Thermische Klärschlammbehandlung und Phosphorrecycling aus der Asche

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1 Thermische Klärschlammbehandlung und Phosphorrecycling aus der Asche BE-Forum Klärschlamm Ralf Wittstock Dr. Born - Dr. Ermel GmbH 09. Mai 2018, Leer

2 Inhalt Thermische Klärschlammbehandlung P-Recycling aus Klärschlammasche Zusammenfassung und Ausblick Dr. Born - Dr. Ermel BE-Forum Klärschlamm, Leer 09. Mai /20

3 Thermische Klärschlammbehandlung Status Quo Möglichkeiten der thermischen Vorbehandlung Mitverbrennung in Kohlekraftwerken, Zementwerken oder Abfallverbrennungsanlagen Mono-Klärschlammverbrennungsanlagen Aspekte der Mitverbrennung Limitierung von Kontingenten aufgrund genehmigungsrechtlicher und/oder betrieblicher Vorgaben einzelner Standorte Kapazitätseinschränkungen durch Energiewende (Abkündigung von Kraftwerken) Wirtschaftliche Aspekte der Entsorgung (Transport, Aufbereitung, Qualitäten) Aspekte der Mono-Klärschlammverbrennung Effektive Schadstoffsenke für den Klärschlamm Effiziente Nutzung des im Klärschlamm enthaltenen Energiepotentials Prioritärer Weg der Phosphorrückgewinnung aus der Verbrennungsasche Wirtschaftlich unabhängig von steigenden Entsorgungspreisen, somit hohe Entsorgungssicherheit Dr. Born - Dr. Ermel BE-Forum Klärschlamm, Leer 09. Mai /20

4 Thermische Klärschlammbehandlung Thermische Klärschlammbehandlung Einteilung Verbrennung λ > 1 Schmelze λ >> 1 Mono-Behandlung Vergasung 0 < λ < 1 Pyrolyse λ = 0 Carbonisierung λ = 0 Kohlekraftwerke Mit-Behandlung Zementwerke Abfallbehandlung Dr. Born - Dr. Ermel BE-Forum Klärschlamm, Leer 09. Mai /20

5 Thermische Klärschlammbehandlung Beste verfügbare Technik - wie sieht die aus? Geringer Invest Einfache Technik Genehmigungskonform Sicherer Betrieb Dr. Born - Dr. Ermel BE-Forum Klärschlamm, Leer 09. Mai /20

Thermische Klärschlammbehandlung Wirbelschichtfeuerung Für Klärschlammverbrennung am weitesten in Deutschland verbreitet Klärschlammanforderung: 40-50 % TR Entwässerung/Trocknung erforderlich

6 Thermische Klärschlammbehandlung Wirbelschichtfeuerung Für Klärschlammverbrennung am weitesten in Deutschland verbreitet Klärschlammanforderung: % TR Entwässerung/Trocknung erforderlich Autotherme Verbrennung (ohne Zusatzbrennstoff) Temperaturen etwa C Lambda λ > 1 Asche gelistet gemäß Anhang 2 DüMV Referenzen: 21 Anlagen, Deutschland t TR /a Quelle: Fa. Eisenmann Dr. Born - Dr. Ermel BE-Forum Klärschlamm, Leer 09. Mai /20

Thermische Klärschlammbehandlung Schmelzverfahren Umwandlung von brikettiertem Klärschlamm zu verglastem Material Klärschlammanforderung: > 80 % TR Entwässerung/Trocknung erforderlich Mischung mit

7 Thermische Klärschlammbehandlung Schmelzverfahren Umwandlung von brikettiertem Klärschlamm zu verglastem Material Klärschlammanforderung: > 80 % TR Entwässerung/Trocknung erforderlich Mischung mit Kohle und Brikettierung Kupolofen, Metallerzeugung Temperaturen etwa C Synthesegasnutzung möglich Eisen- und phosphathaltige Schlacke Listung gemäß Anhang 2 DüMV Referenzen: Pilotanlage Nürnberg Ähnliches Prinzip: Großtechnische Anlagen in Japan, Fa. Kubota Quelle: Stadt Nürnberg, 2016 Dr. Born - Dr. Ermel BE-Forum Klärschlamm, Leer 09. Mai /20

Thermische Klärschlammbehandlung Vergasungsverfahren Umwandlung fester, kohlenstoffhaltiger Verbindungen in Synthesegas (CO, H 2, C X H Y ) Klärschlammanforderung: > 90 % TR Entwässerung/Trocknung

8 Thermische Klärschlammbehandlung Vergasungsverfahren Umwandlung fester, kohlenstoffhaltiger Verbindungen in Synthesegas (CO, H 2, C X H Y ) Klärschlammanforderung: > 90 % TR Entwässerung/Trocknung erforderlich Vergasung, begrenzte Luft- bzw. O 2 -Menge Sauerstoffmenge, 0 < λ < 1 Temperaturen C Synthesegasnutzung bspw. in BHKW Quelle: Fa. Kopf SynGas Asche nicht gelistet gemäß Anhang 2 DüMV (nur, wenn t C und keine Stoffe gem. Nr. 8.3, Anl. 2 DüMV) Referenzen: Balingen, in Betrieb (2.300 t TR /a) Mannheim, in Betrieb (5.000 t TR /a) Koblenz, in Bau (4.500 t TR /a) Dr. Born - Dr. Ermel BE-Forum Klärschlamm, Leer 09. Mai /20

9 Thermische Klärschlammbehandlung Pyrolyseverfahren (teilgestufte Verbrennung) Pyrolyse, Form der Vergasung Schnecken- oder Festbettreaktoren Klärschlammanforderung: > 50 % TR Entwässerung/Trocknung erforderlich Ausschließlich unter Einwirkung zugeführter Wärme und ohne zusätzlichen Sauerstoff Sauerstoffmenge, λ = 0 bzw. λ > 0 (teilgestufte Verbr.) Temperaturen von C Synthesegasnutzung in Brennkammer (FLOX-Brenner) Quelle: Fa. PYREG AG Modularer Aufbau (1.000 t TR /a) Pyrolysekoks nicht gelistet (Anhang 2, DüMV) Referenzen (teilgestufte Verbrennung): Versuchsanlage Dörth, Linz-Unkel, in Betrieb (1 Modul), Homburg, im Bau (1-2 Module), Emmerich (in Planung) Dr. Born - Dr. Ermel BE-Forum Klärschlamm, Leer 09. Mai /20

Thermische Klärschlammbehandlung HTC-Verfahren (Hydrothermale Carbonisierung) Umwandlung von feuchter Biomasse zu kohleähnlichem Produkt Rührreaktor (Druckbehälter) Klärschlammanforderung: 25 % TS

10 Thermische Klärschlammbehandlung HTC-Verfahren (Hydrothermale Carbonisierung) Umwandlung von feuchter Biomasse zu kohleähnlichem Produkt Rührreaktor (Druckbehälter) Klärschlammanforderung: 25 % TS Entwässerung erforderlich Sauerstoffverhältnis λ = 0 Temperaturen C, Drücke bar Kohleschlamm nach Behandlung, auf 75 % TR entwässerbar Prozesswasser, hohe organische Belastung HTC-Kohle fungiert als Schwermetallsenke Ähnlich hohe Heizwerte wie Braunkohle Erdölähnliche Produkte, Humus, Steinkohle möglich P-Produkt/Kohle nicht gelistet (Anhang 2, DüMV) Referenzen: Pilotanlage für Klärschlamm Karlsruhe/Kaiserslautern Großtechnische Anlage in Jining/China Quelle: Fa. Terra Nova Dr. Born - Dr. Ermel BE-Forum Klärschlamm, Leer 09. Mai /20

DIN 3460) (Franck, Wittstock: Wasser und

11 Thermische Klärschlammbehandlung Technologievergleich Thermische Verfahren zur Mono-Klärschlammbehandlung Vergleich Entwicklungsstand (gem. DIN 3460) (Franck, Wittstock: Wasser und Abfall, Heft , S. 15 ff) Dr. Born - Dr. Ermel BE-Forum Klärschlamm, Leer 09. Mai /20

12 Inhalt Thermische Klärschlammbehandlung P-Recycling aus Klärschlammasche Zusammenfassung und Ausblick Dr. Born - Dr. Ermel BE-Forum Klärschlamm, Leer 09. Mai /20

13 P-Recycling Aufwand und Potentiale entw. Faulschlamm Kläranlagenablauf Schlammwasser Klärschlammasche Volumen-/ Massenstrom Phosphor- Konzentration Rückgewinnungspotential max. Rückgewinnungsgrad Kosten rot: schlecht grün: gut Dr. Born - Dr. Ermel BE-Forum Klärschlamm, Leer 09. Mai /20

14 P-Recycling Entwicklungsstufen gem. DIN 3460 Entwicklungsstufe Vorversuche Laborversuche Technikumsanlage Pilotanlage Großtechnische Anlage PASCH SEPHOS SESAL-PHOS nasschemisch BioCon LEACHPHOS Eberhard- Verfahren EcoPhos großtechnische Anlage für Rohphosphat TetraPhos Baustart 2018 AshDec Mephrec für Klärschlamm thermisch ATZ-Eisenbadreaktor RecoPhos AT KALOGEO Bioleaching elektrokinetisch Inocre P-bac EPHOS Dr. Born - Dr. Ermel BE-Forum Klärschlamm, Leer 09. Mai /20

15 P-Recycling - Thermochemisches Verfahren Fa. Outotec/AshDec 1. Stufe (thermische Behandlung) Drehrohrofen, C Zugabe von Natriumsulfat und/oder Natriumcarbonat und Klärschlammtrockengut Umwandlung von P zu Magnesium- bzw. Calciumphosphat 2. Stufe (Rauchgasreinigung) Quasi-trockenes Reinigungsverfahren (Kalkhydrat, HOK) Abscheidung von Schwermetallen Asche-Abzug 3. Stufe (Veredelung) Ascheveredelung durch weitere Zugabestoffe Verwertung bspw. Düngemittelindustrie Referenzen Pilotanlage Leoben (zurückgebaut), Österreich 2008, Aufbereitung Klärschlammasche, Fa. Outotec Quelle: Fa. Outotec Dr. Born - Dr. Ermel BE-Forum Klärschlamm, Leer 09. Mai /20

P-Recycling - Nasschemisches Verfahren Fa. Remondis/TetraPhos 1. Stufe (Rührreaktor) Elution von Phosphor aus Asche in Phosphorsäure als Calciumdihydrogenphosphat (Ca(H 2 PO 4 ) 2 ) 2.

16 P-Recycling - Nasschemisches Verfahren Fa. Remondis/TetraPhos 1. Stufe (Rührreaktor) Elution von Phosphor aus Asche in Phosphorsäure als Calciumdihydrogenphosphat (Ca(H 2 PO 4 ) 2 ) 2. Stufe (Fest-Flüssig-Trennung) Trennung Aschefraktion von Phosphor-Lösung 3. Stufe (Ca-Separation, Zugabe Schwefelsäure): Abscheidung von Gips Bildung von Phosphorsäure 4. Stufe (Ionenaustauscher) Regeneration mittels Salzsäure, Abscheidung von Mg-/Ca- bzw. Al-/Fe-Salzen Quelle: Fa. Remondis 5. Stufe (Vakuumverdampfung) Aufkonzentrierung auf rd. 75 % (RePacid) Rezyklat als prozesseigene Säure und zur weiteren Verwertung, bspw. Düngemittelindustrie Referenzen Pilot-Anlage Hamburg (KA Köhlbrandhöft), Aufbereitung Klärschlammasche, seit 2015 in Betrieb, Planung für großtechnische Anlage angelaufen (Realisierung 2018), Fa. Remondis Dr. Born - Dr. Ermel BE-Forum Klärschlamm, Leer 09. Mai /20

P-Recycling - Nasschemisches Verfahren Fa. EcoPhos 1. Stufe (Rührreaktor) Elution von Phosphor aus Asche in Phosphorsäure als Calciumdihydrogenphosphat (Ca(H 2 PO 4 ) 2 ) 2.

17 P-Recycling - Nasschemisches Verfahren Fa. EcoPhos 1. Stufe (Rührreaktor) Elution von Phosphor aus Asche in Phosphorsäure als Calciumdihydrogenphosphat (Ca(H 2 PO 4 ) 2 ) 2. Stufe (Fest-Flüssig-Trennung) Trennung Aschefraktion von Phosphor-Lösung 3. Stufe (Ionenaustauscher) Abscheidung von Erdalkalimetallen und Metallen Gereinigte Phosphorsäure (H 3 PO 4 ), Wiederverwendung im Prozess Regeneration mittels Salzsäure, Mg-/Ca-Salzlösung bzw. Al-/Fe-Salzlösung 4. Stufe (Vakuumverdampfung) Aufkonzentrierung auf rd. 62 % Rezyklat zur weiteren Verwertung, bspw. Düngemittelindustrie Quelle: Fa. EcoPhos Referenzen Bspw. Bulgarien, Syrien, Peru, Namibia ( t/a DCP/MCP aus phosphathaltigem Gestein) Pilotanlage Bulgarien, Aufbereitung Klärschlammasche Planung einer großtechnischen Anlage in Dünkirchen, Fa. EcoPhos Dr. Born - Dr. Ermel BE-Forum Klärschlamm, Leer 09. Mai /20

18 Inhalt Thermische Klärschlammbehandlung P-Recycling aus Klärschlammasche Zusammenfassung und Ausblick Dr. Born - Dr. Ermel BE-Forum Klärschlamm, Leer 09. Mai /20

19 Zusammenfassung und Ausblick AbfKlärV seit in Kraft - Übergangsfristen aktiv Neue Kapazitäten an thermische Behandlungsanlagen erforderlich Derzeit deutlich steigende Klärschlamm-Entsorgungskosten Wirtschaftsdüngern (Klärschlamm, Gülle, Gärrest) vs. Flächenverfügbarkeit Reduzierung Mitverbrennungskapazitäten (Kraftwerke, MHKW, Zementwerke) Stationäre Wirbelschicht, dominierendes großtechnisches Verfahren bzgl. thermischer Mono-KVA Thermische Vorbehandlung, priorisierte Verfahren für effektives P-Recycling Großtechnische Verfahren zum P-Recycling derzeit am Markt noch nicht verfügbar, Markteinführung einzelner steht bevor Alternative thermische Verfahren, zur Marktreife weiter entwickeln, da insbesondere für dezentrale Lösungen geeignet Dr. Born - Dr. Ermel BE-Forum Klärschlamm, Leer 09. Mai /20

000 Mg TR /a TVM Mainz Klärschlamm, entwässert +

20 Vielen Dank Weltgrößte Anlage Hong Kong Entwässerter Klärschlamm 4 x Mg TR /a TVM Mainz Klärschlamm, entwässert + getrocknet 1 x Mg TR /a Dr. Born - Dr. Ermel BE-Forum Klärschlamm, Leer 09. Mai /20

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