DE4223415C1 - Verfahren zur entsorgung von explosivstoffen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entsorgung von Explosivstoffen, insbesondere von Treibladungspulver und TNT, durch kontrollierte Verbrennung mit Luftsauerstoff.

Das kontrollierte Verbrennen von Explosivstoffen mit Luftsauerstoff ist beispielsweise aus der DE-OS 3 822 648 bekannt. Gemäß dieser Schrift werden Explosivstoffe in gleichbleibenden Teilmengen auf transportablen Trägern zu einer Brandstelle in einem Sicherheitsgebäude transportiert, dort mit einem fernbedienbaren Brenner gezündet und abgebrannt. Die Brandstelle ist nach Art eines offenen Brandplatzes ausgeführt, so daß im Falle einer besonders heftigen, detonationsartigen Verbrennung die Druckgase ins Freie entweichen können ohne gravierende Schäden zu verursachen. Die Abgase werden über der Brandstelle abgesaugt, gereinigt und in die Atmosphäre ausgetragen. Speziell bei heftig reagierenden Stoffen ist die Absaugung jedoch unzureichend, und ein erheblicher Teil der Abgase gelangt unkontrolliert und ungereinigt ins Freie. Darüber hinaus geht die an der Brandstelle freiwerdende Energie generell ungenutzt verloren.

Aus der DE-AS 19 43 776 ist eine Anlage zum Vernichten von festem Müll bekannt, in welcher der Müll zerkleinert, getrocknet und verbrannt wird. Die Verbrennungseinrichtung, welche ein Wirbelbett mit inerten Partikeln umfaßt, bildet die Brennkammer einer Gasturbine, welche einen Elektrogenerator zur Stromerzeugung antreibt. Weiterhin kann die Wärmeenergie der Turbinenabgase zur Dampferzeugung genutzt werden. Abgesehen von Müll, kann auch Klärschlamm in die Verbrennungseinrichtung eingeführt werden. Somit ermöglicht diese Anlage die kontrollierte Verbrennung bestimmter, mehr oder weniger gut brennbarer Abfallstoffe mit vorverdichteter Luft unter Gewinnung von Nutzenergie. Nachteilig ist die aufwendige Wirbelbettverbrennung mit zusätzlichen Inertpartikeln und mit Partikelabscheidung, bedingt durch die eher minderwertigen Brennstoffe. Nachteilig ist auch die starke erosive Belastung der Turbinenbeschaufelung durch unverbrannte Feststoffteilchen, welche die Gebrauchsdauer der Anlage erheblich reduzieren kann.

Aus der DE-OS 40 37 919 ist ein Verfahren zur Entsorgung von Treibladungsmitteln aus Munition durch Verbrennung bekannt, bei welchem die aus der Munition entfernten Treibladungsmittel mit Wasser versetzt, im nassen Zustand gelagert, zerkleinert und einer Wirbelschichtfeuerung zugeführt werden. Nach dem Passieren einer Explosionssperre am Eingang zur Feuerung werden die Treibladungsmittel zunächst entwässert und erst anschließend unter Zugabe stickoxidreduzierender Zuschlagstoffe im Wirbelbett verbrannt. Die dabei freiwerdende Wärmeenergie kann durch Kraftwärmekoppelung, d. h. zur Stromerzeugung mittels Wärmekraftmaschinen sowie zu Heizzwecken, genutzt werden.

Das Mischen der Treibladungsmittel mit Wasser erhöht zwar einerseits in gewisser Weise die Sicherheit bei der Verarbeitung, andererseits erhöht die Wasserver- und -entsorgung den anlage- und verfahrenstechnischen Aufwand und verschlechtert die Gesamtenergiebilanz. Außerdem sind viele Treibladungsmittel nur schlecht in Wasser löslich.

Die Kombination aus einer Wirbelbettverbrennung mit Zuschlagstoffen und aus einer Kraftwärmekoppelung ist anlagetechnisch sehr aufwendig, man denke nur an die dafür nötigen Wärmetauscher.

Angesichts der Nachteile des beschriebenen Standes der Technik besteht die Aufgabe der Erfindung darin, ein Verfahren zur Entsorgung von Explosivstoffen durch kontrollierte Verbrennung mit Luftsauerstoff anzugeben, welches besonders sicher, umweltschonend und kostengünstig ist, welches mit hohem Wirkungsgrad unter Erzeugung von Nutzenergie arbeitet und welches bei guter Regelbarkeit hohe Durchsätze erlaubt.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches genannten Merkmale, d. h., durch die Verfahrensschritte A bis D, gelöst.

Der in der Regel mit Fremdstoffen, wie Metallteilen, Metallspänen, Füllstoffen, Klebstoffen, Isoliermaterial etc., verunreinigte Explosivstoff wird zunächst mit einem flüssigen, brennbaren Lösungsmittel vermischt, bis eine zumindest annähernd gesättigte Lösung vorliegt, wobei die Fremdstoffe im Verlauf des Mischvorganges abgeschieden werden. Auf diese Weise entsteht ein hochenergetischer, relativ problemlos zu handhabender Brennstoff, dessen Explosivstoffcharakter zumindest deutlich reduziert ist. Die abgeschiedenen Fremdstoffe werden zurückgehalten und können einer separaten Verwertung zugeführt werden.

Die gereinigte, gesättigte Lösung wird in einer oder mehreren Brennkammern mindestens einer Gasturbine mit verdichteter Luft verbrannt. Durch eine entsprechend hohe Verdichtung ergeben sich ein hoher Verbrennungswirkungsgrad sowie ein kleines Brennraumvolumen, welches stabil und sicher umschlossen werden kann. Bei den im Brennraum herrschenden, hohen Temperaturen verdampft das Lösungsmittel schlagartig, wodurch der Explosivstoff in Form feinster Partikel mit sehr großer Gesamtoberfläche freigesetzt wird. Dies begünstigt eine rasche, weitestgehend vollständige Verbrennung von Lösungsmittel und Explosivstoff. Dadurch läßt sich auch die erosive Beanspruchung der Turbinenschaufeln auf ein tolerierbares Maß reduzieren.

Die stromabwärts der Brennkammer im eigentlichen Turbinenbereich erzeugte, mechanische Leistung wird zum einen für den Verdichterantrieb verwendet, zum anderen steht sie direkt als Nutzleistung für weitere Antriebszwecke zur Verfügung.

Die Unteransprüche 2 bis 11 enthalten bevorzugte Ausgestaltungen des Verfahrens nach Anspruch 1.

Die Erfindung wird anschließend anhand der Zeichnung noch näher erläutert. Diese zeigt in schematischer Darstellung den Aufbau einer Anlage zur Entsorgung von Explosivstoffen.

Die Anlage 1 dient zur Entsorgung von Treibladungspulver (TLP), welches hauptsächlich aus Nitrocellulose besteht, bzw. von Trinitrotoluol (TNT), wobei als Lösungsmittel Aceton benutzt wird.

Der Explosivstoff ist in der Regel ursprünglich in Patronen, Granaten, Minen, Gefechtsköpfen und ähnlichen, meist metallischen Hüllkörpern enthalten, welche zum Zweck der Entsorgung zumindest geöffnet, besser noch mechanisch zerkleinert oder möglichst vollständig entleert werden, wobei letzteres meist nicht möglich bzw. zu aufwendig ist. Somit enthält der angelieferte Explosivstoff normalerweise Fremdstoffe, wie das Metall der Hüllkörper, aber auch Zünderteile, Auskleidungsteile (Hohlladungen), Inertkörper, Splitterelemente, Isolierungen, Klebstoffe usw., wobei zu den Metallen auch noch Kunststoffe bzw. Keramikstoffe kommen.

Zusammen mit diesen Fremdstoffen wird der Explosivstoff in den Mischbehälter 2 eingebracht, welcher über die Pumpe 20 davor bereits mit Lösungsmittel, hier Aceton, befüllt wurde. Mittels des von einem Motor 4 angetriebenen Rührers 3 wird der Behälterinhalt intensiv vermischt und die Auflösung des Explosivstoffes beschleunigt. Durch Anwendung von erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur im Mischbehälter 2 läßt sich die Lösungskapazität des Acetons erheblich steigern, so daß mehr Explosivstoff gelöst werden kann. Die Fremdstoffabscheidung erfolgt durch Schwerkraft, Fliehkraft (Rühren), Magnetkraft oder in anderer, geeigneter Weise. Die Fremdstoffe werden dann nach dem Misch- und Lösevorgang über eine Entnahmevorrichtung 23 (strichpunktiert) aus dem Mischbehälter 2 entfernt und ggf. weiterverwertet.

Der Mischbehälter wird chargenweise befüllt und entleert, d. h., er arbeitet diskontinuierlich. Im Hinblick auf den möglichst kontinuierlichen Betrieb der zu speisenden Gasturbine 6 enthält die Anlage 1 einen Speicherbehälter 5, welcher vom Volumen her größer ist, als der Mischbehälter 2. Auch der Speicherbehälter 5 wird bevorzugt unter erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur betrieben, damit der Explosivstoff vollständig in Lösung gehalten wird. Die Befüllung mit gereinigter, zumindest weitgehend gesättigter Lösung erfolgt diskontinuierlich über die Pumpe 21, die Ausförderung der gespeicherten Lösung erfolgt möglichst kontinuierlich über die Pumpe 22 zur Brennkammer 8 der Gasturbine 6.

Die Gasturbine 6 ist vorzugsweise ein Wellenleistungstriebwerk mit einem Gasgenerator und einer Nutzturbine 10. Der Gasgenerator umfaßt den Verdichter 7, die Brennkammer 8, die Turbine 9 und die Turbinenwelle 11, wobei die Turbine 9 ausschließlich zum Antrieb des Verdichters 7 dient (Verdichterantriebsleistung P_V). Die strömungsmechanisch mit der Turbine 9 gekoppelte, dieser nachgeschaltete Nutzturbine 10 treibt über die Turbinenwelle 12 einen elektrischen Generator 13 an (Generatorantriebsleistung P_G) und erzeugt somit die eigentliche Nutzleistung der Anlage 1. Ein Teil der vom Generator 13 gelieferten, elektrischen Leistung kann wiederum zum Antrieb von Anlagenkomponenten verwendet werden, wie beispielsweise für den Motor 4 des Rührers 3 und für die Pumpen 20 bis 22. Es ist natürlich auch möglich, zwischen Nutzturbine 10 und Generator 13 mechanische Leistung zu entnehmen bzw. anstelle des Generators 13 eine oder mehrere andere Arbeitsmaschinen anzutreiben.

Mit Hilfe des Ventils 19 kann ein Teil des Abgasstromes zum Verdichtereintritt zurückgeführt werden, wodurch eine Vorwärmung des Luftstromes zum Verdichter 7 sowie eine Nachverbrennung noch vorhandener, brennbarer Feststoffteilchen und Gase erzielt wird.

In einem Nachbrenner 14 wird der den Turbinenbereich verlassende Abgasstrom bei ca. 1000°C nochmals nachverbrannt, um letzte, brennbare Schadstoffreste zu beseitigen.

Im nachfolgenden Abhitzekessel 15 wird dem Abgasstrom ein erheblicher Teil seiner Wärmeenergie entzogen, um aus Wasser Dampf zu erzeugen, und um den Mischbehälter 2, den Vorratsbehälter 5 sowie ggf. Teile des Leitungssystems zu beheizen. Diese Heizströme sind in der Figur mit gestrichelten Linien angedeutet.

Nach dem Abhitzekessel 15 durchläuft der gekühlte Abgasstrom ein Heißgaskerzenfilter 16 zur Entstaubung sowie eine SCR-Anlage 17 (Selective Catalytical Reduction-Anlage) zur Erstickung und wird dann in weitestgehend gereinigtem Zustand über einen Kamin 18 in die Atmosphäre abgegeben.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich bevorzugt für Nitrocellulose aus Treibladungspulver sowie für TNT, es können jedoch auch andere Explosivstoffe entsorgt werden, welche sich zufriedenstellend in flüssigen, brennbaren Lösungsmitteln lösen. Ebenso ist die Auswahl des Lösungsmittels nicht auf Aceton oder andere Ketone beschränkt. Es können auch Alkohole, Äther oder andere Fluide in Frage kommen.

Claims (11)

1. Verfahren zur Entsorgung von Explosivstoffen, insbesondere von Treibladungspulver und TNT, durch kontrollierte Verbrennung mit Luftsauerstoff, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

• A) Der in der Regel mit Fremdstoffen verunreinigte Explosivstoff wird in mindestens einem Mischbehälter (2) unter Zufuhr mechanischer Leistung (Rührer 3, Motor 4) mit einem flüssigen, brennbaren Lösungsmittel vermischt, bis eine zumindest annähernd gesättigte Lösung vorliegt.
• B) Die im Explosivstoff enthaltenen, unlöslichen Fremdstoffe werden im Verlauf des Mischvorganges abgeschieden und danach entfernt (Entnahmevorrichtung 23).
• C) Die gereinigte, gesättigte Lösung wird der Brennkammer (8) oder den Brennkammern mindestens einer stationären Gasturbine (6) zugeführt und darin mit verdichteter Luft verbrannt.
• D) Die an der Turbinenwelle (12) oder den Turbinenwellen nach Abzug der Verdichterantriebsleistung (P_V) verfügbare, mechanische Leistung (P_G) wird für Antriebszwecke (Generator 13, Pumpen 20 bis 22) genutzt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als flüssiges, brennbares Lösungsmittel Aceton und/oder mindestens ein anderes Keton eingesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Mischbehälter (2) mindestens ein Vorratsbehälter (5) nachgeschaltet wird.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischvorgang (Mischbehälter 2) und/oder der Speichervorgang (Vorratsbehälter 5) bei gegenüber der Umgebung erhöhter Temperatur und/oder erhöhtem Druck durchgeführt wird.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der aus der Gasturbine (6) oder den Gasturbinen austretende Abgasstrom einer Nachreinigung unterzogen und anschließend in die Atmosphäre abgegeben wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der die Gasturbine (6) oder die Gasturbinen verlassende Abgasstrom einer Nachverbrennung (Nachbrenner 14), einer Entstaubung (Heißgaskerzenfilter 16) und einer Entstickung (SCR-Anlage 17) unterzogen wird.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei jeder Gasturbine (6) ein Teil des austretenden Abgasstromes zum Verdichtereintritt zurückgeführt (Ventil 19), dort mit Ansaugluft vermischt und in der Gasturbine (6) einer nochmaligen Verbrennung unterworfen wird.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die im Abgasstrom enthaltene thermische Energie zumindest teilweise zur Dampferzeugung (Abhitzekessel 15) genutzt wird.

9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die im Abgasstrom enthaltene thermische Energie zumindest teilweise zur Beheizung des Mischbehälters (2) und/oder des Vorratsbehälters (5) und/oder zur Beheizung zumindest von Teilabschnitten des Leitungssystems für den Explosivstoff, das Lösungsmittel und die Lösung verwendet wird.

10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die an der Turbinenwelle (12) oder den Turbinenwellen verfügbare, mechanische Leistung (P_G) zumindest teilweise zur Stromerzeugung (Generator 13) genutzt wird.

11. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die an der Turbinenwelle (12) oder den Turbinenwellen verfügbare, mechanische Leistung zumindest teilweise zur Druckbeaufschlagung (Pumpen 20, 21) des Mischbehälters (2) und/oder des Vorratsbehälters (5) genutzt wird.