-
Die Erfindung betrifft einen Ofen für die pyrolytische Vernichtung und geringem
Druck von organischen Industrieabfällen, bestehend aus einem zylindrischen
dichten Gehäuse, einer Pumpengruppe die mit dem Gehäuse über einen
Kondensator verbunden ist, Einführungsmitteln für die Abfälle in das Gehäuse
und Heizmitteln für dieses.
-
Die Vernichtung von organischen Industrieabfällen wird heute durch
Verbrennung durchgeführt, d. h. einem Brennvorgang unter Luft; dieser Vorgang,
bei dem die gasförmigen Verbrennungsprodukte in den Rauch gelangen, bedingen
eine sehr starke Reinigung des Rauchgases und führt zu einer nicht zu
vernachlässigenden Zuführung von Kohlenstoffgas in die Atmosphäre. Es ist
übrigens nicht immer möglich, bei bestimmten organischen Abfällen, zu
vermeiden, daß die Verbrennung zu der Bildung giftiger Zusammensetzungen
führt, wie Dioxinen oder Stickoxyden, deren Entfernung in einem befriedigenden
Maßstab aus dem Rauch praktisch unmöglich ist.
-
Man hat vorgeschlagen, organische Abfälle durch Pyrolyse zu vernichten, d. h.
durch Erhitzen in neutraler Atmosphäre. Um eine einigermassen vollständige
Vernichtung der organischen Zusammensetzungen in ihre Bestandteile zu
erreichen, faßte man Temperaturen von 1000º bis 1500ºC ins Auge. Es ist
offenbar nie zu einer industriellen Anwendung gekommen.
-
Das Patentdokument EP-A-0 324 668 hat vorgeschlagen, die Pyrolyse unter
einem geringeren Druck bei Temperaturen von 400º bis 600ºC durchzuführen.
Gemäß diesem Dokument wäre die Vernichtung ausreichend genug, um lediglich
nicht umweltverschmutzende und verwertbare Zerfallsprodukte hervorzubringen,
oder solche, die als "eigener" Brennstoff in Heizkraftwerken benutzbar wären.
Die Öfen gemäß EP-A-0 324 668 bestündenaus zylindrischen Metallgehäusen, die
sich um ihre Achse drehten und in Kammern aus feuerfestem Material angeordnet
wären, um die Gehäuse von außen zu erhitzen.
-
Die Anmelderin hat Versuche mit einer solchen Art von Pyrolyse unter Vakuum
durchgeführt und ist zu der Erkenntnis gelangt, daß wenn der Prozess auch bei
zahlreichen organischen Abfällen wirksam wäre, doch bestimmte Abfälle
unvollständig zerlegt wären und umweltverschmutzende, sogar gefährliche
Zerfallsprodukte, wie Dioxine und Stickoxyde ergäben, die technisch nur sehr
schwierig endzubehandeln wären. Außerdem war die Erhitzung der Gehäuse von
außen kostspielig. Übrigens erschiene es unrealistisch, die Pyrolysetemperatur in
Gehäusen unter Vakuum signifikant zu erhöhen, da der mechanische Widerstand
der Wände unter einer Druckverteilung nahe des Bars (105 Pa) schnell mit einem
Steigen der Temperatur abnimmt.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, die Wirksamkeit einer Pyrolyse unter Vakuum auf
industrieller Stufenleiter zu verbessern.
-
Hierfür schlägt die Erfindung einen Ofen für die pyrolytische Vernichtung unter
geringem Druck von organischen Industrieabfällen vor, bestehend aus einem
zylindrischen, dichten Gehäuse, einer Pumpengruppe, die mit dem Gehäuse über
einen Kondensator verbunden ist, Einführungsmitteln für die Abfälle in das
Gehäuse und Heizmitteln für dieses, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizmittel
aus elektrischen Widerständen bestehen, die sich geradlinig parallel zu der
Hauptachse im Inneren des Gehäuses neben der Wand erstrecken, die unisoliert
montiert sind und die durch den Durchgang eines von einer äußeren Quelle
ausgehenden Stroms auf wenigstens 1200ºC gebracht werden können.
-
Die Anmelderin hat bei ihren Arbeiten entdeckt, daß es möglich war, eine fast
vollständige Pyrolyse von organischen Industrieabfällen zu erhalten, indem unter
geringem Druck bei einer mittleren Temperatur von 400 bis 600ºC gearbeitet
wurde, wenn in dem Pyrolysegehäuse abstrahlende Oberflächen vorhanden sind,
die auf wenigstens 1200ºC erhitzt werden. Man nimmt an, daß bei Temperaturen
unterhalb von etwa 600ºC die pyrolytische Zersetzung den Gesetzen der
Thermodynamik gehorcht. Für die Moleküle, deren Stabilität bei dieser
Temperatur dagegen nicht berührt ist, fanden sich im Strahlspektrum (im
Rotlichtbereich und dem eigentlichen Infrarotlichtbereich) Bandbereiche oder
Strahlen, die die stabilen Moleküle zum Schwingen brachten und sie zersetzten.
Um ein übermässiges Erhitzen der Wände bis an die Grenze ihrer
Widerstandsfähigkeit zu vermeiden, wird man vorzugsweise im Inneren des
Gehäuses Mittel zur Wärmeisolierung anordnen, die aus einer feuerfesten
Auskleidung bestehen, die hinsichtlich der Widerstände auf der Innenwand des
Gehäuses aufgebracht ist, sowie aus reflektierenden Platten, die zwischen der
feuerfesten Auskleidung und den Widerständen angeordnet sind.
-
Vorzugsweise sind die Widerstände aus Röhren aus Inconel gebildet, die in sich
die erforderliche Temperatur enthalten können und den Dämpfen der Abfälle und
den Zersetzungsprodukten ausreichend widerstehen können.
-
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind der folgenden Beschreibung
beispielhaft zu entnehmen, die sich auf die anliegenden Zeichnungen bezieht, von
denen
-
Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Ofen
darstellt und
-
Fig. 2 einen Schnitt entlang der Ebene II-II von Fig. 1.
-
Gemäß der ausgewählten und dargestellten Ausführungsform der Erfindung
besteht ein ein Ofen für die pyrolytische Vernichtung unter geringem Druck aus
einem insgesamt dichten Gehäuse 1, bestehend aus einem zylindrischen Körper 10
der ausgelegt ist, Drücken gegen seine Hauptachse von wenigstens einem Bar (105
Pa) zu widerstehen mit zwei kalottenförmig gewölbten Endteile 11, 12, die
ebenfalls den äußeren Drücken widerstehen sollen. Ein Endteil 11 kann geöffnet
werden und mit einer peripheren Dichtung versehen, die die Dichtigkeit
garantiert, solange das Endteil geschlossen ist. Das gegenüberliegende Endteil ist
fest und ist von einer Welle 14a durchdrungen, die durch einen Motor 14
angetrieben wird. Diese Welle 14a überträgt die Drehung des Motors auf einen
zylindrischen, gelochten Korb 13, dessen Achse in Verlängerung der Welle 14a
parallel zu der des Körpers 10 verläuft, aber vertikal weiter unten angeordnet ist.
Wälzlager 13a, in Fig. 1 nicht zu sehen, tragen den Korb 13 in dem Gehäuse 1.
-
In dem gehäuse 1 sind die Heizwiderstände 15 angeordnet, die aus Röhren aus
Inconel 601 bestehen, die parallel zu der Achse des Körpers in dem Raum
zwischen dem Korb und dem Bereich oberhalb des Körpers 10 ausgerichtet sind
und durch den vertikalen Abstand zwischen den Achsen des Korbes 13 und des
Körpers 10 frei sind.
-
Die obere Wand des Körpers ist in Bezug auf die Widerstände 15 mit einer
feuerfesten Auskleidung 16 versehen und polierte Platten sind, um Reflektoren 17
zu bilden, zwischen den Widerständen 15 und der feuerfesten Auskleidung 16
angeordnet und bilden abgewinkelte Seiten, um die Konzentration der Strahlung
auf die Achse des Körpers 10 zu verstärken. Die Widerstände werden durch eine
regulierbare Niedrigspannungsquelle 19 (ca. 1000 Ampere bei einigen Dutzend
Volt) versorgt. Sie sind so ausgelegt, daß die abstrahlenden Oberflächen
wenigstens 1200ºC erreichen. Übrigens ist das Gehäuse 1 in einer äußeren
feuerfesten Umfassung so angeordnet, daß die Temperatur des Körpers im Schnitt
zwischen 400 und 600ºC erreicht. Diese Temperaturen werden erreicht, wenn
man in Betracht zieht, daß der Druck im Gehäuse 1 zwischen 10 und 65 millibar
(1000-6500 Pa) betragen wird. Nahe dem Ende 11 des Körpers 10 ist eine
Scheibe in Form eines Diaphragmas 11a angeordnet, um die periphere Dichtung
des zu öffnenden Endes 11 nicht den Strahlungen er Widerstände auszusetzen.
Zwischen der Scheibe 11a und dem benachbarten Ende des Korbs 13 ist ein
Füllrohr 18 angeordnet, das durch eine Pumpe 18a versorgt wird. In der Mehrzahl
der Fälle sind die zu vernichtenden Abfälle in einem pumpbaren Zustand und
werden über das Einfüllrohr 18 eingeführt. Wenn die Abfälle eine Konsistenz
haben, die das Pumpen verbietet, werden sie durch das offene Ende 11 und die
Scheibe 11a in den Korb 13 eingeführt.
-
Am oberen Bereich des Endteils 12 zweigt ein Evakuierungskanal 12a ab, der
über einen Kondensator 2 an eine Pumpengruppe 4 angeschlossen ist. Die
Pumpengruppe 4 besteht klassischerweise, denn es handelt sich darum, aus dem
Gehäuse ein Gemisch kondesierbarer Dämpfe und nichtkondensierbarer Gase
abzuleiten, aus einer Ausstoßeinheit 40 bei der eingezogene Düse einen
Flüssigkeitsstrahl in eine auseinandergehende Düse bläst, die in einem
Flüssigkeitstank 40a mündet, von wo die durch den Stahl mitgerissenen Gase von
einer Flüssigkeitsringpumpe 41 aufgenomen werden.
-
Der Kondensator 2 besitzt zwei Kolonnen 20 und 21 oder Mehrfachdüsen 20a und
21a, die das Wasser in Strahlen, die nach unten gerichtet sind, verdampfen. Das
Wasser und die Kondensate sammeln sich in einem unteren Behälter 22, von dem
eine Pumpe 23 sie in einen Separator leitet, der aus einem Sammler 30 mit zwei
Trennwänden als Schikanen 31 und 32 gebildet wird. Ein Knal 34 leiet das
Wasser in Richtung der Düsen 20a und 21a ab, während die oben schwimmenden
Hydrocarbonate durch Abschöpfung in eine Kammer 33 geleitet werden.
-
Bei der normalen Funktion zur pyrolytischen Vernichtung flüssiger Abfälle, wird
das Gehäuse durch die Pumpengruppe 4 unter Vakuum gesetzt, dann werden die
Widerstände unter Spannung gesetzt, um das Gehäuse 1 zu einem themischen
Gleichgewicht zu bringen, wobei die Widerstände auf mindestens 1200ºC und der
Körper 10 eine Temperatur von zwischen 400 und 600ºC erreichen. Bei
Temperaturanstieg wird der Korb bei einer Geschwindigkeit von 1 t/min in
Rotation versetzt, um die Temperatur zu regulieren und schneller zu
Betriebsbedingungen zu kommen.
-
Danach führt man nach und nach flüssige Abfälle durch das Einfüllrohr 18 ein.
Die Flüssigkeit verdampft praktisch sofort und die Dämpfe werden nach und nach
auf die mittlere Temperatur des Gehäuses gebracht, bis sie sich durch das Rohr 18
zum Endteil 12 verflüchtigen. Dieser Temperaturanstieg ist von einem
Aufbrechungsprozess begleitet, der einesteils Leichtfraktionen (Wasserstoff,
Methan...) ergibt, die durch die Pumpengruppe abgeführt werden und anderenteils
Produkte mit hohem Molekulargewicht, die sich weniger schnell bewegen und
deren Aufbrechung fortfährt, bis sich im wesentlichen Kohlenstoff ergibt.
-
Die nichtkondensierbaren Bestandteile, die nur kurze Zeit in dem Gehäuse 1
verbleiben, finden sich am Ausgang mit der Flüssigkeitsringpumpe 41, um
wiedergewonnen oder abgefackelt zu werden. Die leichten Kondensate, die durch
den Kondensator 2 aufgenommen werden, werden in dem Separator 3 vom
Wasser getrennt und werden wiedergewonnen oder wieder dem Ofen zugeführt.
Die festen Rückstände werden durch den Korb verwirbelt.
-
Übrigens werden die Rückstände des Aufbrechungsprozesses, die durch die
Temperatur des Gehäuses nicht vollständig aufgebrochen sind, ebenfalls durch
den Korb 13 verwirbelt. Obwohl die Rückstände insgesamt als feines Granulat
vorliegen, verteilen sie sich im gesamten Volumen des Gehäuses, wobei ihre
Bewegung durch die gasförmige Phase, deren Druck niedrig ist, nicht behindert
wird. Diese Rückstände können daher nahe an die Widerstände 15 geraten und
werden daher direkt deren Abstrahlung unterworfen. Diese Abstrahlung ist bei
dieser Temperatur nahe der eines Planckschen Strahlers, mit einem Spektrum, das
sich von Gelb bis Infrarot erstreckt. Die nicht ganz zersetzten Bestandteile
absorbieren selektiv Bestandteile des Spektrums, die geignet sind, die
Rückstandsverbindungen aufzubrechen, so daß der Aufbrechungsprozess
vervollständigt wird.
-
Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf das beschriebene Beispiels
beschränkt, sondern umfasst alle Ausführungsvarianten, die in den Umfang der
Ansprüche fallen.
-
Insbesondere könnte das Gehäuse mit seiner Achse vertikal angeordnet sein,
wobei die Widerstände käfigförmig in regelmäßigen Abständen in der Nähe der
Wand angeordnet wären.