DE202012101259U1

DE202012101259U1 - Transportable Vorrichtung zur Reinigung von belastetem Ausgangsmaterial

Info

Publication number: DE202012101259U1
Application number: DE201220101259
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-04-06
Filing date: 2012-04-05
Publication date: 2012-07-11
Anticipated expiration: 2022-04-06

Abstract

Transportable Vorrichtung zur Reinigung von belastetem Ausgangsmaterial,
umfassend
eine Zuführvorrichtung (3, 201) zum Fördern des Ausgangsmaterials (2);
eine Behandlungsstation (4, 203) mit mindestens einem Mikrowellenkopf zum Behandeln des Ausgangsmaterials mit Mikrowellen derart, dass das Belastungsmaterial zumindest zum Teil flüchtig oder flüssig wird und aus dem Ausgangsmaterial entweicht oder vom Ausgangsmaterial (2) separierbar ist, während das Ausgangsmaterial (2) in seiner Struktur im Wesentlichen keine Veränderung erfährt;
wenigstens eine Abzugseinrichtung (71, 207, 210, 211) zum Abziehen der flüchtigen und/oder flüssigen Bestandteile des Belastungsmaterials; und
eine Abführvorrichtung (6) zum Abführen des gereinigten Ausgangsmaterials (2’).

Description

Die Erfindung betrifft eine transportable Vorrichtung zur Reinigung von belastetem Ausgangsmaterial.
Es ist ein allgemeines Bestreben, Materialien, die in unerwünschter Weise mit Stoffen, insbesondere Verunreinigungen, belastet sind, von der Belastung zu befreien und möglichst weitgehend unbelastetes Ausgangsmaterial zurück zu gewinnen. Je nach Art der Belastung können hierdurch Umweltschäden und/oder Entsorgungsprobleme vermieden oder zumindest verringert werden. Besonders vorteilhaft ist eine Trennung von Ausgangsmaterial und den belastenden Stoffen, wenn die belastenden Stoffe selbst, z. B. zur Energiegewinnung, genutzt werden können.
Für die hier betroffene Erfindung sind insbesondere folgende Ausgangsmaterialien von Interesse: Mit Keimen oder pharmazeutischen Wirkstoffen belastetes Ausgangsmaterial, insbesondere Abfälle im medizinischen Bereich, z. B. im Krankenhaus, oder in der pharmazeutischen Industrie, Klärschlamm, Ölschlamm, z. B. Bilgenwasser, und insbesondere Erdreich. Von besonderem Interesse sind in Bezug auf das Erdreich kohlenwasserstoffhaltige Belastungen. Der Begriff Erdreich umfasst auch Ölsand oder Ölschiefer.
Aus der Praxis ist die Notwendigkeit bekannt, mit Kohlenwasserstoffen sowie mit dessen Verbindungen, insbesondere giftigen Chlorkohlenwasserstoffen oder Fluorkohlenwasserstoffen, kontaminiertes Erdreich wieder dahingehend zu regenerieren, dass die Kontaminanden aus dem Erdreich entfernt werden. Da eine solche Reinigung sehr aufwändig ist, wird häufig das kontaminierte Erdreich, dessen Belastung absolut gesehen gering ist, deponiert. Alternativ wird das Erdreich auch bei sehr hohen Temperaturen verbrannt, wobei die Verbrennungsrückstände dann nochdeponiert werden müssen, und der Rauchgasstrom darüber hinaus auchgewaschen und gefiltert werden muss.
Aus der Praxis ist ferner die Abscheidung von Öl aus Ölschiefer oder Ölsandbekannt, bei der zur Trennung des Öls aus dem Ölsand große Mengen Wasserdampf eingesetzt werden. Der notwendige Energieeintrag zur Erzeugung des Wasserdampfs ist erheblich, und die abgeschiedene Wasser-Kohlenwasserstoff-Fraktion muss anschließend getrennt werden. Der Abscheidungsgrad des Kohlenwasserstoffs aus dem Ölsand oder Ölschiefer isthierbei gering, so dass die verbleibende mit Öl verunreinigte Erdreichfraktion deponiert werden muss, wobei die Kohlenwasserstoffbestandteile in der zu deponierenden Fraktion eine Nutzung des Erdreichs verhindern und möglicherweise eine spätere Verunreinigung von Grundwasser nach sich ziehen können.
DE 10 2006 007 457 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erzeugen von Gas aus kohlenstoffhaltigem Material. Hierbei wird daskohlenstoffhaltige Material über eine Transportschnecke zunächst einer Heizeinrichtung zugeführt und anschließend in einer Mikrowellenstation, die in einem Abschnitt eines Zuführrohrs angeordnet ist, pyrolysiert. Die sich bildenden Gase werden entlang des Zuführrohrs in Richtung auf einen durcheinen Plasmabrenner erzeugten Heißgasstrom abgeführt, während Verbrennungsrückstände, im Wesentlichen Asche, aus dem Vergasungsreaktordurch Schwerkraft abgeführt werden. Nachteilig bei dieser Vorrichtung ist zumeinen, dass ein hochkonzentriertes organisches Ausgangsmaterial bereitgestellt werden muss, aus dem ein Pyrolysegas erzeugt wird. Darüberhinaus ist der energetische Eintrag, verglichen mit einer unmittelbaren thermischen Verwertung (Verbrennung), hoch. Schließlich ist die Vorrichtung nicht gegen den Austritt von Mikrowellen geschützt, so dass die Vorrichtung insgesamt gekapselt werden muss und damit nur stationär betrieben werden kann. Das in der DE 10 2006 007 457 A1 dargestellte Verfahren betrifft keine Reinigung eines belasteten Ausgangsmaterials sondern die Entsorgung von kohlenstoffhaltigem Material durch Vergasen und/oder Umwandlung in Kohle. Das Ausgangsmaterial wird somit in der Substanz verändert und nicht lediglich gereinigt oder für eine Wiederverwendung aufbereitet.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine transportable Vorrichtung zur Reinigung von belastetem Ausgangsmaterial, welche eine zuverlässige Reinigung des Ausgangsmaterialsvon den Belastungen ermöglicht und darüber hinaus energetisch günstig ist.
Diese Aufgabe wird durch die im Schutzanspruch 1 definierte Vorrichtung gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst eine Zuführvorrichtung zur Förderung des belasteten Ausgangsmaterials, eine Behandlungsstation zum Behandelndes Ausgangsmaterialsmit Mikrowellen derart, dass das Belastungsmaterial zumindest zum Teil flüchtig und/oder flüssig wird und aus dem Ausgangsmaterial wenigstens teilweise entweicht oder vom Ausgangsmaterial separierbar ist, während das Ausgangsmaterial im Wesentlichen keine Veränderung erfährt, sowie eine Abführvorrichtung für das gereinigte Ausgangsmaterial. Die Vorrichtung kann sich dabei insbesondere durch eine kompakte Bauweise und Mobilität auszeichnen.
Der Einsatz einer Mikrowellenstation erlaubt es bei geeigneten Belastungsarten, das Belastungsmaterial in eine flüchtige oder flüssige Form zu bringen, die aus dem Ausgangsmaterial abtrennbar ist, ohne das Ausgangsmaterial selbst in seiner Struktur wesentlich zu verändern. Das Ausgangsmaterial kann somit wieder verwendet werden.
Die Mikrowellenstation kann dabei so ausgelegt sein, dass die Leistung und die Wellenlänge der ausgesandten Mikrowellen in Abhängigkeit von der Art und Konzentration der Belastungen auswählbar sind. Die Art und der Grad der Verunreinigung bzw. Belastung können durch vorherige Untersuchungen festgestellt werden. Alternativ ist es möglich, mehrere Mikrowellenstationen unterschiedlicher Leistung und Intensität vorzusehen, die ein vorbekanntes Spektrum von Verunreinigungen zu beseitigen im Stande sind.
Es kann auch eine Absaugeinrichtung zur Absaugung der flüchtigen Teile des Belastungsmaterials vorgesehen sein. Je nach Anwendung bzw. Konzentration der Kohlenwasserstoffbestandteile sind die Zuführvorrichtung und die Abführvorrichtung entsprechend volumetrisch dimensioniert. Die Absaugeinrichtung kann gasförmige flüchtige und/oder flüssige Teile des Belastungsmaterials abziehen, so dass auch eine Verwendung zur Reinigung von Ölsand oder Ölschiefer möglich ist, wobei das Erdreich eine Aufkonzentration erfährt.
Die transportable Vorrichtung umfasst vorzugsweise eine Förderschnecke, deren Gehäuse als Mikrowellenreaktor ausgebildet ist. Wenigstens eine Mikrowellenquelle ist derart installiert, dass der gesamte Mikrowellenreaktor bestrahlt werden kann. Das Erdreich kann z.B. mittels einer Zellenradschleuse der Förderschnecke zugeführt werden. Der Ausgang der Förderschnecke kann ebenfalls mit einer Zellenradschleuse versehen werden. Die äußeren Enden der Rotorblätter der Zellenradschleuse sind an dem Gehäuse der Zellenradschleuse im Wesentlichen anliegend ausgebildet, so dass allenfalls ein minimaler Spalt für die Bewegung der Rotorblätter ermöglicht ist. Damit ist sichergestellt, dass die Mikrowellenbelastung ausschließlich im Mikrowellenreaktorbis in die zum Mikrowellenreaktor offenen Zellen der Zellenradschleuse erfolgt und maximal in zwei benachbarten, durch Rotorblätter abgetrennten Zellen, insbesondere dann, wenn ein die beiden Zellen trennendes Rotorblatt die Eintritts- bzw. die Austragsöffnung überstreicht. Durch die geeignete Auswahl der Anzahl der Rotorblätter ist sichergestellt, dass keine Mikrowellen aus der Behandlungsstation entweichen.
Die Zellenradschleuse(n) ist (sind) vorzugsweise aus Edelstahl ausgebildet, so dass die Mikrowellenstation insgesamt auf eine Temperatur von ca. 100 °C bis 800 °C, meist 200 °C bis 300 °C durch Mikrowellenbestrahlung erwärmbar ist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann Mittel zur Aufbereitung des Ausgangsmaterials aufweisen, z.B. Mittel zum Zerkleinern, Mahlen und/oder Sieben des Ausgangsmaterials.
Es ist möglich, die flüchtigen Bestandteile im Bereich der Anlage aufzufangen, indem die Anlage insgesamt gekapselt ist und an eine Absaugeinrichtung angeschlossen ist. Vorzugsweise ist aber die Behandlungsstation als solchegekapselt und an eine Absaugeinrichtung angeschlossen. Vorzugsweise wird die Zellenradschleuse unmittelbar abgesaugt. Damit wird zum einen ein Temperaturverlust des die flüchtigen Bestandteile enthaltenden Gasstroms vermieden und überdies kann das abzuführende Volumen gering gehalten werden.
Soweit flüssige Bestandteile entstehen, können diese z.B. mittels Zentrifugentechnik abgezogen werden. Dies ist insbesondere bei der Reinigung von Ölsanden und Ölschiefer zielführend, die die Gewinnung von Bitumen als Rohstoff ermöglicht.
Sofern flüchtige Kohlenwasserstoffbestandteile entstehen, können diese aufgefangen und einer anschließenden Verwertung zugeführt werden. Dieses erfolgt vorzugsweise dadurch, dass die flüchtigen Kohlenwasserstoffmoleküle in einem Plasmabrenner in ein Prozessgas (Synthesegas) umgewandelt werden. Die flüchtigen Bestandteile werden vorzugsweise als Arbeitsgas für die Plasmaanlageeingesetzt. Alternativ können die flüchtigen Kohlenwasserstoffmoleküle auchgespeichert und zu einem späteren Zeitpunkt verwertet werden, insbesondere auch bei hohen Temperaturen verbrannt werden, insbesondere bei ausreichend hoher Konzentration oder wenn eine Verbrennung vor Ort durch gesetzliche Vorschriften nicht vorgesehen werden kann. Zweckmäßigerweise wird das Prozessgas zur Verwertung der darin enthaltenen Energie verbrannt, bspw. um eine Turbine zur Gewinnung von Energie anzutreiben. Diese Energie kann unmittelbar zum Betrieb der gesamten Anlage oder von Teilen davon, insbesondere des Mikrowellenkopfes, eingesetzt werden. In dem Rauchgasstrom enthaltene schädliche Bestandteile wie Schwefel, Fluor, Chlor und dergleichen werden hierbei abgewaschen, so dass auch diese in dem Erdreich enthaltenen Elemente bzw. Verbindungen aus dem kontaminierten Erdreich herausgelöst und beseitigt werden.
Die in der Mikrowellenstation entstehenden Gase, insbesondere auch Wasserdampf und Gemische aus Dampf und flüchtigen Kohlenwasserstoffmolekülen sowie ggfs. flüchtige Redoxreaktions-Ergebnisse wie Kohlendioxid sowie Gemische der vorgenannten Gase könnenvorzugsweise einer Plasmastation als Arbeitsgas zugeführt werden.
Zweckmäßigerweise wird die Leistung und die Frequenz wenigstens eines in der Mikrowellenstation vorgesehenen Mikrowellenkopfes auf die Art und die Konzentration der Belastung, z.B. diverse Kohlenwasserstoffmoleküle eingestellt. Je nach Größe der Mikrowellenstation können auch mehrere Mikrowellenköpfe vorgesehen sein, um eine gute Durchdringung des belasteten Ausgangsmaterials mit Mikrowellen bei zugleich zügiger Fördergeschwindigkeit zu erreichen. Es ist ferner möglich, in einer Vorrichtung mehrere Mikrowellenstationen parallel zueinander anzuordnen, oder diese in Serie zu schalten, je nach gewünschter Verarbeitung.
Die transportable Vorrichtung ist zweckmäßigerweise als Container ausgebildet, der im Schienen- oder Straßenverkehr an den Einsatzort überführbar ist. Damit ist es möglich, an Standorten mit zu reinigendem Ausgangsmaterial, insbesondere Erdreich, einen oder mehrere Container aufzustellen und die Arbeit vor Ort auszuführen, ohne dass das Ausgangsmaterial vom Ort der Belastung fort bewegt werden muss. Ferner kann nach erfolgter Reinigung der Container an einen neuen Einsatzortverbracht werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann insbesondere vorteilhaft so ausgebildet sein, dass eine Reinigung von Erdreich möglich ist, welches mit Kohlenwasserstoff enthaltenden Materialien belastet ist. Mit der geeignet ausgebildeten Mikrowellenstation kann das belastete Erdreich derart behandelt werden, dass die kohlenwasserstoffhaltigen Belastungsmaterialien flüchtig oder flüssig werden und somit aus dem Erdreich wenigstens teilweise, vorzugsweise gänzlich, entweichen oder leicht entfernt werden können. Das Erdreich erfährtunterdessen keine wesentliche Veränderung. Ein in der Mikrowellenstation vorgesehener Mikrowellenkopf führt den Belastungsmaterialien durch Mikrowellen Energie zu, die entweder zu einem Verflüchtigen durch Temperaturerhöhung oder aber zu einem Zerlegen (Cracken) in Moleküle führt, die bei den Temperaturen in der Mikrowellenstation flüchtig oder flüssig werden. Durch den Crack-Prozess werden die bestehenden Moleküle in kleinere Moleküle zerlegt.
Mit der Abführvorrichtung wird das gereinigte Erdreich sodann abgeführt, wobei im Idealfall das gereinigte Erdreich ohne weiteres zur Auffüllung des Bodens, an dem das Erdreich abgetragen wurde, eingesetzt werden kann. Das Volumen desgereinigten Erdreichs hat sich nur geringfügig verändert, so dass umfangreiche Transporte von Erdreich zum Auffüllen im Wesentlichen entfallen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann Mittel zur Aufbereitung des Ausgangsmaterials aufweisen, z.B. Mittel zum Zerkleinern, Mahlen und/oder Sieben des Ausgangsmaterials. Im Falle des Erdreichs kann somit das belastete Erdreich vor der Mikrowellenbehandlung aufbereitet, insbesondere abgesiebt, werden, um den Eintrag von großen Steinen oder Felsbrocken, metallischen Partikeln wie Schrott oder dergleichen oder anderen, in dem gereinigten Erdreich unerwünschten Bestandteilen zu verhindern. Hierdurch wird ferner sichergestellt, dass die in die Mikrowellenstation eingetragene Energie im Wesentlichen von den kohlenwasserstoffhaltigen Bestandteilen aufgenommen wird. Die Mittel zum Aufbereiten können auch Mittel zum mechanischen Zerkleinern umfassen, z. B. einen Brecher zum Brechen von Steinen oder Klumpen, oder Mittel zum Entziehen oder Zusetzen von Wasser. Je nach Art der Belastung sind unter Mittel zum Aufbereiten alle Mittel für Behandlungen zu verstehen, die das Ausgangsmaterial dem eigentlichen Prozess zugänglicher machen.
Vorzugsweise wird das abgeführte gereinigte Erdreich auf verbliebene Belastungen untersucht. Gereinigtes Erdreich, dessen Konzentrationen an Belastungsmaterialien unterhalb einesvorgegebenen Schwellenwertes liegen, der zweckmäßigerweise bei Null odernahe Null ausgewählt ist, werden zur weiteren Verwendung wie bspw. dem Auffüllen von Boden und dergleichen freigegeben, während bei Belastungskonzentrationen oberhalb eines vorgegebenen Schwellenwertes eine erneute Reinigung des Erdreichsdurchgeführt wird. Alternativ kann auch zu stark kontaminiertes gereinigtes Erdreich einer Deponie zugeführt werden. Damit ist es möglich, die Mikrowellenstation mit geringerem Energieeintrag zu betreiben und in Reaktion auf das Reinigungsergebnis in der Art einer Regelung in seiner Leistung und Wellenlänge anzupassen. Die Untersuchung auf die Belastung kann spektrometrisch oder auf andere Art und Weise erfolgen, vorzugsweise erfolgt diese im kontinuierlichen Prozess („online“), so dass der Betrieb der Vorrichtung zur Reinigung von belastetem Erdreich kontinuierlich erfolgen kann.
Zweckmäßigerweise wird das gereinigte Erdreich, bevor es wieder verfüllt wird, mit die Rekultivierung begünstigenden Substanzen geimpft. Dies können Pilze oder Sporen sein, aber auch Bakterien oder andere Mikroorganismen, die das vergleichsweise inerte gereinigte Erdreich beleben.
Zweckmäßigerweise werden die flüchtigen Kohlenwasserstoffbestandteile aufgefangen und einer anschließenden Verwertung zugeführt. Dieses erfolgt vorzugsweise dadurch, dass die flüchtigen Kohlenwasserstoffmoleküle ineinem Plasmabrenner in ein Prozessgas (Synthesegas) umgewandelt werden. Hinsichtlich weiterer möglicher Ausgestaltungen der auf die Reinigung von Erdreich bezogenen Vorrichtung und der damit möglichen Verfahrensweisen wird auf die obigen Ausführungen in Bezug auf den Umgang mit flüchtigen Kohlenwasserstoffbestandteile verwiesen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung lässt sich bei mit Kohlenwasserstoffen und/oder dessen Verbindungen, z.B. Halogeniden, verunreinigtem Erdreich vorteilhaft dahingehend einsetzen, dass gereinigtes Erdreich erzeugt wird, welchesunmittelbar und vorzugsweise lokal weiter genutzt werden kann.
Eine andere vorteilhafte Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, dass auch Gemische aus Erdreich und Kohlenwasserstoffen, wie sie bei in der Natur vorkommendem Ölschiefer oder Ölsand gegeben sind, energetisch günstig ausgebeutet werden können.
Es versteht sich, dass durch mehrfache Abscheidung der Kohlenwasserstoffbestandteile an dem verunreinigten Erdreich, bspw. auch im Falle einer mehrstufig arbeitenden Vorrichtung, eine verbesserte Ausbeute an Kohlenwasserstoff möglich ist. Zweckmäßigerweise wird die Gasphase zu einem Prozessgas verarbeitet, wobei die Energiemenge des Prozessgases ausreicht, das Reinigungsverfahren zu betreiben, im Wesentlichen ohneexterne Energie zuzuführen.
Damit ist es möglich, eine transportable Vorrichtung zur Abscheidung von kohlenwasserstoffhaltigen Substanzen aus Ölschiefer, Ölsand und dergleichen zu schaffen, die nicht dauerhaft mitexterner Energieversorgung verbunden sein muss, so dass selbst anabgelegenen Standorten eine ökonomisch wirtschaftliche Verwertung von Vorkommen möglich ist. Hierbei kann die flüssige Phase, die im Wesentlichenaus Rohöl besteht, ohne weiteres abtransportiert werden, insbesondere ist es nicht erforderlich, eine Wasserphase aus dieser abzuscheiden.
Die Vorrichtung ermöglicht den dezentralen Einsatz zur Reinigung von Erdreich insbesondere auch im Bereich von legalen oder illegalen Deponien, bei Industriebrachen, im Bereich von Reinigungen und Tankstellen, bei kontaminiertem Erdreich nach Unfällen mit Tanklastzügen oder Tankschiffen, oder zur Gewinnung von Öl aus stark mit Erdreich versetzten Ölvorräten wie Ölschiefer oder Ölsand.
Weitere Vorteile, Eigenschaften und Merkmale der Vorrichtung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie aus den abhängigen Ansprüchen.
Nachstehend werden unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen bevorzugte Ausführungsbeispieleder erfindungsgemäßen Vorrichtung näher erläutert.
1 zeigt einen schematischen Flussplan eines Verfahrens für den Einsatz einer Reinigungsvorrichtung,
2 zeigt einen weiteren Flussplan des Verfahrens gemäß 1,
3 zeigt eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels einer Reinigungsvorrichtung mit einem Mikrowellenreaktor.
4 zeigt die Vorrichtung aus 3 in weiteren Einzelheiten.
5 zeigt ein Ablaufschema für den Einsatz einer Reinigungsvorrichtung für die Erdölgewinnung aus Ölsanden und Ölschiefer.
Der Ablauf eines Verfahrens unter Einsatz einer Reinigungsvorrichtung zur Reinigung von mit Kohlenwasserstoff belastetem Erdreich 2 ist schematisch anhand eines Ablaufdiagramms in 1 dargestellt. 2 zeigt ein Schema um einen Plasmareaktor herum, während in den 3 und 4 Details der Reinigungsvorrichtung gezeigt werden.
Das mit Kohlenwasserstoff belastete Erdreich 2, bspw. im Bereich einer früheren chemischen Reinigung abgebaggertes Erdreich, wird einer Prüfstation 1 zugeführt. In der Prüfstation 1 wird das zugeführte Erdreich 2 auf unzulässige Belastungen geprüft, bspw. auf die Anwesenheit von radioaktiven Materialien, die nicht in der Anlage verarbeitet werden sollen. Ferner wird in der Prüfstation 1 der Grad der Belastung mit kohlenwasserstoffhaltigen Materialien erfasst, um später die geeignete Behandlung einzustellen. Schließlich wird in der Prüfstation 1 auch ein Aufbereitungsvorgang ausgeführt, bei dem u. a. schwere Gesteinsbrocken oder andere sperrige Teile abgesiebt werden. Darüber hinaus werden magnetische Partikel durch einen Magnetabscheideraus dem Erdreich 2 abgetrennt. Das entsprechend aufbereitete Erdreich 2 wird dann über eine als Förderschnecke 3 (siehe auch 3 und 4) ausgebildete Zuführvorrichtung einem Mikrowellenreaktor 4 mit einem Mikrowellengenerator 5 zugeführt. Ein Teil der Förderschnecke 3 bildet den Mikrowellenreaktor 4. Hier nicht näher dargestellte Zellenradschleusen schließen an beiden Enden die den Mikrowellenreaktor 4 umfassende Förderschnecke 3 ab, um das Austreten von Mikrowellen aus der Förderschnecke 3 zu verhindern. Das Gehäuse der Zellenradschleuse sowie die Rotorblätter sind aus Edelstahl oder Manganstahl ausgebildet.
Im Wesentlichen im Mikrowellenreaktor 4 werden hierbei zumindest auch die kohlenwasserstoffhaltigen Belastungsmaterialien aufgeheizt und zumindest zum Teil zerlegt, so dass diese zumindest zum Teil in eine Gasphase umgewandelt werden und als flüchtiges Gas (Pyrolysegas 7) aus dem festen Erdreich 2 entweichen. Auch das im Erdreich vorhandene oder diesem zuvorzugesetzte Wasser wird ebenfalls verdampft. Hierzu ist an den Mikrowellenreaktor 4 eine in 1 nicht dargestellte Abzugseinrichtung 71 (siehe 3 oder 4) angeschlossen, die das flüchtige Gas sowie den gegebenenfalls entstehenden Wasserdampf abzieht. Es ist möglich, dass neben demein Pyrolysegas 7 bildenden flüchtigen Gas auch flüssige kohlenwasserstoffhaltige Materialien auftreten, die dann ebenfalls abgezogen werden. Nach dem Abziehen der gasförmigen und ggf. flüssigen kohlenwasserstoffhaltigen Materialien wird das von diesem gereinigte Erdreich 2 über einen Auswurfschacht 41 (3) und eine Abführvorrichtung 6 zur weiteren Nutzung abgeführt, wobei das in einem ersten Durchgang gereinigte Erdreich 2’, wenn es noch mit kohlenwasserstoffhaltigen Belastungsmaterialien belastet ist, als Ausgangsmaterial, also als belastetes Erdreich 2, erneut gereinigt werdenkann.
Das abgesaugte Pyrolysegas 7 wird einer Gaswascheinrichtung 8 (1, 2 und 4) zugeführt und anschließend in einem Kompressor 82 komprimiert, bevor es in einen Behälter gelangt, der gleichzeitig als Gassplitter 83 fungiert und das Pyrolysegas in zwei Volumenströme aufteilt. Der eine Volumenstrom wird einem gezündeten Plasmabrenner 10 einer aus dem Plasmabrenner 10 und einem Plasmareaktor 9 bestehenden Plasmaanlage zugeführt. Die hohe Temperatur einer Plasmafackel 101 gewährleistet eine weitgehende Umsetzung des Pyrolysegases 7 im Plasmareaktor 9 in ein Synthesegas 11. Das Synthesegas 11 wird anschließend über einen Kompressor 12 einem Synthesegasbehälter 14 zugeführt.
Zumindest die Zündung des Plasmabrenners 10 erfolgt unter Zufuhr eines Plasmaarbeitsgases 13, z.B. Argon oder Kohlendioxid, auseinem Plasmaarbeitsgasbehälter. Nach der Zündung kann zusätzlich zum Plasmaarbeitsgas 13 oder stattdessen das Pyrolysegas 7 dem Plasmabrenner 9 zugeführt werden. Des Weiteren ist es möglich, dem Plasmabrenner 9 Synthesegas 11 aus dem Synthesegasbehälter 14 zuzuführen, das mit dem Volumenstrom des Plasmaarbeitsgases 13, z.B. über ein Dreiwegeventil 102 gemischt werden kann. Das Plasmaarbeitsgas sollte zur Einsparung dieses Zukaufmaterials möglichst weitgehend, idealerweise vollständig durch das Synthesegas 11 ersetzt werden.
Das Reaktionsprodukt des Plasmabrenners 10 gelangt in den Plasmareaktor 9 der Plasmaanlage, dem auch der weitere Volumenstrom des Gassplitters 83 zugeführt wird und weitgehend in Synthesegas 11 umgesetzt wird. Ein Teil des Synthesegases 11 aus dem Synthesegasbehälter 14 wird einer Gaswaschvorrichtung 17 (in 4 nicht dargestellt) zugeführt, um mit dem gereinigten Gas einen Gasmotor 15 und hiermit einen Generator 16 zu betreiben. Der mit dem Generator 16 erzeugte Strom wird zum Betrieb der Reinigungsvorrichtung eingesetzt. Überschüssige Stromanteile können anderweitig genutzt werden. Es ist möglich, den Durchsatz an zu reinigendem Erdreich durch die Reinigungsvorrichtung an einen externen Bedarf an elektrischer Energie anzupassen, oder aber überschüssige Energie für zukünftige Anwendungen abzuspeichern.
Die Plasmafackel 101 (2) setzt in dem Plasmareaktor 9 zumindest einen Teil des gereinigten Pyrolysegases 7’ zu Synthesegas 11 um. Man erkennt ferner, dass ein Dreiwegeventil 102 vorgesehen ist, daswahlweise Synthesegas aus dem Synthesegasbehälter 14 oder Plasmaarbeitsgas aus dem Plasmaarbeitsgasbehälter 13 oder Gemische hieraus dem Plasmabrenner 10 zuführt.
Man erkennt in 3, dass ein Motor 31 die Förderschnecke 3 antreibt, wobei das belastete Erdreich 2 über einen Vorratsbehälter 32 und einen Trichter 33 der Förderschnecke 3 zugeführt wird. Die Förderschnecke 3 führt das belastete Erdreich 2 dem Mikrowellenreaktor 4 zu, durch den die Förderschnecke 3 hindurch läuft und an den die Abzugseinrichtung 71 angeschlossen ist, über die das Pyrolysegas 7 abgezogen wird. An eine Zellenradschleuse (hier nicht dargestellt) ist ferner ein Auswurfschacht 41 angeschlossen, aus dem das gereinigte Erdreich 2’ austritt. Am Trichter 33 ist mit diesem eine Einheit bildend die zweite Zellenradschleuse (hier ebenfalls nicht dargestellt) angeordnet. Durch die beiden Zellenradschleusen ist das Gehäuse der Förderschnecke 3 gegen den Austritt der Mikrowellenstrahlung abgeschlossen.
Man erkennt in 4, dass die Abführvorrichtung 6 als Förderband ausgebildetist, das unter dem Auswurfschacht 41 vorbeigeführt ist. Die Abzugseinrichtung 71 ist im Wesentlichen oberhalb des Mikrowellenreaktors 4 angeordnet, wobei ein entsprechender Unterdruck angelegt sein kann.
Die Vorrichtung gemäß 3 und 4 ist auf einer Pritsche aufgebaut, die den Boden eines Containers bildet, so dass die Vorrichtung insgesamt transportabelist.
Insbesondere die nachstehend angegebenen Kohlenwasserstoff-Verbindungen, bei denen es sich um sonst besonders schwer abzureinigendepolyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe handelt, sowie verwandte Verbindungen werden zuverlässig in die Gasphase überführt. Ferner polychlorierte Biphenyle (PCB), Pestizide vom Typ DDT, Dioxine und Furane, aber auch Sprengstoffe und deren Vor- und Zwischenprodukte. Die besonderszuverlässig abgereinigten polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffe umfassen Naphtalin, Acenaphtylen, Acenaphthen, Fluoren, Anthracen, Phenanthren, Fluoranthen, Pyren, Benzo(a)anthracen, Chrysen, Benzo(b)fluoranthen, Benzo(k)fluoranthen, Benzo(a)pyren, Indeno(1,2,3-cd)pyren, Benzo(h,h,i)perylen, Dibenz(a,h)anthracen sowie Mischungenhieraus.

Überdies hat sich ergeben, dass die Reinigungsvorrichtung auch eine Vielzahl von weiteren Schadstoffen aus dem Erdreich herauszutrennen vermag. Diese sind in nachstehender Tabelle 1 angegeben.

Verbindung	Summen	formel CAS-Nrummer
o-Aminoazotoluol	C₁₄H₁₅N₃	97-56-3
2,3,7,8-Tetrachlor-dibenzo-p-dioxin	C₁₂H₄O₂Cl₄	1746-01-6
Formaldehyd	CH₂O	50-00-0
Ethylenglykol	C₂H₆O₂	107-21-1
4-Chloraminobenzol	C₆H₆ClN	106-47-8
2-Chlor-1,3-butadien	C₄H₅Cl	126-99-8
Thiosulfan	C₉H₆Cl₆O₃S	115-29-7
1,2-Dichlorethan	C₂H₄Cl₂	107-06-2
Ethylentetrachlorid	C₂Cl₄	127-18-4
Chlorethen	H₂C=CH−Cl	75-01-4
2,2',4,5,5'-Pentachlorbiphenyl	C₁₂H₅Cl₅	37680-73-2
2,2',3,4,4',5'-Hexachlorbiphenyl	C₁₂H₄Cl₆	35065-28-2
2,2',3,4,4',5,5'-Heptachlorbiphenyl	C₁₂H₃Cl₇	35065-29-3
2,4,4'-Trichlorbiphenyl	C₁₂H₇Cl₃	7012-37-5
Phenochlor	C₁₂H_10-nCl_n, n > 2	1336-36-3
PCP	C₆Cl₅OH	87-86-5
2-Methyl-2,3-dihydroisothiazol-3-on	C₄H₅NOS	2682-20-4
Chlormethylisothiazolon	C₄H₄ClNS	26172-55-4
ArsensäureCalcium-Salz(2:3)	As₂Ca₃O₈	7778-44-1
N-Cyclohexyl-N-methoxy-2,5-dimethyl-3-furamid	C₁₄H₂₁NO₃	60568-05-0
3,5-Dimethyl-4-methylthiophenylmethyl carbamat	C₁₁H₁₅NO₂S	2032-65-7
Acetyloxy-tributylstannan	(H₉C₄)₃Sn-O-CO-CH₃	56-36-0
Tributylzinnchlorid	(H₉C₄)₃Sn-Cl	1461-22-9
Hexabutyldistannoxan	C₂₄H₅₄OSN₂	56-35-9
Phosphorsäuretriphenylester	C₁₈H₁₅O₄P	115-86-6
2-n-Pentylfuran	C₉H₁₄O	3777-69-3
Tetrahydrofuran	C₄H₈O	109-99-9

Man erkennt, dass neben den Kohlenwasserstoffen enthaltenden Verbindungen auch Kohlenstoff-Verbindungen wie Ethylentetrachlorid, bei denen alle Wasserstoffatome durch ein Halegonid-Ion substituiert sind, zuverlässig aus dem Erdreich entfernt werden.
Die Erfindung ist vorstehend anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben worden, bei dem das Erdreich in der Regel eine relativ geringe Belastungskonzentration mit kohlenwasserstoffhaltigen Materialien oder verwandten Verbindungen aufweist. Es versteht sich, dass auch Erdreich mit einer hohen Belastung an kohlenwasserstoffhaltigen Materialien gereinigt werden kann, wobei dann zweckmäßigerweise mehrere Reinigungsschritte vorgesehen sein können, wobei das gereinigte Erdreich dann zumindest nach der ersten Reinigungsstufe noch reduzierte Kohlenwasserstoffanteile enthält, die aber noch nicht gleich Null sind. Gereinigt bedeutet also insoweit, dass der Anteil der Kohlenwasserstoffbelastung reduziert wurde.
Es ist zu verstehen, dass insbesondere die Reinigung von Ölsand oder Ölschiefer mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung möglich ist, wobei eine neben der gasförmigen Fraktionentstehende flüssige Fraktion von dem gereinigten Erdreich abzutrennen ist. Es ist möglich, die gasförmige und die flüssige Fraktion gemeinsam abzutrennen, vorzugsweise werden diese jedoch durch unterschiedliche Abzugseinrichtungen abgetrennt.
Beispielsweise sind die Ölsande in Alberta (Kanada) ein Gemisch bestehend aus durchschnittlich 83 % Sand, 10 % Bitumen, 4 % Wasser und 3 % Ton. Der Sand besteht zu 92 % aus Quarz, die restlichen 8% werden durch Bestandteile wie Glimmer, Pyrit, Rutil, Zirkon und Turmalin gestellt
5 zeigt ein Ablaufschema für die Reinigung von Ölsand oder Ölschiefer bei gleichzeitiger Gewinnung des darin enthaltenen Bitumens.
Die Reinigung von Ölsand oder Ölschiefer mittels einer hierfür geeigneten Reinigungsvorrichtung wird im Folgenden anhand eines Ablaufschemas in 5 beispielhaft dargestellt: Der Ölschiefer wird als Rohmaterial mit einem nicht zur Reinigungsvorrichtung gehörenden Schaufelradbagger 201 aufgenommen und dosiert der weiteren Verarbeitung im Bagger zugeführt. Anschließend wird das Rohmaterial in einem Zerkleinerungsschritt 202 mit einem Crusher mit Steinabscheider auf die gewünschte Korngrösse zerkleinert und gesiebt und hiernach in einen Mikrowellenreaktor 203 gefördert. Der Crusher, der Mikrowellenreaktor 203 wie auch die nachfolgend beschriebenen Vorrichtungsteile, abgesehen vom Blockheizkraftwerk, gehören zur beispielhaften Reinigungsvorrichtung zur Reinigung von Ölsand oder Ölschiefer. Im Mikrowellenreaktor 203 wird mittels einer oder mehrerer Mikrowellenköpfe das Rohmaterial mit Mikrowellen bestrahlt, wodurch ein Teil des Bitumens verflüssigt und/oder vergast und das natürlich enthaltene Wasser verdampft werden. Ein einstellbarer Teilstrom des Gemischs aus verflüssigtem Bitumen und dem Ölschiefer wird danach einem katalytischen Crackverfahren 204 zugeführt, wodurch der enthaltene Bitumenanteil in flüssige und/oder gasförmige Komponenten gespalten wird, wobei flüssiges und/oder gasförmiges Naphtha als Lösungsmittel erzeugt wird. Die bei der Mikrowellenbehandlung vergasten Anteile des Bitumens und der Wasserdampf werden am Mikrowellenreaktor 203 abgezogen.
Nach dem im Kondenser 205 vorgesehenen Kondensieren der gasförmigen Anteile wird der Teilstrom dem Materialhauptstrom in einem Intensivmischer 206 wieder zugemischt und das gewonnene Naphtha zum Auswaschen des Bitumens in einer Zentrifuge 207 genutzt. Danach wird derausgewaschene Bitumenanteil in einem temperierten Tank 208 zum Abtransport gelagert.
Die übrige Masse wird zur möglichst vollständigen Vergasung der verbliebenen Bitumenanteile einer weiteren Mikrowellenanlage 209 und das so entstandene Gas einer Plasmaanlage 210 zugeführt und dort zu Synthesegas reformiert. Der Betrieb der Plasmaanlage 210 kann auch ähnlich der in 1 beschriebenen Verfahrensweise erfolgen, d.h. unter Zuführung eines gesondert zur Verfügung gestellten Plasmaarbeitsgases und/oder teilweiser Rückführung des Synthesegases zur Plasmaanlage.
Das Synthesegas kann zumindest zum Teil in einem Blockheizkraftwerk (BHKW) 211 in Wärme und Strom verwandelt werden und, abgesehen vom Betrieb der LKW, zur vollständigen Deckung des eigenen Energiebedarfs dienen. Die durch das BHKW 211 anfallende Abwärme kann zum Vorheizen des zerkleinerten Rohmaterialstroms benutzt werden, was dessen Verarbeitung deutlich erleichtert. Zusätzliche Energie wird dann allein für den Transport des gewonnenen Bitumens, z.B. per LKW, zur Raffinerie aufgewendet.
Als Reststoff fällt nur ein trockenes Material an (Ölsand ohne ‚Öl’), das ohne Bitumenanteile zur Renaturierung der Landschaft problemlos wieder an Ort und Stelle eingebaut werden kann. Ein Schlammsee entfällt ebenso wie der lange LKW-Transport von rund 90 % des abgebauten Materials.
Es versteht sich, dass bei der Reinigung des Erdreichs auch darin natürlich enthaltene Partikel, wie z.B. Holzstücke oder Mikroorganismen, zumindest teilweise pyrolysiert oder verschwelt werden können. Hierin ist ebensowenig wie im Fall der – auch volumenmäßig bedeutenden-Ausscheidung einer flüssigen Phase eine Veränderung der Struktur des Erdreichs zu sehen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102006007457 A1 [0006, 0006]

Claims

Transportable Vorrichtung zur Reinigung von belastetem Ausgangsmaterial, umfassend eine Zuführvorrichtung (3, 201) zum Fördern des Ausgangsmaterials (2); eine Behandlungsstation (4, 203) mit mindestens einem Mikrowellenkopf zum Behandeln des Ausgangsmaterials mit Mikrowellen derart, dass das Belastungsmaterial zumindest zum Teil flüchtig oder flüssig wird und aus dem Ausgangsmaterial entweicht oder vom Ausgangsmaterial (2) separierbar ist, während das Ausgangsmaterial (2) in seiner Struktur im Wesentlichen keine Veränderung erfährt; wenigstens eine Abzugseinrichtung (71, 207, 210, 211) zum Abziehen der flüchtigen und/oder flüssigen Bestandteile des Belastungsmaterials; und eine Abführvorrichtung (6) zum Abführen des gereinigten Ausgangsmaterials (2’).
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführvorrichtung (3, 201) zumindest zum Teil als Behandlungsstation (4, 203) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Zellenradschleuse vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Mikrowellenkopf zwischen zwei Zellenradschleusen angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Zellenradschleusen zumindest ein Teilstück der Zuführvorrichtung (3) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellenradschleuse(n) aus Edelstahl ausgebildetist (sind).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlungsstation (4, 203) gekapselt und an eine Absaugeinrichtung angeschlossen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Absaugeinrichtung unmittelbar an der Zellenradschleuse oder an einer der Zellenradschleusen angeschlossen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch Mittel (202) zum Zerkleinern des Ausgangsmaterials, insbesondere eine Siebeinrichtung und/oder ein Mahlwerk.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch Mittel zum Untersuchen des gereinigten Ausgangsmaterials auf verbliebenes Belastungsmaterial, insbesondere kohlenwasserstoffhaltige Stoffe, wobei die Mittel zum Untersuchen des gereinigten Ausgangsmaterials der Behandlungsstation nachgeschaltet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Aufbereitung des gereinigten Ausgangsmaterials.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet dass die Einrichtung zur Aufbereitung des gereinigten Ausgangsmaterials eine Einrichtung zum Impfen von Erdreich mit eine Rekultivierung begünstigenden Substanzen ist, wobei die eine Einrichtung zum Impfen hinter der Abführvorrichtung (6) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch eine Anordnung zum Auffangen von flüchtigen kohlenwasserstoffhaltigen Stoffen.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Anordnung zum Auffangen der flüchtigen kohlenwasserstoffhaltigen Stoffe ein Plasmabrenner (10, 210) zur Umwandlung der flüchtigen kohlenwasserstoffhaltigen Stoffe in ein Synthesegas nachgeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch einen der Anordnung zum Auffangen nachgeordneten Brenner (15, 211), in dem das Synthesegas zur Verwertung der darin enthaltenen Energie verbrennbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch einen Gaswäscher (17), der eingerichtet ist, in einem von dem Brenner (15, 211) erzeugten Gasstrom enthaltene Bestandteile wie Schwefel oder Chlor zu beseitigen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, gekennzeichnet durch eine Steuerung, die eine Anpassung der Leistung und/oder der Frequenz mindestens eines in der Behandlungsstation (4, 203) vorgesehenen Mikrowellenkopfes auf die Art und die Konzentration des Belastungsmaterials erlaubt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung als Container ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Container die für die Beförderung auf einem LKW erforderlichen Abmessungen bzw. ein hierfür geeignetes Gewicht aufweist.