DE4041746C2 - Verfahren zur Verbrennung von Explosivstoffen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbrennung von Explosivstoffen und explosiven Gegenständen. Explosivstoffe sind feste, plastische oder flüssige explosionsfähige Stoffe, wie Sprengstoffe, Treib- und Schießstoffe, Zünd­ stoffe, Anzündstoffe und pyrotechnische Stoffe. Explosive Gegenstände sind Gegenstände, die Explosivstoffe enthalten und eine Sprengwirkung, Schieß­ oder Treibwirkung, Zündwirkung, Anzündwirkung oder pyrotechnische Wir­ kung erzielen sollen. Im folgenden wird unter Explosivstoff sowohl der Explo­ sivstoff im Sinne obiger Definition verstanden als auch explosive Gegen­ stände, die soweit demontiert, delaboriert und portioniert sind, daß sie bei ge­ bührender Vorsicht einem Verbrennungsprozeß zugeführt werden können.

Das immer noch gebräuchlichste Verfahren ist die offene Verbrennung, die bei größeren Mengen eine erhebliche Umweltbelastung darstellt. Bestimmte feste Treibstoffkombinationen werden zerkleinert und mit oder ohne Zusatz von Heizöl in wäßriger Aufschlemmung mit offener Flamme im Drehrohrofen verbrannt.

Aus den USA ist ein Verfahren bekannt (Einrichtung der US-Army in Utah, eine schriftliche Fundstelle ist nicht bekannt), bei dem in einem offenen Drehrohrofen, der portionsweise beschickt wird, Explosivstoffe bei extrem ho­ hem Luftüberschuß teils durch Einwirkung des heißen Luftstroms, teils durch direkten Kontakt mit einer in den Drehrohrofen axial einbrennenden Flamme angezündet und verbrannt werden. Für die Prozeßsteuerung und -regelung sowie die Anpassung an unterschiedliche Explosivstoffe und deren Verbren­ nungscharakteristika werden Gesamtfrischluftzufuhr, Brennstoffzufuhr für die Flamme, Drehzahl des Trommelofens und Beschickungsmenge und -frequenz variiert. Emissionen von Verbrennungsgasen aus den nicht abgedichteten Stirnseiten des Drehrohrofens werden durch Falschluftansaugung möglichst unterbunden. Nachteilig ist, daß hier weitgehend unspezifisch unterschied­ liche Explosivstoffe unter Einsatz relativ großer Brennstoffmengen sozusagen mitverbrannt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, Explosivstoffe unterschiedlichster chemischer Zusammensetzung, die gebrauchsuntauglich geworden sind, die ihrem Ver­ wendungszweck entsprechend nicht mehr eingesetzt werden sollen oder dür­ fen oder die als Rückstände aus der Produktion anfallen, in einem thermi­ schen Verfahren so zu behandeln, daß sie ihre Explosionsgefährlichkeit ver­ lieren und die bei der Behandlung anfallenden Reaktionsprodukte und Rück­ stände mit möglichst geringem Aufwand einer Wiederverwendung (z. B. Me­ tallschrott), einer umweltfreundlichen Weiterbehandlung (Reaktionsgase, un­ verbrannte, brennbare Rückstände) oder einer sicheren Deponierung (Mine­ ralien, Schlacken) zugeführt werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst von einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Ausgestaltungen der Erfindung und eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens sind Gegenstände von Unteransprüchen. Erfindungsgemäß wird folgendes erreicht:

• - Durch die thermische Behandlung in einem geschlossenen Reaktions­ raum werden unzulässige Emissionen vermieden.
• - Die bei der offenen Verbrennung hintereinander ablaufenden Vor­ gänge des Anzündens mit offener Flamme und des Abbrennens werden auch erfindungsgemäß in dem geschlossenen Ofen in dieser Reihenfolge nachvollzogen.
• - Die Sauerstoffzufuhr und die Abführung der gasförmigen Reaktions­ produkte können durch die kontrollierte Gasführung so aufeinander abgestimmt werden, daß der Vorgang des Abbrennens zumindest über einen definierten Zeitraum aufrechterhalten wird.
• - Heiße Gase können daher so geführt werden, daß jedwede uner­ wünschte Selbstzündung durch Erhitzen des Explosivstoffes unterbun­ den ist.
• - Die Verweilzeiten für die Vorgänge des Anzündens und des Abbren­ nens der Explosivstoffchargen sind unabhängig voneinander einstell­ bar, wodurch unterschiedliche Explosivstoffe in ein und demselben Ofen optimal verbrannt werden können.
• - Wenn, bedingt durch die spezifischen Eigenschaften eines Explosiv­ stoffes, der Abbrennvorgang des angezündeten Explosivstoffes ab­ bricht, bevor die Charge vollständig abgebrannt ist, können wegen des Taktbetriebes weitere Zyklen des Anzündens und Abbrennens nach­ einander durchfahren werden.
• - Offene Flammen dienen hier lediglich zum Anzünden des Explosiv­ stoffs.
• - Durch die kontrollierte Gasabführung kann eine für jeden Explosiv­ stoff spezifische Prozeßtemperatur als Maximaltemperatur gehalten werden. Die mit Rauchgas (aus der offenen Flamme) vermischten gasförmigen Reaktionsprodukte werden in oder hinter der Abbrenn­ zone abgesaugt. Ein Teilstrom davon wird gekühlt, bei Bedarf mit Luft/Sauerstoff vermischt und vor der Abbrennzone wieder zugeführt. Die vorgesehene Maximaltemperatur wird daher nicht überschritten. Der restliche Teilstrom wird aus dem Reaktionsraum hinaus z. B. einer Abgasnachbehandlung zugeführt.

Die Prozeßregelung erlaubt es, den nachzubehandelnden Abgasstrom so gering wie möglich und dessen Zusammensetzung möglichst kon­ stant zu halten. Ebenso kann der Restsauerstoffgehalt minimiert wer­ den. Statt z. B. aus einem Kilogramm 25 nm³ (Normkubikmeter) Abgas zu erzeugen, werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nur ca. 2 nm³ Abgas erzeugt. Auch das für das Verbrennen von Explosivstof­ fen bekannte Rußen kann durch die geregelte Zuführung von Sauer­ stoff oder einem anderen Oxidationsmedium verhindert werden.

• - Das Verfahren kann in einem an sich bekannten Verbrennungsreaktor, z. B. vom Typ eines Durchstoßofens, durchgeführt werden.

Die Gaszufuhr und die Abfuhr des Verbrennungsgases kann tempera­ turgesteuert werden. Ebenso kann in an sich bekannter Weise die Zu­ führung von Oxidationsmittel (Sauerstoff, Luft) über den O₂-Gehalt des Abgases gesteuert werden.

Der Explosivstoff wird bevorzugt in geeigneten offenen Behältern taktweise über eine inertisierbare Schleusenkammer mittels einer Transportvorrichtung in und durch einen feststehenden Ofenraum transportiert. An dessen Ende verlassen die Behälter wieder über eine inertisierbare Schleusenkammer den Ofen. Nach Eintritt in den Ofen wird der Explosivstoff durch direkten Kontakt mit einer oder mehreren offenen Flammen angezündet. Verbrennungssauer­ stoff oder Luft wird bei Bedarf an dieser Stelle ebenfalls zugeführt, je nach Prozeßführung vermischt mit rückgeführten und gekühlten Reaktionsgasen aus der sich anschließenden Verbrennung. Im nächsten Takt wird der ange­ zündete Explosivstoff aus der Anzündzone in eine Abbrennzone transportiert, aus der die entstehenden Abgase, die sich aus Rauchgas, Reaktionsgasen und noch vorhandenen Luft- oder Sauerstoffüberschuß zusammensetzen, ab­ geführt werden. Ein Teil dieses Abgasstromes kann gekühlt und in die An­ zündzone zurückgeführt werden, der Rest verläßt den Reaktor und wird in nachgeschalteten Abgasreinigungsanlagen behandelt.

Je nach Anzünd- und Abbrennverhalten der eingesetzten Explosivstoffe kön­ nen Anzünd- und Abbrennzone sich über mehrere Taktzeiten erstrecken. Bei Bedarf können auch die Zyklen Anzünden und Abbrennen mehrmals hinter­ einander wiederholt werden. Dies wird dadurch möglich, daß über die Länge des Verbrennungsreaktors installierte Zündbrenner, Absaug- und Zuführungs­ vorrichtungen nach Bedarf aktiviert bzw. stillgelegt werden. In einer bevorzug­ ten Ausführung sollten mindestens drei Stationen im Ofen vorgesehen sein. Die ersten Stationen sind Anzündzonen; die weiteren Stationen sind Ab­ brennzonen und wahlweise auch Anzündzonen. In der letzten Station ist nochmals ein Brenner vorgesehen, der die Reste zuverlässig abbrennt. Die­ ser taktweise Aufbau erlaubt, daß auch nach den Abbrennzonen bei Bedarf nochmals gezündet wird, falls der Explosivstoff nicht von selbst weiterbrennt.

Durch die Teilrückführung des Abgasstromes über einen oder mehrere Zyklen wird erreicht, daß bei dem geringstmöglichen Sauerstoff/Luftüberschuß eine hinreichende Gasströmung im Reaktor vorliegt. Durch Kühlung dieses Teilstroms kann der Prozeß unterhalb einer explosionsstoffspezifischen Maxi­ maltemperatur gefahren werden.

Bei Verwendung großvolumiger Rückführungsleitungen können reaktionsbe­ dingte Druckschwankungen so gepuffert werden, daß deren Auswirkungen auf die nachgeschalteten Abgasreinigungsanlagen begrenzt werden.

Die Erfindung wird anhand einer Figur näher erläutert.

Die Figur zeigt schematisch eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens mit einem geschlossenen Reaktionsraum. Die Anlage weist folgende Hauptbe­ standteile auf:

• - Verbrennungsofen 1
• - Staubabscheider 8
• - Gaskühler/Kondensator 9
• - Ventilator 4.

Der Verbrennungsofen 1, zweckmäßigerweise in zylindrischer Bauform, weist eingangs- und ausgangsseitig in dieser Ausführung je eine gasdichte, inerti­ sierbare Schleusenkammer 2, 2a auf. Diese sind mit dem eigentlichen Ver­ brennungsteil des Ofens 1 über je eine Kühlzone 3, 3a verbunden. Durch diese Kühlzonen 3, 3a, die aktiv durch Wasser oder Luft oder passiv durch Abstrahlung und freie Konvektion gekühlt werden können, werden einerseits die Dichtelemente der Schleusen vor Wärmeeinwirkung geschützt und ande­ rerseits Selbstzündungen des eintretenden Explosivstoffes vermieden.

Der Verbrennungsraum des Ofens 1 besteht aus mindestens drei gleicharti­ gen Reaktionszonen (in der Fig. sind fünf Reaktionszonen dargestellt), in de­ nen die Gasströmungsrichtung hier im wesentlichen quer zur Hauptachse des Ofens 1 erzwungen wird. Das geschieht dadurch, daß der Hauptanteil des Gasstromes mittels des Ventilators 4 über die Gaszuführungsleitungen 5 pa­ rallel in die einzelnen Reaktionszonen quer zur Ofenachse eingeblasen wird und die Reaktionszonen durch entsprechend angeordnete Gasabführungslei­ tungen 6 wieder verläßt. Die abgeleiteten Gasströme werden in einem Sam­ melrohr 7 zusammengefaßt und über den Staubabscheider 8, zweckmäßig ein Multizyklon, und den Gaskühler/Kondensator 9 dem Ventilator 4 zuge­ führt, um erneut in die Reaktionszonen eingeblasen zu werden.

Nur ein Teil des gesamten Gaskreislaufs, entsprechend den gasförmigen Re­ aktionsprodukten aus der Verbrennung des Explosivstoffes zuzüglich der Rauchgase der Zündflammen 10 sowie eines gewissen Sauerstoff/Luftüber­ schusses, verläßt den Kreislauf über eine druckgeregelte Klappe 16 in Rich­ tung auf Abgasnachbehandlungsanlagen.

Der Gaskühler/Kondensator 9 hat einerseits die Funktion, den im Kreislauf geführten Gasstrom soweit abzukühlen, daß in den Reaktionszonen des Ver­ brennungsofens die gewünschte Temperatur aufrechterhalten werden kann und andererseits die Aufgabe, Metalldämpfe, wie z. B. Quecksilber und Cad­ mium, auszukondensieren.

Der Verbrennungsofen 1 ist ausgestattet mit einer geeigneten Vorrichtung 11, die es gestattet, oben offene Behälter 12 taktweise über die Schleusen 2, 2a durch den Ofen 1 zu transportieren.

In jeder Reaktionszone dieses Verbrennungsofens befindet sich neben den beschriebenen Verbrennungsgaszuführungen und -ableitungen ein Zünd­ brenner 10, der z. B. mit Gas (Zuleitung 13) und eventuell Luft oder Sauerstoff (Zuleitung 14) betrieben wird. Die Flamme des Zündbrenners ist so einge­ stellt, daß sie den in den Behältern 12 befindlichen Explosivstoff deutlich be­ rührt. Wird eine Reaktionszone nur als Abbrennzone durchfahren, ist der Zündbrenner 10 ausgeschaltet und gegebenenfalls in eine entsprechende Ruhestellung zurückgezogen.

Zusätzlich zu der Luft- oder Sauerstoffzuführung für die Zündbrenner 10 kann Luft oder Sauerstoff zur Verbrennung des Explosivstoffes durch Lanzen zuge­ führt oder in einer anderen Ausführungsform dem Kreislaufgas vor Eintritt in die Reaktionszone beigemischt werden.

Die dem Ofenende am nächsten liegende Reaktionszone soll aus Sicher­ heitsgründen immer einen Zündbrenner haben.

Die Temperaturregelung in den einzelnen Reaktionszonen des Ofens erfolgt individuell durch temperaturabhängige Variation der Gas-Rücklaufbeimi­ schung mittels der Steuerklappen 15.

Claims (5)

1. Verfahren zur Verbrennung von Explosivstoffen, bei dem der Explosivstoff in Behältern (12) taktweise zugeführt wird, bei dem durch Anzünden mit offener Flamme eine Verbrennung der Explosivstoffe eingeleitet wird, bei dem bei der Verbrennung entstehende Rauchgase aus der Verbrennungszone abgezogen und einer Reinigung unterzogen werden, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Verbrennung in einem nach außen abgeschlossenen Verbrennungsraum (Ofen 1) durchgeführt wird,
• - Luft oder Sauerstoff gesteuert zugeführt werden,
• - ein Teilstrom der Abgase rückgeführt wird und
• - die Temperatur im Reaktor (Ofen 1) durch diese Maßnahmen gesteuert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die rückgeführten Abgase gekühlt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die rückgeführten Abgase entstaubt werden.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekenn­ zeichnet durch eine Steuerung der Luft- oder Sauerstoffzufuhr über Messung des Sauerstoffgehalts, bevorzugt im Abgas.

5. Anlage zur Durchführung des Verfahrens eines der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen geschlossenen Reak­ tionsraum (Ofen 1), mit Schleusen (2, 2a) zur chargenweisen Zufüh­ rung des Verbrennungsgutes und Abfuhr der festen Rückstände, mit mindestens drei Reaktionszonen, die jeweils

• - Abführungsleitungen (6) und Zuführungsleitungen (5) für verbranntes Gas,
• - eine Zufuhrleitung (14) für ein Oxidationsmittel sowie
• - einen Brenner (10) aufweisen.