DE69923986T2

DE69923986T2 - Ofen zur thermischen zersetzung von abgas

Info

Publication number: DE69923986T2
Application number: DE69923986T
Authority: DE
Inventors: Hiroyuki Takahashi; Kiyoe Takahashi
Original assignee: Kyowa Co Ltd
Current assignee: Kyowa Co Ltd
Priority date: 1998-09-03
Filing date: 1999-09-02
Publication date: 2006-04-06
Anticipated expiration: 2019-09-03
Also published as: CN1121255C; WO2000013769A1; EP1118372B1; EP1118372A4; KR20010034616A; ATE289858T1; US6645440B1; AU5447699A; TW463025B; KR100407358B1; EP1118372A1; AU747908B2; DE69923986D1; CN1297369A; JP3738894B2; HK1037560A1

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft Thermolyseöfen zum Erhitzen von Abgasen, die erzeugt werden, wenn allgemeine Abfälle wie etwa Harz und Papier, Industrie- und Medizinabfälle sowie Erdöle, Altöle und petrochemische Substanzen verbrannt werden, auf hohe Temperaturen, um schädliche Substanzen, die in den Abgasen enthalten sind, thermisch zu zerlegen, um sie unschädlich zu machen.
STAND DER TECHNIK
In Abfallverarbeitungseinrichtungen und -fabriken werden große Mengen verschiedener Arten von Abfällen/Erdölen, Altölen und petrochemischen Substanzen verbrannt. Die Abgase und der Rauch, die zu dieser Zeit erzeugt werden, enthalten schädliche Substanzen wie etwa Rußstaub, Kohlendioxid, Chlorverbindungen wie etwa Chlorwasserstoff, Stickstoffverbindungen wie etwa NO_x und Dioxin, die sich nachteilig auf ihre Umgebungen und auf menschliche Körper auswirken. Somit werden die Inhalte schädlicher Substanzen des Abgases und Rauchs global gesteuert. Da Dioxin eine sehr hohe Toxizität besitzt und sich lange Zeit nachteilig auf menschliche Körper auswirkt, wird seine Entleerung besonders streng gesteuert.
In allgemeinen Abfallverarbeitungseinrichtungen und -fabriken werden für Verbrennungszwecke Verbrennungsöfen des Typs, die den Abfällen und petrochemischen Substanzen Luft zuführen und sie verbrennen, so genannte natürliche Verbrennungsöfen, verwendet. Diese natürlichen Verbrennungsöfen verbrennen Abfälle, wobei ihre Verbrennungstemperaturen niedrig, z. B. 300–500°C, sind, wobei die Erzeugung von Dioxin nicht völlig vermieden werden kann.
Um die Steuerung der Dioxinentleerung zu erfüllen, werden hauptsächlich die folgenden Maßnahmen ergriffen:

(1) Abfälle, die kein Dioxin erzeugen, werden von jenen getrennt, die Dioxin erzeugen, wobei lediglich diejenigen Abfälle verbrannt werden, die kein Dioxin erzeugen;
(2) an dem Verbrennungsofen wird eine Vorrichtung zum Entfernen oder Zerlegen des Dioxins angebracht, das in den von einem Verbrennungsofen entleerten Abgasen enthalten ist; und
(3) es werden Verbrennungsöfen verwendet, die die Abfälle bei hohen Temperaturen (von etwa 800°C) verbrennen, wo Dioxin schwer herzustellen ist.

Allerdings besteht bei dem Verfahren (1) das Problem, dass zum Trennen der Abfälle sehr viel Zeit und beträchtliche Kosten erforderlich sind. Eine vollständige Trennung ist im Wesentlichen unmöglich, wobei die Erzeugung einer kleinen Menge Dioxin unvermeidlich ist.
Das obige Verfahren (2) ist unbefriedigend zur Bewältigung des Dioxins, da derzeit keine preiswerten Vorrichtungen, die Dioxin vollständig entfernen oder zerlegen, in die Praxis überführt worden sind.
Wie oben beschrieben wurde, enthalten die Abgase mehrere schädliche Substanzen. Um sie alle zu entfernen oder zu zerlegen, müssen an dem Verbrennungsofen mehrere Vorrichtungen angebracht werden, die die schädlichen Substanzen entfernen oder zerlegen. Somit gibt es die Probleme, dass die Kosten steigen und die Struktur des Verbrennungsofens verkompliziert wird.
Da der Verbrennungsofen, der die Abfälle bei den hohen Temperaturen verbrennt, teuer ist, besitzt das obige Verfahren (3) das Problem, dass es nicht leicht ist, den herkömmlichen Verbrennungsofen zu vernichten und einen neuen Verbrennungsofen zu bauen, der die Abfälle bei den hohen Temperaturen verbrennt.
Thermolyseöfen für Abgase, die lichtemittierende Heizeinrichtungen verwenden, die Kohlenstoff enthalten, der zwischen einem Paar Elektroden angeordnet ist, sind aus JP-10-036851 und aus US-A-5764850 bekannt.
Somit ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine preiswerte Thermolysevorrichtung zu schaffen, die die oben erwähnten Probleme mit dem Stand der Technik löst und einen preiswerten Thermolyseofen für ein Abgas schafft, der an einer Ausrüstung/Einrichtungen wie etwa einem Verbrennungsofen, der Abgase und Rauch entleert, die schädliche Substanzen enthalten, angebracht ist, um die schädlichen Substanzen thermisch zu zerlegen, um sie unschädlich zu machen.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Zur Lösung der obigen Aufgabe besitzt die Erfindung die folgende Zusammensetzung. Die vorliegende Erfindung ist ein Thermolyseofen für ein Abgas, der in dem Abgas enthaltene schädliche Substanzen thermisch zerlegt, um sie un schädlich zu machen, und der eine Heizkammer zum Erhitzen des Abgases, einen Einlassanschluss zum Einleiten des Abgases in die Heizkammer, wenigstens ein Paar Elektroden, die in der Heizkammer vorgesehen sind, mehrere lichtemittierende Heizeinrichtungen, die als Hauptbestandteil Kohlenstoff enthalten und die impermeabel sind, wobei die mehreren lichtemittierenden Heizeinrichtungen zwischen dem wenigstens einen Paar Elektroden vorgesehen sind, um eine elektrische Entladung hervorzurufen, wenn an das wenigstens eine Paar Elektroden eine Spannung angelegt wird, und einen Auslassanschluss zum Entleeren thermisch zerlegten Abgases aus der Heizkammer umfasst, wobei die mehreren lichtemittierenden Heizeinrichtungen in einem sauerstofffreien Zustand oder Unterdruckzustand angeordnet sind.
In der obigen Anordnung treten zwischen den lichtemittierenden Heizeinrichtungen elektrische Entladungen auf. Das Gebiet elektrischer Entladungen ist auf hohen Temperaturen, z. B. etwa 3000°C, so dass eine Vielzahl schädlicher Substanzen wie etwa Kohlendioxid, Chlorverbindungen, Stickstoffverbindungen und Dioxin, die in dem Abgas enthalten sind, bei den hohen Temperaturen gleichzeitig thermisch zerlegt werden.
Diese Abgasthermolyseöfen besitzen eine einfache Konstruktion und können preiswert hergestellt werden. Dadurch, dass ein solcher Ofen als ein letzter Ofen angebracht ist, durch den sich die Abgase zu einem vorhandenen oder neuen Verbrennungsofen bewegen, werden die schädlichen Substanzen, die in den von dem Verbrennungsofen entleerten Abgasen enthalten sind, thermisch zerlegt und unschädlich gemacht. Selbst wenn der vorhandene Verbrennungsofen von dem Typ ist, der eine große Menge schädlicher Substanzen erzeugt, kann er somit unverändert verwendet werden, ohne dass ein neuer Verbrennungsofen, der eine kleinere Menge schädlicher Substanzen erzeugt, bereitgestellt wird, um dadurch keine hohen Kosten zu erfordern.
Die mehreren lichtemittierenden Heizeinrichtungen sind in einem sauerstofffreien Zustand angeordnet. Somit sind die mehreren lichtemittierenden Heizeinrichtungen schwer zu oxidieren und zu verschlechtern, um sie dadurch zu verformen, um die Entladungseffizienz zu verringern. Somit sind die mehreren lichtemittierenden Heizeinrichtungen lange Zeit verwendbar. Zum Beispiel ist die Entladungseffizienz sehr hoch, wenn die mehreren lichtemittierenden Heizeinrichtungen jeweils kugelförmig sind. Allerdings wird die Entladungseffizienz verringert, wenn sie oxidiert, verschlechtert und somit verformt werden.
Die betroffene Sauerstoffkonzentration ist vorzugsweise niedrig, wobei es kein Problem gibt, wenn sie nicht höher als die Konzentration des in der Luft enthaltenen Sauerstoffs ist. Wenn die Sauerstoffkonzentration die Konzentration des in der Luft enthaltenen Sauerstoffs übersteigt, neigen die mehreren lichtemittierenden Heizeinrichtungen dazu, oxidiert und verschlechtert zu werden.
Falls die mehreren lichtemittierenden Heizeinrichtungen in einer sauberen Umgebung wie etwa in dem Unterdruckzustand angeordnet sind, ist die Entladungseffizienz hoch und besteht somit die Neigung, eine dementsprechend hohe Temperatur zu erhalten. Da die hohe Temperatur mit niedriger elektrischer Leistung erhalten wird, sind die Betriebskosten des Zerlegungsofens verringert. In diesem Fall wie in dem Fall, in dem die mehreren lichtemittierenden Heizeinrichtungen in dem sauerstofffreien Zustand angeordnet sind, sind sie schwer zu verschlechtern und lange Zeit verwendbar.
Ein höherer Unterdruck ist bevorzugt und ein mittlerer Unterdruck (von wenigstens 10^–2 Pa und weniger als 10 Pa) reicht aus, wobei aber ein niedrigerer Unterdruck (von wenigstens 10 Pa und weniger als der Luftdruck) verwendbar ist.
Außerdem kann innerhalb der Heizkammer ein Fluidweg vorgesehen sein, der sich zwischen dem Einlass- und dem Auslassanschluss erstreckt, damit sich Abgas über den Weg bewegen kann, wobei die mehreren lichtemittierenden Heizeinrichtungen wenigstens innerhalb eines Teils des Fluidwegs vorgesehen sind.
In dieser Anordnung gelangt das Abgas in direkten Kontakt mit den mehreren lichtemittierenden Heizeinrichtungen. Somit wird das Abgas bei hohen Temperaturen von z. B. etwa 3000°C erhitzt, wobei fast alle schädlichen Substanzen vollständig thermisch zerlegt werden.
Innerhalb der Heizkammer kann ein hitzebeständiges Rohr vorgesehen sein, das den Einlass- und den Auslassanschluss in Fluidverbindung bringt, damit sich die Abgase durch das Rohr bewegen können, wobei wenigstens ein Teil des Rohrs von den mehreren lichtemittierenden Heizeinrichtungen umschlossen ist.
In dieser Anordnung wird das Abgas innerhalb des hitzebeständigen Rohrs erhitzt, wobei das Abgas nicht mit den lichtemittierenden Heizeinrichtungen in Kontakt gelangt. Somit tritt keine Korrosion und Verschlechterung der mehreren lichtemittierenden Heizeinrichtungen durch das Abgas auf.
Da die mehreren lichtemittierenden Heizeinrichtungen von dem Abgas getrennt sind, sind sie in einem stark sauerstofffreien Zustand oder starken Unterdruckzustand angeordnet. Somit ist die Entladungseffizienz hoch und wird leicht eine hohe Temperatur erhalten. Außerdem wird die hohe Temperatur mit einer kleinen elektrischen Leistung erhalten, um dadurch die Betriebskosten des Zerlegungsofens zu senken. Außerdem sind die mehreren lichtemittierenden Heizeinrichtungen schwer zu verschlechtern und lange Zeit verwendbar.
Das hitzebeständige Rohr kann aus einem Werkstoff hergestellt sein, das hauptsächlich Kohlenstoff enthält. Da die elektrischen Entladungen auch zwischen dem hitzebeständigen Rohr und den mehreren lichtemittierenden Heizeinrichtungen auftreten, die das hitzebeständige Rohr umgeben, wird das hitzebeständige Rohr in diesem Fall auf eine hohe Temperatur von etwa 3000°C erhitzt. Im Ergebnis wird das Abgas effizienter thermisch zerlegt. Als die hitzebeständigen Rohre werden vorzugsweise Kohlenstoffrohre verwendet, die vorzugsweise ausreichend elektrische Leitfähigkeit besitzen, um eine effiziente elektrische Entladung zu veranlassen.
Die mehreren lichtemittierenden Heizeinrichtungen können aus Holzkohle und/oder Graphit hergestellt sein. Als ein Beispiel für Holzkohle kann japanische Bincho-Holzkohle genannt werden. Kohlenstoffwerkstoffe wie etwa Holzkohle und Graphit allgemein besitzen in ihrer Oberfläche viele Poren und enthalten innerhalb der Poren adsorbierte Gase. Somit besteht ein Problem, dass sie die adsorbierten Gase bei hohen Temperaturen freisetzen. Somit müssen die Kohlenstoffwerkstoffe wie etwa Holzkohle und Graphit allgemein z. B. durch Schließen der Poren verarbeitet werden, um die Gasadsorption zu verhindern.
Die mehreren lichtemittierenden Heizeinrichtungen sind impermeabel. Da sie ein verringertes Absorptionsvermögen besitzen, gibt es in diesem Fall eine verringerte Wahrscheinlichkeit, dass sie schädliche Substanzen, die in dem Abgas enthalten sind, adsorbieren oder das adsorbierte Gas freisetzen, wenn sie verwendet werden. Da sie durch die in dem Abgas enthaltenen schädlichen Substanzen oder durch Oxidation weniger verschlechtert werden, können sie lange Zeit verwendet werden. Die Impermeabilität eines Werkstoffs bedeutet, dass sein Absorptionsvermögen niedrig ist, da die Anzahl der in einer Oberfläche des Werkstoffs vorhandenen Poren klein ist und ihr spezifischer Oberflächeninhalt klein ist, so dass er durch Chemikalien schwer zu oxidieren und zu korrodieren ist.
Vorzugsweise sind die mehreren lichtemittierenden Heizeinrichtungen jeweils kugelförmig. Um zwischen den mehreren lichtemittierenden Heizeinrichtungen effizient elektrische Entladungen zu veranlassen, sind die lichtemittierenden Heizeinrichtungen vorzugsweise in Punktkontakt miteinander. Falls sie in einem Leitungs- oder Oberflächenkontaktzustand wären, würde ein hoher Strom fließen und dadurch die Entladungseffizienz verringern. Wenn die mehreren lichtemittierenden Heizeinrichtungen jeweils kugelförmig sind, sind sie notwendig in einem Punktkontaktzustand angeordnet, wobei die elektrische Entladung effizient ausgeführt wird, um dadurch eine hohe Temperatur zu erzeugen und die Betriebskosten des Zerlegungsofens zu senken. Bevorzugter sind die mehreren lichtemittierenden Heizeinrichtungen ideal kugelförmig.
Der Zerlegungsofen kann ein Filter enthalten, das aus Aktivkohle und/oder Holzkohle hergestellt ist, damit sich das thermisch zerlegte Abgas hindurchbewegen kann. Selbst wenn die zerlegten Gase Kohlenwasserstoff, Schwermetalle oder nicht zerlegte schädliche Substanzen enthalten, adsorbiert sie das Filter in diesem Fall, um zu verhindern, dass sie aus dem Ofen entleert werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1 ist eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform eines Thermolyseofens für Abgas gemäß der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine vertikale Querschnittsansicht der ersten Ausführungsform.
3 ist eine horizontale Querschnittsansicht der ersten Ausführungsform.
4 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht der ersten Ausführungsform.
5 veranschaulicht schematisch eine elektrische Entladung zwischen zwei lichtemittierenden Heizeinrichtungen.
6 ist eine perspektivische Ansicht einer Abwandlung der ersten Ausführungsform.
7 ist eine Querschnittsansicht der Abwandlung der ersten Ausführungsform.
8 ist eine perspektivische Ansicht einer weiteren Abwandlung der ersten Ausführungsform.
9 ist eine perspektivische Ansicht und eine Querschnittsansicht einer nochmals weiteren Abwandlung der ersten Ausführungsform.
10 ist eine perspektivische Ansicht einer nochmals weiteren Abwandlung der ersten Ausführungsform.
11 ist eine perspektivische Ansicht einer zweiten Ausführungsform des Thermolyseofens für Abgas gemäß der vorliegenden Erfindung.
12 ist eine horizontale Querschnittsansicht der zweiten Ausführungsform.
13 ist eine horizontale Querschnittsansicht einer dritten Ausführungsform des Thermolyseofens für Abgas gemäß der vorliegenden Erfindung.
14 ist eine horizontale Querschnittsansicht einer vierten Ausführungsform des Thermolyseofens für Abgas gemäß der vorliegenden Erfindung.
BESTE AUSFÜHRUNGSART DER ERFINDUNG
Anhand der beigefügten Zeichnung werden Ausführungsformen des Thermolyseofens gemäß der vorliegenden Erfindung sehr ausführlich beschrieben. Die Begriffe, die Richtungen angeben, wie etwa "oben", "unten", "vom", "hinten", "rechts" und "links" repräsentieren zur zweckmäßigen Erläuterung jeweilige Richtungen in jeder der Figuren.
Es wird angemerkt, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist.
(Erste Ausführungsform)
1 ist eine perspektivische Ansicht eines Thermolyseofens für Abgas in der ersten Ausführungsform. 2 ist eine vertikale Querschnittsansicht des Ofens 1. 3 ist eine horizontale Querschnittsansicht längs einer Linie A-A aus 2. 4 ist eine vergrößerte Ansicht eines Öffnungsabschnitts 52 des Ofens 1.
Der Ofen 1 enthält eine innere Heizkammer 10 mit einem Einlassanschluss 20 an seiner Seite, durch den das Abgas in die Heizkammer 10 eingeleitet wird, und einem Auslassanschluss 21 an seiner Oberseite, durch den die resultierenden zerlegten Abgase aus der Heizkammer 10 entleert werden. Der Einlassanschluss 20 besitzt eine Doppelrohrstruktur, die ein äußeres Keramikrohr 20a und ein inneres Kohlenstoffrohr 20b enthält. Ähnlich besitzt der Auslassanschluss 21 eine Doppelrohrstruktur, die ein äußeres Keramikrohr 21a und ein inneres Kohlenstoffrohr 21b enthält.
Der Ofen 1 besitzt eine Außenwand 11 mit einer Doppelschichtstruktur, die eine mit einem hitzebeständigen Werkstoff beschichtete äußere Eisenplattenschicht 12 und eine innere hitzebeständige Schamottesteinschicht 14 enthält. Wie weiter unten beschrieben wird, wird die Heizkammer 10 auf eine hohe Temperatur, z. B. etwa 3000°C, erhitzt, wobei sie aber in einem sauerstofffreien oder Unterdruckzustand ist, so dass die Wärmeleitung kaum ausgeführt wird und somit eine so einfache Struktur für die Außenwand 11 ausreicht.
Der innere quaderförmige Raum, der von der Schamottesteinschicht 14 umgeben ist, bildet eine luftdichte Heizkammer 10, wo das durch den Einlassanschluss 20 eingeleitete Abgas erhitzt und thermisch zerlegt wird, wobei die resultierenden Gase aus dem Auslassanschluss 21 entleert werden. Die Verbindungen der Schicht aus Schamottestein 14 sind jeweils mit einem monolithischen feuerfesten Werkstoff wie etwa (nicht gezeigt) Feuerbeton gefüllt, um dadurch die Luftdichtheit der Heizkammer 10 zu verbessern.
Die Heizkammer 10 enthält ein hitzebeständiges Kohlenstoffrohr 22, das sich zwischen dem Einlassanschluss 20 und dem Auslassanschluss 21 erstreckt. Solange das hitzebeständige Rohr 22 eine hohe Temperatur von z. B. etwa 3000°C aushält, kann es aus einem Werkstoff wie etwa Aluminiumoxid hergestellt sein. Je nach dem verwendeten Werkstoff kann das hitzebeständige Rohr 22 eine doppelte Struktur sein, um seine Hitzebeständigkeit und Festigkeit zu verbessern.
Das hitzebeständige Rohr 22 umfasst mehrere horizontale Wegabschnitte und mehrere vertikale Wegabschnitte, die sich entlang der Seite der Heizkammer 10 erstrecken und abwechselnd so kombiniert sind, dass sie einen vertikalen Zickzackweg bilden. Jeder horizontale Wegabschnitt besitzt eine Struktur, die sich in der Mitte in mehrere Teilwege (drei in 3) trennt, die sich daraufhin zu einem vereinigen. Das heißt, das hitzebeständige Rohr 22 erstreckt sich, während sich Trennung, Vereinigung und Zickzack wiederholen. Die Heizkammer 10 ist mit mehreren lichtemittierenden Heizeinrichtungen 40 jeweils in Form einer Graphitkugel (mit einem Durchmesser von 30–50 mm) gefüllt, die das hitzebeständige Rohr 22 mit Ausnahme des Innern des hitzebeständigen Rohrs 22 umschließen. Da die mehreren lichtemittierenden Heizeinrichtungen 40 jeweils kugelförmig sind, sind benachbarte von ihnen in Punktkontakt miteinander. Außerdem sind sie in Punktkontakt mit dem hitzebeständigen Rohr 22. Die Zusammensetzung der Heizeinrichtungen 40 und ein Verfahren zu ihrer Herstellung werden weiter unten ausführlich beschrieben.
An einer Oberseite bzw. an einer Unterseite der Heizkammer 10 ist ein Paar plattenartiger Kohlenstoffelektroden 30 in der Weise angeordnet, dass die mehreren lichtemittierenden Heizeinrichtungen 40 zwischen dem Paar der Koh lenstoffelektroden 30 angeordnet sind, von denen sich ein entsprechendes Paar Kohlenstoffstäbe 31 durch die obere bzw. durch die untere Außenwand 11 des Ofens 1 nach außen erstreckt. Jeder Kohlenstoffstab 31 kann durch einen Stab aus einem hitzebeständigen feuertesten rostfreien Stahl ersetzt sein. Es wird angemerkt, dass, wenn der Ofen 1 eine Struktur besitzt, in der sich das Paar Stäbe aus rostfreiem Stahl durch das entsprechende Paar Kohlenstoffelektroden 30 erstreckt, so dass es mit mehreren lichtemittierenden Heizeinrichtungen 40 in Kontakt gelangt, die Abschnitte des Paars Stäbe aus rostfreiem Stahl, die mit den mehreren lichtemittierenden Heizeinrichtungen 40 in Kontakt gelangen, mit einem Kohlenstoffwerkstoff bedeckt sein sollten, um eine Verschlechterung darin zu verhindern.
Zwischen der Heizkammer 10 und dem Auslassanschluss 21 ist ein faserartiges Aktivkohlefilter 50 vorgesehen. Die Aktivkohle besitzt an ihrer Oberfläche zahllose offene Poren, die Mikroporen mit einem Durchmesser von höchstens 20 Å, mittlere Poren mit einem Durchmesser von mehr als 20 Å und weniger als 1000 Å und Makroporen mit einem Durchmesser von wenigstens 1000 Å enthalten und einen spezifischen Oberflächeninhalt von 500–1700 m²/g haben. Somit besitzt die Aktivkohle ein starkes Absorptionsvermögen, um verhältnismäßig große Moleküle selektiv physikalisch zu adsorbieren. Anstelle des faserartigen Aktivkohlefilters 50 kann Partikelaktivkohle verwendet werden.
Innerhalb der Auslassanschlusses 21 ist ein Gebläse 51 vorgesehen, um das Abgas aus dem Einlassanschluss 20 in die Heizkammer 10 zu ziehen. Das Gebläse 51 kann durch eine Vakuumpumpe ersetzt sein.
Außerhalb jeweils einer Kohlenstoffelektrode des Paars der Kohlenstoffelektroden 30 ist ein Paar Öffnungen 52 durch die Oberseite bzw. durch die Unterseite des Ofens 1 vorgesehen, so dass die Untersuchung/Wartung des Innern des Ofens 1 (einschließlich der Untersuchung einer Verschlechterung der Qualität der lichtemittierenden Heizstäbe 40, der Kohlenstoffelektrode 30 und der hitzerbeständigen Schamottesteinschicht 14, der Ersatz der lichtemittierenden Heizeinrichtungen 40 und der Kohlenstoffelektrode 30 durch entsprechende jeweilige neue usw.) möglich ist. Jede Öffnung 52 ist mit einer Eisenschicht 53 bedeckt, die durch Bolzen 54 abnehmbar an der Außenwand 11 befestigt ist. Zwischen jeder Abdeckung 53 und einer Oberseite bzw. Unterseite der äußeren Eisenplattenschicht 12 der Außenwand 11 ist zwischen jeder Abdeckung 53 eine (nicht gezeigte) feuerfeste Abdichtplatte vorgesehen, um eine ausreichende innere Luftdichtheit des Ofens 1 zu erzeugen. Zwischen jede Kohlenstoffelektrode 30 und eine entsprechende Abdeckung 53 ist ein Feuerbetonblock 55 gefüllt, um eine ausreichende Aufrechterhaltung der Temperatur innerhalb des Ofens 1 zu sicherzustellen. Der Feuerbetonblock 55 aus kann durch einen hitzebeständigen Schamottestein ersetzt sein.
Nachfolgend wird ein Verfahren zur Thermolyse in dem Abgas enthaltener schädlicher Substanzen unter Verwendung des Ofens 1 beschrieben.
Die Heizkammer 10 wird in Fluidverbindung mit einer (nicht gezeigten) Vakuumpumpe und somit in einem Unterdruckzustand (6,7 × 10^–2 Pa) angeordnet. Somit sind die innerhalb der Heizkammer 10 an ihre Stelle gefüllten mehreren lichtemittierenden Heizkörper 40 ebenfalls in dem Unterdruckzustand.
Das Paar Kohlenstoffstäbe 31 wird mit einer (nicht gezeigten) Leistungsversorgung verbunden. Wenn dem Paar Kohlenstoffelektroden 30 eine Spannung von etwa 200 V eingeprägt wird, treten zwischen allen lichtemittierenden Heizeinrichtungen 40 innerhalb der Heizkammer 10 elektrische Entladungen auf.
Anhand von 5 wird der Mechanismus des Auftretens der elektrischen Entladungen beschrieben. 5(a) zeigt drei lichtemittierende Heizeinrichtungen 40, die in Kontakt miteinander angeordnet sind. 5(b) veranschaulicht die Kontaktabschnitte von zwei beliebigen Elementen 40 in einer vergrößerten Ansicht.
Da die mehreren lichtemittierenden Heizeinrichtungen 40 jeweils kugelförmig sind, sind irgendwelche benachbarten von ihnen in Punktkontakt miteinander. Mikroskopisch besitzt jede Heizeinrichtung 40 eine zerklüftete Oberfläche. Somit besitzen irgendwelche benachbarten Heizeinrichtungen 40 mikroskopische Konvexitäten in Kontakt miteinander und Konkavitäten zwischen den Konvexitäten an dieser Oberfläche. Wenn an die benachbarten Heizeinrichtungen 40 eine Spannung angelegt wird, fließen durch die Punkte, an denen zwei beliebige Heizeinrichtungen 40 miteinander in Kontakt sind, elektrische Ströme. Allerdings sind die Flächen der Kontaktpunkte klein, wobei durch die Kontaktpunkte keine großen Ströme fließen können und über die Konkavitäten in den Oberflächen der benachbarten Heizeinrichtungen elektrische Ladungen 90 auftreten. Wenn die Heizeinrichtungen 40 in Leitungs-/Oberflächenkontakt miteinander wären, um dadurch große Kontaktflächen bereitzustellen, würden durch die Flächen große Ströme fließen, wobei die Entladungseffizienz verringert wäre.
Zwischen den Heizeinrichtungen 40 und dem hitzebeständigen Rohr 22 treten ebenfalls elektrische Entladungen auf.
Falls die elektrischen Entladungen außerdem auf stabilisierte Weise auftreten, reicht eine Niederspannung von etwa 30 V (wobei ein dazugehörender Strom 300–400 A ist) für die anzulegende Spannung aus.
Zusammen mit der elektrischen Entladung tritt eine Lichtemission auf. Sie wird als wirksam zum Beschleunigen der Thermolyse schädlicher Substanzen betrachtet. Die Wirkung der Beschleunigung der Thermolyse wird insbesondere bei der Thermolyse von Dioxin als hoch betrachtet.
Die elektrischen Entladungen werden bei etwa 3000°C ausgeführt, wobei die Heizkammer 10 in kurzer Zeit in der Größenordnung von Sekunden nach Anlegen der Spannung an die Elektroden auf eine hohe Temperatur von etwa 3000°C erhitzt wird. Da zwischen den mehreren lichtemittierenden Heizeinrichtungen 40 und dem hitzebeständigen Rohr 22 ebenfalls elektrische Entladungen auftreten, wird das hitzebeständige Rohr 22 auf eine hohe Temperatur von etwa 3000°C erhitzt. Somit wird das in das hitzebeständige Rohr 22 eingeleitete Abgas auf eine hohe Temperatur von über 2000°C erhitzt. Wenn zwischen den Heizeinrichtungen 40 und dem hitzebeständigen Rohr 22 keine elektrischen Entladungen auftreten, ist das Abgas innerhalb des Rohrs 22 auf 1600–2000°C. Zu dieser Zeit ist die Außenwand 11 (äußere Eisenplattenschicht 12) des Ofens 1 im Wesentlichen auf Zimmertemperatur. Da die resultierende Temperatur je nach der angelegten Spannung einstellbar ist, kann die angelegte Spannung wie gefordert geändert werden.
Wenn mit dem Einlassanschluss 20 ein (nicht gezeigter) Rauchabzug für einen Verbrennungsofen verbunden ist, wird das aus dem Verbrennungsofen entleerte Abgas in das hitzebeständige Rohr 22 eingeleitet. Da das Gebläse 51 das Abgas in das Rohr 22 zieht, fließt das Abgas weder in der umgekehrten Richtung, noch verbleibt es innerhalb des Rohrs 22. Da das in das Rohr 22 eingeleitete Abgas einer hohen Temperatur über 2000°C ausgesetzt wird, werden der Rußstaub, das Kohlendioxid, die Chlorverbindungen, die Stickstoffverbindungen und das Dioxin, die in dem Abgas enthalten sind, thermisch in unschädliche Gase zerlegt, ohne verbrannt zu werden.
Die zerlegten Gase können unschädliche Substanzen mit niedrigem Molekulargewicht sowie Kohlenwasserstoff und Schwermetalle enthalten und werden durch das Aktivkohlefilter 50 adsorbiert. Somit werden sie nicht aus dem Auslassanschluss 21 des Ofens 1 entleert. Eine sehr kleine Menge schädlicher Substan zen kann verbleiben, wird aber durch das Filter 50 adsorbiert. Somit wird kein solches Gas aus dem Auslassanschluss 21 des Ofens 1 entleert.
Das Filter 50 wird mit dagegen gesprühtem Wasserdampf von 120–200°C wiederholt wiederhergestellt. Somit ist dieses Filter sowohl in Bezug auf die Wirtschaftlichkeit als auch auf die Verhinderung einer Sekundärverschmutzung ausgezeichnet. Wenn ein Anteil der durch das Filter 50 adsorbierten Schwermetalle ansteigt, können die Schwermetalle und weitere Werkstoffe aus dem Filter 50 entfernt werden, mit einer Industriewalze in Stücke zerkleinert und gemäß der relativen Dichte gesiebt werden, um die Schwermetalle zu sammeln.
Solange die Aufgabe der vorliegenden Erfindung gelöst wird, sind die Stellen des Einlassanschlusses 20, des Auslassanschlusses 21 und des Gebläses 51 in dem Ofen 1 nicht auf die der vorliegenden Ausführungsform beschränkt. Obgleich das Gebläse 51 in der vorliegenden Ausführungsform als innerhalb des Auslassanschlusses 21 angebracht veranschaulicht ist, kann es z. B. zwischen dem Einlassanschluss 20 und dem Verbrennungsofen, der das Abgas entleert, vorgesehen sein.
Wenn eine große Menge Abgas aus dem Verbrennungsofen entleert wird, können an dem Verbrennungsofen mehrere Abgaszerlegungsöfen 1 angebracht sein. In diesem Fall werden Adapter verwendet, die den Rauchabzug für den Verbrennungsofen mit den Einlassanschlüssen 20 für die mehreren Thermolyseöfen 1 verbinden, um die Abgase von dem Verbrennungsofen zu trennen und den jeweiligen Thermolyseöfen 1 zuzuführen.
Obgleich in der Ausführungsform das hitzebeständige Zickzackrohr verwendet wird, um ausreichend Zeit zum Erhitzen des Abgases zu erhalten, kann die Form des hitzebeständigen Rohrs 22 je nach den Typen und Konzentrationen in dem Abgas enthaltener schädlicher Substanzen und der Menge des zu zerlegenden Abgases frei konstruiert sein. Zum Beispiel kann es die Form einer Geraden haben. Obgleich das hitzebeständige Rohr 22 in der Ausführungsform als sich vertikal erstreckend veranschaulicht ist, kann es sich natürlich horizontal erstrecken. In diesem Fall sind die Anzahl zu verwendender lichtemittierender Heizeinrichtungen 40 und der elektrische Leistungsverbrauch vorteilhaft verringert.
Beispielsweise kann eine Abwandlung der ersten Ausführungsform die Form der 6 und 7 annehmen. 6 ist eine perspektivische Ansicht eines Thermolyseofens 1a für Abgas als die Abwandlung. 7(a) und (b) sind eine vertikale bzw. eine horizontale Querschnittsansicht des Thermolyseofens 1a.
In dieser Abwandlung nimmt das hitzebeständige Rohr 22 die Form einer sich horizontal erstreckenden Geraden an. Wir in 8 gezeigt ist, kann ein einzelner Thermolyseofen für Abgas in diesem Fall mehrere hitzebeständigen Rohre 22 und Einlassanschlüsse 20 mit Auslassanschlüssen 21 enthalten, um dadurch eine kompakte Struktur und eine hohe Abgaszerlegungseffizienz zu erzielen.
Eine weitere Abwandlung des Ofens ist in 9 durch das Bezugszeichen 1c gezeigt. Die 9(a) und (b) sind eine perspektivische Ansicht bzw. eine vertikale Querschnittsansicht des Ofens 1c.
In dieser Abwandlung nimmt das hitzebeständige Rohr 22 die Form einer sich horizontal erstreckenden Geraden an, nimmt der Thermolyseofen 1c die Form eines Zylinders an und umgeben die mehreren lichtemittierenden Heizeinrichtungen 40 das hitzebeständige Rohr 22 gleichförmig.
Somit können wie in 10 gezeigt mehrere (5 in 10) Thermolyseöfen 1c als eine Einheit in einem großen Hohlzylinder eingeschlossen und daraufhin an einem Verbrennungsofen angebracht werden. Ein solcher vereinigter resultierender Thermolyseofen 1d für Abgas besitzt eine hohe Zerlegungseffizienz und eine kompakte Struktur. Ein innerhalb des Ofens 1d aus 10 gezeigtes Mittelrohr dient zum Führen eines Kabelbündels, das den jeweiligen Zerlegungsöfen 1c elektrische Leistung zuführt.
An einer Oberseite jedes der Zerlegungsöfen 1a, 1b und 1c dieser Abwandlungen sind Untersuchungsöffnungen 60 vorgesehen, um einen Grad der Verschlechterung der Qualität sowohl der mehreren lichtemittierenden Heizeinrichtungen 40 als auch der feuerfesten Schamottesteinschicht 14 darin zu untersuchen und die mehreren lichtemittierenden Heizeinrichtungen 40 durch mehrere neue zu ersetzen. Im Fall des Zerlegungsofens 1c wirkt eine Öffnung 52 außerdem wie in dem Zerlegungsofen 1 als eine Untersuchungsöffnung 60.
In den 6–10 ist zur Bezeichnung des gleichen Elements wie in der ersten Ausführungsform oder eines der ersten Ausführungsform entsprechenden Elements das gleiche Bezugszeichen wie in den 1–5 verwendet.
(Zweite Ausführungsform)
11 ist eine perspektivische Ansicht eines Thermolyseofens 2 für Abgas als die zweite Ausführungsform. 12 ist eine horizontale Querschnittsansicht des Ofens 2. In den 11 und 12 sind zur Bezeichnung des gleichen Ele ments wie in der ersten Ausführungsform oder eines der ersten Ausführungsform entsprechenden Elements die gleichen Bezugszeichen wie in den 1–5 verwendet.
Eine weitere Erläuterung eines Elements der zweiten Ausführungsform, das ähnlich dem des Abgaszerlegungsofens 1 der ersten Ausführungsform ist, wird weggelassen, wobei nachfolgend lediglich Elemente der zweiten Ausführungsform erläutert werden, die sich von jenen der ersten Ausführungsform unterscheiden.
Der Abgasthermolyseofen 2, der eine innere Heizkammer 10 enthält, besitzt an seiner Vorderseite einen Einlassanschluss 20 zum Einleiten des Abgases in die Heizkammer 10 und an seiner Rückseite einen Auslassanschluss 21 zum Entleeren des thermisch zerlegten Abgases aus der Heizkammer 10.
Der Ofen 2 besitzt eine Außenwand 11, die eine Doppelstruktur besitzt, die ähnlich der der ersten Ausführungsform ist. Der von der innersten Schamottesteinschicht 14 umgebene Raum bildet die Heizkammer 10. Der Einlassanschluss und der Auslassanschluss 20 und 21 stehen über entsprechende Löcher 15, die in der oberen und in der unteren Schamottesteinschicht 14 vorgesehen sind, in Fluidverbindung mit der Heizkammer 10, so dass das Abgas von dem Einlassanschluss 20 zu dem Auslassanschluss 21 fließt.
Die Heizkammer 10 ist durch mehrere (2 in 12) Trennwände 16 in mehrere (drei in 12) Teilkammern 10a, 10b, 10c unterteilt, die in Flussrichtung des Abgases angeordnet sind, so dass die vorderste Teilkammer 10a in Fluidverbindung mit dem Einlassanschluss 20 steht, während die hinterste Teilkammer 10 in Fluidverbindung mit dem Auslassanschluss 21 steht.
Die mehreren Trennwände 16 besitzen entsprechende mehrere Gruppen von Durchgangslöchern 17, die abwechselnd in ihren rechten und linken Endabschnitten vorgesehen sind, so dass jede Gruppe von Durchgangslöchern ihre benachbarten Teilkammern in Fluidverbindung versetzt. In dieser Anordnung erstreckt sich ein Abgasweg innerhalb der Heizkammer 10 auf Zickzackart von der vordersten Teilkammer 10a über mehrere Durchgangslöcher 17, eine mittlere Teilkammer 10b und mehrere Durchgangslöcher 17 zu einer hintersten Teilkammer 10c. Somit bewegt sich das durch den Einlassanschluss 20 eingeleitete Abgas in den Ofen, auf Zickzackart durch die jeweiligen Teilkammern 10a, 10b und 10c und wird daraufhin aus dem Auslassanschluss 21 entleert.
An der rechten bzw. an der linken Seite der Teilkammer 10a und der Teil kammer 10b ist jeweils ein Paar plattenartigen Kohlenstoffelektroden 30 angeordnet, wobei sich ein Paar Kohlenstoffstäbe 31 von einer jeweiligen Kohlenstoffelektrode 30 durch die entsprechende Außenwand 11 nach außen erstreckt.
Die hinterste Teilkammer 10c ist mit einem faserartigen Aktivkohlefilter 50 gefüllt, während jede der Teilkammern 10a und 10b wie in der ersten Ausführungsform mit lichtemittierenden Heizeinrichtungen 40 gefüllt ist.
Die Größe und die Gestalt der in den Schamottesteinschichten 14 und in den Trennwänden 16 vorgesehenen Durchgangslöcher 15 und 17 sind nicht besonders beschränkt, solange sie verhindern, dass sich die lichtemittierenden Heizeinrichtungen 40 hindurchbewegen. Wenn die lichtemittierenden Heizeinrichtungen 40 jeweils kugelförmig sind, sind die Durchgangslöcher 15 und 17 im Querschnitt vorzugsweise dreieckförmig. Die Durchgangslöcher 15 und 17 können im Querschnitt die Form eines horizontalen oder vertikalen Schlitzes haben. Zum Beispiel kann jedes schlitzartige Loch 17 dadurch ausgebildet sein, dass anstelle der Verwendung der Trennwände 16 mit mehreren Durchgangslöchern 17 Keramiksäulen parallel angeordnet sind. In diesem Fall erhöhen sich die Öffnungsflächen der Durchgangslöcher 15 und 17, so dass sie bevorzugt sind, wenn eine große Menge Abgas durch die Löcher fließt.
An der Oberseite des Ofens 2 sind Untersuchungsöffnungen 60 vorgesehen, um den Grad der Verschlechterung der lichtemittierenden Heizeinrichtungen 40 und der Schamottesteinschichten 14 untersuchen zu können und um die alten lichtemittierenden Heizeinrichtungen 40 durch neue ersetzen zu können.
Nachfolgend wird ein Verfahren zur Thermolyse in dem Abgas enthaltener schädlicher Substanzen unter Verwendung des Thermolyseofens 2 beschrieben. An die jeweiligen Paare Kohlenstoffelektroden 30 wird eine geforderte Spannung angelegt, um zwischen den lichtemittierenden Heizeinrichtungen 40 elektrische Entladungen hervorzurufen. In diesem Fall werden die Paare Kohlenstoffelektroden 30 mit einer (nicht gezeigten) Leistungsversorgung in Reihe geschaltet. Obgleich sie parallel geschaltet werden können, erzeugt die Reihenschaltung eine höhere Entladungseffizienz, um dadurch eine höhere Temperatur zu erzeugen, was somit vorteilhafter ist.
Wenn mit dem Einlassanschluss 20 ein Rauchabzug eines (nicht gezeigten) Verbrennungsofens in Fluidverbindung verbunden wird, wird das durch den Verbrennungsofen erzeugte Abgas in die Heizkammer 10 eingeleitet. Da das Gebläse 51 das Abgas in die Heizkammer 10 zieht, fließt das Abgas weder in die umgekehrte Richtung noch verbleibt es in der Heizkammer 10. Wenn das Abgas in die Heizkammer 10 eingeleitet wird, ist innerhalb der Heizkammer 10 kein Sauerstoff vorhanden, wobei die mit den lichtemittierenden Heizeinrichtungen 40 gefüllte Heizkammer 10 in einen sauerstofffreien Zustand versetzt wird.
Da das eingeleitete Abgas mit den elektrischen Entladungen mit etwa 3000°C in Kontakt gelangt, die zwischen den lichtemittierenden Heizeinrichtungen 40 hervorgerufen werden, um auf diese Temperatur erhitzt zu werden, werden schädliche Substanzen wie etwa Rußstaub, Kohlendioxid, Chlorverbindungen, Stickstoffverbindungen und Dioxin, die in dem Abgas enthalten sind, ohne verbrannt zu werden thermisch zerlegt, um zu unschädlichen Gasen zu werden.
Wie in der ersten Ausführungsform sind die Stellen des Einlassanschlusses 20, des Auslassanschlusses 21, der Untersuchungsöffnungen 60 und des Gebläses 51 in dem Ofen 2 nicht auf die vorliegende Ausführungsform beschränkt, solange die Aufgabe der vorliegenden Erfindung gelöst wird.
Wenn der Verbrennungsofen eine große Menge Abgas entleert, können an dem Verbrennungsofen wie in der ersten Ausführungsform mehrere Thermolyseöfen 2 angebracht sein.
Je nach den Arten und Konzentrationen schädlicher Substanzen, die in dem Abgas enthalten sind, und der Menge des zu zerlegenden Abgases kann die Form des Wegs für das Abgas frei konstruierbar sein und können die Anzahl der Teilkammern und die Menge der lichtemittierenden Heizeinrichtungen 40 eingestellt werden. Obgleich der Flussweg in der vorliegenden Ausführungsform als sich horizontal erstreckend veranschaulicht ist, kann er sich vertikal erstrecken.
(Dritte Ausführungsform)
13 ist eine horizontale Querschnittsansicht eines Abgasthermolyseofens 3 einer dritten Ausführungsform, dessen Erscheinung der des Zerlegungsofens 2 der zweiten Ausführungsform ähnlich ist und der nachfolgend anhand von 11 beschrieben wird. Zur Bezeichnung der gleichen oder ähnlicher Elemente der dritten Ausführungsform wie jener der ersten und zweiten Ausführungsform ist in 13 das gleiche Bezugszeichen wie in den 1–12 verwendet.
Abgesehen von der inneren Zusammensetzung seiner Heizkammer 10 ist der Ofen 3 der dritten Ausführungsform im Wesentlichen der gleiche wie der Ofen 2 der zweiten Ausführungsform. Somit wird eine weitere Erläuterung der Bauab schnitte des Ofens 3, die jenen des Ofens 2 ähnlich sind, weggelassen, wobei im Folgenden lediglich andere, verschiedene Bauabschnitte davon erläutert werden.
Die Heizkammer 10 ist durch mehrere (2 in 13) Trennwände 16 aus einem hitzebeständigen Schamottestein in mehrere (3 in 13) Teilkammern 10a, 10b und 10c getrennt, die in Längsrichtung in dem Ofen 3 angeordnet sind. Ein Einlassanschluss 20 steht in Fluidverbindung mit der vordersten Teilkammer 10a, während ein Auslassanschluss 21 in Fluidverbindung mit der hintersten Teilkammer 10c steht.
Jede Trennwand 16 besitzt mehrere Durchgangslöcher 17, die gleichförmig darin verteilt sind, um dadurch ihre benachbarten Teilkammern in Fluidverbindung zu versetzen. In dieser Anordnung sind innerhalb der Heizkammer 10 geradlinige Abgasflusswege gebildet, so dass sich das Abgas, das in den Einlassanschluss 20 eintritt, geradlinig von der vordersten Teilkammer 10a durch die mehreren Durchgangslöcher 17, die mittlere Teilkammer 10b, die mehreren zweiten Durchgangslöcher 17 zu der hintersten Teilkammer 10c bewegt und von dort aus dem Auslassanschluss 21 entleert wird. Da die mehreren Durchgangslöcher 17 im Wesentlichen in den gesamten Trennwänden 16 gleichförmig vorgesehen sind, wird dadurch ein Fluss des Abgases erhöht.
Abgesehen davon, dass sich das Abgas im Wesentlichen geradlinig durch die Heizkammer 10 bewegt, ist ein Verfahren zur Thermolyse der in dem Abgas enthaltenen schädlichen Substanzen unter Verwendung des Ofens 3 in dieser Ausführungsform ähnlich dem in der zweiten Ausführungsform verwendeten, wobei die weitere Beschreibung davon weggelassen wird.
Solange die Aufgabe der vorliegenden Erfindung gelöst wird, sind die Stellen des Einlassanschlusses 20, des Auslassanschlusses 21, der Untersuchungsöffnungen 60 und des Gebläses 51 in dem Ofen 3 wie in der ersten Ausführungsform nicht auf die vorliegende Ausführungsform beschränkt.
Wie in der ersten Ausführungsform können an dem Verbrennungsofen mehrere Thermolyseöfen 3 angebracht sein, wenn der Verbrennungsofen eine große Menge Abgas entleert.
Je nach den Arten und Konzentrationen der in dem Abgas enthaltenen schädlichen Substanzen und der Menge des zu zerlegenden Abgases kann die Form des Wegs (geradlinig oder zickzack) für das Abgas frei konstruierbar sein und können die Anzahl der mit mehreren lichtemittierenden Heizeinrichtungen gefüllten Teilkammern und die Menge der lichtemittierenden Heizeinrichtungen 40 eingestellt werden. Obgleich der Flussweg in der vorliegende Erfindung als sich horizontal erstreckend veranschaulicht ist, kann er sich vertikal erstrecken.
(Vierte Ausführungsform)
14 ist eine horizontale Querschnittsansicht eines Abgasthermolyseofens 4 einer vierten Ausführungsform. Zur Bezeichnung des gleichen oder eines ähnlichen Elements der vierten Ausführungsform wie das in der ersten bis dritten Ausführungsform ist in 13 das gleiche Bezugszeichen wie in den 1–12 verwendet.
Abgesehen von der Zusammensetzung der Außenwand 11, der Paare Kohlenstoffelektroden 30 und deren Öffnungen 52 ist der Ofen 4 der vierten Ausführungsform im Wesentlichen der gleiche wie der Ofen 3 der dritten Ausführungsform. Somit wird eine weitere Erläuterung der Bauabschnitte des Ofens 4, die ähnlich jenen des Ofens 3 sind, weggelassen, wobei im Folgenden lediglich andere, verschiedene Bauabschnitte des Ofens 4 erläutert werden.
Der Ofen 4 besitzt eine Außenwand 11 mit einer 4-Schicht-Struktur, die eine innerste hitzebeständige Schamottesteinschicht 14, eine innere Eisenplattenschicht 12, eine äußere Feuerbetonschicht 13 und eine mit einer hitzebeständigen Beschichtung beschichtete äußerste Eisenplattenschicht 12 enthält.
Die Heizkammer 10 ist durch mehrere (6 in 14) Trennwände 16 aus einem hitzebeständigen Schamottestein in mehrere (7 in 14) Teilkammern 10a–10g getrennt, die in Längsrichtung in dem Ofen 4 angeordnet sind. Ein Einlassanschluss 20 steht in Fluidverbindung mit der vordersten Teilkammer 10a, während ein Auslassanschluss 21 in Fluidverbindung mit der hintersten Teilkammer 10g steht.
Jede Trennwand 16 besitzt mehrere Durchgangslöcher 17, die gleichförmig darin verteilt sind, um dadurch ihre benachbarten Teilkammern in Fluidverbindung zu versetzen. In dieser Anordnung sind in der Heizkammer 10 geradlinige Abgasflusswege gebildet, so dass sich das in den Einlassanschluss 20 eintretende Abgas geradlinig von der vordersten Teilkammer 10a durch die mehreren Durchgangslöcher 17, die Teilkammer 10b, die zweiten mehreren Durchgangslöcher 17, ..., zu der hintersten Teilkammer 10g bewegt und daraufhin aus dem Auslassanschluss 21 entleert wird.
An der rechten bzw. an der linken Seite jeder von irgendwelchen ausge wählten der Teilkammern (der zweiten und der fünften Kammer 10b und 10e von vorn in 14) mit Ausnahme der hintersten Teilkammer 10g sind ein Paar plattenartige Kohlenstoffelektroden 30 angeordnet. Jede Elektrode 30 besitzt einen Kohlenstoffstab 31, der sich durch die Außenwand 11 des Ofens 4 nach außen erstreckt.
Die hinterste Teilkammer 10d ist mit einem faserartigen Aktivkohlefilter 50 und mit einer Schicht 58 aus japanischem Bincho-Kohlenstoff gefüllt, um Kohlenwasserstoff und Schwermetalle zu adsorbieren. Wie in der ersten Ausführungsform ist jede Teilkammer mit einem Paar Kohlenstoffelektroden 30 mit lichtemittierenden Heizeinrichtungen 40 gefüllt. Das faserartige Aktivkohlefilter 50 kann durch ein Partikelaktivkohlefilter ersetzt werden.
Wie oben in der ersten bis dritten Ausführungsform beschrieben wurde, ist jede Öffnung 52 mit einer entsprechenden Eisenabdeckung 53 bedeckt und zwischen die Eisenabdeckung 53 und eine entsprechende Kohlenstoffelektrode 30 ein Feuerbetonblock 55 gefüllt. Die Abdeckung 53, der Feuerbetonblock 55 und die Kombination der Elektrode 30 und des Kohlenstoffstabs 31 sind jeweils von einem unabhängig abnehmbaren Typ.
In der vorliegenden Ausführungsform bilden die vier Elemente, d. h. die Abdeckung 53, der Feuerbetonblock 55, die Kohlenstoffelektrode 30 und der Kohlenstoffstab 31, eine vereinigte Elektrodeneinheit 57, wobei die Abdeckung 53 aus Keramik hergestellt ist oder eine mit einem Isolator beschichtete Eisenplatte sein kann. Somit brauchen die Abdeckung 53, die Schicht aus Feuerbeton 55, die Elektrode 30 und der Kohlenstoffstab 31 nicht einzeln abgenommen werden zu können, um die Kohlenstoffelektrode 30 durch eine neue zu ersetzen. Stattdessen braucht die Elektrodeneinheit 57 lediglich vollständig durch eine neue ersetzt zu werden, um dadurch den Ersatz der Kohlenstoffelektrode 30 durch eine entsprechende neue zu ersetzen.
Ein äußerer rechtwinkliger Eisenrahmen 56 ist in der Weise vorgesehen, dass er fest in einen Innenrand jeder Öffnung 52 passt. Innerhalb des entsprechenden rechtwinkligen zylindrischen Eisenrahmens 56 ist ein entsprechender innerer rechtwinkliger Eisenrahmen 59 aufgenommen, der für Abdeckzwecke fest über einen entsprechenden Endabschnitt des Feuerbetonblocks 13 passt, so dass der Eisenrahmen 59 zusammen mit der Elektrodeneinheit 57 relativ zu dem Rahmen 56 gleitet, um die Elektrodeneinheit 57 in die/aus der Öffnung 52 zu bewegen.
Jede Kohlenstoffelektrode 30 erstreckt sich nicht in die Heizkammer 10, sondern endet in einer Wand der Heizkammer 10. Somit ist die Kohlenstoffelektrode 30 mit in dem Abgas enthaltenen schädlichen Substanzen und/oder bei einer Temperatur schwer zu verschlechtern.
Abgesehen davon, dass sich das Abgas im Wesentlichen geradlinig durch die Heizkammer 10 bewegt, ist ein Verfahren zur Thermolyse der in dem Abgas enthaltenen schädlichen Substanzen unter Verwendung des Ofens 4 in dieser Ausführungsform ähnlich dem in der zweiten Ausführungsform, so dass seine weitere Beschreibung weggelassen wird.
Wenn der Verbrennungsofen eine große Menge Abgas entleert, können wie in der ersten Ausführungsform an dem Verbrennungsofen mehrere Thermolyseöfen 4 angebracht sein.
Je nach den Arten und Konzentrationen der in dem Abgas enthaltenen schädlichen Substanzen und der Menge des zu zerlegenden Abgases kann die Form des Wegs (geradlinig oder zickzack) für das Abgas frei konstruierbar sein und können die Anzahl der jeweils mit mehreren lichtemittierenden Heizeinrichtungen gefüllten Teilkammern und die Menge der lichtemittierenden Heizeinrichtungen eingestellt werden. Obgleich der Flussweg in der vorliegenden Ausführungsform als sich horizontal erstreckend veranschaulicht ist, kann er sich vertikal erstrecken.
Im Folgenden werden ausführlich ein Verfahren zur Herstellung der in der ersten bis vierten Ausführungsform verwendeten kugelförmigen lichtemittierenden Heizeinrichtungen 40 aus Graphit und ihre physikalischen Eigenschaften beschrieben.
(Beispiel 1)
Ein Füllstoff aus Phenolharz oder Polydivinylbenzolharz wurde mit Acrylfasern sowie Tier- und Pflanzenfasern mit einer Länge von 0,1–0,5 mm gemischt. Das Gemisch wurde daraufhin in eine Form gefüllt, wobei auf das Gemisch zu Härtungszwecken ausreichend Druck und Hitze angewendet wurden, um Kugeln, Halbkugeln, Quader oder Zylinder zu formen. Im Fall der Halbkugeln wurden zwei Halbkugeln vereinigt, um eine Kugel zu bilden. Die Formen wurden daraufhin zur Flammbeständigkeit unter einem Edelgas auf 250–300°C erhitzt und daraufhin bei 1000–1500°C verkohlt. Daraufhin wurden sie bei 2000–3000°C graphitiert und für die Oberflächenbehandlung kalibriert.
Im Verkohlungs- und Graphitierungsprozess wurde auf die Formen in einem isostatischen Heißpressen (HIP) isotrop ein Druck von wenigstens 300 kg/cm² ausgeübt, während das Brennen der Formen unter dem Edelgas wiederholt wurde, um die Dichte ihres Graphits zu erhöhen. Im HIP kann der Druck auf gleichmäßige Kugeln isotrop ausgeübt werden. Allgemeine Graphit- und Kohlenstoffsubstanzen haben allgemein viele Poren, deren Gesamtfläche allgemein etwa 25% ihrer Gesamtoberfläche beträgt. Allerdings wurde die Gesamtfläche der in der Oberfläche des Graphits vorhandenen Poren in dem obigen Verfahren auf höchstens 10% ihres Gesamtflächeninhalts und den Umständen entsprechend auf höchstens 5% verringert.
Die Verwendung von Harz als der Füllstoff erzeugte Graphit, dessen Poren eine verhältnismäßig kleine Anzahl hatten. Durch das Brennen der Formen unter Druck wurde mit hoher Genauigkeit impermeabler Graphit erhalten. Dieser Graphit zeigte in einem weiten praktischen Temperaturbereich Korrosionsbeständigkeit gegenüber fast allen Chemikalien. Dieser Graphit hatte eine sehr hohe Wärmeleitfähigkeit und hohe thermische Stabilität, so dass er im Vergleich zu allgemeinen korrosionsbeständigen Werkstoffen durch einen schnellen Wechsel seiner Temperatur nicht nachteilig beeinflusst wurde.
Wenn der impermeable Graphit die Form eines Quaders oder Zylinders annahm, wurde er zur Verwendung als lichtemittierende Heizeinrichtungen zu Kugeln geschliffen.
Die lichtemittierenden Heizeinrichtungen wurden aus impermeablem Graphit hergestellt, so dass sie kein höheres Gasabsorptionsvermögen als Gummi, eine Festigkeit der 2–3-fachen von allgemeinem Graphit, eine Härte von wenigstens 65 (in diesem Beispiel 68) und eine Dichte von wenigstens 1,87 g/cm³ (je nach Mischungsverhältnis der Fasern einstellbar) hatten. Ferner hatten sie eine Zugfestigkeit von 170 kg/cm², eine Biegefestigkeit von 360 kg/cm², eine Druckfestigkeit von 1000 kg/cm², einen Elastizitätsmodul von wenigstens 1300 kg/mm², einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 3,0 × 10^–6/°C, eine Wärmeleitfähigkeit von 130 kcal/m·h·°C und eine Wärmebeständigkeit von 3000°C. Sie zeigten eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit gegenüber Chemikalien mit starkem Säuregehalt wie etwa einer konzentrierten Schwefelsäure oder einer Salpetersäure und gegenüber Chemikalien mit einer starken Alkalität wie etwa einer Natriumhydroxidlösung. Wenn der Graphit aus einem Phenolharz hergestellt wurde, war seiner Beständigkeit gegenüber Alkalität etwas verringert. Die Ergebnisse der Korrosionsbeständigkeitstests sind im Folgenden gemeinsam in den Tabellen 1–3 gezeigt. Der in einem Konzentrationseintrag beschriebene Begriff "alle" repräsentiert in den jeweiligen Tabellen "alle Konzentrationen".
Da die lichtemittierenden Heizeinrichtungen wie oben beschrieben jeweils aus impermeablem Graphit hergestellt wurden, besaßen sie die folgenden ausgezeichneten Eigenschaften:

(1) Sie waren schwer mit in dem Abgas enthaltenen schädlichen Substanzen zu verschlechtern;
(2) sie waren schwer mit in dem Abgas enthaltenem Sauerstoff oder mit durch Zerlegung des Abgases erzeugtem Sauerstoff zur Reaktion zu bringen und schwer zu verschlechtern. Sie erzeugten selten Kohlenmonoxid oder Kohlendioxid;
(3) sie hatten eine hohe Festigkeit, nutzten sich kaum ab und hatten eine ausgezeichnete Haltbarkeit; und
(4) sie hatten nur wenig Poren und waren schwer dazu zu bringen, schädliche Substanzen in den Poren zu adsorbieren. Sie adsorbierten bei hoher Temperatur wenig Gas und erzeugten selten adsorbiertes Gas.

1) A: überhaupt nicht korrodiert und B: kaum korrodiert.

1) A: überhaupt nicht korrodiert und B: kaum korrodiert.

1) A: überhaupt nicht korrodiert und B: kaum korrodiert
2) Von der Dow Chemical Co. hergestelltes Hitzemedium.

(Beispiel 2)
Nachfolgend wurde ein Füllstoff aus Phenolharz oder Polydivinylbenzolharz mit Wolframpulver mit einer Reinheit von wenigstens 99,9% und mit einer durchschnittlichen Korngröße von etwa 1,0 μm und/oder mit Titanpulver mit einer Reinheit von wenigstens 99,9% und mit einer durchschnittlichen Korngröße von etwa 1,0 μm gemischt.
Dieses Gemisch kann weiter mit Acryl-, Tier- oder Pflanzenfasern, die gleich den in Beispiel 1 verwendeten sind, und/oder mit Rußpulver, Koks oder japanischem Bincho-Holzkohlepulver mit einer ausgezeichneten elektrischen Leitfähigkeit gemischt werden.
Dadurch, dass dieses Gemisch auf ähnliche Weise wie in Beispiel 1 verwendet verarbeitet wurde, wurden lichtemittierende Heizeinrichtungen erhalten, die jeweils eine Graphitkugel mit hoher Dichte und nur wenigen Poren umfassten. Es wird angemerkt, dass die lichtemittierenden Heizeinrichtungen anders als in Beispiel 1 Wolfram und/oder Titan enthielten und in dem letzten Schritt der Graphitierung einer Wärmebehandlung mit etwa 3000°C unter einem Edelgas ausgesetzt wurden.
Das Wolfram wurde durch die Wärmebehandlung mit etwa 3000°C in Diwolframmonocarbid (W₂C) mit einer relativen Formelmasse von 379,71, einer Dichte von 17,2 g/cm³, einer Moh-Härte von 9 und einem spezifischen elektrischen Widerstand von 81 μΩ/cm (25°C) geändert. Das Titan wurde in Titancarbid (TiC) mit einer relativen Formelmasse von 59,90, einem Schmelzpunkt von 3140 ± 90°C, einem Siedepunkt von 4300°C und einer Dichte von 4,94 g/cm³ und einem spezifischen elektrischen Widerstand von 193 μΩ/cm (bei Zimmertemperatur) geändert. Wenn das Diwolframmonocarbid auf eine Temperatur von wenigstens 2400°C erhitzt wurde, wurde es in ein stabiles β-Kristallsystem kristallisiert.
Titan hat einen Schmelzpunkt von 1675°C, einen Siedepunkt von 3262°C und eine Dichte von 4,54 g/cm³. Titancarbid hatte stark erhöhte Schmelz- und Siedepunkte und ebenfalls eine hohe Dichte. Es wird angemerkt, dass Wolfram einen Schmelzpunkt von 3387°C und einen Schmelzpunkt von 5962°C besitzt.
Die lichtemittierenden Heizeinrichtungen aus impermeablem Graphit, die Wolframmonocarbid und/oder Titancarbid enthielten, besaßen im Vergleich zu den diwolframmonocarbidfreien und/oder titancarbidfreien lichtemittierenden Heizeinrichtungen aus Beispiel 1 gleiche Merkmale wie die in Beispiel 1 beschriebenen Merkmale (1)–(4) sowie Korrosionsbeständigkeit, mechanische Festigkeit (hohe Härte und einen Elastizitätsmodul von 31600–44800 kg/mm²) und eine ausgezeichnete Wärmebeständigkeit (Beständigkeit gegenüber einer Temperatur von wenigstens 3000°C). Außerdem besaßen sie eine ausgezeichnete elektrische Leitfähigkeit (ihr spezifischer elektrischer Widerstand ist nicht höher als 70 μΩ/cm; in diesem Beispiel 10 μΩ/cm) und eine hohe Entladungseffizienz.
Die Wärmebehandlung mit etwa 3000°C unter dem Edelgas erzeugte die folgenden Vorteile:

a) Die lichtemittierenden Heizeinrichtungen brauchten nach der Hitzebehandlung keinem Endbearbeitungsprozess oder -schritt wie etwa einer Hellglutbehandlung (zum Polieren oder zur Endbearbeitung der lichtemittierenden Heizeinrichtungen) ausgesetzt zu werden;
b) die lichtemittierenden Heizeinrichtungen werden bei der Verwendung kaum verformt;
c) sie verursachen keine Gefährdung für die Öffentlichkeit.

(Beispiel 3)
Ein Phenolharz oder Polydivinylbenzolharz als Bindemittel wurde mit Rußpulver, Koks oder japanischem Bincho-Holzkohlepulver mit ausgezeichneter elektrischer Leitfähigkeit als Füllstoff gemischt. Das Gemisch kann ferner mit Wolframpulver und/oder Titanpulver gemischt werden. Dadurch, dass dieses Gemisch auf ähnliche Weise wie das Gemisch in Beispiel 2 verarbeitet wurde, wurden jeweils lichtemittierende Heizeinrichtungen in Form einer Graphitkugel mit hoher Dichte und nur wenigen Poren erhalten.
Die lichtemittierenden Heizeinrichtungen besaßen ähnlich denen aus Beispiel 2 ausgezeichnete Eigenschaften.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Die vorliegende Erfindung schafft einen preiswerten Thermolyseofen für Abgas, der an einer Ausrüstung oder an Einrichtungen angebracht ist, die einen Verbrennungsofen umfassen, der Abgas oder Rauch entleert, das/der schädliche Substanzen enthält, um die schädlichen Substanzen thermisch zu zerlegen, um sie unschädlich zu machen.

Claims

Thermolyseofen (1; 2; 3; 4) für ein schädliche Substanzen enthaltendes Abgas, wobei der Ofen (1; 2; 3; 4) umfasst: eine Heizkammer (10) zum Erhitzen des Abgases; einen Einlassanschluss (20) zum Einleiten des Abgases in die Heizkammer (10); wenigstens ein Paar Elektroden (30), die in der Heizkammer (10) vorgesehen sind; mehrere lichtemittierende Heizeinrichtungen (40), die als Hauptbestandteil Kohlenstoff enthalten, wobei die mehreren lichtemittierenden Heizeinrichtungen (40) zwischen dem wenigstens einen Paar Elektroden (30) vorgesehen sind, um eine elektrische Entladung hervorzurufen, wenn an das wenigstens eine Paar Elektroden (30) eine Spannung angelegt wird; und einen Auslassanschluss (21) zum Entleeren thermisch zersetzten Abgases aus der Heizkammer (10) und dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren lichtemittierenden Heizeinrichtungen (40) impermeabel sind und in einem sauerstofffreien Zustand angeordnet sind.
Thermolyseofen nach Anspruch 1, bei dem die mehreren lichtemittierenden Heizeinrichtungen (40) in einem Vakuumzustand angeordnet sind.
Thermolyseofen (1; 2; 3; 4) nach Anspruch 1 oder 2, der einen Fluidweg umfasst, der in der Heizkammer (10) vorgesehen ist und sich zwischen dem Einlassanschluss (20) und dem Auslassanschluss (21) erstreckt, damit sich das Abgas hindurch bewegen kann, wobei die mehreren lichtemittierenden Heizeinrichtungen (40) wenigstens in einem Teil des Fluidwegs vorgesehen sind.
Thermolyseofen (1; 2; 3; 4) nach Anspruch 1 oder 2, der ein hitzebeständiges Rohr (22) umfasst, das in der Heizkammer (10) so vorgesehen ist, dass es sich zwischen dem Einlassanschluss (20) und dem Auslassanschluss (21) erstreckt, damit sich das Abgas hindurchbewegen kann, wobei die mehreren lichtemittierenden Heizeinrichtungen (40) wenigstens einen Teil des hitzebeständigen Rohrs (22) umgeben.
Thermolyseofen (1; 2; 3; 4) nach Anspruch 4, bei dem das hitzebeständige Rohr (22) aus einem Werkstoff gebildet ist, dessen Hauptbestandteil Kohlenstoff ist.
Thermolyseofen (1; 2; 3; 4) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die mehreren lichtemittierenden Heizeinrichtungen (40) jeweils aus Holzkohle und/oder Graphit gebildet sind.
Thermolyseofen (1; 2; 3; 4) nach einem der Ansprüche 1 bis 4 und 6, bei dem die mehreren lichtemittierenden Heizeinrichtungen (40) jeweils kugelförmig sind.
Thermolyseofen (1; 2; 3; 4) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, der ferner ein Filter (50) umfasst, das aus Aktivkohle und/oder Holzkohle hergestellt ist, damit sich das thermisch zersetzte Abgas hindurchbewegen kann.