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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Reinigen und
Umklassifizieren elektrischer Einrichtungen, wie Transformatoren und Kondensatoren, die dazu
bestimmt sind, als dielektrische Flüssigkeit Polychlorbiphenyle, sowie einen porösen inneren
Aufbau zu verwenden. Eine solche Einrichtung ist durch die Adsorption der Flüssigkeit in die
Poren des Strukturträgermediums gekennzeichnet, was die vollständige Entfernung der genannten
Flüssigkeit schwierig macht.
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Für viele Jahre sind Polychlorbiphenyle (PCB bzw. PCBs) als Isolier- bzw. dielektrische
Flüssigkeit in der Elektrobetriebsmittelindustrie als ein sicheres feuerbeständiges Material
verwendet worden. Solche PCBs enthaltende dielektrische Flüssigkeiten sind häufig allgemein
als Askarele bezeichnet worden, bei denen das PCB oft in Mischung mit einem Chlorbenzol -
Lösungsmittel vorliegt. In den späten 60er-Jahren und frühen 70er-Jahren ist entdeckt worden,
daß PCBs gefährliche Umweltverschmutzer sind, und ihre Verwendung wurde eingestellt. Zu
dieser Zeit waren jedoch bereits viele elektrische Einrichtungen gebaut worden, die die PCBs als
ein Isoliermedium verwendeten. Die hauptsächliche Verwendung von PCB liegt bei
Transformatoren und elektrischen Kondensatoren als dielektrische Kühlflüssigkeit. Die vorliegende
Erfindung betrifft das Entfernen von PCBs aus einer solchen Einrichtung und das eventuelle
Umklassifizieren derselben zu einer Nicht-PCB-Einrichtung. Für die Umklassifizierung ist es derzeit
erforderlich. daß Tests nach auf die Beendigung der Reinigung folgendem dreimonatigen Betrieb
eine Verunreinigung von weniger als 50 ppm PCB in der dielektrischen Flüssigkeit zeigen. Für
die Verwendung von PCB ausgelegte Transformatoren haben alle eine grundsätzliche Ähnlichkeit,
indem sie ein Cellulosematerial, für gewöhnlich eine Papierwicklung, auf dem den Kern des
Transformators umschließenden Leitungsdraht, enthalten. In dem Transformator können hölzerne
Anordnungen enthalten sein, die als Isolatoren dienen. Aufgrund dieser beiden Hauptelemente
wirkt das Innere des Transformators etwa wie ein Schwamm und diese Materialien werden mit den
PCBs getränkt. Diese sind dann so eingeschlossen, daß ein einfaches Waschen sie nicht
entfernt und daß nach einer gewissen Zeit die PCBs aus dem Cellulosematerial ausgelaugt werden
und in dem Transformator ein Gleichgewichtsniveau erreichen, selbst wenn letzterer mit einem
reinen nicht PCB enthaltenden Öl gefüllt worden ist. Transformatoren, die als Dielektrikum
ein Mineralöl verwenden sind anderer Art und für diese gilt die Erfindung nicht.
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Einem ähnlichen Problem begegnet man bei der Entsorgung von mit mehr als 500 ppm PCB
getränkten Transformatoren und Kondensatoren oder mit PCB verunreinigten Flüssigkeiten, unter denen
man Flüssigkeiten versteht, die 50 bis 500 ppm PCB enthalten. Von der "United States
Environmental Protection Agency" erlassene Vorschriften verbieten das Recycling der Ausrüstung, es
sei denn daß die Ausrüstung nach diesen Vorschriften als Nicht-PCB-Ausrüstung anerkannt
werden kann.
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Es werden bzw. wurden verschiedene Verfahren für die Reinigung bzw. Umklassifizierung von
Transformatoren angewendet. Es sind komplette Spülungen mit mehreren Sorten von Fluids
vorgeschlagen worden, wodurch große Volumen an mit PCB verunreinigtem Material und PCB-Material
nach den Bestimmungen der United States Environmental Protection Agency erzeugt werden. Diese
Verfahren umfassen die Vakuumextraktion und Kondensation verdampfter Lösungsmittel, sind
jedoch aus mehreren Gründen als mangelhaft befunden worden.
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Das Hauptproblem der bekannten Verfahren besteht darin, daß sie entweder ein sehr großes
Volumen verunreinigten Fluids mit mehr als 500 ppm PCB erzeugen und lange Zeiten erfordern,
um die Reinigung erfolgreich abzuschließen, oder komplizierte Verfahrensschritte enthalten,
während denen die Ausrüstung außer Betrieb sein oder häufig unterbrochen werden muß. Einige
Abhandlungen über das Problem der Reinigung von mit PCB verunreinigten elektrischen
Einrichtungen, insbesondere Transformatoren finden sich in den US-Patenten Nr. 4,483.717,
Nr. 4,425.949 und Nr. 4,312.794 sowie in einem Literaturhinweis ("Transformer Askarel Removal
to an EPA Clean Level," J.H. Olmstead. Proceedings IEEE, 1 AS 79: 34, Siehe Seiten 1053 bis
1055), welche das Hindurchleiten der dielektrischen Flüssigkeit des Transformators durch ein
Filtrationssystem zum Ausspülen von PCB beschreiben.
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Andere Methoden haben den Nachteil eines hohen Arbeitsaufwands und der Notwendigkeit des
Transports verunreinigter Fluids zu Trennanlagen, oft über öffentliche Straßen zu entfernt
gelegenen Standorten, oder verwenden komplizierte Trenntechniken. So beschreibt z.B. die
EP-A-0 188 698 eine Vorrichtung zum Entfernen von PCBs aus verunreinigtem Laugungsfluid
außerhalb des Betriebsgeländes. Bis jetzt fehlt es an einer einfachen, vor Ort befindlichen und
bedienungsfreien Vorrichtung und einem entsprechenden Verfahren zum Reinigen oder
Umklassifizieren von für PCB-haltiges, dielektrisches Fluid ausgelegten Transformatoren, während der
Transformator angeschlossen und stromführend oder unter Leistungsbelastung bleibt. Mit der
vorliegenden Erfindung sind diese Probleme gelöst worden.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Reinigen und
Umklassifizieren von fluidgefüllten elektrischen Einrichtungen, die für die Verwendung von PCB-haltigen
dielektrischem Fluid ausgelegt sind, um wenigstens die für "Nicht-PCB"-Ausrüstung geltenden
EPA-Standards der US-Regierung zu erfüllen.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zum Reinigen von mit polychlorierten
Biphenylen verunreinigten Fluiden aus einer elektrischen Einrichtung, vorzugsweise mit
minimaler Unterbrechung des Betriebes der elektrischen Einrichtung vor ihrer Umklassifizierung
vorgesehen, welche Reinigungsvorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, daß sie zum Erleichtern
und Vereinfachen ihres bedienungsfreien Betriebes eine Einrichtung aufweist, die mit der
elektrischen Einrichtung verbindbar und geeignet ist, ein mit Polychlorbiphenylen
verunreinigtes Laugungsfluid von der elektrischen Einrichtung abzuziehen und einer ersten einstufigen
Destillierkolonne zuzuleiten, die so ausgebildet ist, daß sie einen im wesentlichen aus dem
Laugungsfluid bestehenden Kopfdampfstrom und einen mit Polychlorbiphenylen verunreinigten
Bodenstrom erzeugt, ferner eine den Kopfstrom empfangende Kondensationseinrichtung zum
Kondensieren
des in dem Kopfstrom enthaltenen Dampfes, der im wesentlichen aus dem von der ersten
einstufigen Kolonne kommenden Laugungsfluid besteht, eine Einrichtung zum Zurückführen des
kondensierten Laugungsfluids zu der elektrischen Einrichtung, eine Einrichtung zum Abziehen
des Bodenstroms von der ersten einstufigen Kolonne und zum Zuleiten des Bodenstroms zu einer
zweiten einstufigen Kolonne, die so ausgebildet ist, daß sie einen das Laugungsmedium
enthaltenden zweiten Kopfdampfstrom und einen Polychlorbiphenyle enthaltenden zweiten Bodenstrom
erzeugt, eine den zweiten Kopfdampfstrom empfangende zweite Kondensationseinrichtung zum
Kondensieren des verdampften Laugungsfluids in dem Kopfstrom und eine Einrichtung zum
Zuleiten des von dem Kondensator kommenden kondensierten Laugungsfluids zu der ersten einstufigen
Kolonne. Die Einrichtung zum Abziehen von Laugungsmedium von der elektrischen Einrichtung
kann eine Schleife aufweisen, die einen zwischen der elektrischen Einrichtung und der ersten
einstufigen Destillationskolonne angeordneten Trennsiphon enthält. Die den von der ersten
einstufigen Kolonne kommenden Kopfstrom empfangende Kondensationseinrichtung kann ein unter
atmosphärischem Druck arbeitender Kondensator sein, wie es auch die zweite
Kondensationseinrichtung sein kann.
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Die vorliegende Erfindung erlaubt das Reinigen einer für die Verwendung von PCB ausgelegten
elektrischen Einrichtung, wie eines Transformators, während die Einrichtung stromführend ist
und gleichzeitig arbeitet. Normalerweise ist eine einzige Unterbrechung des Betriebes der
elektrischen Einrichtung erforderlich und findet statt, um anfänglich ein PCB-Fluid oder ein
mit PCB verunreinigtes Fluid aus der elektrischen Einrichtung abzuziehen. Es kann dann eine
Wartung durchgeführt werden. Während dieser Zeit kann die Einrichtung, falls erforderlich,
modifiziert und an die Reinigungsvorrichtung, die eine Destillationsanordnung enthält,
angeschlossen werden. Bei der Verwirklichung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird
die Einrichtung mit einem Laugungsfluid gefüllt, das so gewählt ist, daß es sowohl PCBs aus
dem Kern bzw. der aus Cellulosematerial bestehenden Isolierung auf dem Leitungsdraht des
Kerns eines Transformators auslaugt als auch als isolierendes dielektrisches Kühlfluid dient,
um die elektrische Einrichtung in Funktion und stromführend zu halten, während das
Umklassifizierungsverfahren durchgeführt wird. Das Laugungsfluid wird von der elektrischen Einrichtung
durch die Destillationseinheit geleitet, wo es von den aus der elektrischen Einrichtung
entfernten PCBs getrennt wird, und durch den Transformator zurückgeleitet. Die konzentrierten
PCBs werden vor Ort zur Entsorgung gesammelt. Diese Schritte werden wiederholt, bis die
elektrische Einrichtung für die Umklassifizierung geeignet ist, zu welchem Zeitpunkt der
Transformator entweder mit dem im Transformator verbleibenden Laugungsfluid umklassifiziert wird oder
das Laugungsfluid aus dem Transformator entfernt und durch ein alternatives permanentes
dielektrisches Fluid, wie z.B Mineralöl, Silikone, Mischungen daraus od. dgl., ersetzt wird und
dann der Umklassifizierungstest-neunzig (90) Tage Betrieb- durchgeführt wird. Das
Laugungsfluid kann zwar ersetzt werden, während der Betrieb fortgeführt wird, vorzugsweise erfolgt
jedoch dieser Fluidaustausch während einer kurzen Unterbrechung des Betriebs der elektrischen
Einrichtung.
Ausführliche Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung:
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Die Fig. zeigt ein die
vorliegende Erfindung verkörpernde Vorrichtung in Anwendung bei einem elektrischen
Leistungstransformators. Der Transformator war vorher mit einem PCB-Kühlfluid isoliert.
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Es versteht sich, daß auch andere Chlorbenzol enthaltende flüssige Materialien, die oft
neben PCBs in elektrischen Einrichtungen, wie Leistungstransformatoren, angetroffen werden,
mit den PCBs entfernt werden können.
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Der Hauptvorteil der vorliegenden Erfindung ist, daß sie eine bedienungsfreie
Umklassifizierung einer elektrischen Einrichtung von Ort auf eine Weise ermöglicht, daß ihre
Durchführung ohne wesentliche Perioden einer Unterbrechung des Betriebes einer solchen Einrichtung
erfolgen kann. Diese kann entweder kontinuierlich oder periodisch in einem Batch-Modus, wie
er hierin beschrieben ist, erfolgen, bei welchem der Betrieb nicht kontinuierlich ist, aber
in einem Batch-Modus so durchgeführt wird, daß der Betrieb der Einrichtung ohne Unterbrechung
weitergehen kann. Beim Batch-Modus kann die Vorrichtung auch nahe der elektrischen
Einrichtung angeordnet werden und das verunreinigte Fluid kann zu der Vorrichtung transportiert
werden.
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Die Einrichtung, hier ein Transformator, wird zunächst entleert, um den Großteil der PCBs
daraus zu entfernen. Der Transformator wird dann vorzugsweise mit einer Menge an
Lösungsmittel oder Laugungsfluid gewaschen, die etwa 1 bis 10 % seines Volumens beträgt, um
irgendwelche größeren groben Sümpfe von PCBs zu entfernen. Das flüssige Lösungsmittel bzw.
Laugungsfluid wird über das ganze Gehäuse verteilt, um Kühler und andere Teile des Transformators
auszuspülen. Dieses Lösungsmittel wird dann entweder aus dem Transformator entfernt und für
eine weitere Verarbeitung vor Ort gelagert oder durchläuft, wie weiter unten bei der
Durchführung der Erfindung beschrieben, die Destillationseinheit, um es von den PCBs zu trennen.
Während dieser Periode werden an der Einrichtung vorzugsweise Wartungsarbeiten vorgenommen,
um Dichtungen u. dgl. auszuwechseln.
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Bis zu diesem Punkt wurde mit der elektrischen Einrichtung, hier einem Transformator, auf
eine Weise verfahren, wie sie in der Industrie bei der Vorbereitung für eine Neufüllung mit
einer Nicht-PCB-Flüssigkeit normal ist. Der Großteil der Flüssigkeit ist abgelassen worden
und größere Sümpfe sind entfernt worden, sodaß die restlichen PCBs, die für die
Verunreinigung des neuen Fluids zur Verfügung stehen, geringe Mengen in Relation zu dem
Gesamtflüssigkeitsvolumen des Transformators ausmachen. Nichtsdestoweniger verbleiben bedeutende Mengen an
PCBs im Kern des Transformators absorbiert, die, wenn einmal der Transformator mit
dielektrischen Fluid neu gefüllt und wiederum in Betrieb gesetzt ist, für eine Auslaugung zur
Verfügung stehen.
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Während dieser anfänglichen Entleerung, Spülzeit und Wartung kann der Transformator
zweckmäßig mit Einrichtungen zum Entfernen des Fluids, mit Verbindungsleitungen und Ventilen od.
dgl. ausgerüstet werden, um gemäß der vorliegenden Erfindung für eine Zu- und Ableitung von
Laugungsfluid in den bzw. aus dem Transformator ohne Unterbrechung des Betriebes und die
Reinigung und Umklassifizierung des stromführenden Transformators zu sorgen. Die
hinzugefügten Ventile ergeben die Möglichkeit einer Neufüllung des Transformators mit einem von dem
Laugungsfluid verschiedenen dielektrischen Fluid mit einem Minimum an Unterbrechung, wenn
überhaupt, des Betriebes des Transformators. Eine Destillationseinheit, wie sie hierin
beschrieben ist, wird an (später beschriebenen) Fittings an dem Transformator angebracht, der
zu Erläuterungszwecken mit einem flüssigen Laugungsfluid gefüllt wird. Das flüssige
Laugungsfluid kann jedes beliebige Fluid sein, das ein Lösungsmittel für das PCB ist und das einen
Siedepunkt besitzt, der von jenem des PCB genügend entfernt ist, um durch Destillation leicht
abgetrennt werden zu können, d.h. einen Siedepunkt genügend weit unter dem des PCB besitzt,
um eine scharfe Trennung zu ergeben.
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Die normalerweise für elektrische Einrichtungen, insbesondere Transformatoren, verwendeten
PCB-Verbindungen sind üblicherweise eine breite Palette von "cogeners", die innerhalb eines
Bereiches von etwa 250º bis etwa 500ºC sieden. Die allgemein verwendeten PCB-haltigen Fluids
wurden Askarele genannt, die sehr oft Mischungen von Biphenylen verschiedener
Chlorierungsgrade in einem Trichlorbenzol (TCB)-Lösungsmittel waren; z.B. enthielten übliche Mischungen etwa
50 % bis etwa 85 % gemischte PCBs und dementsprechend etwa 15 % bis etwa 50 % TCB.
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Vorzugsweise wird das Laugungsfluid auch einen Siedepunkt besitzen, der ausreichend hoch
ist, um spezielle Anforderungen bezüglich der Ausrüstung für die Kondensation erzeugter
Dämpfe zu vermeiden. Das Laugungsfluid sollte die erforderlichen Eigenschaften eines
dielektrischen Kühlfluids besitzen und mit dem inneren Kern des Transformators kompatibel sein, sodaß
während der Schritte des Reinigungs- und Umklassifizierungsverfahrens ein Erregungsbetrieb
möglich ist. Zusätzlich dazu, daß der Kern während des Betriebes untergetaucht ist, ist es
wie der Fachwelt bekannt ist - wichtig, zu vermeiden, daß der Kern Sauerstoff und
Feuchtigkeit ausgesetzt wird. Während des Betriebes wird dies dadurch sichergestellt, daß ein mit
einem Trennsiphon ausgestatteter Siphonleitungszweig inkludiert wird, der die Strömung vom
Transformator zur Destillationseinrichtung steuert und im Falle der Gefahr einer Exponierung
des Kerns die Strömung des Laugungsfluids unterbricht und die Unterbrechung der Destillation
bewirkt.
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Ein für die Verwendung bei der Durchführung der vorliegenden Erfindung bevorzugtes
Laugungsfluid ist Perchlorethylen (Siedepunkt etwa 121ºC), u. zw. entweder die reine Substanz mit
weniger als etwa 100 ppm Halogenkohlenwasserstoff-Verunreinigungen, wie sie im US-Patent Nr.
4,312.794 beschrieben ist, oder ein Perchlorethylen mit Inhibitoren, wie es im US-Patent Nr.
4,293.433 beschrieben ist, wobei diese beiden Patente durch Bezugnahme bezüglich der darin
enthaltenen Offenbarung praktisch genommen als hierin enthalten gelten. Eine andere
bevorzugte Laugungsflüssigkeit wäre ein inhibitorstabilisiertes Perchlorethylen, das 200 bis etwa 500
ppm Trichlorethylen enthält. Jedes der oben beschriebenen Perchlorethylen enthaltenden
Laugungsfluide kann allein oder in Verbindung mit einem Kohlenwasserstoff-Verdünnungsmittel
verwendet werden, das etwa 1 bis etwa 30 Gew.% ausmacht und vorzugsweise innerhalb eines
Bereiches von etwa 10ºC vom Siedepunkt des Perchlorethylens siedet, um für eine leichte
Abtrennung von den PCBs durch Destillation zu sorgen. Das Kohlenwasserstoff-Verdünnungsmittel
wird vorzugsweise so ausgewählt, daß die nicht-entflammbare Natur des Perchlorethylen-Fluids
erhalten bleibt.
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Wie nachstehend beschrieben, kann an den Transformator vor Ort ein Destillationssystem
angeschlossen und entweder kontinuierlich oder periodisch betrieben werden, wobei das
Laugungsfluid von dem Transformator durch die Destillationseinheit geleitet wird, wo PCBs aus dem
Fluid entfernt werden und gereinigtes Laugungsfluid zum Transformator zurückgeleitet wird.
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Es sei auf die Zeichnung Bezug genommen, wonach gemäß einer besonders bevorzugten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Transformator T2 nach anfänglichem Entleeren und
Reinigen an eine Kombination zweier untereinander verbundener einstufiger
Destillationskolonnen, im wesentlichen wie schematisch dargestellt, angeschlossen ist. Der Transformator T2 mit
dem Kern W2 ist mit einem Laugungsfluid F, wie z.B. Perchlorethylen, gefüllt. Das
Laugungsfluid F wird von dem Transformator T2 durch einen Stutzen 202 am oder nahe am Boden des
Transformators T, eine Leitung 204, ein Ventil 206 und eine Schleife 208 (deren Zweck weiter unten
erklärt ist) zu einer Leitung 210 abgezogen, durch die es in eine erste Destillationskolonne
D2 eingeleitet wird. Die Destillationskolonne D2 hat vorzugsweise eine einstufige
Destillationszone im Destilliergefäß 214 und wird mit im wesentlichen keinem Rückfluß betrieben, außer
bei einer solchen Konzentration, wie sie in der Kopfaustrittsleitung 218 auftreten könnte.
Das Laugungsfluid F in der ersten Destillationskolonne D2 wird in dem Destilliergefäß 214
durch Wärmezufuhr, gezeigt als Heizschlangen, vorzugsweise elektrische Heizschlangen oder
auch Heizschlangen 216 mit Dampf oder irgendeinem anderen der bekannten Heizfluids als
Alternative, auf eine Temperatur erhitzt die zum Abdestillieren des Laugungsfluids von den PCBs
ausreicht. Wenn Perchlorethylen als Laugungsfluid verwendet wird, beträgt diese Temperatur
etwa 120º bis etwa 180ºC und besser etwa 120º bis etwa 150ºC.
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Der von der ersten Destillationskolonne D2 erzeugte Kopfstrom ist in späteren Stufen der
Transformatorreinigung vorzugsweise im wesentlichen frei von PCBs und enthält vorzugsweise
etwa 2 ppm (Gewicht) PCBs oder weniger. Um dies zu erreichen, sollte die Konzentration im
Bodenstrom 215 unter etwa 20 Gew. %, vorzugsweise unter etwa 10 Gew.-% und noch besser unter
5 Gew.-%, gehalten werden.
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Aufgrund der in der ersten Destillierkolonne D2 verwendeten relativ geringen Temperaturen
muß der Bodenstrom 215 periodisch entleert oder vorzugsweise in eine zweite
Destillationskolonne D2a entladen werden, wo der Bodenstrom weiter destilliert wird, für gewöhnlich bei
einer höheren Temperatur (wie weiter unten näher erläutert ist), um einen wesentlichen Teil
des restlichen Laugungsfluids aus den PCBs zu entfernen. Dieses Laugungsfluid wird dann
kondensiert und zur Destillationskolonne D2 zurückgeführt, während die restlichen PCBs zunächst
innerhalb der Destillationskolonne D2 gesammelt und gegebenenfalls in eine zweite
Destillationskolonne
D2a entladen werden.
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Das Niveau des Bodenstroms 215 wird von einem Pegelregler 230 überwacht. Der Pegelregler 230
kann gegebenenfalls das Ventil 206 betätigen, um die Strömungsmenge aus dem Transformator T2
oder der Heizschlange 216 zu verändern und damit die Temperatur des Destilliergefäßes 214 zu
erhöhen und das Volumen des Bodenstroms 215 durch vermehrte Destillation zu verringern, bis
die PCB-Konzentration in dem Bodenstrom von D2 etwa 20 %, vorzugsweise etwa 10 % und noch
besser etwa 5 % oder weniger erreicht. Vorzugsweise wird das Ventil 206 betätigt, um
zusätzliches Fluid aus dem Transformator T2 in die erste Destillationseinheit D2 einzuleiten. Andere
Methoden zur grundsätzlichen Steuerung von D2 liegen für den Fachmann auf der Hand.
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Der Bodenstrom 215 wird periodisch, vorzugsweise durch eine Leitung 234, ein Ventil 232 und
eine Leitung 236 in eine zweite Destillationskolonne D2a entleert. Die Destillationskolonne
D2a hat wie die Destillationskolonne D2 vorzugsweise eine einstufige Destillationszone und
wird wie oben dargelegt betrieben. Der Bodenstrom 215 in der Destillationskolonne D2a wird in
einem Destilliergefäß 214a durch Wärmezufuhr, gezeigt als Heizschlangen 216a, vorzugsweise
elektrische Heizschlangen oder Heizschlangen mit Dampf oder irgendeinem anderen der bekannten
Heizfluids als Alternative auf eine Temperatur erhitzt, die zum Abdestillieren einer
bedeutenden Menge des Laugungsfluids von den PCBs ausreicht. Wenn als Laugungsfluid Perchlorethylen
verwendet wird, beträgt diese Temperatur etwa 120º bis etwa 210ºC und besser etwa 150º bis
etwa 180ºC. Obgleich dem Kopfstrom der zweiten Destillationskolonne D2a keine besondere
Beschränkung bezüglich der PCB-Konzentration auferlegt ist, sollte diese für einen
erfolgreichen Betrieb geringer als die Konzentration in dem Destilliergefäß 214 bleiben. Das
Laugungsfluid wird aus dem Bodenstrom 215a verdampft, um eine PCB-Konzentration von etwa 70 bis etwa
95 % und besser von etwa 80 % bis etwa 95 % in dem Bodenstrom 215a zu erzeugen. Solche
Konzentrationen verringern das Volumen des später zu entsorgenden Abfalls auf etwa ein Viertel bis
ein Zehntel dessen, was er bei nur einer einzigen Stufe ausmachen würde.
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Das Niveau des Bodenstroms 215a wird von einem (nicht gezeigten) Regler überwacht, der den
Heizer 216a oder ein Ventil 232a betätigt. Der an PCBs reiche Bodenstrom 215a kann entweder
während der gesamten Reinigungsperiode gesammelt oder periodisch entfernt werden, um die PCBs
aus der Destillationskolonne D2a durch eine Leitung 234a, das Ventil 232a und eine Leitung
236a zur Lagerung und/oder weiteren Entsorgung zu entfernen.
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In einer Ausführungsform des Betriebs von D2a wird der Bodenstrom von D2 über das Ventil 232
und die Leitung 236 in D2a eingeleitet, bis der Regler 230a durch seine Hochpegelschalter
(HLS) signalisiert, daß D2a voll ist. Das Ventil 232 wird dann geschlossen und D2a wird Wärme
zugeführt, um das Laugungsfluid von den PCBs abzudestillieren. Dies geschieht, bis der
Flüssigkeitspegel im Boden der zweiten Kolonne D2a weit genug sinkt, daß der Niedrigpegelschalter
(LLS) getriggert wird. Zu diesem Zeitpunkt kann der Regler wahlweise das Ventil 232 öffnen,
um mehr Fluid aus der ersten Kolonne D2 zu erhalten, oder vorübergehend die Wärmequelle für
die zweite Kolonne D2a abschalten. Auf diese Weise wird der Großteil der PCBs im Boden der
ersten Kolonne D2 zur zweiten Kolonne D2a übergeführt. Wenn die Menge die in der zweiten
Kolonne D2a zu sammelnden PCBs das Fassungsvermögen des Aufnahmeteils der zweiten Kolonne D2a
übersteigt, kann D2a in einen separaten Lagertank entladen werden. Die zweite
Destillationszone D2a kann so ausgelegt sein, daß sie bis zu etwa 50% PCBs und Chlorbenzole (d.h.
TCB-Lösungsmittel), vorzugsweise bis zu etwa 60% PCBs und Chlorbenzole und noch besser bis zu 90%
PCBs und Chlorbenzole, aufnehmen kann.
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Der von der Destillationskolonne D2a erzeugte Kopfstrom tritt durch eine Leitung 218a als
Dampf aus und gelangt zu einer Kondensationseinrichtung C2a, wo der Dampf durch
Wärmeaustausch, vorzugsweise in einem Lamellenwärmetauscher, der atmosphärischer Luft ausgesetzt ist,
um die Temperatur des Kopfstromes zu senken, zu Flüssigkeit kondensiert. Das Kondensat tritt
aus dem Kondensator C2a durch eine Leitung 220a aus und wird in den Boden der
Destillationskolonne D2 zurückgeleitet, worin er sich mit dem Bodenstrom 215 und mit durch die Leitung 210
eintretendem Fluid vermengt, um darin weiterbehandelt zu werden.
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Der von der Destillationskolonne D2 erzeugte Kopfstrom tritt durch eine Leitung 218 als
Dampf aus und gelangt zu einem Kondensator C2, wo der Dampf durch Wärmeaustausch,
vorzugsweise in einem Lamellenwärmetauscher, der atmosphärischer Luft ausgesetzt ist, um die Temperatur
des Kopfstromes zu senken, zu Flüssigkeit kondensiert. Das Kondensat tritt aus dem
Kondensator C2 durch eine Leitung 220 und ein Ventil 222 aus und gelangt über eine Leitung 224, durch
ein Ventil 226 und einen Stutzen 228 zum Transformator T2 zurück.
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Um jedwede Entnahme von Laugungsfluid aus dem Destilliergefäß 214a zu kompensieren, kann ein
Zusatzlaugungsfluid zugesetzt werden, z.B. durch eine Leitung 240, ein Ventil 242 und eine
Leitung 244 in die Leitung 224 und damit in den Transformator T2, wie vorher beschrieben
wurde. Allerdings wird aus dem Destilliergefäß 214a aufgrund der hohen PCB-Konzentration und
dem geringen Volumen des Bodenstromes 215a sehr wenig Laugungsfluid entnommen. Falls
gewünscht, kann aus der Leitung 220 über eine Leitung 252, ein Ventil 250 und eine Leitung 254
zusätzlich Laugungsfluid entnommen werden. Wenn der Transformator T2 zum Zwecke des Ersatzes
des Laugungsfluids mit einem Permanentfluid entleert wird, kann das Laugungsfluid aus der
Leitung 210 über eine Leitung 258, ein Ventil 256 und eine Leitung 266 entleert werden.
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Wie vorher angegeben, ist es während des Reinigungsverfahrens unbedingt erforderlich, daß
der Pegel des Laugungsfluids in dem Transformator T2 über dem Kern W2 bleibt. Wie In Fig. 6
dargestellt, ist vorzugsweise zwischen der Leitung 204 und der Leitung 210 eine Schleife 208
installiert sowie oberhalb des Fluidpegels in dem Stutzen 268 und einem Ventil 270 (auf
Wunsch) in der Schleife 208 ein Trennsiphon 272 installiert, der öffnet, wenn das Fluid F
unter die Grenze des Pegelreglers 273 fällt.
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Die Schieife 208 ist ein bogenförmiger Abschnitt zwischen den Leitungen 204 und 210. wobei
der Scheitel 209 des Bogens höher als das obere Ende des Kerns W2 und unterhalb der
Oberfläche des normalerweise in dem Transformator T2 vorhandenen Fluids liegt. Der Eintritt der
Leitung 210 in die erste Destillationszone D2 liegt üblicherweise unterhalb des Pegels des
Fluids F in dem Transformator T2, um eine Schwerkraftspeisung vorzusehen. Wenn der Pegel des
Laugungsfluids in dem Transformator T2 fällt und den Scheitel 209 der Schleife 208 zu einem
flüssigkeitsfreien Hohlraum bloßlegt, wird in dem Transformator T2 ein potentieller Siphon
unterbrochen. Dies beendet die Entleerung des Transformators T2 und schützt den Kern W2. Wenn
der Pegel des Fluids in dem Transformator T2 über das Niveau des Scheitels 209 steigt,
beginnt das Fluid F wieder zur ersten Destilliereinheit D2 zu strömen. Da Transformatoren
häufig einen Bodensatz enthalten, der in das Laugungsfluid F gelangt, ist der Trennsiphon ein
Schutz gegen die Folgen eines in der Offenstellung steckenbleibenden Ventils 206.
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Die in der Zeichnung dargestellte und oben besprochene Ausführungsform bringt verschiedene
betriebliche Vorteile. Die doppelten Destillationszonen ergeben die Wirksamkeit einer
mehrstufigen Destillation ohne die einer solchen anhaftenden Verfahrenskomplikation. Die in der
Zeichnung gezeigte Vorrichtung erfordert nicht mehr als eine Ein/Aus-Prozeßregelung, wogegen
eine Mehrstufenanordnung wesentlich mehr und komplizierte Proportional- oder
Proportional-Integral-Regelungen sowie auch zusätzliche Ausrüstung in Form von Rückflußbehältern.
Rückflußpumpen, Strömungswächtern und Reglern erfordert. Während des Betriebs dieser Ausrüstung
können viele Situationen auftreten, die eine automatische Unterbrechung oder vorübergehende
Abschaltung der Ausrüstung erfordern. Aufgrund der vereinfachten Prozeßregelung des Systems
nach der bevorzugten Ausführungsform werden diese Betriebsunterbrechungen infolge des
Ein/Aus-Natur der Prozeßregelung leicht abgewickelt. Die Erzielung einer solchen Regelung bei
einer Mehrstufenanordnung ist, wie dem Fachmann hinlänglich bekannt ist, bestenfalls
kostspielig und kompliziert.
BEISPIEL:
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Die Tabelle 1 zeigt die Resultate eines Vergleichs eines einstufigen Prozessors
ohne eine zweite Destillationszone mit einer Kombination aus einer ersten einstufigen
Destillationszone und einer zweiten Bodenstrom-Destillationszone, wie sie in der Zeichnung
dargestellt ist. Die Kombination verfügt über die Fähigkeit, die PCBs in dem zweiten Bodenstrom
D2a zu konzentrieren und die PCB-Konzentration in der Kolonne D2 auf einen gewünschten
Bereich einzuregeln sowie die Fähigkeit, die PCB-Anhäufung in dem Haltetank für die Rückführung
zu der ersten Destillationszone auf weniger als 2 ppm einzuregeln.
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Um einen verunreinigten Transformator zu simulieren, wurde ein Gefäß mit Laugungsfluid auf
Perchlorethylenbasis gefüllt.
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In diesen simulierten Transformator wurde ein Askarel, das 50% Trichlorbenzol und 50%
gemischte PCBs enthielt, in den in Tabelle 1 gezeigten Mengen und zu den angegebenen Zeiten
zugegeben. Die Vorrichtung dieser Stufendestillationseinheit (D2) und später als eine
Kombination zweier einstufiger Destillationsanordnungen (D2 und D2a).
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Die erste Destillationseinheit D2 war so gestaltet, daß aus dem simulierten Transformator
periodisch Fluid abgezogen wurde, wenn Fluid siedet, wodurch der Flüssigkeitspegel in dem
Destilliergefäß 214 gesenkt wurde. Die Temperatur in dem Destilliergefäß 214 änderte sich mit
der Konzentration der PCBs im Bereich von etwa 121ºC (minimaler PCB-Gehalt) bis etwa 135º bis
140ºC
(40% bis 50% PCBs). Das kondensierte Laugungsfluid wurde in dem Haltetank 119 (nicht
gezeigt) gesammelt und zum Transformator rückgeführt. Wie in Tabelle 1 gezeigt. wurden D2
über einen Zeitraum von 10 Tagen regelmäßig steigende Mengen an Askarel zugegeben. Infolge
der Siede- und Reinrückführungswirkung von D2, stieg der Pegel der PCBs in dem
Destilliergefäß 214 rasch an, wobei er sich einpendelte, wenn die Askarelzugaben zum Transformator
unterbrochen wurden, und wieder stieg, wenn die Askarelzugaben wiederaufgenommen wurden.
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Am 38. Tag wurde die einstufige Destillationseinheit D2a an die erste Destillationseinheit
D2 angeschlossen, wobei Teile des Inhalts des ersten Destilliergefäßes 214 periodisch der
zweiten Destillationszone D2a zugeleitet wurden, wo sie sich mit der Konzentration der PCBs
änderten, die im Bereich von etwa 125ºC (etwa 10% PCBs) bis etwa 190º bis 210ºC (etwa 90%
PCBs) lag. Die PCBs wurden in der zweiten Destillationszone D2a gesammelt und siedende Fluide
wurden zur Siedekammer der ersten Destillationszone D2 zurückgeführt. Wie In Tabelle I
gezeigt, beginnt die PCB-Konzentration der Siedekammer in D2 unmittelbar nach dem Anlauf der
zweiten Destillationszone D2a zu sinken, während die PCB-Konzentration in dem Destilliergefäß
214a zu steigen beginnt. Die Abnahme der PCB-Konzentration in dem Destilliergefäß 214 tritt
trotz der stetigen Zugabe von PCBs in den Transformator auf. Da die Konzentration der PCBs in
dem Destilliergefäß 214 fällt, fällt der PCB-Restgehalt des kondensierten Fluids im Haltetank
119 sehr rasch auf weniger als 2 ppm und bleibt so. Gleichzeitig steigt die Konzentration der
PCBs in dem Destilliergefäß 214a rasch an. Im Beharrungszustand bei fehlender Zugabe von PCBs
in den Transformator, fällt die Konzentration der PCBs in der ersten Destillationszone auf
etwa 0,1% und alle PCBs sammeln sich in dem Destilliergefäß 214a.
TABELLE I
LEISTUNG DES PROZESSORS ALLEIN UND MIT ZWEITER DESTILLATIONSZONE
Inhalte des Prozessors
Steigende Askarelzufuhr zum Transformator PCB mls
PCB in der Destillations-Zone 1 215 mg/l
PCB im Haltetank* 119 mg/ml
PCB in der Destillations-Zone 2 215a mg/l
Testtag Nr.
A. Betrieb des Prozessors allein
B. Prozessor + Bodenstrom-Prozessor
*nicht gezeigt