DE4439150A1

DE4439150A1 - Cathodic burning technique for destruction of gaseous pollutants

Info

Publication number: DE4439150A1
Application number: DE19944439150
Authority: DE
Inventors: Burkhard Prof Dr Juettner; Wilfred Dipl Ing Loeffler; Christian Dr Ing Weber
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-11-03
Filing date: 1994-11-03
Publication date: 1996-05-09

Abstract

Process for destroying gaseous pollutants consists of using a cathodic burning technique.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Zerstörung gasförmiger Schadstoffe, wie sie bei der Müll- und Sonderabfallverbrennung, der Umweltsanierung und bei vielen anderen industriellen Prozessen anfallen.The invention relates to a method and a device for the destruction of gaseous Pollutants, such as those in waste and hazardous waste incineration, environmental remediation and occur in many other industrial processes.

Es ist bekannt, daß dabei unterschiedliche, zum Teil stark toxische, Schadstoffe wie halogenierte Kohlenwasserstoffe, Dioxine und Furane entstehen. Mit aufwendigen und komplizierten Verfahren wird versucht, diese Schadstoffe zu beseitigen. Das Prinzip der meisten Verfahren beruht auf der Verbrennung der Schadstoffe, die sowohl unter Anwesenheit (Thermolyse) als auch Abwesenheit (Pyrolyse) von Sauerstoff erfolgen kann. So wird zum Beispiel in der DE-PS 34 27 719 ein Verbrennungsofen für hoch giftige Abfälle beschrieben. Andere Verfahren benutzen UV-Licht (DE-OS 40 01 305), hochfrequente elektrische Felder (DE-PS 41 32 955), einen Plasmastrahl (DE-PS 32 24 328) oder auch einen Laser (DE-OS 34 00 776).It is known that different, sometimes highly toxic, pollutants such as Halogenated hydrocarbons, dioxins and furans are formed. With elaborate and complicated procedures are attempted to remove these pollutants. The principle of Most of the process relies on the combustion of the pollutants, which are both under Presence (thermolysis) and absence (pyrolysis) of oxygen take place can. For example, in DE-PS 34 27 719 a combustion furnace for high toxic waste described. Other processes use UV light (DE-OS 40 01 305), high-frequency electric fields (DE-PS 41 32 955), a plasma beam (DE-PS 32 24 328) or a laser (DE-OS 34 00 776).

All diesen Verfahren ist gemeinsam nachteilig, daß sie einen sehr hohen Energieein satz zur Beseitigung der Schadstoffe erfordern und zudem keine vollständige Schad stoffzerstörung erreichen. Außerdem sind die Verbrennungsprozesse oft mit einer Schadstoffneubildung verbunden. Teilweise entstehen bei den Verfahren schadstoff belastete Abfälle, die gesondert aufbereitet oder deponiert werden müssen.All of these methods have the disadvantage that they have a very high energy Require removal of pollutants and also no complete harm achieve material destruction. In addition, the combustion processes are often with one Pollutant formation linked. Some of the processes produce pollutants contaminated waste that has to be prepared or landfilled separately.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzuge ben, die im Vergleich zu den bisher bekannten mit wesentlich geringerem Energieauf wand eine vollständige Schadstoffzerstörung erlaubt.The invention has for its object to provide a method and an apparatus ben, the compared to the previously known with much less energy wall allowed complete pollution destruction.

Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren nach einem völlig neuen Wirkprinzip gemäß Anspruch 1 und durch eine Vorrichtung nach Anspruch 2.This task is solved by a process based on a completely new active principle according to claim 1 and by a device according to claim 2.

Verfahrensgemäß werden die gasförmigen Schadstoffe auf der Oberfläche einer adsor bierenden Kathode angelagert, die sich in einem vorzugsweise evakuierten Gefäß befin det. Die zur Zerstörung der Schadstoffe notwendigen kathodischen Brennflecke werden nun mittels der Stromversorgungseinheit erzeugt.According to the process, the gaseous pollutants are on the surface of an adsor the cathode attached, which is located in a preferably evacuated vessel det. The cathodic focal spots necessary to destroy the pollutants become now generated by means of the power supply unit.

Kathodischen Brennflecke haben Eigenschaften, die sie für das Verfahren prädesti nieren. Sie heizen auf eng begrenztem Raum (100 µm Durchmesser, bis in 10 µm Tiefe) in Zeiten von einigen Mikrosekunden die Kathodenoberfläche über 3 000°C auf und bewegen sich auf ihr mit einer Maximalgeschwindigkeit von 1 000 m/s so, daß die gesamte Oberfläche erfaßt wird. Zusätzlich ist die Kathodenoberfläche einem sehr intensiven Ionenbeschuß aus dem Brennfleckplasma unterworfen (Energie 10 . . . 20 eV, Ionenstromdichte bis 10¹¹ A/m²). Somit sind die an der Kathodenoberfläche adsorbier ten Schadstoffmoleküle einer derart hohen Energie ausgesetzt, daß jegliche chemische Bindung aufgebrochen wird. Die elementaren Crackprodukte expandieren mit dem Plasma ins Gefäß und werden aufgefangen. Kathodische Brennflecke existieren bereits bei Strömen oberhalb von 1A und benötigen eine Spannung von nur einigen 10 V. Folglich erfordert das vorgeschlagene Verfahren einen minimalen Energieeintrag. Für spezifische Anwendungen zur Vernichtung ausgewählter Schadstoffe kann es sinnvoll sein, an Stelle des Vakuums eine Gasatmosphäre zu verwenden. Beim Einsatz des Verfahrens in Verbrennungsanlagen für die Abfallbeseitigung ist zudem eine wesentliche Reduzierung der Ofentemperaturen möglich, weil die gasförmigen Schadstoffe nicht mehr zusammen mit dem Verbrennungsgut zerstört werden müssen.Cathodic focal spots have properties that make them ideal for the procedure kidneys. They heat in a confined space (100 µm diameter, down to 10 µm depth) in times of a few microseconds the cathode surface over 3,000 ° C on and move on it at a maximum speed of 1 000 m / s so that the entire surface is covered. In addition, the cathode surface is very nice subjected to intense ion bombardment from the focal spot plasma (energy 10... 20 eV, Ion current density up to 10 11 A / m²). Thus, they are adsorbed on the cathode surface ten pollutant molecules exposed to such high energy that any chemical Bond is broken. The elementary crack products expand with that Plasma into the vessel and are collected. Cathodic focal spots already exist at currents above 1A and require a voltage of only a few 10 V. Consequently, the proposed method requires minimal energy input. It can be used for specific applications to destroy selected pollutants it makes sense to use a gas atmosphere instead of the vacuum. When using the process in incinerators for waste disposal is also one significant reduction in furnace temperatures possible because of the gaseous Pollutants no longer have to be destroyed together with the combustion material.

Eine weitere technologische Ausgestaltung des Verfahrens besteht darin, die Schadstof fe an ein elektrisch leitfähiges Adsorbens zu binden und dieses in das Gefäß als Kathode einzubringen (diskontinuierliche Arbeitsweise).Another technological design of the process is the pollutant fe to bind to an electrically conductive adsorbent and this into the vessel as a cathode to be introduced (discontinuous mode of operation).

Die erfindungsgemäße Vorrichtung nach Anspruch 2 wird anhand des folgenden Aus führungsbeispiels beschrieben (Figur).The inventive device according to claim 2 is based on the following leadership example described (Figure).

Ein Gefäß (3) besitzt eine Schadstoffzuführung (7) und ist mit einer Evakuierungsein richtung (6) verbunden. Im Gefäß (3) stehen sich eine Anode (2) und eine schadstoff adsorbierende Kathode (1), die vorzugsweise aus Graphit besteht, im Abstand von einigen Millimetern gegenüber. Kathode (1) und Anode (2) sind mit einer Stromversor gungseinrichtung (4) elektrisch verbunden. Diese besteht zweckmäßigerweise aus einer Kondensatorbatterie ausreichender Kapazität und einer Aufladeeinrichtung. Nach Evakuierung auf einen Druck p < 10^-2 Pa und Zuschalten des Stromes entstehen die kathodischen Brennflecke. Für den Fall eines diskontinuierlichen Betriebes ist das Gefäß (3) mit einer verschließbaren Beschickungsöffnung (5) versehen.A vessel ( 3 ) has a pollutant supply ( 7 ) and is connected to an evacuation device ( 6 ). In the vessel ( 3 ) an anode ( 2 ) and a pollutant adsorbing cathode ( 1 ), which preferably consists of graphite, face each other at a distance of a few millimeters. The cathode ( 1 ) and anode ( 2 ) are electrically connected to a power supply device ( 4 ). This expediently consists of a capacitor bank of sufficient capacity and a charging device. After evacuation to a pressure p <10 ^-2 Pa and switching on the current, the cathodic focal spots arise. In the case of discontinuous operation, the vessel ( 3 ) is provided with a closable loading opening ( 5 ).

Die Vorrichtung läßt sich unter Ausnutzung der vorteilhaften Parameter des Verfahrens nach Anspruch 1 besonders klein und energiesparend gestalten. Es ist naheliegend, durch Kaskadierung und/oder Vergrößerung der Vorrichtung die Einsatzmöglichkeiten zu erweitern.The device can be exploited using the advantageous parameters of the method design according to claim 1 particularly small and energy-saving. It is obvious, by cascading and / or increasing the size of the device to expand.

Claims

1. A process for the destruction of gaseous pollutants, characterized by a process step in which the pollutant is destroyed by means of cathodic focal spots.

2. Device for performing the method according to claim 1, characterized by a pollutant-adsorbing cathode ( 1 ) and an anode ( 2 ) which are arranged in a vessel ( 3 ) so that cathodic focal spots can be generated with a power supply unit ( 4 ).