DE4021309A1

DE4021309A1 - Verfahren zur thermischen zersetzung von anorganischen und/oder organischen stoffverbindungen und adaequaten nachbehandlung hochtoxischer reststoffe

Info

Publication number: DE4021309A1
Application number: DE19904021309
Authority: DE
Inventors: Lothar Dipl Ing Hartung
Original assignee: Delta T Ingenieurtechnik & App
Current assignee: Delta T Ingenieurtechnik & App
Priority date: 1989-09-01
Filing date: 1990-07-04
Publication date: 1991-03-07

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur thermischen Zersetzung von organischen Stoffverbindungen und adäquaten Nachbehandlung hochtoxischer Reststoffe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Viele heutzutage in der industriellen Anwendung, im Haushalt oder in den Deponien befindliche Chemikalien haben sich als besonders gesundheitsgefährdende Substanzen erwiesen. Sie gefährden durch ihre Eigenschaften lebenswichtige Stoffwechselprozesse. Noch gefährlicher sind ihre Oxidationsprodukte, wie z.B. bei den organischen Stoffen die Dioxine und Furane. Bei der thermischen Zersetzung haften insbesondere an den Staubpartikeln (z.B. Ruß) diese gefährlichen Ultraspurenprodukte. Durch gute Filteranlagen können diese zwar abgeschieden werden, müssen jedoch als hochtoxischer Sondermüll deklariert werden.

Das Problem bei der thermischen Zersetzung von Stoffgemischen ist darin zu sehen, daß in einem einzigen thermischen Zersetzungsprozeß ein Stoffgemisch selten 100%ig zersetzt werden kann. Der Rest haftet vornehmlich an den Staubpartikeln und kann sogar bei Änderung der äußeren Bedingungen, z.B. der Luftatmosphäre, zu Rekombinationen führen. Deshalb ist es notwendig, diesen Staub einer neuen, von Zersetzungsprodukten freien Fluidgasatmosphäre auszusetzen, um so unter den wesentlich verbesserten Zersetzungsbedingungen eine weitere Krackung herbeizuführen. Dieser Vorgang muß beliebig wiederholbar sein, bis eine ausreichende Zersetzung auch bei Ultraspurenprodukten sichergestellt ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art unter Überwindung der Nachteile des Standes der Technik derart weiterzubilden, daß die umweltfreundliche Zersetzung von anorganischen und organischen Stoffverbindungen unter reduktiven Bedingungen bei 0,1 bis 1 bar Druck in einfache niedermolekulare Verbindungen nahezu vollständig mögich ist, so daß ggf. anfallender Staub, z.B. Ruß, in einem oder mehreren adäquaten Verfahrensschritten von toxischen Reststoffen durch weitere Krackung derselben befreit wird.

Diese Aufgabe wird durch die Verfahrensmerkmale nach dem Kennzeichnungsteil des Patentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens sind den Unteransprüchen 2 bis 8 zu entnehmen.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist z.B. zum thermischen Zersetzen von Sickerwässern geeignet, die insbesondere toxische organische und anorganische Substanzen enthalten, durch Separierung von dem unbelasteten Grundwasser. Weitere Einsatzgebiete dieses Verfahrens sind die Umwandlung und Dekontaminierung von Reststoffgemischen aus Bodenwaschanlagen, aus Kläranlagen, aus Desorptionen von Gasreinigungsanlagen, Deponiegaskondensaten, Sickerölen von Deponien, Rückständen aus der Altölaufbereitung usw.

Die Besonderheit des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, daß der anfallende Staub unter Beachtung des für die Zersetzung optimierten Reaktionsgleichgewichtes einmal oder mehrfach nachbehandelt wird und nach Ausscheiden aus dem Prozeß eine äußerst geringe Toxizität aufweist, so daß es nicht zu gefährlichen Rekombinationen kommen kann.

Dadurch werden die Ultraspurenprodukte in den Reststoffen, z.B. Dioxine und Furane, erheblich über das heute bei anderen Verfahren bekannte Maß hinaus zersetzt.

Ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in der beigefügten Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert.

Nach der Zeichnung wird der Abfallstoff in einem ersten Teil 1 der Vorrichtung so aufbereitet, daß er gut pumpbar ist. Je nach Anwendungsfall oder Abfallstoffart wird der aufbereitete Abfall in flüssiger Form von oben in ein Fluidbett bis unmittelbar vor einen Düsenboden 31 gepumpt. Durch eine Vorrichtung 11 wird eine pulsierende Zuführung sichergestellt. Zwecks Vermeidung der Verkokung der Zufuhr wird ständig oder diskontinuierlich Stickstoff oder überhitzter Wasserdampf beigemischt. Das Fluidgasgemisch wird durch einen Mischer 4 sichergestellt.

Der Abfallstoff kann nach seiner Aufbereitung in flüssiger Form in einer Vorkammer 2 vorgewärmt werden, so daß er dann über den Mischer 4 selbst als Fluidgasmedium über den mindestens zweiteiligen Düsenboden 31 dem Fluidbett zugeführt werden kann. In einem von außen beheizten, mit Aluminiumpartikeln gefüllten Behälter 7 wird das zu zersetzende Stoffgemisch mit oder ohne zusätzliche Fluidgase thermisch zersetzt.

Die dabei entstehenden niedermolekularen Prozeßgase werden dann von den größeren Aluminiumoxidpartikeln durch einen Rückführzyklon 5 getrennt. Die vorgereinigten Prozeßgase werden in einem Heißgasfilter 6 von Feinstaub und Ruß gereinigt. Feinstaub und Ruß werden über eine Feststoff- Eintragungsvorrichtung in ein zweites Fluidbett eingeblasen. Das gereinigte Prozeßgas hingegen wird einer Naßwäsche bei 9 zugeführt. Die Prozeßgase aus dem zweiten Fluidbett werden ebenfalls gereinigt, wobei die Aluminiumoxidpartikeln dem zweiten Fluidbett wieder zugeführt und ausgeschieden werden. Die gereinigten Prozeßgase werden ebenfalls der Naßwäsche 9 zugeführt.

Sollten die festen Reststoffe noch eine zu hohe Toxizität aufweisen, kann durch ein drittes Fluidbett (gestrichelt dargestellt) der Prozeßverlauf des zweiten Fluidbettes wiederholt oder im Kreislauf des zweiten Fluidbettes geführt werden.

Die durch Rückführzyklon 5 und Heißgasfilter 6 gereinigten Prozeßgase werden im Wäscher 9 von den vorhandenen Halogenwasserstoffgemisch getrennt. Die entstehenden Halogensäuren werden aus dem Prozeß bei 10 ausgeschieden. Je nach Bedarf werden die in der Regel verbleibenden brennbaren kurzkettigen Kohlenwasserstoffgase und H₂, N₂, entweder gespeichert, bei 12 einer Nachverbrennung zugeführt oder als Fluidgas wieder dem Prozeß zugeführt.

Claims

1. Verfahren zur thermischen Zerlegung von anorganischen und/oder organischen Stoffverbindungen mit einem oder mehreren hintereinander geschalteten, indirekt beheizten Fluidbetten, in welchen Aluminiumoxidpartikeln für eine ausreichende Veweilzeit für die zu zersetzenden Stoffgemische sorgen und das zum Wirbeln notwendige Fluidgas aus niedermolekularen Industriegasen (z.B. N₂, H₂), aus dem zu zersetzenden Stoffgemisch oder den gereinigten rückgeführten Restgasen selbst besteht, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensmerkmale:

a) zur gleichmäßigen Wirbelung im gesamten Fluidbettbereich wird das zu zersetzende Stoffgemisch pulsierend zugeführt;
b) es wird bei einer Badtemperatur der indirekt beheizten Fluidbetten von 700°C bis 1000°C gekrackt;
c) die Reaktion wird bei einem Überdruck zwischen 0,1 bis 1 bar durchgeführt;
d) ggf. anfallende feste Kondensationsstoffe, z.B. Ruß, werden nach erfolgter Aussetzung der Zuführung der zu zersetzenden Stoffe durch eine sauerstoffhaltige Fluidgasatmosphäre oder durch überhitzten Wasserdampf als Fluidgasatmosphäre aus den Fluidbetten entfernt;
e) die Verweilzeit bei definierter Temperatur wird stets so bemessen,
daß vorhandener freier Sauerstoff durch Wasserstoff gebunden wird,
daß vorhandene Halogene mit molekularem Wasserstoff oder freiem Wasserstoff zu Halogenkohlenwasserstoff reagieren können und
daß aromatischer Kohlenwasserstoff zu kurzen Kohlenwasserstoffketten aufbrechen kann;
f) ausgetragene Aluminiumoxidpartikeln werden ab einer bestimmten Größe in die Fluidbetten zurückgeführt;
g) ausgetragene feste Reststoffe z.B. Ruß, werden aus dem Prozeß ausgeschieden oder in einem oder mehreren nachgeschalteten Fluidbetten nachbehandelt;
h) das gereinigte Prozeßgas wird in einer Naßwäsche von Halogenwasserstoffanteilen und ggf. von Reststoffen getrennt;
i) das von den Halogenwasserstoffgasen getrennte Restgas wird entweder zur weiteren Verwendung gespeichert, verbrannt oder als Fluidgas zurückgeführt;
j) der Anteil an Halogenen und Wasser wird nicht begrenzt;
k) das zu zersetzende Stoffgemisch wird flüssig oder gasförmig zugeführt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit einem aus mindestens zwei Kammern bestehenden Düsenboden der Fluidbetten zur gleichen Zeit durch unterschiedliche Anblasgeschwindigkeiten des Fluidgases eine gute Bettdurchwirbelung erreicht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zu zersetzende Stoff nach Aufbereitung in einer Vorkammer selbst als Fluidgas verwendet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Verkoken der Zuführeinrichtungen durch einen in einem Heißdampfgenerator erzeugten Heißdampf verhindert wird, der kontinuierlich oder diskontinuierlich die Zuführeinrichtungen durchspült und im Prozeßgas (zersetzte Stoffe) mitgeführt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle des Heißdampfes Stickstoff alle Zuführeinrichtungen während der Prozeßunterbrechungsphasen spült und dem Prozeßgas (zersetzte Stoffe) zugeführt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erhöhung des Zersetzungsgrades der zu zersetzende Stoff weiteren Fluidbetten oder sonstigen von außen beheizten Zersetzungskammern vor- oder nachgeschaltet zugeführt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das austretende Prozeßgasgemisch durch einen auf dem Fluidbett befindlichen Dom der Infrarotstrahlung des Fluidbettes ausgesetzt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Prozeßgas des ersten Fluidbettes mit oder ohne Filterung dem nächsten nachgeschalteten Fluidbett entweder als Fluidgas oder als Stoffzuführung zugeführt wird.