DE69402866T2

DE69402866T2 - Verfahren zum inertiren von metallhaltigen produkten mittels eines plasmabrenners insbesondere schwermetalle und vorrichtung zum ausführen dies verfahrens

Info

Publication number: DE69402866T2
Application number: DE69402866T
Authority: DE
Inventors: Salvador Camacho; Didier Pineau
Original assignee: Europlasma SA
Current assignee: Europlasma SA
Priority date: 1993-07-28
Filing date: 1994-07-06
Publication date: 1997-11-27
Anticipated expiration: 2014-07-07
Also published as: FR2708217B1; EP0711254B1; ES2103601T3; AU7259294A; FR2708217A1; WO1995004004A1; EP0711254A1; DE69402866D1; ATE152084T1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zum Inertieren von Produkten durch Verglasung mit Hilfe eines Plasma-, insbesondere Lichtbogenbrenners, die Metalle, insbesondere Schwermetalle, enthalten und die zum Beispiel in Pulver- oder Teilchenform vorliegen, vorzugsweise von festen Reststoffen, die aus der Verbrennung von Haushalts-, Industrie-, Krankenhaus- und anderen Abfällen stammen.
Die Erfindung wird nachstehend in ihrer Anwendung auf die Inertierung von festen Reststoffen erläutert, welche aus der Hausmüllverbrennung stammen, und genauer auf Reststoffe, die aus fliegenden Verbrennungsrückständen, Verbrennungsrückständen unter dem Kessel sowie den aus der Entchlorung der fliegenden Verbrennungsrückstände stammenden Filterkuchen bestehen, jedoch kann das Verfahren der vorliegenden Erfindung auf die Inertierung anderer Arten von insbesondere pulver- oder teilchenförmigen Abfällen oder festen Reststoffen angewandt werden, welche Metalle, insbesondere Schwermetalle enthalten, sowie generell auf die Inertierung aller pulver- oder teilchenförmiger Produkte durch Verglasung, die keine Schwermetalle enthalten und die im Hinblick auf eine Wiederverwendung oder eine Aufbewahrung unter akzeptablen Sicherheitsbedingungen aufgefangen wurden.
Die von der Verbrennung herrührenden Reststoffe wie fliegende Verbrennungsrückstände, Verbrennungsrückstände unter dem Kessel und die oben erörterten Filterkuchen enthalten toxische Produkte, z.B. Schwermetalle wie Blei, Zink oder Cadmium, sowie leicht lösliche und durch das Niederschlagswasser mitführbare Metallsalze, die eine wichtige Verschmutzungsquelle von Solen und phreatischen Wassern darstellen. Ihre Anzahl ist so groß, daß sie ein besonderes Auffangbecken rechtfertigen.
Infolge der Kosten eines solchen Auffangbeckens und dem vorschriftsgemäßen Zwang zur Inertierung solcher Reststoffe wurde bereits eine Inertierung durch Verglasung vorgeschlagen.
Hierzu sind verschiedene Wege vorgeschlagen worden, um vorzugsweise Reststoffe der Aufbereitung von Hausmüllverbrennungsanlagen, REFIOM genannt, auf eine genügend hohe Temperatur im allgemeinen oberhalb von 1300ºC zu bringen, um sie zu verflüssigen und um einen Reststoff zu erhalten, der die toxischen Bestandteile bindet und der nach der Abkühlung eine feste amorphe Matrix darstellt.
Ein Verfahren dieser Art ist in der Patentschrift DE-A-40 35 049 beschrieben.
Die Verglasung liefert inerte Eigenschaften des festen Reststoffs, die den durch andere Verfahren gelieferten überlegen sind, und stellt gegenwärtig das einzige Verfahren dar, welches es ermöglicht, die neuesten Normen über extrahierte Wasser einzuhalten. Außerdem benötigt die Verglasung kein Auffangbecken für den Reststoff und ermöglicht eventuell dessen Wiederverwertung.
Die gegenwärtigen Verfahren zur Verglasung weisen jedoch Nachteile auf, insbesondere einen zum Erreichen der erforderlichen hohen Temperaturen erhöhten Energieverbrauch und eine bei einigen von ihnen zu verarbeitende umfangreiche Emission von gasförmigen Ausströmungen.
Zum Erreichen der zur Verglasung notwendigen hohen Temperaturen sind bislang der Elektrobrenner, der Oxidationsbrenner, die Induktion, der Lichtbogen und der Plasmabrenner mit angeströmtem oder übertragenem Lichtbogen verwendet worden.
Diese unterschiedlichen Verfahren haben sowohl Vor- als auch Nachteile.
Ohne im Detail auf die Vorzüge und die Schwachpunkte jeder Technik einzugehen, sei zur Verwendung eines Lichtbogenbrenners durch die vorliegende Erfindung erwähnt, daß Verfahren mit einem Plasmalichtbogen für eine kontrolliertere Energie in der Reaktionszone sorgen, was zur Zufuhr variabler Mengen unterschiedlicher Gase in den Brenner führt, so daß geeignete thermochemische Bedingungen erreichbar sind. Daraus ergibt sich eine große Anpassungs- und Verwendungsvielfalt, so daß von den thermochemischen Reaktionen stammende sekundäre Schadstoffemissionsursachen minimiert werden.
Die bestehenden Verfahren und Einrichtungen mit angeströmtem oder übertragenem Plasmalichtbogen sind hinsichtlich der Energiebilanz, der Behandlung der sekundären Schadstoffemission, vor allem der Ausgangsgase des Plasmaofens, und der Betriebskosten nicht völlig zufriedenstellend.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es präzise, diese Schwierigkeiten zu beseitigen, indem ein Verfahren zur Verglasung durch einen verbesserten Plasmaofen vorgeschlagen wird, das außerdem eine Optimierung der Durchführung der Inertierung, besonders der REFIOM, durch eine größere Anwendungsvielfalt und Anpassungsfähigkeit in Abhängigkeit von den Erfordernissen der Hausmüllverbrennungsvorrichtungen ermöglicht.
Hierzu betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Inertieren von Produkten, die Metalle, insbesondere Schwermetalle, enthalten, vorzugsweise von Reststoffen der Aufbereitung von Hausmüllverbrennungsabgasen, mittels eines Plasma-, insbesondere Lichtbogenbrenners, bei dem besagte Produkte in fester Form insbesondere pulver- oder teilchenförmig in einem Ofen mittels besagten Brenners verglast werden und die geschmolzenen Produkte kontinuierlich oder halbkontinuierlich im Maße ihrer Bildung zum Abkühlen abgeführt werden, wobei die aus der Reaktionszone stammenden Gase und Brüden aufgefangen und behandelt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner so betrieben wird, daß der Plasmabogen zwischen dem Schmelzbad der Produkte in besagtem Ofen und dem Brenner in einer Reaktionszone zwischen dem Plasma und den rohen, zu behandelnden Produkten unter permanentem Untergetauchtsein in der Masse roher Produkte aufrecht erhalten wird, indem der Ofen mit rohen Produkten kontinuierlich versorgt wird.
Vorzugsweise umfaßt die Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens eine oder mehrere in demselben Ofen angeordnete Brenner, die vertikal oder in einer gewissen Schrägstellung zur Vertikalen angeordnet sind, wobei die rohen, zu behandelnden Produkte, die in den Ofen im oberen Teil aufgegeben werden, unter Schwerkraft in diesem absinken, wobei der untere Teil des oder der Brenner permanent in besagte Produkte eingetaucht ist und die geschmolzenen Produkte des Schmelzbades durch Schwerkraft abfließen.
Vorzugsweise und zur Optimierung des Verfahrens analysiert man in Zeitintervallen die Art und Anteile der Bestandteile der zu behandelnden Produkte und bestimmt ausgehend von diesen Analysen die Art und Anteile verschiedener Additive, die den Produkten vor Einführung in den Ofen zum Verbessern der Zuführuno von rohen Produkten zur Reaktionszone, der Reaktionsbedingungen und der Bedingungen der Erzeugung und des Auffangens von in der Reaktionszone freigegebenen Gasen zugegeben werden.
Gemäß einem anderen Merkmal des Verfahrens der Erfindung werden ein oder mehrere gasförmige Additive im Hinblick z.B. auf eine Anreicherung des gasförmigen Milieus mit Sauerstoff und um ein besseres Auffangen der Metalle zu gewährleisten in den oder die Brenner oder an ihrem Ausgang zugeführt.
Die Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung zur Ausführung des oben beschriebenen Verfahrens, von dem nun eine Ausführungsform lediglich als Beispiel und in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben wird, von denen:
- Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Ofenanlage mit Lichtbogenbrenner in verdeckter Weise gemäß der Erfindung ist;
- Fig. 2 eine detailliertere Ansicht eines Ofens mit Plasmabrenner gemäß der Erfindung ist;
- Fig. 3 eine schematische Ansicht eines Ofens gemäß der Erfindung ist, der mit einem Plasmabrenner versehen ist, welcher mit einem nicht übertragenen Lichbogen arbeitet;
- Fig. 4 eine schematische Ansicht eines Ofens gemäß der Erfindung ist, welcher mit einem Plasmabrenner verbunden ist, der mit einem übertragenen Lichtbogen arbeitet;
- Fig. 5 eine schematische Ansicht eines Ofens mit mehreren Plasmabrennern ist, und
- Fig. 6 eine schematische Ansicht eines Ofens zum tiegellosen Schmelzen gemäß der Erfindung ist.
In Fig. 1 ist in allgemeiner Weise mit 1 ein Ofen gemäß der Erfindung dargestellt, in dem vertikal ein Plasmabogenbrenner 2 angeordnet ist.
Eine Ausführungsform eines solchen Ofens ist detaillierter in Fig. 2 dargestellt.
Der Ofen 1 wird durch ein Gestell 3 getragen und umfaßt eine metallische Hülle in drei übereinander gelagerten Abschnitten 4, 5 und 6, wobei die beiden unteren Abschnitte 4 und 5 durch zwei verschiedene Wasserkreisläufe gekühlt werden, symbolisiert durch 7 und 8, die mit jeweiligen Ein- und Ausgängen 9, 10 und 11, 12 ausgerüstet sind.
Im unteren Teil 4 des Ofens ist ein Tiegel aus feuerfestem Material angebracht, der aus drei Teilen besteht: Einem Gießteil 13 für geschmolzene Produkte, durchbohrt von einem Eingießloch 14; einem Schmelzsumpfreservoir 15 und einem ringförmigen Teil 16.
Unterhalb des Tiegels 13 bis 16 ist eine herkömmliche Absperreinrichtung 17 angebracht, einoefügt zwischen den Tiegel und einen Abschreckraum 18, der mit einer Transporteinrichtung 19 zum Hochheben der Verglasungsgranulate versehen ist. Das untere Ende der Transporteinrichtung 19 taucht in ein Abschreckwasser 20 ein, dessen Pegelstand im Raum 18 durch einen Wasserzustrom 21 aufrecht erhalten wird.
Die Transporteinrichtung 19 führt die Verglasung zu einem Transportband (nicht gezeigt) in Richtung eines Speichers 22 (Fig. 1).
In Fig. 2 ist schematisch mit 23 das flüssige Bad der geschmolzenen Produkte, mit 24 das durch den Brenner 2 erzeugte Plasma und mit 25 die Reaktionszone der rohen REFIOM unter der Wirkung des Plasmas des Brenners gezeigt, wobei diese Reaktionszone gemäß der Erfindung durch die Masse 26 der rohen REFIOM verdeckt ist, deren Pegelstand im Ofen durch 27 symbolisiert wird.
Die rohen REFIOM werden in den Ofen 1 durch ein Versorgungssystem gefördert, welches einen Vorratsbehälter 28, der einen Pufferspeicher bildet, und einen Satz 29 von Ablaufrinnen umfaßt, die durch Schwerkraft die Produkte einem den Brenner 2 umschließendem Überschiebrohr 30 zuführen.
Die Ablaufrinnen 29, z.B. drei an der Zahl, sind um das Überschiebrohr 30 herum regelmäßig verteilt, so daß die Produkte regelmäßig in Zwischenräumen zwischen dem Überschiebrohr 30 und dem Brenner 2 verteilt werden.
Die in der Reaktionszone freigegebenen Gase und Brüden werden im oberen Teil des Ofens 1 durch ein mit dem Überschiebrohr 30 koaxiales und dieses umschließendes Überschiebrohr 31 aufgefangen.
Auf dem Überschiebrohr 31 ist eine Rohrleitung 32 zur Abführung der Gase und Brüden zu einem Entstaubungszyklon 33 hin angebracht (Fig. 1).
Andererseits ist der Ofen außerhalb, rechts von seinem Mittelabschnitt 5, mit einer Einrichtung zur Erzeugung von Rütteln und Vibrationen in der Masse 26 der rohen REFIOM versehen, um deren Absinken unter Schwerkraft und ihr Absetzen zu erleichtern. Die Einrichtung 34 ist z.B. ein Ultraschallgenerator oder eine mechanische Unwuchteinrichtung. Der Ofen ist im Inneren, rechts von seinen unteren Abschnitten 4 und 5, mit Niveaudetektoren 35 des flüssigen Bades 23 und des Niveaus 27 der REFIOM versehen, z.B. vom Typ einer Gammasonde, die längs der inneren Seitenwand des Ofens in Stufen angeordnet sind.
Schließlich ist der Brenner 2 regelbar auf der Höhe des Tiegels 13 bis 16 oder in Entfernung angebracht. Hierzu wird der Brenner im Überschiebrohr 30 vertikal verschiebbar montiert und eventuell durch eine geeignete Einrichtung, z.B. ein hydraulisches, durch eine geeignete Steuereinrichtung gesteuertes Hebel system verteilt.
Der Vorratsbehälter 28 wird seinerseits von einer Speichereinheit 38 versorgt, die durch eine mit einem Ventil 40 versehene Rohrleitung 39 mit einem Mischer 41 verbunden ist, der durch eine mit einem Ventil 43 versehene Rohrleitung 42 mit besagtem Vorratsbehälter 28 verbunden ist.
Die in 38 gespeicherten REFIOM stammen aus einer Einheit 44 zur Behandlung von Brüden einer mit 45 bezeichneten Vorrichtung zur Hausmüllverbrennung.
Ein Analysator 46 der Bestandteile der REFIOM ist mit einem Speicher 38 verbunden, so daß eine Steuerung 47 das Ventil 40 und eine Vielzahl von Ventilen 48, die in die Rohrleitungen 49 eingefügt sind, welche den Mischer 41 mit einer Vielzahl von Einheiten 50 zur Speicherung/Zugabe von festen Additiven verbinden, steuert.
Der Plasmabrenner 2 kann vom Typ eines nicht übertragenen Lichtbogens sein, wie in Fig. 3 dargestellt, oder vom Typ eines übertragenen Lichtbogens, wie in Fig. 4 dargestellt, wobei beide Typen bekannt sind und keine detaillierte Beschreibung erfordern.
Der Brenner 2 in Fig. 3 ist ein z.B. vom im Dokument FR- 2,654,294 beschriebenen Typ und enthält im Inneren eines röhrenförmigen Körpers 51 eine Stromaufwärtselektrode oder Kathode 52 und eine Stromabwärtselektrode oder Anode 53, die durch elektrische Anschlüsse 54 bzw. 55 mit einer geeigneten elektrischen Versorgungsquelle 56 verbunden sind (Fig. 1).
Zwischen den Elektroden 52 und 53 und ihrem Träger sind Kühlkreise angeordnet, die durch einen Wassereintritt 57 und einen Wasseraustritt 58 mit einem Wärmetauscher 59 (Fig. 1) verbunden sind, von dem in 60 und 61 schematisch der Eintritt und der Austritt des primären Wassers dargestellt sind.
Bei 62 ist die Einsdüseinrichtung des plasmatischen Gases zwischen den beiden Elektroden dargestellt, wobei das Gas durch einen Eintritt 63 eingeleitet wird.
Das durch den Brenner 2 erzeugte Plasma ist mit 24 bezeichnet.
Fig. 4 zeigt einen Typ eines Brenners mit übertragenem Lichtbogen, der im Inneren eines röhrenförmigen Körpers 64 eine Stromaufwärtselektrode 52, die mit einer elektrischen Anschlußklemme 54 verbunden ist, einen mit einem Wassereintritt 57 und einem Wasseraustritt 58 verbundenen Kühlkreis und eine Eindüseinrichtung 65 von plasmatischem Gas, die mit einem Eintritt 63 des plasmatischen Gases verbunden ist, enthält.
Der Lichtbogen 24' des Brenners 2' wird zwischen der Elektrode 52 und dem Tiegel 15' erzeugt, der hierzu mit einer Rückstromelektrode 65, z.B. aus Graphit, verbunden ist, die elektrisch mit der Anschlußklemme 55 des Brenners 2' am elektrischen Versorgungskreis 56 verbunden ist. In Fig. 4 ist die Gießöffnung 14 des Tiegels 15', die andererseits ähnlich der in 13 bis 16 gezeigten aus Fig. 2 sein kann, nicht gezeigt.
Der Eintritt 63 für plasmatisches Gas des Brenners (2 oder 2') ist durch eine gemeinsame Rohrleitung 66 (Fig. 1) entweder mit einer Druckluftquelle 67 über ein Ventil 68 oder mit einer anderen Quelle plasmatischen Gases 69 über ein anderes Ventil 68 verbunden.
Ferner ist mit dem Brenner (2, 2') eine Ouelle von gasförmigen plasmatischen Additiven 70 über eine Rohrleitung 71 und ein Ventil 72 verbunden, wobei besagte Rohrleitung 71 (in den Fig. 3 und 4 symbolisch dargestellt) das gasförmige Additiv außerhalb des Körpers (51, 64) des Brenners zuleitet, um es am unteren Ende des Brenners in die Reaktionszone 25 einzuführen.
Unter erneutem Bezug wieder auf Fig. 1 ist ferner schematisch ein Zuführsystem von Kühlwasser für den Ofen und von Abschreckwasser gezeigt, welches einen Wassereintritt 73 und einen Wasseraustritt 74 umfaßt. Der Wassereintritt 73 ist durch einen Kühlwassereinführungskreis mit dem Ofen 1 und durch den mit seinem Ventil 76 versehenen Abschreckwasserkreis 21 mit dem Abschreckbehälter 18 verbunden (Fig. 2).
Der Rückstrom des Kühlwassers zum Austritt 74 erfolgt durch die Rohrleitungen 7.
Schließlich enthält der Zyklon 33 einen Ausgang 78 zur Rückgewinnung der festen Reststoffe, z.B. an den Enden der Rückführung, wohingegen die gasförmigen Reststoffe durch Rohrleitungen 79 zur Einheit zur Behandlung von Brüden abgeführt werden, die z.B. aus Elektrofiltern besteht.
Die Funktionsweise des Ofens ist folgendermaßen.
Die rohen REFIOM 26, mit denen eventuell, jedoch für den Großteil der Zeit, feste Additive vermischt sind, bilden permanent eine Gangmasse, welche die Reaktionszone 25 umhüllt, wo sich das Plasma (24, 24') des Brenners (2, 2') zwischen diesem und dem flüssigen Bad 23 der geschmolzenen Produkte befindet.
Die Masse 26 ist pulver- oder teilchenförmig und kann durch die aus der Reaktionszone stammenden Gase hindurchgeleitet und in den oberen Teil des Ofens überführt werden. Sie werden so im Kontakt mit der Masse 26 gekühlt, was es ermöglicht, ihre Temperatur vom Austritt zur Umgebung um 200ºC zu reduzieren.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens werden die zu behandelnden, in der Einheit 38 gespeicherten REFIOM, z.B. fliegende Verbrennungsrückstände, periodisch durch den Analysator 56 analysiert, und die Informationen der Analyse an eine (z.B. in die Steuereinheit 47 integrierte) Recheneinheit gegeben , welche in Abhängigkeit von vorbestimmten Kriterien und einem programmierten Ablauffolgend die Art und die Menge von jedem festen Additiv bestimmt, welches den fliegenden Verbrennungsrückständen hinzuzugeben ist, um die Effizienz des Verfahrens zu optimieren. Die Recheneinheit 47 steuert die Ventile 48 der Additivreservoire 50 so, daß sie mit Hilfe des Mischers 41 das oder die Additive unter besagte fliegende Verbrennungsrückstände mischt.
Die Mischung wird in einer Speichereinheit gespeichert, die aus einem Vorratsbehälter 28 zur kontinuierlichen Einführung von Produkten über die Ablaufrinnen in den oberen Teil des Ofens 1 besteht.
Unterschiedliche Additive können gemäß der Erfindung verwendet werden, um z.B. den energetischen Wirkungskreis zu verbessern, den Einfang oder die Aufnahme toxischer Materialien in die erhaltene Verglasung zu verbessern und um auf spezielle Vorschriften der Verglasung in Abhängigkeit von ihrer späteren Verwendung zu reagieren.
Die Verwendung der festen Additive ermöglicht eine Variation verschiedener Parameter wie Viskosität, elektrische Leitfähigkeit und chemische Reaktivität Additive wie z.B. pulverförmige Kohle können für eine bessere Fluidität der Mischung unter Erleichterung ihres Fließens im Inneren des Ofens und zur Homogenisierung der zu inertierenden Reststoffe in der Masse 26 zugegeben werden.
Andere Additive wie Flußmittel, z.B. Magnesiumoxid, können zur Herabsetzung des Schmelzpunkts der Mischung hinzugegeben werden.
Andere Additive oxidierender Art haben die Eigenschaft, spezifische chemische Reaktionen für die aufzufangenden Metalle zu schaffen und die Masse 26 für die aus der Reaktionszone stammenden Gase durchlässiger zu machen, so daß ein homogenerer Durchgang der Masse 26 für die besagten Gase erreicht wird.
Die Menge der zugegebenen Additive liegt ungefähr im Bereich von 0 bis 5 Gew.% der fliegenden Verbrennungsrückstände oder anderer zu inertierender Produkte.
Entsprechend dem Ablauf des Schmelzvorgangs wird das flüssige Bad 23 wiederhergestellt und von Zeit zu Zeit teilweise durch die Schwerkraft über die Ausflußöffnung 14 abgeführt, indem die Absperreinrichtung 17 geöffnet wird. Das Bad 23 stellt sich ständig wieder her.
Die fliegenden Verbrennungsrückstände des Gemischs 26 schmelzen in dem Maße, wie sie die Reaktionszone 25 erreichen, und kehren durch Rieseln zum Bad 23 zurück, so daß die Gase quer durch das rohe Gemisch 26 ausströmen, wobei sie ihm den größten Teil ihrer thermischen Energie übertragen. Hieraus ergibt sich einerseits eine Verbesserung der Energiebilanz und andererseits ein teilweiser Schutz der aus der Reaktionszone stammenden Gase infolge der Kondensation auf die rohen Produkte 26 des verdampften Teils der toxischen flüchtigen Substanzen.
Die von dem flüssigen Bad 23 erreichte Temperatur ist beispielsweise von der Größenordnung von 1300ºC.
Die Höhenposition des Brenners (2, 2') im Ofen ist über einen durch die Steuereinrichtung 37 gesteuerten Heber 36 einstellbar. Die Position des Brenners wird besonders beim Anfahrvorgang des Ofens verändert, um den Abstand zwischen dem Brenner und dem Tiegel (13 bis 16) zu reduzieren.
In dem Maße, wie sich das flüssige Bad aufbaut, wird der Brenner vom Tiegel entfernt, wobei die Steuerung des Hebers 36 dank Gammasonden 35 von unterschiedlichen Parametern, besonders dem Niveau des Bades 23 und der zu behandelnden Produkte (26, 27) ausgehend, durchgeführt wird.
Die Tatsache, daß das Plasma (24, 24') des Brenners (2, 2') permanent von den im übrigen hitzebeständigen Produkten verdeckt wird, ermöglicht es, die Verwendung von hitzebeständigen Abdeckungen, die kostspielig und brüchig sind, bei der Bildung des exponierten Ofenmantels zu vermeiden.
Der Ofen 1 kann also eine metallische Hülle (4, 5, 6) enthalten, die einfach mit Wasser gekühlt wird. Dank der unabhängigen Wasserkreisläufe (9, 10; 11, 12) kann der untere Teil 4 des Ofens intensiver als der mittlere Teil 5 gekühlt werden.
Es ist nicht erforderlich, daß der Tiegel metallisch ist.
In dem Abschreckbehälter 18 verläuft die schnelle Abschreckung mit Wasser. Die vom Tiegel abfallenden flüssigen Schmelzprodukte erhärten zu Granulaten, die auf die Transporteinrichtung 19 fallen und durch letztere abgeführt werden.
Das verglaste Produkt in körniger Form wird in der Einheit 22 gespeichert. Es kann in gewöhnlichen Abfall gegeben oder besser z.B. als Schüttungsmaterial für Straßen wiederverwertet werden.
Gemäß einer Variante können die besagten flüssigen Schmelzprodukte in gekühlte Blockformen geleitet werden, die so geformt sind, daß direkt wiederverwertbare Objekte wie Ziegel, Blumentöpfe, etc. erhalten werden.
Die im oberen Teil des Ofens rückgewonnenen Gase und Brüden werden durch die Rohrleitung 32 über den Zyklon 33 zu den Enden der Rückgewinnung der festen Reststoffe ibei 78 geleitet, wobei die gasförmigen Reststoffe über die Rückleitung 79 zur Einheit zur Behandlung von Brüden 44 der Verbrennungsvorrichtung abgeführt werden.
Gasförmige oder plasmatische Additive können gemäß der Erfindung vorzugsweise dem Brenner 2, 2' zugeführt werden, entweder unter Einführung in das Innere des Brenners über den Eingang 63 von der Quelle 69 aus, oder unter Einführung in die Reaktionszone 25 über die Rohrleitung 71 von der Quelle 70 aus. Diese Additive haben vor allem den Zweck, einen besseren Einfang der Metalle zu gewährleisten und die Energieübertragung zu verbessern.
Die gasförmigen oder plasmatischen Additive sind im allgemeinen Oxidationsmittel, um den Einfang von Metallen zu erleichtern. Andere Gase können verwendet, um ansonsten den Energieübertrag zu verbessern.
Gemäß einer in Fig. 5 schematisch gezeigten Variante, kann der gleiche Ofen 1' mehrere, vorzugsweise identische Brenner 2 enthalten, die bezüglich der Vertikalen und in Richtung des Tiegels 15' leicht geneigt sind. So können zwei symmetrisch oder nicht symmetrisch angeordnete Brenner oder auch drei gegeneinander um 120º versetzte Brenner vorgesehen sein. Die Plasmen (24) der Brenner 2 bilden eine gemeinsame Reaktionszone 25 in der Masse der zu behandelnden Produkte 26, welche die unteren Enden der Brenner verdeckt.
Die besagten Produkte können mit Mitteln, die zu den in Fig. 2 gezeigten (29, 30) analog sind, in den Ofen 1' (Pfeil 80) geleitet werden. Ebenso können die aus der Reaktionszone (Pfeil 81) stammenden Gase und Brüden durch Mittel, die zu den in besagter Fig. 2 gezeigten (31, 32) analog sind, extrahiert werden.
Die Brenner 2 sind vorzugsweise in ihrem Abstand in bezug auf den Tiegel 15' einstellbar.
Schließlich zeigt Fig. 6 schematisch eine andere Variante des Ofens gemäß der Erfindung, bezeichnet als Ofen mit einem Auto-Tiegel 1", in dem sich das flüssige Bad 23 auf dem Boden des durch das Plasma 24 des Brenners 2 gebildeten Reaktionsraums 25, in der Masse der zu behandelnden Produkte 26 aufbaut. Dieser Raum 25 bildet so einen Tiegel, mit Ausnahme des zentralen Abschnitts, der aus einem Gießteil 15" aus hitzebeständigem Material besteht, welches mit einer Ausflußöffnung 14 für die flüssigen Produkte 23 durchbohrt ist.
Die Wand des Ofens 1" ist selbstverständlich so geformt, daß sie in ihrem unteren Bereich ein Reservoir von zu behandelnden Produkten 26 bildet, das zur Ermöglichung der Bildung eines Auto-Tiegels (82) ausreicht. An dem Gießteil 15" ist eine Absperreinrichtung 17 angebracht. Die Wand des Ofens 1" ist vorzugsweise gekühlt und besteht aus Abschnitten wie beim Ofen 1 aus Fig. 2.
Der Brenner 2 ist ebenfalls vorzugsweise in seiner Entfernung in Bezug auf das Gießteil 15" einstellbar.
Die Innenwand des Ofens 1 ist vorzugsweise so geneigt, daß sich der Durchmesser in dem Maße vergrößert, wie sich der Tiegel mindestens bis zur Höhe (27) der rohen Produkte 26 entfernt. So vergrößert sich der Durchtrittsquerschnitt unter Erhöhung der Masse der rohen Produkte 26 in dem Maße, wie die aus der Reaktionszone stammenden Gase hindurchströmen, was einen Gasaustritt am oberen Teil des Ofens und einer Abführung unter weniger turbulenten Bedingungen bei Vermeidung eines Mitreißens von festen Teilchen nach sich zieht.
Schließlich ist die Erfindung selbstverständlich nicht auf die oben gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern deckt im Gegenteil alle Varianten ab, besonders was die Änderung und die Funktionsweise des oder der Brenner 2, 2', die Formen, Abmessungen und Anordnung des Ofens (1, 1', 1"), die Mittel und die Bedingungen der Erhärtung durch Abschreckung mit Wasser oder mit Luft, und die flüssigen Schmelzprodukte (23) betrifft.

Claims

1. Verfahren zum Inertieren von Produkten, die Metalle, insbesondere Schwermetalle, enthalten, vorzugsweise von Reststoffen der Aufbereitung von Hausmüllverbrennungsabgasen, mittels eines Plasma-, insbesondere Lichtbogenbrenners (2), bei dem besagte Produkte in fester Form insbesondere pulver- oder teilchenförmig in einem Ofen (1) mittels besagten Brenners verglast werden und die geschmolzenen Produkte kontinuierlich oder halbkontinuierlich im Maße ihrer Bildung zum Abkühlen abgeführt werden, wobei die aus der Reaktionszone stammenden Gase und Brüden aufgefangen und behandelt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner (2) so betrieben wird, daß der Plasmabogen zwischen dem Schmelzbad (23) der Produkte in besagtem Ofen (1) und dem Brenner (2) in einer Reaktionszone (25) zwischen dem Plasma und den rohen, zu behandelnden Produkten (26) unter permanentem Untergetauchtsein in der Masse roher Produkte (26) aufrecht erhalten wird, indem der Ofen mit rohen Produkten kontinuierlich versorgt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner (2) vertikal in dem Ofen (1) angeordnet ist, die rohen, zu behandelnden Produkte, die in den Ofen im oberen Teil aufgegeben werden, unter Schwerkraft in diesem absinken, wobei der unter Teil des Brenners permanent in besagte Produkte (26) eingetaucht ist und die geschmolzenen Produkte des Schmelzbades (23) durch Schwerkraft abfließen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man in Zeitintervallen die Art und Anteile der Bestandteile der zu behandelnden Produkte analysiert und ausgehend von diesen Analysen die Art und Anteile verschiedener fester Additive bestimmt, die den Produkten vor Einfihrung in den Ofen (1) zum Verbessern der Zuführung von Produkten zur Reaktionszone (25), der Schmelzbedingungen und der Bedingungen der Erzeugung und des Auffangens von in der Reaktionszone freigegebenen Gasen zugegeben werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das zugegebene Additiv ein pulverförmiges Produkt derart ist, daß es der in den Ofen (1) eingegebenen Mischung eine verbesserte Fließfähigkeit, ein besseres Gleiten im Inneren des Ofens (1) und eine bessere Homogenität verleiht.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Additiv ein Produkt, etwa ein Flußmittel ist, das dazu bestimmt ist, die Schmelzpunkttemperatur der Mischung zu vermindern.

6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Additiv ein Produkt vom Typ eines Oxidationsmittels ist, das dazu bestimmt ist, spezifische chemische Reaktionen mit den einzufangenden Metallen zu bewirken und die Masse der zu behandelnden Produkte (26) für in der Reaktionszone erzeugte Gase durchlässiger zu machen.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge an zugegebenen Additiven in der Größenordnung von 0 bis 5 Gew.-% der zu inertierenden Produkte ist.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere gasförmige Additive in den oder am Ausgang des Brenners (2) eingeführt werden.

9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß den Ansprüchen 1 und 2, umfassend

- einen Ofen (1, 1', 1"), der in seinem unteren Bereich einen mit einer Ausflußöffnung (14) für das flüssige Schmelzbad (23) versehenen Tiegel (13 bis 16) bildet,

- wenigstens einen Plasmabogenbrenner (2, 2'), der in dem Ofen zum Erzeugen und Unterhalten eines Plasmas (24, 24') zwischen besagtem Brenner und besagtem Tiegel derart angordnet ist, daß der untere Teil des Brenners in der Masse der zu behandelnden Produkte (26) einge taucht ist,

- Mittel (29, 30) zum kontinuierlichen Beschicken des Ofens (1) mit zu behandelnden Produkten,

- Mittel (31, 32) zum Abführen von in der Reaktionszone erzeugten Gasen und Brüden,

- Mittel (7, 8) zum Kühlen wenigstens eines Teils des Ofens (1) und

- Mittel (18, 19) zum Verfestigen von flüssiaen aus besagtem Tiegel entfernten Produkten, die sich unter letzterem befinden.

10. Vorichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper des Ofens (1) aus mehreren Abschnitten (4, 5, 6) gebildet ist, die unabhängig voneinander gekühlt sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Tiegel (13 bis 16) die gesamte Bodenfläche des Ofens (1) einnimmt und mit einer Einrichtung (17) zum Absperren der Ausflußöffnung (14) besagten Tiegels versehen ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Tiegel teils durch die Masse von zu behandelnden Produkten (26) und teils durch ein Gießteil (15") gebildet wird, dem eine Absperreinrichtung (17) zugeordnet ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Ofen (1') umfaßt, der mit mehreren, in Richtung auf den Tiegel (15') des Ofens gerichteten Brennern (2) versehen ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwandung des Ofens (1) mit in verschiedenen Höhen in bezug auf den Tiegel (13 bis 16) angeordneten Niveaudetektoren (35) versehen ist, die zum Detektieren des Niveaus (27) zu behandelnder Produkte (26) in dem Ofen und/oder des Niveaus des flüssigen Bades (23) ausgebildet sind.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Ofen (1) mit einer Einrichtung (34) versehen ist, die geeignet ist, ein Rütteln in der Masse zu behandelnder, im Ofen (1) befindlicher Produkte (26) zu erzeugen.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Beschickungseinrichtung (28, 29, 38 bis 43) für zu behandelnde Produkte umfaßt, in der ein Mischer (41), verbunden mit einer Vielzahl von Zugabeeinrichtungen (48, 50) für feste Additive, unter der Steuerung einer Rechen- und Steuereinheit (47), die mit einem Analysator (46) für zu behandelnde Produkte verbunden ist, angeordnet ist.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner (2, 2') mit mehreren Einrichtungen (68, 69; 70 bis 72) zum wahlweisen Einführen von gasförmigen oder plasmatischen Additiven ins Innere des Brenners oder an sein Ende verbunden ist.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner (2, 2') in seiner Entfernung in bezug auf den Tiegel (15, 15' 15") einstellbar montiert ist.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Ofen eine geneigte Innenwandung derart aufweist, daß der Durchgangsquerschnitt der aus der Reaktionszone (25) in die Masse von zu behandelnden Produkten (26) abgegebenen Gase sich in dem Maße vergrößert, wie besagte Gase besagte Produkte durchströmen

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß sie zudem einen Rekuperationskreis (31, 32) im oberen Teil des Ofens (1) für aus der Reaktonszone stammnde Gase und Briden umfaßt, der einen Entstaubungszyklon (33) umfaßt, der mit einer Einheit (44) zur Behandlung von Brüden verbunden ist.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschickung von zu behandelnden Produkten im Ofen (1) und die Abführung von aus der Reaktionszone stammenden Gasen und Brüden durch konzentrische Leitungen (30, 31) zum Zweck der homogenen Verteilung besagter Produkte und homogenen Abführung besagter Gase und Brüden vorgenommen wird.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die besagten Verfestigungsmittel Abschreckmittel (20) sind, die die flüssigen Schmelzprodukte in glasiges Granulat verwandeln.

23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die besagten Verfestigungsmittel gekühlte Kokillen geeigneter Form für die zu erhaltenden Objekte sind.

24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Brenner (2) von einem Typ sind, der mit nicht übertragenem Lichtbogen arbeitet.

25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Brenner (2') von einem Tpy sind, der mit übertragenem Lichtbogen arbeitet.