DE4214885C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Entfernen von Quecksilber von inneren Rohrflächen - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Entfernen von Quecksilber von inneren RohrflächenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum
Entfernen von Quecksilber von inneren Rohrflächen,
insbesondere von demontierten Gastransportleitungen und
auf eine hierfür geeignete Vorrichtung. Derartige
Gastransportleitungen bestehen überwiegend aus
Stahlrohren, aber es kommen auch Gasleitungsrohre aus
Kunststoff vor. Nach der Erfindung können ferner in
ähnlicher Weise auch Rohre oder Röhren aus Glas behandelt
werden, an deren inneren Flächen Quecksilber vorhanden
ist.
Bei der Förderung von Erdgas, insbesondere aus dem
Zechstein und dem Rotliegenden ist Quecksilber in
Konzentrationen bis zu einigen 100 Mikrogramm pro Nm³
nachgewiesen worden. Sofern keine Maßnahmen zur
Entfernung des Quecksilbers an den Fördersonden oder
Betriebsstationen durchgeführt werden, findet eine
Kondensation an den Innenwandungen der Rohre statt. Die
Kontamination mit Quecksilber erstreckt sich nachweislich
über weite Transportstrecken. Bei Sanierungsmaßnahmen der
Gasleitungen dürften die ausgebauten Rohre infolge ihrer
hohen Quecksilberkontamination ohne vorherige
Dekontamination nicht der Verschrottung zugeführt werden.
Versuche zur Dekontamination von Rohrabschnitten aus
Stahl durch mechanische Hilfsmittel, wie Kratzen und
Bürsten, haben sich als unzureichend erwiesen, da das
Quecksilber sich auch in Poren bis zu Eindringtiefen von
1 bis 2 mm befindet. Untersuchungen der Restkontamination
der Rohrwandung durch abrasive Maßnahmen haben bestätigt,
daß in der Regel mindestens ein Millimeter des Stahls
mechanisch abgetragen werden müßte, um eine hinreichende
Dekontamination zu erzielen.
Chemische Verfahren zur Entfernung von Quecksilber
erfordern eine zusätzliche und meist aufwendige
Aufbereitung der Behandlungsflüssigkeiten.
In DE 29 11 994 A1 wird als Stand der Technik ein
Abtrennen von Quecksilber von Feststoffen bei einer
Temperatur über den Siedepunkt des Quecksilbers in einer
Vakuumdestillieranlage mit anschließender Kondensierung
des Quecksilberdampfes in einer Kühlfalle beschrieben,
das auch nach einer Behandlungszeit von über 24 Stunden
noch keine befriedigende Dekontaminierung der Feststoffe
ergibt. Eine Verbesserung soll dadurch erreicht werden,
daß ein inertes Gas mit variierendem Druck in eine Kammer
eingeführt wird. Als Feststoffe werden hierbei genannt,
Batterien, Thermometer, Leuchtröhren usw. Die Anwendung
dieses Verfahrens auf Stahlrohre in Enden von 10 bis über
15 m Länge oder auch auf zerkleinerte Stahlrohre ist
wegen der großen Menge des kontaminierten Materials und
wegen der hierfür erforderlichen großen
Behandlungskammern nicht möglich.
Die DE 37 06 684 C2 beschreibt ein Verfahren zur thermischen
Abtrennung von flüchtigen Inhaltsstoffen aus
kontaminierten Feststoffaggregaten wie Böden, Sanden und
Schlämmen mittels direkter oder indirekter Beheizung in
einem geeigneten Ofen mit Heizgasen oder Heißdampf. Die
dabei entstehenden wasserdampf- und schadstoffhaltigen
Behandlungsgase werden einer Kondensation derart
unterworfen, daß der Hauptteil des Wasserdampfes aus dem
System aus Kondensat und als flüssige Phase abgezogen und
naßchemisch oder physikalisch von den Schadstoffen
befreit wird. Für dieses Verfahren wird jedoch aufwendig
ein geeigneter Ofen wie auch Heizgase bzw. Heißdampf
benötigt, die, um eine nennenswerte Dekontamination zu
gewährleisten, Temperaturen über 300°C aufweisen müssen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, von den
Innenseiten demontierter Rohre und eventuell Armaturen,
insbesondere von Gastransportleitungen, Quecksilber zu
entfernen und das Quecksilber in einer die Umwelt nicht
beeinträchtigenden Weise zu sammeln.
Diese Aufgabe wird nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1
und mit der Vorrichtung nach Anspruch 10 gelöst. Die
Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungen an.
Nach der Erfindung bildet das an seinen Enden zwischen
Verschlußmitteln eingespannte Rohr selbst den Reaktor zur
Entfernung des Quecksilbers. Außerdem nutzt die Erfindung
die Eigenschaft des Quecksilbers aus, schon bei
Temperaturen unterhalb des bei etwa 357°C liegenden
Siedepunktes zu verdampfen. Die Verdampfung kann durch
einen Unterdruck im Rohr begünstigt werden, so daß auf
diese Weise beispielsweise auch Kunststoffrohre bei
Temperaturen zwischen 100 und 200°C in genügendem Maße
dekontaminiert werden können.
Versuche zur thermischen Behandlung von kontaminierten
Oberflächen von Stahlrohren, die auf ganzer Länge in
einer Wärmekammer gleichmäßig erwärmt worden waren,
zeigten überraschend, daß trotz der oben beschriebenen
großen Eindringtiefe in Poren das Quecksilber schon bei
Temperaturen um 200°C bei normalem Druck in
verhältnismäßig kurzer Zeit aus den Poren quantitativ
ausgetrieben wird.
Jedes Rohr ist an seinen beiden Seiten dicht
mit einer Leitung für ein Trägergas verbunden, das das
Rohr kontinuierlich in konstanter Richtung durchströmt,
und in wenigstens einer Kühlfalle wird der mitgenommene
Quecksilberdampf kondensiert und von dem Trägergas
abgetrennt.
Erfindungsgemäß wird das Rohr ringförmig
von außen wenigstens einmal erwärmt, wobei die
Erwärmungszone in Richtung der Gasströmung relativ
entlang dem Rohr bewegt wird. Eine bevorzugte Erwärmung
von Stahlrohren erfolgt mittels Induktionsbeheizung.
Dabei können eine oder mehrere Induktionsschleifen einmal
oder mehrfach entlang dem zwischen einer Gaszuleitung und
einer Gasableitung eingespannten Rohre bewegt werden.
Eine andere bevorzugte Erwärmung der Rohre erfolgt
mittels mit Brenngas betriebenen Ringbrennern. Wegen des
von der Temperatur abhängigen Partialdampfdruckes wandert
das Quecksilber aus der Erwärmungszone in den Bereich vor
der relativ zum Rohr bewegten Vorwärmungszone, was durch
die Strömung des Trägergases unterstützt wird. Es kann
weiter vorgesehen werden, das zu behandelnde Rohr in
Richtung des Trägergasstromes geneigt oder abfallend
anzuordnen, gegebenenfalls das Rohr sogar in lotrechter
Stellung zu behandeln, damit etwa vor der Erwärmungszone
kondensierendes Quecksilber in Form von Tropfen abfließen
kann. Neben einer Erwärmung von außen durch die Rohrwand
hindurch kann es insbesondere bei Kunststoffrohren
zweckmäßig sein, auch den Trägergasstrom zu beheizen und
so die innere Umfangsfläche des Rohres auch von innen zu
beheizen.
Bei Stahlrohren erwies sich nach den ersten Versuchen
bereits eine Temperatur von 200°C bei normalem Druck als
technisch und wirtschaftlich nutzbar. Bevorzugt wird für
Stahlrohre eine Temperatur an der inneren Rohroberfläche
zwischen etwa 225°C und 300°C. Den Siedepunkt
übersteigende Temperaturen sind jedoch nicht
ausgeschlossen. Sie können insbesondere dann auftreten,
wenn Rohre unterschiedlicher Wanddicke in derselben
Vorrichtung behandelt werden. Die Beheizungstemperatur
ist so einzustellen, daß die gewünschte Temperatur an der
inneren Wandoberfläche erreicht wird.
Die zu behandelnden Stahlrohre haben Längen von 10 bis
über 15 m, die Außendurchmesser betragen etwa 100 bis
150 mm, und die Wanddicken liegen bei etwa 6 bis 9 mm.
Bei Rohren mit einem inneren Durchmesser von 93 mm wurde
eine gesamte Kontamination bis zu 8,6 g Quecksilber pro/m
ermittelt. Höhere Werte sind jedoch nicht ausgeschlossen
und deutlich niedrigere Werte kommen ebenfalls vor.
Die innere Rohrfläche von Gastransportleitungen aus Stahl
ist meist rauh und häufig auch rostig. Es ist daher
vorteilhaft, vor der Behandlung mittels Erwärmung und
Trägergas eine mechanische Reinigung der inneren
Rohrwandung, beispielsweise durch Drahtbürsten,
vorzunehmen. Bei rostigen Rohren konnten durch eine
derartige Behandlung mit dem Rost etwa 20 bis 30% des
Quecksilbers der gesamten Kontamination entfernt werden.
Hierbei ergab es sich jedoch, daß auch die restliche
Kontamination noch so hoch war, daß eine Verschrottung
der Stahlrohre und ein Aufschmelzen des Stahls mit
Freisetzung des Quecksilbers nicht möglich war.
Weitere Einzelheiten insbesondere auch bezüglich der zu
verwendenden Vorrichtungen werden anhand der auf den
beigefügten Zeichnungen nur schematisch dargestellten
Ausführungsbeispiele beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Anlage mit geschlossenem Trägergaskreislauf
und mit Beheizung durch eine Induktionsspule.
Gemäß Fig. 1 wird ein Rohr 1 zwischen einem
Verschlußmittel 2 mit einer Zuleitung 4 für ein Trägergas
und einem, weiteren Verschlußmittel 3 mit einer Ableitung
5 für das Trägergas fest eingespannt. Das Verschlußmittel
2 ist beispielsweise auf einem Schlitten 8 gelagert, der
durch nicht dargestellte hydraulische oder mechanische
Mittel auf einem Fundamentrahmen 9 verschiebbar ist, so
daß die Verschlußmittel 2, 3 das Rohr fest und dicht
einspannen können.
An die Ableitung 5 für das Trägergas, durch welches das
dampfförmige Quecksilber aus dem Rohr entfernt wird,
schließt eine erste Kühlfalle 6 an, in der das
Quecksilber kondensiert. Vorzugsweise wird eine weitere
Kühlfalle 11 und ein Aktivkohlefilter 12 nachgeschaltet.
Die Trägergasleitung 13 führt dann weiter von einem
Sauggebläse 7, welches die Strömung des Trägergases durch
das Rohr 1, die Kühlfallen 6, 11 und das Filter 12
bewirkt. Die Gasleitung 13 führt weiter zu einem
Pufferbehälter 14 und von hier zu einem Regelventil 15 in
der Zuleitung 4 vor dem Verschlußmittel 2. Der
Gaskreislauf kann in nicht dargestellter zweckmäßiger
Weise dadurch verändert werden, daß z. B. in der Leitung
13 noch ein Verdichter vorgesehen ist und das Trägergas
aus einem Druckspeicher dem Regelventil 15 zufließt.
Zur Erwärmung des Rohres 1 ist eine Induktionsspule 10
vorgesehen, die an Führungsschienen 16 entlang dem Rohr
bewegbar ist. Die Beheizung des Rohres durch die
Induktionsspule 10 erfolgt während derer Bewegung in
Richtung des Trägergasstromes. Während in diesem Falle
die Beheizungseinrichtung, also die Induktionsspule 10 an
dem Rohr entlang bewegbar ist, kann umgekehrt auch die
Beheizungseinrichtung fest angeordnet sein und das Rohr
wird durch die ringförmige Beheizungseinrichtung
hindurchgeschoben.
In dem dargestellten Beispiel ist die Vorrichtung mit dem
Rohr 1 geneigt angeordnet, so daß das Rohr in Richtung
dem Gasströmung abfällt, und das Verschlußmittel 3 ist so
ausgebildet, daß etwa vor der Erwärmungszone in dem Rohr
kondensierendes Quecksilber durch die Trägergasleitung 5
aus dem Rohr 1 zur Kühlfalle 6 abfließen kann. Die
dargestellte Vorrichtung kann in der Weise abgewandelt
werden, daß die in den Kühlfallen 6 und 11 dem Trägergas
und dem Quecksilber entzogene Wärme zur Beheizung des in
das Rohr 1 über das Regelventil 15 einzuleitendes
Trägergas verwendet wird.
In einer vereinfachten Ausführung kann das Trägergas das verdampfende
Quecksilber zu einer Kühlfalle 6 mitnehmen und anschließend durch einen
Filter 12 laufen. Als Trägergas kann Luft oder Stickstoff aus geeigneten
Druckbehältern eingesetzt werden, die nach dem Filter 12 in die Atmosphäre
entweichen. Eine derartig vereinfachte Trägergasstromführung kann ggf.
auch ein Sauggebläse enthalten. Insbesondere bei höheren Temperaturen
im Rohr 1 wird als Trägergas ein inertes Gas, wie Stickstoff oder Argon,
bevorzugt.
Die Behandlung von Armaturen, wie z. B. Ventilen, kann ähnlich wie bei
Rohren erfolgen, wobei die Anschlüsse für das Trägergas entsprechend der
Form der Armatur zu gestalten sind und auch für die Erwärmung eine
geeignete Einrichtung zu wählen ist.
Claims (15)
1. Verfahren zum Entfernen von Quecksilber von inneren
Rohrflächen, insbesondere demontierten
Gastransportleitungen, bei dem das Rohr von außen
ringförmig wenigstens einmal erwärmt wird und die
Erwärmungszone relativ entlang des Rohres in Richtung einer im
Rohr vorhandenen Gasströmung bewegt wird und wobei das Rohr an
seinen inneren Rohrflächen auf eine Temperatur
erwärmt wird, bei der eine weitgehende Verdampfung
des an der Oberfläche und in Poren und Rissen
haftenden Quecksilbers bewirkt wird, die
Quecksilberdämpfe mittels eines kontinuierlich durch
das Rohr strömenden Trägergases entfernt und das
Quecksilber daraus in einer Kühlfalle abgetrennt
wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß eine mechanische Reinigung der inneren Rohrfläche
vor der Entfernung des Quecksilbers aus der Rohrwand
vorgenommen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß in dem Rohr ein Unterdruck
hergestellt wird, der eine Verdampfung des
Quecksilbers unterstützt.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1
bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zu
dekontaminierende Stahlrohre wenigstens in einer
Erwärmungszone auf eine Temperatur der inneren
Rohrfläche von mindestens 200°C
erwärmt werden.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1
bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Erwärmung des
Rohres durch eine oder mehrere das Rohr außen
umgebende Induktionsschleifen erfolgt.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1
bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Erwärmung des
Rohres durch einen oder mehrere mit Brenngas
betriebenen Ringbrenner oder ringförmig angeblasene
Heißluft erfolgt.
7. Verfahren nach einem, oder mehreren der Ansprüche 1
bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur zusätzlichen
Erwärmung der inneren Rohrflächen erhitztes Trägergas
eingesetzt wird.
8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1
bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Trägergas ein
inertes Gas verwendet wird.
9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1
bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägergas im
Kreislauf durch zu behandelnde Rohre, über wenigstens
eine Kühlfalle und ein Aktivkohlefilter zirkuliert
wird.
10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zum
Entfernen von Quecksilber von inneren Rohrflächen
gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9,
gekennzeichnet durch
Verschlußmittel (2, 3) zum Verschließen der Enden eines oder mehrerer zu behandelnder Rohre (1),
Zu- und Ableitungen (4, 5) für ein Trägergas an den Verschlußmitteln (2, 3)
wenigstens eine Kühlfalle (6) zum Kondensieren von Quecksilber im Anschluß an die Ableitung (5) für das Trägergas,
ein Sauggebläse (7) zur Bewegung des Trägergases in dem Rohr (1) und der Kühlfalle (6)
und durch eine von außen auf das Rohr (1) wirkende Beheizungseinrichtung (10).
Verschlußmittel (2, 3) zum Verschließen der Enden eines oder mehrerer zu behandelnder Rohre (1),
Zu- und Ableitungen (4, 5) für ein Trägergas an den Verschlußmitteln (2, 3)
wenigstens eine Kühlfalle (6) zum Kondensieren von Quecksilber im Anschluß an die Ableitung (5) für das Trägergas,
ein Sauggebläse (7) zur Bewegung des Trägergases in dem Rohr (1) und der Kühlfalle (6)
und durch eine von außen auf das Rohr (1) wirkende Beheizungseinrichtung (10).
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
daß die Beheizungseinrichtung (10) das Rohr (1)
ringförmig umgibt und daß das Rohr (1) und die
Beheizungseinrichtung (10) relativ zueinander
verschiebbar sind.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch
gekennzeichnet, daß die Beheizungseinrichtung (10)
eine entlang dem fest eingespannten Rohr (1)
bewegbare Induktionsspule (10) ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,
daß die Beheizungseinrichtung (10) ein entlang dem
fest eingespannten Rohr bewegbarer Brennerring ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,
daß die Beheizungseinrichtung (10) ein entlang dem
fest eingespannten Rohr bewegbarer Ring mit
Austrittsdüsen für einen Heißgasstrom ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
daß die Verschlußmittel (2, 3) so angeordnet sind, daß
das zu behandelnde Rohr (1) in Richtung des
Trägergasstromes abfällt.
Priority Applications (3)
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