DD298068A5 - Verfahren und vorrichtung zur bearbeitung von stoffen, aus denen umweltschaedliches methan und andere chemikalien entweichen koennen - Google Patents
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Abstract
Verfahren und Einrichtung zur Verarbeitung von Materialien, aus denen Methan und andere umweltschaedigende Chemikalien entweichen koennen, zum Beispiel zur Verarbeitung von Dung oder Abwasserschlamm. Das Ausgangsmaterial wird erhitzt, und die entweichenden Gase durchlaufen eine Waschbehandlung mit Wasser oder mit einer Umlaufloesung einer aus dem Gas herausgewaschenen Chemikalie, z. B. Ammoniak. Das in dem aus dem Waschapparat ausstroemenden Gas enthaltene Methan wird verbrannt, und die dabei entstandene Waerme wird zumindest teilweise fuer die Erhitzung des Ausgangsmaterials genutzt.
Description
Hierzu 3 Seiten Zeichnungen
Angesichts der Probleme, die durch die Umweltverschmutzung verursacht werden, ist es von größter Bedeutung, umweltschädigende Chemikalien aus Abfallstoffen zu entfernen.
Beträchtliche Mengen von Gasen wie Methan, Ammoniak und Schwefelwasserstoff werden während des Transports, der
Lagerung und Ausbringung des Dungs von Kühon, Kälbern und Schweinen sowie während des Transports, der Lagerung und dur Verarbeitung von Schlämmen wie Abwasserschlamm freigosetzt. Besonders Ammoniak und Schwefelwasserstoff sind sehr umweltschädlich.
Ammoniak kann chemisch und biologisch zu salpetriger Säure und Salpetersäure oxidiert werden, wodurch saurer Regen entstehen kann.
Schwefelwasserstoff ist ein stark nach faulen Eiern riechendes Gas und kann in hoher Konzentration sehr giftig sein. Diese Substanz kann ebenfalls einer Oxidation ausgesetzt werden, wobei es zur Bildung von schwefliger Säure und Schwefelsäure kommt, die auch Bestandteile sauren Regens sind.
Methan kann auch zur Schädigung der Ozonschicht führen.
Deshalb ist es von größter Bedeutung für die Umwelt, daß diese umweltschädigenden Gase in bäuerlichen Betrieben so wenig wie möglich frei in die Atmosphäre gelangen.
Im weitesten Sinne betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Verarbeitung t'nes jeglichen Materials, aus dem Methan und andere umweltschädigende Chemikalien entweichen können, wobei dieses Material erhitzt wird, die entweichenden Gase einer Waschbehandlung mit Wasser oder mit einer Umlauflösung einer aus dem Gas ausgewaschenen Chemikalie unterzogen werden, das in dem aus dem Waschapparat entweichenden Gas enthaltene Methan verbrannt und die entstandene Wärme zumindest teilweise für die Erhitzung des Ausgangsmaterials genutzt wird.
Ein während des Verbrennungsvorganges erzeugter Wärmeüberschuß kann für verschiedene Heizzwecke, z. B. für Zentralheizung, genutzt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann nutzbringend bei der Verarbeitung von Dung und/oder Fäkalien angewandt werden. Bei der Anwendung dieses Verfahrens in einem landwirtschaftlichen Betrieb könnte mun, falls gewünscht, gleichzeitig die Stalluft aus dem Stall, in dem die Rinder gehalten werden, abziehen und diese Stalluft im Gogenstrom im gleichen oder in einem anderen Waschapparat waschen. Um e:ne bestmögliche Reinigung zu erreichen, wird fü r das Waschen Wasser bevorzugt, das so kalt wie möglieb ist, z. B. Wasser mit einer Temperatur unter 120C. Unter diesen Bedingungen werden nämlich Ammoniak und Schwefelwasserstoff im größtmöglichen Umfang aus den im Gegenstrom gewaschenen G äsen entfernt, da aufgrund der niedrigen Temperatur des Wassers ein großer Teil des Wasserdampfes in der Gasströmung kondensiert und dieses Kondenswasser auch noch einen Großteil Ammoniak löst. Zum Waschen kann man Wasser aus einem in das Grundwasser eingelassenen Tank verwenden, da dieses Wasser gewöhnlich eine niedrige Temperatur (1O0C) hat. Natürlich kann der Tank auch mit Leitungswasser gekühlt werden,
Ii λ Waschapparat werden vorzugsweise Betten aus rnrkömmlichen Füllkörpern, z. B. Sattelfüllkörpei .1, verwendet, die einen optimalen Kontakt zwischen den aufwärts strömenden Gasen und dem abwärts fließenden Wasser ermöglichen. Darüber hinaus ist es empfehlenswert, die Gase im Gegenstrom zu dem darübergesprühten Wasser aufwärts durch einen Kondenoationsturm zu leiten, der mit Füllkörpern versehen ist, deren Stärke nach oben hin abnimmt.
Die sich am Boden des Kondensationsturmes ansammelnde Ammoniaklösung enthält ebenso Scnwefolwasserstoff, der aus dem Gasstrom ausgewaschen wird, und dieser Schwefelwasserstoff kann In Eisensulfid umgewandelt werden, indem die Lösung durch Eisenhydroxidschlamm geleitet wird. Das gebildete Eisensulfid kann zur Verarbeitung in Hochöfen verkauft werden, um aus ihm Eisen zurückzugewinnen. Falls gewünscht, kann das Ammoniak in dem Wasser oberhalb der Schlammschicht als Ammoniakhydratlösung gesammelt werden. Bei Verwendung besagter Lösung als umlaufende Waschflüssigkeit in der Kondensationsanlage kann der Ammoniakgehalt der Lösung sogar auf 50% erhöht werden. Danach kann die Lösung im Tank durtn sauberes Wasser ersetzt werden.
Natürlich kann das erfindungsgemäße Verfahren auch für in Silos gelagerten Dung angewandt werden.
Da der auf diese Weise im landwirtschaftlichen Betrieb behandelte Stallmist bzw. die Gülle kaum noch Ammoniak und Schwefelwasserstoff enthält, kann danach die Ausbringung in der üblichen Weise erfolgen, ohne daß dadurch eine große Menge umweltschädigender Chemikalien in die freie Atmosphäre gelangt.
Falls zuviel Dung vorhanden ist, kann das erhitzte und mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens verdickte Material in einem Verbrennungsofen verbrannt werden. In diesem Fall kann das Methangas, aus dem NH3 und H2S entfernt werden, im gleichen Ofen verbrannt werden. Dabei entstehen aber umweltschädliche Schwefeloxide und Stickstoffoxide. Deshalb werden die so aus dem Verbrennungsofen kommenden Gase über einen Wärmeaustauscher durch ein Calciumoxidbett geleitet. Das CaO, das mit den Schwefeloxiden und Stickstoffoxiden in den Verbrennungsgasen reagiert, wird in Calciumsulfat und Calciumnitrat umgewandelt. Darüber hinaus sammelt sich ein phosphalhaltiger Mineralrückstand am Boden der Verbrennungskammer.
Dieser Rückstand ermöglir .ί die Herstellung eines wertvollen calcium-, stickstoff- und phosphathaltigen Düngemittels, indem er mit dem Calciumsulfat und Calciumnitrat vermischt wird, die durch die Bindung der Schwefel- und Stickstoffoxide an das CaO gebildet werden.
Die Erfindung bezieht sich auch auf Anlagen, die zum Beispiel an Landwirtschaftbetriebe verkauft werden können und die aus einem Gegenstromwaschapparat mit einem oben angebrachten Abzug für die gewaschenen methanhaltigen Gase bestellen, wobei der Abzug mit einer Verbrennungsvorrichtung zur Verbrennung des Methans \ srbunden ist. Diese Vorrichtung verfügt über einen Abzug für die Verbrennungsgase und ist mit Heizungsrohren verbunden, die dort entlang verlaufen, wo das Ausgangsmaterial gelagert wird.
Die Anlage kann sich auch an Bord eines Sctvffes befinden, auf dem Dung oder Schlamm gesammelt und transportiert wird Bei einer speziellen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung wird auch der Stall selber an die Gaszufuhr am Boden des Waschapparates angeschlossen, wodurch das in der verbrauchten Stalluft enthaltene Ammoniak und der Schwefelwasserstoff, die ansonsten in die freie Atmosphäre gelangen würden, aus ihr wiedergewonnen werden.
Falls gewünscht, kann die in einem Landwirtschaftsbetrieb mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und Gerät erzeugte Ammoniaklösung auch zu zentralen Stellen transportiert werden, wo aus ihr eine konzentrierte Ammoniaklösung in reinem Wasser hergestellt werden kann, die danach dorthin transportier*, werden kann, wo eine konzentrierte Ammoniaklösung benötigt
Die Erfindung betrifft auch eine Anlage gemäß obige: Beschreibung, die zusätzlich mit einem Speichersilo für den Dung und/ oder die Fäkalien ausgerüstet ist, lie nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt werden. Von diesem Silo kann das besagte Material mit Hilfe einer Zuleitung in eine Verbrennungsvorrichtung gelangen, wobei mit dem Abzug der
Verbrennungsgase aus dieser Vorrichtung ein Wärmeaustauscher verbunden ist und dieser Wärmeaustauscher wiederum an einen Behälter mit einem Calciumoxidbett angeschlossen ist, das die Schwefel- und Stickstoffoxide aus den Verbrennungsgasen bindet.
Weiter illustriert wird die Erfindung durch die beiliegenden Figuren, die sich auf bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäP en Anlage beziehen.
In Figur 1 werden Heizungsrohre 2 im Speicherbehälter 1 (einer Jauchegrube oder einem Silo) dargestellt. Die Gase oberhalb der Jauchegrube werden durch die Pumpe 3 abgesaugt und von unten in den Waschapparat 4 geleitet. Dieser Apparat enthält Schichten von Füllkörpern, deren Stärke nach oben hin abnimmt. Über diesen Schichten befindet sich ein mit Öffnungen 6 versehenes horizontales Rohr 5. Die Pumpe 16 führt diesem Rohr Wassor zu, dessen Temperatur beispielsweise 1O0C beträgt. Der Waschapparat 4 ist am Boden mit einem Überlaufrohr versehen, durch das die am Boden des Waschapparates 4 gesammelte ammoniak- und schwefelwasserstoffhaltige wäßrige Lösung nach unten hin in ein Bett 8 aus Eisenhydroxidschlamm geleitet wird. Dort wird der Schwefelwasserstoff in Eisensulfid umgewandelt. Über diesem Bett wird die Ammoniaklösung in einen Speicher abgeleitet.
Die Gase, aus denen Ammoniak und Schwefelwasserstoff fast gänzlich entfernt werden, die jedoch eine beträchtliche Menge von Methangas enthäi.an, werden in die Verbrennungsvorrichtung 9 geleitet, in der das Methan verbrannt wird. Wenn der Ofen in Betiieb genommen wird oder ausgeht, kann der Gasbrenner 10 verwendet werden, um die Temperatur so weit zu erhöhen, daß sich das Methan in den durch den Ofen geleiteten Gasen entzündet und mit dem Sauerstoff in den besagten Gasen verbrennt. Die Verbrennungsgase werden zumindest teilweise genutzt, um den Dung in der Grube 1 zu erhitzen, bevor sie in die freie Atmosphäre abgegeben werden. Zu diesem Zweck werden sie durch Rohr 20 zu den Heizungsrohren 2 des Behälters 1 geleitet. Falls gewünscht, kann das in diesen Gasen enthaltene CO2 gebunden werden, indem der Gasstrom durche eine Calciumhydroxidlösung geleitet wird.
In der dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anlage wird auch Stalluft durch das Rohr 12 abgesaugt und gemeinsam mit den aus der Jauchegrube abgesaugten Gasen in den Waschappai at 4 geleitet.
Diese Stalluft wird mitteis des regelbaren Gebläses 13 durch ein im Stall angebrachtes Rohr 15, das über seine gesamte Länge mit regelbaren Saugventilen versehen ist, aus dem Stall abgesaugt.
Figur 2 bezieht sich auf eine Variante der oben beschriebenen Anlage, wobei die durch Rohr 12 abgesaugte und von den Gasen, die aus dem Dungspeicherbehälter abgezogen werden, getrennte Stalluft zu einem zweiten Waschapparat 4 a geleite* wird. In beiden Waschapparaten 4 und 4a werden die sich aufwärts bewegenden Gase mit einer umlaufenden Ammoniaklösung gewaschen, die aus dem im Boden befindlichen Tank 11, in dem ein Bett aus Eisenhydroxidschlamm vorhanden ist, durch die Pumpen 16 abgopumpt wird. Das Bett 8 wird durch Grund- oder Leitungswasser gekühlt, das durch die Rohre« 29 gepumpt wird. Der Ofen 9 in beiden Figuren 1 und 2 ist mit Rohren 27 ausgerüstet, durch die Wasser geleitet werden kann, um einen Überschuß an erzeugter Hitze für andere Zwecke als die Erhitzung des Ausgangsmaterials zu nutzen, zum Beispiel für die Zentralheizung innerhalb des Landwirtschaftsbetriebes. Die Einwegventile 39 a und 33 a sind mit einer Gazesperre versehen, um zu verhindern, daß die Flamme aus dem Verbrennungsofen zurückschlägt. Die Abzweigung 25a in Figur 2 illustriert, daß ein Teil des gewaschenen und durch Rohr 25 abgeleiteten Gases, falls gewünscht, zu einem Gasgenerator geleitet werden kann. Rohr 20 ist mit einem Kontrollventil 28 versehen, das entsprechend dem Wärmebedarf in Behälter 1 eingestellt wird. Die Zusammensetzung des Gasgemisches in der Verbrennungskammer 9 kann mit Hilfe eines Kontrollventils 30 beeinflußt werden.
Figur 3 bezieht sich auf eine Weiterentwicklung der Apparatur in den Figuren 1 und 2, die die Verbrennung überschüssigen Dungs im Verbrennungsofen 9 ermöglicht.
In dieser Anlage wird das überschüssige Material in den Sammelbehälter 21 gefüllt. Dieser entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren in der Jauchegrube Ί (Figuren 1 und 2) behandelte Dung hat einen Feuchtigkeitsgehalt von etwa 30% Masseanteil. Inder Jauchegrube 1 werden zwei Schichten gebildet, und nach dem Abzug des Methans und anderer Gase durch Erhitzung hat die obere Schicht einen Feststoffgehalt von ungefähr 70% Masseanteil. Der größte Teil des Phosphats in der Jauchegrube wird in diesen oberen Schichten aufgefangen. Die untere, flüssigere Schicht enthält viel weniger Phosphat und wird schließlich abgezogen, nachdem das in ihr enthaltene Phosphat entfernt wurde.
Da die obere Schicht, die weitaus mehr Phosphat enthält, nicht unmittelbar zur Bodendüngung verwendet wird, wird sie zum Behälter 21 befördert. Von diesem Bohälter aus wird besagtertrockener Dung über den Förderer 22 in den Verbrennungsofen 9 geleitet. Der mineralische Rückstand des Dungs fällt in Form von Asche durch einen Rost 22 ai ,i Boden des Ofens. Diese Asche besteht aus Phosphat und Silicaten. Auch Schwefeioxide und Stickstoffoxide werden durch die Verbrennung des Dungs im Verbrennungsofen 9 erzeugt. Um zu verhindern, daß diese Oxide in die freie Atmosphäre ausströmen, was sehr umweltschädlich wäre, werden die heißen schwefel- und stickstoffoxidhaltigen Verbrennungsgase durch ein Calciumoxidbett 17 geleitet. Dieses Calciumoxid setzt die Schwefel- und Stickstoffoxide in Calciumphosphat und Calciumnitrat um. Zwischen dem Verbrennungsofen 9 und dem Calciumoxidbett 17 werden ein Rekuperator 18 und ein Staubfilter 19 angebracht. Im Rekuperator wird Umlaufwasser erhitzt, und d.e Verbrennungsgase aus dem Ofen 9 werden abgekühlt. Im Staubfilter 19 unter dem Calciumoxidbett wird der Staub aus dem Verbrennungsgas entfernt, bevor dieses Gas durch das Calciumoxidbett 19 geleitet wird. Das Calciumoxid des Bettes 19 kann, falls gewünscht, durch das Calcinieren von Kalkstein (CaCO3) erzeugt werden. In diesem Fall können zum Beispiel aus Wasserenthärtungsanlagen kommende Kalkspatkörner (CaCO3 mit einem Wassergehalt von lediglich 0,5%) gemeinsam mit dem zu verbrennenden Dung in den Ofen 9 gebracht werden. Diese Körner werden bei der hohen Temperatur in diesem Ofen calciniert. Das gebildete CaO wird gemeinsam mit den mineralischen Bestandteilen des Dungs am Boden des Ofens gesammelt. Das Gemisch aus CaO, Phosphat und Silicaten kann im Bett 19 dazu verwendet werden, die Schwefel- und Stickstoffoxide in den Verbrennungsgasen zu binden. Dies führt zu einer Umwandlung von CaO in Calciumphosphat und Calciumnitrat. Das Produkt aus diesem Gemisch von Phosphat, Sulfat und Nitrat und Calcium kann als Düngemittel verwendet werden.
In der Anlage entsprechend Figur 3 wird das im Wärmeaustauscher erhitzte Wasser durch die Rohrleitung 20 in die Heizungsrohre in Silo 1 (s. Figuren 1 und 2) geleitet, um den darin befindlichen Dung zu erhitzen, und kann darüber hinaus beispielsweise für eine Zentralheizung 30 oder für die Erhitzung eines Kessels 31 verwendet werden.
Wird das aus dem Waschturm kommende CH4-GaS auch für einen Verbrennungsmotor 24 eines Gasgenerators genutzt, so vermischt man dieses durch die Rohrleitung 25 zugeführte CH4-GaS nicht vorher mit dem Gasgemisch aus CH4 + O2 + N2, das aus dem Stall abgezogen und im Waschturm gewaschen wurde und durch Rohrleitung 26 zugeführt wird. Auf diese Weise verhindert man, daß die im letzgenannten Gasstrom enthaltenen Stickstoffoxide das Metall der Turbine dee Generators angreifen.
Claims (12)
1. Verfahren zur Verarbeitung eines Materials, aus dem Methan und andere umweltschädigende Chemikalien entweichen können, dadurch gekennzeichnet, daß das Material erhitzt wird und die entweichenden Gase einer Waschbehandlung mit Wasser oder einer Umlauf lösung einer aus dem Gas ausgewaschenen Chemikalie unterzogen werden und daß das in den aus dem Waschapparat ausströmenden Gasen enthaltene Methan verbrannt und die entstandene Wärme zumindest teilweise für die Erhitzung des Ausgangsmaterials verwendet win1
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsinaterial Ammoniak enthält und das Waschen mit einer umlaufenden Ammoniaklösung erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Dung und/oder Fäkalien als Ausgangsmaterial verwendet werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Stalluft, die aus einem Stall, in dem Rinder gehalten werden, abgezogen wurde, gemeinsam mit den Gasen, die aus dem Raum abgezogen werden, in dem Dung und/oder Fäkalien erhitzt werden, einer Waschbehandlung mit Wasser oder einer umlaufenden Ammoniaklösung unterzogen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß daj Ausgcngsmaterial · Abwasserschlamm ist.
6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man mit einer Waschflüssigkeit wäscht, die eine Temperatur von maximal 120C hat.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2-6, dadurch gekennzeichnet, daß der in der beim Waschen entstandenen Ammoniaklösung enthaltene Schwefelwasserstoff aus dieser Lösung entfernt wird, indem die Lösung durch einen Eisenhydroxidschlamm geleitet wird.
8. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das entsprechend dem Verfahren nach Anspruch 1 erhitzte Ausgangsmaterial ebenfalls in dem Verbrennungsofen verbrannt wird, in dem das Methan verbrannt wird, wonach die Verbrennungsgase durch Wärmeaustausch abgekühlt und zur Bindung der Schwefel- und Stickstoffoxide durch ein Calciumoxidbett geleitet werden, bevor sie in die frei Atmosphäre abgegeben werden.
9. Verfahren nach Anspruo!" 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Calciumsulfat und das Calciumnitrat, die durch die Reaktion des Calciumoxids mit den Schwefel- und Stickstoffoxiden in den Verbrennungsgasen entstehen, mit den vom Boden des Ofens stammenden phosphathaltigen Rückständen vermischt werden, um ein calcium-, phosphat- und stickstoffhaltiges Düngemittel herzustellen.
10. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Gegenstromwaschapparat, der oben einen Abzug für die methanhaltigen gewaschenen Gase hat, wobei dieser Abzug mit einer Verbrennungsvorrichtung für die Verbrennung des Methans verbunden ist, die wiederum einen Abzug für die Verbrennungsgase hat, der mit Heizungsrohren verbunden ist, die dort verlaufen, wo das Ausgangsmaterial gelagert wird.
11. Anlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß auch ein Stall mit der Gaszufuhr am Boden des Waschapparates oder mit einem separaten Waschapparat verbunden ist und daß die aus diesem ausströmenden Gase ebenfalls dem Verbrennungsgerät zugeführt werden.
12. Anlage nach Anspruch 10 oder 11, gekennzeichnet durch ein Speichersilo für den Dung und/oder die Fäkalien, die entsprechend dem Verfahren in Anspruch 1 behandelt wurden, von wo aus das Material mittels einer Zuleitung in die Verbrennungsvorrichtung eingebracht wird, durch einen Wärmeaustauscher, der mit dem Abzug für die Verbrennungsgase aus dieser Vorrichtung verbunden ist, sowie durch einen Behälter mit einem Calciumoxidbett für die Entfernung der Schwefeloxide und Stickstoffoxide aus den Verbrennungsgasen, der mit dem Wärmeaustauscher verbunden ist.
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