DE19941231C2 - Verfahren und Anordnung zur Behandlung von Wasserstoffspeichern - Google Patents

Verfahren und Anordnung zur Behandlung von Wasserstoffspeichern

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Behandlung von Metallhydrid, das als Wasserstoffspeicher genutzt wurde. Dabei werden die Aufbereitung und Verwertung bzw. Wiederverwendung von Metallhydrid betrachtet. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Wasserstoffspeicher, bestehend aus Metallhydrid und Speicherbauteilen, in ein Wasserbad verbracht wird, im Wasserbad geöffnet wird, die Speicherbauteile entnommen werden, das Metallhydrid in kleine Einheiten getrennt wird, so daß der gespeicherte Wasserstoff aus dem Wasser und aus dem Metallhydrid entweicht und anschließend das Metallhydrid dem Wasserbad entnommen wird, um verwertet bzw. wiederverwendet zu werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Behandlung von Wasserstoffspeichern, bestehend aus Speicherbehälterbauteilen und darin gelagertem Metallhydrid.
Es sind bisher keine Verfahren und Anordnungen zur Aufbereitung und Verwertung bzw. Wiederverwendung von Metallhydrid, das als Wasserstoffspeicher verwendet wurde, bekannt. Mit der Serienfertigung von Wasserstoffspeichern auf Basis von Metallhydrid stellt sich jedoch auch die Frage nach der Behandlung von anfallendem Material.
Es gibt bisher nur Kleinstversuche. Zu diesem Zweck wurden kleine Wasserstoffspeicher auf Metallhydridbasis aufgesägt. Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß bei Übertragung auf industriell relevante Mengen und Größen von Wasserstoffspeichern die Freisetzung des Wasserstoffes unkontrolliert abläuft. Die Reaktion des Metallhydrids und des freigesetzten Wasserstoffes mit dem Sauerstoff aus der Luft erfolgt ziemlich heftig.
In der Druckschrift DE 44 45 495 A1 wird ein Verfahren zur Rückgewinnung von Metallen aus gebrauchten Nickelhydrid-Akkumulatoren beschrieben. Danach wird das Gut mechanisch zerkleinert und in eine Grobfraktion und eine Feinfraktion aufgeteilt, die getrennt voneinander aufgearbeitet werden. Dabei wird die Feinfraktion mittels Schwefelsäure mit einem Zusatz von Wasserstoffperoxid in Lösung gebracht, wobei die Metalle schrittweise durch selektive Fällung und/oder Flüssig-Extraktion abgetrennt und zurückgewonnen werden.
Aus der EP 0 842 304 B1 ist ein weiteres Verfahren zur Aufarbeitung von hydrierbar Metalllegierungen enthaltenden Abfällen bekannt, das als ersten Behandlungsschritt die Zerkleinerung des Materials vorsieht.
Aus der EP 0 585 701 B1 ist ein Verfahren zum Entsorgen von Nickel- Cadmium- oder Nickel-Hydrid-Zellen bekannt. Nach einer mechanischen Zerkleinerung des Materials und Auftrennung in verschiedene Fraktionen wird die Sieb-Feinfraktion in ein Säurebad zur Auflösung der metallischen Anteile gegeben, wobei nach Ausfiltrierung der nichtlöslichen Bestandteile mindestens Nickel selektiv extrahiert wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein kostengünstiges Verfahren und eine Anordnung zur Behandlung von Wasserstoffspeichern zu entwickeln, bei denen Gefährdung von Personen und Beeinträchtigung des Metallhydrids ausgeschlossen sind.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind den Ansprüchen 2 bis 7 entnehmbar. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Anordnung sind den Ansprüchen 9 bis 11 entnehmbar.
Für den Fall, daß ein Wasserstoffspeicher basierend auf Metallhydridbasis außer Betrieb genommen wird, z. B.
  • a) durch Ausschuß während der Fertigung,
  • b) durch Auftreten eines Defektes während des Betriebes und damit verbundene Verunreinigung des Metallhydridmaterials,
  • c) durch Beschädigung des Mantelrohres nach einem von außen verursachten Defekt,
  • d) Außerbetriebnahme nach der geplanten Einsatzzeit,
wird mit dem vorgeschlagenen Verfahren und der vorgeschlagenen Anordnung das Öffnen des Wasserstoffspeichers sowie die Weiterbehandlung des dann anfallenden Metallhydridmaterials sichergestellt. Das Metallhydridmaterial kann entweder wiederverwendet werden oder auch unterschiedlich verwertet werden. Die Anordnung zur Behandlung von Wasserstoffspeichern kann ohne aufwendige Konstruktion und Ausführung gebaut werden.
Durch die Behandlung des Wasserstoffspeichers im Wasserbad läuft die Reaktion des Wasserstoffes nicht so heftig wie an der Luft ab. Die Reaktion ist unterdrückt und kontrolliert. Personen können nicht gefährdert werden. Die agierenden Personen brauchen keine speziellen Schutzausrüstungen.
Außerdem läßt sich das Wasserbad sehr einfach der zu bearbeitenden Größe des Wasserstoffspeichers anpassen. Je nach Größe des Wasserstoffspeichers kann das Wasserbad aus einer mit Wasser gefüllten Wanne bestehen oder ein künstlich angelegter Teich sein.
Die aufgeführten verschiedenen Trennverfahren bieten die Möglichkeit, je nach Größe des Wasserstoffspeichers und örtlichen Bedingungen das optimale Trennverfahren auszuwählen.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht eines Wasserbades mit einer Sägenanordnung,
Fig. 2 eine Draufsicht von Fig. 1,
Fig. 3 eine Seitenansicht eines Wasserstoffspeichers mit angelegten Sprengschneidschnüren und
Fig. 4 eine Draufsicht von Fig. 3.
In Fig. 1 ist ein Wasserstoffspeicher 1 auf Metallhydridbasis in einem Wasserbad 2 gelagert dargestellt. Wasser als Schutzmedium wurde mit folgender Zielsetzung ausgewählt:
  • - Unterdrückung von Reaktionen des Hydrides mit der Umgebung, die zu einer Gefährdung von Personen und Material führen;
  • - Erhaltung einer Hydridqualität, die eine Wiederverwendung nicht ausschließt.
Zur Auftrennung des Wasserstoffspeichers 1 wird dieser in das Wasserbad 2 verbracht. Je nach Speichergröße und Örtlichkeit können die Wasserstoffspeicher z. B. in eine mit Wasser gefüllte Wanne gelegt oder in einen künstlichen Teich verbracht werden.
Vorteile bei der Anwendung von Wasser als Schutzmedium sind darin zu sehen, daß keine besondere Schutzausrüstung für Personen benötigt wird und das Medium Wasser ohne großen Aufwand zur Verfügung gestellt werden kann.
Zur Gewinnung des Hydridmaterials aus dem Wasser ist lediglich die Sedimentation abzuwarten. Verunreinigungen treten nicht auf.
Die Verwendung von Wasser in einem Wasserbad bietet die Möglichkeit, alle nachfolgend genannten Trennverfahren, nämlich Sägen, Wasserstrahlschneiden und Sprengschneiden anzuwenden.
Aus Fig. 1 und 2 ist die Anordnung zur Behandlung von Metallhydrid, das als Wasserstoffspeicher eingesetzt wurde, ersichtlich. Bei dieser Ausführung befindet sich Wasserstoffspeicher 1 im Wasserbad 2. Er ist auf dort angeordneten Rollen 3 gelagert. Ein Drehantrieb 4 wird mit dem Wasserstoffspeicher 1 verbunden und kann diesen drehen, so daß installierte Sägen 5 und 6, die mit einer Quer- und Längsführung 7, 8 versehen sind, den Wasserstoffspeicher 1 aufschneiden. Anschließend können Speicherbauteile entnommen werden und das Metallhydridmaterial ist freigelegt.
Der noch im Wasserbad 2 verbleibende Teil des Metallhydrids wird in kleinere Einheiten zersägt. Nach der vollständigen Freisetzung des Wasserstoffs kann das Metallhydrid, welches sich am Boden des Wasserbades ablagert, aus dem Wasserbad entnommen werden.
Die Vorgehensweise beim Auftrennen von Wasserstoffspeichern hängt von der Speichergeometrie ab.
Um mit wenigen Schnitten möglichst viel Metallhydrid freizulegen, sind kleine Wasserstoffspeicher mittels "per Hand" geführter Sägen aufzutrennen. Bei großen Wasserstoffspeichern ist eine Vorrichtung mit folgenden Komponenten erforderlich:
  • - Wasserbad 2,
  • - Drehantrieb 4 für Wasserstoffspeicher 1,
  • - Rollenlagerung 3 für Wassserstoffspeicher 1,
  • - Längs- und Querführungen 7, 8 für Säge 5, 6 inklusive Antrieb,
  • - Ablaufsystem für Wasser mit Auffangfilter für Metallhydridmaterial.
Der Wasserstoffspeicher 1 wird in ein mit Wasser gefülltes Becken, das Wasserbad 2, gelegt und dabei auf Rollen 3 abgesetzt. So kann der Wasserstoffspeicher mittels eines Antriebes gedreht werden.
Die Säge wird parallel zur Wasserstoffspeicher-Längsachse ausgerichtet. Die Säge läuft auf einer Längsführung den Wasserstoffspeicher ab und erzeugt somit Längsschnitte. Das Sägeblatt wird quer zur Wasserstoffspeicher- Llängsachse festgestellt und kann nun den sich drehenden Wasserstoffspeicher mit einem Rundschnitt auftrennen.
Nach kompletter Öffnung erfolgt die Trennung von Metallhydridmaterial und Speicherbauteilen.
Die Entnahme des Metallhydridmaterials erfolgt zum Abschluß.
Eine weitere Möglichkeit zur Trennung des Wasserstoffspeichers ist mit einem Wasserstrahl-Schneidverfahren gegeben.
Dabei strömt das Wasser unter hohem Druck durch eine feine Düse. Der entstehende Wasserstrahl besitzt eine schneidende Wirkung. Die Bearbeitung weicher Materialien und Schaumstoffe erfolgt in den meisten Fällen ohne Zusatz von Abrasivmitteln. Zur Verstärkung der Schneidwirkung, in diesem Fall zum Schneiden von Metallen, wird dem Wasserstrahl ein geeignetes Abrasivmittel beigefügt.
Der Wasserstrahl wird in einer darunter liegenden Wanne oder in eimner ähnlichen Vorrichtung aufgefangen, wobei die Restenergie des Schneidstrahls vernichtet wird. Das Verfahren ist unter Wasser anwendbar. Bei entsprechend geringem Abstand zum Werkstück unterstützt das umgebende Wasser die Kohärenz des Wasserstrahles.
Der Wasserstoffspeicher wird in ein mit Wasser gefülltes Becken, das Wasserbad, gelegt. Eine dreidimensionale Führung der Düse oder Rotation des Wasserstoffspeichers erzeugt die Schnittführung. Der Schneidstrahl dringt in den Wasserstoffspeicher ein und durchschneidet den Behältermantel.
Mit dem Schneidstrahl werden Rundschnitte erzeugt. Nach kompletter Öffnung des Wasserstoffspeichers erfolgt die Trennung von Metallhydridmaterial und Speicherbauteilen. Die Entnahme des Metallhydridmaterials erfolgt zum Abschluß.
Grundsätzlich ist es mit dem Wasserstrahl-Schneidverfahren auch möglich, Fugen in die Behälterwand zu schneiden, so daß eine Restwanddicke erhalten bleibt. In diesem Fall wird die Düse schräg angestellt. Die Behälterwand muß anschließend aufgekeilt werden.
Eine weitere Möglichkeit der Behandlung von Wasserstoffspeichern besteht darin, mit einem Sprengschneidverfahren den Wassetrstoffspeicher aufzuschneiden, siehe Fig. 3 und Fig. 4.
Bei diesem Verfahren kann beispielsweise eine Sprengschneidschnur mit linearer Hohlladung mit der Bezeichnung "BLADE" von der Firma Royal Ordnance eingesetzt werden.
Die Sprengschneidschnur besteht aus einem flexiblen Sprengstoff, der zur Erzielung des Schneideffekts mit einer ebenfalls flexiblen V-förmigen Einlage aus gebundenem Kupfer-Pulver versehen ist. Ein besonders charakteristisches Merkmal dieser Sprengschneidschnur ist eine Schaumstoff-Umhüllung, die sich leicht in die jeweils gewünschte Form biegen und an dem zu trennenden Objekt befestigen läßt. Die Schneidladung bildet bei der Sprengung keinerlei Splitter.
Die Sprengschneidschnur wird an vorgegebenen Linien entlang des Wasserstoffspeichers angebracht. Anschließend wird der Wasserstoffspeicher 1 in das Wasserbad 2 verbracht. Dort erfolgt die Sprengung und damit das Schneiden mit einem Umfangsschnitt 11, zwei gegenüberliegenden Längsschnitten 12 bzw. einem einzigen Längsschnitt 13 mit einer Umführung 10 des Wasserstoffspeicher­ gasanschlusses 9. Der Wasserstoffbehälter wird somit definiert aufgetrennt.
Nach kompletter Öffnung des Wasserstoffbehälters können Speichermetall und Speicherbauteile getrennt werden. Die Entnahme des Speichermetalls erfolgt wie bei den anderen Verfahren.
Für Verwertung bzw. Wiederverwendung des Speichermetalls sind, abhängig vom Mitteleinsatz, folgende Varianten möglich:
  • a) Das Speichermetall wird nach einer aktivierenden Glühbehandlung direkt reaktiviert. Durch die hierbei auftretende geringere Speicherkapazität ändert sich die Speichermetalispezifikation.
  • b) Durch einen Umschmelzprozeß mit "frischem" Legierungsmaterial in Verbindung mit einer Desoxydation wird für anspruchsvollere Anwendungen eine Speichermetallqualität erreicht, die nahezu derjenigen des Ausgangsmaterials entspricht. Voraussetzung hierfür ist ein wirtschaftlich sinnvolles Mischungsverhältnis, das im Bedarfsfall noch zu ermitteln ist.
Die genannten Varianten sind dann sinnvoll, wenn ein unmittelbarer Bedarf an Speichermetall besteht.
Für den Fall, daß keine Nachfrage besteht und eine Zwischenlagerung für aktive Wasserstoffspeicher nicht angedacht wird, besteht die Möglichkeit, einzelne Wertstoffe - insbesondere das wertmäßig am höchsten einzustufende Legierungselement Vanadium - an Stahlerzeuger weiter zu verkaufen. Die dabei zu erzielenden Verkaufspreise sind abhängig vom Tageskurs.
Für den Fall, daß eine Außerbetriebnahme des Wasserstoffspeichers ohnevorliegende Defekte oder Beschädigungen erfolgen muß, besteht zur Weiterverwendung auch noch die Variante, den Wasserstoffspeicher als Speichermedium für andere Anwendungen (mit eingeschränkter Spezifikation) einzusetzen.
Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen
1
Wasserstoffspeicher
2
Wasserbad
3
Rollen
4
Drehantrieb
5
Säge in Längsrichtung
6
Säge in Querrichtung
7
Längsführung
8
Querführung
9
Gasanschluß
10
Umführung des Gasanschlußes
11
Umfangsschnitt
12
Gegenüberliegende Längsschnitte
13
Längschnitt

Claims (11)

1. Verfahren zur Behandlung von Wasserstoffspeichern, bestehend aus Speicherbehälterbauteilen und darin gelagertem Metallhydrid, wobei der Wasserstoffspeicher in ein Wasserbad verbracht wird und im Wasserbad geöffnet wird,
die Speicherbehälterbauteile entnommen werden und das Metallhydrid in kleine Einheiten getrennt wird, so daß der gespeicherte Wasserstoff aus dem Metallhydrid und aus dem Wasser und entweicht, wobei das verbliebene Speichermetall sedimentiert und dem Wasserbad entnommen wird, dadurch gekennzeichnet, daß
das dem Wasserbad entnommene Speichermetall durch eine aktivierende Glühbehandlung reaktiviert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das gewonnene Speichermetall mit frischem Legierungsmaterial in Verbindung mit einer Desoxydation umgeschmolzen wird.
3. Verfahren nach mindestens einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das gewonnene Speichermetall in einzelne Legierungselemente aufgeschmolzen wird.
4. Verfahren nach mindestens einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserstoffspeicher im Wasserbad mit einer handgeführten Säge geöffnet wird und das Metallhydrid mit der handgeführten Säge zerkleinert wird.
5. Verfahren nach mindestens einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserstoffspeicher im Wasserbad auf einer Rollenanordnung abgelegt wird und mit einer Drehvorrichtung um die eigene Achse auf den Rollen gedreht wird, so daß Längs- und quergefürte Sägen den Wasserstoffspeicher mit einem Rundschnitt öffnen und das Metallhydrid zerkleinern.
6. Verfahren nach mindestens einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserstoffspeicher im Wasserbad mit einem Wasserstrahlschneidverfahren geöffnet wird und das Metallhydrid zerteilt wird.
7. Verfahren nach mindestens einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserstoffspeicher im Wasserbad mit einem Sprengschneidverfahren geöffnet wird und das Metallhydrid zerteilt wird.
8. Anordnung zur Behandlung von Wasserstoffspeichern auf der Basis von Metallhydrid, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Wasserbad (2), Rollen (3) zur in Längsrichtung drehbaren Lagerung des zylinderförmigern Wasserstoffspeicher (1) angeordnet sind, wobei der Wasserstoffspeicher (1) über einen Drehantrieb (4) drehbar ist und Quer- und Längsführungen (7, 8) zur Führung von Trenneinrichtungen entlang des Wasserstoffspeichers (1) vorgesehen sind.
9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Trenneinrichtungen aus einer angetriebenen manuell und/oder automatisch zu führenden Säge bestehen.
10. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Trenneinrichtungen aus einer Wasserstrahlschneidanlage bestehen.
11. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Trenneinrichtungen Sprengschneidschnüre (10, 11, 12, 13) am Wasserstoffspeicher (1) angebracht sind.
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