Effiziente Klärschlammentwässerung und Phosphorrückgewinnung mittels HTC

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1 Effiziente Klärschlammentwässerung und Phosphorrückgewinnung mittels HTC 5. VDI-Fachkonferenz Klärschlammbehandlung Straubing September 2014 Vertrauliche Information / AVA-CO2 1

2 DIE AVA GRUPPE AVA-CO2 Forschung GmbH Karlsruhe AVA-CO2 Zug AVA Energy Holding GmbH Karlsruhe AVA Biochem BSL AG Muttenz 5. VDI-Fachkonferenz Klärschlammbehandlung / Straubing / September

3 DIE 3 SÄULEN DER AVA STRATEGIE 5. VDI-Fachkonferenz Klärschlammbehandlung / Straubing / September

4 AVA-CO2 HTC MULTI-BATCH PROZESS 5. VDI-Fachkonferenz Klärschlammbehandlung / Straubing / September

5 VEREINFACHTE DARSTELLUNG DES HTC PROZESSES 5. VDI-Fachkonferenz Klärschlammbehandlung / Straubing / September

6 BESSERE ENTWÄSSERBARKEIT DANK HTC 50-60% Energieeinsparung Gegenüber der thermischen Trocknung spart die HTC 50-60% an Energie (thermisch und elektrisch) ein. Dies ist das Fazit der ZHAW Studie welche im Auftrag des Bundesamtes für Umwelt (BAFU) erstellt und Ende 2013 abgeschlossen wurde. 70% TR mit rein mechanischer Entwässerung Da die Zellstrukturen der Biomasse in der HTC vollständig zerstört werden, kann die Biokohle rein mechanisch auf über 70% entwässert werden. 95+% TR mit einfacher Nachtrocknung Da bei der Biokohle nur noch Oberflächenwasser vorhanden ist, kann mit einer einfachen Nachtrocknung der TR Wert bei Bedarf auf über 90% erhöht werden. Die notwendige Energie wird durch die Abwärme des HTC-Prozesses bereit gestellt. 5. VDI-Fachkonferenz Klärschlammbehandlung / Straubing / September

7 AVA-CO2 HTC MULTI-BATCH PROZESS Pilotanlage K3-335 Industrieanlage HTC-0 5. VDI-Fachkonferenz Klärschlammbehandlung / Straubing / September

8 PHOSPHOR ES GEHT UMS LEBEN 0,02 GRAMM VANADIUM 0,014 GRAMM SELEN 2,5 GRAMM GRAMM ZINK 4,5 GRAMM FLUOR GRAMM GRAMM 25 GRAMM MAGNESIUM 0,015 GRAMM NICKEL KALZIUM SAUERSTOFF0,07 GRAMM KUPFER KOHLENSTOFF 95GRAMM CHLOR 1 GRAMM 780 GRAMM PHOSPHOR Bestandteil der Erbmoleküle, Gerüstsubstanz der Knochen 125 GRAMM KALIUM 140 GRAMM SILIZIUM SCHWEFEL GRAMM 0,0002 GRAMM GOLD GRAMM 0,015 GRAMM JOD WASSERSTOFF 4GRAMM EISEN STICKSTOFF 5. VDI-Fachkonferenz Klärschlammbehandlung / Straubing / September

9 PHOSPOHOR SCHWINNENDE RESERVEN & INSTABILE LÄNDER 5. VDI-Fachkonferenz Klärschlammbehandlung / Straubing / September

10 PHOSPOR STEIGENDE NACHFRAGE 5. VDI-Fachkonferenz Klärschlammbehandlung / Straubing / September

11 PHOSPOR PREISENTWICKLUNG ROHPHOSPHAT 5. VDI-Fachkonferenz Klärschlammbehandlung / Straubing / September

12 AVA cleanphos PROZESS Durch den AVA-CO2 HTC-Prozess kann der im Klärschlamm vorhandene Phosphor zu über 80% effizient und kostengünstig zurückgewonnen werden. Dabei wird der Phosphor aus der HTC-Kohle zurückgewonnen, was gegenüber den bestehenden Verfahren zur Rückgewinnung aus dem Schlamm oder der Asche zu Vorteilen führt. Das Verfahren, welches durch AVA-CO2 entwickelt wurde, ist sehr ähnlich mit bestehenden Verfahren, aber deutlich effizienter und somit kostengünstiger als herkömmliche Verfahren. Es handelt sich um ein 3-stuffiges Verfahren 1 Stufe: Säure-Rücklösung von P aus der HTC-Kohle 2 Stufe: Nano-Filtration zur Abtrennung der Phosphor-Säure von Metall-Sulfaten 3 Stufe: Konzentration der Phosphor-Säure 5. VDI-Fachkonferenz Klärschlammbehandlung / Straubing / September

13 P-RECOVERY TECHNOLOGIEN EINE ÜBERSICHT AVA cleanphos 5. VDI-Fachkonferenz Klärschlammbehandlung / Straubing / September

14 HERAUSFORDERUNG DER P-RÜCKGEWINNUNG Rückgewinnung aus Klärschlamm Volumen sind sehr hoch Rückgewinnung aus Asche Nur über Monoverbrennung möglich daher keine Mitverbrennung Phosphor ist in Glasstruktur in der Asche gebunden Bei Säure-Rücklösung werden Schwermetalle teilweise mitgelöst Die Rückgewinnung aus Klärschlamm oder aus Klärschlammasche ist technisch möglich, aber heute wirtschaftlich nicht darstellbar 5. VDI-Fachkonferenz Klärschlammbehandlung / Straubing / September

15 AVA cleanphos Lösung Rückgewinnung aus HTC-Kohle Volumen vergleichbar mit Asche Phosphor liegt frei in HTC-Kohle vor nicht gebunden Schwermetalle verbleiben fast vollständig in HTC-Kohle HTC-Klärschlammkohle kann weiterhin in Mitverbrennung Die Rückgewinnung aus HTC-Kohle ist technisch möglich und auf Grund der höheren Effizienz durchaus wirtschaftlich darstellbar 5. VDI-Fachkonferenz Klärschlammbehandlung / Straubing / September

16 DER AVA cleanphos PROZESS Schritt 1 HTC Schritt 2 Acid Leaching Schritt 3 Nano- Filtration Schritt 4 Konzentration 5. VDI-Fachkonferenz Klärschlammbehandlung / Straubing / September

17 DER AVA cleanphos PROZESS SCHRITT 1 / HTC Hydrothermale Carbonisierung von Klärschlamm bei 210 o C und 22 bar. Metall-Phosphate reagieren nicht bei der Karbonisierung und «sitzen» als sehr kleine Moleküle auf den grösseren HTC-Kohle Molekülen. 99% der Phosphate liegen bei AVA-CO2 in der Biokohle vor. 5. VDI-Fachkonferenz Klärschlammbehandlung / Straubing / September

18 PHOSPHOR PARTIKEL LIEGEN FREI VOR Phosphate sind nicht wie bei der Asche aus Monoverbrennungsanlagen in einer Glasmatrix gebunden, sondern liegen frei vor und unterscheiden sich deutlich von den grösseren HTC-Kohle Partikeln. Illustration P-Moleküle auf HTC-Kohle 5. VDI-Fachkonferenz Klärschlammbehandlung / Straubing / September

19 DER AVA cleanphos PROZESS SCHRITT 2 / ACID LEACHING Standard: Acid Leaching bei ph von ca. 1,5 Ausbeute: Über 90% P werden aus der HTC- Kohle zurückgewonnen. Säureeinsatz: Pro Kilogramm Phosphor werden beim AVA cleanphos Prozess nur ca. 6-8 Kilogramm Schwefelsäure (96%) benötigt. Menge ist in Abhängigkeit von ph Wert sowie Kalzium- und Magnesiumgehalt im Klärschlamm. Schwermetalle: Im Durchschnitt gehen nur 8-10% der Schwermetalle in die Phosphor-Säure, da die HTC-Kohle eine hohe Affinität für die meisten Schwermetalle hat. 5. VDI-Fachkonferenz Klärschlammbehandlung / Straubing / September

20 DER AVA cleanphos PROZESS SCHRITT 3 / NANO-FILTRATION Optionen: Nach der Säure-Rücklösung des Phosphors aus der HTC-Kohle stehen verschiedene Optionen zur Aufbereitung zur Verfügung. Nano-Filtration: AVA-CO2 favorisierte die Nano- Filtration. Kein Fouling, da keine Organik vorhanden. AVA-CO2 hat ausgezeichnete Erfahrungen mit Nano- Filtration gemacht. Ausbeute: Über 90% P werden mit der Nano-Filtration zurückgewonnen. Sulfate: Aluminium und Eisen Sulfate können mit hoher Konzentration als Fällungsmittel zurück in die Kläranlage gegeben werden. 5. VDI-Fachkonferenz Klärschlammbehandlung / Straubing / September

21 DER AVA cleanphos PROZESS SCHRITT 4 / KONZENTRATION Vor-Konzentration: Um die reine, 5%-ige Phosphor- Säure transportfähig zu machen wird in einer ersten Stufe eine Vor-Konzentration auf ca % gemacht. End-Konzentration: Um ein Produkt herzustellen, muss die Phosphor-Säure weiter auf 50-75% konzentriert werden. Schritt 4 ist nicht AVA-CO2 spezifisch, sondern muss auch für die Phosphor-Rückgewinnung aus Asche implementiert werden. Hier sollte eine regionale, oder bundesweite Lösung angestrebt werden. 5. VDI-Fachkonferenz Klärschlammbehandlung / Straubing / September

22 DER AVA cleanphos PROZESS - ZUSAMMENFASSUNG Schritt 1 HTC Schritt 2 Acid Leaching Schritt 3 Nano- Filtration Schritt 4 Konzentration 5. VDI-Fachkonferenz Klärschlammbehandlung / Straubing / September

23 VORTEILE DES AVA cleanphos VERFAHRENS Das AVA cleanphos Verfahren folgt der einfachen Gleichung: 2 AlPO H 2 SO 4 Al 2 (SO 4 )3 + 2 H 3 PO 4 Grundsätzlich brauchen wir also ca. 5 Kg. Schwefelsäure pro Kg. Phosphor Aufgrund von möglichen Säure-Puffern wie Kalzium und Magnesium sowie ph Anpassungen, liegt das Verhältnis in der Realität bei ca. 6-8 Kg. Schwefelsäure Pro Kg. Phosphor benötigt das AVA cleanphos Verfahren also ca. 6-8 Kg. Schwefelsäure Die Rückgewinnungsquote nach dem Acid Leaching liegt bei über 90% 5. VDI-Fachkonferenz Klärschlammbehandlung / Straubing / September

24 VORTEILE DES AVA cleanphos VERFAHRENS Es werden erprobte und bekannte Technologien verwendet Vorteil entsteht durch das Produkt HTC-Kohle und nicht durch ein völlig neues, kompliziertes Verfahren Sehr hoher Rückgewinnungsgrad von über 80% über den ganzen Prozess Einsatz von geringeren Säuremengen im Vergleich zur Rückgewinnung aus Asche, daher Kosteneinsparungen Schwermetalle verbleiben beim «Leaching» hauptsächlich in der HTC-Kohle, daher sehr hohe Reinheit der Phosphor-Säure Metall-Sulfate können rezykliert und zur Fällung wieder in der Kläranlage eingesetzt werden (Kreislauf) 5. VDI-Fachkonferenz Klärschlammbehandlung / Straubing / September

25 VORTEILE DES AVA cleanphos VERFAHRENS Der Heizwert wird deutlich erhöht, was Werte von bis zu 19 GJ/t erlaubt Klärschlamm kann auch in Zukunft in der Mitverbrennung (z.b. Zementwerken) eingesetzt werden und zwar als P-frei HTC-Kohle für den Ersatz fossiler Kohle AVA cleanphos ist eine optionale Lösung. HTC-Anlagen können grundsätzlich auch nachträglich mit dem Prozess ausgestattet werden Als schöner Nebeneffekt ist P-freie HTC-Kohle einfacher zu entwässern, was bei HTC- Projekten zu Kosteneinsparungen führt Phosphor-Rückgewinnung ist somit kein Argument mehr für den Bau von Monoverbrennungsanlagen da HTC eine echte Alternative darstellt 5. VDI-Fachkonferenz Klärschlammbehandlung / Straubing / September

26 Die AVA-CO2 HTC Technologie in Kombination mit der AVA cleanphos Lösung öffnet den Weg zu einer effizienten, langfristigen Klärschlamm-Verwertung 5. VDI-Fachkonferenz Klärschlammbehandlung / Straubing / September

27 ava-co2.com Thomas M. Kläusli Vertrauliche Information / AVA-CO2 27