte und -ausrüstung erhalten. Zum Beispiel wird das Abwasser aus kommunalen Abwasserleitungen zur Entfernung großer Stücke aus Stein, Holz, Metall und anderem Abfall, die Kanäle verstopfen oder Pumpen beschädigen würden, durch Stangenrostsiebe geleitet. Grobe schwere anorganische nicht-brennbare Materialien, d.h. Kies, Schlacke und Sand, läßt man dann in einem Sandfang absitzen. Das Abwasser wird dann in eine wäßrige Suspension von Klärschlamm und Flüssigkeiten aufgetrennt. Das Aufkonzentrieren des Abwassers kann auf jedem geeigneten Weg zur Trennung von Feststoffen und Flüssigkeiten erreicht werden, z.B. Schwerkraftabsetzung, Filtration, Zentrifugation, Hydrozyklon oder eine Kombination derselben. Zum Beispiel ist ein bevorzugtes Vorverfahren, daß der gesiebte Überlauf aus dem Sandfang in ein primäres Absetzbecken geleitet wird, wie etwa ein kontinuierlich arbeitendes Klärbecken, wie dargestellt in Perry's Chemical Engineers' Handbook, McGraw-Hill, 4. Auflage, 1963, S. 19-50. Die Verweilzeit im Absetzbecken ist ausreichend zur Erzeugung einer pumpbaren wäßrigen Aufschlämmung von Primärschlamm mit einem Feststoff gehalt von etwa 0,5 bis 20 Gew.-% in etwa 1 bis 24 Stunden. Das primäre Absetzbecken kann auch als ein Rückhaltebecken dienen, um Unregelmäßigkeiten in der Abwasserzusammensetzung auszugleichen. Alternativ kann ein separates Rückhaltebecken verwendet werden. In einer Ausführungsform wird eine wäßrige Aufschlämmung von sekundärem Klärschlamm in das Rückhaltebekken eingeleitet und mit dem primären Klärschlamm vermischt. Sekundärer Klärschlamm hat einen Feststoffgehalt von etwa 1 bis 10 Gew.-% und wird gewonnen aus dem flüssigen Überlauf aus dem zuvor erwähnten primären Absetzbecken. Der flüssige Überlauf wird in einer herkämmlichen Weise verarbeitet, um sekundären Klärschlamm zu erzeugen, den BSB und den Gehalt an organischen Feststoffen zu verringern und das Abwasser zu reinigen und zu entmineralisieren, das vom sekundären Klärschlamm abgetrennt wird. Behandlung des flüssigen Überlaufes aus dem pnmären Absetzbecken kann eine Kombination irgendwelcher oder vorzugsweise aller der folgenden Schritte einschließen, in Abhängigkeit von der Endverwendung des Wassers: pH-Einstellung; Verringerung der organischen Feststoffe und des BSB auf etwa 20 Teile pro Million und darunter, vorzugsweise durch belüftete biochemische Behandlung; Klärung, fakultativ mit Koagulation; Filtration oder Zentrifugation; Entmineralisierung; Behandlung mit Aktivkohle; und Desinfektion zur Bekämpfung von Bakterien z.B. durch Chiorierung. Übermäßig saure oder basische Abwässer kännen neutralisiert und der pH auf ein Niveau von etwa 6 bis 9 eingestellt werden&sub4; Anaerobe und aerobe biologische Behandlungsverfahren werden vorzugsweise verwendet, um die bakterielle sauerstoffzehrende Verschmutzung zu verringern, die durch die Abgabe von Abwasser hervorgerufen wird, das mit niedrigen Konzentrationen von organischem Material verunreinigt ist. Geeignete herkömmliche biologische Verfahren, die verwendet werden kännen, schließen Belebtschlamm anlagen, belüftete Stabilisierungsbecken und Tropfkörper ein. Für zusätzliche Beschreibung siehe mitübertragenes U.S. Patent 3,687,646, das hierin durch Bezugnahme miteinbezogen ist.
Das vom Klärschlainm abgetrennte Wasser kann mit herkömmlichen Mitteln gereinigt werden. Das gereinigte Wasser kann dann anschließend im Verfahren verwendet werden. Zum Beispiel kann das Wasser als ein Kühlmittel für das Produktgas aus dem Vergaser mit partieller Oxidation durch direkten Kontakt in einem Abkühlbehälter oder durch indirekten Wärmeaustausch in einem Abhitzekessel verwendet werden. Nebenproduktsdampf kann erzeugt werden, nachdem geläste Feststoffe entfernt sind. Das heiße Wasser oder der Dampf kännen für indirekten Wärmeaustausch mit anderen Strömen im vorliegenden Verfahren verwendet werden. Zum Beispiel kann das heiße Wasser oder der Dampf verwendet werden, um die wäßrige Suspension von Klärschlamm vorzuheizen. Überschüssiges Wasser kann aus dem System abgeführt oder extern für industrielle Anwendungen verwendet werden. Der Schlammunterstrom aus dem primären Absetzbecken, der primären Klärschlamm umfaßt, oder aus dem Rückhaltebecken, der primären Klärschlamm in Vermischung mit sekundärem Klärschlamm mit einem Feststoffgehalt von wenigstens 3 Gew.-% umfaßt, wird weiter entwässert, um eine wäßrige Aufschlämmung von Klärschlamm mit einem Feststoffgehalt im Bereich von etwa 10 bis 30 Gew.-% zu erzeugen. Entwässerung kann mit herkömmlichen Mitteln erreicht werden, z.B. Filterpresse, Hydrozyklon, Zentrifuge.
Die Herstellung einer hochbeladenen Schlamm-Wasser-Aufschlämmung mit wünschenswerten rheologischen Eigenschaften erfordert ein Verständnis der Eigenschaften des Primärschlamms und der Beziehung dieser Eigenschaften zu den grundlegenden Wechselwirkungen unter Schlammpartikeln. Da die Schlammaterialien zahlreiche chemisch aktive Stellen enthalten, sind die Faktoren zahlreich, die die Schlammeigenschaften beeinflussen.
In einer bevorzugten Ausführungsform gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine wäßrige Aufschlämmung von Klärschlamm mit einem Feststoffgehalt im Bereich von etwa 0,5 bis 20 Gew.-% mit einer ersten herkämmlichen kontinuierlichen Bandfilterpresse und fakultativ mit einer zweiten herkämmlichen Hochleistungs-Bandfilterpresse konzentriert, um eine Aufschlämmung von entwässertem Klärschlamm mit einem Feststoff gehalt im Bereich von etwa 10 bis 55 Gew.-%, wie etwa 20 bis 40 Gew.-%, z.B. 25 Gew.-%, und einer Viskosität im Bereich von etwa 10 bis 1.000 Pa s (10.000 bis 1.000.000 Centipoise), wenn gemessen bei einer Temperatur von etwa 82,2ºC (180ºF), zu erzeugen. Alternativ könnte eine herkömmliche oder eine weiterentwickelte Zentrifuge verwendet werden, um einen Feststoffgehalt im Bereich 10 bis 55 Gew.-% zu erreichen.
Es wurde unerwarteterweise festgestellt, daß die Morphologie von Klärschlamm durch besagte mechanische Behandlung des Klärschlammes verändert wird. Zum Beispiel wird gebundenes Wasser freigesetzt und die Aufschlämmungsherstellung wird optimiert. Auf schlämmungen, die eine höhere Konzentration von Feststoffen enthalten, kännen mit Hilfe einer derartigen mechanischen Entwässerungsanlage erzielt werden. Mit Hilfe eine herkömmlichen kontinuierlichen Banddruckfilters wird die wäßrige Aufschlämmung von Klärschlamm zwischen zwei sich bewegenden Bändern gepreßt, die zwischen und über Walzen laufen. Ein Oberflächendruck im Bereich von etwa 137,9 kPa-689,5 kPa (20 bis 100 Pounds pro Square Inch (psi)) für einen Zeitraum im Bereich von etwa 1/2 bis 60 Minuten, wie etwa 1 bis 30 Minuten, z.B. etwa 3 Minuten, und bei einer Temperatur im Bereich von etwa Umgebungstemperatur bis 148,9ºC (300ºF), z.B. etwa 100ºC bis 140,6ºC (212ºF bis 285ºF), wird auf die wäßrige Aufschlämmung von Klärschlamm ausgeübt. Flüssiges Wasser wird dadurch zwischen den Bändern schnell aus dem Material abgepreßt. Zum Beispiel wird der Continuous Press Filter (CPF) von Andritz Co., der bei Umgebungsbedingungen mit einem Oberflächendruck von etwa 20 psi arbeitet, einen Preßkuchen mit einem Feststoffge halt im Bereich von etwa 10 bis 50 Gew.-% erzeugen. Fakultativ kann der Preßkuchen bei Abgabe aus dem CPF in einer herkömmlichen kontinuierlichen High-Intensity-Press(HIP)-Bandfilterpresse von Andritz Co., die mit einem Oberflächendruck im Bereich von etwa 689,5 kPa bis 1.724 kPa (100 bis 250 psi) für einen Zeitraum im Bereich von etwa 1/2 bis 60 Minuten, wie etwa 1-30 Minuten, z.B. etwa 3 Minuten, und bei einer Temperatur im Bereich von etwa Umgebungstemperatur bis 148,9ºC (300ºF), z.B. etwa 100ºC bis 140,6ºC (212ºF bis 285ºF), fakultativ weiter entwässert werden, um einen Preßkuchen mit einem Feststoffgehalt im Bereich von etwa 15 bis 55 Gew.-% zu erzeugen. Wenn vor dem Filtrieren in der HIP weitere Entwässerung erforderlich ist, wird der Preßkuchen aus dem CPF mit einem herkämmlichen anorganischen Filterzusatzstoff vermischt, z.B. Verbindungen von Eisen, Calcium, Silicium und Mischungen derselben, in einer Menge von etwa 5-30 Gew.-% des Gesantfeststoffgehaltes und mit einer Teilchengröße von weniger als etwa 2 mm, wie etwa 1 mm. Ein typischer Filterhilfsstoff ist CaCO&sub3;. Der Feststoffgehalt des Preßkuchens aus der HIP kann dadurch auf etwa 20 bis 60 Gew.-% erhöht werden.
Vorzugsweise findet die vorgenannte Bandfilterpressung statt&sub1; bevor irgendeine signifikante Bakterienwirkung auftritt, die Kohlenstoff und organische Materialien im Klärschlamm verbraucht.
Der entwässerte Schlamm aus dem CPF und/oder der HIP wird mit Hilfe einer herkömmlichen Verdrängungspumpe, wie einer Schwing-Pumpe, in einen Hydrothermalwärmebehandlungs reaktor gepumpt. Das Pumpen beauf schlagt den entwässerten Klärschlamm mit einer solchen Scherung, daß seine Viskosität auf weniger als etwa 5.000 Centipoise, wenn gemessen bei 82,2ºC (180ºF), verringert wird.
Wärmebehandlung der entwässerten Aufschlämmung von Klärschlamm findet in herkömmlichen Doppelrohrwärmetauschern, Spiralwärmetauschern oder Rohrbündelwärmetauschern statt. Der hochentwässerte Klärschlamm wird bei einer Temperatur im Bereich von etwa 48,9ºC bis 287,8ºC (120ºF bis 550ºF) in der Abwesenheit von Luft und bei einem Druck, der bei oder über dem Dampfdruck von Wasser bei der Wärmebehandlungstemperatur liegt, behandelt. Zum Beispiel wird der Klärschlamm in zwei Doppelrohrwärmetauschern in den folgenden zwei aufeinanderfolgenden Stufen erhitzt: (a) Erhitzen bei einer Temperatur im Bereich von etwa 48,9ºC bis 162,8ºC (120ºF bis 325ºF) in der Abwesenheit von Luft für eine Verweilzeit von etwa 1 bis 10 Minuten und mit einem Druckunterschied vom Einlaß zum Auslaß besagter Stufe im Bereich von etwa 2.068,5 bis 3.792 kPa (300 bis 550 Pounds pro Square Inch (psi)); (b) gefolgt von einer Erhitzung bei einer Temperatur im Bereich von etwa 162,8ºC bis 287,8ºC (325ºF bis 550ºF) in der Abwesenheit von Luft für eine Verweilzeit von etwa 2 bis 20 Minuten und mit einem Druckunterschied vom Einlaß zum Auslaß besagter Stufe von weniger als 689,5 kPa (100 Pounds pro Square Inch).
Der hydrothermal behandelte Klärschlamm wird bei einer Temperatur im Bereich von etwa 232,2ºC bis 287,8ºC (450ºF bis 550ºF) in der Abwesenheit von Luft für eine Verweilzeit von etwa 2 bis 120 Minuten und bei einem Druck, der bei oder über dem Dampfdruck von Wasser bei besagter Haltetemperatur liegt, gehalten&sub1; um eine pumpbare wäßrige Aufschlämmung von Klärschlamm mit einer Viskosität von weniger als etwa 0,6 Pa s (600 Centipoise), wenn gemessen bei etwa 82,2ºC (180ºF), zu erzeugen.
Der zuvor beschriebene entwässerte Klärschlamm kann durch direkten oder indirekten Wärmeaustausch in einem Autoklaven erhitzt werden. Zum Beispiel kann Dampf oder teilweise abgekühltes Synthesegas, das stomabwärts im partiellen Oxidationsverfahren erzeugt wird, im direkten oder indirekten Wärmeaustausch mit der Aufschlämmung von Klärschlamin geführt werden. Hydrothermalbehandlung und Halten des entwässerten Klärschlamms bei einer Temperatur im Bereich von etwa 232ºC-288ºC (450ºF bis 550ºF), wie zuvor beschrieben, bewirkt Decarboxylierung und Dehydrierung des Klärschlammes. Die Faser/Gel- Struktur des Klärschlammes bricht zusammen. Klärschlamm mit einer Teilchengräße im Bereich von etwa 5 bis 20 Mikrometern wird dadurch erzeugt. Pumpbare wäßrige Aufschlämmungen von Klärschlamm werden dadurch erzeugt. Abgas aus dem Reaktor, z.B. Autoklaven, das CO&sub2;, H&sub2;O, H&sub2;S und COS umfaßt, wird zu einer herkämmuchen Geruchsbekämpfungseinheit und/oder Desinfektionszone geleitet. Schädliche Gase werden dadurch ohne Verschmutzung der Umwelt der Nation sicher entsorgt.
In einer Ausführungsform kann heißes Wasser bei einer Temperatur im Bereich von etwa 148,9ºC bis 260ºC (300ºF bis 500ºF) aus dem Reaktor entnommen und beim indirekten Wärmeaustausch mit der Aufschlämmung des Klärschlamms, der zum Hydrothermalreaktor geht, verwendet werden. In einer anderen Ausführungsform wird wenigstens ein Teil des Brenngases, das durch den vorliegenden partiellen Oxidationsmodus erzeugt wird, verwendet, um die thermische Energie im vorgenannten Wärmebehandlungsschritt bereitzustellen.
In noch einer anderen Ausführungsform kann eine Wärmeübertragungsflüssigkeit, wie z.B. Silikonöl, verwendet werden, um den hydrothermal behandelten Klärschlamm abzukühlen. Die heiße Wärmeübertragungsflüssigkeit kann dann verwendet werden, um die Aufschlämmung von Klärschlamm während der Hydrothermalbehandlung vorzuwärmen.
Nachdem sie gehalten worden ist, wie zuvor beschrieben, wird die hydrothermal behandelte pumpbare wäßrige Aufschlämmung auf eine Temperatur im Bereich von etwa Umgebungstemperatur bis weniger als etwa 93,3ºC (200ºF) abgekühlt. Der erwärmte Klärschlamm bei einer Temperatur im Bereich von etwa 232,2ºC bis 287,8ºC (450ºF bis 550ºF) kann in einer oder mehreren Stufen abgekühlt werden. In einem zweistufigen Abkühlverfahren zum Beispiel wird in der ersten Stufe der erwärmte Klärschlamm durch indirekten Wärmeaustausch auf eine Temperatur im Bereich von etwa 93,3ºC bis 148,9ºC (200ºF bis 300ºF) abgekühlt. Eine Wärmeaustauschflüssigkeit kann z.B. verwendet werden, um den hydrothermal behandelten Klärschlamm aus dem Vorratsbecken durch indirekten Wärmeaustausch abzukühlen. Die heiße Wärmeaustauschflüssigkeit wird dann verwendet, um die Aufschlämmung von Klärschlamm während der Hydrothermalbehandlung zu erwärmen. Der thermische Wirkungsgrad des Verfahrens wird dadurch verbessert. Anschließend wird der Klärschlamm aus dem Kühler der ersten Stufe in einem indirekten Wärmeaustauscher in einer zweiten Stufe mit Wasser auf eine Temperatur von weniger als etwa 93,3ºC (200ºF) weiter abgekühlt. Eine hochpumpbare wäßrige Aufschlämmung von entwässertem Klärschlamm mit einem Feststoffgehalt von etwa 10 bis 55 Gew.-% mit einem spezifischen Brennwert (HHV) im Bereich von etwa 13,9 MJ/kg bis 18,6 MJ/kg (6000 bis 8000 BTU/Lb) wird dadurch bereitgestellt. Alle hierin angegebenen spezifischen Brennwerte beziehen sich auf die Trockenbasis für die Materialien. Der Druck in der Kühlzone liegt im Bereich von etwa atmosphärischen Druck bis zum Sättigungsdampfdruck von Wasser bei der Temperatur in der Kühlzone. Das "eingefangene" Wasser, das im rohen Klärschlamm vorhanden ist, wird nunmehr abgetrennt und liefert eine Aufschl&mmung mit einer niedrigen Viskosität, z.B. 0,05 Pa s bis 0,6 Pa s (50 cp - 600 cp), wenn gemessen bei 82,2ºC (180ºF).
Nachdem sie abgekühlt ist, wird die wärmebehandelte Aufschlämmung von Klärschlamm bei einer Temperatur im Bereich von etwa Umgebungstemperatur bis 100ºC (212ºF), z.B. etwa 65,6º bis 87,8ºC (150º bis 190ºF) in der Abwesenheit von Luft für einen Zeitraum im Bereich von etwa 10 Sekunden bis 180 Minuten bei einer Schergeschwindigkeit von etwa 0,5 bis 360 s&supmin;¹ geschert. Ein gescherter hochpumpbarer fließfähiger Klärschlamm mit einer Viskosität im Bereich von etwa 50 Centipoise bis 600 Centipoise, wenn gemessen bei 82,2ºC (180ºF), wird dadurch erzeugt. Die Scherung kann in einem herkömmlichen Mischbehälter mit Dampfmantel, ausgerüstet mit einem Propeller, der z.B. mit einer Geschwindigkeit im Bereich von 0,5 bis 360 Umdrehungen pro Minute rotieren kann, durchgeführt werden. Andere geeignete Schermittel kännen verwendet werden. Scherung ist ein sehr effektiver Weg, um die Aufschlämmungseigenschaften und den Feststoffgehalt von entwässertem Klärschlamm zu verbessern. Extensivere Scherung von Klärschlamm ist diskutiert in den mitübertragenen U.S. Patent Nos. 4,933,086 und 4,983,296, die hierin durch Bezugnahme miteinbezogen sind.
Die gescherte wäßrige Aufschlämmung von entwässertem Klärschlamm besitzt einen Feststoffgehalt im Bereich von etwa 10 bis 55 Gew.-% und besitzt einen spezifischen Brennwert (HHV) im Bereich von etwa 13,9 MJ/kg - 18,6 MJ/kg (6000 bis 8000 BTU/Lb). Die gescherte Aufschlämmung von Klärschlamm wird zu einer herkämmlichen Mahlvorrichtung bei einer Temperatur im Bereich etwa Umgebungstemperatur bis 100ºC (212ºF), wie etwa 65,6ºC bis 93,3ºC (150ºF bis 200ºF), z.B. etwa 93,3ºC (200ºF), in der Abwesenheit von Luft gepumpt.
In der Mahlvorrichtung wird die gescherte wäßrige Aufschlämmung von Klärschlamm zusammen mit einem festen kohlenstoffhaltigen Brennstoff zermahlen, um eine pumpbare homogene Aufschlämmung mit einem Feststoffgehalt im Bereich von etwa 45 bis 70 Gew.-% und einem Gewichtsverhältnis von Klärschlamm zu festem kohlenstoffhaltigen Brennstoff im Bereich von etwa 3 bis 7 Gewichtsteilen Klärschlamm zu 3 bis 7 Cewichtsteilen festem kohlenstoffhaltigen Brennstoff zu erzeugen. Die Viskosität der pumpbaren Aufschlämmung liegt im Bereich von etwa 0,4 bis 2 Pa s (400 bis 2000 Centipoise), wenn gemessen bei etwa 82,2ºC (180ºF). Der feste kohlenstoffhaltige Brennstoff ist ausgewählt aus der Gruppe, die aus Kohle, Erdölkoks, Gummi (wie etwa zermahlene Gummireifen) und Mischungen derselben besteht. Obgleich der feste kohlenstoffhaltige Brennstoff vorzugsweise in die Mahlvorrichtung als trockenes zerkleinertes Material eingebracht wird, kann es in die Mahlvorrichtung auch als eine pumpbare hochkonzentrierte Aufschlämmung von festem kohlenstoffhaltigen Brennstoff eingebracht werden, wie etwa eine wäßrige Kohleaufschlämmung mit einem Feststoffgehalt von wenigstens etwa 50 Gew.-%. Nach dem Zermahlen besitzen die Feststoffe in der pumpbaren wäßrigen Aufschlämmung von Klärschlamm und festem kohlenstoffhaltigen Brennstoff eine solche Teilchengröße, daß 100 Gew.-% durch ASTM E11 Standard Sieve Designation 1.40 mm hindurchpassen.
In einer Ausführungsform wird ein nicht-ionischer Zusatz aus ethoxyliertem Nonylphenol bei einer Konzentration von etwa 0,1 bis 5 Gew.-% der Aufschlämmung in die Mahlvorrichtung eingebracht, um die Pumpbarkeit der wäßrigen Aufschlämmung von Klärschlamm und festem kohlenstoffhaltigen Brennstoff zu erhöhen.
Die pumpbare Aufschlämmung, die die Mahlzone verläßt, wird in einem Vergaser mit partieller Oxidation, einem Ofen, einem Kessel oder einem Veraschungsofen verbrannt, um einen abgehenden Gasstrom zu erzeugen. In einer Ausführungsform wird der abgehende Gasstrom gewaschen und gereinigt. Nichtverschmutzende Asche und schädliche Gase werden mit herkömmlichen Mitteln entfernt. Verunreinigung der Umwelt wird verhindert.
Der Begriff "Kohle", wie er hierin verwendet wird, ist so gedacht, daß er ein Material bedeutet, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Anthrazit, bituminäser Kohle, Lignit, aus Kohleverflüssigung stammendem Rückstand, Schiefer, Asphalt und Mischungen derselben besteht. Der Begriff "Erdälkoks" wird hierin in seiner herkömmlichen Weise verwendet und schließt Erdälkoks ein, der mit herkömmlichen Delayed- oder Fluid-Coke- Verfahren hergestellt ist. Der Begriff "und/oder" wird hierin in seinem normalen Sinn verwendet. Zum Beispiel bedeutet "A und/oder B" entweder A oder B, oder A und B.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden der Brennstoffzufluß, z.B. die wäßrige Aufschlämmung von Klärschlamm und festem kohlenstoffhaltigen Brennstoff, und ein Strom aus freien Sauerstoff enthaltendem Gas mittels eines Brenners in einen vertikalen refraktorisch ausgekleideten Freifluß-Stahlwand-Druckbehälter mit ungehindertem Abwärtsstrom eingebracht, in dem die partielle Oxidationsreaktion stattfindet. Ein typischer Gasgenerator ist dargestellt und beschrieben im mitübertragenen U.S. Patent No. 3,544,291, das hierin durch Bezugnahme miteinbezogen ist. Die Brenneranordnung wird nach unten durch eine obere Einlaßöffnung des nicht-katalytischen Synthesegasgenerators eingeführt. Der Brenner erstreckt sich entlang der zentralen Längsachse des Gasgenerators, wobei das stromabwärtige Ende eine mehrphasige Mischung aus Brennstoff, freien Sauerstoff enthaltendem Gas und Temperaturmoderator direkt in die Reaktionszone abgibt.
Ein Drei- oder Vier-Strom-Ringbrenner, wie etwa dargestellt und beschrieben in den mitübertragenen U.S. Patent Nos. 3,847,564 und 4,525,175, die hierin durch Bezugnahme miteinbezogen sind, wird vorzugsweise verwendet, um die Zufuhrströme in den Gasgenerator mit partieller Oxidation einzubringen. Andere geeignete Brennerkonstruktionen können verwendet werden. Zum Beispiel kann, im Hinblick auf U.S. Patent NO. 3,847,564, freien Sauerstoff enthaltendes Gas gleichzeitig durch die Zentralleitung 18 und den äußeren Ringdurchlaß 14 von besagtem Brenner geleitet werden. Das freien Sauerstoff enthaltende Gas ist ausgewählt aus der Gruppe, die aus im wesentlichen reinem Sauerstoff. d.h. mehr als 95 Molprozent O&sub2;, mit Sauerstoff angereicherter Luft, d.h. mehr als 21 Molprozent O&sub2;, und Luft besteht. Das freien Sauerstoff enthaltende Gas wird bei einer Temperatur von 37,7 bis 538ºC (100ºF bis 1000ºF) zugeführt. Die wäßrige Aufschlämmung von vorbehandeltem Klärschlamm und festem kohlenstoffhaltigen Brennstoff, z.B. Kohle und/oder Erdölkoks, wird durch den dazwischenhegenden Ringdurchlaß 16 bei einer Temperatur im Bereich von etwa Umgebungstemperatur bis 343ºC (650ºF) geleitet.
Im partiellen Oxidationsverfahren liegt das Gewichtsverhältnis von H&sub2;O zu Kohlenstoff in der Charge im Bereich von etwa 0,2 bis 3,0, wie etwa 1,0 bis 2,0. Das Atomverhältnis von freiem Sauerstoff zu Kohlenstoff in der Charge liegt im Bereich von etwa 0,85 bis 1,5, wie etwa 1,0 bis 1,2. Vorteilhafterweise verringert die hohe Menge an gebundenen Sauerstoff im Klärschlamm die Menge an freiem Sauerstoff.
Die relativen Anteile von festen Brennstoffen, Klärschlamm, Wasser und Sauerstoff in den Zufuhrsträmen zum Gasgenerator mit partieller Oxidation werden sorgfältig eingestellt, um einen beträchtlichen Teil des Kohlenstoffs im Brennstoff, z.B. bis zu etwa 90 Gew.-% oder mehr, zu Kohlenstoffoxiden umzuwandeln; und um eine Temperatur der autogenen Reaktionszone im Bereich von etwa 982,2ºC bis 1926,6ºC (1800ºF bis 3500ºF) aufrechtzuerhalten. Der Druck liegt im Bereich von etwa 1x10&sup5; Pa - 304x10&sup5; Pa (1-300 Atmosphären). Vorzugsweise liegt die Temperatur im Vergaser im Bereich von etwa 1204,4ºC bis 1537,8ºC (2200ºF bis 2800ºF), so daß geschmolzene Schlacke erzeugt wird.
Die Verweilzeit in der Reaktionszone liegt im Bereich von etwa 1 bis 10 Sekunden und vorzugsweise im Bereich von etwa 2 bis 8 Sekunden. Bei Zufuhr von im wesentlichen reinem Sauerstoff zum Gasgenerator mit partieller Oxidation kann die Zusammensetzung des abgehenden Gases aus dem Gasgenerator in Molprozent Trockenbasis wie folgt sein: H&sub2; 10 bis 60, CO 20 bis 60, CO&sub2; 5 bis 40, CH&sub4; 0,01 bis 5, H&sub2;S+COS 0 bis 5, N&sub2; 0 bis 5 und Ar bis 1,5. Bei Zufuhr von Luft zum Gasgenerator kann die Zusammensetzung des abgehenden Generatorgases in Molprozent Trokkenbasis etwa wie folgt sein: H&sub2; 2 bis 20, CO 5 bis 35, CO&sub2; 5 bis 25, CH&sub4; 0 bis 2, H&sub2;S+COS 0 bis 3, N&sub2; 45 bis 80 und Ar 0,5 bis 1,5. Nicht-umgewandelter Kohlenstoff, Asche oder geschmolzene Schlacke sind im abgehenden Gasstrom enthalten. In Abhängigkeit von der Zusammensetzung und Verwendung wird der abgehende Gasstrom aus dem Vergaser mit partieller Oxidation Synthesegas, Reduktionsgas oder Brenngas genannt. Kohle hat einen hohen Aschegehalt, z.B. etwa 10 bis 30 Gew.-%. Vorteilhafterweise wird, wenn Kohle als der Ergänzungsbrennstoff verwendet wird, die Kohlenasche die nicht-brennbaren Materialien im Klärschlamm einkapseln und das eingekapselte Material wird aus der Reaktionszone des Gasgenerators als im wesentlichen inerte nicht-verunreinigende Asche und geschmolzene Schlacke abfließen.
Der heiße gasförmige abgehende Strom aus der Reaktionszone des Synthesegasgenerators wird durch direktes Abkühlen in Wasser oder durch indirekten Wärmeaustausch z.B. mit Wasser des Kesselzulaufs, um Dampf in einem Gaskühler zu erzeugen, schnell unter die Reaktionstemperatur auf eine Temperatur im Bereich von etwa 162,8ºC bis 287,8ºC (325ºF bis 550ºF) abgekühlt. Fakultativ kann ein Teil von besagtem Dampf oder heißem Synthesegas im direkten oder indirekten Wärmeaustausch verwendet werden, um die entwässerte Aufschlämmung von Klärschlamm in Schritt (3) von Anspruch 1 des Verfahrens zu erwärmen. Der Gasstrom aus dem Vergaser mit partieller Oxidation oder das Rauchgas aus dem Ofen, dem Kessel oder dem Veraschungsofen kann mit herkömmlichen Verfahren gesäubert und gereinigt werden. Zum Beispiel wird zur Entfernung von H&sub2;S, CCS und CO&sub2; Bezug genommen auf das nitübertragene U.S. Patent NO. 4,052,176, das hierin durch Bezugnahme miteingeschlossen ist. Flugasche und Schlacke können durch Abkühlen des Verfahrensgasstroms in einem herkömmlichen Abkühlbehälter und/oder durch Waschen entfernt werden. Siehe mitübertragene U.S. Patent Nos. 3,232,728; 3,524,630; und 4,801,307, die hierin durch Bezugnahme miteinbezogen sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine wäßrige Aufschlämmung von Klärschlamm mit einem Feststoffgehalt im Bereich von 0,5 bis 20 Gew.-% mit Teilchen aus festem kohlenstoffhaltigen Brennstoff niedriger Qualität vermischt oder vermahlen, um eine pumpbare wäßrige Aufschlämmung von Klärschlamm und festem kohlenstoffhaltigen Brennstoff niedriger Qualität zu erzeugen. Definitionsgemäß ist fester kohlenstoffhaltiger Brennstoff niedriger Qualität ein Material, das ausgewählt ist aus der Gruppe, die aus niedriginkohlter Kohle, Torf, Holz, andere zellulosehaltigen Materialien, aus Kohleverflüssigung stammendem Rückstand, Schiefer, Asphalt und Mischungen derselben besteht. Der feste kohlenstoffhaltige Brennstoff niedriger Qualität besitzt einen spezifischen Brennwert (HHV) im Bereich von etwa 11,63 MJ/kg bis 26,7 MJ/kg (5000 bis 11500 BTU/Lb). Der Begriff niedriginkohlte Kohle, wie hierin verwendet, betrifft subbituminäse Kohle der Klasse III und Braunkohle der Klasse IV, wie dargestellt in Tabelle 1 von ASTM D388. Der feste kohlenstoffhaltige Brennstoff niedriger Qualität wird mit herkömmlichen Mittel auf eine solche Teilchengröße zermahlen, daß 100 Gew.-% durch ASTM Eh Standard Sieve Designation 1040 mm hindurchgehen, wie etwa 425 um Alternative No. 40. Zum Beispiel kann der feste kohlenstoffhaltige Brennstoff niedriger Qualität etwa 30 bis 50 Gew.-% der gesamten Feststoffe in dieser Aufschlämmung umfassen, wobei der Rest der Feststoffe im wesentlichen Klärschlamm umfaßt. Diese Aufschlämmung wird dann mit einer herkömmlichen kontinuierlichen Bandfilterpresse konzentriert, um eine Aufschlämmung von entwässerten Klärschlamm und festem kohlenstoffhaltigen Brennstoff niedriger Qualität mit einem Gesamtfeststoffgehalt im Bereich von etwa 35 bis 55 Gew.-%, wie etwa 30 bis 40 Gew.-%, z.B. 35 Gew.-% zu erzeugen.
Es wurde unerwarteterweise festgestellt, daß die Morphologie von Klärschlamm durch besagte mechanische Behandlung des Klärschlammes verändert wird. Zum Beispiel wird gebundenes Wasser freigesetzt und die Aufschlämmungsherstellung wird optimiert. Aufschlämmungen, die eine höhere Konzentration von Feststoffen enthalten, kännen mit Hilfe einer derartigen mechanischen Entwässerungsanlage erreicht werden. Mit Hilfe herkömmlicher kontinuierlicher Banddruckfilter wird die wäßrige Aufschlämmung von Klärschlamm und vorzugsweise die wäßrige Aufschlämmung von Klärschlamm und festem kohlenstoffhaltigen Brennstoff niedriger Qualität zwischen zwei sich bewegenden Bändern gepreßt, die zwischen und über Walzen laufen. Ein Oberflächendruck im Bereich von etwa 138 kPa bis 1379 kPa (20 bis 200 Pounds pro Square Inch (psi)) für einen Zeitraum im Bereich von etwa 1/2 bis 60 Minuten, wie etwa 1 bis 30 Minuten, z.B. etwa 3 Minuten, und bei einer Temperatur im Bereich von etwa Umgebungstemperatur bis 148,9º (300ºF), z.B. 100ºC bis 140,6ºC (212ºF bis 285ºF) wird auf die wäßrige Aufschlämmung von Klärschlamm und festem kohlenstoffhaltigen Brennstoff niedriger Qualität ausgeübt. Flüssiges Wasser wurde dadurch schnell zwischen den Bändern aus dem Material herausgepreßt Zum Beispiel wird der Continuous Press Filter (CPF) von Andritz Co., der bei Umgebungsbedingungen mit einem Oberflächendruck von etwa 138 kPa, (20 psi) arbeitet, einen Preßkuchen mit einem Feststoffgehalt im Bereich von etwa 20 bis 50 Gew.-% erzeugen. Fakkultativ kann der Preßkuchen, bei Abgabe aus dem CPF, fakkultativ in einer herkömmlichen kontinuierlichen High- Intensity-Press(HIP)-Bandfilterpresse von Andritz Co., die mit einem Oberflächendruck im Bereich von 689,5 kPa bis 1724 kPa (etwa 100 bis 250 psi) für einen Zeitraum im Bereich von etwa 1/2 bis 60 Minuten, wie etwa 1-30 Minuten, z.B. etwa 3 Minuten, und bei einer Temperatur im Bereich von etwa Umgebungstemperatur bis 148,9ºC (300ºF), z.B. etwa 100ºC bis 140,6ºC (212ºF bis 285ºF), weiter entwässert werden, um einen Preßkuchen mit einem Feststoffgehalt im Bereich von etwa 25 bis 55 Gew.-% zu erzeugen. Teilchen aus festem kohlenstoffhaltigen Brennstoff niedriger Qualität kännen mit der entwässerten Aufschlämmung von Klärschlamm vor oder nach der (den) Pressung(en) vermischt werden, die in der ersten Bandfilterpresse und/oder in der High-Intensity-Press(HIP)-Bandfilterpresse stattfindet (stattfinden). Wenn weitere Entwässerung vor der Filtrierung in der HIP erforderlich ist, wird der Preßkuchen aus dem CPF mit einem herkämmlichen anorganischen Filterzusatzstoff vermischt, z.B. Verbindungen von Eisen, Calcium, Silicium und Mischungen derselben, in einer Menge von etwa 5-30 Gew.-% des Gesamtfeststoffgehaltes und mit einer Teilchengröße von weniger als etwa 2 mm, wie etwa 1 mm. Ein typischer Filterhilfsstoff ist CaCO&sub3;. Pressen kann mit oder ohne Dampf stattfinden. Der Feststoffgehalt des Preßkuchens aus der HIP kann dadurch bis auf etwa 35 bis 65 Gew.-% erhöht werden.
In einer Ausführungsform wird der Klärschlamm durch eine Kombination von kontinuierlichem Banddruckfiltern und Zentrifugieren konzentriert. Zum Beispiel werden Teilchen aus festem kohlenstoffhaltigen Brennstoff niedriger Qualität vor dem ersten Konzentrationsschritt (a) in der ersten Bandfilterpresse mit dem Klärschlamm vermischt. Anschließend wird durch Erhitzen der Aufschlämmung von Klärschlamm und festem kohlenstoffhaltigen Brennstoff niedriger Qualität auf eine Temperatur im Bereich von etwa 100ºC bis 140,6ºC (212ºF bis 285ºF) während des Zentrifugierens, das dem Konzentrationsschritt in der ersten Bandfilterpresse folgt, für zusätzliche Entwässerung gesorgt.
In einer anderen Ausführungsform wird die Konzentration der Aufschlämmung von Klärschlamm, die etwa 0,5 bis 20 Gew.-% Feststoffe umfaßt, wie zuvor in dem CPF und/oder der HIP beschrieben, nur mit der Aufschlämmung von Klärschlamm durchgeführt. Der Preßkuchen, der die erste Bandfilterpresse und/oder die zweite Hochleistungs-Bandfilterpresse (HIP) verläßt, wird dann vor dem nächsten Schritt im Verfahren, z.B. Wärmebehandlung, mit dem festem kohlenstoffhaltigen Brennstoff niedriger Qualität vermischt.
Vorzugsweise findet die Bandfilterpressung statt, bevor irgendeine signifikante bakterielle Wirkung eintritt, die Kohlenstoff und organische Materialien im Klärschlamm verbraucht.
Wärmebehandlung der hochentwässerten Aufschlämmung von Klärschlamm und festem kohlenstoffhaltigen Brennstoff niedriger Qualität findet vorzugsweise in herkömmlichen Doppelröhrenwärmetauschern, Spiralwärmetauschern oder Rohrbündelwärmetauschern statt. Der hochentwässerte Klärschlamm wird bei einer Temperatur im Bereich von etwa 48,9ºC bis 371,1ºC (120ºF bis 700ºF) in der Abwesenheit von Luft und bei einem Druck, der bei oder über dem Dampfdruck von Wasser bei der Wärmebehandlungstemperatur liegt, behandelt. Zum Beispiel wird der Klärschlamm in Doppelröhrenwärmetauschern in den folgenden zwei aufeinanderfolgenden Stufen erhitzt: (a) Erhitzen bei einer Temperatur im Bereich von etwa 48,9ºC bis 162,8ºC (120ºF bis 325ºF) in der Abwesenheit von Luft für eine Verweilzeit von etwa 1 bis 10 Minuten und mit einem Druckunterschied vom Einlaß zum Auslaß besagter Stufe im Bereich von etwa 2068,5 kPa bis 3792 kPa (300 bis 550 Pounds pro Square Inch (psi)); (b) gefolgt von einem Erhitzen bei einer Temperatur im Bereich von etwa 204,4ºC bis 371,1ºC (400ºF bis 700ºF) in der Abwesenheit von Luft für eine Verweilzeit für etwa 2 bis 20 Minuten und mit einem Druckunterschied vom Einlaß zum Auslaß von wenigstens etwa 689,5 kPa (100 Pounds pro Square Inch). Der hydrothermal behandelte Klärschlamm wird bei einer Temperatur im Bereich von etwa 246,1ºC bis 371,1ºC (475ºF bis 700ºF) in Abwesenheit von Luft für eine Verweilzeit von etwa 3 bis 90 Minuten und bei einem Druck, der bei oder über dem Dampfdruck von Wasser bei besager Haltetemperatur liegt, gehalten, um eine pumpbare wäßrige Aufschlämmung von Klärschlamm und festem kohlenstoffhaltigen Brennstoff niedriger Qualität mit einer Viskosität von weniger als etwa 700 Centipoise, wenn gemessen bei etwa 82ºC (180ºF) zu erzeugen. So kann der entwässerte Klärschlamm in Vermischung mit festem kohlenstoffhaltigen Brennstoff niedriger Qualität durch direkten oder indirekten Wärmeaustausch in einem Autoklaven erhitzt werden. Zum Beispiel kann Dampf oder teilweise abgekühltes Synthesegas, das stromabwärtig im partiellen Oxidationsverfahren erzeugt wird, in direktem oder indirektem Wärmeaustausch mit der Aufschlämmung von Klärschlamm und festem kohlenstoffhaltigen Brennstoff niedriger Qualität geführt werden. Hydrothermalbehandlung und Halten des entwässerten Klärschlamms bei einer Temperatur im Bereich von etwa 246,1ºC bis 371,1ºC (475ºF bis 700ºF), wie zuvor beschrieben, bewirkt Decarboxylierung und Dehydrierung des Klärschlammes. Die Faser Gel-Struktur des Klärschlammes bricht zusammen. Es wurde unerwarteterweise festgestellt, daß der spezifische Brennwert (HHV) des kohlenstoffhaltigen Brennstoffes niedriger Qualität durch die Hydrothermalbehandlung um etwa 10 bis 20% qualitativ verbessert wird. Klärschlamm mit einer Teilchengröße im Bereich von etwa 5 bis 20 Mikrons wird dadurch erzeugt. Pumpbare wäßrige Aufschlämmungen von Klärschlamm und festem kohlenstoffhaltigen Brennstoff niedriger Qualität mit guten Pumpeigenschaf ten werden dadurch erzeugt. Abgas aus dem Hydrothermalreaktor, z.B. dem Autoklaven, das CO&sub2;, H&sub2;O, H&sub2;S und COS enthält, wird einer herkömmlichen Geruchsbekämpfungseinheit und/oder Desinfektionszone zugeführt. Schädliche Gase werden dadurch sicher entsorgt, ohne die Umwelt der Nation zu verschmutzen.
In einer Ausführungsform kann heißes Wasser bei einer Temperatur im Bereich von etwa 148,9ºC bis 260ºC (300ºF bis 500ºF) vom Boden des Hydrothermalreaktors entnommen werden und kann in indirekten Wärmeaustausch mit der Aufschlämmung von Klärschlamm und festem kohlenstoffhaltigen Brennstoff niedriger Qualität, die zum Hydrothermalreaktor geht, verwendet werden. In einer anderen Ausführungsform wird wenigstens ein Teil des Brenngases, das durch den vorliegenden partiellen Oxidationsmodus erzeugt wird, verwendet, um die thermische Energie im vorgenannten Wärmebehandlungs schritt bereitzustellen.
Überschüssiges Wasser wird von der wärmebehandelten und entwässerten Aufschlämmung von Klärschlamm und festem kohlenstoffhaltigen Brennstoff niedriger Qualität durch (a) Flash- Verdampfung und/oder (b) Abkühlen des Schlammes von Klärschlamm und festem kohlenstoffhaltigen Brennstoff niedriger Qualität auf eine Temperatur im Bereich von etwa Umgebungstemperatur bis 73,9ºC (165ºF), gefolgt vom Zentrifugieren in einer herkömmlichen Zentrifuge.
Die pumpbare wäßrige Aufschlämmung aus dem Reaktor wird in eine Flash-Verdampfungszone eingebracht, in der der Druck auf einen Druck im Bereich von etwa atmosphärischen Druck bis zum Sättigungsdampfdruck von Wasser bei der Temperatur in der Flash-Verdampfungszone im Bereich von etwa 93,3ºC bis 204,4ºC (200ºF bis 400ºF) verringert wird. Genügend Wasser wird dadurch verdampft und von der Aufschlämmung von Klärschlamm und festem kohlenstoffhaltigen Brennstoff in der Flash-Verdampfungszone getrennt, um eine pumpbare Aufschlämmung von entwässerten Klärschlamm und festem kohlenstoffhaltigen Brennstoff niedriger Qualität mit einem Feststoffgehalt im Bereich von etwa 45 bis 70 Gew.-% bereitzustellen. Der spezifische Brennwert (HHV) dieser entwässerten Aufschlämmung von Klärschlamm und festem kohlenstoffhaltigen Brennstoff niedriger Qualität liegt im Bereich von etwa 13,9 MJ/kg - 27,9 MJ/kg (6000 bis 12000 BTU/Lb), z.B. etwa 15,1 MJ/kg (6500 BTU/Lb). Alle hierin angegebenen spezifischen Brennwerte beruhen auf der Trockenbasis für die Materialien.
Fakultativ kann der Flash-Verdampfungsschritt durchgeführt werden oder ihm kann ein herkömmlicher Zentrifugationsschritt folgen, um einen Teil des Wassers z.B. etwa 1 bis 15 Gew.-% zu entfernen. In noch einer anderen Ausführungsform wird der Flash-Verdampfungsschritt ersetzt durch die Schritte der Abkühlung der erhitzten pumpbaren wäßrigen Aufschlämmung aus dem Autoklaven auf eine Temperatur im Bereich von etwa Umgebungstemperatur bis 200ºF und Abtrennung von Wasser, z.B. etwa 1 bis 15 Gew.-%, aus dem Klärschlamm mittels einer herkömmlichen Zentrifuge. Eine pumpbare Aufschlämmung von entwässertem Klärschlamm und festem kohlenstoffhaltigen Brennstoff niedriger Qualität mit einem Feststoffgehalt im Bereich von etwa 45 bis 70 Gew.-% wird dadurch bereitgestellt. Der spezifische Brennwert (HHV) dieses entwässerten Klärschlammes liegt im Bereich von etwa 13,9 MJ/kg bis 27,9 MJ/kg (6000 bis 12000 BTU/Lb), z.B. etwa 15,1 MJ/kg (6500 BTU/Lb).
Nach besagtem Entwässerungsschritt durch Flash-Verdampfung und/oder Abkühlung wird die wärmebehandelte entwässerte Aufschlämmung von Klärschlamm und festem kohlenstoffhaltigen Brennstoff niedriger Qualität geschert. Scherung ist ein sehr effektiver Weg, um die Aufschlämmungseigenschaften und den Feststoffgehalt von entwässertem Klärschlamm zu verbessern. Extensivere Scherung von Klärschlamm ist behandelt in den mitübertragenen U.S. Patent Nos. 4,933,086 und 4,983,296, die hierin durch Bezugnahme miteinbezogen sind.
Scherung kann stattfinden in einem herkömmlichen Mischbehälter mit Dampfmantel, ausgerüstet mit einem Hochgeschwindigkeitspropeller. Demgemäß kann die wäßrige Aufschlämmung von entwässertem Klärschlamm und festem kohlenstoffhaltigen Brennstoff niedriger Qualität mit einem Feststoffgehalt im Bereich von etwa 45 bis 70 Gew.-% bei einer Temperatur im Bereich von etwa Umgebungstemperatur bis 100ºC (212ºF), wie etwa 65,6ºC bis 98,9ºC (150ºF bis 210ºF), z.B. etwa 200ºF, in der Abwesenheit von Luft in einem Behälter mit Dampfmantel für einen genügenden Zeitraum, z.B. etwa 10 Sekunden bis 120 Sekunden, geschert werden, um eine pumpbare homogene Aufschlämmung herzustellen, die etwa 3-7 Gewichtsteile Klärschlamm auf 3-7 Gewichtsteile festen kohlenstoffhaltigen Brennstoff niedriger Qualität umfaßt und eine Viskosität im Bereich von weniger als etwa 2 Pa s (2000 Centipoise), z.B. 0,4 bis 2 Pa s (400 bis 2000 Centipoise), wenn gemessen bei etwa 82,2ºC (180ºF), aufweist. Der Propeller dreht sich mit einer Geschwindigkeit von etwa 0,5 bis 360 UPM, wodurch eine Scherrate im Bereich von etwa 0,5 bis 360 Sekunden&supmin;¹ bereitgestellt wird.
Alternativ kann die entwässerte wäßrige Aufschlämmung von Klärschlamm und festem kohlenstoffhaltigen Brennstoff niedriger Qualität mit einem Feststoffgehalt von etwa 45 bis 70 Gew.-% gleichzeitig erhitzt und kräftig geschert werden, bei einer Temperatur im Bereich von etwa Umgebungstemperatur bis 100ºC (212ºF), wie etwa 65,6ºC bis 98,9ºC (150ºF bis 210ºF), wie etwa 93,3ºC (2000) in der Abwesenheit von Luft für einen Zeitraum im Bereich von etwa 10 Sekunden bis 120 Minuten, wie etwa 10 Sekunden bis 20 Minuten, in einer herkömmlichen Mischund Schereinheit, die ein oder zwei parallele drehbare Wellen umfaßt, wobei jede Welle eine Vielzahl z.B. etwa 6 bis 30 Rührer oder Mischschaufeln oder -flügel umfaßt. Eine Ausführungsform besitzt zwei parallele Rührerwellen, die sich in derselben Richtung mit einer Geschwindigkeit von etwa 50 bis 600 UPM in einer Kammer mit Dampfmantel drehen, die eng mit der Form der Rühreranordnung übereinstimmt, wodurch wenig Spiel, z.B. etwa 0,030" bis 0,060" zwischen den Rührern und der Innenwand besagter Kammer bereitgestellt wird. Dadurch wird eine höchst effektive Misch-, Scher- und Selbstreinigungswirkung bereitgestellt, da das Material vom Einlaßende der vorzugsweise horizontalen Kammer zum gegenüberliegenden Abgabeende bewegt wird. Siehe U.S. Patent NO. 3,823,921, das hierin durch Bezugnahme miteinbezogen ist. Zum Beispiel wird eine herkömmliche kontinuierliche Verarbeitungseinheit von Teledyne Readco aus York, Pennsylvania, hergestellt. Der Materialdurchfluß durch diese kontinuierliche Verarbeitungseinheit liegt im Bereich von etwa 0,37 - 4,5 kg/s (50 bis 600 Lbs pro Minute). Die Scherrate beträgt etwa 20 bis 500 s&supmin;¹, wie etwa 100 bis 300 s&supmin;¹. Die Teilchengröße liegt im Bereich von etwa 1 bis 1000 Mikrometern, wie etwa 20 bis 200 Mikrometern. Eine homogene pumpbare Aufschlämmung, die etwa 3-7 Gewichtsteile Klärschlamm auf 3-7 Gewichtsteile feste kohlenstoffhaltigen Brennstoff niedriger Qualität umfaßt und einen Feststoffgehalt im Bereich von etwa 45 bis 70 Gew.-% und eine Viskosität von weniger als etwa 2 Pa s (2000 Centipoise), wenn gemessen bei 82,2ºC (180ºF) wie etwa weniger als 1500 Centipoise, wenn gemessen bei 82,2ºC (180ºF), aufweist, wird dadurch erzeugt.
In einer Ausführungsform wird ein Zusatzstoff aus ethoxyliertem Nonylphenol mit einer Konzentration von etwa 0,1 bis 5 Gew.-% der Aufschlämmung in die Schereinheit eingebracht, um die Pumpbarkeit der wäßrigen Aufschlämmung von Klärschlamm und Kohle zu erhöhen.
Die pumpbare Aufschlämmung, die die Scherzone verläßt, wird in einem Vergaser mit partieller Oxidation, einem Ofen, einem Kessel oder einem Veraschungsofen verbrannt, um einen abgehenden Gasstrom zu erzeugen. In einer Ausführungsform wird der abgehende Gasstrom gewaschen und gereinigt. Nicht-verschmutzende Asche und schädliche Gase werden mit herkömmlichen Mitteln entfernt. Verschmutzung der Umwelt wird verhindert.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden der Brennstoffzuführstrom, z.B. die wäßrige Aufschlämmung von Klärschlamm und festem kohlenstoffhaltigen Brennstoff niedriger Qualität, und ein Strom aus freien Sauerstoff enthaltenden Gas mittels eines Brenners in einen vertikalen refraktorisch ausgekleideten Freifluß-Stahlwand-Druckbehälter mit ungehinderter Abwärtsströmung eingebracht, in dem die partielle Oxidationsreaktion stattfindet. Ein typischer Gasgenerator ist dargestellt und beschrieben im mitübertragenen U.S. Patent No. 3,544,291, das hierin durch Bezugnahme miteinbezogen ist. Die Brenneranordnung wird nach unten durch eine obere Einlaßöffnung des nichtkatalytischen Synthesegasgenerators eingeführt. Der Brenner erstreckt sich entlang der zentralen Längsachse des Gasgenerators, wobei das stromabwärtige Ende eine mehrphasige Mischung aus Brennstoff, freien Sauerstoff enthaltenden Gas und Temperaturmoderator direkt in die Reaktionszone abgibt.
Ein Drei- oder Vier-Strom-Ringbrenner, wie dargestellt und beschrieben in den mitübertragenen U.S. Patent Nos. 3,847,564 und 4,525,175, die hierin durch Bezugnahme miteinbezogen sind, wird vorzugsweise verwendet, um die Zufuhrströme in den Gasgenerator mit partieller Oxidation einzubringen. Andere geeignete Brennerkonstruktionen können verwendet werden. Zum Beispiel kann, im Hinblick auf U.S. Patent No. 3,847,564, freien Sauerstoff enthaltendes Gas gleichzeitig durch die Zentralleitung 18 und den äußeren Ringdurchlaß 14 besagten Brenners geführt werden. Das freien Sauerstoff enthaltende Gas ist ausgewählt aus der Gruppe, die aus im wesentlichen reinem Sauerstoff, d.h. mehr als 95 Molprozent O&sub2;, mit Sauerstoff angereichterter Luft, d.h. mehr als 21 Molprozent O&sub2;, und Luft besteht. Das freien Sauerstoff enthaltende Gas wird bei einer Temperatur im Bereich von etwa 37,8ºC (100ºF) bis 537,8ºC (10000) zugeführt. Die wäßrige Aufschlämmung von vorbehandeltem Klärschlamm und festem kohlenstoffhaltigen Brennstoff niedriger Qualität, z.B. Kohle, wird durch den dazwischenliegenden Ringdurchlaß 16 mit einer Temperatur im Bereich von etwa Umgebungstemperatur bis 343,3ºC (650ºF) geführt.
Im partiellen Oxidationsverfahren liegt das Gewichtsverhältnis von H&sub2;O zu Kohlenstoff in der Charge im Bereich von 0,2 bis 3,0, wie etwa 1,0 bis 2,0. Das Atomverhältnis von freiem Sauerstoff zu Kohlenstoff in der Charge liegt im Bereich von etwa 0,85 bis 1,5, wie etwa 1,0 bis 1,2. Vorteilhafterweise verringert die hohe Menge an gebundenen Sauerstoff im Klärschlamm die Menge an freiem Sauerstoff.
Die relativen Anteile an festem Brennstoff, Klärschlamm, Wasser und Sauerstoff in den Zufuhrströmen zum Gasgenerator mit partieller Oxidation werden sorgfältig eingestellt, um einen beträchtlichen Teil des Kohlenstoffs im Brennstoff, z.B. bis zu etwa 90 Gew.-% oder mehr, zu Kohlenstoffoxiden umzuwandeln; und um eine Temperatur der autogenen Reaktion im Bereich von etwa 982,2ºC bis 1926,6ºC (1800ºF bis 3500ºF) aufrechtzuerhalten. Der Druck liegt im Bereich von etwa 1x10&sup5; Pa bis 304x10&sup5; Pa (1-300 Atmosphären). Vorzugsweise liegt die Temperatur im Vergaser im Bereich von etwa 1204,4ºC bis 1537,8ºC (2200ºF bis 2800ºF), so daß geschmolzene Schlacke erzeugt wird.
Die Verweilzeit in der Reaktionszone liegt im Bereich von etwa 1 bis 10 Sekunden, vorzugsweise im Bereich von etwa 2 bis 8 Sekunden. Bei Zufuhr von im wesentlichen reinem Sauerstoff zum Gasgenerator mit partieller Oxidation kann die Zusammensetzung des abgehenden Gases aus dem Gasgenerator in Molprozent Trokkenbasis wie folgt sein: H&sub2; 10 bis 60, CO 20 bis 60, CO&sub2; 5 bis 40, CH&sub4; 0,01 bis 5, H&sub2;S+COS 0 bis 5, N&sub2; 0 bis 5 und Ar 0 bis 1,5. Bei Zufuhr von Luft zum Gasgenerator kann die Zusammensetzung des abgehenden Generatorgases in Molprozent Trockenbasis etwa wie folgt sein: H&sub2; 2 bis 20, CO 5 bis 35, CO&sub2; 5 bis 25, CH&sub4; 0 bis 2, H&sub2;S+COS 0 bis 3, N&sub2; 45 bis 80 und Ar 0,5 bis 1,5. Nicht-umgewandelter Kohlenstoff, Asche oder geschmolzene Schlacke sind im abgehenden Gasstrom enthalten. In Abhängigkeit von der Zusammensetzung und Verwendung wird der abgehende Gasstrom aus dem Vergaser mit partieller Oxidation Synthesegas, Reduktionsgas oder Brenngas genannt. Kohle hat einen hohen Aschegehalt, z.B. etwa 10 bis 30 Gew.-%. Vorteilhafterweise wird, wenn Kohle als der Ergänzungsbrennstoff verwendet wird, die Kohlenasche die nicht-brennbaren Materialien im Klärschlamm einkapseln und das eingekapselte Material wird aus der Reaktionszone des Gasgenerators als im wesentlichen inerte nicht-verunreinigende Asche oder geschmolzene Schlacke abfließen.
Der heiße gasfärmige abgehende Strom aus der Reaktionszone des Synthesegasgenerators wird durch direktes Abkühlen in Wasser oder durch indirekten Wärmeaustausch z.B. mit Wasser, um Dampf in einem Gaskühler zu erzeugen, schnell unter die Reaktionstemperatur auf eine Temperatur im Bereich von etwa 121ºC bis 371ºC (250ºF bis 700ºF) abgekühlt. Der Gasstrom aus dem Vergaser mit partieller Oxidation oder das Rauchgas aus dem Ofen, dem Kessel oder dem Veraschungsofen kännen mit herkömmlichen Verfahren gesäubert und gereinigt werden. Zum Beispiel wird Bezug genommen auf das mitübertragene U.S. Patent No. 4,052,176, das hierin durch Bezugnahme miteingeschlossen ist, zur Entfernung von H&sub2;S, COS und CO&sub2;. Flugasche und Schlacke kännen durch Löschen des Prozeßgasstroms in einem herkömmlichen Abkühlbehälter und/oder durch Gaswäsche entfernt werden. Siehe mitübertragene U.S. Patent Nos. 3,232,728; 3,524,630; und 4,801,307, die hierin durch Bezugnahme miteinbezogen sind.
Obgleich Modifikationen und Variationen der Erfindung vorgenommen werden können, ohne deren Schutzbereich zu verlassen, sollten nur solche Beschränkungen auferlegt werden, wie sie in den beigefügten Ansprüchen angegeben sind.

Claims

1. Ein Verfahren zur Herstellung einer Aufschlämmung von Klärschlamm, die zur Verbrennung in einem Vergaser mit partieller Oxidation, einem Ofen, einem Kessel oder einem Veraschungsofen geeignet ist, welches umfaßt:

(1) Konzentrieren einer wäßrigen Aufschlämmung von Klärschlamm mit einem Feststoffgehalt im Bereich von etwa 0,5 bis 20 Gew.-% durch Entfernung von Wasser daraus (i) mittels einer Zentrifuge oder (ii) mittels (a) einer ersten Bandfilterpresse, wodurch besagte Aufschlämmung von Klärschlamm auf einem kontinuierlichen Band gefördert wird und ein Oberflächendruck im Bereich von 137,9 kPa bis 689,5 kPa (20 bis 100 psi) auf besagten Klärschlamm bei einer Temperatur im Bereich von Umgebungstemperatur bis 148,9ºC (300ºF) für einen Zeitraum im Bereich von 1/2 bis 60 Minuten ausgeübt wird; und (b) mit oder ohne zusätzliche Pressung des Materials aus der ersten Bandfilterpresse in (a) in einer kontinuierlichen Hochleistungs-Bandfilterpresse, die mit einem Oberflächendruck im Bereich von 689,5 kPa bis 1,72 mPa (100 bis 250 psi) für einen Zeitraum im Bereich von 1/2 bis 60 Minuten, wie etwa 1 bis 30 Minuten, und bei einer Temperatur im Bereich von Umgebungstemperatur bis 148,9ºC (300ºF) arbeitet, um eine entwässerte Aufschlämmung von Klärschlamm mit einem Feststoffgehalt im Bereich von 10-55 Gew.-% zu erzeugen;

(2) Pumpen besagter entwässerten Aufschlämmung von Klärschlamm aus (1) mittels einer Verdrängungspumpe in einen Hydrothermalbehandlungsreaktor, wobei durch besagtes Pumpen die Viskosität besagter entwässerten Aufschlämmung auf weniger als 60 Pas (6000 Centipoise), wenn gemessen bei 82,2ºC (180ºF), verringert wird;

(3) Wärmebehandlung besagter entwässerten Aufschlämmung von Klärschlamm aus (2) in besagter Hydrothermalbehandlungszone in der, Abwesenheit von Luft und bei einer Temperatur im Bereich von 48,9ºC (120ºF) bis 371,1ºC (700ºF) und bei einem Druck, der bei oder über dem Dampfdruck von Wasser bei besagter Wärmebehandlungstemperatur in den folgenden zwei Stufen liegt; (a) Erhitzen bei einer Temperatur im Bereich von 48,90 bis 162,8ºC (120ºF bis 325ºF) in der Abwesenheit von Luft für eine Verweilzeit von 1 bis 10 Minuten; gefolgt von (b) Erhitzen bei einer Temperatur im Bereich von 162,8ºC bis 371,1ºC (325ºF bis 700ºF) in der Abwesenheit von Luft für eine Verweilzeit von 2 bis 20 Minuten;

(4) Halten des erwärmten Klärschlamms aus (3) bei einer Temperatur im Bereich von 232,2ºC bis 371,1ºC (450ºF bis 700ºF) in der Abwesenheit von Luft für eine Verweilzeit im Bereich von 2 bis 120 Minuten und bei einem Druck, der bei oder über dem Dampfdruck von Wasser bei besagter Haltetemperatur liegt, um eine pumpbare wäßrige Aufschlämmung von Klärschlamm mit einer Viskosität von weniger als 0,7 Pas (700 Centipoise), wenn gemessen bei 82,2ºC (180ºF), zu erzeugen;

(5) Abkühlen der wärmebehandelten Aufschlämmung von Klärschlamm aus (4) auf eine Temperatur im Bereich von Umgebungstemperatur bis weniger als 93,3ºC (200ºF); wodurch eine in hohem Maße pumpbare wäßrige Aufschlämmung von entwässertem Klärschlamin mit einem Feststoffgehalt im Bereich von 10 bis 55 Gew.-% und einem spezifischen Brennwert (HHV) im Bereich von 13,9 MJ/kg bis 18,6 MJ/kg (6000 bis 8000 BTU/LB) bereitgestellt wird;

(6) Scheren der Aufschlämmung von Klärschlamm aus (4) in einer Schereinheit bei einer Temperatur im Bereich von Umgebungstemperatur bis 100ºC (212ºF) in der Abwesenheit von Luft für einen Zeitraum im Bereich von 10 Sekunden bis 180 Minuten, um einen gescherten in hohem Maße pumpbaren fließfähigen Klärschlamm mit einer Viskosität im Bereich von 0,05 Pas bis 2 Pas (50 Centipoise bis 2000 Centipoise), wenn gemessen bei 82,2ºC (180ºF), zu erzeugen; und

(7) Vermischen oder Vermahlen von festem kohlenstoffhaltigen Brennstoff mit der Aufschlämmung von Klärschlamm entweder vor und/oder nach besagtem Konzentrationsschritt (a) und/oder (b) von Schritt (1) oder nach besagtem Scheren in Schritt (6).

2. Ein Verfahren nach Anspruch 1, wobei in Schritt (2) die Viskosität besagter entwässerten Aufschlämmung auf weniger als 5 Pas (5000 Centipoise), wenn gemessen bei 82,2ºC (180ºF), verringert wird;

und wobei in Schritt (3) die Wärmebehandlung bei einer Temperatur im Bereich von 48,9ºC bis 287,8ºC (120ºF bis 550ºF) und bei einem Druck erfolgt, der bei oder über dem Dampfdruck von Wasser bei besagter Wärmebehandlungstemperatur in den folgenden zwei Stufen eingestellt ist; (a) Erhitzen bei einer Temperatur im Bereich von 48,9ºC bis 162,8ºC (120ºF bis 325ºF) in der Abwesenheit von Luft für eine Verweilzeit von 1 bis 10 Minuten; gefolgt von (b) Erhitzen bei einer Temperatur im Bereich von 162,8ºC bis 287,8ºC (325ºF bis 550ºF) in der Abwesenheit von Luft für eine Verweilzeit von 2 bis 20 Minuten;

und wobei in Schritt (4) der Klärschlamm bei einer Temperatur im Bereich von 232,2ºC bis 287,8ºC (450ºF bis 550ºF) gehalten wird und eine pumpbare wäßrige Aufschlämmung von Klärschlamm mit einer Viskosität von weniger als 6 Pas (600 Centipoise), wenn gemessen bei etwa 82,2ºC (180ºF), erzeugt;

und wobei in Schritt (6) der gescherte in hohem Maße pumpbare fließfähige Klärschlamm eine Viskosität im Bereich von 0,05 Pas bis 0,6 Pas (50 Centipoise bis 600 Centipoise) wenn gemessen bei 82,2ºC, besitzt;

und wobei Schritt (7) das Vermahlen des gescherten Klärschlammes aus (6) zusammen mit einem festen kohlenstoffhaltigen Brennstoff in einer Mahlvorrichtung umfaßt, wodurch eine pumpbare Aufschlämmung von Klärschlamm und festem kohlenstoffhaltigen Brennstoff mit einem Feststoffgehalt von 45 bis 70 Gew.-%, einem Gewichtsverhältnis im Bereich von 3-7 Gewichtsteilen Klärschlamm zu 3-7 Gewichtsteilen festem kohlenstoffhaltigen Brennstoff und einer Viskosität von weniger als 2 Pas (2000 Centipoise) wenn gemessen bei 82,2ºC (180ºF), erzeugt wird.

3. Ein Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2 zur Entsorgung von Klärschlamm, welches weiter umfaßt:

(8) Verbrennen besagter pumpbaren Aufschlämmung von Klärschlamm und festem kohlenstoffhaltigen Brennstoff aus (7) in einem Vergaser mit partieller Oxidation, einem Ofen, einem Kessel oder einem Veraschungsofen, um einen heißen rohen abgehenden Gasstrom zu erzeugen.

4. Ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei besagte Konzentration in (1) stattfindet, bevor irgendwelche signifikante bakterielle Wirkung eintritt, die Kohlenstoff und organische Materialien in besagtem Klärschlamm verbraucht.

5. Ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 4, wobei Wasser bei einer Temperatur im Bereich von 148,9ºC bis 260ºC (300ºF bis 500ºF) in der Reaktionszone von (3) erzeugt wird und besagtes Wasser von dem Klärschlamm abgetrennt und in indirekten Wärmeaustausch mit der Aufschlämmung von Klärschlamm, die in besagte Hydrothermalbehandlungszone geht, geleitet wird.

6. Ein Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, welches weiter umfaßt:

(9) Einführen besagter pumpbaren Aufschlämmung von Klärschlimm und festem kohlenstoffhaltigen Brennstoff aus (8) in die Reaktionszone eines Gasgenerators mit partieller Oxidation über einen Durchlaß eines Mehrwegbrenners, während gleichzeitig durch wenigstens einen anderen Durchlaß besagten Brenners ein Strom aus freien Sauerstoff enthaltendem Gas geleitet wird; und

(10) Reagierenlassen besagter Materialien in besagter partiellen Oxidationsreaktionszone in (9) bei einer Temperatur im Bereich von 982,2ºC bis 1926,6ºC (1800ºF bis 3500ºF) und bei einem Druck im Bereich von 101,3 KPa - 30,4 MPa (1-300 Atmosphären). um einen heißen rohen abgehenden Gasstrom zu erzeugen, der wenigstens eines der folgenden umfaßt: Synthesegas, Reduktionsgas und Brenngas.

7. Ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 6, wobei zusätzliche Entwässerung durch Pressen besagten Klärschlamms in (1) (a) und/oder (b) bereitgestellt wird, während dieser in Vermischung mit einem Filterhilfsstoff mit einer Teilchengröße von weniger als etwa 2 mm vorliegt, und mit oder ohne Dampf.

8. Ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 7, wobei die Wärmebehandlung des Klärschlamms in (3) in einem Autoklaven stattfindet, während besagter Klärschlamm in direktem oder indirektem Wärmeaustausch mit Dampf oder Synthesegas, stromabwärts im Verfahren produziert, steht.

9. Ein Verfahren nach Anspruch 1, wobei in (1) vor und/oder nach besagtem Konzentrationsschritt (a) und/oder (b) Teilchen aus kohlenstoffhaltigem Brennstoff niedriger Qualität mit der Aufschlämmung vermischt oder vermahlen werden; und wobei eine entwässerte Aufschlämmung von Klärschlamm und festem kohlenstoffhaltigen Brennstoff niedriger Qualität erzeugt wird, die einen Gesamtfeststoffgehalt im Bereich von 35 bis 55 Gew.-% aufweist und 30 bis 50 Gew.-% festen kohlenstoffhaltigen Brennstoff niedriger Qualität umfaßt, und der Rest der Feststoffe im wesentlichen Klärschlamm umfaßt;

wobei in (3) besagte entwässerte Aufschlämmung von Klärschlamm und festem kohlenstoffhaltigen Brennstoff niedriger Qualität aus (1) wärmebehandelt wird in einer Hydrothermalreaktionszone in der Abwesenheit von Luft, bei einer Temperatur im Bereich von 93,3ºC bis 371,1ºC (200ºF bis 700ºF) und bei einem Druck, der bei oder über dem Dampfdruck von Wasser bei der Wärmebehandlungstemperatur liegt, in den folgenden zwei Stufen; (a) Erhitzen bei einer Temperatur im Bereich von 48,9ºC bis 162,8ºC (120ºF bis 325ºF) in der Abwesenheit von Luft für eine Verweilzeit von 1 bis 10 Minuten; (b) gefolgt von Erhitzen bei einer Temperatur im Bereich von etwa 204,4ºC bis 371,1ºC (400ºF bis 700ºF) in der Abwesenheit von Luft für eine Verweilzeit von 5 bis 120 Minuten;

wobei in (4) die erwärmte Aufschlämmung von Klärschlamm und festem kohlenstoffhaltigen Brennstoff niedrige Qualität aus (3) gehalten wird bei einer Temperatur im Bereich von 246,1ºC bis 371,1ºC (475ºF bis 700ºF) in der Abwesenheit von Luft für eine Verweilzeit von 3 bis 90 Minuten und bei einem Druck, der bei oder über dem Dampfdruck von Wasser bei besagter Haltetemperatur liegt, um eine pumpbare wäßrige Aufschlämmung von Klärschlamm und festem kohlenstoffhaltigen Brennstoff niedriger Qualität mit einer Viskosität von weniger als 0,7 Pas (700 Centipoise), wenn gemessen bei 82,2ºC (180ºF), zu erzeugen;

(5) Abtrennen von überschüssigem Wasser aus der wärmebehandelten und entwässerten Aufschlämmung von Klärschlamm und festem kohlenstoffhaltigen Brennstoff niedriger Qualität aus (4) durch (a) Verringern des Drucks und der entsprechenden Temperatur der wärmebehandelten entwässerten Aufschlämmung von Klärschlamm und festem kohlenstoffhaltigen Brennstoff niedriger Qualität aus (4) in einer Flashverdampfungszone bis zu einem Druck im Bereich von etwa atmosphärischem Druck bis zum Sättigungsdampfdruck vom Wasser bei der Temperatur in besagter Flashverdampfungszone im Bereich von 93,3ºC bis 204,4ºC (200ºF bis 400ºF), wodurch Wasser aus besagter Aufschlämmung verdampft und davon abgetrennt wird, und/oder (b) Abkühlen der Aufschlämmung von Klärschlamm und festem kohlenstoffhaltigen Brennstoff niedriger Qualität auf eine Temperatur im Bereich von Umgebungstemperatur bis 73,9ºC (165ºF), gefolgt von Zentrifugation; wodurch eine pumpbare wäßrige Aufschlämmung von wäßrigem Klärschlamm und festem kohlenstoffhaltigen Brennstoff niedriger Qualität mit einem Feststoffgehalt im Bereich von 45 bis 70 Gew.-% und mit einem spezifischen Brennwert (HHV) im Bereich von 13,9 MJ/kg bis 27,9 MJ/kg (6000 bis 12000 BTU/LB) erzeugt wird;

(6) Scheren der Aufschlämmung von Klärschlamm und festem kohlenstoffhaltigen Brennstoff niedriger Qualität aus (5) in einer Schereinheit bei einer Temperatur im Bereich von Umgebungstemperatur bis 100ºC (ca. 212ºF) in der Abwesenheit von Luft für einen Zeitraum im Bereich von 10 Sekunden bis 120 Minuten, wodurch eine pumpbare Aufschlämmung von Klärschlamm und festem kohlenstoffhaltigen Brennstoff niedriger Qualität mit einem Feststoffgehalt im Bereich von 45 bis 70 Gew.-%, einem Gewichtsverhältnis im Bereich von 3 - 7 Gewichtsteilen Klärschlamm zu 3-7 Gewichtsteilen festem kohlenstoffhaltigen Brennstoff niedriger Qualität; und einer Viskosität von weniger als 2 Pas (2000 Centipoise), wenn gemessen bei 82,2ºC (180ºF), erzeugt wird.

10. Ein Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 9 zur Entsorgung von Klärschlamm, welches weiter den zusätzlichen Schritt der Verbrennung besagter pumpbaren Aufschlämmung von Klärschlamm und festem kohlenstoffhaltigen Brennstoff niedriger Qualität aus (6) in einem Vergaser mit partieller Oxidation, einem Ofen, einem Kessel oder einem Veraschungsofen, um einen heißen rohen abgehenden Gasstrom zu erzeugen, umfaßt.

11. Ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 9 und 10, wobei besagte Schereinheit in (6) eine Kammer mit Dampfmantel umfaßt, die eine oder zwei parallele drehbare Wellen enthält, wobei jede Welle mehrere Rührer oder Mischschaufeln enthält, die sich mit einer Geschwindigkeit von 50 bis 600 UPM drehen, wodurch das Material vom Einlaßende der horizontalen Kammer zum gegenüberliegenden Abgabeende befördert wird.

12. Ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 10 - 11, wobei der Zusatzstoff ethoxyliertes Nonylphenol in besagte Schereinheit in (6) in einer Menge von 0.1 bis 5 Gew.-% der Aufschlämmung eingebracht wird, um die Pumpbarkeit der wäßrigen Aufschlämmung von Klärschlamm und festem kohlenstoffhaltigen Brennstoff niedriger Qualität zu erhöhen.

13. Ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 10 - 12, wobei die Wärmebehandlung des Klärschlammes in (3) in einem Autoklaven stattfindet, während besagter Klärschlamm in direktem oder indirektem Wärmeaustausch mit stromabwärts im Verfahren erzeugtem Dampf steht.