DE4308490C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Zerstörung von Schadstoffen - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Zerstörung von SchadstoffenInfo
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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 schäd
liche Verbrennungsprodukte erzeugen, zu verbrennen oder zu
sprengen. Derartige Materialien, von denen Munition, Spreng
stoffe und Chemikalien txpische Beispiele sind, werden nach
stehend mit dem Sammelbegriff "Schadstoffe" bezeichnet. Des
weiteren wird nachstehend der Begriff "Verbrennung" auch für
Explosionen verwendet.
Durch die Erfindung wird ein Verfahren zur Zerstörung schäd
licher Substanzen bereitgestellt, das durch die folgenden
Schritte gekennzeichnet ist:
- a) Erzeugung einer brennenden oder schwelenden Kohleschicht in einem druckbeständigen Verbrennungsofen,
- b) partienweises Einbringen der aufzuarbeitenden Schadstof fe über eine Zuführeinrichtung in das Innere des druck beständigen Verbrennungsofens,
- c) Abziehen der Verbrennungsgase aus dem Verbrennungsofen,
- d) Zumischen von Luft zu den Verbrennungsgasen,
- e) Nachverbrennung der mit Luft versetzten Verbrennungsgase außerhalb des Verbrennungsofens bis zur vollständigen Verbrennung der Verbrennungsgase,
- f) Entfernung von Feststoffen und giftigen, gasförmigen Be standteilen aus den vollständig verbrannten Verbren nungsgasen und
- g) Ablassen der erhaltenen, 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 Vorrichtung
zur Zerstörung von Schadstoffen bereit, mit:
- a) einen Verbrennungsofen mit oberen und unteren Enden;
- b) einer Zuführeinrichtung an dem oberen Ende des Verbren nungsofens;
- c) einer Abzugseinrichtung für die Verbrennungsgase im Bereich des oberen Endes des Verbrennungsofens;
- d) einer Auslaßvorrichtung an dem unteren Ende des Verbren nungsofens;
- e) einer Gaszuführeinrichtung im Bereich des unteren Endes des Verbrennungsofens;
- f) 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
- g) 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 am 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 m 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 m Höhe und 2 m 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 |
Einführen eines neuen Geschosses in die Abdichtung 6: | 1 sec |
Claims (10)
1. Verfahren zur Zerstörung von Schadstoffen, das durch die
folgenden Verfahrensschritte gekennzeichnet ist:
- a) Erzeugung einer brennenden oder schwelenden Kohleschicht in einem druckbeständigen Verbrennungsofen,
- b) partienweises Einbringen der aufzuarbeitenden Schadstoffe über eine Zuführeinrichtung in das Innere des druckbeständigen Verbrennungsofens,
- c) Abziehen der Verbrennungsgase aus dem Verbrennungsofen,
- d) Zumischen von Luft zu den Verbrennungsgasen,
- e) Nachverbrennung der mit Luft versetzten Verbrennungsgase außerhalb des Verbrennungsofens bis zur vollständigen Verbrennung der Verbrennungsgase,
- f) Entfernung von Feststoffen und giftigen, gasförmigen Bestandteilen aus den vollständig verbrannten Verbren nungsgasen und
- g) Ablassen der erhaltenen, umweltfreundlichen Gasmischung in die Atmosphäre.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
giftige gasförmige Bestandteile beim Hindurchperlen durch zu
mindest eine Absorptionslösung aus dem Verbrennungsgas ent
fernt werden.
3. Vorrichtung zur Zerstörung von Schadstoffen mit:
- a) einem Verbrennungsofen (1) mit oberen und unteren Enden (3, 4);
- b) einer Zuführeinrichtung (5) an dem oberen Ende (3) des Verbrennungsofens (1);
- c) einer Abzugseinrichtung (16) für die Verbrennungsgase im Bereich des oberen Endes (3) des Verbrennungsofens;
- d) einer Auslaßvorrichtung (12, 13) an dem unteren Ende (4) des Verbrennungsofens (1);
- e) einer Gaszuführeinrichtung (15) im Bereich des unteren Endes (4) des Verbrennungsofens (1);
- f) 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
- g) 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, daß die
Auslaßvorrichtung (13) des Verbrennungsofens mit dem
Zuführdurchlaß des Schmelzofens ausgerichtet ist.
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