DE4308490A1

DE4308490A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Zerstörung von Schadstoffen

Info

Publication number: DE4308490A1
Application number: DE4308490A
Authority: DE
Inventors: Oded Tador; Eitan Hirsch
Original assignee: Taas Israel Industries Ltd
Current assignee: Israel Military Industries Ltd Ramat Hasharon
Priority date: 1992-03-26
Filing date: 1993-03-17
Publication date: 1993-09-30
Anticipated expiration: 2013-03-18
Also published as: DE4308490C2; GB2265446A; US5527983A; IL101377A; US5660123A; GB9303270D0

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Vernichtung gefährli cher Materialien und Substanzen, z. B. Munition und Explosiv stoffe, die über ihrem Verwendungsdatum liegen, abgelaufene oder chemische Abfallsubstanzen, die selbst gefährlich sind und/oder die beim Verbrennen gefährliche Zerfallsprodukte und dgl. erzeugen.

Nach dem Stand der Technik werden gefährliche Materialien und Substanzen der genannten Art durch offene Verbrennung oder Sprengverfahren zerstört, d. h. durch Freiluft-Verbrennungsvor gänge, in deren Verlauf gefährliche Verbrennungsgase in die offene Atmosphäre abgegeben werden. Derartige Vorgänge können ausschließlich an entfernt liegenden Orten, weit weg von bewohnten Gegenden, ausgeführt werden. Ebenso wurde erkannt, daß mit der Zunahme an Mengen von Munition, Explosivstoffen und Chemikalien, die jährlich vernichtet werden müssen, Freiluftverbrennung und Sprengung auch an entfernt liegenden Orten sich weltweit zu einer Quelle gefährlicher Luftver schmutzung entwickelt.

Als Folge davon entstehen Gesetze, durch die eine Freiluftverbrennung und Sprengung von gefähr lichen Materialien im Freien nicht mehr ausgeführt werden dürfen und es ist demzufolge das Ziel der vorliegenden Er findung, umweltfreundliche Verfahren und Vorrichtungen be reitzustellen, um gefährliche Materialien und Substanzen, oder Materialien und Substanzen, die durch Verbrennung schädliche Verbrennungsprodukte erzeugen zu verbrennen oder zu sprengen. Derartige Materialien, von denen Munition, Sprengstoffe und Chemikalien typische Beispiele sind, werden nachstehend mit dem Sammelbegriff "Schadstoffe" bezeichnet. Des weiteren wird nachstehend der Begriff "Verbrennung" auch für Explosionen verwendet.

In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Vernichtung schädlicher Substanzen bereitge stellt mit den Schritten:

i) Bereitstellen eines druckbeständigen Verbrennungsofens, der eine Kohleschicht enthält;
ii) Entzünden der Kohleschicht;
iii) partienweises Einbringen von Schadstoffen in den druckbe ständigen Verbrennungsofen;
iv) Ermöglichen einer Verbrennung in dem Verbrennungsofen;
v) Abziehen der Verbrennungsgase aus dem Verbrennungsofen, Zufügen von Luft und Hervorrufen einer fortgesetzten Verbrennung der Gase außerhalb des Ofens, um vollständig verbrannte Verbrennungsgase zu erzielen;
vi) Behandeln der vollständig verbrannten Verbrennungsgase, um Feststoffe und jegliche giftigen gasförmigen Bestand teile zu entfernen; und
vii) Ablassen einer verbleibenden umweltfreundlichen Gasmischung in die Atmosphäre.

Die Art der Kohle, die in dem Vorgang gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist nicht kritisch und jede Art von Steinkohle oder Braunkohle kann verwendet werden.

Die vorliegende Erfindung stellt des weiteren eine Einrichtung zur Zerstörung von Schadstoffen bereit, mit:

i. einen Verbrennungsofen mit oberen und unteren Enden;
ii. einer Zuführeinrichtung an dem oberen Ende des Verbren nungsofens;
iii. einer Abzugseinrichtung für die Verbrennungsgase im Bereich des oberen Endes des Verbrennungsofens;
iv. einer Auslaßvorrichtung an dem unteren Ende des Verbren nungsofens;
v. einer Gaszuführeinrichtung im Bereich des unteren Endes des Verbrennungsofens;
vi. einer Einrichtung zum Verarbeiten der Verbrennungsgase mit einem Rohr, dessen eines Ende mit der Abzugseinrich tung für die Verbrennungsgase verbunden ist, und dessen anderes Ende mit einer Auffangvorrichtung verbunden ist, die einen Feststoff/Gasseparator aufweist; und
vii. einer Vorrichtung zum Auslaß von Verbrennungsgasen aus der Auffangvorrichtung.

Zum Betrieb wird der Verbrennungsofen mit Kohle beschickt, etwa ein Viertel bis zu einem Drittel seiner Höhe, um eine Kohle schicht in dem Ofen herzustellen. Die Kohleschicht wird durch Einströmen eines Brenngases, z. B. Butangas, durch die Gasein laßvorrichtung entzündet. Sobald die Kohle entzündet ist, wird kontinuierlich Luft durch die Gaseinlaßvorrichtung in kontrol lierter Weise eingebracht, um so die Kohleschicht in dem Ver brennungsofen in einem gewünschten Maß an Brennen oder Schwelen zu halten.

Sobald eine brennende oder schwelende Kohlenschicht in dem Verbrennungsofen hergestellt ist, wird der zu zerstörende Schadstoff partienweise durch die Zuführeinrichtung des Ofens zugeführt. Vorzugsweise hat diese Öffnung eine Abdichtung, die so gestaltet ist, daß im Verlauf der Zufuhr einer Partie des Schadstoffes keine Gase aus dem Ofen in die Atmosphäre entwei chen können. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfin dung ist diese Abdichtung eine Doppelglockenabdichtung einer Art, die denen ähnelt, wie sie in Eisenschmelzöfen verwendet werden.

Falls es sich bei den Schadstoffen um Munition handelt, fallen die zugeführten Stücke oder Partien der Munition auf die schwelende oder brennende Kohlenschicht und sinken darin ein und explodieren darin, wobei die Kohleschicht als Stoßaufneh mer oder -dämpfer für die Explosionsbruchstücke wirkt.

Die Verbrennung in dem Ofen ist in der Regel unvollständig, und daher führen die aus dem Ofen abgezogenen Verbrennungsgase in der Regel noch einen Teil verbrennbarer Stoffe mit sich. Dementsprechend muß das Rohr der Verarbeitungseinrichtung für die Verbrennungsgase lang genug sein, um eine Beendigung der Verbrennung zu ermöglichen. Vorzugsweise sind Lufteinströmein richtungen in dem Rohr vorgesehen, um eine weitere Verbrennung zu fördern.

Im Verlauf des Betriebes wird die Kohleschicht aufgewühlt und demzufolge tragen die aus dem Ofen abgezogenen Verbrennungsga se etwas Kohlestaub und möglicherweise andere Feststoffe mit sich, die von den zerstörten Schadstoffen stammen. Demzufolge weist die Auffangeinrichtung eine Gas-/Feststofftrennkammer auf, in der jegliche Feststoffe, die in den Verbrennungsgasen enthalten sind, getrennt werden. In Fällen, in denen die Verbrennungsgase giftige Anteile mit sich tragen, weist die Auffangeinrichtung des weiteren zumindest einen Behälter auf, der eine Absorptionslösung enthält, die in der Lage ist, derartige giftige Anteile zu absorbieren, wobei Einrichtungen vorgesehen sind, um die Verbrennungsgase durch einen derar tigen Behälter zu blasen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Rohr, das die Abzugseinrichtung für die Verbrennungsgase des Ofens mit der Auffangeinrichtung verbindet, um die Außenwand des Ofens in wärmeaustauschender Beziehung gewunden, wodurch ein Teil der Verbrennungswärme der Gase, die von der Verbren nung in dem Rohr herrührt, in den Ofen zurückgeführt wird.

Während des Betriebes wird der erfindungsgemäße Ofen regelmä ßig über die Auslaßvorrichtung am unteren Ende des Ofens entleert. Wenn der Ofen zur Zerstörung von Munition dient, enthält die abgelassene Mischung zusätzlich zur Kohle auch einen hohen Anteil an Eisen und möglicherweise anderen Metal len, und die Mischung kann so wie sie ist einem Stahlschmelz ofen zugeführt werden. Somit können aus Betriebsgesichtspunk ten einige Vorteile in diesen Fällen erzielt werden, wenn der erfindungsgemäße Verbrennungsofen in der Nähe eines Stahlwer kes oder sogar oberhalb eines Schmelzofens angebracht wird.

Zum besseren Verständnis wird die Erfindung nachstehend in beispielhafter Weise unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert, in denen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung zeigt; und

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer anderen Ausfüh rungsform zeigt.

Die erfindungsgemäße Anlage, wie sie in Fig. 1 veranschaulicht ist, weist einen eisernen Verbrennungsofen 1 auf, der durch eine Wärmeisolierungsschicht 2 umgeben ist und ein oberes Ende 3 und ein unteres Ende 4 aufweist. Das obere Ende 3 ist mit einem trichterförmigen Zuführdurchlaß 5 versehen, auf dem eine Doppelglockenabdichtung 6 angeordnet ist, die eine sich konisch verjüngende untere Kammer 7 aufweist, die mit einer Schale 8 und einem oberen Trichter 9 mit einer Mittelöffnung versehen ist, der die Kammer 7 von oben abdichtet. Die Schale 8 ist mit einer konischen Abdichtung 10 mit einer angeformten Welle 11 abgedichtet, die in vertikaler Richtung zwischen einer oberen Stellung, die mit ausgezogenen Linien in Fig. 1 veranschaulicht ist, in der die Schale 8 abgedichtet ist, während der Zuführdurchlaß 5 offen ist, und einer unteren Stellung, die in Fig. 1 in unterbrochenen Linien gezeigt ist, in der die Schale 8 offen und der Zuführdurchlaß 5 abgedichtet ist, hin- und herbewegbar ist. Falls dies erwünscht ist, kann eine Kühleinrichtung, z. B. eine (nicht gezeigte) Luftein laßvorrichtung an der Doppelglockenabdichtung 6 vorgesehen sein, um eine frühe Erwärmung und vorzeitige Detonation zugeführter Munition und Explosivstoffe zu verhindern.

Das untere Ende 4 des Ofens 1 hat eine Auslaßöffnung 12, die mit einem Behälter 13 versehen ist, die eine zurückziehbare Bodenplatte 14 aufweist, die je nach Wunsch aus der in Fig. 1 gezeigten geschlossenen Stellung in eine geöffnete Stellung verschoben werden kann, in der der Inhalt des Ofens 1 durch den Behälter 13 ausgelassen wird.

Der untere Endabschnitt 4 des Ofens 1 weist des weiteren einen Gaseinlaß 15 auf, und in der Nähe des oberen Endabschnittes 3 ist eine Abzugsöffnung 16 für das Verbrennungsgas vorgesehen, die mit einem Rohr 17 verbunden ist, das mit einer Lufteinlaß vorrichtung 18 versehen ist und zu einer Auffangvorrichtung 19 führt, die mit einem Kamin 20 versehen ist.

In der Fig. 1 ist der Ofen 1 eine Kohleschicht 21 enthaltend veranschaulicht und der Ofen ist so angeordnet, daß ein Lastkraftwagen 22 darunter fahren kann, um von dem Ofen abge lassenes Material aufzunehmen.

Im Betrieb wird der Verbrennungsofen 1 mit Kohle beschickt, um darin eine Kohleschicht 21 zu bilden, die durch die Gaseinlaß vorrichtung 15 entzündet wird, z. B. durch Einblasen einer brennenden Butan/Luftmischung. Sobald die Kohleschicht 21 entzündet wurde, wird nur noch Luft durch die Gaseinlaßvor richtung 15 eingeblasen, und die Menge der eingeblasenen Luft wird so gesteuert, daß die Verbrennung in der Kohleschicht 21 auf einem gewünschten Niveau bleibt.

Sobald die Kohleschicht 21 brennt, werden Partien des zu zer störenden Materials, z. B. Munition, nacheinander in die Kammer 7 der Doppelglockenabdichtung 6 durch den oberen Trichter 9 gebracht, und falls notwendig wird das Beschickungsmaterial gekühlt, z. B. durch eingeblasene Luft, um eine vorzeitige Entzündung und Denotation zu vermeiden. Sobald eine einge brachte Partie in der Kammer 7 aufgenommen ist, wird die Abdichtung 10 von der oberen Stellung, die in ausgezogenen Linien in Fig. 1 veranschaulicht ist, in die unterste Stellung gebracht, die in unterbrochenen Linien veranschaulicht ist. Als Folge davon wird die Schale 8 entleert, und die Partie Munition oder anderes zu zerstörendes Material fällt aus der Kammer 7 auf die konische Wand des Zuführdurchlasses 5 und die Abdichtung 10, wo sie verbleibt. Sobald dies beendet ist, wird die Abdichtung 10 in ihre oberste Stellung zurückgezogen, woraufhin das Material, das durch sie festgehalten wurde, frei kommt, um in den mittleren Bereich der schwelenden oder brennen den Kohleschicht 21 im Innern des Ofens 1 zu fallen und dabei in das Innere der Kohleschicht einzudringen. Im Fall von Munition oder Explosivstoffen tritt eine Detonation auf, während anderes Material einfach verbrannt wird. Jegliche Geschoßfragmente, die von der Detonation von Munition herrüh ren, werden im Innern der Kohleschicht 21 gedämpft.

Ein Betriebszyklus umfaßt das Einbringen einer Partie in die Doppelglockenabdichtung 6, deren Herabfallenlassen in die schwelende oder brennende Kohleschicht 21 und Zulassen, daß eine Verbrennung des eingebrachten Materials auftritt. Wenn ein derartiger Zyklus beendet ist, wird die nächste Partie eingebracht und ein ähnlicher neuer Zyklus beginnt.

Während des gesamten Betriebes werden Verbrennungsgase durch die Öffnung 16 in das Abzugsrohr 17 abgezogen, wo sie mit frischer Luft vermischt werden, die durch den Einlaß 18 eingeblasen wird, und eine brennende Mischung aus Luft und Verbrennungsgasen von dem Ofen 1 wird entlang des Rohres 17 in die Auffangvorrichtung 19 geführt. Die Länge des Rohres 17 ist so bemessen, daß in der Zeit, in der die Gase die Auffangvor richtung 19 erreichen, die Verbrennung vollständig bzw. beendet ist.

Die hier gezeigte Auffangvorrichtung 19 weist nur eine Gas-/Feststofftrennkammer auf, in der mitgeführte Feststoffe sich absetzen können und ein umweltfreundlichen Gas, das im wesentlichen eine CO₂/Luftmischung ist, entweicht durch den Kamin 20. Falls jedoch zu erwarten ist, daß die Verbrennungs gase unverbrennbare schädliche Gasbestandteile enthalten, wird die Auffangvorrichtung 19 zusätzlich zu der Feststoff/Gas trennkammer auch einen Behälter mit einer geeigneten Absorp ionsflüssigkeit enthalten, durch die die Verbrennungsgase zur Absorption der schädlichen Bestandteile hindurchgeblasen werden.

Falls nötig, kann auch Kohle zur Auffrischung in regelmäßigen Abständen durch die Doppelglockenabdichtung 6 in den Ofen 1 eingebracht werden.

Wenn der Ofen zur Zerstörung von Abfallmunition dient, sinken die Metallbruchstücke der explodierten Munition zum Boden des Bodens und die Kohleschicht 21 steigt allmählich an.

Der Abfall, der sich im Innern des Verbrennungsofens 1 sammelt, wird in regelmäßigen Abständen durch die Auslaßöffnung 12 und den Behälter 13 durch Zurückziehen seiner Bodenplatte 14 ausge lassen. Das abgelassene Material kann durch ein geeignetes Fahrzeug, z. B. einen Lastkraftwagen 22, einen Eisenbahnwaggon und dgl. oder auch durch ein Förderband aufgenommen werden. Wenn Munition zerstört wurde und das abgelassene Material dementsprechend aus einer Kohle/Metallmischung besteht, kann diese Mischung, so wie sie ist, zu einem Schmelzofen gebracht werden.

Falls gewünscht, kann der Verbrennungsofen 1 oberhalb eines Schmelzofens angebracht werden, so daß der Zuführdurchlaß des letzteren und der Behälter 13 des Verbrennungsofens 1 zueinan der ausgerichtet sind. In einer derartigen Anordnung kann jede Partie des Abfallmaterials, das aus dem Verbrennungsofen 1 herausgelassen wird, direkt in den Schmelzofen fallen.

Es sei bemerkt, daß im Verlauf des erfindungsgemäßen Betriebes nicht alle Metallbestandteile geschmolzen werden. Demzufolge kann die in dem Ofen 1 herrschende Temperatur relativ niedrig gehalten werden, so daß das Metall, beispielsweise Eisen oder Stahl, aus dem der Ofen hergestellt ist, diese Temperaturen übersteht und keine Notwendigkeit für eine keramische Ausklei dung seiner inneren Metalloberfläche besteht, die, falls sie notwendig wäre, einer dauernden Abnutzung und Belastung in einem Maß unterworfen wäre, bei dem der gesamte Betrieb undurch führbar werden könnte.

Die Abmessungen des Verbrennungsofens 1 und seine Wanddicke müssen an die Art der zu zerstörenden Materialien angepaßt werden. So kann zum Beispiel, wenn der Ofen der Zerstörung relativ schwergewichtiger Geschosse, z. B. jeweils 5 kg, dient, der Ofen aus Stahl mit etwa 2,6 cm dicken Wänden und relativ groß, z. B. 10 in hoch und 2 m Durchmesser, gebaut sein. Falls andererseits der Ofen zur Zerstörung von Feuerwaffenmunition, explosiver oder nicht explosiver Chemikalien dient, sind die Abmessungen anders und möglicherweise können andere Metalle als Stahl verwendet werden. Die Anpassung der Abmessungen und der Festigkeit des Ofens an den jeweiligen Fall kann unter Zugrunde legung des allgemeinen Wissens und einiger grundlegender Experimente vorgenommen werden.

Die in Fig. 2 gezeigt Ausführungsform ist im wesentlichen ähnlich zu der aus Fig. 1 und ähnliche Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Bei dieser Ausführungsform ist das Abgasrohr 17 aus Fig. 1 durch einen ersten Abgasrohr abschnitt 23 ersetzt, der bei 24 mit einem Lufteinlaß 25 versehen ist und in eine Wendel 26 mündet, die an der Außen seite des Verbrennungsofens 1 zwischen seinem Körper und der Isolierschicht 2 aufgewickelt ist. Die Wendel 26 mündet bei 27 in einen zweiten Abgasrohrabschnitt 28, der in die Auffangvor richtung 19 führt.

Während des Betriebes werden die bei 16 abgezogenen Gase bei 24 zusammen mit der eingeströmten Luft bei 25 in die Wendel 26 eingespeist, von der die vollständig verbrannten Verbren nungsgase bei 27 in den hinteren Abschnitt 28 des Abgasrohres ausgelassen werden, das in die Auffangvorrichtung 19 führt.

In einem praktischen Beispiel, unter Verwendung einer Einrich tung der in Fig. 2 gezeigten Art mit einem Stahlverbrennungs ofen mit 2,5 cm dicken Wänden und 10 in Höhe und 2 in Durchmes ser, werden Munitionsgeschosse, die jeweils 5 kg wiegen, partienweise zerstört, wobei die einzelnen Phasen eines Betriebszyklus wie folgt dauern:

Abwurf eines Geschosses von der Doppelabdichtung 6 in die Kohleschicht 21:\|1 sec
Aufwärmen bis zur Explosion:	5-10 sec
Druckabbau durch Verbrennung und Abzug durch die Auslaßöffnung:	2-3 sec
Absetzen der aufgewühlten Kohle:	1-2 sec
Einführung eines neuen Geschosses in die Abdichtung 6:	1 sec.

Claims

1. Verfahren zur Zerstörung von Schadstoffen mit folgenden Schritten:

i) Bereitstellen eines druckbeständigen Verbrennungs ofens, der eine Kohleschicht enthält;
ii) Entzünden der Kohleschicht;
iii) partienweises Einbringen von Schadstoffen in den druckbeständigen Verbrennungsofen;
iv) Ermöglichen einer Verbrennung in dem Verbrennungs ofen;
v) Abziehen der Verbrennungsgase aus dem Verbrennungs ofen, Zufügen von Luft und Hervorrufen einer fortge setzten Verbrennung der Gase außerhalb des Ofens, um vollständig verbrannte Verbrennungsgase zu erzielen;
vi) Behandeln der vollständig verbrannten Verbrennungsga se, um Feststoffe und jegliche giftigen gasförmigen Bestandteile zu entfernen; und
vii) Ablassen einer verbleibenden umweltfreundlichen Gasmischung in die Atmosphäre.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem giftige Gase aus dem Verbrennungsgas durch Hindurchperlenlassen durch zumindest eine Absorptionslösung entfernt werden.

3. Vorrichtung zur Zerstörung von Schadstoffen mit:

i. einem Verbrennungsofen (1) mit oberen und unteren Enden (3, 4);
ii. einer Zuführeinrichtung (5) an dem oberen Ende (3) des Verbrennungsofens (1);
iii. einer Abzugseinrichtung (16) für die Verbrennungsgase im Bereich des oberen Endes (3) des Verbrennungsofens;
iv. einer Auslaßvorrichtung (12, 13) an dem unteren Ende (4) des Verbrennungsofens (1);
v. einer Gaszuführeinrichtung (15) im Bereich des unteren Endes (4) des Verbrennungsofens (1);
vi. einer Einrichtung zum Verarbeiten der Verbrennungs gase mit einem Rohr (17), dessen eines Ende mit der Abzugseinrichtung (16) für die Verbrennungsgase verbunden ist, und dessen anderes Ende mit einer Auffangvorrichtung (19) verbunden ist, die einen Feststoff/Gasseparator aufweist; und
vii. einer Einrichtung (20) zum Auslaß von Verbrennungsga sen aus der Auffangvorrichtung (19).

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der die Auffangvorrich tung (19) wenigstens ein Gefäß aufweist, das eine Absorptions lösung aufnimmt und Einrichtungen aufweist, um die Verbren nungsgase durch das Gefäß zu blasen.

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 oder 4, die Mittel zum Einblasen von Luft in das Rohr (17) der Verarbeitungseinheit für die Verbrennungsgase aufweist.

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 5, bei der das Rohr (26) der Verarbeitungseinrichtung für die Verbrennungsgase zumindest teilweise um die Außenseite des Ofens gewunden ist.

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 6, bei der die Zuführmittel durch eine Doppelglockenabdichtung (6) abgedichtet sind.

8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, bei der die Zuführeinrichtung eine Kühleinrichtung aufweist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, bei der die Kühleinrichtung eine Lufteinströmvorrichtung ist.

10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 9, bei der der Verbrennungsofen oberhalb eines Schmelzofens mit einem oberen Zuführdurchlaß so angeordnet ist, und daß die Auslaßvorrichtung (13) des Verbrennungsofens mit dem Zuführdurchlaß des Schmelzofens ausgerichtet ist.