DE3626535C1 - Verfahren zur thermischen Behandlung von wasserhaltigen OElschlaemmen oder dergleichen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur thermischen Behandlung von wasserhaltigen Ölschlämmen oder dergleichen.

Unter Ölschlämmen oder dergleichen werden z. B. öl­ haltige Schlämme verstanden, die beim Bohren nach Erdöl und Erdgas sowie bei der Produktion von Erdöl anfallen. Ferner kann es sich hierbei um schlammartige Rückstände handeln, die insbesondere aus der Ölindustrie oder Raffinerien stammen. Es können Bodenverunreinigungen durch Öl oder ähnliche Stoffe, wie beispielsweise Teerprodukte, sein. Schließlich werden hierunter aus anderen Industriezweigen stammende Bodenverun­ reinigungen mit Ölen, Teeren, Pechen, Kohlenwasserstoffen u. ä. verstanden, die mehr oder weniger wasserhaltig sind.

Bei all den vorerwähnten Stoffen handelt es sich in der Regel um heterogen zusammengesetzte Materialien, die wechselnde, zum Teil sehr hohe Wassergehalte bis über 40 Gew.-%, unterschiedliche, mitunter sehr niedrige Erdölgehalte und diverse Beimischungen aus Abfällen verschiedenster Herkunft, wie z. B. Stofflappen, Fasern, Holz, Metalle, Glas etc. auf­ weisen.

Bislang wurden Ölschlämme der vorbeschriebenen Art überwiegend in Sonderdeponien abgelagert. Abgesehen davon, daß derartige Deponien kaum noch zur Verfügung stehen und der Kostenaufwand für die Ablagerung ständig steigt, ist darüber hinaus zu berücksichtigen, daß aufgrund verstärkten Umweltbewußtseins die Ablagerung von Ölschlämmen in Deponien in der Zukunft kaum noch in Erwägung gezogen werden wird.

Als Alternative zur Deponierung von Ölschlämmen steht bislang nur ihre direkte Verbrennung zur Diskussion. In diesem Zusammenhang durchgeführte Versuche haben jedoch gezeigt, daß eine Verbrennung des Ölschlamms - gleichgültig, ob z. B. auf einem Rost oder in einem Drehrohrofen - nicht nur mit einem hohen Zusatzenergiebedarf für die Stützfeuerung (Erdöl­ gas oder Erdöl) zur Ölschlammumwandlung in Asche zu fahren wäre, sondern daß hierdurch vor allem neue Umweltprobleme auf der Rauchgasseite verursacht werden, die sich im wesent­ lichen durch Schadstoffe und Staub im Rauchgas kennzeichnen.

Ein weiteres Problem im Zusammenhang mit der Öl­ schlammverbrennung ist die Schwierigkeit, überhaupt einen vollständigen Ausbrand des Ölschlamms gewährleisten zu können. Die erwähnten Versuche haben nämlich gezeigt, daß zwar grund­ sätzlich eine Verbrennung des Ölschlamms mit Hilfe von Zu­ satzbrennstoff möglich ist, aber durchweg ein hoher Rest­ kohlenstoffgehalt im Ascherückstand festgestellt wurde.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ver­ fahren zur thermischen Behandlung von wasserhaltigen heterogenen Ölschlämmen oder dergleichen aufzuzeigen, das betriebssicher ist und bei welchem mit einem vertretbaren Aufwand ein problem­ los deponierfähiger Rückstand erreicht werden kann.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht in den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmalen.

Das erfindungsgemäße Verfahren beruht auf der vollständigen Umwandlung von Ölschlammformlingen in Prozeßgas und anschließender Verbrennung des Prozeßgases unter Wärme­ nutzung, wobei auch das Umweltproblem Dioxin durch gezielte thermische Behandlung der im Vergaser erzeugten Prozeßgase gemeistert wird.

Zunächst wird der Ölschlamm mit einem kohlenstoff­ haltigen Zuschlagstoff intensiv gemischt. Ein solcher Zuschlag­ stoff dürfte in erster Linie reaktiver Koks sein. Beigemischt werden können aber auch kohlenstoffhaltige Aschen bzw. Rück­ stände aus thermischen Prozessen. Darüber hinaus werden unter einem derartigen Zuschlagstoff Biomassen sowie fossile Kohlen­ stoffträger mit und ohne thermische Vorbehandlung (z. B. Ent­ gasung/Schwelung/Verkokung) verstanden.

Es wird hierbei ein feinkörniger Zuschlagstoff verwendet, der in der Mischung mehrere Funktionen übernimmt. Eine Funktion besteht darin, daß der Zuschlagstoff die ggf. beträchtlichen Feuchtigkeitsgehalte des Ölschlamms von bis zu 40 bis 50 Gew.-% kompensiert, so daß das nach dem Mischen von Zuschlagstoff und Ölschlamm entstandene Produkt, also das Kohlenstoff-Ölschlamm-Gemenge, ohne eine Zusatztrocknung sofort für eine Vergasung verwendungsfähig ist. Ferner sorgt der kleinkörnige Zuschlagstoff dafür, daß die Vergasung des Ölschlamms auch dann kontrolliert abläuft und der gewünschte rieselfähige inerte Rückstand erzeugt werden kann, wenn im Ölschlamm praktisch nichts oder nur wenig Brennbares ent­ halten ist.

In der Mischung übernimmt der Zuschlagstoff also nicht nur die Rolle eines Zusatz-Brennstofflieferanten, sondern vor allem die Aufgabe, mit Hilfe seiner großen Ober­ fläche dem Ölschlamm die Feuchtigkeit zu entziehen, dadurch diesen stabil formbar zu machen und sein Vergasungsverhalten zu verbessern.

Die Mischung des kohlenstoffhaltigen Zuschlag­ stoffs mit dem Ölschlamm zu einem Kohlenstoff-Ölschlamm- Gemenge führt darüber hinaus zu einer Vergleichmäßigung des Ölschlamms und ferner dazu, daß der im Ölschlamm vorhandene Gehalt an Erdöl oder anderen brennbaren Substanzen im End­ produkt gleichmäßig verteilt vorliegt. Der Koks soll die Möglichkeit erhalten, das im Ölschlamm enthaltene "freie" Wasser aufzunehmen und zu binden, damit die Konsistenz der Fertigmischung krümelig-trocken und nicht mehr klebrig- undurchlässig ist.

Nach der Mischung von Zuschlagstoff und Ölschlamm wird dieses Gemenge zu Formlingen verpreßt, welche dann in stückiger Form kontrolliert vergast werden. Formlinge, die z. B. mit kohlenstoffhaltigen Aschen hergestellt worden sind, weisen eine sehr akzeptable Qualität auf. Ursache hierfür ist neben dem Kohlenstoffreichtum der verwendeten Aschen (zum Teil 50 Gew.-%) vor allem deren aktive Oberfläche. Hier­ mit sind erhebliche positive Auswirkungen auf die Verwendung der Asche als Bindemittel durch deren günstige hydraulische Eigenschaften und mikrokristallinen Charakter verbunden.

Das Vergasen der Formlinge erfolgt in einem schachtartigen Festbettvergaser mit zumindest diskontinu­ ierlicher kopfseitiger Beschickung mit den Formlingen. Die Verbrennungsluft wird über einen bodenseitigen Rost zugeführt. Die Ascheentnahme erfolgt ebenfalls bodenseitig. Das bei aufsteigender Vergasung erzeugte Prozeßgas kann hierbei aus einem mittleren Höhenbereich oberhalb der heißesten Reaktor­ zonen abgezogen und dann an äußeren Wandabschnitten der heißesten Reaktorzonen entlang nach unten in eine Brennkammer geführt werden. In dieser Brennkammer wird dann das Prozeßgas unter Luftzugabe teilverbrannt. Anschließend wird das Prozeßgas in einen Flammenkanal überführt und hier unter weiterer Luftzufuhr bei kontrollierter Crackung und Verbrennung voll­ ständig in Rauchgas umgewandelt.

Bei diesem Vergasungsvorgang ist es zunächst von Bedeutung, daß sich die sehr heißen aus der Verbrennungs­ zone und der Vergasungszone des Reaktors stammenden niedrig­ kalorigen Gase, insbesondere jedoch CO, das sich an dem aus den Formlingen entstandenen Semikoks bildet (Semikoks deshalb, weil der Kohlenstoff-Ölschlammformling im Laufe seiner Ver­ gasung eine koksartige Zwischenzustandsstufe durchläuft), in einer etwa 450 bis 550°C heißen Zone mit den hier vor­ nehmlich gebildeten stark teerhaltigen und deshalb hoch­ kalorigen Schwelgasen mischen können und noch im mittleren Höhenbereich aus dem Vergasungsraum abgezogen werden. Folg­ lich können sich diese Prozeßgase nicht mehr an den im oberen Bereich des Vergasungsraums befindlichen und hier trocknenden Formlingen abkühlen und sich mit deren Wasser anreichern. Dadurch, daß das noch kondensatreiche Prozeßgas heiß abge­ zogen und entlang von äußeren Wandabschnitten der heißesten Reaktorzonen nach unten in eine Brennkammer geführt wird, kann es sich noch intensiver mischen, ohne daß es einen Wärme­ verlust erleidet. Vielmehr wird es weiter aufgeheizt.

Nachdem das heiße Prozeßgas die äußeren Wand­ abschnitte der heißesten Reaktorzonen passiert hat, gelangt es in eine Brennkammer, wo es bei Temperaturen von etwa 400°C teilverbrannt wird. In dem sich an die Brennkammer anschließenden Flammenkanal werden dann die teerigen und öligen Bestandteile des Prozeßgases bei Temperaturen von 950°C und höher zu nicht mehr kondensierbaren nieder­ molekularen Verbindungen, in der Hauptsache Gase, aufge­ crackt. Dieses Gas besteht hauptsächlich aus den Bestandteilen CO₂, CO, H₂, CH₄ und N₂. Je nach Zusammensetzung der Form­ linge liegt hierbei der untere Heizwert des Gases zwischen etwa 4000 und 4800 kJ/m³ (Normalzustand). Am Ende des Flammenkanals steht somit stets ein ausgebranntes geruchloses Rauchgas mit Temperaturen über 1000°C zur Verfügung.

Im Rahmen der Erfindung wird mithin ein Drei­ stufensystem der Gasverbrennung mit zunehmenden Temperaturen bis zu etwa 1200°C sichergestellt (- Führung des Prozeßgases entlang der heißesten Reaktorzonen - Brennkammer - Flammen­ kanal -), daß auch aus den in Rede stehenden problematischen Brennstoffen, also den Ölschlämmen, stets nur vollständig ausgebrannte Rauchgase erzeugt werden, welche frei von Ge­ ruchsstoffen und unverbrannten Gasen bzw. Kohlenwasser­ stoffen sowie anderen Schadstoffen sind.

Die Rauchgase können schließlich aus dem Flammen­ kanal in einen Bestandteil einer Heizungsanlage bildenden Heizkessel überführt werden. Die Rauchgase können aber auch anderen Einrichtungen zur Wärmeverwertung zugeführt werden. Hierunter werden lediglich beispielsweise Einrichtungen zur Erzeugung von Dampf oder zum Trocknen und Brennen von Ziegeln o. ä. verstanden.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat also nicht nur den Vorteil, daß das problematische Behandlungsgut Öl­ schlamm vollständig in einen rieselfähigen inerten Rückstand umgewandelt wird, der problemlos und umweltfreundlich, und zwar z. B. als Baustoff bzw. Betonzuschlagstoff verwendet oder durch Einlagerung auf einer Deponie entsorgt werden kann, sondern zusätzlich den Vorteil, daß die anfallende Wärme beim Vergasungsprozeß wirkungsvoll genutzt werden kann.

Vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungs­ gemäßen Verfahrens werden in den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 4 gesehen.

Claims (4)

1. Verfahren zur thermischen Behandlung von wasserhaltigen Ölschlämmen oder dergleichen, dadurch gekenn­ zeichnet, daß dem unvorbehandelten Ölschlamm zunächst ein trockener körniger kohlenstoffhaltiger Zuschlagstoff beigemischt und das Kohlenstoff-Ölschlamm-Gemenge anschlie­ ßend zu Formlingen verpreßt wird, worauf die Formlinge in einem schachtartigen Festbettvergaser vergast werden, dessen Reaktor bei unterer Ascheentnahme und seitlichem Abzug des bei aufsteigender Vergasung erzeugten Prozeßgases kopfseitig mit den Formlingen und über einen Bodenrost mit Verbrennungs­ luft beschickt wird, und daß das Prozeßgas anschließend in einem Flammenkanal unter Luftzufuhr durch Crackung und Verbrennung vollständig in Rauchgas umgewandelt wird, wel­ ches dann in eine Einrichtung zur Wärmeverwertung überführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Zuschlagstoff in einer Menge von etwa 10 bis 50, vorzugsweise 10 bis 15 Gew.-% beigemischt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Zuschlagstoff mit einer Körnung bis zu etwa 10 mm, bevorzugt 1 bis 4 mm, beigemischt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Zuschlagstoff-Ölschlamm-Gemenge zu Formlingen mit einem Durchmesser von etwa 5 bis 150 mm, bevorzugt etwa 20 bis 60 mm, verpreßt wird.