DE3752053T2

DE3752053T2 - Verfahren zur Vernichtung organischen Abfallstoffs

Info

Publication number: DE3752053T2
Application number: DE3752053T
Authority: DE
Inventors: Douglas J Hallett
Original assignee: Ontario Inc
Current assignee: Ontario Inc
Priority date: 1986-08-08
Filing date: 1987-08-07
Publication date: 1997-09-25
Anticipated expiration: 2007-08-08
Also published as: DK411987D0; JP2755946B2; CA1294111C; DK411987A; EP0257893A1; EP0257893B1; JPS6399413A; DE3752053D1; US4819571A; HK1007523A1

Description

Hintergrund der Erfindung

Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abbau von organischem Abfallmaterial, und insbesondere betrifft es ein Verfahren zum Abbau von organischem Abfallmaterial, das polyhalogeniertes Abfallmaterial enthalten kann oder nicht, und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Es ist bekannt, daß man halogeniertes organisches Abfallmaterial über Reduktionsverfahren unter Verwendung von zum Beispiel Natriummetall oder Natriumnaphthalid abbaut. Es ist auch bekannt, daß man halogeniertes organisches Abfallmaterial durch Oxidation zum Beispiel mittels Hochtemperaturverbrennung abbaut. Diese bekannten Verfahren haben bestimmte Einschränkungen oder Nachteile, weil sie nur für bestimmte Sorten von Abfallmaterial verwendet werden können. Außerdem sind die für den Abbau verwendeten chemischen Reagenzien manchmal gefährlich zu handhaben, und der Abbau kann zur Bildung von hochtoxischen Nebenprodukten führen.
Die Ausmaße des Problems hinsichtlich der Entsorgung von polyhalogenierten Flüssigkeiten, insbesondere polychlorierter Biphenyle (die im allgemeinen und in der Öffentlichkeit als PCBs bekannt sind), und damit verbundener Abfälle wurden in dem Environment Canada Economic and Technical Review Report EPS 3- EC-83-1 begutachtet. Wenn man die vermutete carcinogene Eigenschaft der PCBs und das offensichtliche Fehlen des Abbaus in der Natur über äußerst lange Zeiträume bedenkt, vermitteln einem die bekannten Mengen von PCBs, die gegenwärtig in elektrischen Transformatoren und Kondensatoren (Tabelle 7 des Berichtes) im Gebrauch sind, wobei diese einen Massenwert von 14,8 Millionen Kilogramm umfassen, einen Eindruck über das Ausmaß des Problems.
Weiterhin unterstreicht die Ansammlung von diesen Materialien an zahlreichen Orten, die meist von den vorhandenen Großverbrennungsanlagen, die in den Vereinigten Staaten und in Kanada für Entsorgungszwecke zur Verfügung stehen, entfernt liegen, die brisante Natur des Problems. Das öffentliche Bewußtsein hinsichtlich der möglichen Gefahr von PCBs für die allgemeine Gesundheit kompliziert auch weiter die Situation, indem sie den Transport derselben zu den bestehenden Verbrennungsanlagen ausschließt. Das Auftreten von bestimmten, hinlänglich publizierten Freisetzungen von PCB hat diesen Aspekt des Problems weiter verschärft.
Das bestehende Verfahren zur Entsorgung dieser Stoffarten war die Verbrennung in großen Anlagen. Während Forderungen zur Erzielung eines sehr hohen prozentualen Wirkungsgrades für die Entsorgung über dieses Verfahren gestellt wurden, gibt es Bedenken, daß die Berichte auf einer langzeitigen, andauernden Basis weniger als derzeit gültig nachweisen könnten. Zusätzlich werden bei der Verbrennung oder der Oxidation hochtoxische Nebenprodukte wie chlorierte Dioxine gebildet, wenn man außerhalb der genauen optimalen Temperaturen und Verweilzeitbedingungen arbeitet.
Ein erkanntes Problem, auf das auf Seite 28 des oben erwähnten Berichts Bezug genommen wird, das zum Verschwinden der entsprechenden PCB-Verbrennungsanlage beitrug, war die Bildung eines Ringes von "agglomeriertem Material" während der Verbrennung. Diese Art von "Glop"-Bildung kann gut ein charakteristisches Nebenprodukt der Verbrennungssysteme sein und ist möglicherweise ein Hinweis auf teilweise Rekombinationen von Molekülen zu Ringverbindungen der vermuteten Art. Dieses ergibt einen weiteren Grund, ein geändertes Verfahren bereitzustellen.
Die Pyrolyse oder der thermische Abbau bei Luftarmut oder der Abbau von festen oder flüssigen organischen Abfallprodukten aus Kohlenwasserstoffen wurde zuvor durch die Bildung von Teeren und mehrkernigen aromatischen Kohlenwasserstoffen, die 1 bis 5 aromatische Ringe enthalten, gestört.
Die WO-A-8202001 offenbart ein Verfahren zum Abbau von verdampften schweren halogenierten Abfällen wie polychlorierten Biphenylen, was ein Mischen des Abfalls mit Wasserstoff, und ein Oxidieren der Mischung mit Sauerstoff bei einer Temperatur von wenigstens 2000ºC umfaßt.
Ein Aufsatz mit dem Titel "Thermal Hydro-Dechlorination of (Poly)chlorinated Organic Compounds", veröffentlicht in Chemistry and Industry, Bd. 102, Nr. 19, 3. Oktober 1983, Seiten 259 bis 760, Letchworth, Herts, Great Britain, von R. Louw et al. beschreibt die Substitution von H für Cl bei einer Anzahl von chlorierten Benzolen, Alkenen und Alkanen über die Reaktion mit Wasserstoff. Unter den angelegten Bedingungen waren die organischen Hauptprodukte, die aus den anfänglichen Chlorbenzolen entstanden, die entsprechenden entchlorierten Benzole und Benzol. Biaryle entstanden nur zu Anteilen von 1 bis 2 Molprozent bezogen auf HCl, zusammen mit Spuren an Naphthalin und Biphenylen.
Die GB-A-2159137 beschreibt ein Verfahren zum Abbau von chlorierten organischen Verbindungen über Pyrolyse bei wenigstens 825ºC in einer reduzierenden Atmosphäre, die z.B. Wasserstoff umfaßt. Es wird eine Vorrichtung offenbart, die einen Reduktionskessel, der Heizmittel umfaßt, einen Gaseinlaß, Mittel zum Erhöhen der Temperatur in dem Kessel, Mittel zum Zuführen des Abfallmaterials, und eine Düse, über die ein reduzierendes Gas in eine Zone zum Mischen mit dem Abfallmaterial eingeleitet werden kann, umfaßt. Die erhaltenen reduzierten Materialien können als Brennmaterial verwendet werden. Sie enthalten angeblich geringe Mengen an Kohlenstoff und höheren aromatischen Verbindungen (aromatics).
Die DE-A1551838 beschreibt ein Zweistufenverfahren für die Verbrennung von Industrieabfall. Der Abfall wird schubweise gesammelt, vorerhitzt und in einer reduzierenden Atmosphäre homogenisiert. Die Vorrichtung umfaßt zu diesem Zweck eine Mischtrommel mit einem Gaseinlaß und Mittel zum Aufheizen für die Aufrechterhaltung einer reduzierenden Atmosphäre. Die Mischkammer ist über einen Auslaß für den gemischten Abfall mit einem Brennkessel verbunden.
Die EP-A-0175406 offenbart ein Verfahren zum Abbau von Abfallmaterial, bei dem das Material mit einem Überschuß an Wasserstoff/Wasserstoffdonor bis zu einer Temperatur in dem Bereich von 100 bis 1220ºC erhitzt wird, gefolgt von einem Quentchen der Reaktionsabgase und Abtrennung in eine kohlenwasserstoff- und wasserstoffhaltige Phase und in eine Phase, die Wasserstoffhalogenide und/oder Stickstoff-, Schwefel- und/oder Sauerstoff-haltige Verbindungen enthält. Bei dem Verfahren wird Ruß gebildet, was die Unterbrechung des Verfahrens für dessen Entfernung erforderlich macht. Das Abfackeln der kohlenwasserstoff- und wasserstoffhaltigen Phase wird allgemein erwähnt.

Zusammenfassung der Erfindung

Wir haben nun gefunden, daß das organische Abfallmaterial wirkungsvoll und vollständig bei Verwendung eines Verfahrens, das eine chemische Reduktion in der Gasphase in einer reduzierenden Atmosphäre bei einer hohen Temperatur, der eine Oxidation der heißen Reaktionsmischung aus der chemischen Reduktion in einer Hochtemperatur-Verbrennungsanlage folgt, verbindet, abgebaut werden kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Verfahren zum Abbau von organischem Abfallmaterial, das innige Mischen des Abfallmaterials mit einem gasförmigen Reduktionsmittel; Unterwerfen des Abfalls in der Mischung einer Reduktion bei einer Temperatur von wenigstens 600ºC in einer isolierten sauerstofffreien ersten Zone, wobei man ausreichend Reduktionsmittel verwendet, um die gebildeten Moleküle zu sättigen oder zu reduzieren, so daß aromatische und polyaromatische Strukturen als Nebenprodukte eliminiert werden; und, in einer zweiten Stufe, Unterwerfen der so erhaltenen heißen Reaktionsmischung der Oxidation mit einem gasförmigen Oxidationsmittel bei einer Temperatur von wenigstens 1000ºC.
Weiterhin wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung, die für die Durchführung des obigen Verfahrens geeignet ist, in Anspruch 14 definiert.

Beschreibung der Erfindung

Gemäß einem bevorzugten Aspekt der Erfindung wird das Abfallmaterial der Reduktion bei einer Temperatur von 700 bis 900ºC über eine Verweilzeit von 5 bis 40 Sekunden unterzogen, und die heiße Reaktionsmischung wird der Oxidation bei einer Temperatur von 1000 bis 1400ºC über eine Verweilzeit von 1 bis 4 Sekunden unterzogen.
Das Verfahren dieser Erfindung kann zum Beispiel über die direkte Einbringung (injection) von organischem Abfallmaterial wie zum Beispiel halogeniertem organischen Abfallmaterial in der Form einer Flüssigkeit, eines pumpbaren Schlammes, einer fein partikulären Aufschlämmung wie Mischungen aus kontaminierter Ablagerung/Wasser, oder eines gepulverten Festkörpers aufwärts in einen druckbeaufschlagten Reaktionskessel bei Abwesenheit von Sauerstoff bequem durchgeführt werden. Der Reaktionskessel wird erwärmt und bei Temperaturen oberhalb von annähernd 600ºC, bevorzugt bei Temperaturen von oberhalb 700ºC bis oberhalb 900ºC, gehalten.
Der Abfall kann mit einem gasförmigen Reduktionsmittel wie Wasserstoff, gasförmigem Ammoniak, Erdgas, Methan, Propan oder Wasserdampf, oder zusammen mit einer Mischung aus diesen Reduktionsmitteln gemeinsam eingebracht werden. Die Reduktion kann mit oder ohne Zugabe eines Metallkatalysators wie Eisen, Zink, Zinn oder Nickel in der Form von Eisenspänen oder gepulvertem Zink, Zinn oder Nickel, die gemeinsam in den Kessel eingebracht werden können, um die Reduktionsreaktion zu fördern, durchgeführt werden.
Die bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens umfaßt jedoch die Stufen des gemeinsamen Einbringens (auf einer kontinuierlichen Basis) des Abfalls mit Wasserstoff in einen vorerwärmten Reduktionskessel, das Halten des Kessels bei einem Innendruck oberhalb des atmosphärischen Druckes, der bis zu einer Atmosphäre über dem Umgebungsdruck liegt, ohne Zugabe von Katalysatorstoffen.
Der Reaktionskessel kann so angeordnet werden und die Rate des Einbringens so eingestellt werden, daß die Verweilzeit der gasförmigen Stoffe in dem Reduktionskessel mehr als annähernd 5 Sekunden, und bevorzugt annähernd 15 Sekunden bis annähernd 45 Sekunden beträgt. Eine besonders wirkungsvolle Verweilzeit, bei der die Reduktion wirkungsvoll vollendet wird, beträgt annähernd 30 Sekunden.
Die Reduktion kann bei einer Temperatur von annähernd 600ºC bis annähernd 1100ºC, bevorzugt innerhalb des Bereiches von annähernd 700ºC bis annähernd 900ºC, und ganz besonders bei einer Temperatur von annähernd 800ºC bis annähernd 900ºC durchgeführt werden.
Die Reduktion kann auch in der Gegenwart eines Metalls wie eines Eisen-, Nickel-, Zink- oder Zinn-Katalysators durchgeführt werden. Der Katalysator kann in der Form von Eisenspänen, gepulvertem Nickel, gepulvertem Zink oder gepulvertem Zinn vorliegen.
Das organische Abfallmaterial kann oder kann nicht organische Verbindungen wie halogenierte Biphenyle, halogenierte Benzole, halogenierte Phenole, halogenierte Cykloalkane, halogenierte Alkane, halogenierte Dioxine und halogenierte Dibenzofurane enthalten. Das organische Abfallmaterial kann zum Beispiel die üblicherweise verwendeten chlorierten organischen Verbindungen wie chlorierte Biphenyle, die auch als polychlorierte Biphenyle (PCBs) bekannt sind, chlorierte Benzole, chlorierte Phenole, chlorierte Cykloalkane, chlorierte Alkane, chlorierte Dioxine und chlorierte Dibenzofurane enthalten.
Das organische Abfallmaterial kann in der Form einer Flüssigkeit, eines pumpbaren Schlammes, einer fein partikulären Aufschlämmung wie Mischungen aus kontaminierter Ablagerung/Wasser, oder eines gepulverten oder zerkleinerten Festkörpers wie kontaminiertem Holzabfall oder kontaminierten Böden vorliegen. Ein solches Abfallmaterial kann zum Beispiel Öle, die polychlorierte Biphenyle (PCBs) als Abfallprodukte der Verfahren zur Herstellung von Kondensatoren und Transformatoren, oder aus einer veralteten elektrischen oder nichtelektrischen Vorrichtung enthalten, und Produkte, die in verschiedenartigen Industriebranchen verwendet werden, wie Weichmacher, Hydraulikflüssigkeiten und Schmierstoffe, einschließen.
Das organische Abfallmaterial kann auch so vorliegen, daß es nichthalogenierte organische Verbindungen enthält. Es kann zum Beispiel in der Form von zerkleinertem oder partikulärem organischen Festmaterial wie zerkleinertem pathogenen Abfallmaterial vorliegen.
Der Reaktionskessel für die Reduktionsstufe des Verfahrens ist mit geeigneten chemisch und thermisch widerstandsfähigen Materialien ausgekleidet, um den erzeugten gasförmigen Nebenprodukten wie Halogenwasserstoffen wie zum Beispiel Chlorwasserstoff standzuhalten. Er ist auch mit einer Auswurfschnecke versehen, um den festen Brandschutt oder die Nebenprodukte wie zum Beispiel Metalle, Metallsalze, Silicate oder andere Feststoffe, die sich in dem Kessel ansammeln, auszuräumen.
Während gasformige Reduktionsmittel wie gasförmiges Ammoniak billiger und auch potentiell weniger explosiv als Wasserstoff, Methan oder Propan sind, hat man bei den letzteren Reduktionsmitteln bestimmte Vorteile. Während die Verwendung von gasförmigem Wasserstoff aus einer Anzahl von Gründen jedoch bevorzugt ist, ist beabsichtigt, daß Propan verwendet werden kann, wenn der BTU-Gehalt des Abfalls möglicherweise zu gering ist, um eine richtige Oxidation stattfinden zu lassen.
Die Verwendung eines Reduktionskessels und die Auswahl von gasförmigem Wasserstoff als Reduktionsmittel hat jedoch viele vorteilhafte und optimierende Wirkungen. Somit minimiert in dem Fall der einen Ausführungsform, dem mobilen System für die Straße für den Vor-Ort-Abbau der angesammelten PCBs, die Verwendung von Wasserstoff die notwendige Größe des Reduktionskessels zur Durchführung eines kontinuierlichen Verfahrens und die Möglichkeit der Erzeugung von Kohlenstoff. Die Reduktion von PCBs oder von gefährlichen Abfällen zu gasförmigem Brennstoff verringert weiter die Notwendigkeit von zusätzlichem Brennstoff und von der für den Brennstoff zusätzlich benötigten Verbrennungsluft, wodurch man die Größe der zweiten Verbrennungsanlage und insgesamt der Abbauanlage stark verkleinert.
Die Sicherheitserfordernisse für den Reduktionskessel erfordern die Durchführung einer mehrfachen Spülung mit Inertgas, wie zum Beispiel Stickstoff, um die Abwesenheit von Sauerstoff (aus der Luft) in dem Kessel sicherzustellen, um so die Wahrscheinlichkeit einer Explosion auszuschließen. Da das Verfahren allgemein als ein kontinuierliches Verfahren vorgeschlagen wird, wird das Spülerfordernis entsprechend weniger wichtig.
Die Reduktionszone wird bei einem Druck gehalten, der ausreichend höher als der innerhalb des Brenners (Combustor) ist, um so ein Zurückströmen von Oxidationsmitteln, einschließlich von Luft, aus dem Brenner (Combustor) in den Reduktionskessel auszuschließen. Außerdem enthält die Anordnung der Reduktionszone Mischdüsen, wobei sich das unter Druck stehende Reduktionsgas mit dem hereinkommenden Abfall durch die große Stoßgeschwindigkeit innigst mischt und diesen zerstäubt, die auf einem niedrigen Level innerhalb der Zone angeordnet sind, und eine gasförmige Verweilzone, die reduzierte gasförmige Produkte, die darüber angeordnet sind, enthält, um so die Reduktionszone von dem Auslaß zur Oxidationszone zu isolieren. Dieser Zwischenzone zwischen Reduktion und Oxidation kann einen keramischen Feuerwall einschließen, um ein Zurückschlagen zu vermeiden. Das heiße reduzierte Gas wird in die Oxidationszone über einen Verbrennungsmantel, Verbrennungsdüsen oder eine geeignete Vorrichtung eingebracht, um ein geeignetes Mischen mit der Verbrennungsluft, die in die Oxidationszone eingebracht wird, zuzulassen und um ein optimales Anordnen der Flammenfront innerhalb des Oxidationsraums zuzulassen.
Ein weiterer Vorteil beim Verwenden von Wasserstoff, im allgemeinen in gasförmiger Form, ist die Fähigkeit einen Wasserstoffstrahl oder -strahlen in einer auf die Stoffe, die reduziert werden sollen, auftreffenden Richtung zu verwenden, um so eine hochaktive Mischzone zu erhalten, wobei die so zugeführte Form des Wasserstoffs verwendet wird, um den Wirkungsgrad des Mischens und des Reduktionsverfahrens zu optimieren.
Im Fall von Flüssigabfall kann ein Abfallstrahl von einem quergerichteten Wasserstoffstrahl getroffen werden, um eine Zerstäubung mit innigster Mischung zu bewirken, um den chemischen Wirkungsgrad des Reduktionsverfahrens zu steigern.
Eine Ausführungsform umfaßt die Verwendung einer radial nach innen gerichteten Querstromgasdüse vom CALDYN (TM) Typ. Das erfindungsgemäße System ist in der Lage, flüssigen Abfall, der Partikel bis zu 6 mm (1/4 Zoll) Mesh-Größe darin einschließt, zu handhaben, und Tropfen mit einer so kleinen Größe wie 40 µm können wirtschaftlich erhalten werden.
Es wird verstanden, daß die Reduktion auch in der Gegenwart von Wasserdampf, der die Reduktionsreaktion nicht inhibiert, durchgeführt werden kann. Somit ist es möglich, organisches Abfallmaterial, Schlämme oder Ablagerungen wie zum Beispiel kontaminierte Hafenschlämme oder -ablagerungen, die bedeutende Mengen an Wasser enthalten, abzubauen.
Die heiße Reaktionsmischung aus diesem Reduktionsverfahren wird im allgemeinen enthalogenierte, hydrierte oder reduzierte Kohlenwasserstoffe oder im wesentlichen enthalogenierte Kohlenwasserstoffe zusammen mit Halogenwasserstoff wie Chlorwasserstoff, Wasser und überschüssigen Wasserstoff enthalten.
Der Reaktionskessel, der für die Reduktion in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel verwendet werden soll, ist vertikal in Verbindung mit einem zweiten Kessel, der für die zweite, die Oxidationsphase verwendet werden soll. Die heiße Reaktionsmischung aus der Reduktionsstufe mit einer Temperatur von annähernd 600ºC bis annähernd 1000ºC, und insbesondere von annähernd 800ºC bis annähernd 900ºC kann durch ein kurzes mit Keramik isoliertes oder mit feuerfestem Material ausgekleidetes Rohr durch Konvektion und durch den Druck, der als ein Ergebnis der Verdampfung und der Dampfbildung der eingebrachten Flüssigkeit oder des teilweise flüssigen Abfalls zusammen mit der kontinuierlichen Ausdehnung der Gase, so wie der Reduktionsabbau erfolgt, erzeugt wird, gezwungen werden. Überschüssige Luft oder Sauerstoff kann in den zweiten Kessel so eingebracht werden, daß man eine turbulente Strömung der heißen Gase der heißen Reaktionsmischung zusammen mit dem Sauerstoff erzeugt, was die vollständige Verbrennung von diesen Gasen bei einer Temperatur von oberhalb von annähernd 1000ºC fördern wird. Besonders verwendbare Temperaturen sind solche innerhalb des Bereichs von annähernd 1000ºC bis annähernd 1500ºC, und insbesondere eine Temperatur von annähernd 1200ºC bis annähernd 1400ºC.
Die Größe des zweiten Kessels für das Oxidationsverfahren kann so bemessen sein, daß die Retentions- oder Verweilzeit der heißen Reaktionsmischung in der Brennkammer annähernd 1 Sekunde bis annähernd 4 Sekunden, bevorzugt eine Verweilzeit von annähernd 2 Sekunden oder mehr betragen wird. Die Brennkammer des zweiten Kessels kann auch mit einem geeigneten Material ausgekleidet sein, um den heißen sauren Gasen wie zum Beispiel Chlorwasserstoff, die durch diese hindurch geleitet werden, standzuhalten. Die heißen Abgase aus diesem zweiten Kessel werden dann schnell gekühlt und mit Wasser und wäßriger Lauge wie zum Beispiel einem Natriumhydroxidnebel oder Natriumcarbonat gewaschen, um die sauren Gase zu entfernen und zu neutralisieren.
Bei der Durchführung der vorliegenden Erfindung in einem wirkungsvollen Produktionsumfang ist es notwendig, eine Reduktionskammer, die auf eine reaktionserhaltende Temperatur geeignet vorerwärmt ist, bereitzustellen.
Im Hinblick auf die Vorteile, die man bei Verwendung von Wasserstoff, wie zuvor durchgeführt, erhält und dem unbedingten Erfordernis, eine wirkungsvolle Gasspülung bereitzustellen, erfolgt das Vorheizen des erfindungsgemäßen Kessels bevorzugt über passive Heizmittel wie zum Beispiel über elektrische Heizelemente, im Gegensatz zu aktiven Heizverfahren wie zum Beispiel der Gasverbrennung. Infolge der hochaktiven Chemikalien, die über das erfindungsgemäße Verfahren im allgemeinen entstehen, ist die Verwendung von schützenden, chemisch widerstandsfähigen Kesselauskleidungen wichtig. Dieses Erfordernis und die Verwendung von Strahlungswärme sind nicht inkompatibel.
Die Verwendung von Dampf oder überhitztem Dampf sowohl als Spülgas als auch als Vorheizmittel ist beabsichtigt.
Bei einer Ausführungsform ist die Brennkammer über dem Reduktionskessel angeordnet, um die Gase von diesem in aufwärts strömender Richtung über einen zentralen Durchlaß, der mit einem Feuerwall aus Keramik ausgerüstet ist, um einen Rückschlag zu verhindern, aufzunehmen. Die heißen reduzierten Gase werden in die Oxidationszone durch einen Verbrennungsmantel, Verbrennungsdüsen oder eine andere geeignete Vorrichtung eingebracht, um das Mischen mit der Brennluft, die der Oxidationszone zugeführt wird, zu fördern, und um eine optimale Anordnung der Flammenfront innerhalb der Oxidationskammer zu bewirken.
Das System stellt Mittel zur Rauchgasbehandlung bereit, um das stark saure Rauchgas vor der Freisetzung in die Atmosphäre über den Weg einer alkalischen Wäsche zu behandeln.
Ein Steuerungssystem, das keinen Teil der vorliegenden Erfindung bildet, stellt eine automatisierte Steuerung bereit, um einen geeigneten Durchsatz der Verfahrensstoffe und um sichere und geeignete Umweltbedingungen bei den entsprechenden Verfahrensstufen zu überwachen und zu erhalten.

Kurze Beschreibung der Figuren

Bestimmte Ausführungsformen der Erfindung werden beschrieben, wobei Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen genommen wird, wobei
Figur 1 eine schematische Ansicht im Querschnitt des Durchmessers von einer Reduktionskammer ist, die mit einem Brenner (Combustor), der teilweise im Querschnitt zu sehen ist, verbunden ist;
Figur 2 eine Teilansicht im Querschnitt des Durchmessers von einer Zerstäuberdüse der Reduktionsvorrichtung ist;
Figur 3 eine schematische Anordnung einer Anlage zur Durchführung des Verfahrens ist; und
Figur 4 eine Darstellung einer Ausführungsform einer mobilen Anlage ist.

Genaue Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Unter Bezugnahme auf Figur 1 hat der Reduktionskessel 10 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Metallummantelung 12 und ist im wesentlichen freistehend, wobei eine Brennkammer 14 auf demselben montiert ist.
Der Reduktionskessel 10 hat eine oder mehrere Einlaßdüse(n) 20 (siehe Fig. 2) zum Einbringen (injecting) von Abfall, einschließlich von pulverisierten Festkörpern, zur Zerstäubung der Flüssigkeitsanteile durch Strahlen aus Wasserstoffgas durch einen Kreisring 27 der Düsen.
Der Kessel 10 hat eine Anordnung von elektrischen Strahlheizkörpern 22 eines bekannten im Handel erhältlichen Typs wie zum Beispiel von Glühstabheizkörpern aus Carborundum- Siliciumcarbid, die die Wände auskleiden. Eine chemisch resistente FIBERFRAX (TM) thermische Isolierung 24 aus Keramik schützt die Ummantelung 12, wobei man auch eine sichere thermische Arbeitsumgebung im Inneren des Kessels 10 gewährleistet.
Der Bodenbereich 26 der Ummantelung 12 umfaßt einen Bohrer 28 und einen verschlossenen Auslaß 30, wodurch ein Ausräumen von festen anorganischen Rückständen erfolgen kann.
Der Durchlaß 32 verbindet den Kessel 10 mit dem Kessel 14 für den Übergang der reduzierten gasförmigen Produkte durch diesen nach oben. Der Durchlaß 32 ist angeordnet und ausgelegt, um den Druck im Kessel 10 unter Kontrolle zu halten, um eine sichere, positive Druckdifferenz zwischen der Reduktionskammer 10 und der Brennkammer 14 zu gewährleisten. Eine Sicherungsplatte (Blow-Out Panel) (nicht gezeigt) sichert den Kessel 10 gegen einen Explosionsüberdruck.
Eine Kombination aus einer Luftversorgungsdüse und einem Brenngitter 31 gewährleistet eine sichere und stabile Verbrennung in der Kammer 14.
Unter Bezugnahme auf Figur 2 haben die Düsen 20, die wie in Figur 1 gezeigt angeordnet sind, jeweils einen Flüssigkeitseinlaß 21 und einen Gaseinlaß 23. Der Gaseinlaß 23 stellt über die Regelventile 201, 203 die Verbindung mit den entsprechenden unter Druck stehenden Stickstoff- und unter Druck stehenden Wasserstoffversorgungen (nicht gezeigt) für die Verwendung beim anfänglichen Spülen der verbundenen Kessel 10/14 und für das nachfolgende Durchführen des chemischen Reduktionsverfahrens entsprechend her.
Die Abgasöffnung 36 der Kammer 14 ist, insbesondere im Hinblick auf den Chlorwasserstoffgehalt der Abgase, mit einer Wäsche für saure Gase und einem Radialventilator bzw. mit einer Vorrichtung 61 zur Partikelentfernung verbunden.
Unter Bezugnahme auf Figur 3 ist das System 40 mit einer Reduktionskammer 10, die die Brennkammer 14 trägt, schematisch gezeigt. Die Zuführung von Abfall-mit-Flüssigkeit oder von Flüssigkeiten wie PCB oder PCB-haltigem Schlamm erfolgt über ein einstellbares Füllventil 50 zu den Einlässen 21 der Düsen 20 in die Kammer 10. Die reduzierten Gase treten durch den Durchlaß 32 in die Brennkammer 14. Verschiedenartige Lufteinlaßsteuerungen 54 erlauben eine Steuerung der Brennkammer 14, die im wesentlichen bei Atmosphärendruck arbeitet.
Die Abgase treten über den Durchlaß 56 aus, passieren ein Waschsystem 60, eine Radialventilator-Partikelentfernungsvorrichung 61, und Kühlduschen, die schematisch als 62 gezeigt sind, um über den Schornstein 65 in die Atmosphäre auszutreten. Das erfindungsgemäße System umfaßt einen Neutralisierungswassertank 67, einen Kühlwassertank 69 und damit verbundene Pumpen und Steuerungen. Das gesamte System schließt weitere Arten von Gaswäschern nicht aus.
Figur 4 ist eine zeichnerische Darstellung des Systems, das als Tiefladeanhänger 90 mit einem hydraulischen Stellorgan 92 für den Aufbau des zusammengesetzten Reduktions/Verbrennungskessels 10/14 dargestellt ist.
Es ist beabsichtigt, daß der Dampf von einem Dampferzeuger sowohl als Spülmittel für die verbundenen Kessel 10/14 als auch als Vorheizmittel für die Reduktions- und Brennkammern 10/14 verwendet werden kann.
Die Steuerungsgeräte zur Prozeßlenkung, die in einem Zusatzanhänger 95 angeordnet sind, stellen eine automatisierte Steuerung und Datenaufnahme mittels Meß- und Steuerungsgeräten (nicht gezeigt) bereit.
Um die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens zu verbessern, ist es beabsichtigt, die Abgase mit hoher Temperatur durch eine geeignete Gasturbine eines Kraftwerks (d.h. ohne Brenner) zu leiten, das mittels einer Antriebsverbindung mit einem Wechselstromgenerator verbunden ist, um verwendbare elektrische Energie für den Verkauf an eine lokale Stromversorgung zu erzeugen und auch, um die Energiebedürfnisse des Verfahrens, sobald dieses gestartet wurde, zu decken.

Claims

1. Ein Verfahren zum Abbau von organischem Abfallmaterial, das umfaßt das innige Mischen des Abfallmaterials mit einem gasförmigen Reduktionsmittel; Unterwerfen des Abfalls in der Mischung einer Reduktion bei einer Temperatur von wenigstens von 600ºC in einer isolierten sauerstofffreien ersten Zone, wobei man ausreichend Reduktionsmittel verwendet, um die gebildeten Moleküle zu sättigen oder zu reduzieren, so daß aromatische und polyaromatische Strukturen als Nebenprodukte eliminiert werden; und, in einer zweiten Stufe, Unterwerfen der so erhaltenen heißen gasförmigen Reaktionsmischung der Oxidation mit einem gasförmigen Oxidationsmittel bei einer Temperatur von wenigstens 1000ºC.

2. Ein Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Reduktionsmittel ein oder mehrere von Wasserstoff, Ammoniak, natürlichem Gas, Methan, Propan oder Wasserdampf ist.

3. Ein Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Reduktion in einer Zone durchgeführt wird, die von sauerstoffhaltigen Gasen freigespült wurde.

4. Ein Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei die Reduktion bei einer Temperatur von 600ºC bis 1100ºC durchgeführt wird.

5. Ein Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei das Abfallmaterial der Reduktion über eine Verweilzeit von mehr als 5 Sekunden unterzogen wird.

6. Ein Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei die Reduktion in Gegenwart eines Metallkatalysators, ausgewählt aus Eisen, Nickel, Zink und Zinn, durchgeführt wird.

7. Ein Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei die heiße Reaktionsmischung bei einer Temperatur von 600 bis 1000ºC vor der Oxidation vorliegt.

8. Ein Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei das Oxidationsmittel Sauerstoff ist.

9. Ein Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei die Oxidation bei einer Temperatur von 1000 bis 1500ºC durchgeführt wird.

10. Ein Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei die heiße Reaktionsmischung der Oxidation über eine Verweilzeit von 1 bis 4 Sekunden unterzogen wird.

11. Ein Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei das Abfallmaterial organische Verbindungen enthält, ausgewählt aus halogenierten Biphenyl, halogenierten Benzolen, halogenierten Phenolen, halogenierten Cykloalkanen, halogenierten Alkanen, halogenierten Dioxinen und halogenierten Dibenzofuranen.

12. Ein Verfahren nach Anspruch 11, wobei die organischen Verbindungen aus chlorierten Biphenyl, chlorierten Benzolen, chlorierten Phenolen, chlorierten Cykloalkanen, chlorierten Alkanen, chlorierten Dioxinen und chlorierten Dibenzofuranen ausgewählt werden.

13. Ein Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei das Abfallmaterial der Reduktion bei einer Temperatur von 700 bis 900ºC über eine Verweilzeit von 5 bis 40 Sekunden unterzogen wird, und die heiße Reaktionsmischung der Oxidation bei einer Temperatur von 1000 bis 1400ºC über eine Verweilzeit von 1 bis 4 Sekunden unterzogen wird.

14. Vorrichtung zum Abbau von organischen Abfallmaterial, die umfaßt einen Reduktionskessel (10); einen Spülgasanlaß (20), Mittel zur Erhöhung der Temperatur innerhalb des Kessels; einen Auslaß (32) für verbrennbare gasförmige Komponenten; Mittel (21) zum Zugeben des Abfallmaterials in flüssiger und/oder feinverteilter Form in eine örtlich begrenzte Mischzone innerhalb des Reduktionskessels, und eine Düse (27), über die ein Reduktionsmittel direkt in die Mischzone zugegeben wird; einen Verbrennungskessel (14), der mit dem Auslaß des Reduktionskessels verbunden ist, einen Luft-oder Sauerstoffeinlaß in den Verbrennungskessel; und eine Verbindungsleitung, über die die heißen reduzierten gasförmigen Produkte in einer Richtung aus dem Reduktionskessel in den Verbrennungskessel für die exothermische Verbrennung darin überführt werden können, wobei der Reduktionskessel direkt benachbart zu und in direkter Verbindung mit dem Verbrennungskessel steht, wobei gegebenenfalls ein keramischer Feuerwall an einer Grenzfläche zwischen Reduktionskessel und Verbrennungkessel vorhanden ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, die zusätzlich Gaswascheinrichtungen (60) zur Aufnahme flüssiger Verbrennungsprodukte aus dem Verbrennungskessel enthält.

16. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder Anspruch 15, die zusätzlich elektrische energieerzeugene Mittel enthält.

17. Vorrichtung nach Anspruch 14, 15 oder 16, wobei die Zugabemittel so ausgelegt sind, das Abfallmaterial als einen Strom innerhalb des Düsenkörpers der Gaszugabedüse abzugeben, und die Düse so ausgelegt ist, das Reduktionsmittel im Gegenstrom zu dem austretenden Strom des Abfallmaterials abzugeben.