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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Behandlung eines kohlenwasserstoffhältigen Feststoffes und/oder Schlammes, insbesondere eines Walzzunderschlammes und/oder Schleifschlammes, wobei der Feststoff und/oder Schlamm in einem ersten Verfahrensschritt erwärmt und von leicht-flüchtigen Komponenten, insbesondere von Wasser, befreit wird, und in einem zweiten Verfahrensschritt erwärmt und von weiteren flüchtigen Komponenten, insbesondere von Kohlenwasserstoffen, befreit wird, wobei Abgas des ersten und/oder zweiten Verfahrensschrittes jeweils einer geeigneten Abgasbehandlung unterzogen wird.
Bei der Stahlverarbeitung, insbesondere bei der Umformung der Brammen in einem Walzwerk fällt sogenannter Zunder, insbesondere Walzzunder an. Sogenannter Zunder entsteht beispielsweise auch beim Betrieb von Stranggussanlagen.
Bedingt durch Betriebsmittel, insbesondere Fette und Öle, wie sie vorzugsweise als reibungsvermindernde Zusätze zum Einsatz gelangen, erfolgt eine Kontamination des Zunders, wodurch eine Wiederverwertung bedeutend erschwert oder gar unmöglich wird.
Im Stand der Technik sind verschiedene Methoden bekannt den Walzzunderschlamm, wie eine Mischung aus Zunder, Öl, Fett und Wasser genannt wird, einer Wiederverwertung zu zuführen.
Dabei wird der Walzzunderschlamm, der im Zuge der Abwasseraufbereitung des Hüttenwerks
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Konversionsverfahren werden die Schlämme mechanisch vorentwässert, in den Innenraum eines indirekt beheizten Stetigförderers befördert und dort einer Aufheizung bei gleichzeitigem Austrieb der leichtflüchtigen Komponenten ausgesetzt. In einer darauffolgenden zweiten Stufe erfolgt ein Verweilen bei Konversionstemperatur zum restlichen Austrieb der flüchtigen Komponenten aus dem Feststoffprodukt.
In der Praxis stellt sich diese Vorgangsweise als vergleichsweise ineffizient dar, da die geforderten niedrigen Kohlenwasserstoff-Gehalte durch die dargestellte Vorrichtung, sowie Verfahrensweise unter dem Gesichtspunkt eines wirtschaftlichen Betriebes einer derartigen Anlage nicht erreicht werden.
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einer Vakuumtrocknung unterzogen werden. Wiederum zeigt die Praxis eine relative Ineffizienz der Anlage, sowie damit verbundene hohe Errichtung-un Betriebskosten.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Nachteile aus dem Stand der Technik zu überwinden, und ein einfaches und wirtschaftliches Verfahren sowie eine geeignete Vorrichtung zur Durchführung des genannten Verfahrens zu entwickeln.
Diese Aufgabe wird entsprechend dem erfindungsgemässen Verfahren nach dem kennzeichenden Teil des Anspruchs 1, sowie entsprechend der erfindungsgemässen Vorrichtung nach dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 18 gelöst.
Dadurch, dass nach einem Merkmal der Erfindung der zweite Verfahrensschritt, also die weitere Erwärmung des Feststoffes und/oder Schlammes zum Austreiben der restlichen flüchtigen Komponenten, zumindest teilweise in einer Atmosphäre mit einem Sauerstoffanteil, vorzugsweise bezogen auf trockene Luft, von grösser als 20, 8 Vol% Sauerstoff, bevorzugt mit einem Sauerstoffanteil, vorzugsweise bezogen auf trockene Luft, von 25 bis 50 Vol% Sauerstoff, erfolgt, wird der Feststoff und/oder Schlamm gegenüber dem Stand der Technik erheblich schneller von einem Grossteil der enthaltenen Kohlenwasserstoffen befreit. Der Sauerstoff wirkt gezielt auf die im Feststoff und/oder Schlamm enthaltenen Kohlenwasserstoffe, und führt so zu einer Absenkung der Reaktionstemperatur und zu einem rascheren Abdampfen der Kohlenwasserstoffe.
Nach einem Merkmal der Erfindung wird die Sauerstoffkonzentration und/oder die Sauerstoffmenge in der Atmosphäre des zweiten Verfahrensschrittes gezielt geregelt. Damit kann auf vorteilhafte Weise die Art und Zusammensetzung des Einsatzmateriales des zweiten Verfahrensschrittes berücksichtigt werden. Je nach Art und Zusammensetzung des Feststoffes und/oder Schlammes, sowie in Abhängigkeit des Reaktionsfortschrittes, ist eine vorbestimmte Sauerstoffkonzentration und/oder Sauerstoffmenge in der Atmosphäre des zweiten Verfahrensschrittes einzustellen. Auf diese Weise kann das erfindungsgemässe Verfahren besonders wirtschaftlich betrieben werden.
Nach weiteren bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung wird der zweite Verfahrensschritt in einer Atmosphäre mit einem Sauerstoffanteil, vorzugsweise bezogen auf trockene Luft, von grösser als 22 oder 27 Vol% Sauerstoff durchgeführt.
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Die Erfindung erweist sich bei der Behandlung von, vorzugsweise zunderhältigen, Schlämmen, insbesondere Walzzunderschlämmen und/oder Schleifschlämmen, als besonders vorteilhaft, und ist diesbezüglich am ausführlichsten dokumentiert. Die Ausführungen zu diesem speziellen Medium haben jedoch nur beispielhaften Charakter, und schränken die Anwendung des Erfindungsgegenstandes in keiner Weise, auf die Behandlung von Schlämmen allgemein oder Walzzunderschlämmen im speziellen, ein.
Das erfindungsgemässe Verfahren und die erfindungsgemässe Vorrichtung kann auch zur Behandlung anderer kohlenwasserstoffhältiger Feststoffe und/oder Schlämme der metallverarbeitenden Industrie angewendet werden, wie sie beispielsweise bei der Herstellung oder Bearbeitung von Aluminium, Titan, oder Kupfer anfallen. Weiters können auch kohlenwasserstoffhältige Feststoffe und/oder Schlämme aus der nichtmetall-verarbeitenden Industrie, insbesondere Schleifschlämme, gemäss dem erfinderischen Verfahren behandelt werden.
Das erfindungsgemässe Verfahren sowie die erfindungsgemässe Vorrichtung eignet sich weiters zur Reinigung von ölkontaminierten Böden, wobei das Endprodukt beispielsweise als Baustoff wieder verwendet werden kann.
Der Sauerstoff wird nach verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung beispielsweise als technischer Sauerstoff oder als Bestandteil eines Gasgemisches, insbesondere in Form von Luft, bereit gestellt, und/oder gezielt zugeführt. Daneben ist es denkbar den Sauerstoff durch adund/oder absorbierende Feststoffe, in flüssiger Form, oder in Form einer sauerstoff-freisetzenden chemischen Verbindung bereitzustellen. Bei der Zufuhr des Sauerstoffträgers, insbesondere des technischen Sauerstoffes, zur Durchführung des zweiten Verfahrensschrittes, insbesondere in einen Trockner, handelt es sich um eine geregelte Zufuhr.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird im zweiten Verfahrensschritt die Temperatur des Feststoffes und/oder Schlammes gezielt geregelt. Dabei erfolgt die Regelung mit Rücksicht auf das Sauerstoffangebot der Atmosphäre, und/oder auf die Zusammensetzung des zu behandelnden Festkörpers und/oder Schlammes, und/oder auf den Reaktionsfortschritt des Austreibens der Kohlenwasserstoffe.
Nach verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung ist es möglich den erfindungsgemässen ersten und/oder zweiten Verfahrensschritt sowohl bei Atmosphärendruck, als auch bei Über-oder Unterdruck zu betreiben.
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Erfindungsgemäss erfolgt im ersten Verfahrensschritt eine, insbesondere indirekte, Beheizung des Trockners, worauf bei einer, auf den Feststoff und/oder Schlamm bezogenen, druckabhängigen Innentemperatur von 40 bis 200 C, insbesondere 90 bis 110 C, besonders bevorzugt bei etwa 105 C (bei 1 atm), ein Abdampfen der, im Feststoff und/oder Schlamm enthaltenen, leichtflüchtigen Komponenten, insbesondere des Wassers, erfolgt. Sind die leichtflüchtigen Komponenten abgedampft, wird im zweiten Verfahrensschritt eine weitere Erwärmung herbeigeführt, wobei flüchtige Kohlenwasserstoffe den Feststoff und/oder Schlamm verlassen und abdampfen.
Durch den Sauerstoff, welcher insbesondere ab 140 C diesen Vorgang wesentlich beschleunigt, erfolgt eine teilweise exotherme Oxidation der Kohlenwasserstoffe zu Kohlenmonoxid und/oder Kohlendioxid, und gegebenenfalls ein exothermes, teilweises Aufoxidieren des Feststoffes und/oder Schlammes, beispielsweise des Eisenoxides eines Walzzunderschlammes von Wüstit zu Haematit und/oder zu Magnetit. Mit dieser Oxidation geht eine Beschleunigung der Erwärmung sowie der Crackvorgänge, einher, wobei vermehrt kurzkettige Kohlenwasserstoffe entstehen. Zumindest ein Teil des Sauerstoffes der Atmosphäre wird in Folge der genannten Reaktionen verbraucht.
Im Gegensatz zum Stand der Technik befindet sich im Abgas des vorliegenden erfindungsgemässen Verfahrens ein grosser Anteil an kurzkettigen Kohlenwasserstoffen, wodurch sich die weitere Abgasbehandlung wesentlich vereinfacht.
Der zweite Verfahrensschritt erfolgt nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bei
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von l atm).
Durch die erfindungsgemässe Abtrennung der Kohlenwasserstoffe aus dem Feststoff und/oder Schlamm, insbesondere aus dem Walzzunderschlamm, kann das Endprodukt des Verfahrens auch in Sinteranlagen oder anderen Einrichtungen, für welche ein niedriger Gehalt an Kohlenwasserstoffen nötig ist, eingesetzt werden.
Die Aufoxidation des Wüstits zu Haematit und/oder zu Magnetit im zweiten Verfahrensschritt des erfindungsgemässen Verfahrens ist grundsätzlich nicht beabsichtigt, da insbesondere bei einem Einsatz des behandelten Materiales in einem Reduktionsaggregat der Eisen- und Stahlindustrie die vorhergehende Aufoxidation wiederum zusätzliche Reduktionsarbeit erfordert. Allerdings erfolgt die Aufoxidation des Wüstits in einer stark exothermen Reaktion, wodurch die
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Temperatur im Innenraum des Trockers rasch und ohne zusätzliche Beheizung ansteigt, und erhebliche Heizkosten eingespart werden können. Darüber hinaus trägt auch die Oxidation der Kohlenwasserstoffe zur weiteren Erwärmung des Walzzunderschlammes bei.
Ab einer Temperatur von 180 - 200 C ist die Umsetzung der flüssigen Phasen des Walzzunderschlammes im wesentlichen abgeschlossen, worauf, durch den Ablauf exothermer Reaktionen, insbesondere der Oxidation des Wüstits zu Haematit und/oder zu Magnetit, ein starker Temperaturanstieg, erfolgt.
Durch die teilweise Aufoxidation des im Walzzunderschlamm enthaltenen Metalles, insbesondere des Eisens, stellt sich bei Zugabe des Endproduktes in ein metallurgisches Aggregat, beispielsweise in einen Elektroofen, eine kühlende Wirkung ein. So wird in der Walzzunderschlamm-Behandlung die Wärme der exothermen Oxidation des Eisens, und an anderer Stelle die kühlende Wirkung des aufbereiteten und aufoxidierten Endproduktes genützt.
Da der Sauerstoff im zweiten Verfahrensschritt, wie beschrieben, zu einer starken Erwärmung führt, kann durch Zuleiten von Inertgasträgem, wie beispielsweise durch Einleiten von Stickstoff, in den Trockner das Angebot an Sauerstoff begrenzt, und damit die Temperatur eingestellt werden. Nach einer weiteren Variante kann, um insbesondere eine übermässige Erwärmung des Trockners zu verhindern, die Gaszufuhr abgestellt werden.
Gegenüber dem Stand der Technik werden eine verkürzte Behandlungszeit des Feststoffes und/oder Schlammes, insbesondere des Walzzunderschlammes, eine niedrigere Verfahrenstemperatur, sowie ein wirtschaftlicherer Betrieb einer derartigen Vorrichtung und eines derartigen Verfahrens verwirklicht.
Nach weiteren Ausführungsformen der Erfindung erfüllt der erfindungsgemässe Trockner auch die Funktion eines Mischers und/oder Granulators.
Die Parameter des erfindungsgemässen Verfahrens zur Behandlung des kohlenwasserstoffhältigen Feststoffes und/oder Schlammes können grundsätzlich unabhängig von einander gewählt werden.
Zweckmässig ist jedoch eine Anpassung der Verfahrensparameter des ersten und zweiten Verfahrensschrittes, beispielsweise die Abstimmung der Behandlungstemperaturen und/oder Verweilzeiten des ersten und zweiten Verfahrensschrittes.
Nach einem Merkmal der Erfindung erfolgt die Behandlung des Feststoffes und/oder Schlammes, insbesondere der zweite Verfahrensschritt, im wesentlichen quasikontinuierlich.
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Anlagen und Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. 19, soweit dem Fachmann aus dem Stand der Technik bekannt, sind durch einen diskontinuierlichen bzw. batch-Betrieb gekennzeichnet. Gegenüber dieser Betriebsweise zeichnet sich ein quasikontinuierlicher oder kontinuierlicher Prozess durch eine gesteigerte Wirtschaftlichkeit aus, wobei gegebenenfalls eine zumindest teilweise Rezyklierung der Abgase verwirklicht werden kann.
Bei einer quasikontinuierlichen Betriebsweise wird ein, gegenüber dem gesamten im Trockner befindlichen Material, kleiner Teil des behandelten Materials aus dem Trockner ausgebracht, während unbehandeltes Material in den Trockner eingebracht wird. Im Unterschied zur kontinuierlichen Betriebsweise erfolgt dieser Austausch nicht zwingend kontinuierlich und/oder zeitlich überlappend. Nach einer bevorzugten Ausführungsform kann die Einbringung des Feststoffes und/oder Schlammes in den Trockner über einen Zwischenbunker mit einer entsprechenden Dosiereinrichtung erfolgen.
Gegenüber einer kontinuierlichen Betriebsweise zeichnet sich der quasikontinuierliche Betrieb durch seine hohe Prozess-und Betriebssicherheit aus.
Das erfindungsgemässe Verfahren bzw. die erfindungsgemässe Vorrichtung eignet sich jedoch auch für eine kontinuierliche oder diskontinuierliche Betriebsweise.
Nach einem zusätzlichen Merkmal der Erfindung, werden die Abgase, die in der Hauptsache aus CO, CO2, Os, sowie gasförmigen Kohlenwasserstoffen bestehen, aus dem Reaktionsraum abgezogen, und einer Abgasbehandlung, insbesondere einer zumindest teilweisen Rezyklierung, unterworfen.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung werden die Schlämme vor der thermischen Behandlung mechanisch und/oder chemisch vorgetrocknet, insbesondere vorentwässert. Durch die Vortrocknung bzw. Vorentwässerung wird bereits ein grosser Anteil des Wassers aus den Walzzunderschlämmen entfernt, wodurch sich die Durchlauf-bzw. Behandlungszeiten im Trockner deutlich verringern.
Nach einem zusätzlichen erfindungsgemässen Merkmal wird die Temperatur im Trockner, insbesondere die Temperatur des Feststoffes und/oder Schlammes, indirekt oder direkt, und/oder der Kohlenmonoxid-und/oder der Kohlendioxid- und/oder der Wasserstoffgehalt und/oder der Sauerstoffgehalt des Abgases des ersten und/oder zweiten Verfahrensschrittes gemessen, und aufgrund der ermittelten Messgrössen eine Regelung der Prozessparameter durchgeführt.
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Nach einer besonderen Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes wird der Wasserstoffgehalt im Trockner oder in einer Leitung am Trockner gemessen. Damit kann eine hohe Betriebssicherheit sichergestellt werden. Sollte eine gefährliche Konzentration von H2 detektiert werden, wird die 02-Zufuhr in den Trockner gestoppt und gegebenenfalls mit N2 gespült.
Durch die Auswertung der Messgrössen sind genaue Rückschlüsse auf den Reaktionsfortschritt des Verfahrens möglich. Somit kann ein Produkt hergestellt werden, dass eine gleichbleibende Zusammensetzung aufweist, und den hohen Qualitätsnormen der Eisen- und Stahlindustrie entspricht. Insbesondere bei der Verwertung des Endproduktes des erfindungsgemässen Verfahrens in einer Sinteranlage und/oder einem Hochofen und/oder einer anderen Einrichtung eines Hüttenwerkes darf das Endprodukt des erfindungsgemässen Verfahrens nur einen limitierten Gehalt an Kohlenwasserstoffen aufweisen.
Die Temperaturmessung am Trockner erfolgt vorzugsweise mit Thermoelementen, die in einem Schutzmantelrohr in den Arbeitsbereich des Trockners geführt werden.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist die Behandlung der Feststoffe und/oder Schlämme im Trockner über mehrere regelbare Messgrössen, beispielsweise durch das, vorzugsweise indirekte, Beheizen des Trockners, sowie durch die Menge an zugeführtem Sauerstoff, steuerbar.
Die Berücksichtigung weiterer Regel- und Steuergrössen, wie beispielsweise die Einstellung der Behandlungszeit des Feststoffes und/oder Schlammes im Trockner, vorzugsweise in Abhängigkeit von der erreichten Produkttemperatur, wie es sich insbesondere im Falle einer quasikontinuierlichen Ausgestaltung des Verfahrens als günstig erweist, sind Gegenstand weiterer bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung.
Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden der erste und der erfindungsgemässe zweite Verfahrensschritt in einem einzigen Trockner durchgeführt, wobei auf diese Weise die Einrichtung eines weiteren Trockners entfällt, und so erhebliche Investitions- und Betriebskosten entfallen. Ein derartiger Trockner wird dabei vorzugsweise diskontinuierlich, also chargenweise betrieben.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird der erste Verfahrensschritt in einem ersten Trockner und der zweite Verfahrensschritt in einem zweiten Trockner durchgeführt. Damit wird eine besonders zuverlässige und sichere Betriebsweise des erfinderischen Verfahrens ermöglicht.
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Es ist in diesem Fall bevorzugt ein batch-Betrieb oder ein quasikontinuierlicher Betrieb, zumindest des zweiten Verfahrensschrittes, möglich. Auch an eine kontinuierliche Ausgestaltung des Verfahrens, insbesondere einzelner Verfahrensschritte, kann gedacht werden.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die, der thermischen und gegebenenfalls mechanischen und/oder chemischen Trocknung, insbesondere Entwässerung, zu unterwerfenden, Schlämme der letzten Stufe eines mehrstufigen Sedimentations- und Filtrationsprozesses entnommen.
Diese Schlämme stellen nach dem Stand der Technik ein erhebliches Entsorgungsproblem dar, da sie einen besonders hohen Gehalt an Kohlenwasserstoffen aufweisen. Mit dem erfindungsgemässen Verfahren gelingt auch eine Weiterverwertung dieser Schlämme.
Nach einem Merkmal der Erfindung wird das Abgas des ersten und/oder zweiten Verfahrensschrittes in eine Entstaubungsvorrichtung geleitet. Bevorzugt wird die Entstaubungsvorrichtung dabei bei einer Temperatur, die zumindest so hoch wie die Temperatur im Trockners ist, betrieben.
Die Entstaubungsvorrichtung ist nach weiteren Merkmalen der Erfindung wärmeisoliert und/oder zusätzlich, beispielsweise indirekt, beheizt, womit ein Niederschlag der flüchtigen Komponenten, insbesondere der, vorzugsweise höhersiedenden, Kohlenwasserstoffe, auf kalten Flächen verhindert wird. Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Temperatur der Entstaubungsvorrichtung dabei zumindest so hoch wie die Verfahrenstemperatur für den Austrieb der flüchtigen Komponenten, insbesondere der Kohlenwasserstoffe, im Trockner bzw. im jeweiligen Verfahrensschritt eingestellt.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung, wird das Abgas des ersten und/oder zweiten Verfahrensschrittes, gegebenenfalls aus der Entstaubungseinrichtung, in einen Kondensator eingeleitet, dort entspannt und/oder abgekühlt, und/oder teilweise von Verunreinigungen befreit.
Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird eine Anzahl von Leitungen, insbesondere Rohre, welche zur Aufnahme und Transport des Abgases des ersten und/oder zweiten Verfahrensschrittes in die Entstaubungsvorrichtung und/oder, gegebenenfalls aus der Entstaubungsvorrichtung in den Kondensator, dient, zusätzlich, vorzugsweise indirekt, beheizt.
Damit wird ein Niederschlag von flüchtigen Stoffen, insbesondere höhersiedenden
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Kohlenwasserstoffen, verhindert. Die eingestellte Temperatur ist dabei vorzugsweise mindestens so hoch wie die Verfahrenstemperatur des jeweiligen Verfahrensschrittes.
Nach einem zusätzlichen Merkmal der Erfindung, wird das, vorzugsweise vorentstaubte, Abgas in einem Aktivkohlefilter und/oder Biofilter gefiltert, und von Reststoffen, insbesondere von Rest-Kohlenwasserstoffen, wie sie beispielsweise in einem Kondensator nicht abgeschieden werden können, befreit.
Nach einem weiteren Merkmal wird das, vorzugsweise vorentstaubte, Abgas in einer Verbrennungseinrichtung, beispielsweise in einem Stossofen zur Erwärmung von Brammen, verbrannt. Damit kann eventuell auf das Anbringen eines Kondensators bzw. auf die Kondensation der Kohlenwasserstoffe verzichtet werden.
Nach einer weiteren Variante wird das Abgas des ersten und/oder zweiten Verfahrensschrittes thermisch oder katalytisch verbrannt oder behandelt. Die dabei entstehende Abwärme wird beispielsweise zur Heizung des Trockners genutzt.
Die Entstaubung des Abgases kann nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vor oder nach der thermischen oder katalytischen Verbrennung erfolgen.
Nach dem erfindungsgemässen Verfahren wird aus einem kohlenwasserstoffhältigen, gegebenenfalls oxidhältigen, Feststoff und/oder Schlamm, vorzugsweise einem Walzzunderschlamm oder einem Schlamm aus der Wasseraufbereitung einer Stranggussanlage, ein metallurgischer Stoff erzeugt, der einen Kohlenwasserstoffgehalt von weniger als 0, 2 Masse%, vorzugsweise weniger als 0, 1 Masse%, sowie einen Eisenoxidanteil von zumindest 80 Masse%, vorzugsweise von zumindest 84 Masse%, aufweist.
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Die Erfindung ist weiters durch eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens gekennzeichnet, die eine Anzahl von, vorzugsweise indirekt, beheizbaren Trocknern zur Behandlung eines kohlenwasserstoffhältigen Feststoffes und/oder Schlammes, insbesondere eines Walzzunderschlammes, aufweist, an denen eine Anzahl von Mitteln zur gezielten und/oder
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geregelten Zufuhr eines Sauerstoffträgers, und gegebenenfalls eines Stickstoffträgers, in den Trockner vorgesehen ist.
Nach verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung ist beispielsweise ein beheiztes Drehrohr oder ein beheizter Schneckenförderer als Mischer vorgesehen.
Es hat sich gezeigt, dass die indirekte Erwärmung aufgrund umwelttechnischer Überlegungen gegenüber der direkten Erwärmung der Trockner verschiedene Vorzüge aufweist. So kann bei der indirekten Erwärmung beispielsweise die Abwärme aus anderen Bereichen eines Hüttenwerkes genutzt werden. Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird dabei die Wärme aus der Verbrennung des Abgases des Kohlenwasserstoff-Eliminations-Prozesses genutzt.
Nach einem Merkmal der erfindungsgemässen Vorrichtung umfasst das Mittel zur Zufuhr eines Sauerstoffträgers eine Leitung, insbesondere zur Zufuhr eines gasförmigen und/oder flüssigen Sauerstoffträgers.
Nach einem weiteren Merkmal der erfindungsgemässen Vorrichtung umfasst das Mittel zur Zufuhr eines Sauerstoffträgers eine Transportschnecke zum Transport eines festen Sauerstoffträgers.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung ist nach dem Trockner mindestens eine wärmeisolierte und/oder, vorzugsweise indirekt, beheizbare Entstaubungsvorrichtung vorgesehen.
Die Entstaubungsvorrichtung kann insbesondere als Zyklon oder als Nasswäscher ausgeführt sein. Auch an eine Entstaubung mittels eines Elektrofilters, wie dem Fachmann aus dem Stand der Technik bekannt, kann gedacht werden.
Die Entstaubungsvorrichtung befreit das heisse Abgas von groben Partikeln und Stäuben.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung kann die Entstaubungsvorrichtung unmittelbar an den Trockner anschliessen, und vorzugsweise gemeinsam mit dem Trockner beheizbar sein.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist nach dem Trockner, gegebenenfalls nach der Entstaubungsvorrichtung, eine Anzahl von Kondensatoren vorgesehen.
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Der Kondensator, wie aus dem Stand der Technik bekannt, entspannt das Abgas und/oder kühlt es ab und/oder scheidet höhersiedende Bestandteile des Gases, insbesondere Kohlenwasserstoffe, ab.
Nach einem Merkmal der Erfindung sind eine Anzahl wärmeisolierter und/oder, insbesondere indirekt, beheizbarer Leitungen, insbesondere Rohre, welche zur Aufnahme und zum Transport des Abgases aus dem Trockner in weitere Vorrichtungen zur Abgasbehandlung, insbesondere in eine Entstaubungsvorrichtung und/oder gegebenenfalls aus der Entstaubungsvorrichtung, in einen Kondensator dient, vorgesehen.
Das Beheizen der Rohre erfolgt, um ein Verstopfen der Rohre durch Kohlenwasserstoffe, welche eine besonders hohe Verdampfungstemperatur aufweisen und sich deshalb bevorzugt an kalten Flächen abscheiden, zu verhindern.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist nach dem Trockner, gegebenenfalls nach der Entstaubungseinrichtung, besonders bevorzugt nach dem Kondensator, zumindest ein Aktivkohlefilter angebracht. Durch den Aktivkohlefilter wird das Abgas von auftretenden Rückständen, insbesondere von Kohlenwasserstoffen, befreit.
Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist mindestens eine Brennkammer angebracht in der das Abgas des ersten und/oder zweiten Verfahrensschrittes, gegebenenfalls nach geeigneter Vorbehandlung, katalytisch oder thermisch verbrannt wird. In einer nachgeordneten Entstaubungsanlage kann das Abgas aus der Brennkammer gegebenenfalls gereinigt werden.
Nach einem zusätzlichen Merkmal der Erfindung sind eine oder mehrere Leitungen zur zumindest teilweisen Rückführung des Abgases aus dem ersten und/oder zweiten Verfahrensschritt und/oder aus dem Kondensator und/oder aus der Entstaubungseinrichtung und/oder aus dem Aktivkohlefilter und/oder aus einer weiteren Einrichtung der Abgasbehandlung in den Trockner vorgesehen.
Damit kann das entstandene Abgas wiederverwertet werden.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind nach dem Trockner, gegebenenfalls nach der Entstaubungsvorrichtung, zwei Kondensatoren angebracht sind, wobei ein erster Kondensator zur Kondensation von leichtflüchtigen Komponenten, insbesondere von Wasserdampf, und ein zweiter Kondensator zur Kondensation von schwerflüchtigen Komponenten, insbesondere von
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Kohlenwasserstoffen, vorgesehen ist. Über eine angebrachte Regelvorrichtung kann dabei beispielsweise bei Verwendung eines einzigen Trockners zur Durchführung beider Verfahrensschritte des erfindungsgemässen Verfahrens, das Abgas während des ersten Verfahrensschrittes in einen ersten Kondensator zur Abscheidung des Wassers, und während des zweiten Verfahrensschrittes in einen zweiten Kondensator zur Abscheidung der Kohlenwasserstoffe eingeleitet werden.
Dabei wird über die Regelvorrichtung die Zufuhr des zu kondensierenden Gases in den jeweiligen Kondensator geregelt.
Nach einem weiteren Merkmal der erfindungsgemässen Vorrichtung sind an dem Mittel zur Zufuhr eines Sauerstoffträgers in den Trockner und/oder an zumindest einer Abgasleitung und/oder am Trockner selbst eine Anzahl von Sonden und/oder Sensoren angebracht ist, womit das Sauerstoffangebot im Trockner und/oder der Kohlenmonoxidgehalt und/oder der Kohlendioxidgehalt, und/oder der Wasserstoffgehalt, und/oder die Temperatur des Abgases und/oder die Temperatur im Trockner bestimmbar ist. Als Abgasleitungen werden dabei definitionsgemäss alle Leitungen zum Ableiten der Abgase des Trockners bezeichnet.
Nachfolgend wird das erfindungsgemässe Verfahren, sowie die erfindungsgemässe Vorrichtung schematisch anhand von nicht einschränkenden Zeichnungen näher erläutert.
Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung zur Durchführung des ersten Verfahrensschrittes des erfindungsgemässen Verfahrens.
Fig. 2 zeigt eine Vorrichtung zur Durchführung des zweiten Verfahrensschrittes des erfindungsgemässen Verfahrens nach einer quasikontinuierlichen Betriebsweise Fig. 3 zeigt eine Vorrichtung zur Durchführung des ersten und zweiten Verfahrensschrittes des erfindungsgemässen Verfahrens.
Fig. 4 zeigt eine Vorrichtung zur Durchführung des zweiten Verfahrensschrittes des erfindungsgemässen Verfahrens mit einer zumindest teilweisen Rückführung des Prozessabgases.
In Fig. 1 ist dabei ersichtlich : Rückspülwässer 1 aus einem Sandfilter werden einem Eindicker 2 zugeführt. Den Rückspülwässem l wird eventuell ein Flockungshilfsmittel 3 zugesetzt, um das Absetzen bzw. Abscheiden von in den Rückspülwässern l enthaltenen Feststoffen zu fördern. Der zeichnerisch nicht dargestellte Sandfilter stellt die letzte Stufe des mehrstufigen Abscheideund/oder Filtrationsprozesses dar.
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Im Eindicker 2 setzt sich Zunderschlamm mit einem hohen Kohlenwasserstoffgehalt ab, Überlaufwasser 4 aus dem Eindicker 2 kann im Kreislauf geführt werden und so beispielsweise wieder als Spülmedium für beladene Sandfilter verwendet werden.
Der Eindicker 2 ist über eine Schlammleitung 5 mit einem Schlammzwischenbehälter 6 verbunden, wobei der Schlammzwischenbehälter 6 mit einer Rührvorrichtung 7 versehen ist, um ein weiteres Absetzen des Schlammes zu vermeiden und um den Schlamm pumpbar zu halten.
Der Schlammzwischenbehälter 6 ist über eine weitere Schlammleitung 8 mit einem kombinierten TrocknerlMischer/Granulator 9 verbunden. Der Trockner/Mischer/Granulator 9 ist in einer einfachen Ausführungsform als drehzahlvariabler Pflugschar- oder Paddelmischer ausgeführt und arbeitet bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel im batch-Betrieb.
Da dem Eindicker 2 Zunderschlamm kontinuierlich zugeführt wird, existieren für den Übergang von kontinuierlich betriebenem Eindicker 2 auf chargenweise betriebenen Trockner/Mischer/Granulator 9 mehrere Ausführungsformen. Es kann-wie in Fig. 1 dargestellt - ein Schlammzwischenbehälter 6 vorgesehen sein, es kann weiters - wie in Fig. 1 ebenfalls dargestellt - von der Schlammleitung 5 eine Rückführleitung 10 abzweigen, durch welche Schlamm über den Eindicker 2 im Kreislauf geführt wird. Schliesslich ist es auch möglich, den Eindicker 2 derart zu dimensionieren, dass dieser unter den gegebenen Betriebsbedingungen jederzeit imstande ist, den Trockner/Mischer/Granulator 9 mit einer Charge Zunderschlamm zu versorgen.
Jede dieser drei Ausführungsformen kann für sich alleine oder in Kombination mit einer oder beiden anderen angewendet werden.
Der Trockner/Mischer/Granulator 9 ist mit einem Heizmantel 11 versehen, welcher von einem Heizmedium 12 durchströmt wird. Das Heizmedium 12 kann dabei flüssig oder gasförmig sein, wobei als flüssiges Heizmedium vorzugsweise Wärmeträgeröl zum Einsatz gelangt, aber auch überhitztes, unter Druck stehendes Wasser kann verwendet werden. Als gasförmiges Heizmedium kann beispielsweise eines der in einem Hüttenwerk anfallenden Prozess- bzw. Abgase verwendet werden, also z. B. Abgas aus einem Elektroofen, einem Konverter oder einem Hubbalkenofen oder Topgas aus dem Reduktionsschacht einer COREX-Anlage. Als gasförmiges Heizmedium ist auch Sattdampf, Heissdampf oder technischer Stickstoff verwendbar.
Der Trockner/Mischer/Granulator 9 kann direkt oder indirekt beheizt werden, wobei bei indirekter Beheizung ein Wärmeübertragungssystem vorgesehen ist, mittels welchem Wärme von
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einem der Prozess- bzw. Abgase auf das Heizmedium 12, welches bei indirekter Beheizung vorzugsweise Wärmeträgeröl, Heissdampf, Sattdampf oder Stickstoff ist, übertragen wird.
Der aus dem Trockner/Mischer/Granulator 9 austretende Wasserdampf 13 wird in einem Kondensator 14 (mit Kühlwasserleitungen 18 und 19) kondensiert und kann als Zusatzwasser 15 für die geschlossenen Kreisläufe einer Wasseraufbereitungsanlage verwendet werden. Eventuell ist dabei vor dem Kondensator die Verwendung einer Entstaubungseinrichtung zur Entstaubung des Abgases aus dem Trockner notwendig.
Der Trockner/Mischer/Granulator 9 ist nach einer möglichen Ausführungsform mit einem Behälter 16 für Bindemittel 17 verbunden, wobei Bindemittel 17 dem Trockner/Mischer/Granulator 9 nach der erfolgten Trocknung einer Charge Zunderschlamm zugegeben wird. Dabei kann auch ein geringer Feuchtegehalt des Bindemittels toleriert werden, da diese Feuchte ebenfalls noch entfernt wird. Der Trockner/Mischer/Granulator 9 wird dann durch Erhöhen der Drehzahl in den Betriebsmodus "Granulieren" geschaltet.
Nach einer weiteren Variante kann nach der erfolgten Entölung, entsprechend dem zweiten Verfahrensschritt des erfindungsgemässen Verfahrens, eine Granulierung durchgeführt werden Wenn keine Bindemittelzugabe erfolgt, liegt das trockene Produkt 20 schliesslich in Pulverform mit einer Korngrösse von in etwa 1 bis 1000 um vor, mit Bindemittelzugabe und Granulierung als Granulat mit einer Korngrösse von in etwa 1 bis 10mm.
Die Anlage gemäss dem Ausführungsbeispiel aus Fig. 1 ist imstande, Zunderschlamm aus einem Warmwalzwerk - mit einer Kapazität von etwa 3 Mill. jato Breitband - zu verarbeiten.
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Kohlenwasserstoffe in den Sandfiltern - der letzten Stufe des mehrstufigen Sedimentationsund/oder Filtrationsprozesses - an. Die Sandfilter werden mit Wasser rückgespült und dieses mit Zunder und Kohlenwasserstoffen beladene Rückspülwasser einem Eindicker 2 zugeführt. In dem Eindicker 2 wird der kohlenwasserstoffhältige Zunderschlamm soweit entwässert, dass er eine Trockensubstanz von etwa 35% aufweist. Dieser entwässerte Zunderschlamm wird chargenweise
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(5 bar, 1000 kg/h) beheizt.
Der aus dem Zunderschlamm abgedampfte Wasserdampf 13 wird in einem Kondensator 14 (Kühlwasserbedarf etwa 16 m3fh, 25OC) auskondensiert und das
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Kondensat (etwa 800 kglh, 40 C) als Zusatzwasser 15 in einer Wasseraufbereitungsanlage verwendet.
Das fertige Produkt 20 kann danach in geeigneter Art und Weise (siehe Fig. 2) weiter aufbereitet werden.
Nach Fig. 2 ist eine Vorrichtung zur Durchführung des zweiten Verfahrensschrittes des erfindungsgemässen Verfahrens dargestellt, wobei ein Trockner 21 über eine Förderleitung 22 mit, vorzugsweise vorentwässertem und, vorgetrocknetem Walzzunderschlamm beschickt wird. Der Walzzunderschlamm ist dabei bereits durch thermische Behandlung entsprechend dem ersten Verfahrensschritt des erfindungsgemässen Verfahrens (siehe Fig. l) behandelt worden, und weist einen niedrigen Wasser-Gehalt, und einen hohen Gehalt an Kohlenwasserstoffen auf.
Dem Trockner 21 wird über eine Anzahl von Leitungen 23 Sauerstoff zugeführt. Neben Sauerstoff können weitere Gase, vorzugsweise Stickstoff, in den Trockner eingeleitet werden. In Fig. 2 ist ein quasikontinuierlicher Prozess dargestellt, wobei der Walzzunderschlamm durch einen Trockner gefördert, und schliesslich durch eine Leitung 24 zur weiteren Verwendung abtransportiert wird. Die im Trockner entstehenden Abgase werden über eine beheizte Leitung 25 in eine wärmeisolierte und beheizte Gasentstaubungsvorrichtung 26 eingeleitet, wobei das Gas von Staub, der über eine Leitung 27 abgeleitet wird, getrennt wird. Das Gas wird weiter über eine beheizte Leitung 28 in einen Kondensator 29 befördert, in diesem Kondensator entspannt und abgekühlt, und die kondensierte Flüssigkeit über einen Abfluss 30 abgeleitet.
Dabei sind eine Anzahl von Kühlleitungen 31, 32 zur Kühlung des Kondensators vorgesehen.
Schliesslich gelangt das Gas beispielsweise in einen Aktivkohlefilter und wird von weiteren Verunreinigungen, beispielsweise Rest-Kohlenwasserstoffen, befreit. Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird das Abgas einer Nachverbrennung zugeführt.
Der Trockner in Fig. 2 wird bevorzugt indirekt beheizt, wobei ein Heizmedium 33 den Mantel des Trockners durchströmt. An den verschiedenen Leitungen zum Transport der, insbesondere gasförmigen, Medien sind eine Anzahl von Ventilen und Sensoren bzw. Sonden vorgesehen, durch die jeweils die Durchflussmenge, die Zusammensetzung oder andere Messgrössen aufgenommen bzw. gesteuert werden. Dabei sind an der Leitung 23 zur Zuführung des Reaktionsgases, insbesondere des Sauerstoffes, Sensoren zur Aufnahme des Sauerstoffgehaltes 34, sowie Durchflussmesser/Ventile 35 zur Steuerung der Duchflussmenge angebracht. An der Leitung zur Zuführung des Heizmediums 33 sowie an der Leitung 37 zur Ableitung des
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Heizmediums ist jeweils ein Sensor 36 zu Bestimmung der Temperatur des Heizmediums angebracht.
An der Gasentstaubungsvorrichtung wird der Druckabfall des Abgases über einen Sensor 38 bestimmt. Schliesslich ist nach dem Kondensator an einer Leitung 39 zum Ableiten des Restgases eine Sonde 40 zur Bestimmung des Kohlenmonoxid-, Kohlendioxid- und Sauerstoffgehaltes vorgesehen. Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist auch eine Messung des Wasserstoffgehaltes im Trockner bzw. in den Leitungen am Trockner vorgesehen.
Die Prozesstemperatur wird über Temperaturmesssensoren 48 erfasst und stellt einen Leitwert für die Prozesssteuerung dar.
Fig. 3 stellt eine weitere bevorzugte, nicht einschränkende, Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens dar, wobei der erste und der zweite Verfahrensschritt in einem einzigen Trockner durchgeführt werden.
Die Vorrichtung unterscheidet sich von der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform, dadurch, dass zwei Kondensatoren 41,42 vorgesehen sind. Dabei dient ein Kondensator 41 entsprechend dem Kondensator 14 in Fig. 1 der Kondensation von Wasserdampf, und ein zweiter Kondensator 42 entsprechend dem Kondensator 29 in Fig. 2 der Kondensation der Kohlenwasserstoffe.
Die dargestellte Vorrichtung wird chargenweise (batch-Betrieb) betrieben, wobei nach Abdampfen des Wassers mittels eines Schiebers der Weg in den ersten Kondensator 41 geschlossen, und in den zweiten Kondensator 42 geöffnet wird.
Fig. 4 stellt eine Vorrichtung zur Durchführung des zweiten Verfahrensschrittes des erfindungsgemässen Verfahrens mit einer zumindest teilweisen Rückführung des Prozessabgases dar.
Dabei wird ein Trockner 21'über eine Förderleitung 22'mit, vorzugsweise vorentwässertem und, vorgetrocknetem Walzzunderschlamm beschickt. Der Walzzunderschlamm ist dabei bereits durch thermische Behandlung entsprechend dem ersten Verfahrensschritt des erfindungsgemässen Verfahrens (siehe Fig. l) behandelt worden, und weist einen niedrigen Wasser-Gehalt und einen hohen Gehalt an Kohlenwasserstoffen auf.
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einen Durchlauf-Trockner gefördert, und schliesslich durch eine Leitung 24'zur weiteren Verwendung abtransportiert wird.
Die im Trockner entstehenden Abgase werden über eine beheizte Leitung 25'in eine wärmeisolierte und beheizte Gasentstaubungsvorrichtung 26' eingeleitet, wobei das Gas von Staub, der über eine Leitung 27'abgeleitet wird, getrennt wird. Das Gas wird weiter über eine beheizte Leitung 28'in einen Kondensator 29'befördert, in diesem Kondensator entspannt und abgekühlt, und die kondensierte Flüssigkeit über einen Abfluss 30' abgeleitet. Dabei sind vorzugsweise eine Anzahl von Kühlleitungen zur Kühlung des Kondensators vorgesehen.
Schliesslich gelangt das Gas in einen Aktivkohlefilter 43'und wird von weiteren Verunreinigungen, beispielsweise Rest-Kohlenwasserstoffen, befreit.
Das gereinigte Gas ist nun für eine Weiterverwendung als Prozessgas geeignet, und zumindest ein Teil des Gases wird über eine Leitung 44'in eine Gasmischeinrichtung 45'eingeleitet. Restgas, welches sich nicht zur Weiterverwendung als Prozessgas eignet wird über eine Restgasleitung 46' abgeführt, und gegebenenfalls nachverbrannt.
In der Gasmischeinrichtung 45'wird das rückgeführte Gas gegebenenfalls mit Frischgas 47' aufbereitet, bevor es über die Leitung 23'in den Mischer eingeleitet wird.