DE3718595A1

DE3718595A1 - Verfahren zur beseitigung von fluessigen und/oder gasfoermigen abfallstoffen

Info

Publication number: DE3718595A1
Application number: DE19873718595
Authority: DE
Inventors: Nicolaus Dr Grubhofer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1987-06-03
Filing date: 1987-06-03
Publication date: 1988-12-15

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beseitigung flüssiger und gasförmiger Abfallstoffe, insbesondere zur kontinuierlichen Beseitigung flüssiger und gasförmiger chemischer Abfallstoffe sowie eine Apparatur, die für die Durchführung eines derartigen Verfahrens geeignet ist.

In chemischen Laboratorien aller Art sowie in chemischen Produktionsstätten fallen Lösungsmittelreste, Nebenprodukte der Synthesen, Mutterlaugen, Abfälle von Lacken sowie sonstige flüssige organische und gasförmige Rückstände von äußerst verschiedenartiger chemischer Beschaffenheit an. Verschärfte Erfordernisse des Umweltschutzes lassen es nicht mehr zu, daß selbst kleinere Mengen solcher Abfälle kurzerhand in den Vorfluter entlassen werden. Auch das Verbrennen bzw. Abfackeln ist nur in Ausnahmefällen möglich. Kleinere Mengen bis ca. 50 Liter pro Tag werden daher in der Regel gesammelt und speziellen Firmen oder Organisationen übergeben, welche die sachgemäße Beseitigung vornehmen sollen. Diese Firmen bzw. Organisationen haben aber selbst Schwierigkeiten, solche Verbrennungen durchzuführen, ohne daß dabei möglicherweise noch giftigere Verbrennungsprodukte entstehen. So kann z.B. die Verbrennung von chlorierten Verbindungen, insbesondere die von chlorierten Phenolen zur Bildung von Dioxinen Anlaß geben. Schon der Transport bestimmter Abfälle und der Umgang mit ihnen stellen Risiken dar, welche immer unwilliger übernommen werden.

Des weiteren treten z.B. beim Absaugen aus Abzügen chemischer Laboratorien, Handschuhboxen sowie von Brüdendämpfen schädliche Dämpfe und Gase auf. Darin können toxische, infektiöse oder irritierende Substanzen enthalten sein. Bei der Beseitigung solcher Stoffe werden, falls sie nur in niedriger Konzentration in der Abluft vorhanden sind, in der Regel Kohlefilter eingesetzt. Dabei kann man aber nie vollkommen sicher sein, daß die Adsorption an der Kohle vollständig ist bzw. daß noch keine Absättigung der Kohle eingetreten ist. Die Vernichtung verbrauchter Kohlefilter stellt ein zusätzliches Problem dar.

Der vorliegenden Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Beseitigung flüssiger und gasförmiger Abfallstoffe zur Verfügung zu stellen, das die obigen Nachteile vermeidet und insbesondere eine kontinuierliche Beseitigung der Abfallstoffe ermöglicht und gewährleistet, daß keine toxischen Verbrennungsrückstände, wie z.B. Dioxine, in die Abluft gelangen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren, wie es in den Ansprüchen 1 bis 8 definiert ist, gelöst. Die Ansprüche 9 bis 15 betreffen eine Apparatur, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist.

Die vorliegende Erfindung soll nun anhand der beiliegenden Figur näher erläutert werden. Diese Figur ist eine schematische Skizze einer zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneten Apparatur. Die Bezugszeichen 1 bis 42 sind dabei den folgenden Teilen der Apparatur zugeordnet:

1 Pumpe für Abfallstoffe
2 Behälter für Abfallstoffe
3 Pumpe für Hilfsflüssigkeit
4 Behälter für Hilfsflüssigkeit
5 Brennkammer
6 Brenndüse mit Kühlmantel
7 Kühlmittelzufuhr für Brenndüse
8 Einlaßdüse für Brennluft
9 Luke für Aschenentnahme
10 Pyrolyseofen I (Pyrolysekolonne I)
11 Heizmantel für Pyrolyseofen I
12 Pyrolyseofen II (Pyrolysekolonne II)
13 Heizmantel für Pyrolyseofen II
14 Wärmeaustauscher
15 T-Stück für Gaswäscher
16 Wasserbrause für Gaswäscher
17 Gaswäscher
18 Siphon für Druckausgleich
19 Kompressor für Brennluft
20 Schreiber für Betriebskontrolle
21 Mikroprozessor für Funktions- und Fehlerkontrolle
22 Austritt von Luft und Wasser
23 Sensor für Pumpgeschwindigkeit der Brennluft
24 Sensor für Pumpgeschwindigkeit der Abfallstoffe
25 Flüssigkeitszähler für Abfallstoffe
26 Strömungswächter für Abfallstoffe
27 Sensor für Pumpgeschwindigkeit der Hilfsflüssigkeit
28 Flüssigkeitszähler für Hilfsflüssigkeit
29 Strömungswächter für Hilfsflüssigkeit
30 pH-Elektrode für Abwasserüberwachung
31 Strömungswächter für Kühlwasser an der Einspritzdüse
32 Flüssigkeitszähler für Rieselwasser
33 Analysator für Abgas
34 Probenehmer für Abgas
35 Injektionsstelle für Eichgas
36 Temperaturfühler für Brennluft
37 Temperaturfühler für Verbrennungskontrolle
38 Temperaturfühler für Aschemeldung
39 Temperaturfühler für Pyrolyseofen I
40 Temperaturfühler für Pyrolyseofen II
41 Temperaturfühler für Abwasser
42 Prallscheiben

Abfall-Chemikalien haben ihrer Natur nach eine stark schwankende Zusammensetzung. Handelt es sich dabei um brennbare Flüssigkeiten mit relativ niedriger Viskosität, welche nur organisches Material gelöst enthalten, so gibt es wenig Schwierigkeiten. Anderenfalls können Komplikationen auftreten, insbesondere wenn die Abfallstoffe

a) eine zu hohe Viskosität,
b) eine geringe Brennbarkeit (z.B. Tetrachlorkohlenstoff),
c) einen zu hohen Wassergehalt (bis nahezu 100%) und/oder
d) einen zu hohen Gehalt an nicht brennbaren Salzen aufweisen.

Um in der Lage zu sein, Flüssigkeiten mit den Eigenschaften a) bis c) zu verarbeiten, ist es vorteilhaft, eine brennbare Hilfsflüssigkeit beizumischen. Methanol ist besonders geeignet für diesen Zweck, kann aber durch andere wassermischbare, brennbare Flüssigkeiten ersetzt werden. Die in der Figur gezeigte Apparatur zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist deshalb neben dem Behälter (2) für die zu beseitigenden Abfallstoffe auch noch einen Behälter (4) für eine derartige wassermischbare, brennbare Hilfsflüssigkeit auf. Das Volumenverhältnis zwischen Abfallflüssigkeit und Hilfsflüssigkeit kann durch geeignete, dem Fachmann bekannte Vorrichtungen der Brenneigenschaft der Abfallflüssigkeit automatisch angepaßt werden. Dies stellt eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.

Die Verbrennung der Abfallstoffe wird in der Brennkammer (5) durchgeführt. Zur Verbrennung wird zweckmäßigerweise Luft verwendet. Diese kann - je nach den Brennbarkeitseigenschaften der Abfallstoffe - auch mehr oder weniger mit Sauerstoff angereichert sein. Diese Brennluft kann gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des vorliegenden Verfahrens aus zu entsorgenden Räumen abgesaugt werden, so daß das erfindungsgemäße Verfahren gleichzeitig der Beseitigung von flüssigen Abfallstoffen aus dem Behälter (2) und von Gas oder dampfförmigen Verunreinigungen in der Atmosphäre dienen kann.

Die Brennluft tritt bereits vorgewärmt in die Brennkammer ein. Vorzugsweise sollte sie eine Temperatur nicht unter 600°C aufweisen. Zur Erwärmung der Brennluft kann z.B. das heiße Gas verwendet werden, das aus der letzten Stufe der Pyrolyseapparatur austritt. Zweckmäßigerweise geschieht dies durch einen Wärmeaustauscher (14).

Wenn nur eine schwache oder keine Verbrennung in der Brennkammer (5) stattfindet, mißt der Temperaturfühler (37) eine nicht oder nur unerheblich höhere Temperatur als sie die vorerhitzte Brennluft aufweist. In diesem Fall wird die Pumpe (3) für die Hilfsflüssigkeit automatisch zugeschaltet, und zwar mit ihrer Höchstgeschwindigkeit. Es können z.B. drei verschiedene Pumpleistungsverhältnisse vorgesehen werden, wobei die Gesamtpumpleistung der Pumpen (1) und (3) konstant bleibt, z.B. 2 Liter pro Stunde. Das Pumpleistungsverhältnis zugunsten der Pumpe (1) kann z.B. schrittweise automatisch herabgesetzt werden, bis die Temperatur in der Brennkammer (5) einen bestimmten Mindestwert erreicht hat.

Im Falle d), wenn also große Mengen an Salzen oder anderen Asche-bildenden Stoffen in der Abfallflüssigkeit gelöst sind, setzen sich diese Stoffe als Beläge in der Brennkammer ab, und zwar in der Gegend des Temperaturfühlers (38). Die Temperatur, die dieser Temperaturfühler meldet, fällt drastisch ab, wenn er von Asche bedeckt wird. Dann muß die Brennkammer ausgeräumt werden; zu diesem Zweck ist die Luke (9) vorgesehen.

Wie bereits oben erwähnt, wird die Brennluft vorzugsweise mit Hilfe des Wärmeaustauschers (14) auf eine Temperatur von mindestens 600°C vorgeheizt. Dadurch findet eine verläßliche Zündung brennbarer Substanzen und deren saubere, rußfreie Verbrennung statt. In der Regel ist die Temperatur in der Brennkammmer (5) in der Gegend des Temperaturfühlers (37) um mindestens 200°C höher als die vom Temperaturfühler (36) gemessene Temperatur der Brennluft. In der Regel steigen die Temperaturen sogar auf ca. 1000°C an und liefern die Gase bereits mit der richtigen Temperatur für die zweite Stufe des erfindungsgemäßen Verfahrens, nämlich die Pyrolyse. Unbrennbare Flüssigkeiten werden verdampft und dabei ebenfalls in den Pyrolyseofen (10) mitgerissen. Dessen Wirksamkeit würde dabei jedoch in unkontrollierbarer Weise absinken, weil dann die Dämpfe erst auf die Temperatur des Pyrolyseofens, vorzugsweise mindestens 1000°C, aufgeheizt werden müßten und dabei eine zu hohe Verweilzeit im Pyrolyseofen (10) erforderlich würde. Dies wiederum könnte nur durch eine erhebliche Steigerung der Heizleistung des Heizmantels (11) kompensiert werden. Als sicherer und wirtschaftlicher hat sich deshalb die Verwendung einer brennbaren Hilfsflüssigkeit erwiesen.

Die Brennluft wird in der Regel aus der Umgebung angesaugt, sie kann aber auch aus Abzügen, Destillationsanlagen oder Reinraumanlagen entnommen und damit entgiftet und sterilisiert werden.

Es wird bevorzugt, daß die Brennluft mit mindestens zwei verschiedenen Geschwindigkeitsstufen angeliefert werden kann. Dadurch wird es möglich, daß in der Anheizperiode oder während Betriebspausen die Geschwindigkeit der Brennluft so weit herabgesetzt werden kann, daß sie die vorgegebene Mindesttemperatur gerade erreicht bzw. beibehält und in der Pyrolyseeinheit die vorgesehene Betriebstemperatur bestehen bleibt, so daß der Betrieb jederzeit wieder aufgenommen werden kann.

Für die wirksame Zersetzung von Dioxinen, chlorierten Phenolen und polycyclischen Aromaten, die sich möglicherweise erst in der Brennkammer gebildet haben, sollte die Abluft aus der Brennkammer (5) für mindstens 300 Millisekunden auf eine Temperatur von mindestens 1400°C erhitzt werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird diese in drei Stufen erreicht. Die 1. Stufe besteht in der Aufheizung durch die Brennluft, einhergehend mit der Verbrennung unter reichlicher Sauerstoffzufuhr in der Brennkammer (5). In einer 2. Stufe erfolgt der Durchgang durch den Pyrolyseofen (10), welcher vorzugsweise auf eine Temperatur von mindestens 1000°C eingestellt ist, während die 3. Stufe in der Passage durch den Pyrolyseofen (12), der bei einer Temperatur von mindestens 1400°C betrieben wird, besteht. Die Pyrolyseöfen (10) und (12) sind vorzugsweise mit elektrischen, thermostatisch geregelten Heizwicklungen umgeben, welche so dimensioniert sind, daß die Abgase rasch auf die erforderlichen Temperaturen aufgeheizt werden und eine Verweilzeit der Gase von mindestens 500 Millisekunden bei einer Temperatur von 1000°C (Pyrolyseofen (10)) bzw. von mindestens 300 Millisekunden bei einer Temperatur von 1400°C (Pyrolyseofen (12)) gewährleistet ist. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, die Pyrolysekolonnen mit Prallscheiben (42) auszustatten, welche guten Kontakt mit den Wandungen gewährleisten und die Verweilzeiten verlängern. Selbstverständlich können erfindungsgemäß auch mehr als zwei Pyrolyseöfen hintereinander geschaltet werden.

Vorzugsweise werden die aus dem Pyrolyseofen (12) bzw. der letzten Einheit der Pyrolyseöfenkaskade austretenden Abgase durch einen Wärmeaustauscher (14) geleitet, wo sie ihre Energie weitgehend an die Brennluft abgeben können. Dabei werden sie z.B. auf ca. 250°C abgekühlt und gleichzeitig für die Brennluft auf mindestens 600°C erhitzt.

Die abgekühlten Abgase können dann in einem Gaswäscher (17) von Chlorwasserstoff, Schwefeldioxid und Stickoxiden freige waschen und weiter abgekühlt werden, wobei die Temperatur des Waschwassers vorzugsweise unter 45°C gehalten wird, um eine ausreichende Absorption zu gewährleisten. Der pH-Wert des aus dem Gaswäscher (17) austretenden Wassers wird durch die pH-Elektrode (30) kontrolliert. Gegebenenfalls sollte das Abwasser neutralisiert werden. Im Falle von Chloroform als Abfallstoff entstehen z.B. ca. 0,75 kg HCl-Gas in der Stunde und im Fall von Pyridin werden 1,4 kg NO₂-Gas pro Stunde freigesetzt, wenn man eine Verbrennungsleistung von 2 Abfallflüssigkeit pro Stunde zugrundelegt.

Die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Apparatur weist vorzugsweise zusätzlich einen Schreiber (20) auf, dessen Papiervorschub mit dem Antrieb der Pumpe (1) für die Abfallstoffe gekoppelt ist, so daß sich die Fördermenge aus der Länge des Schreiberpapiers ergibt. Dieser Schreiber (20) zeichnet alle relevanten Meßwerte auf, insbesondere den pH-Wert des Abwassers und die Gaszusammensetzung und Temperatur im Pyrolyseofen (12) und liefert dabei ein Protokoll über die Menge und die Ordnungsgemäßheit der Entsorgung.

Selbstverständlich ist es auch möglich und erfindungsgemäß auch bevorzugt, daß ein an einen Monitor angeschlossener Mikroprozessor (21) vorgesehen wird, der die Parameter des Betriebszustandes, die an den einzelnen Sensoren (23) bis (41) gemessen werden, sammelt, auf Fehlfunktionen aufmerksam macht und bei Störungen die Pumpen automatisch abschaltet. Außerdem sollte bei Störungen des Luftkreislaufs und somit des Ausfalls der Luftentgiftung ein Alarmsignal ausgesandt werden.

Claims

1. Verfahren zur Beseitigung flüssiger und/oder gasförmiger Abfallstoffe durch kontinuierliche Verbrennung in einem geschlossenen System, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Verbrennung in einer zweiten Stufe eine vorzugsweise kontinuierliche Pyrolyse der Verbrennungsprodukte durchgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den Abfallstoffen bei Bedarf eine brennbare und/oder niedrig-viskose Hilfsflüssigkeit, vorzugsweise Methanol, zudosiert.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennung durchgeführt wird, indem man die Abfallstoffe, falls erforderlich, verdampft und mit auf mindestens 600°C vorerhitzter Luft verbrennt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Verbrennung benötigte Luft aus zu entsorgenden Räumen angesaugt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die gasförmigen Verbrennungsprodukte im Pyrolyseofen eine Verweilzeit von mindestens 500 Millisekunden haben und dort auf mindestens 1000°C erhitzt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungsprodukte in einen zweiten Pyrolyseofen geleitet und dort bei mindestens 1400°C eine Verweilzeit von mindestens 300 Millisekunden haben.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die heißen Pyrolysegase dazu verwendet werden, die Luft für die Verbrennung in einem Wärmeaustauscher aufzuheizen.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Pyrolysegase anschließend in einem Gaswäscher von sauren Abgasen befreit werden, welche als wässrige Lösung einer Neutralisationsanlage zugeführt werden.

9. Apparatur zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1, umfassend ein geschlossenes System mit einem Vorratsbehälter (2) für Abfallstoffe und einer Brennkammer (5), dadurch gekennzeichnet, daß sich an den für die Verbrennungsprodukte vorgesehenen Ausgang der Brennkammer (5) ein Pyrolyseofen (10) anschließt.

10. Apparatur nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Vorratsbehälter (4) für eine brennbare und/oder niedrig-viskose Hilfsflüssigkeit aufweist.

11. Apparatur nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß sich an den Pyrolyseofen (10) mindestens ein zweiter, bei höherer Temperatur als der erste Pyrolyseofen (10) betreibbarer Pyrolyseofen (12) anschließt.

12. Apparatur nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Mittel umfaßt, um die aus dem gegebenenfalls letzten Pyrolyseofen austretenden heißen Gase zur Aufheizung der Verbrennungsluft verwendbar zu machen.

13. Apparatur nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel ein Wärmeaustauscher (14) ist.

14. Apparatur nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Gaswäscher (17) für die Pyrolysegase aufweist.

15. Apparatur nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Schreiber (20) aufweist, dessen Papiervorschub proportional zur aus dem Vorratsbehälter (2) entnommenen Menge an Abfallstoffen ist.