Stoff und Energiekreislufe am Beispiel eines Drehrohrofen basierten

Stoff- und Energiekreisläufe am Beispiel eines Drehrohrofen basierten Papierschlamm 8. Innovationskongress recyclings Chemie und Biotechnologie Christian Klaus Kreisläufe und ablaufoptimierte Synthesen in der modernen Chemie Magdeburg, 30. Mai 2018 IBU-tec advanced materials AG

Agenda 1. IBU-tec advanced materials AG 2. Papierherstellung 3. Verwertung von Papierschlamm 4. Entwickelte Stoff- und Energiekreisläufe 5. Zusammenfassung IBU-tec advanced materials AG 2

IBU-tec advanced materials AG Unsere Services Produktentwicklung & Analytik Versuche & Scale-up Anlagenoptimierung & Engineering Lohnfertigung IBU-tec advanced materials AG 3

IBU-tec advanced materials AG Unser Technologiepark 15 Drehrohröfen IBU-tec advanced materials AG 8 Pulsationsreaktoren Peripherie. Labor für Entwicklungen Equipment und Qualitätssicherung Instandhaltung und Musterbau 4

IBU-tec advanced materials AG Standorte Berlin Magdeburg Bitterfeld Weimar 0 14 km Leipzig Nohra Frankfurt IBU-tec advanced materials AG 5

Papierherstellung Kreisprozess des Papierrecycling Altpapier und Gebrauchte Kartonagen zum Papierballen gepresst 2014 63, 7% Altpapier Fig. 1 im Pulper zerfasert IBU-tec advanced materials AG Endprodukt z. B. Zeitung, Rohpapierrollen und Briefumschläge in der Papiermaschine verarbeitet von Fremdstoffen abgeschieden 6

Papierherstellung Papierproduktion Stoffauflauf Stoffzentrale Pressenpartie Rückführung Siebpartie Trockenpartie Aufrollung Sortierer Siebwasser Pressenwasser Stofffänger Glättwerk Fig. 2 Abwasser IBU-tec advanced materials AG 7

Papierherstellung Wasserkreislauf der Papierherstellung IBU-tec advanced materials AG Daten von der Deutschen Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e. V. (DWA) 8

Verwertung von Papierschlamm Bestehend aus: Farbstoffen Pigmentstoffen Füllstoffen Klebstoffe Fasern ca. 60% Wasser IBU-tec advanced materials AG Fig. 3 9

Verwertung von Papierschlamm Entwässerung des Papierschlammes Entwässerung zu Papierflocken durch Dekanter Fig. 3 IBU-tec advanced materials AG Fig. 4 10

Verwertung von Papierschlamm Zusammensetzung einer standorttypischen Papierflockenprobe Ca. CO 3 wird in der Papierindustrie als Füllstoff oder Streichpigment verwendet Glühverlust der trockenen Probe von 66% bei 1000°C (CO 2 + Organik) IBU-tec advanced materials AG Organik 45% Si. O 2 3% Al 2 O 3 3% Rest 2% CO 2 carb 21% Ca. O 26% 11

Verwertung von Papierschlamm Anforderungen Entwurf eines thermischen Recyclingprozesses Nutzung des hohen Calciumgehaltes zur Produktion von Baukalk (Weißkalk CL 80) aus den Papierflocken Produktion von Prozessdampf Minimierung des Brennstoffbedarfes IBU-tec advanced materials AG 12

Verwertung von Papierschlamm Prozessschema IBU-tec advanced materials AG 13

Verwertung von Papierschlamm Granulierung Fig. 4 Fig. 5 Ziel: gleichmäßige Form erreichen Förder- und Dosierfähigkeit erhöhen Staubverlust verringern IBU-tec advanced materials AG 14

Verwertung von Papierschlamm Prozessschema IBU-tec advanced materials AG 15

Verwertung von Papierschlamm Thermische Behandlung Verwendung eines Drehrohrofens Materialaufgabe Trocknung Oxidation Trocknung: Oxidation: Kalzination: Abkühlung: Kalzination Abkühlung des Verdampfen Verbrennen Kalzination von der des. Produktstromes Calciumcarbonat: Organik Wasseranteils: zu CO 2 durch und H 2 O: 100°C bis 900°C 300°C 800°C Gasgegenstrom 200°C H 2 O (l) → H 2 O(g) Ca. CO 3(s) → Ca. O(s) + CO 2(g) Dehydratation Oxidation Weiterverarbeitung vom des Schwefel Kristallwassers: und Chlor: + 400°C bis 1200°C 600°C Kalzination 750°C von Zementphasen: H 2 O (c) → H 2 O(g) 900°C Ca. SO bis 1100°C 3 Ca. O(s) + n(s) → Ca. O(s) + SOn-1(g) 2 Ca. Cl(s) Al + O 2→* 2 Ca. O(s) Al 2 O 3 (s)+2 Ca. O(s) Cl 2(g) + Si. O 2→ 2 O 3→ 3 Ca. O 2 Ca. O * Si. O 2 (s) IBU-tec advanced materials AG 16

Verwertung von Papierschlamm Thermische Behandlung GDO KDO 7 m Länge 0, 3 m Durchmesser 10 bis 100 kg/h IBU-tec advanced materials AG 12 m Länge 1 m Durchmesser 100 bis 1500 kg/h 17

Verwertung von Papierschlamm Prozessschema IBU-tec advanced materials AG 18

Verwertung von Papierschlamm Kalklöschen Dampf Filter zur Entstaubung des Dampfes Ca. O + H 2 O → Ca(OH)2 Calciumhydroxid ist leichter zu händeln als Branntkalk Nutzung der stark exothermen Reaktionswärme Partikelgröße wird durch starke Reaktion kleiner Branntkalk & Wasser Vormischer Haupthydratisierungskammer für eine kontrollierte Reaktion Fig. 6 Kalkhydrat Ca(OH)2 IBU-tec advanced materials AG Reifekammer für die Herstellung des entsprechenden Kalkhydrates 19

Verwertung von Papierschlamm Prozessschema IBU-tec advanced materials AG 20

Verwertung von Papierschlamm Abgasrückführung IBU-tec advanced materials AG 21

Entwickelte Stoff- und Energiekreisläufe Wasserkreislauf zur Abwasservermeidung* Stoffkreislauf zur Abfallvermeidung Energierückführung Calciumrückgewinnung IBU-tec advanced materials AG *nicht Gegenstand des Projektes 22

Verwertung von Papierschlamm Gesamter Stoffkreislauf (Massenbilanz in kg/h) 69 Filterstaub Papierschlamm Additive Entwässerung Wasser 12481 Granulation 17000 10960 Dampf Luftrückführung WÜ 1 14486 Luft 55185 10960 Luft 44225 WÜ 1 61225 58711 WÜ 2 WÜ 3 44225 Nachverbrennung 499 Luft 28578 Drehrohr- 4697 ofen Luft 2472 Luft 4697 437 448 Kühlluft Erdgas Rückführung des groben Baukalks IBU-tec advanced materials AG 57046 44227 WÜ 4 Filter warmes Wasser 14484 3501 Löscher 7166 Kühler 516 Wasser 64 Luft 56277 Mischkammer 2985 Streutellersichter grober Baukalk 448 56277 Kamin Abgas 61158 Kondensator 17000 Luftrückführung WÜ 3 516 Dampf 148 Erdgas 31047 kaltes Wasser 17000 12819 Luft 2537 feiner Baukalk 700 Kondensat 2537 Produktspeicher Anlagen Eingangsströme Ausgangsströme 23

Verwertung von Papierschlamm Energiekreislauf (Energiebilanz in k. W) 26 pelletierte Papierflocken 46 18356 Verlust Nachverbrennung 50 18310 Luft 61 Verlust WÜ 1 1587 Filter 3635 WÜ 2 WÜ 3 25 Verlust WÜ 2 238 kaltes Wasser 2526 WÜ 4 25 Verlust WÜ 4 17 Kondensat 1714 Mischkammer Nachverbrennung Luftrückführung WÜ 3 990 warmes Wasser Luft 4 1138 Erdgas 1990 25 Dampf aus dem Löscher Drehrohrofen 6189 Organik (45%) 905 Verlust Ofen 5609 Reaktion (Trocknung, Dehydratation, Kalzination) 15971 214 777 Verlust Kühler 20 Kühler Kühlluft 13 Produkt Luft 550 24 7564 Organik (55%) 5874 Erdgas Luft 8693 18360 Kamin 1714 1807 Kondensator 17388 16398 WÜ 1 Verlust WÜ 3 25 Luft 54 Luftrückführung WÜ 1 Luft Filterstaub 18 Wasserdampf 13789 IBU-tec advanced materials AG Verluste Anlagen Eingangsströme Ausgangsströme überhitzter Dampf 24

Zusammenfassung 12, 5 t/h pelletierten Papierflocken werden verarbeitet Trockenmasse der Papierflocken entspricht 6, 9 t/h es werden 2, 5 t/h Baukalk CL 80 hergestellt 20 % in Bezug auf feuchte Papierflocken 37 % in Bezug auf die Trockenmasse der Papierflocken 0, 4 t/h Calciumhydroxid kann als Calciumcarbonat zurück in die Papierproduktion Energie in Form von Dampf (13, 7 MW) und Wasser (1 MW) wurden der Papierproduktion zurückgeführt Unter Einsatz von 7, 8 MW Erdgas IBU-tec advanced materials AG 25

Quellen Abbildungen Nr. Abbildung: Quelle: Fig. 1 „Papier & Pappe“ , Berliner Stadtreinigungsbetriebe , https: //trenntstadt-berlin. de/papier/ (abgerufen am 17. 05. 2018) Fig. 2 „Papiererzeugung“ , Fa. Heinzel Group , http: //files. zellstoffpoels. at/zellstoff_poels_ag_papierherstellung_d. pdf (abgerufen am 17. 05. 2018) Fig. 3 Mag. Dr. Ingrid Winter: „Sammeleinrichtung Kläranlage – kommunaler Klärschlamm“ , Abfallwirtschaft des Landes Steiermark , http: //www. abfallwirtschaft. steiermark. at/cms/beitrag/10168773/4373998/ (abgerufen am 17. 05. 2018) Fig. 4 „Wirbelschichtlösungen für Schlämme“ , Fa. Minplus B. V. , https: //minplus. com/de/ (abgerufen am 17. 05. 2018) Fig. 5 „Klärschlamm-Pelletierung“ , Fa. Kahl , https: //www. akahl. de/de/produkte/recyclingindustrie/pelletieranlagen/detail//show/klaerschlamm-pelletierung/ (abgerufen am 17. 05. 2018) Fig. 6 „Branntkalk und Kalkhydrat“ , Fa. Gebr. Pfeiffer SE , https: //www. gebrpfeiffer. com/produkte/klv-kle-kalkloeschmaschine/ (abgerufen am 17. 05. 2018) IBU-tec advanced materials AG 26