DE4205161A1 - Verfahren zur entsorgung, insbesondere zur verwertung von abfallstoffen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entsorgung, insbesondere zur Verwertung von Abfallstoffen festen, flüssigen oder gasförmigen Aggre­ gatszustandes oder einer Kombination dieser Aggregatszustände.

Bei der Erfindung geht es ganz allgemein um die Entsorgung im Sinne von Beseitigung von Abprodukten unterschiedlichster Art, sofern sie nicht oder nur schwach radioaktiv sind. Es kann sich dabei beispielsweise um Haus- und Industrieabfälle, Klärschlamm, Autoreifen, Abprodukte der Chemie, Pharmazie, Petrol- und Mineralölindustrie, der fleischverarbeitenden und milchproduktherstellenden Industrie handeln, wobei sich diese Reihe belie­ big fortsetzen läßt, d. h. jegliche Art von Abfallstoffen kann mit dem erfin­ dungsgemäßen Verfahren entsorgt werden. Dabei kann die Zusammensetzung dieser Abfallstoffe unterschiedlich sein. Ein besonderer Aspekt des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens ist dabei nicht nur die Entsorgung der Abfall­ stoffe, sondern insbesondere auch eine gezielte Verwertung dieser Abfall­ stoffe im Sinne von Recycling bzw. einer Neusynthese von chemischen Ver­ bindungen.

Bislang werden die Abfallstoffe in entsprechenden Öfen verbrannt, d. h. oxidiert. Nachteilig dabei ist die Umweltbelastung, da beispielsweise Dioxin entsteht. Auch ist eine Verwertung der so beseitigten Abfallstoffe nicht möglich. Weiterhin ist von Nachteil, daß beim Verbrennen der Abfallstoffe dieser insgesamt dem Ofen aufgegeben und anschließend verbrannt wird, was eine gewisse Zeit beansprucht.

Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Entsorgung von Abfallstoffen jeglicher Art zu schaffen, wobei insbesondere eine Weiterverwertung möglich sein soll.

Als technische Lösung wird mit der Erfindung vorgeschlagen, daß zumindest ein Teil der Molekülbindungen der den Abfallstoff bildenden Mo­ leküle aufgebrochen wird und die so gebildeten atomaren und/oder moleku­ laren Bruchstücke abgeführt, insbesondere einer Verwertung zugeführt werden.

Die Grundidee des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Entsorgung von Ab­ fallstoffen besteht darin, daß diese Abfallstoffe nicht wie bisher oxidiert werden, sondern daß die Moleküle in ihren Molekülbindungen zerschlagen werden. Dies wird nachfolgend als "Cracken" bezeichnet werden. Es ist aber nicht notwendig, daß sämtliche Molekülbindungen der Moleküle aufge­ brochen werden und somit nur Atome als Bruchstücke entstehen, es ist gleichermaßen denkbar, daß nur einzelne Molekülgruppen zerschlagen wer­ den und somit auch molekulare Bruchstücke entstehen. Dem erfindungsge­ mäßen Entsorgungsverfahren liegt dabei die physikalische Tatsache zu­ grunde, daß Atom- und Molekülverbände je nach Aggregatszustand eine feste oder bewegliche Gitterstruktur besitzen. Die intermolekularen Kräfte und die kinetische Energie der einzelnen Bausteine der Abprodukte lassen sich gezielt so beeinflussen, daß deren Bindungen aufgebrochen und so das die Abfallstoffe bildende Stoffgemisch in gewünschte Bestandteile zer­ legt werden kann. Dabei ist es wünschenswert, daß die dazu notwendige Energie genau dosiert eingesetzt wird, da ansonsten auch nicht erwünschte chemische Bindungen aufgebrochen werden. Dies tritt beispielsweise dann auf, wenn die Ausgangsstoffmischung thermisch so angeregt wird, daß alle Schwingungszustände der Atome bzw. Moleküle aktiviert und somit sämt­ liche Bindungen aufgebrochen werden. Dem erfindungsgemäßen Entsor­ gungsverfahren liegt somit der Gedanke zugrunde, daß die intermolekula­ ren Kräfte und die kinetische Energie der beweglichen bzw. festen Bau­ steine der Gitterstruktur der verschiedenen chemischen Bindungen beein­ flußt werden können, und zwar derart beeinflußt werden können, daß die Bindungen aufbrechen und somit atomare und/oder molekulare Bruchstücke entstehen. Dabei wird nicht vorausgesetzt, daß die Abfallstoffe brennbar sind.

Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nicht nur für eine umwelt­ freundliche Entsorgung von Abfallstoffen gesorgt, sondern die Endpro­ dukte sind auch wiederverwertbar, indem sie einer gezielten Verwertung zugeführt werden können. Der Anregung bzw. Aktivierung bestimmter oder aller Molekülgruppen zum Zwecke der Zerstörung ihrer Bindungen folgt so­ mit die anschließende Synthese zu neuen Verbindungen durch Umlagerung von Atomen bzw. Molekülgruppen nach vorherigem Cracken. Dies ist neben der Energiegewinnung beim Aufbrechen der Molekülbindungen ein ganz we­ sentlicher Aspekt und Vorteil der Erfindung. Dazu wird im allgemeinen der Plasmazustand erzeugt und durch gezielte Synthese oder durch Selektion geeigneter Bruchstücke gewünschte Produkte erzeugt. In besonderen Fäl­ len erfolgt die Herstellung des Plasmazustandes erst nach Vergasung im niedrigeren Temperaturbereich, beispielsweise im Bereich von 200°C bis 1000°C. Im Anschluß an den Vorgang des Aufbruchs (Cracken) der Molekül­ bindungen erfolgt somit entweder die Abfuhr der erwünschten Fragmente (beispielsweise Wasserstoff) und die Weiterverarbeitung des Restes oder die Neusynthese von Verbindungen durch gezielte Kombination der aus dem Crackvorgang bzw. den Crackvorgängen erhaltenen Bruchstücke. Die Syn­ these neuer Verbindungen geschieht dabei durch Kombination im Ionen­ strom und unter geeigneten Bedingungen.

Mittels des erfindungsgemäßen Entsorgungsverfahrens ist es somit möglich, daß nur dasjenige Abprodukt den Prozeß verläßt, welches der gewünschten Zielstellung entspricht. Wasserstoff und Kohlenmonoxid (Wassergas) sind dabei beispielsweise eine gewünschte Brenngaskombination, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren angestrebt und auch erhalten wird. Weiterhin besteht auch die Möglichkeit, je nach Abproduktzusammensetzung Kohlen­ wasserstoffgasgemische bzw. Fraktionen/Komponenten durch gezielte Reak­ tionsführung zu erzeugen. Ebenso besteht die Möglichkeit, durch das er­ findungsgemäße Verfahren Kohlendioxid-Emulsionen zu unterbinden oder nur Wasserstoff zu erzeugen.

Die Anwesenheit von Stickstoff ist nur durch Anteile im Aufgabegut mög­ lich, da keine Luft mit ihrem Stickstoffgehalt zur Oxidation der Brenngase im Falle des Crackens mittels einer Gasflamme benutzt wird. Der Stickstoff befindet sich im Spaltungsprozeß in der Gasphase. Die Anwesenheit von Sauerstoff ermöglicht u. a. die Bildung von NO_x-Verbindungen. Diese sind ungemein störend. Die nitrosen Gase lassen sich beispielsweise nach Ver­ flüssigung mittels Rektifikation bzw. fraktionierter Destillation aus dem Ab­ gasstrom des Crackprozesses entfernen. Der Schwefel existiert in der Gas­ phase als Schwefeldioxid oder Schwefeltrioxid bzw. in disoziierter Form und ist aktiviert. Er läßt sich entfernen, indem beispielsweise Schwefelsäure er­ zeugt wird. Das Auftreten von Schwefelwasserstoff signalisiert ungeeignete Prozeßführung und läßt sich vermeiden, wie überhaupt nach Möglichkeit das Auftreten von Verbindungen, welche das Verfahren verteuern, im Sinne einer Optimierung eingeschränkt werden sollte. Die Entfernung von Haloge­ nen geschieht nach bekannten Verfahren. Sie fallen am Reaktorausgang oh­ nehin als Wasserstoffverbindungen an und bieten somit die Möglichkeit der Abtrennung durch Gaswäsche.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, daß das Entstehen von Giftstoffen wie beispielsweise Dioxine, perchlorierte Bipheny­ le, Dibenzofurane etc. vermieden werden. Dabei kann auch die Rekombina­ tion von Giftstoffen aus Endprodukten unterbunden werden. Es werden al­ so somit nur niedermolekulare oder auch atomare gasförmige Verbindungen wie Wasserstoff und/oder Kohlenwasserstoffe, Wasser, Grafit, Schwefel, un­ schädlich gemachte Schwermetalle oder rein gewonnene metallische Kompo­ nenten mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Verfügung gestellt, die ungiftig sind. Überhaupt besteht ein Ziel der Erfindung darin und ist ein Vorteil der Erfindung, daß nur solche Stoffe gewonnen bzw. syntheti­ siert werden, die nützlich und erwünscht sind. Die unerwünschten schäd­ lichen Stoffe werden in Folgeoperationen in einen unschädlichen bzw. na­ turnahen Zustand übergeführt. Die Bildung bzw. Rekombination giftiger Substanzen beispielsweise wird dabei dadurch verhindert, daß einerseits ein entsprechendes Temperaturregime eingehalten wird und andererseits die Kombination von Halogenen und Schwermetallen (Katalysatoreffekt) durch selektive Abscheidung/Trennung der Reaktanten eingeschränkt bzw. verhindert wird.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, daß das Cracken von Molekülverbänden verschiedenster Art auch unter Anwesenheit von Schwermetallen möglich ist. Halogene und Schwefel sind beispielsweise kondensierbar bzw. sublimierbar und können deswegen gut abgeschieden werden.

Die Crackreaktion kann vertikal, horizontal sowie in anderen Stellungen durchgeführt werden. Der Reaktionsbehälter sowie die Abführung der Ab­ produkte sind vorzugsweise thermoisoliert.

Schließlich ist bei dem erfindungsgemäßen Entsorgungsverfahren von Vor­ teil, daß für bestimmte Energieeinträge zum Cracken kein spezielles Zünd­ system, beispielsweise etwa eine Glühkerze erforderlich ist. Ein Zündsystem ist nur bei der Verwendung eines Gasstrahls erforderlich, da dieser ge­ zündet werden muß.

Vorzugsweise wird das Aufbrechen der Moleküle vorzugsweise im Plasmazu­ stand durchgeführt. Zu diesem Zweck wird die Crackzone als Plasmazone ausgebildet. Die Erzeugung eines Plasmazustandes stellt eine ganz beson­ ders bevorzugte Verfahrensdurchführung dar und durch gezielte Synthese oder durch Selektion geeigneter Bruchstücke können gewünschte Produkte erzeugt werden. In besonderen Fällen erfolgt die Herstellung des Plasma­ zustandes erst nach Vergasung im niedrigeren Temperaturbereich, bei­ spielsweise im Bereich zwischen 200°C bis 1000°C. Es ist aus dem Grunde des Temperaturregimes in allen Fällen von Plasmareaktionen beim Reaktor­ entwurf darauf zu achten, daß ein freier Gasraum dann vorliegen muß, wenn die Wärmestabilität von Werkstoffen nicht mehr gegeben ist. Liegen die Temperaturen darüber, so muß das Plasma beispielsweise elektromagne­ tisch von den Wandungen ferngehalten werden. Eine andere Möglichkeit besteht darin, den Prozeß mehrstufig ablaufen zu lassen, indem der erste Teil des Verfahrens, nämlich das Verdampfen des Materials in nachfolgen­ den Apparaten abläuft, bei höheren Temperaturen dagegen erst im elektro­ magnetischen Abschirmfeld. Dabei ist es selbstverständlich, daß der Plasma­ strom durch Vakuum in Betrieb gehalten wird. Eine besondere Verfahrens­ durchführung schlägt dabei vor, daß der in Teilen des Reaktionsprozesses erzeugte bestimmte Plasmazustand unter bestimmten Temperatur- und Druckverhältnissen in Fraktionen aufgeteilt und gegebenenfalls mit Fremd­ ionen beaufschlagt wird. Die Fraktionierung kann beispielsweise durch unterschiedliche Masse-Ladungs-Verhältnisse der Plasmateilchen im elektro­ magnetischen Feld oder dgl. geschaffen werden. Die Kombination der frak­ tionierten Teilchen bzw. Bruchstücke erfolgt anschließend beispielsweise im Verbund innerhalb eines gesonderten Teils der Reaktionsapparatur. Die zu­ nächst nicht benötigten Bruchstücke bzw. Ladungsträger werden in geeig­ neter Weise, beispielsweise mittels Ionenfalle oder Quadrupol oder dgl. ge­ speichert und stehen so für andere Zwecke oder Synthesen zur Verfügung. Ähnliches gilt für neutrale Teilchen hinsichtlich ihrer Verwendbarkeit.

Vorzugsweise beträgt der organische Anteil und/oder der Anteil an leicht zerstörbaren Bestandteilen im Abfallstoff mindestens ungefähr 30 Gew.-%. Dadurch läßt sich der erfindungsgemäße Crackprozeß für die Abfallentsor­ gung am besten durchführen, wenn für den Energieeintrag ein Gasstrahl verwendet wird. Ansonsten braucht überhaupt kein organischer Anteil vor­ handen sein, wenn das Cracken beispielsweise mittels elektromagnetischer Wellen erfolgt.

In einer bevorzugten Verfahrensdurchführung werden zum Aufbrechen der Molekülbindungen diese in resonante Schwingungszustände angeregt. Man nutzt somit für den Crackprozeß die Eigenschwingungen bzw. Eigenfre­ quenzen der Atome bzw. Moleküle chemischer Verbindungen, so daß durch Resonanz mit einem Schwingungserzeuger derart verstärkte Interferenzer­ scheinungen entstehen, daß die Molekülbindungen aufbrechen. Dabei wird die Bandbreite der Eigenfrequenzen der verschiedensten Moleküle beim Verfahrensablauf berücksichtigt.

Vorzugsweise wird dabei zum Aufbrechen der Molekülbindungen Energie in Form elektromagnetischer Strahlung zugeführt. Bei der elektromagnetischen Strahlung kann es sich dabei um sichtbares Licht, Licht im ultravioletten oder infraroten Bereich oder um Mikrowellen handeln. Auch können speziel­ le Laser oder Maser für einen dielektrischen Durchbruch Verwendung fin­ den. Bei dieser Art des Crackens mittels Energieeintrag durch elektroma­ gnetische Strahlung wird das Rakete-Antirakete-Prinzip angewendet. Die Teilchen des Ausgangsgemisches werden dabei in eine Zone hoher Energie­ konzentration gebracht, die mittels dieser elektromagnetischen Strahlung erzeugt wird.

Stattdessen ist es auch denkbar, daß zum Aufbrechen der Molekülbindun­ gen Energie in Form einer induktiven Erhitzung durch elektromagnetische Induktion in einem hochfrequenten Wechselfeld durchgeführt.

Alternativ zur elektromagnetischen Strahlung kann zum Aufbrechen der Molekülbindungen auch Energie in Form thermischer oder frequenter Ener­ gie zugeführt werden. Die Zuführung thermischer Energie ist in bestimmten Anwendungsfällen vorteilhaft. Die thermische Energie kann dabei in Form von temperaturdosierten Gasflammen zugeführt werden, die auf das Gemisch oder einzelne Teile desselben gerichtet werden, während dieses beispiels­ weise in ein Gel eingebettet ist. Das Betreiben derartiger Flammenstrahlen mittels Brenngas durch heiße punktuelle Gasgebläseflammen ist technisch ohne weiteres beherrschbar.

In einer weiteren alternativen Ausführungsform wird zum Aufbrechen der Molekülbindungen Energie in Form von Korpuskularstrahlen zugeführt.

Schließlich wird in einer alternativen Ausführungsform der Energiezufüh­ rung diese durch Schallwelleninterferenz zugeführt. Derartige Schallwellen­ interferenzen können beispielsweise durch Ultraschall erzeugt werden.

Eine Weiterbildung schlägt vor, daß der Abfallstoff mit einer diskreten Schwingungsfrequenz beaufschlagt wird. Die Schwingungsfrequenz ist dabei auf die jeweils zu brechende Molekülbindung hinsichtlich ihrer Eigenfre­ quenz abgestimmt, so daß die erwünschten Resonanzerscheinungen auftre­ ten.

Alternativ ist es auch möglich, daß der Abfallstoff mit einem breitbandigen Schwingungsfrequenzspektrum beaufschlagt wird. Dabei kann das breitban­ dige Schwingungsfrequenzspektrum entweder als Ganzes aufgegeben oder aber durchfahren werden. Bei diesem breitbandigen Schwingungsfrequenz­ spektrum kann es sich um breitbandige thermische Energie handeln, aus der sich die Molekülgruppen die entsprechenden Schwingungszustände herausholen, die zu den Resonanzerscheinungen führen. Das Schwingungs­ frequenzspektrum berücksichtigt dabei mit seiner Bandbreite die Eigenfre­ quenz der verschiedensten Moleküle. Sofern das breitbandige Schwin­ gungsfrequenzspektrum durchfahren wird, geschieht das Erzeugen der Re­ sonanzfrequenzen bei den verschiedensten Molekülgruppen dadurch, daß ein Frequenzgenerator mit variablen Frequenzen den Frequenzbereich des Aufgabegutes durchfährt und dabei eine solche Ansprechzeit gewählt wird, daß die einzelnen Molekülarten nacheinander reagieren.

Eine ganz bevorzugte Weiterbildung schlägt vor, daß die Energie fokussiert wird. Dadurch wird eine Zone hoher Energiekonzentration geschaffen, in die die zu crackenden Stoffe eingebracht werden. Für die Fokussierung werden geeignete Fokussiereinrichtungen verwendet. Diese können rein op­ tischer aber auch elektronischer Art sein. Beispielsweise können die Fo­ kussiereinrichtungen als Linsensysteme (auch als Hohllinse, teilweise mit Matt- oder Farbglas), Spiegelsysteme mit Kunst- oder Sonnenlicht ausgebil­ det sein. Elektronische Systeme dienen der Strahlen- bzw. Wellenbündelung (Mikrowellen, Atomstrahlung, Laser). Die Fokussiereinrichtung kann sowohl einachsig als auch mehrachsig in mehreren Teilabschnitten betrieben wer­ den. Auch kann eine drehbare Fokussiereinrichtung zum Einsatz kommen. Die Grundidee besteht somit darin, daß der Energieträger mittels der Fo­ kussierung kompaktiert wird und die Molekülgruppe derart trifft, daß durch Resonanzerscheinungen die Molekülgruppe zum Bersten gebracht wird. Gasstrahlen können für den fokussierten Energieeintrag durch Düsen oder entsprechend ausgebildete Rohre gebündelt werden. Die Fokussierein­ richtungen sind dabei gegen den Einfluß aggressiver Medien durch geeig­ nete Vorrichtungen zu schützen, beispielsweise durch elektrische oder elektromagnetische Effekte. Insgesamt gesehen kann somit die Fokussier­ einrichtung auf jede nur erdenkliche Art ausgebildet sein, sie muß nur die für den Crackprozeß erforderliche Energie auf eine bestimmte Zone gezielt bündeln. Die Temperaturen in der Crackzone können bis zu 10 000°C betra­ gen, im besonderen auch noch höher liegen. Vorzugsweise beträgt die Tem­ peratur in der Crackzone jedoch bis zu 1600°C, da bei diesen Temperatu­ ren die Schwingungen der Moleküle so intensiv und extrem werden, daß die Verbände aufbrechen.

Eine weitere bevorzugte Verfahrensdurchführung schlägt vor, daß der Ab­ fall kontinuierlich der Zone zum Aufbrechen der Molekülbindungen zuge­ führt wird. Man macht sich dabei den Umstand zunutze, daß aufgrund des Crackprozesses die zugeführten Abfallstoffe nur einer extrem kurzen Ver­ wallzeit unterliegen, innerhalb der die Molekülbindungen aufgebrochen werden. Deshalb lassen sich hohe Durchsätze realisieren, auch wenn teil­ weise in dünner Schicht gearbeitet wird.

Eine weitere besonders bevorzugte Verfahrensdurchführung schlägt vor, daß der zu behandelnde Abfallstoff im freien Raum dem Aufbrechen der Molekülbindungen unterworfen wird. Dies bringt den ganz groben Vorteil mit sich, daß der Crackprozeß ohne Rost erfolgt und damit die damit ver­ bundenen einschlägigen Probleme vermieden werden. Durch das erfin­ dungsgemäße Cracken der Molekülverbände im freien Gasraum ist die verti­ kale oder horizontale Richtung des zu crackenden Massenstromes die be­ vorzugte Art des Kontaktes mit dem Raum konzentrierter Energie. Das Cracken im freien Raum ist gleichermaßen gut für alle drei Aggregatszu­ stände (fest, flüssig, gasförmig) geeignet. Die Verwendung von Mischungen aus verschiedenen Phasen ist ebenfalls problemlos. In den Reaktor gelan­ gen dabei stets nur geeignet aufbereitete Feststoffe oder Fluide. Die Fluide werden dabei dem Reaktor als Aerosol, Staub, Gel oder viskoses Medium angeboten (gelartige Ausflockungen von Kolloiden). Selbstverständlich funktioniert der erfindungsgemäße Crackprozeß auch dann, wenn der Ab­ fallstoff auf einem Rost aufliegt.

Dabei können die festen Abfallstoffe mittels Schwerkraft in die Zone zum Aufbrechen der Molekülbindungen gelangen und dabei werden im Schwebe­ zustand oder während des Abwärtsfallens die Molekülbindungen aufgebro­ chen. Es handelt sich hierbei um eine vertikale Anordnung des zu crackenden Massenstromes unter Verwendung der Schwerkraft.

Eine bevorzugte Weiterbildung hiervon schlägt vor, daß die festen Abfall­ stoffe in die Zone zum Aufbrechen der Molekülbindungen im freien Fall mit einem Aufwärtsstrom eines geeigneten Gases zur Steuerung der Fallge­ schwindigkeit eingebracht werden. Dadurch kann die für den Crackprozeß notwendige Verweilzeit eingestellt werden, indem die aufgrund der Schwer­ kraft nach unten fallenden Teile durch den Aufwind entsprechend ge­ bremst werden. Bei dem Gas für den Aufwärtsstrom kann es sich beispiels­ weise um eine entsprechende Rückführung des Abgases des Crackprozesses handeln.

Alternativ können die Abfallstoffe in die Zone zum Aufbrechen der Molekül­ bindungen auch im horizontalen Massenstrom eingebracht werden. Neben der vertikalen Richtung des Massenstromes ist diese horizontale Richtung die bevorzugte Art des Kontaktes mit der Energieströmung.

Eine weitere Weiterbildung schlägt vor, daß bei festen Abfallstoffen die Transportgeschwindigkeit durch großvolumige Agglomeration mittels elektri­ scher Aufladung verändert wird. Auch dies stellt eine Möglichkeit dar, um die Verweilzeit der zu crackenden Teile in der Crackzone zu beeinflussen.

Eine alternative Ausführungsform zum Cracken schlägt vor, daß flüssige oder feste Abfallstoffe zunächst in einer dünnen Schicht einem Träger auf­ gegeben und anschließend die Molekülbindungen aufgebrochen werden. Hierfür wird ein sogenannter Dünnschichtreaktor verwendet, wobei die zu crackende Schicht eine Dicke von maximal 1 mm aufweist. Vorzugsweise wird dabei zwischen dem Träger und der Abfallschicht eine Zwischen­ schicht angeordnet. Die zwangsweise Führung des Fluidstroms durch Rohre bzw. Düsen wird somit durch diese alternative Ausführungsform dadurch erweitert, daß im Falle des Crackens von festem Material, welches kolloidal in Gele eingelagert wird, ein Film dieses Fluids auf eine beweglich Wand, auf eine rotierende Trommel oder auf ein Förderband geleitet und über eine poröse Unterlage von der Flüssigkeit durch Kapillar- oder Vakuumwir­ kung befreit wird und dann die auf der Unterlage zurückbleibenden Teil­ chen, weiche fein und gleichmäßig verteilt vorliegen, gecrackt werden. Da­ bei ist das Material der Fluidauflage bzw. die poröse Unterlage gegen Tem­ peratureinflüsse zu schützen, was mittels der Zwischenschicht erfolgen kann. Eine feste Führung auf der Wand oder Trommel ist dann zweckmäßig, wenn das Material beispielsweise keinem Druck ausgesetzt werden soll oder wenn die Fokussiervorrichtung so besser plaziert werden kann. Das Cracken in dünnen Schichten von sowohl flüssigen als auch festen (gelartigen, viskosen) Abprodukten mittels sogenannter Dünnschicht-Reaktoren ermög­ licht es, gebündelte Energie flächig und auf geringe (kolloidale) Teilchen­ breite bei gleichzeitig extrem kurzer Verweilzeit kontinuierlich aufzubrin­ gen. Diese Einsatzbedingung ist insbesondere bei sehr intensiver Maser- bzw. Laserstrahlung wichtig, weil zum Erreichen des dielektrischen Durch­ bruchs die Zahl anfänglich vorhandener freier Elektronen beispielsweise durch Staubteilchen oder dgl. erzielt werden kann.

Eine weitere bevorzugte Weiterbildung der Verfahrensdurchführung schlägt vor, daß das Aufbrechen der Molekülbindungen unter Beteiligung eines speziellen Dampfes oder Gases durchgeführt wird (Ionisation). Dies kann in manchen Anwendungsfällen von Vorteil oder sogar erforderlich sein. Das Einbringen des speziellen Gases oder Dampfes in die Zone hoher Energie­ konzentration muß dabei nicht notwendigerweise am Anfang des Crackpro­ zesses geschehen, sondern kann auch zeitlich versetzt ausgeführt werden. Die Balance zwischen endothermer und exothermer Reaktionsführung kann die Zuführung von Fremdatomen oder Fremdmolekülen erforderlich machen. Das zusätzliche Gas oder der zusätzliche Dampf wird dabei entsprechend eingespritzt oder nach dem Vermischen mit dem Aufgabegut zusammen mit diesem eingespritzt.

Eine bevorzugte Weiterbildung schlägt vor, daß der spezielle Dampf über­ hitzter Wasserdampf ist. Dieser beschleunigt den Crackprozeß oder macht ihn erst möglich.

Vorzugsweise ist das spezielle Gas aktiviert, insbesondere ionisiert. Auch dadurch wird der Crackprozeß beschleunigt oder erst möglich gemacht. Der Druck im Reaktor reicht dabei vom Vakuum bis 120 bar.

Dabei kann die Temperatur des speziellen Gases zwischen 100°C und 980°C liegen. Der Druck des eingespritzten speziellen Gases beträgt zwischen 0 (Vakuum) und 120 bar. Die Verfahrensparameter liegen im Druckbereich von 0 (Vakuum) bis 120 bar sowie im Temperaturbereich von 100°C bis 10 000°C (Plasma).

Eine weitere Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens schlägt vor, daß feste Abfallstoffe in zerkleinerter Form oder speziell präpariert der Zone zum Aufbrechen der Molekülbindungen zugeführt werden. Derart me­ chanisch aufbereitete Abfallstoffe ermöglichen eine kontinuierliche Verfah­ rensdurchführung, da ein kontinuierlicher Strom der Abfallstoffe mühelos in die Reaktionszone geleitet werden kann. Dabei wird ein disperses festes Abprodukt in einer viskosen Flüssigkeit oder einem Gel verdüst oder auf porösem Untergrund in einem bestimmten Winkel zum Energiestrahl geführt und so die Crack-Reaktion ausgeführt.

In einer Weiterbildung hiervon wird vorgeschlagen, daß die zerkleinerten Teile des festen Abfallstoffes in ein Gel, beispielsweise in eine Metallseife, in disperser Form eingeschlossen werden. Die Abfallstoffe werden somit gelartig bzw. mit geeigneter Viskosität angeboten. Es kann sich dabei um eine gelartige Ausflockung von Kolloiden handeln. Daneben können die Fluide dem Reaktor auch als Aerosol oder Staub angeboten werden.

Eine weitere Weiterbildung schlägt vor, daß die festen Abfallstoffe mittels eines Trägermediums in die Zone zum Aufbrechen der Molekülbindungen eingebracht werden. Bei diesem Trägermedium kann es sich um ein Gas oder um eine Flüssigkeit handeln. Das Einbringen erfolgt dabei vorzugs­ weise durch Verdüsung. Die festen Abfallstoffe können dabei in einer vis­ kosen Flüssigkeit dispergiert sein.

Eine weitere Weiterbildung schlägt vor, daß zum insbesondere horizontalen Einbringen eines Aufgabefluids in die Zone zum Aufbrechen der Molekül­ bindungen ein Düsen-Prallplatten-System verwendet wird. Ein derartiges Düsen-Prallplatten-System wird insbesondere bei einem horizontalen Reak­ tor verwendet. Es dient insbesondere dem Einbringen eines Fluids im Ag­ gregatszustand fest/gasförmig oder fest/flüssig in die Crackzone und hat u. a. die Aufgabe, den Fluidstrom plötzlich zu bremsen und dadurch den Rückstau sowie die Verweilzeit in diesem Bereich zu steuern. Weiterhin er­ füllt die Prallplatte die Funktion eines Wärmeüberträgers, der die durch die Crackreaktion freigesetzte Wärme an ein übernehmendes Medium, bei­ spielsweise Wasser oder Öl, ableitet.

Eine weitere Weiterbildung schlägt vor, daß zum Einbringen des Fluid­ stroms ein Schleusensystem verwendet wird, welches gegenüber der Zone zum Aufbrechen der Molekülbindungen hermetisch abriegelbar ist.

Eine weitere Weiterbildung schlägt vor, daß das Einbringen des Fluidstroms einer Ultraschallbeaufschlagung unterworfen wird. Durch diese Ultraschall­ beaufschlagung kann der Fluideinlauf verbessert werden.

Eine weitere Weiterbildung schlägt vor, daß durch entsprechende Zusätze eine Aufgabe der Abfallstoffe im geblähten Zustand durchgeführt wird. Es handelt sich dabei um das sogenannte Schneeflockenprinzip.

Eine weitere bevorzugte Verfahrensdurchführung schlägt vor, daß der Um­ setzungsprozeß zur Behandlung der Abfallstoffe über mehrere Prozeßstufen erfolgt. Manchmal ist es nämlich wünschenswert, daß nur bestimmte Verbin­ dungen gecrackt werden, andere wiederum erhalten bleiben. Das erfordert einen dosierten und/oder nach einem bestimmten Zeitregime ablaufenden Energieeinsatz. Da somit die Abprodukte oft als Mischung verschiedener Verbindungen mit unterschiedlichen Eigenfrequenzen vorliegen und - wie geschildert - in gewissen Fällen aber nur bestimmte Komponenten gecrackt werden sollen, sind die Erregerfrequenzen in Phasen des Crackprozesses gesondert anzusteuern. Wellenlänge und Dauer der Einwirkung beispiels­ weise der elektromagnetischen Strahlung werden hierauf entsprechend ein­ gestellt, so daß sich insgesamt eine mehrstufige Prozeßführung ergibt. So erfolgt beispielsweise zuerst das Cracken unter Abgabe niedermolekularer Verbindungen wie Gase (Wasserstoff, Kohlenmonoxid etc.). Substanzen, die bei den gewählten Cracktemperaturen flüssig bzw. gasförmig sind, können beispielsweise durch eine nachgeschaltete Abschreck- bzw. Kühlstrecke in einen entsprechenden Aggregatszustand mit einer bestimmten Temperatur und einem bestimmten Druck versetzt werden. In einer zweiten Phase des Crack-Prozesses kann dann beispielsweise durch Laserstrahlung (beispiels­ weise ein Kohlendioxidlaser) gezielt auf bestimmte Molekülgruppen Einfluß genommen werden, die in den vorhergehenden Phasen nicht erreicht wer­ den konnten oder sollten. Durch eine entsprechende Strahlendosierung be­ stimmter Wellenlängen kann Einfluß auf den Crackprozeß genommen werden.

Eine weitere Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens schlägt vor, daß eine Rückführung von Massenströmen in den Prozeß zum Aufbrechen der Molekülbindungen durchgeführt wird. Je nach den Anforderungen an das Ergebnis des Verwertungsprozesses kann diese Rückführung von Mas­ senströmen in den Crackprozeß notwendig sein, wobei die Rückführung ge­ wisser Teilströme durch Prozeßrechner mit einer entsprechenden Analytik gesteuert wird. So können aus dem Crackprozeß austretende Fluide in Be­ zug auf nicht im niedermolekularen Bereich liegende Gase (wie beispielswei­ se Wasserstoff) entweder zurück in den Crackprozeß oder im Falle ge­ schmolzener oder flüssiger Komponenten in den festen bzw. abgekühlten Zustand übergeführt werden.

Eine weitere Weiterbildung schlägt vor, daß der Energiehaushalt des Um­ setzungsprozesses so gestaltet wird, daß ein exothermer Ablauf mit Redu­ zierung der aufgewendeten Energiemenge bzw. Freisetzung der Prozeßener­ gie erfolgt. Die Freisetzung von Energie ist dabei von der Art des Aufgabematerials sowie von den technischen Möglichkeiten abhängig.

Eine weitere Weiterbildung schlägt vor, daß zunächst ein Schwelvorgang unter Luftabschluß und daran anschließend das Aufbrechen der Molekül­ bindungen unter höheren Temperaturen einschließlich des Plasmabereiches durchgeführt wird. Dadurch ergibt sich eine weitere Verfahrensoptimie­ rung.

In einer ganz besonders bevorzugten Weiterbildung wird vorgeschlagen, daß im Anschluß an das Aufbrechen der Molekülbindungen eine kurzzeitige, krasse Abkühlung durchgeführt wird. Dadurch wird die Rekombination gif­ tiger Stoffe (Dioxine, polychlorierte Biphenyle, perchlorierte Biphenyle, Di­ benzofurane etc.) durch Herabsetzung des Kombinationspotentials verhin­ dert. Die Vermeidung dieser Giftstoffe geschieht durch schockartige Ab­ kühlung und damit durch schnelles Durchlaufen der kritischen Temperatur. Dies kann mittels einer nachgeschalteten Kühlstrecke erfolgen. Weiterhin ist durch die Abkühlung (Gas, Inertgas, Wasser etc.) die Kondensation oder thermische Trennung (Destillation) oder auch Extraktion und Adsorption der Spaltprodukte in vielfältiger Weise möglich.

Eine weitere Weiterbildung schlägt vor, daß eine Trennung der entstehen­ den Abgase durchgeführt wird. Dies kann beispielsweise durch Metallwände oder durch Destillation erfolgen.

Die Trennung des Ionenstroms läßt sich aber auch durch ein spezielles Io­ nenstrahlselektivierungsverfahren realisieren.

Eine weitere Weiterbildung schlägt vor, daß bei einer horizontalen Führung des Vorganges zum Aufbrechen der Molekülbindungen ein Gasstrom unter Druck derart geführt wird, daß eine schräge Aufwärtsströmung erfolgt. Da­ durch können die durch ausfallende Ablagerungen aus der Brennzone verursachte Sinterungen vermieden werden.

Eine weitere Weiterbildung schlägt vor, daß bestimmte Reaktanten partiell oder selektiv entfernt werden. So kann der Prozeß der Dioxinbildung und der Bildung von beispielsweise polychlorierten Biphenylen durch die kata­ lytische Wirkung von Kupfer oder Schwermetallen durch die partielle oder auch selektive Entfernung von Reaktanten beispielsweise mittels Kondensa­ tion von dampfförmigen Komponenten an speziell präparierten Flächen, wel­ che sich innerhalb der Strömungsführung befinden, verhindert werden.

Weiterhin wird in einer Weiterbildung vorgeschlagen, daß die anfallenden Schwermetalle vorzugsweise in Siliziumverbindungen eingeschlossen werden. Durch die Zugabe von Siliziumverbindungen in Form von stark zerkleiner­ tem Sand oder Gestein oder von Sauerstoff (oxidische Bindung) können Schwermetalle durch die Einbindung in das Gitter unschädlich gemacht werden. Dabei sind in vielen Fällen katalytische Effekte auch unter Anwe­ senheit von Calciumoxid angezeigt. Wesentlich dabei ist die laugungsresi­ stente Einbindung der Schwermetalle, was ihre Unschädlichkeit bewirkt. In diesem Fall können die daraus gewonnenen Stoffe beispielsweise als Bau­ stoffe verwendet werden. Ein wichtiger Aspekt ist dabei, daß zum Ein­ schließen der Schwermetalle naturnahe Stoffe verwendet werden. In man­ chen Fällen ist jedoch die Gewinnung von dem einen oder anderen Schwer­ metall angebracht. Hierfür dienen dann die Verfahren der Montanindustrie sowie der Aufbereitungstechnik.

Schließlich wird in einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgeschlagen, daß ein separates Fremdgas zugeführt wird. Dies bringt den Vorteil mit sich, daß für den Verwertungsprozeß spezielle chemische Synthesen durchgeführt werden können, und zwar mit Reaktionspartnern, die der Crackprozeß nicht liefert, die aber durch die Fremdgaszugabe be­ reitgestellt werden. Dabei werden die Fremdgase in den entsprechenden Zustand versetzt, damit die Reaktion stattfindet, beispielsweise durch Erhitzen oder Ionisieren.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale des Gegenstandes der Erfin­ dung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnungen, in denen verschiedene Vorrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt sind. In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 einen Vertikal-Reaktor;

Fig. 2 einen Horizontal-Reaktor;

Fig. 3 einen Dünnschicht-Reaktor;

Fig. 4a die Vorrichtung zur Schwermetallbeseitigung;

Fig. 4b eine vergrößerte Darstellung des Reaktionsgebietes bei der Vorrichtung in Fig. 4a;

Fig. 5 die Vorrichtung zur Schwermetallselektion;

Fig. 6a einen Reaktor einer Kleinverwertungsanlage;

Fig. 6b eine Anlage für den Haushalt- und Kommunalbetrieb;

Fig. 6c ein Verfahrensfließbild;

Fig. 7 einen Reaktor für Autoabgase;

Fig. 8 einen Gasstrahlreaktor für Flüssigkeit und Feststoffe.

In Fig. 1 ist ein Vertikal-Reaktor dargestellt. Für die Aufgabe des zu crackenden Materials wird dabei die Schwerkraft verwendet. Zu diesem Zweck ist in einer vertikalen Anordnung eine Aufgabeeinrichtung mit einem Fall­ rohr 1, einer Schleuse 2 sowie einem Ultraschallschwinger 3 vorgesehen. Es schließt sich eine Fokussiereinrichtung 4 an, die entweder einachsig oder mehrachsig (je nach Anwendungsfall) konzentrisch um das Fallrohr 1 zur Energiebündelung angeordnet ist. Die Fokussiereinrichtung 4 ist dabei der­ art auszurichten, daß die Energiebündelung je nach durchsetzter Menge punktförmig oder räumlich aufgeweitet erfolgt. Weiterhin ist die Fokussier­ einrichtung gegen den Einfluß aggressiver Medien durch geeignete Vor­ richtungen geschützt, beispielsweise durch elektrische Effekte. In ihr kann auch die Synthese neuer Produkte erfolgen.

Das zu crackende Material wird dem Fallrohr 1 aufgegeben. Durch einen Aufwärtsstrom eines geeigneten Gases kann dabei die Verweilzeit gesteuert werden. Bei dem Gas kann es sich beispielsweise um das Abgas des Crack- Prozesses durch eine entsprechende Rückführung handeln. Im Bereich der Fokussiereinrichtung 4 erfolgt dann das Cracken des aufgegebenen Mate­ rials sowie gegebenenfalls die Synthese.

Unterhalb der Fokussiereinrichtung 4 befindet sich ein Wärmeübertrager 5 sowie ein Fluidabzug 6, in dem sich die schwere Phase sammelt. Das ent­ stehende heiße Fluid strömt je nach Dichte entweder oben oder unten seit­ lich aus der Apparatur, da der düsenartige Einlauf des Aufgabegutes das periphere Auffangen der fluiden Abprodukte ermöglicht. Die abströmenden bzw. abgesaugten Fluidströme werden solange auf der Temperatur gehalten, bei der keine Dioxinbildung möglich ist bzw. eine Rekombination nicht ein­ tritt. Hierfür dient ein nachgeschaltetes, spezielles Kühlsystem 7, welches das schnelle Passieren der kritischen Temperaturzone ermöglicht. Das das Kühlsystem 7 verlassende Abgas dient der Weiterverarbeitung.

Der Prozeß der Dioxinbildung und der Bildung von beispielsweise polychlo­ rierte Biphenylen beispielsweise durch die katalytische Wirkung von Kupfer oder Schwermetallen kann auch durch die partielle oder auch selektive Entfernung von Reaktanten beispielsweise mittels Kondensation von dampf­ förmigen Komponenten an speziellen, präparierten Flächen, weiche sich in­ nerhalb der Strömungsführung befinden, verhindert werden.

Aus dem Crackprozeß austretende Fluide werden in Bezug auf nicht im nie­ dermolekularen Bereich liegende Gase (so ist beispielsweise Wasserstoff ein erwünschtes Endprodukt) entweder zurück in den Crackprozeß oder im Falle geschmolzener oder flüssiger Komponenten in den festen bzw. abge­ kühlten Zustand übergeführt.

Im Gegensatz zum Vertikal-Reaktor in Fig. 1 ist in Fig. 2 ein Horizontal- Reaktor dargestellt. Hier ist die Aufgabeeinrichtung 8 horizontal ausgebil­ det und mündet in einer Düse 9, vor der sich eine Prallplatte 10 befindet. Im Bereich dieses Düsen-Prallplatten-Systems befindet sich die Fokussier­ einrichtung 11. Bei dieser Fokussiereinrichtung 11 kann es sich um ein Linsen-, Spiegel- oder elektronisches Bündelungssystem für Lichtwellen (monochromatisch oder polychromatisch), Mikrowellen oder elektromagneti­ sche Strahlung aus einem Laser handeln. In dieser Einrichtung kann sich außerdem eine Vorrichtung zum Abgrenzen des Plasmas gegenüber festen Wänden befinden. Dann wird die Zone des elektromagnetischen Feldes ent­ sprechend erweitert. Auch kann in einzelnen Fällen eine heiße, punktuelle Gasgebläseflamme vorgesehen sein. Der Raum für das Hochtemperaturplasma kann definitiv in diesem Reaktor enthalten sein.

Bei dem Horizontal-Reaktor wird zunächst ein Aufgabefluid erzeugt und mittels des Düsen-Prallplatten-Systems in die Crackzone eingebracht. Das Düsen-Prallplatten-System hat dabei u. a. die Aufgabe, den Fluidstrom plötzlich zu bremsen und dadurch einen Rückstau sowie das Verweilzeit­ verhalten in diesem Bereich zu indizieren oder zu steuern. Weiterhin er­ füllt die Prallplatte 10 die Funktion des Wärmeübertrags, d. h. die durch die Crackreaktion frei gesetzte Wärme wird an ein Medium, beispielsweise Wasser oder Öl abgegeben.

Die Reaktionsprodukte werden in gleicher Weise wie beim zuvor beschrie­ benden Vertikal-Reaktor behandelt. Dabei verläßt nur dasjenige Abprodukt den Prozeß, das der gewünschten Zielstellung entspricht. Dies wird in er­ ster Linie Wasserstoff und Kohlenmonoxid (Wassergas) als bekannte Brenn­ gaskombination sein. Durch gezielte Reaktionsführung können andere Pro­ dukte erzeugt werden.

Durch Zugabe von Siliziumverbindungen in Form von stark zerkleinertem Sand oder Gestein oder von Sauerstoff (oxidische Bindung) können Schwermetalle aufgrund des Gitterverbundes unschädlich gemacht werden. Katalytische Effekte auch unter Anwesenheit von Calciumoxid sind in vielen Fällen angezeigt. Wesentlich dabei ist die laugungsresistente Einbindung der Schwermetalle. Der Einbau der Schwermetalle in das Silizium-Karbonat- Gitter sorgt für die Unschädlichkeit der Schwermetalle.

In Fig. 3 ist ein Dünnschicht-Reaktor dargestellt, wie er beispielsweise für die Entsorgung kleiner und kleinster Mengen im Haushalt oder in kleinen Kommunen Anwendung finden kann. Die Schwermetallbeseitigung ist bei diesem Typ genauso möglich wie bei den Reaktoren, wie sie in Fig. 1 und 2 dargestellt sind.

Fester Abfall, beispielsweise Haushaltsmüll, wird zunächst in einer kleinen Mühle zerkleinert, wobei der Abfall frei von Metallen sein soll. Das Mahlgut wird mit Metallseife in einem kleinen Mixer gemischt und in den Dünn­ schicht-Reaktor der Fig. 3 durch eine Pumpe gedrückt. Der Dünnschicht- Reaktor funktioniert dabei wie folgt:

Auf einer rotierenden porösen Trommel 12 wird durch Vakuum im Innern dieser Trommel 12 ein dünner Film des Materials gebildet. Sollen Schwerme­ tallspuren beseitigt werden, wird dem Gel beispielsweise feinkörniger Sand über eine Leitung 13 zugegeben. Wegen der hohen Temperatur wird eine temperaturstabile Zwischenschicht 14 zwischen der Trommel 12 und dem Abproduktgel eingebracht. Mit einer flächig angeordneten Energieeintrags­ einrichtung 15, die im einfachsten Fall aus einer bestimmten Anordnung von Gasbrenndüsen bestehen kann, wird die fein verteilte Abproduktfilmfläche gecrackt. Das Gas entweicht nach oben in einen Gasfänger 16. Verbleibende Reste werden durch eine Abstreifeinrichtung 17 nach unten abgeführt. Die gesamte Vorrichtung ist thermisch isoliert.

In den Fig. 4a und 4b ist eine Vorrichtung zur Schwermetallbeseitigung offenbart. Insbesondere ist es mit dieser Vorrichtung möglich, Schwerme­ talle zu desaktivieren. Grundsätzlich lassen sich Schwermetalle in Flüssig­ keiten oder in Feststoffen mittels des erfindungsgemäßen Crackverfahrens problemlos desaktivieren. Liegt der flüssige Aggregatszustand vor, so wird die Flüssigkeit an saugfähigen Feststoffen gebunden bzw. im Falle suspen­ dierter Schwermetallverbindungen durch ein Fest-Flüssig-Trennverfahren abgeschieden. Derart in den festen Aggregatszustand transformierte Stoff­ systeme werden mit siliziumhaltigem Material vermischt, beispielsweise mit Quarzstaub oder dgl. Das Mischungsverhältnis hängt dabei vom konkreten Schwermetallgehalt des zu behandelnden Stoffsystems ab und muß durch Experiment ermittelt werden.

Die trockene Mischung wird je nach erforderlicher Temperatur in ein Hoch­ temperaturfeld (beispielsweise Gasflamme oder Lichtbogen oder eine andere der vorbeschriebenen Möglichkeiten) gebracht. Dort schmilzt das Gemisch und die Schwermetallionen werden als Gitterbausteine eingeschlossen und unschädlich gemacht. Nach Erkalten der Schmelze wird ein Mahlvorgang angeschlossen. Da mit dem so ausgebildeten Verfahren ein stabiler Einbau in Gitterstrukturen von Siliziumverbindungen erreicht wird, ist das gemah­ lene Produkt beispielsweise als Baustoffzusatz verwendbar. Als Test für die Stabilität der neuen Bindungen ist deren Löslichkeit beispielsweise in Was­ ser verwendbar.

Die Fig. 4a und 4b zeigen nun eine konkrete technische Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens. So wird die Feststoffmischung einer Auf­ gabeeinrichtung 18 in Form eines Dreieckprofils aufgegeben. Durch Elek­ troden 20 beispielsweise in Form von Graphitelektroden wird ein Lichtbo­ gen derart erzeugt, daß die Feststoffmischung den Lichtbogen zwar nicht unterbricht, der Schmelzfluß trotzdem aber gewährleistet ist. Das entste­ hende Gas wird abgesaugt und unschädlich gemacht. Es ist auch möglich, der Energieaufgabezone Fremdionen beispielsweise zur Unschädlichmachung von Cyaniden als Gas zuzuführen. Das Gas kann dabei beispielsweise einge­ düst werden. Durch die Dreiecksform der auf dem Förderband 19 liegenden Feststoffschicht (Fig. 4b) wird nur der obere Teil der Mischung geschmol­ zen und es entsteht kein Verbacken am Förderband 19. Der nicht ge­ schmolzene Teil wird in den Prozeß rückgeführt. Die erstarrten Schmelzbe­ standteile werden nach Austrag aus dem eigentlichen Prozeß gemahlen.

In Fig. 5 ist eine Vorrichtung für die Selektion von Schwermetallen darge­ stellt. Hierbei wird im Gegensatz zu der zuvor in den Fig. 4a und 4b be­ schriebenen Vorrichtung das Material nicht nur geschmolzen sondern ver­ dampft. Die zu erzielende Verdampfungstemperatur richtet sich dabei nach den Bestandteilen der zu verarbeitenden Stoffsysteme. Nach diesen Erfor­ dernissen richtet sich das anzuwendende Prinzip der Energieeingabe, d. h. Gasstrahl, Lichtbogen, Hohlspiegel- bzw. Linsenfokussierung oder Maser- oder Lasertechnik. Bildet sich das Stoffsystem im gasförmigen Zustand (je­ doch nicht im Plasma-Zustand), so erfolgt die Selektion dergestalt, daß - wie in Fig. 5 dargestellt ist - der Strom dampfförmigen Materials, der sich in einem Temperaturbereich oberhalb der Kondensationstemperatur des Schwermetalls mit höchstem Schmelz- bzw. Siedepunkt befindet, in einem entsprechend beheizten, isolierten Rohr 21 geführt wird. Diesem Rohr 21 ist ein Dampfreaktor 22 mit einer Flüssigkeitsfalle 23 vorgeschaltet. Das Rohr 21 ist entsprechend der Zahl der zu selektierenden Elemente, also Schwermetalle in Segmente unterteilt. Diese Segmente werden so gekühlt, daß in jedem Segment die Kondensationstemperatur eines bestimmten Schwermetalls eingestellt ist, wobei die Segmente in der abfallenden Reihe der Kondensationstemperaturen der Schwermetalle angeordnet sind. Der Dampf der Aufgabemischung wird dabei zunächst in dem Dampfreaktor 22 erzeugt, umgelenkt und in das vertikale Selektionsrohr 21 geführt, welches die zuvor beschriebenen Segmente enthält. Zu diesem Zweck ist das Rohr 21 mit Kühlmantelringen 24 ausgestattet, die oberhalb von ringförmigen Ausbuchtungen 25 zur Aufnahme des kondensierten Schwermetalls angeord­ net sind. Das kondensierte Schwermetall läuft dabei durch die Schwer­ kraftwirkung als Film in diese Ausbuchtungen 25, bildet dort einen Ver­ schluß gegen Gasdurchtritt und wird über einen Ablauf 26 abgeführt. Der Flüssigkeitsstand wird dabei durch Drosselung des Ablaufs 26 eingestellt. Die Triebkraft des Dampfstromes nach unten wird durch Vakuum erzeugt. Zur Erzielung einer größeren Reinheit kann der Prozeß gegebenenfalls wie­ derholt werden.

In gewissen Fällen, wo es nicht zweckmäßig ist, das Stoffsystem total zu verdampfen, genügt es, derartige Temperaturen zu erzeugen, daß lediglich alle Schwermetallkomponenten in den Dampfzustand gebracht und dann aus dem Gemisch Dampf/Flüssigkeit (Schmelze) die dampfförmigen Komponenten durch Entgasungsoperationen entfernt werden.

In Fig. 6a ist ein Reaktor für Haushalt- und Kommunebetrieb dargestellt. In Fig. 6b ist eine entsprechende Anlage und in Fig. 6c das Wirkprinzip dargestellt. Hausmüll sowie Gummiabfälle werden in einem entsprechenden Gefäß gesammelt und auf eine für das Verfahren optimale Teilchengröße zerkleinert. Mittels Gasstrahl- oder Lichtbogenreaktor wird das Gemisch gecrackt, wobei durch die frei werdende Reaktionswärme der anfängliche Energieaufwand reduzierbar ist. Durch Zuführung geeigneter Reaktanten, beispielsweise Wasserdampf oder ionisiertes Gas, läßt sich das Gesamtver­ hältnis von exothermen zu endothermen Reaktionen in den günstigen Be­ reich verschieben. Dadurch wird ein Energierecycling möglich. Gleichzeitig entstehen je nach Temperaturregime Reaktionsprodukte in flüssiger Phase oder in der Gasphase. Bevorzugt wird dabei die Gasphase. In dieser Gas­ phase liegen im allgemeinen verschiedene Gase vor, beispielsweise Wasser­ stoff, Kohlenmonoxid, CH-Verbindungen etc. Die Bildung von Dioxin sowie von Biphenylen wird durch die Organisation eines entsprechenden Tempe­ raturregimes und einer entsprechenden Abkühlgeschwindigkeit reduziert bzw. unterbunden.

Aus Sicherheitsgründen erfolgt die analytische Erfassung der Gaszu­ sammensetzung durch geeignete Meßtechnik. Bei Anwesenheit unerwün­ schter Bestandteile erfolgt deren Selektion durch herkömmliche Verfahren, beispielsweise Gaswäsche oder durch Rückführung in den Prozeß. Nur Gas der gewünschten Zusammensetzung verläßt den Prozeß. Das Gas wird in einem speziellen Reaktor zu synthetischem Öl verarbeitet, welches zu Heiz­ zwecken dienen kann. In dieser Form ist es speicher- bzw. lagerfähig und kann beispielsweise dem Ölvorratsbehälter der Haushalte zugeführt und auf diese Weise ständig zur Verfügung gestellt werden.

Die kleinste Baueinheit eines derartigen Haushaltsgerätes hat die Größe eines 140-Liter-Kühlschrankes und ist somit problemlos zu installieren. Wichtig bei allen Verfahren und Ausführungen ist, daß kein Kohlendioxid entsteht und in die Atmosphäre abgeführt wird.

In Fig. 7 ist ein Reaktor zur Umsetzung von Abgasen, beispielsweise auch Autoabgasen in einer Prinzipdarstellung gezeigt, nach der je nach Aufga­ benstellung verschiedene Abgasproblemstellungen gelöst werden können. Wesentlich dabei ist, daß die Abgaskomponenten nicht notwendigerweise brennbar sein müssen. Die Art des hier verwendeten Verarbeitungsprinzi­ pes, nämlich das Cracken der molekularen Verbindungen und die anschlie­ ßende umweltfreundliche Synthese zu neuen Produkten, ist nicht auf brennbare Trägerstoffe angewiesen.

Die Autoabgase eines Auto- oder Dieselmotors beispielsweise gelangen über eine Zuführung 27 in den Reaktor, wo das Cracken des Abgases gegebe­ nenfalls unter Anwesenheit von Wasserdampf oder einem ionisierten Spe­ zialgas stattfindet. Das Cracken kann dabei in einem Lichtbogen erfolgen, welcher durch zwei Elektroden 28 aus Graphit erzeugt wird. Dies macht eine entsprechende Spannungsquelle erforderlich. Der Elektrodennachschub erfolgt automatisch. Die Umgebung des Reaktionsraumes 29 ist innerhalb eines Systems aus einer Düse 30 und einer Prallplatte 31 definiert, wobei sich dieses System in einem Korb bestehend aus einem heterogenen Kataly­ sator befindet.

Dem Reaktionsraum 29 nachgeordnet ist eine Einrichtung 32 zur Verhinde­ rung der Rekombination von Dioxinen, perchlorierten Biphenylen, Dibenzo­ furanen sowie anderweitiger Giftstoffe. Der entstehende Wasserdampf wird zum Betreiben eines Bordstromaggregates verwendet. Der Strom wird dem Bordnetz bzw. einem Akkumulator wieder zugeführt.

Nach der Einrichtung 32 ist ein Katalysator 33 für eine Nachkatalyse vor­ gesehen, an den sich eine Nachkühleinrichtung 34 anschließt. Damit das in die Atmosphäre gelangende Abgas frei von Stickoxiden, Kohlendioxid, Ruß und anderen Giftstoffen ist, ist am Schluß eine Ab- und Adsorptionsvor­ richtung 35 in Form einer Patrone mit Zeolith-Füllung nachgeordnet. Diese Patrone nimmt die unerwünschten Stoffe auf und wird nach großen Stand­ zeiten ausgewechselt und entsorgt.

Den Abschluß des Reaktors bildet ein Absauggebläse, welches für den Strom der Abgase durch den Reaktor sorgt. Das Abgas aus der Vorrich­ tung enthält nur Wasserdampf und Sauerstoff.

In Fig. 8 ist ein Gasstrahlreaktor für Flüssigkeiten und Feststoffe darge­ stellt. Dieser Gasstrahlreaktor ist dadurch gekennzeichnet, daß über eine Dosiervorrichtung 36 Feststoffpartikel oder Flüssigkeitstropfen in einem Fallrohr 37 nach unten in eine genau zentrierte Gasstrahlflamme 38 gelan­ gen. Die Gasstrahlflamme 38 wird dabei durch Gasstrahldüsen 39 erzeugt, durch die ein Brenngas-Dampf-Gemisch hindurchgeleitet wird. Durch die besondere Gestalt der Doppelflamme ist u. a. eine definierte Verweilzeit er­ zielbar. Die Rohrerweiterung 40 im Fallrohr 37 setzt zudem die Strömungs­ geschwindigkeit entsprechend herab. Die Gasstrahldüsen 39 sind dabei ver­ schiebbar und in ihren Abmessungen variabel. Sie werden mit einem Brenngasgemisch ohne Stickstoff beaufschlagt. Gleichzeitig kann überhitz­ ter Wasserdampf oder ein spezielles Gas zudosiert werden.

Das entstehende Crackgas wird durch einen entsprechenden Abzug 41 un­ terhalb der Dosiervorrichtung 36 abgezogen und einer Nachbehandlung zu­ geführt. Innerhalb einer durch eine Kühlvorrichtung 42 definierten Kühl­ strecke verfestigt oder verflüssigt sich das nach unten sinkende Fluid und fällt in eine Flüssigkeitswanne 43. Von dort wird es aus dem Sumpf über eine Austragsschnecke 44 abgezogen.

Bezugszeichenliste

 1 Fallrohr
 2 Schleuse
 3 Ultraschallschwinger
 4 Fokussiereinrichtung
 5 Wärmeübertrager
 6 Fluidabzug
 7 Kühlsystem
 8 Aufgabeeinrichtung
 9 Düse
10 Prallplatte
11 Fokussiereinrichtung
12 Trommel
13 Leitung
14 Zwischenschicht
15 Energieeintragseinrichtung
16 Gasfänger
17 Abstreifeinrichtung
18 Aufgabeeinrichtung
19 Förderband
20 Elektrode
21 Rohr
22 Dampfreaktor
23 Flüssigkeitsfalle
24 Kühlmantelring
25 Ausbuchtung
26 Ablauf
27 Zuführung
28 Elektrode
29 Reaktionsraum
30 Düse
31 Prallplatte
32 Einrichtung
33 Katalysator
34 Nachkühleinrichtung
35 Ad- und Absorptionseinrichtung
36 Dosiervorrichtung
37 Fallrohr
38 Gasstrahlflamme
39 Gasstrahldüse
40 Rohrerweiterung
41 Abzug
42 Kühlvorrichtung
43 Flüssigkeitswanne
44 Austragsschnecke

Claims (43)

1. Verfahren zur Entsorgung, insbesondere zur Verwertung von Abfall­ stoffen festen, flüssigen oder gasförmigen Aggregatszustandes oder einer Kombination dieser Aggregatszustände, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der Molekülbindungen der den Abfallstoff bil­ denden Moleküle aufgebrochen wird und die so gebildeten atomaren und/oder molekularen Bruchstücke abgeführt, insbesondere einer Ver­ wertung zugeführt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufbre­ chen der Moleküle vorzugsweise im Plasmazustand durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der organische Anteil und/oder der Anteil an leicht zerstörbaren Bestand­ teilen im Abfallstoff mindestens ungefähr 30 Gew.-% beträgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zum Aufbrechen der Molekülbindungen diese in resonante Schwingungszustände angeregt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zum Aufbre­ chen der Molekülbindungen Energie in Form elektromagnetischer Strahlung zugeführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zum Aufbre­ chen der Molekülbindungen Energie in Form einer induktiven Er­ hitzung durch elektromagnetische Induktion in einem hochfrequenten Wechselfeld durchgeführt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zum Aufbre­ chen der Molekülbindungen Energie in Form thermischer oder fre­ quenter Energie zugeführt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zum Aufbre­ chen der Molekülbindungen Energie in Form von Korpuskularstrahlen zugeführt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zum Aufbre­ chen der Molekülbindungen Energie durch Schallwelleninterferenz zu­ geführt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Abfallstoff mit einer diskreten Schwingungsfrequenz beauf­ schlagt wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Abfallstoff mit einem breitbandigen Schwingungsfrequenzspek­ trum beaufschlagt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das breit­ bandige Schwingungsfrequenzspektrum entweder als Ganzes aufgege­ ben oder aber durchfahren wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 12, dadurch gekennzeich­ net, daß die Energie fokussiert wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeich­ net, daß der Abfallstoff kontinuierlich der Zone zum Aufbrechen der Molekülbindungen zugeführt wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeich­ net, daß der zu behandelnde Abfallstoff im freien Raum dem Aufbre­ chen der Molekülbindungen unterworfen wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die festen Abfallstoffe mittels Schwerkraft in die Zone zum Aufbrechen der Mole­ külbindungen gelangen und dabei im Schwebezustand oder während des Abwärtsfallens die Molekülbindungen aufgebrochen werden.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die festen Abfallstoffe in die Zone zum Aufbrechen der Molekülbindungen im freien Fall mit einem Aufwärtsstrom eines geeigneten Gases zur Steue­ rung der Fallgeschwindigkeit eingebracht werden.

18. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Abfall­ stoffe in die Zone zum Aufbrechen der Molekülbindungen im horizonta­ len Massenstrom eingebracht werden.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeich­ net, daß bei festen Abfallstoffen die Transportgeschwindigkeit durch großvolumige Agglomeration mittels elektrischer Aufladung verändert wird.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeich­ net, daß flüssige und feste Abfallstoffe zunächst in einer dünnen Schicht einem Träger aufgegeben und anschließend die Molekülbindun­ gen aufgebrochen werden.

21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Träger und der Abfallschicht eine Zwischenschicht angeordnet wird.

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeich­ net, daß das Aufbrechen der Molekülbindungen unter Beteiligung eines speziellen Dampfes oder Gases durchgeführt wird.

23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß der spe­ zielle Dampf überhitzter Wasserdampf ist.

24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß das spe­ zielle Gas aktiviert, insbesondere ionisiert ist.

25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Tempe­ ratur des speziellen Gases zwischen 100°C und 980°C beträgt.

26. Verfahren nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck des eingespritzten speziellen Gases zwischen 0 (Vakuum) und 120 bar beträgt.

27. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeich­ net, daß feste Abfallstoffe in zerkleinerter Form oder speziell präpa­ riert der Zone zum Aufbrechen der Molekülbindungen zugeführt wer­ den.

28. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die zer­ kleinerten Teile der festen Abfallstoffe in ein Gel, beispielsweise in eine Metallseife, in disperser Form eingeschlossen werden.

29. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 28, dadurch gekennzeich­ net, daß die festen Abfallstoffe mittels eines Trägermediums in die Zo­ ne zum Aufbrechen der Molekülbindungen eingebracht werden.

30. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 29, dadurch gekennzeich­ net, daß zum insbesonderen horizontalen Einbringen eines Aufgabe­ fluids in die Zone zum Aufbrechen der Molekülbindungen ein Düsen- Prallplatten-System verwendet wird.

31. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 30, dadurch gekennzeich­ net, daß zum Einbringen des Fluidstroms ein Schleusensystem verwen­ det wird, welches gegenüber der Zone zum Aufbrechen der Molekül­ bindungen hermetisch abriegelbar ist.

32. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 31, dadurch gekennzeich­ net, daß das Einbringen des Fluidstroms einer Ultraschallbeaufschla­ gung unterworfen wird.

33. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 32, dadurch gekennzeich­ net, daß durch entsprechende Zusätze eine Aufgabe der Abfallstoffe im geblähten Zustand durchgeführt wird.

34. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 33, dadurch gekennzeich­ net, daß der Umsetzungsprozeß zur Behandlung der Abfallstoffe über mehrere Prozeßstufen erfolgt.

35. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 34, dadurch gekennzeich­ net, daß eine Rückführung von Massenströmen in den Prozeß zum Auf­ brechen der Molekülbindungen durchgeführt wird.

36. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 35, dadurch gekennzeich­ net, daß der Energiehaushalt des Umsetzungsprozesses so gestaltet wird, daß ein exothermer Ablauf mit Reduzierung der aufgewendeten Energiemenge bzw. Freisetzung der Prozeßenergie erfolgt.

37. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 36, dadurch gekennzeich­ net, daß zunächst ein Schwelvorgang unter Luftabschluß und daran anschließend das Aufbrechen der Molekülbindungen unter höheren Temperaturen einschließlich des Plasmabereichs durchgeführt wird.

38. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 37, dadurch gekennzeich­ net, daß im Anschluß an das Aufbrechen der Molekülbindungen eine kurzzeitige krasse Abkühlung durchgeführt wird.

39. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 38, dadurch gekennzeich­ net, daß eine Trennung der entstehenden Abgase durchgeführt wird.

40. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 39, dadurch gekennzeich­ net, daß bei einer horizontalen Führung der Vorgang zum Aufbrechen der Molekülbindungen ein Gasstrom unter Druck derart geführt wird, daß eine schräge Aufwärtsströmung erfolgt.

41. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 40, dadurch gekennzeich­ net, daß bestimmte Reaktanten partiell oder selektiv entfernt werden.

42. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 41, dadurch gekennzeich­ net, daß die anfallenden Schwermetalle vorzugsweise in Siliziumverbin­ dungen eingeschlossen werden.

43. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 42, dadurch gekennzeich­ net, daß ein separates Fremdgas zugeführt wird.