DE3427719A1

DE3427719A1 - Giftmuellverbrennung in raketentriebwerken

Info

Publication number: DE3427719A1
Application number: DE19843427719
Authority: DE
Inventors: Horst P. Dr.-Ing. 8069 Gerolsbach Sauerwein; Robert H. Dr.-Ing. 8012 Ottobrunn Schmucker; Andreas Dipl.-Ing. 8000 München Singer
Original assignee: Sauerwein horst P dr-Ing; Schmucker robert H dr-Ing
Current assignee: Sauerwein horst P dr-Ing; Schmucker robert H dr-Ing
Priority date: 1984-07-27
Filing date: 1984-07-27
Publication date: 1986-02-06
Also published as: DE3427719C2

Description

Giftmüllverbrennung in Raketentriebwerken
Die Erfindung betrifft eine Verbrennungsanlage für hochgiftige Problemabfälle beliebiger Konsistenz, die in einem Ofen, der nach der Art einer Raketenbrennkammer aufgebaut ist, vollständig verbrannt werden.
Der Aufbau des Verbrennungsofens nach Anspruch 1 ermöglicht eine rückstandsfreie Beseitigung hochgiftiger Abfälle unter völligem Abschluß von der Umwelt. Bei der Wahl einer geeigneten Treibstoffkombination wird eine Verbrennung ohne zusätzliche Sekundärgifte ermöglicht. In der Brennkammer wird zunächst ein Heißgas erzeugt, dessen Zusammensetzung und Temperatur auf den zu beseitigenden Stoff abgestimmt ist. Durch den Wärmeübergang zwischen Heißgas und den in den Verbrennungsraum eingebrachten Problemabfall, wird der Giftstoff von seinem Trägermaterial (z.B. Erde) befreit, verdampft und zersetzt, so daß als Hauptprodukte Wasserdampf und Kohlendioxid übrigbleiben. Die anfallenden Restprodukte können verfahrenstechnisch einfach umgewandelt werden.
Die Entgiftungsverfahren nicht deponierbarer Gifte erfordern normalerweise unterschiedlichen Behandlungsaufwand.
Der grundsätzliche Ablauf in einer zentralen Entgiftungsanlage reicht von der chemischen Entgiftung und physikalischen Behandlung bis zur endgültigen Beseitigung. Die festen Verbrennungsrückstände enthalten unter Umständen (zu geringe Verbrennungstemperaturen) noch Reste toxischer Produkte, die auch durch eine Fixierung an ein inertes Trägermaterial auf lange Sicht gesehen eine Gefahr für den Menschen und die Umwelt darstellt. Bei zu niedrigen Temperaturen ist zudem auch mit HCN und starker Rußbildung im Rauchgas zu rechnen. Durch die Verwendung von Luft als Oxidator werden noch zusätzliche Umweltgifte (Stickoxide) erzeugt.
Die heutzutage übliche Entgiftungsmethode ist die Verbrennung in Drehrohröfen. Die Verbrennungstemperaturen liegen bei 10000C bzw. 12000C im Nachbrenner. Um ein vollständiges Ausbrennen der Rauchgase bzw. eine Zersetzung der Giftmoleküle zu erreichen sind große Verweilzeiten notwendig. Eine vollständige Zersetzung jeglicher toxischer Abfälle erscheint bei diesen Temperaturen fragwürdig oder ist nicht gegeben.
Ein neuerer Weg in der Entgiftung toxischer Abfälle ist die Zersetzung mit Hilfe eines Mikrowellen-Plasmaprozesses. Die Anlage arbeitet mit einem Reaktorrohr, durch das die Abfallstoffe geführt werden. Mittels Mikrowellen wird ein ionisiertes Gas erzeugt, durch dessen chemisch-elektrische Wirkung die Zersetzung der organischen Stoffe bewirkt wird.
Eine Verbrennung findet nicht statt, und somit ist eine Umwandlung in ungiftige Stoffe auch nach der Abkühlung nicht sichergestellt. Außerdem wird sich eine industrielle Anwendung dieses Verfahrens wegen der geringen Hochtemperaturzone und des geringen Massendurchsatzes nicht durchsetzen.

In folgender Tabelle werden d-ie 3 möglichen Verfahren zur thermischen Zersetzung von Giftstoffe gegenübergestellt.

Drehrohr- Plasna-/Mikro- Raketentriebwerks-

ofen wellenverfahren rniiliverbrennungs-

anlage

Temperatur (OC) 1000-1200 4000 3000-3500

Erreichte Temperatur 0,8-1 2,5 2

Benötigte Temperatur

Verbrennung der gegeben nur Zersetzung gegeben

Produkte

NO (?) -

Sekundärgifte x

lange Aufenthalts- ja nein nein

zeit erforderlich

Großer Durchsatz ja-neLn nein ja

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, hochgiftigen Industrieabfall mit sicherer Technologie in einen unschädlichen Zustand überzuführen. Bei diesen Überlegungen ist zu berücksichtigen, daß verschiedene Vorgänge auftreten, die einerseits wenig erwünscht, jedoch unvermeidbar sind, andererseits aber durch geeignete Prozessführung zumindest minimiert werden können. Die Hauptforderung ist eine hohe Temperatur, zumal die volkommene Zersetzung der meisten chemischen Verbindungen erst bei 15000C und höher einsetzt. Um nun eine kurze Aufenthaltszeit in der Brennkammer und somit einen vernünftigen Massendurchsatz zu bekommen, sind Temperaturen von über 30000C nötig. Andererseits muß ein geeignetes Oxidationsmittel gefunden werden, um das Auftreten von Sekundärgiften zu verhindern.

Diese Hauptforderungen werden bei einer gattungsgemäßen Einrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche erfüllt.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezug auf Zeichnungen näher beschrieben.
Bild 1 zeigt eine schematische Darstellung des prinzipiellen Aufbaus der Erfindung. In einer Brennkammer wird durch eine geeignete Treibstoffkombination ein Heißgas erzeugt, das den Giftstoff, der über eine gesonderte Zuführung eingebracht wird, zersetzt. Dieser sehr einfache Aufbau ermöglicht hohe Brennkammertemperaturen, hohe Massendurchsätze bei kleiner Bauweise und hohe Sicherheit.
Ein entscheidender Vorteil dieser Verbrennungsanlage gegenüber eines herkömmlichen Ofens sind die kurzen Anfahr-und Abschaltzeiten. Im Falle einer Notsituation kann die Anlage sofort abgestellt werden. Im Rahmen eines Aus-.
führungsbeispieles sollen diese Vorgänge näher erläutert werden. Es wird ein Massendurchsatz von 3t/h Giftmüll (Dioxin) gewählt.
Der Massenanteil des Giftstoffes zum Brennstoff (Benzin) beträgt 20%. Durch die Giftmüllzuführung verringert sich die Verbrennungstemperatur um 200C, Die Aufenthaltszeit des Giftstoffes beträgt ca. 4ms. Diese kurze Verweilzeit reicht völlig aus den Giftstoff (Dioxin) und die Treibstoffe in die Verbrennungsprodukte wie sie in Bild 2 aufgeführt sind überzuführen. Für dieses Beispiel wird eine Brennkammer mit 0,25m Durchmesser und 0,4m Länge benötigt.
Die Auswahl der Treibstoffkombinationen muß unter dem Gesichtspunkt erfolgen, daß keine Sekundärgifte entstehen.
Der Aufbau nach Anspruch 1 ermöglicht eine Vielzahl von Kombinationen. Als Beispiel sei die Kombination Flüssigsauerstoff und Benzin angegeben. Die theoretischen Verbrennungstemperaturen in Abhängigkeit vom Brennkammerdruck, der durch den Massenstrom und der Größe der Auslaßöffnung eingestellt wird, und vom Mischungsverhältnis und die Zusammensetzung der Verbrennungsprodukte sind in Bild 3 und Bild 4 angegeben.
Hinsichtlich der technischen Ausführung einer solchen Müllverbrennungsanlage muß zwischen Anlagen unterschieden werden, die nur flüssige oder nur feste Abfälle verarbeiten sollen. Daraus resultieren verschiedene Verfahren zur Müllaufbereitung und zur Einbringung in die Brennkammer. Bild 5 zeigt schematisch den Aufbau einer Fördereinrichtung für flüssige Giftstoffe. Eine Förderung mit Hilfe eines Druckgases wäre ebenfalls denkbar. Feste Giftstoffe, die nicht in Granulatform vorliegen, müßen durch entsprechende Mahl anlagen auf eine geeignete Korngröße gebracht werden. Die schematische Darstellung der Förderung in die Brennkammer ist in Bild 6 dargestellt.
Bild 7 und Bild 8 zeigen verschiedene Möglichkeiten den Giftstoff in die Brennkammer einzubringen. Durch die Einblasrichtung besteht ebenfalls die Möglichkeit die Aufenthaltszeit der Giftstoffe einzustellen.
Der prinzipielle Aufbau einer Verbrennungsanlage nach Anaspruch 1 mit den dazugehörigen Einrichtungen für Rauchgaswäsche und Abgasentgiftung ist in Bild 9 dargestellt.
Bei der Verbrennung von chlorierten Lösungsmitteln und Dioxin entsteht Chlorwasserstoff. Um ein Austreten der Salzsäure zu verhindern muß ein Kondensationsraum vorgesehen werden. Durch die Wasserbeimischung wird das Verbrennungsgas gekühlt und Salzsäure ausgewaschen. Das verbleibende Verbrennungsgas wird über einen Katalysator geleitet, der Kohlenmonixid oxidiert.
Eine Brennkammeranordnung zur Verbrennung von festen Abfallstoffen nach Anspruch 2 ist in Bild 10 dargestellt.
Der Vorteil dieses Konzeptes beruht darauf, daß die Aufenthaltszeit der Giftpartikel der Partikelgröße proportional ist. Giftkörner mit geringem Gewicht werden früher ittit der Strömung mitgerissen als schwere, die sich im Extremfall im unteren Brennkammerbereich ansammeln und bis zum Erreichen des gasförmigen Zustandes bzw. bis zur Abtrennung vom Trägermaterial (Z.B. Erde) der hohen Temperatur ausgesetzt sind.
Bild 11 zeigt eine schematische Darstellung der Giftmüllverbrennung nach Anspruch 6.
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Claims

Patentansprüche Verbrennungsofen für hochgiftige Abfälle, gekennzeichnet durch eine z.B. rotationssymetrische Brennkammerkontur mit Bodenplatte, in der die Treibstoffe und der Giftstoff getrennt zugeführt und zerstäubt wird. Die Auslaßöffnung für die Verbrennungsprodukte besteht aus einem sich verjüngenden Teiles, bzw. aus einer Platte mit Bohrung, dessen Öffnungsdurchmesser den gewünschten Brennkammerdruck, die Brennkammertemperatur bzw. die Aufenthaltszeit der Verbrennungsprodukte einstellt.
2. Verbrennungsofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung der Treibstoffe und der Giftstoffe auch durch die Brennkammerwandung vorgenommen wird, und das dadurch verbleibende Volumen zwischen Einspritzring und Bodenplatte bei senkrechter Anordnung der Brennkammer ein Aussortieren der Verbrennungspartikeln nach Größe bzw. Gewicht bzw. eine größenabhängige Aufenthaltsdauer der Partikeln ermöglicht.
3. Verbrennungsofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlage auch mobil ausgelegt wird, d.h. die Anlage ist auf einen z.B. lastwagenähnlichen Untergestell aufgebaut.
4. Verbrennungsofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlung der Brennkammer regenerativ (d.h. die Wärmeableitung der Brennkammerinnenwandung geschieht durch ein geeignetes Kühlmedium in Kühlkanälen) oder ablativ (d.h. der Auskleidungswerkstoff wird aufgeheizt und verdampft) erfolgt.
5. Verbrennungsofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Brennstoff sowohl organische als auch anorganische Brennstoffe tZ.B. Wasserstoff, Benzin, Altöl, Erdgas, Giftmüll selbst) und Oxidatoren in flüssiger und gasförmiger Konsistenz (z.B. Sauerstoff, Salpetersäure, Wasserstoffperoxyd) eingesetzt werden.
6. Verbrennungsofen nach Anspruch 1, mit dem Unterschied, daß eine homogene Mischung von Festbrennstoff und Giftmüll als Treibsatzblock in die Brennkammer eingelegt und durch Zufuhr eines geeigneten Oxidators verbrannt wird.
7. Verbrennungsofen nach Anspruch 1, mit dem Unterschied, daß eine homogene Mischung von Giftmüll, Brennstoff (wenn es sich um energiereichen Giftmüll handelt kann der Brennstoff entfallen) und Oxidator als Treibsatzblock in die Brennkammer eingelegt und verbrannt wird.
8. Verbrennungsofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Giftzuführung durch Extruder oder durch eine Staubfeuerung bei festen Abfallstoffen und durch Pumpen oder Druckgas bei flüssigen Abfallstoffen erfolgt.
9. Verbrennungsofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gift durch einen entsprechenden Injektor, der in die Brennkammer hineinragt, entweder quer, mit oder gegen die Strömungsrichtung der Verbrennungsprodukte in die Brennkammer eingebracht wird.