DD245941A1

DD245941A1 - Verfahren und vorrichtung zur plasmapyrolyse von schad- und giftstoffen

Info

Publication number: DD245941A1
Application number: DD25564283A
Authority: DD
Inventors: Hans-Joachim Spangenberg; Heinz Hoffmann
Original assignee: Adw Der Ddr Zi F Physikalische
Priority date: 1983-10-13
Filing date: 1983-10-13
Publication date: 1987-05-20

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur schadstoffarmen Umwandlung von vorzugsweise hochtoxischen gasfoermigen und fluessigen Verbindungen, wie sie in der chemischen Industrie, aber auch in anderen Industriezweigen anfallen, mit dem Ziel einer vollstaendigen thermischen Spaltung dieser Stoffe in einer plasmachemischen Pyrolysestufe und ihre Zerlegung in ungiftige, umweltfreundliche Bestandteile. Das wird dadurch erreicht, dass fluessige und gasfoermige Gift- und Schadstoffe ueber eine Einduesungsvorrichtung in eine Reaktionskammer eingefuehrt, mit einem Wasserstoff-Plasmastrahl vermischt werden und infolge der extrem hohen Temperaturen in stark reduzierender Atmosphaere die Giftstoffe mit Sicherheit gespalten, teilweise hydriert und in einer nachgeschalteten Verbrennungsstufe mit Sauerstoff in ungiftige Bestandteile ueberfuehrt werden. Figur

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur schadstoffarmen Umwandlung hochtoxischer gasförmiger und flüssiger organischer Verbindungen, wie sie in der chemischen Industrie, aber auch in anderen Industriezweigen anfallen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es existieren zahlreiche Verfahren und Vorrichtungen, die sich mit dem Beseitigen von Abfallstoffen befassen. So ist bekannt, Abfallstoffe in die Flamme eines Gas- und Ölbrenners einzuführen und mit Luft oder sauerstoffreichem Gas zu verbrennen. (DE-OS-1 930496; DE-OS-2510508).

Andere Vorrichtungen verwenden an Stelle eines Gasbrenners im Reaktionsraum einen Plasmalichtbogen, in dem unter Luftzufuhr eine vollständige Aufoxidation der zu vernichtenden Schadstoffe erfolgt (DE-OS-2425007; GB-PS-1 459159) bzw. einen Plasmastrahl, in dem besonders giftige und thermisch stabile Abprodukte in einem Plasmastrom, der entweder aus Luft, Sauerstoff oder sauerstoff haltigen Abgasen besteht, verbrannt werden (DD-WP-1 581 28). In einer anderen Variante wird ein Teil des in einem Pyrolysebehälter durch die thermische Zersetzung von Abfallstoffen gebildeten Pyrolysegases, das hauptsächlich aus CO, H₂O-Dampf, H₂ und CO₂ besteht, in einem Plasmabrenner aufgeheizt und über eine Düsenanordnung im Gegenstrom wieder in den Reaktionsraum eingeblasen (DE-OS-2621 393).

Nachteile der genannten Verfahren bestehen zum einen darin, daß besonders giftige und damit umweltbelastende Substanzen nicht vollständig beseitigt werden, so daß die verbleibenden Rückstände trotz nachfolgender offener Verbrennung bzw. Verbringung auf Spezialdeponien immer noch zu einer Umweltbelastung bzw. -Schädigung führen. Zum anderen werden bei Verwendung von Gas-oder OIbrennern die für die vollständige Vernichtung von Giftstoffen erforderlichen hohen Temperaturen nicht erreicht. Aber selbst beim Plasmaverfahren können infolge ungleichmäßiger Aufheizung im Pyrolysegas noch Giftstoffe auftreten. Auch beim zusätzlichen Einblasen von vorerhitztem Pyrolysegas, das aus den Verbrennungsprodukten von Luft mit den zu vernichtenden Abfallstoffen entsteht, müssen wegen der geringen Reduktionswirkung der heißen Verbrennungsprodukte häufig in aufwendiger Weise Reduktionsmittel Zugesetztwerden. Aus den gleichen Gründen ist auch die vorgeschlagene direkte Beseitigung von Schadstoffen in einer plasmachemischen Verbrennungsstufe durch Zufuhr eines Oxidationsmittels (Luft, Sauerstoff) direkt im Plasmabrenner wenig geeignet.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Beseitigung der genannten Nachteile, d.h. die vollständige thermische Spaltung von zu beseitigenden Giftstoffen in einer plasmachemischen Pyrolysestufe und ihre Zerlegung in ungiftige Bestandteile.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine'wirksame Methode zur Vernichtung hochtoxischer gasförmiger und flüssiger organischer Verbindungen in einer plasmachemischen Verbrennungsstufe in stark reduzierender Atmosphäre zu entwickeln.

Merkmale der Erfindung

Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß vorzugsweise flüssige und gasförmige Giftstoffe über eine Eindüsungsvorrichtung in eine Reaktionskammer eingeführt und mit einem in einem oberhalb der Eindüsungsvorrichtung. befindlichen Plasmabrenner erzeugten, vertikal von oben in die Reaktionskammer einströmenden turbulenten Wasserstoff-Plasmastrahl vermischt werden und daß infolge der extrem hohen Temperaturen im Plasmastrahl in stark reduzierender Atmosphäre die Giftstoffe mit Sicherheit gespalten, teilweise hydriert und in einer nachgeschalteten Verbrennungsstufe mit Sauerstoff in ungiftige Bestandteile überführt werden. Die in der Reaktionskammer gebildeten gasförmigen Pyrolyseprodukte und der Plasma-Wasserstoff erfahren eine Vorquenchung auf etwa 1 200 K in einer Kühlzone, die gleichzeitig als Wärmeaustauscher zur Vorwärmung der zu vernichtenden flüssigen und gasförmigen Ausgangsprodukte sowie des plasmabildenden Wasserstoffs dient. Die endgültige Abkühlung auf Temperaturen unter 500 K erfolgt in der sich anschließenden Quenchstufe, die gleichzeitig als Einlaßvorrichtung für flüssige Giftstoffe, deren Speicherung in einem darunterliegenden Vorratsbehälter erfolgt, dient. Aus dem Vorratsbehälter werden die flüssigen Giftstoffe gemeinsam mit einer verdichteten Teilmenge des im Prozeß anfallenden Pyrolysegases im Wärmeaustauscher vorgewärmt und am oberen Ende der Reaktionskammer über spezielle Düsenanordnungen als Aerosol fein verteilt eingesprüht. Dabei dient das Pyrolysegas als Zerstäubergas für die Aerosolbildung der flüssigen Giftstoffe. Eine andere Teilmenge des im Prozeß anfallenden Pyrolysegases wird ebenfalls verdichtet und in einer Brennkammer unter Luft- und Sauerstoffzufuhr verbrannt.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung der Plasmapyrolyse von Schad- und Giftstoffen besteht aus einem Plasmabrenner, der im Deckel eines mehrwandigeh zylindrischen Rohres, bestehend aus Eindüsungsvorrichtung, Reaktionskammer, Wärmeaustauscher und Einlaßvorrichtung, montiert ist. Der untere Teil des mehrwandigen zylindrischen Rohres endet in einem Vorratsbehälter fürflüssige Schad- und Giftstoffe.

Der Plasmabrenner erzeugt einen auf 3 500 bis 6000 K erhitzten Wasserstoff-Plasmastrah I, der von oben in die Reaktionskammer geleitet wird. Die flüssigen Giftstoffe werden gemeinsam mit einer verdichteten Teilmenge des im Prozeß anfallenden ,Pyrolysegases in einem Wärmeaustauscher vorgewärmt und unter erhöhtem Druck über eine Eindüsungsvorrichtung in die Reaktionskammer geleitet. Die flüssigen Giftstoffe gelangen dabei über Steigrohre und die verdichtete Teilmenge des Pyrolysegases über Zerstäuberrohre zu den speziellen Düsenanordnungen der Eindüsungsvorrichtung. Ein zweiter Wärmeaustauscher dient der separaten Vorwärmung des plasmabildenden Wasserstoffs.

Ausführungsbeispiel

Durch die optimale Vermischung hochtoxischer Ausgangssubstanzen mit dem Wasserst off plasma unter Verwendung des im Prozeß selbst anfallenden Pyrolysegases als Zerstäubergas gelingt eine vollständige Spaltung hochtoxischer organischer Verbindungen im Plasmastrahl. Durch die extrem hohen Temperaturen werden die Giftstoffe mit Sicherheit gespalten, teilweise hydriert und in einer nac'hgeschalteten Verbrennungsanlage in ungiftige Bestandteile überführt. Etwa noch vorhandene Schadstoffe wie HCI oder H₂S können in an sich bekannter Weise entfernt werden.

Eine entsprechende Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist in der Figur dargestellt. Die Vorrichtung besteht aus einem Plasmabrenner 1, der im Deckel eines mehrwandigen zylindrischen Rohres 2, bestehend aus Eindüsungsvorrichtung 3, Reaktionskammer 4, Wärmeaustauscher 5, Wärmeaustauscher 6 und Einlaßvorrichtung 7, montiert ist. Der untere Teil des mehrwandigen zylindrischen Rohres 2 endet in einem Vorratsbehälter 8 für Schad- und Giftstoffe.

Der Plasmabrenner 1 erzeugt einen auf 3500 bis 6000K erhitzten Wasserstoff-Plasmastrahl, der über ein sich innen konisch erweiterndes Graphitteil 9 in die Reaktionskammer 4 gelangt. Die flüssigen Giftstoffe werden über die Zuführung 10 in den innersten Mantel des Rohres 2, dessen Innenwand die äußere Begrenzung des Reaktionsgemisches bildet und als Wärmeaustauscher 5 arbeitet, unter erhöhtem Druck eingeleitet.

Gleichzeitig wird über die Zuführung 11 eine Teilmenge des im Prozeß anfallenden Pyrolysegases durch die Flüssigkeit geleitet. Die flüssigen Schad-und Giftstoffe werden über Steigrohre 12, die zusammen mit Zerstäuberrohren 13 im Graphitmantel 14 der Reaktionskammer 4 eingebettet sind, zur Eindüsungsvorrichtung 3 geführt, in der ihre Vernebelung mit Hilfe des über die Zerstäuberrohre 13 zugeführten verdichteten Pyrolysegases in den turbulenten Plasmastrahl hinein erfolgt. Der plasmabildende Wasserstoff gelangt über die Zuführung 15 in den Wärmeaustauscher 6, wird dort vorgewärmt und dem Plasmabrenner 1 als Betriebsgas zugeführt. In der Fteaktionskammer 4 werden die Giftstoffe in stark reduzierender Atmosphäre infolge der dort herrschenden hohen Temperaturen mit Sicherheit gespalten, teilweise hydriert und gelangen nach Passieren der ' Wärmeaustauscher 5; 6 sowie der Einlaßvorrichtung 7, über die kontinuierlich Gift- und Schadstoffe der Anlage zugeführt werden, als Pyrolysegas zusammen mit dem Plasma-Wasserstoff in den Vorratsbehälter 8. Hier werden frisch zugeführte und nicht umgesetzte Flüssigkeitsanteile gesammelt und erneut der Plasmapyrolyse zugeführt. Das Pyrolysegas wird bei Temperaturen <500K im oberen Teil des Vorratsbehälters 8 abgezogen und einem Kühler 16 sowie Kompressor 17 zugeführt. Eine Teilmenge des gekühlten und verdichtetenPyrolysegases wird über die Zuführung 11 als Zerstäubergas im Prozeß wiederverwendet.

Eine andere Teilmenge wird in einer nachgeschalteten Brennkammer 18 unter Sauerstoff-oder Luftzufuhr verbrannt. Das die Brennkammer 18 verlassende Gas besteht bei unvollständiger Verbrennung im wesentlichen aus CO2, CO, H₂, N₂ und H₂O, wobei noch vorhandene Chlor- und Schwefelanteile, die überwiegend als HCI, H₂S und COS vorliegen, in an sich bekannter Art und Weise adsorbtiv entfernt werden können.

Ein Plasmabrenner von 8OkW Nutzleistung gestattet bei einem Wasserstoffdurchsatz von 30m³/h sowie einer Pyrolysegasrückführung von 4m³/h für die Zerstäubung eine Menge von 14kg/h hochtoxischer organischer Abprodukte

Claims

Erfindungsanspruch: .

1. Verfahren zur schadstoffarmen Umwandlung hochtoxischer gasförmiger und flüssiger organischer Verbindungen mit Hilfe hocherhitzten Wasserstoffs als Energieträger, dadurch gekennzeichnet, daß gasförmige bzw. flüssige Gift- und Schadstoffe eine Eindüsungsvorrichtung in eine Reaktionskammer eingeführt und mit einem, in einem geeigneten, oberhalb der . Eindüsungsvorrichtung befindlichen Plasmabrenner erzeugten, vertikal von oben in die Reaktionskammer einströmenden turbulenten Wasserstoff-Plasmastrahl vermischt werden und daß infolge der extrem hohen Temperaturen in stark reduzierender Atmosphäre die Giftstoffe mit Sicherheit gespalten, auf ihrem Wege von der Reaktionskammer über Wärmeaustauscher und Einlaßvorrichtung teilweise hydriert und nach Kühlung und Verdichtung in einer nachgeschalteten Verbrennungsstufe mit Sauerstoff in ungiftige Bestandteile überführt werden.

2. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die flüssigen Giftstoffe zusammen mit einem Zerstäubergas in einem Wärmeaustauscher vorgewärmt und gemeinsam über eine Eindüsungsvorrichtung in die Reaktionskammer eingebracht werden.

3. Verfahren nach Punkt 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Zerstäubergas eine verdichtete Teilmenge des im Prozeß anfallenden Pyrolysegases ist.

4. Verfahren nach Punkt 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die flüssigen Gift- und Schadstoffe vor ihrer Speicherung im Vorratsbehälter und späteren plasmachemischen Umsetzung in einer Einlaßvorrichtung zur direkten Kühlung des bereits gebildeten Pyrolysegases verwendet werden.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Punkt 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mittels eines Plasmabrenners (1) zur Erzeugung eines auf 3500 bis 6000K erhitzten Wasserstoff-Plasmastrahls, der oberhalb eines zylindrischen Rohres (2), bestehend aus Eindüsungsvorrichtung (3), Reaktionskammer (4), Wärmeaustauscher (5; 6), Einlaßvorrichtung (7) und Vorratsbehälter (8), montiert ist, wobei die Reaktionskammer (4) eine hitzebeständige und wärmedämmende Innenauskleidung, zweckmäßigerweise in Form eines Graphitmantels (14) aufweist, an deren Oberteil sich eine Anzahl ringförmig angeordneter Düsen befinden, über welche der im Wärmeaustauscher (5) vorgewärmte flüssige Giftstoff und eine verdichtete Teilmenge des im Prozeß entstehenden Pyrolysegases gemeinsam in die Reaktionskammer (4) eingedüst werden, eine vollständige Spaltung und teilweise Hydrierung der Giftstoffe auf ihrem Wege von der Reaktionskammer (4) über Wärmeaustauscher (5; 6) und Einlaßvorrichtung (7) erfolgt und die nach Kühlung und Verdichtung in einer nachgeschalteten Brennkammer (18) mit Sauerstoff in ungiftige und umweltfreundliche Bestandteile überführbar sind.