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DE4111917C2 - Process for the utilization of heavy metals contaminated combustible residues by partial oxidation - Google Patents

Process for the utilization of heavy metals contaminated combustible residues by partial oxidation

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Publication number
DE4111917C2
DE4111917C2 DE4111917A DE4111917A DE4111917C2 DE 4111917 C2 DE4111917 C2 DE 4111917C2 DE 4111917 A DE4111917 A DE 4111917A DE 4111917 A DE4111917 A DE 4111917A DE 4111917 C2 DE4111917 C2 DE 4111917C2
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DE
Germany
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sulfur
partial oxidation
water
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gas
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DE4111917A
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Manfred Schlingnitz
Winfried Wenzel
Lutz Barchmann
Peter Goehler
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Noell KRC Energie und Umwelttechnik GmbH
Original Assignee
NOELL DBI ENERGIE ENTSORGUNG
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Publication date
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur schadlosen Verwertung schwermetallbelasteter, brennbarer Rückstände und Abfallstoffe, wie Klärschlämme, Altöle, Bohremulsionen oder Rückständen aus Müllpyrolyseanlagen durch Partialoxydation mit einem Sauerstoff enthaltenden Oxydationsmittel, wobei ein CO- und H2-haltiges Rohgas erzeugt wird.The invention relates to a method for the harmless recovery heavy metal contaminated, combustible residues and waste, such as sewage sludge, waste oils, Bohremulsionen or residues from waste pyrolysis by partial oxidation with an oxygen-containing oxidant, wherein a CO and H 2 -containing raw gas is generated.

Brennbare Rückstände und Abfallstoffe werden vielfach verbrannt. Sind diese Materialien mit Schwermetallen belastet, so entstehen dabei toxische Schwermetalloxide, die zum Teil in den festen Verbrennungsrück­ ständen angereichert werden, zum Teil als "Rauch", also in aerosol­ artiger Form in den Verbrennungsgasen verbleiben und nur mit sehr großem technischem Aufwand und beschränktem Erfolg abgeschieden werden können. In der Regel ist die Entsorgung der schwermetallhaltigen Verbrennungs­ rückstände nur in Sonderdeponien möglich.Flammable residues and waste materials are often burned. are these materials contaminated with heavy metals, so arise toxic heavy metal oxides, some of which are in the solid combustion back be enriched, sometimes as "smoke", ie in aerosol like form remain in the combustion gases and only with very large technical effort and limited success can be deposited. As a rule, the disposal of the heavy metal-containing combustion Residues only possible in special depots.

Es ist bekannt, Brennstoffe durch Partialoxydation mit Sauerstoff in einer Flammenreaktion, bei hohen Temperaturen und in der Regel erhöhtem Druck in ein CO- und H2-reiches Gas umzusetzen. Das erzeugte Gas wird nach entsprechender Kühlung, Reinigung und gegebenenfalls weiterer Umwandlung als Synthesegas, als Reduktionsgas oder für energetische Zwecke genutzt. Enthält der Brennstoff mineralische Bestandteile (Asche), so wird dieser Prozeß unter solchen Temperaturbedingungen geführt, daß die mineralischen Bestandteile eine schmelzflüssige Schlacke bilden, die nach Erstarrung und Abkühlung in einem Wasserbad als glasartiges Schlackegranulat vorliegt. Diese Schlacke ist wegen ihrer sehr geringen Auslaugbarkeit, ihrer Körnung und Schüttdichte gut deponierbar, häufig auch industriell verwertbar. It is known to convert fuels by partial oxidation with oxygen in a flame reaction, at high temperatures and usually elevated pressure in a CO and H 2 -rich gas. The gas produced is used after appropriate cooling, purification and optionally further conversion as synthesis gas, as a reducing gas or for energy purposes. If the fuel contains mineral constituents (ash), this process is conducted under such temperature conditions that the mineral constituents form a molten slag which, after solidification and cooling, is present in a water bath as glassy slag granules. This slag is well landfilled because of their very low leachability, their grain size and bulk density, often also industrially usable.

Gaserzeugungsverfahren der beschriebenen Art sind nicht auf den Einsatz von hochwertigen Brennstoffen beschränkt, sondern gestatten, wie unter anderem in den Patentschriften DE 28 31 208 und DE 38 20 013 gezeigt, auch die Verwertung von kohlenstoffhaltigen, brennbaren Rückständen mit hohen Gehalten an Ballaststoffen. So ist beispielsweise die Vergasung von verunreinigten, flüssigen Rückständen der Erdöl- und Teerverarbeitung, von koksartigen Rückständen oder von staubförmigen Kunststoffabfällen möglich.Gas generating processes of the type described are not limited to the use of high quality fuels, but allow, inter alia, in the Patent DE 28 31 208 and DE 38 20 013, also the recovery of carbonaceous, combustible Residues with high levels of fiber. So is for example, the gasification of contaminated, liquid residues of petroleum and tar processing, coke-like residues or dusty ones Plastic waste possible.

Bei einer Reihe von Abfallstoffen, die zur Vergasung herangezogen werden könnten, ist ein relativ hoher Gehalt an leichtflüchtigen Schwermetallen wie Blei, Zinn, Zink und Quecksilber gegeben. Ein Beispiel dafür sind Klärschlämme, die nach Trocknung bei einem Heizwert von etwa 15 MJ/kg folgende Gehalte dieser leichtflüssigen Schwermetalle aufweisen:For a number of waste materials used for gasification could be used is a relatively high salary on volatile heavy metals such as lead, tin, zinc and given mercury. An example of this is Sewage sludge, which after drying at a calorific value of about 15 MJ / kg following contents of this fluid Heavy metals have:

Bleilead 460 mg/kg460 mg / kg Zinntin 80 mg/kg80 mg / kg Zinkzinc 3700 mg/kg3700 mg / kg Quecksilbermercury 2 mg/kg2 mg / kg

Unter den üblichen Bedingungen der Partialoxydation werden diese Anteile von leichtflüchtigen Schwermetallen mindestens zum Teil verdampft und gehen als dampfförmige Metalle oder Metallverbindungen (beispielsweise als Chloride) in das CO- und H₂-reiche Rohgas über. Sie verursachen Probleme in den nachfolgenden Kühl- und Reinigungsstufen für das Rohgas. Es fallen ein mit Schwermetallverbindungen belastetes Abwasser und feste, teils toxische, schwermetallhaltige Rückstände an, deren Aufarbeitung beziehungsweise Deponie mit erheblichem Aufwand verbunden sein kann. Under the usual conditions of partial oxidation these proportions are volatile heavy metals at least partially vaporized and go as vaporous Metals or metal compounds (for example as Chloride) in the CO and H₂-rich raw gas over. you cause problems in subsequent cooling and cooling Cleaning stages for the raw gas. It comes with a Heavy metal compounds polluted wastewater and solid, Partly toxic, heavy metal-containing residues, whose Refurbishment or landfill with significant Expense can be connected.  

Aus US 4,376,108 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Entsorgung von schwefelhaltigen Abfällen bekannt, wobei unter schwefelhaltigen Abfällen Säureteere, Säureharze und Säureschlämme verstanden sind, die bei Raffinationsprozessen vor allem in der petrochemischen Industrie anfallen.From US 4,376,108 is a method and an apparatus known for the disposal of sulphurous waste, sulfuric acid being among sulphurous waste, Acid resins and acid slurries are understood in the Refining processes especially in the petrochemical Industry incurred.

Weiter sind dort Rückstände und Abfallprodukte der organischen Chemie mit schwefelhaltigen organischen Verbindungen wie Merkaptane vorhanden. Das vorgeschriebene Verfahren ist ein mehrstufiger Verbrennungsprozeß, bei dem am Ende der Schwefelgehalt des Einsatzgutes vollständig zu Schwefeldioxid oxidiert ist. Auch wenn die erste Stufe dieser Verbrennungsprozesse in einer reduzierenden Atmosphäre abläuft, ist das Verfahren nicht mit der in der Anmeldung beschriebenen und zugrundeliegenden Partialoxydation mittels technisch reinem Sauerstoff vergleichbar, die zu einem CO- und H₂-reichen, brennbaren Gas führt.Next there are residues and waste products of organic chemistry with sulfur-containing organic Compounds such as mercaptans exist. The prescribed procedure is a multi-level Combustion process in which at the end of the sulfur content of Starting material is completely oxidized to sulfur dioxide. Even if the first stage of these combustion processes in A reducing atmosphere is the process not with the one described and underlying in the application Partial oxidation by means of technically pure Oxygen comparable to a CO and H₂-rich, flammable gas leads.

Aufgabe der Erfindung ist es, durch entsprechende Ausgestaltung der bekannten Technologien der Gaserzeugung durch Partialoxydation ein Verfahren zur schadlosen Verwertung schwermetallbelasteter, brennbarer Rückstände und Abfallstoffe zu schaffen, bei denen mit einfachen Mitteln flüchtige Schwermetalle beherrscht werden, keine schwermetallbelasteten Abwässer anfallen und die geschilderten wirtschaftlichen Nachteile beseitigt werden.The object of the invention is, by appropriate Embodiment of the known technologies of gas production by partial oxidation a process for harmless Utilization of heavy metal contaminated, combustible residues and to create waste materials where using simple Volatile heavy metals are controlled, none incurred heavy metal polluted wastewater and the eliminated economic disadvantages become.

Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe durch den kennzeichnenden Teil des ersten Patentanspruches gelöst.According to the task set by the characterizing part of the first claim.

Vorteilhafte Ausführungen sind in den Unteransprüchen genannt. Advantageous embodiments are in the subclaims called.  

Die Erfindung sieht vor, daß die Partialoxydation in Anwesenheit einer solchen Menge von Schwefel beliebiger Bindungsform erfolgt, daß im Rohgas ein Schwefelwasserstoff-Partialdruck von mindestens 10 kPa erreicht wird, das erzeugte Rohgas unter dem erhöhten Druck in Kontakt mit Wasser gebracht und dabei gekühlt und durch Verdampfung eines Teils des Wassers gesättigt wird, wobei ein Teil des Schwefelwasserstoffes im Wasser gelöst wird, die im Rohgas mitgeführten Schwermetalle mit dem im Rohgas mitgeführten und dem im Wasser gelösten Schwefelwasserstoff unter Bildung von Schwermetallsulfiden reagieren und die gebildeten Schwermetallsulfide als sulfidhaltiger Schlamm von dem unverdampft gebliebenen Restwasser abgetrennt werden.The invention provides that the partial oxidation in Presence of such an amount of sulfur any Binding form takes place in the raw gas Hydrogen sulfide partial pressure of at least 10 kPa is reached, the raw gas generated under the increased Pressure brought into contact with water and thereby cooled and saturated by evaporation of a portion of the water being, taking part of the hydrogen sulfide in the water is dissolved, the heavy metals entrained in the raw gas the entrained in the raw gas and dissolved in the water Hydrogen sulfide to form Heavy metal sulfides react and the formed Heavy metal sulfides as sulfide-containing sludge of the remaining evaporated water are separated.

Erfindungswesentlich ist, daß eine zur Einstellung der Menge von Schwefel erforderliche Zusatzmenge von schwefelhaltigem Material gemeinsam mit den schwermetallbelasteten, brennbaren Rückständen der Partialoxydation zugeführt wird.Is essential to the invention that a for setting the Amount of sulfur required additional amount of Sulfur-containing material together with the heavy metals contaminated, combustible residues of Partialoxidation is supplied.

Weiterhin ist erfindungswesentlich, daß der Zusatz von Schwefel in Form von Elementarschwefel erfolgt, der aus einer aus dem Rohgas abgetrennten Schwefelwasserstoff-Fraktion gewonnen wird.Furthermore, it is essential to the invention that the addition of Sulfur in the form of elemental sulfur takes off a separated from the crude gas hydrogen sulfide fraction is won.

Von Vorteil ist weiterhin, daß der Zusatz von Schwefel in Form eines schwefelhaltigen Gases, vorzugsweise einer aus dem Rohgas abgetrennten Schwefelwasserstoff-Fraktion der Partialoxydation erfolgt.Another advantage is that the addition of sulfur in Form of a sulfur-containing gas, preferably one out the raw gas separated hydrogen sulfide fraction of Partial oxidation takes place.

Weiterhin ist erfindungswesentlich, daß die Partialoxydation in Anwesenheit von schlackebildenden, mineralischen Verbindungen aus der Gruppe SiO₂, CaO, MgO, Fe₂O₃, Al₂O₃ und unter solchen Temperaturbedingungen erfolgt, daß eine schmelzflüssige Schlacke gebildet wird, die einen Teil der Schwermetalle einbindet, die schmelzflüssige Schlacke durch den Kontakt mit dem Wasser zur Erstarrung gebracht wird, wobei sich ein Schlackegranulat von glasartiger Struktur bildet und der sulfidhaltige Schlamm zur Partialoxydation zurückgeführt wird.Furthermore, it is essential to the invention that the Partial oxidation in the presence of slag-forming, mineral compounds from the group SiO, CaO, MgO, Fe₂O₃, Al₂O₃ and under such temperature conditions  that a molten slag is formed, which incorporates part of the heavy metals, the molten slag by contact with the water is solidified, with a Slag granules of vitreous structure forms and the sulfide-containing sludge attributed to the partial oxidation becomes.

Die Erfindung sei an einem Ausführungsbeispiel, dessen Schema in der beiliegenden Zeichnung dargestellt ist, näher erläutert. Das Ausführungsbeispiel betrifft die Verwertung eines relativ stark mit Schwermetallen belasteten Klärschlamms aus der gemeinsamen Klärung von kommunalen und gewerblichen Abwässern. Der Klärschlamm wird nach vorangehender mechanischer Entwässerung mit folgender Zusammensetzung angeliefert:The invention is based on an embodiment whose Scheme is shown in the accompanying drawing, explained in more detail. The embodiment relates to Recycling a relatively strong with heavy metals contaminated sewage sludge from the joint clarification of municipal and commercial wastewater. The sewage sludge is with previous mechanical dewatering with following composition:

Wassergehalt (Anlieferungszustand)|40%Water content (as-delivered condition) | 40% Elementaranalyse (wasserfrei) @Elemental analysis (anhydrous) @ Kohlenstoffcarbon 35,9%35.9% Wasserstoffhydrogen 4,8%4.8% Stickstoffnitrogen 1,5%1.5% Sauerstoffoxygen 14,8%14.8% Schwefel (verbrennlich)Sulfur (burnt) 0,5% 0.5%   Ascheash 42,5%42.5% Heizwert (wasserfrei)Calorific value (anhydrous) 14,0 MJ/kg14.0 MJ / kg

Hauptsächliche Aschebestandteile (bezogen auf Glührückstand):Main ash constituents (related to incineration residue):

SiO₂|41%SiO₂ | 41% Al₂O₃Al₂O₃ 12%12% Fe₂O₃Fe₂O₃ 4%4% CaOCaO 23%23% MgOMgO 3%3% Na₂ONa₂O 0,7%0.7% K₂OK₂O 1%1% P₂O₅P₂O₅ 8%8th% SO₃SO₃ 2,3%2.3% Cl- Cl - 2%2%

Schwermetallgehalte (bezogen auf wasserfreien Klärschlamm):Heavy metal content (based on anhydrous sewage sludge):

AgAg 20 mg/kg20 mg / kg Asace 80 mg/kg80 mg / kg BaBa 1050 mg/kg1050 mg / kg CdCD 5 mg/kg5 mg / kg CrCr 260 mg/kg260 mg / kg CuCu 180 mg/kg180 mg / kg Hghg 3 mg/kg3 mg / kg MnMn 7210 mg/kg7210 mg / kg NiNi 60 mg/kg60 mg / kg Pbpb 570 mg/kg570 mg / kg Snsn 105 mg/kg105 mg / kg VV 50 mg/kg50 mg / kg ZnZn 2900 mg/kg2900 mg / kg

Der vorentwässerte Klärschlamm wird aus einem Bunker 1 einem Trockner 2 und einer nachgeschalteten Mahlanlage 3 mit entsprechenden, im Schema nicht dargestellten Sichteinrichtungen aufgegeben und zu einem einsatz­ fertigen, trockenen Staub von etwa 4% Wassergehalt und einer Körnung von etwa 20% Rückstand auf dem 0,2-mm-Sieb aufbereitet. Der fertige Staub wird über ein spezielles Einspeisesystem, bestehend aus Zwischen­ bunker 4, zyklisch betriebener Druckschleuse 5 und einem Einspeis- und Dosierbehälter 6 als dichtes Staub-Trägergas-Gemisch über eine Förder­ leitung 7 einem Brenner 8 eines Vergasungsreaktors 9 zugeführt. Als Trägergas dient Stickstoff, der über die Zuleitung 10 und einem Anströmboden in das Unterteil des Einspeise- und Dosierbehälters 6 eingeblasen wird, dort den von oben nachrutschenden Staub fluidisiert und mit diesem gemeinsam in die Förderleitung 7 eintritt. Über die Sauerstoffleitung 11 gelangt technischer Sauerstoff zum Brenner 8, der außerdem mit einer im Bild nicht dargestellten Zuführung von Erdgas als Hilfsbrennstoff versehen ist. In einem einbautenfreien Reaktionsraum 12 im Oberteil des Vergasungsreaktors 9, der unter einem Druck von ca. 20 MPa steht, reagieren Klärschlamm-Staub und technischer Sauerstoff unter Bildung einer Flamme miteinander. Dabei wird das Verhältnis von Sauer­ stoff zu Staub so eingestellt, daß ein im wesentlichen aus CO und H2 bestehendes Rohgas gebildet und Endtemperaturen in der Größenordnung von etwa 1400°C erreicht werden. Von der Zusammensetzung des Klärschlamms und deren Schwankungsbreite ist es abhängig, ob ein mehr oder weniger großer Hilfsbrennstoffstrom über den Brenner 8 zugeführt werden muß.The pre-dewatered sewage sludge is fed from a bunker 1 a dryer 2 and a downstream grinding plant 3 with corresponding vision devices not shown in the scheme and finished to use, dry dust of about 4% water content and a grain size of about 20% residue on the 0, 2 mm sieve prepared. The finished dust is fed via a special feed system consisting of intermediate bunker 4 , cyclically operated pressure lock 5 and a feed and metering 6 as a dense dust-carrier gas mixture via a conveyor line 7 to a burner 8 of a gasification reactor 9 . The carrier gas is nitrogen, which is injected via the supply line 10 and a distributor plate in the lower part of the feed and metering container 6 , there fluidized from the top of slipping dust and enters this together in the delivery line 7 . About the oxygen line 11 technical oxygen reaches the burner 8 , which is also provided with a supply of natural gas, not shown in the picture as an auxiliary fuel. In a built-in reaction chamber 12 in the upper part of the gasification reactor 9 , which is under a pressure of about 20 MPa, react sludge dust and technical oxygen to form a flame with each other. The ratio of oxygen to dust is adjusted so that a substantially consisting of CO and H 2 existing crude gas and final temperatures of the order of about 1400 ° C can be achieved. It depends on the composition of the sewage sludge and its fluctuation range whether a more or less large auxiliary fuel stream has to be supplied via the burner 8 .

Unter den im Reaktionsraum 12 herrschenden Temperaturbedingungen werden die mineralischen Bestandteile des Klärschlamm-Staubes in eine schmelz­ flüssige Schlacke überführt, die zusammen mit dem heißen Rohgas in den Kühlraum 13 im Unterteil des Vergasungsreaktors 9 eintritt. Über einen Düsenkranz 14 wird Wasser in den Kühlraum 13 eingeführt, das mit Rohgas und flüssiger Schlacke in Kontakt tritt. Dabei wird das Rohgas auf etwa 190°C abgekühlt und dieser Temperatur entsprechend mit Wasserdampf gesättigt. Die Schlacke fällt in ein Wasserbad 15 am Boden des Kühl­ raumes 13 und erstarrt zu einem Granulat.Under the temperature conditions prevailing in the reaction space 12 , the mineral constituents of the sewage sludge dust are transferred into a molten slag which enters the cooling space 13 in the lower part of the gasification reactor 9 together with the hot raw gas. Via a nozzle ring 14 , water is introduced into the cooling space 13 , which comes into contact with raw gas and liquid slag. The crude gas is cooled to about 190 ° C and this temperature saturated with water vapor accordingly. The slag falls into a water bath 15 at the bottom of the cooling chamber 13 and solidifies into granules.

Das Rohgas verläßt den Kühlraum 13 über einen seitlichen Stutzen und gelangt in den Abhitzekessel 16, in dem Niederdruckdampf von etwa 0,6 MPa erzeugt, das Rohgas auf ca. 160°C abgekühlt und ein Großteil des Sättigungswasserdampfes aus dem Rohgas kondensiert wird. Über Kühler 17 tritt das Gas in die Entschwefelungsanlage 18. Mit einem Teil des Reingases wird der Trockner 2 beheizt. Die verbleibende Menge wird zum Betrieb von Gasmotoren eingesetzt. The raw gas leaves the cooling chamber 13 via a side nozzle and enters the waste heat boiler 16 , produced in the low-pressure steam of about 0.6 MPa, the raw gas cooled to about 160 ° C and a large part of the saturated water vapor is condensed from the crude gas. Via cooler 17 , the gas enters the desulfurization system 18th With a portion of the clean gas, the dryer 2 is heated. The remaining amount is used to operate gas engines.

Der unverdampft bleibende Rest des Kühlwassers, der sich im Wasserbad 15 sammelt, wird, soweit nicht zusammen mit Schlacke über die inter­ mittierend betriebene Schlackenschleuse 19 ausgetragen, über einen Überlauf 20 und ein Entspannungsventil 21 in einen Entspannungsbehälter 22 entspannt. Schlacke und Wasserinhalt der Schlackenschleuse 19 werden in eine Schlackenwanne 23 überführt, aus der die Schlacke über ein Kratzerband ausgetragen wird. Das aus dem Entspannungsbehälter 22 und der Schlackenwanne 23 ablaufende Abwasser wird mit Hilfe des Filters 24 von feindispersen Feststoffen befreit und wird nach Behandlung in einer Abwasseraufbereitung abgestoßen.The unevaporated remaining remainder of the cooling water, which collects in the water bath 15 is, if not discharged together with slag on the inter mittent operated slag lock 19 , over an overflow 20 and an expansion valve 21 in a flash tank 22 relaxed. Slag and water content of the slag lock 19 are transferred into a slag tank 23 , from which the slag is discharged via a scraper belt. The effluent from the flash tank 22 and the slag tank 23 wastewater is freed by the filter 24 of finely dispersed solids and repelled after treatment in a wastewater treatment.

Das in Abhitzekessel 16 und Kühler 17 anfallende Gaskondensat wird im Behälter 25 gesammelt und über eine Kühlwasserleitung 26 und eine Druckerhöhungspumpe 27 dem Düsenkranz 14 zugeführt. Ein Defizit wird durch Frischwasserzufuhr über Leitung 28 ausgeglichen.The resulting in waste heat boiler 16 and cooler 17 gas condensate is collected in the container 25 and fed via a cooling water line 26 and a booster pump 27 to the nozzle ring 14 . A deficit is compensated by fresh water supply via line 28 .

Die als Block dargestellte Entschwefelungsanlage 18 wäscht in internen Waschkreisläufen die im Rohgas enthaltenen Schwefelverbindungen, das sind Schwefelwasserstoff und zu einem sehr kleinen Anteil Kohlenoxisulfid, aus und arbeitet sie mittels einer Clausanlage zu verkaufsfähigem Elementarschwefel auf.The desulfurization unit 18 , shown as a block, washes the sulfur compounds present in the raw gas, which are hydrogen sulphide and a very small proportion of carbon oxysulphide, into internal wash cycles and works them up by means of a Claus plant to salable elemental sulfur.

Unter den hier beschriebenen Bedingungen werden unter Einsatz von 380 m³ i.N. (im Normalzustand) technischem Sauerstoff 1050 m3 i.N. Reingas mit einem Heizwert von 9,9 MJ/m3 i.N. bezogen auf 1 t Klärschlamm (wasserfrei) erzeugt.Under the conditions described here, 1050 m 3 of pure gas with a calorific value of 9.9 MJ / m 3 in relation to 1 t of sewage sludge (anhydrous) are produced using 380 m 3 of (in normal state) technical oxygen.

Der in organischer und anorganischer Bindung vorliegende Schwefelgehalt des eingesetzten Klärschlamms wird, wie bereits dargestellt, im Reaktionsraum 12 praktisch quantitativ zu Schwefelwasserstoff und Kohlenoxisulfid umgewandelt, wobei eine Relation zwischen beiden Verbindungen von 10 bis 20 zu 1 gefunden wird. Unter den im Ausführungs­ beispiel dargestellten Bedingungen würde sich an der Stelle des Eintritts in den Kühlraum 13 ein Schwefelwasserstoff-Partialdruck von ca. 4 kPa im Rohgas einstellen. Um den Schwefelwasserstoff-Partialdruck zu erhöhen, wird dem Klärschlamm vor Eintritt in die Trocknungsanlage Calciumsulfat in Form von Gips aus Rauchgasentschwefelungsanlagen (in der Zeichnung als REA-Gips bezeichnet) zugesetzt. Der Zusatz beträgt auf wasserfreie Basis gerechnet 6%.The present in organic and inorganic binding sulfur content of the sewage sludge used is, as already shown, virtually quantitatively converted to hydrogen sulfide and Kohlenoxisulfid in the reaction chamber 12 , wherein a relation between the two compounds of 10 to 20 to 1 is found. Under the conditions shown in the embodiment example, at the point of entry into the cooling chamber 13, a hydrogen sulfide partial pressure of about 4 kPa in the raw gas would be set. To increase the hydrogen sulfide partial pressure, the sewage sludge is added before entering the drying plant calcium sulfate in the form of gypsum from flue gas desulphurisation plants (referred to in the drawing as REA gypsum). The addition is calculated on an anhydrous basis 6%.

Der Gips wird unter den Bedingungen im Reaktionsraum unter Bildung von Schwefelwasserstoff zersetzt, so daß sich der Schwefelwasserstoff- Partialdruck etwa verdoppelt. Der eingebrachte Calcium-Anteil geht in die Schlacke und verbessert deren Schmelz- und Fließverhalten.The gypsum is under the conditions in the reaction space to form Decomposes hydrogen sulfide so that the hydrogen sulfide Partial pressure approximately doubled. The introduced calcium content goes into the slag and improves its melting and flow behavior.

Die mit dem Klärschlamm eingebrachten Schwermetallgehalte werden abhängig von der Flüchtigkeit des betreffenden Elementes zu unter­ schiedlichen Anteilen in die Schlacke eingebunden. Der Rest geht als Dampf in die Gasphase über. Unter der Wirkung des hohen Schwefelwasser­ stoff-Partialdruckes von ca. 16 kPa wird ein Teil der flüchtigen Schwermetalle in der Gasphase zu Sulfiden umgewandelt. Diese nicht oder vergleichsweise nur schwach toxischen Schwermetallsulfide gehen im Zuge der Abkühlung in die feste Phase über und werden als feindisperser Schlamm vom unverdampft gebliebenen Anteil des in den Kühlraum 13 eingespritzen Wassers aufgenommen. Der andere Teil der Schwermetall­ dämpfe geht bei dem Kontakt mit dem eingespritzen Wasser zunächst in Lösung, wird mit dem gleichzeitig vom Wasser aufgenommenen Schwefelwas­ serstoff als unlösliches Sulfid ausgefällt und verbleibt ebenfalls als sulfidischer Schlamm im restlichen Wasser. Der Schlamm mit den Schwer­ metallsulfiden wird, wie bereits dargestellt, im Filter 24 aus dem entspannten Abwasser abgeschieden. Um eine Verunreinigung der Schlacke durch anhaftenden, mit Sulfiden belasteten Schlamm zu vermeiden, wird die Schlacke mit Wasser abgespült, das dem Abwasserstrom nach dem Filter entnommen und über eine Waschwasserleitung 30 einer Brauseeinrichtung 29 zugeführt wird. Diese Brauseeinrichtung ist am Kopf des Kratzerbandes angeordnet, mit dem die Schlacke aus der Schlackenwanne 23 ausgetragen wird.Depending on the volatility of the element in question, the heavy metal contents introduced with the sewage sludge are incorporated into the slag under different proportions. The remainder passes as vapor into the gas phase. Under the effect of the high hydrogen sulfide partial pressure of about 16 kPa, a part of the volatile heavy metals in the gas phase is converted to sulfides. These non or comparatively only weakly toxic heavy metal sulphides pass into the solid phase during cooling and are taken up in the form of finely dispersed sludge from the part of the water injected into the cooling chamber 13 which has remained unevaporated. The other part of the heavy metal vapors is in contact with the injected water first in solution, is precipitated with the same time taken up by the water Schwefelwas hydrogen as insoluble sulfide and also remains as sulfidic sludge in the remaining water. The sludge with the heavy metal sulfides is, as already shown, deposited in the filter 24 from the expanded wastewater. In order to avoid contamination of the slag by adhering, loaded with sulfides sludge, the slag is rinsed with water, which is removed from the sewage stream after the filter and fed via a wash water line 30 a shower device 29 . This shower device is arranged at the head of the scraper belt with which the slag is discharged from the slag tank 23 .

Der in die Schlacke eingebundene Anteil der Schwermetalle ist mit atmosphärischen Wässern nicht auslaugbar. Die körnige und mit hoher Schüttdichte lagerbare Schlacke ist zumindest problemlos deponierbar, in der Regel aber für unterschiedlichste Anwendungsgebiete verwertbar.The part of the heavy metals involved in the slag is with atmospheric waters are not leachable. The grainy and with high Bulk density storable slag is at least easily landfilled, in but usually usable for a wide range of applications.

In dem mit Schwermetallsulfiden angereicherten Schlamm aus dem Filter 24 sind Silber und Blei bis zum einstelligen Promillenbereich, Zink auf Werte bis zu 15% angereichert. Eine metallurgische Aufarbeitung des Schlamms ist möglich, doch kann zur wesentlichen Erhöhung des in der Schlacke fest eingebundenen Anteils dieser Elemente ein großer Teil des schwermetallsulfidhaltigen Schlamms dem Einsatzgut bzw. dem REA-Gips vor Eintritt in den Trockner 2 zugesetzt und in den Prozeß zurückgeführt werden.In the enriched with heavy metal sulfide sludge from the filter 24 silver and lead are enriched to the single-digit per thousand range, zinc to values up to 15%. A metallurgical work-up of the sludge is possible, but can be added to the feedstock or the REA gypsum before entering the dryer 2 and recycled to the process to substantially increase the firmly embedded in the slag fraction of these elements, a large part of the heavy metal sulfide sludge.

Es besteht die Möglichkeit, statt Gips dem Einsatzgut einen Teil des erzeugten Schwefels zuzusetzen. Der Schwefel in einer Menge von ca. 1,4% wird in diesem Fall in fester Form, unmittelbar vor der Mahlanlage 3 eingesetzt. Während bei Einsatz von 6% REA-Gips eine Ausbeute an verkaufsfähigem Schwefel von etwa 18 kg/t Klärschlamm (wasserfrei) erreicht wird, reduziert sich diese Menge auf etwa 4 kg/t bei ausschließlicher Rückführung von Schwefel eigener Erzeugung.It is possible, instead of gypsum, to add a portion of the sulfur produced to the feedstock. The sulfur in an amount of about 1.4% is used in this case in solid form, immediately before the grinding plant 3 . While using 6% REA gypsum yields a salable sulfur yield of about 18 kg / t sewage sludge (anhydrous), this amount is reduced to about 4 kg / t with the exclusive recovery of own sulfur.

Obwohl in der Zeichnung nicht dargestellt, besteht im Bedarfsfall die Möglichkeit, statt Schwefel oder schwefelhaltigem Material in fester Form auch schwefelreiche Gase, wie Schwefeldioxid aus Rauchgasentschwe­ felungsanlagen oder schwefelwasserstoffreiche Gasfraktionen aus der Gasentschwefelungsanlage der Partialoxydation zuzuführen. Die Zuführung erfolgt dann nach entsprechender Verdichtung über den Brenner 8.Although not shown in the drawing, it is possible, if necessary, instead of sulfur or sulfur-containing material in solid form and sulfur-rich gases such as sulfur dioxide from Rauchgasentschwe felungsanlagen or hydrogen-rich gas fractions from the gas desulfurization of Partialoxydation supply. The supply then takes place after appropriate compression via the burner. 8

Liste der verwendeten BezugszeichenList of reference numbers used

 1 Bunker
 2 Trockner
 3 Mahlanlage
 4 Zwischenbunker
 5 Druckschleuse
 6 Einspeiser und Dosierbehälter
 7 Förderleitung
 8 Brenner
 9 Vergasungsreaktor
10 Stickstoff-Zuleitung
11 Sauerstoffleitung
12 Reaktionsraum
13 Kühlraum
14 Düsenkranz
15 Wasserbad
16 Abhitzekessel
17 Kühler
18 Entschwefelungsanlage
19 Schlackenschleuse
20 Überlauf
21 Entspannungsventil
22 Entspannungsbehälter
23 Schlackenwanne
24 Filter
25 Behälter
26 Kühlwasserleitung
27 Druckerhöhungspumpe
28 Frischwasserleitung
29 Brauseeinrichtung
30 Waschwasserleitung
1 bunker
2 dryers
3 grinding plant
4 intermediate bunkers
5 pressure lock
6 Feeder and dosing tank
7 support line
8 burners
9 gasification reactor
10 nitrogen supply line
11 oxygen line
12 reaction space
13 refrigerator
14 nozzle ring
15 water bath
16 waste heat boiler
17 coolers
18 desulphurisation plant
19 slag lock
20 overflow
21 relaxation valve
22 relaxation tank
23 slag tank
24 filters
25 containers
26 cooling water pipe
27 booster pump
28 fresh water pipe
29 shower unit
30 wash water pipe

Claims (5)

1. Verfahren zur Verwertung schwermetallbelasteter brennbarer Rückstände durch Partialoxydation mit einem sauerstoffhaltigen Oxydationsmittel in Form einer Flammenreaktion unter erhöhtem Druck, wobei ein CO- und H₂-reiches Rohgas erzeugt, ein Schwefelgehalt der Rückstände mindestens zu einem Teil in Schwefelwasserstoff umgewandelt, der sich dem Rohgas beimischt, und mindestens ein Teil der in den zur Verwertung gelangenden Materialien enthaltenen Schwermetalle als Dampf in das Rohgas überführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Partialoxydation in Anwesenheit einer solchen Menge von Schwefel beliebiger Bindungsform erfolgt, daß im Rohgas ein Schwefelwasserstoff-Partialdruck von mindestens 10 kPa erreicht wird, das erzeugte Rohgas unter dem erhöhten Druck in Kontakt mit Wasser gebracht und dabei gekühlt und durch Verdampfung eines Teils des Wassers gesättigt wird, wobei ein Teil des Schwefelwasserstoffes im Wasser gelöst wird, die im Rohgas mitgeführten Schwermetalle mit dem im Rohgas mitgeführten und dem Wasser gelösten Schwefelwasserstoff unter Bildung von Schwermetallsulfiden reagieren und die gebildeten Schwefelmetallsulfide als sulfidhaltiger Schlamm von dem unverdampft gebliebenen Restwasser abgetrennt werden.1. A method for recycling heavy metal contaminated combustible residues by partial oxidation with an oxygen-containing oxidant in the form of a flame reaction under elevated pressure, wherein a CO and H₂-rich raw gas produced, a sulfur content of the residues at least partially converted to hydrogen sulfide, which admixes the raw gas , and at least part of the heavy metals contained in the materials to be recycled is transferred as a vapor into the raw gas, characterized in that the partial oxidation takes place in the presence of such an amount of sulfur any binding form that in the crude gas, a hydrogen sulfide partial pressure of at least 10 kPa is achieved, brought the raw gas produced under the increased pressure in contact with water and thereby cooled and saturated by evaporation of a portion of the water, wherein a portion of the hydrogen sulfide is dissolved in the water, the heavy metals entrained in the raw gas react with the hydrogen sulfide entrained in the raw gas and dissolved in the water to form heavy metal sulfides and the sulfur metal sulfides formed are removed as sulfide-containing sludge from the residual water remaining unevaporated. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine zur Einstellung der Menge von Schwefel erforderliche Zusatzmenge von schwefelhaltigem Material gemeinsam mit dem schwermetallbelasteten, brennbaren Rückständen der Partialoxydation zugeführt wird. 2. The method according to claim 1, characterized that one for adjusting the amount of sulfur required additional amount of sulphurous Material together with the heavy metal contaminated, combustible residues fed to the partial oxidation becomes.   3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatz von Schwefel in Form von Elementarschwefel erfolgt, der aus einer aus dem Rohgas abgetrennten Schwefelwasserstoff-Fraktion gewonnen wird.3. The method according to claim 2, characterized that the addition of sulfur in the form of Elemental sulfur takes place from one of the Crude gas separated hydrogen sulfide fraction is won. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatz von Schwefel in Form eines schwefelhaltigen Gases, vorzugsweise einer aus dem Rohgas abgetrennten Schwefelwasserstoff-Fraktion der Partialoxydation erfolgt.4. The method according to claim 1, characterized that the addition of sulfur in the form of a Sulfur-containing gas, preferably one of the Crude gas separated hydrogen sulfide fraction of the Partial oxidation takes place. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Partialoxydation in Anwesenheit von schlackebildenden, mineralischen Verbindungen aus der Gruppe SiO2, CaO, MgO, Fe₂O₃, Al₂O₃ und unter solchen Temperaturbedingungen erfolgt, daß eine schmelzflüssige Schlacke gebildet wird, die einen Teil der Schwermetalle einbindet, die schmelzflüssige Schlacke durch den Kontakt mit dem Wasser zur Erstarrung gebracht wird, wobei sich ein Schlackegranulat von glasartiger Struktur bildet und der sulfidhaltige Schlamm zur Partialoxydation zurückgeführt wird.5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the partial oxidation takes place in the presence of slag-forming, mineral compounds from the group SiO 2 , CaO, MgO, Fe₂O₃, Al₂O₃ and under such a temperature conditions that a molten slag is formed, which incorporates a part of the heavy metals, the molten slag is solidified by contact with the water, forming a slag granules of vitreous structure and the sulfide-containing sludge is recycled to the partial oxidation.
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