DE69314328T2 - Verfahren zum zerstören von explosivstoffen - Google Patents
Verfahren zum zerstören von explosivstoffenInfo
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zerstören von Explosivstoffen, und insbesondere ein Verfahren zum Zerstören von Explosivstoffen durch Verbrennung in einer Verbrennungsvorrichtung.
- Große Mengen von überzähliger, abgelaufener oder funktionell fehlerhafter oder sonst unbrauchbarer Munition werden jedes Jahr zerstört. Die betroffenen Mengen sind erheblich und betragen mehrere Hundert bis mehrere Tausend Tonnen pro Jahr und Land. Früher wurde die Munition in Seen oder Ozeanen versenkt, oder an der freien Luft auf Schießplätzen oder dergleichen zur Explosion gebracht oder verbrannt. Es ist nicht mehr erlaubt, Munition in Seen oder Ozeanen zu versenken. Die zerstörung durch Explosionsverfahren in großem Maßstab erfordert weiträumige Sicherheitsabstände, unter anderem aufgrund des dadurch erzeugten Lärms, wodurch die Verwendung dieses Verfahrens in geographischer Hinsicht begrenzt ist. Ähnlich wie bei den Explosionsverfahren werden bei der Verbrennung von Explosionsstoffen im Freien Reaktionsprodukte freigesetzt, die schädlich für die Umwelt sind, beispielsweise solche Produkte wie Kohlenmonoxid und Stickoxide.
- Früher wurde Versuche unternommen, Explosivstoffe in fester Form (Klumpen) in Brennöfen, wie Zement-Brennöfen zu verbrennen, was, obwohl die Abgase gereinigt werden können, aufgrund der Agglomeration der Explosivstoffe mit einer Explosionsgefahr verbunden ist. Weiterhin ist es, wenn die Explosivstoffe im festen Zustand in den Brennofen gegeben werden, schwierig, den Explosivstoff- Durchsatz auf eine Weise zu steuern, die eine wirkungsvolle Reinigung der Abgase ermöglicht. Die Handhabung fester Explosivstoffe, in Form von Pulver oder Klumpen (siehe beispielsweise US-A-3,916,805, entsprechend dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1) ist auch mit dem Risiko einer Explosion verbunden.
- Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, Explosivstoffe durch Verbrennung in einer Verbrennungsvorrichtung auf sichere Weise zu zerstören.
- Es ist ein anderes erfindungsgemäßes Ziel, Explosivstoffe durch Verbrennung in einer Weise, die eine wirkungsvolle Reinigung der Verbrennungsgase ermöglicht, zu zerstören.
- Ein weiteres erfindungsgemäßes Ziel ist es, Explosivstoffe durch Verbrennung auf eine Weise zu zerstören, die eine Nutzbarmachung des Energiegehalts der Explosivstoffe ermöglicht.
- Diese Ziele werden mit dem in den Ansprüchen definierten Verfahren erreicht.
- Das erfindungsgemäße Verfahren umfaßt das Lösen oder Suspendieren des Explosivstoffs in einer brennbaren Flüssigkeit, die keinen verfügbaren Sauerstoff oder nur eine kleine Menge an verfügbarem Sauerstoff enthält, wobei der Anteil der verwendeten brennbaren Flüssigkeit so hoch ist, daß der Energiegehalt der Mischung auf 1 MJ/kg oder weniger vermindert wird; und das Verbrennen des Gemischs in einer Verbrennungsanlage, indem das Gemisch über einen Flüssigbrennstoff-Brenner oder über einen Brenner für Suspensionen aus festem Brennstoff und flüssigem Brennstoff der Verbrennungsvorrichtung zugeführt wird. Das Gemisch wird durch den Brenner in feinverteiltem Zustand einer Verbrennungskammer der Verbrennungsvorrichtung zugeführt und verbrannt, wobei eine kontrollierte Flamme erzeugt wird. Das Gemisch kann daher für diesen Typ von Brenner als Brennstoff verwendet werden, und der Explosivstoff wird als integraler Bestandteil des Brennstoffs verbrannt.
- Dieses Verfahren zum Verbrennen des Explosivstoffs in flüssiger Form mit Hilfe eines Flüssigkeits oder Suspensionsbrenners ermöglicht es, den Durchsatz der Explosivstoffe in der Verbrennungszone wirkungsvoll zu überwachen und zu steuern, was sowohl im Hinblick auf die Sicherheit als auch auf die Umwelt von großer Bedeutung ist. Der Verbrennungsprozeß kann im Hinblick auf die Erzeugung schädlicher Verbrennungsprodukte kontrolliert werden, und er kann beispielsweise im Hinblick auf eine anschließende Reinigung der Abgase unter katalytischer Reduktion der Stickoxide gesteuert werden. Ein bekanntes Verfahren zur chemischen Reduktion von Stickoxiden in industriellen Abgasen umfaßt beispielsweise die Zugabe eines Reduktionsmittels (Ammoniak) zu den Abgasen und das In-Kontakt-bringen des Gemisches mit einem Katalysatorbett. Der Materialdurchsatz im Verbrennungsprozeß muß wirkungsvoll kontrolliert werden, damit ein solches Verfahren effizient funktionieren kann, wobei diese Anforderung durch die vorliegende Erfindung erfüllt wird.
- Bei der Verbrennung mit Luft weisen die Explosivstoffe eine Verbrennungsenergie zwischen etwa 5 und 15 MJ/kg auf. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die Explosivstoffe in eine pumpfähige, nicht explosive, aber brennbare Flüssigkeit umgewandelt, die in herkömmlichen Kesseln zur Energieerzeugung sicher verbrannt werden kann. Dies ermöglicht eine Rückgewinnung und Nutzbarmachung des Energiegehalts der Explosivstoffe.
- Die verwendeten Brenner können herkömmliche Brenner darstellen, wie Heizölbrenner oder Brenner für Suspensionen flüssiger Brennstoffe, beispielsweise Kohlepulversuspensionen, d.h. Brenner, bei denen ein fein verteilter Brennstoff in die Verbrennungsvorrichtung eingespritzt wird. Bei diesem Typ von Brennern sind verschiedene Verfahren zur feinen Verteilung des Brennstoffs bekannt, beispielsweise Dampfzerstäubung, Hochdruck-Luftzerstäubung, Luftzerstäubung bei niedrigem Druck, mit Hilfe von Sprühdüsen oder mechanischen Rotationsverdampfern.
- Es kann jeder Typ von (ver-)brennbarer Flüssigkeit, der keinen verfügbaren Sauerstoff oder nur eine kleine Menge an verfügbarem Sauerstoff enthält, als Flüssigkeit zum Lösen oder Suspendieren des Explosivstoffs verwendet werden. Die Fähigkeit eines Explosivstoffs zu explodieren ist in erster Linie durch seine chemische Zusammensetzung bestimmt und darüber hinaus insbesondere durch sein Gleichgewicht zwischen Sauerstoff und anderen Elementen. Durch die Zugabe einer genügend großen Menge anderer Elemente, die das Sauerstoff-Gleichgewicht des Explosivstoffs genügend in Richtung Sauerstoffmangel (wenig Sauerstoff) verschieben, kann das erhaltene Gemisch nicht mehr detonieren. Solche Stoffe umfassen beispielsweise flüssige Brennstoffe, die keinen intrinsisch verfügbaren Sauerstoff enthalten. Die Substanz soll daher keinen Sauerstoff aufweisen, der als Peroxid, Nitrogruppe, Nitratgruppe, Nitramingruppe, usw., gebunden ist. Geeignete (ver-)brennbare Flüssigkeiten sind Kohlenwasserstoffe, Alkohole, Ketone, Ester und deren Gemische. Heizöl wird besonders bevorzugt, wobei sowohl leichtes als auch schweres Heizöl verwendet werden kann. Ein homogenes Gemisch kann mit einer Flüssigkeit erhalten werden, in der sich der Explosivstoff löst, oder mit einer Flüssigkeit, in der der Explosivstoff suspendiert werden kann. Im Falle von Suspensionen in Flüssigkeiten ist es erforderlich, daß die Explosivstoffpartikel klein genug sind und daß sie suspendiert bleiben, z.B. durch Rühren oder durch Eindicken der Flüssigkeit. Schwere Heizöle oder sogenannte dickflüssige Öle sind aufgrund der Viskosität der Flüssigkeit besonders zur Herstellung von Suspensionen geeignet.
- Es wurde erfindungsgemäß gefunden, daß die Verhältnisse von Explosivstoff zu Flüssigkeit geeignet sind, bei denen der Energiegehalt des Gemisches in der Abwesenheit von verfügbarem Luftsauerstoff bei 1 MJ/kg oder weniger liegt. Im Falle von Trotyl (Trinitrotoluol) und Heizöl beispielsweise wird dieser Energiegehalt mit einem Gemisch erzielt, das mindestens 65 Gew.-% Öl enthält.
- Beim Verbrennen einer Suspension wird die größte Partikelgröße des Explosivstoffs so klein gewählt, daß jedes einzelne Korn in der Flamme verbrennt, d.h. die Partikelgröße wird auf die Verweilzeit der explosiven Partikel in der Flamme eingestellt, die durch die Größe des Brenners und die Verpuffungsgeschwindigkeit des bestimmten Explosivstoffs bei atmosphärischem Druck bestimmt ist. Im Fall von Trotyl ist beispielsweise bei einer Verweilzeit von 0,1 Sekunden eine größte Partikelgröße von etwa 0,2 mm erforderlich.
- Es wurde gefunden, daß eine Partikelgröße im Bereich von 0,05 bis 0,5 mm für die Mehrzahl von Explosivstoffen und Brennern geeignet ist.
- Die Lösung oder Suspension wird in einer Verbrennungsvorrichtung mit einer regulierten Luftmenge verbrannt. Nach einer erfindungsgemäßen Ausführungsform wird eine Verbrennungsvorrichtung verwendet, die mit einem Kessel zur Energieerzeugung, vorzugsweise mit einem leistungsstarken Heizkessel, d.h. einem Heizkessel, wie er typischerweise in Heizkraftwerken für kommunale Heizsysteme und dergleichen zu finden ist, verbunden ist, und mit Heizölbrennern, Kohlenstaubbrennern und dergleichen ausgestattet ist. Diese Heizkraftwerke sind normalerweise auch mit Abgasreinigungsvorrichtungen ausgestattet, so daß die Explosivstoffe auf eine umweltverträgliche Weise verbrannt werden können.
- Die Explosivstoffe, die erfindungsgemäß zerstört werden können, umfassen Treibmittel, Sprengmittel, und pyrotechnische Zusammensetzungen.
- Herkömmliche Treibmittel und Sprengmittel enthalten die Elemente Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff und Stickstoff. Einige Sprengmittel enthalten außerdem Metailpulver, in erster Linie Aluminium. Die normalen Verbrennungsprodukte sind Kohlendioxid, Wasser, gasförmiger Stickstoff und, bei aluminiumhaltigen Explosivstoffen, Aluminiumoxid. Es entstehen auch geringe Mengen von Stickoxiden, Kohlenmonoxid und Kohlenstoff (Ruß).
- Die Feststoffe in den Verbrennungsgasen (Aluminiumoxid und Ruß) können mit Hilfe von Staubfiltern, beispielsweise Grobfiltern und Elektrofiltern, bewältigt werden. Kondensierbare und wasserlösliche Verbindungen können von den erhaltenen Gasen durch vollständige Kondensation und Waschen in Gasreinigern getrennt werden. Die Rekondensation von Wasserdampfliefert auch eine höhere Wärmeausbeute sowie Wasser für die Gasreinigung. Stickoxide und Kohlenmonoxid können in Katalysatorbetten in gasförmigen Stickstoff bzw. Kohlendioxid umgewandelt werden. Alle diese Gasreinigungsverfahren sind dem Fachmann auf dem Gebiet der Reinigung industrieller Abgase geläufig und eine derartige Anlage wird bereits in vielen großen Heizkraftwerken verwendet.
- In einigen Fällen enthalten pyrotechnische Gemische in rauchbildender Munition, Leuchtfeuern (recognizance flares) und Brandmunition Verbindungen, die es erfordern, daß bei der Reinigung der erhaltenen Abgase besondere Maßnahmen getroffen werden, und es kann erforderlich sein, die Verbrennungstemperatur im Hinblick auf die Bildung von Dioxin einzustellen, beispielsweise wenn eine rauchbildende Munition verbrannt wird, die Hexachlorethan/Zink enthält.
Claims (10)
1. Verfahren zum Zerstören von Explosivstoffen, dadurch
gekennzeichnet, daß der zu zerstörende Explosivstoff zunächst
in einer brennbaren Flüssigkeit gelöst oder suspendiert wird,
so daß ein homogenes Gemisch erhalten und beibehalten wird,
wobei die brennbare Flüssigkeit keinen verfügbaren Sauerstoff
oder nur eine kleine Menge an verfügbarem Sauerstoff hat, und
der Anteil der verwendeten brennbaren Flüssigkeit so groß ist,
daß der Energieinhalt der Mischung in Abwesenheit von
verfügbarem atmosphärischem Sauerstoff auf 1MJ/kg oder weniger
vermindert wird; und daß das Gemisch in einer Verbrennungsanlage
verbrannt wird, indem das Gemisch über einen
Flüssigbrennstoff-Brenner oder über einen Brenner für Suspensionen aus
festem Brennstoff und flüssigem Brennstoff der
Verbrennungsvorrichtung zugeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die brennbare Flüssigkeit aus einer Gruppe, bestehend aus
Kohlenwasserstoffen, Alkoholen, Ketonen, Estern und deren
Gemischen ausgewählt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die brennbare Flüssigkeit Heizöl ist.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
das Heizöl sogenanntes schweres Heizöl ist.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Teilchengröße des Explosivstoffs so gewählt wird, daß
jedes
einzelne Korn während seiner Verweilzeit in der Flamme des
entsprechenden Brenners verbrannt wird, wenn eine Suspension
des Explosivstoffs hergestellt wird.
6. Verfahren nach Auspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
die Korngröße 0.05 bis 0.5 mm beträgt.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Verbrennungsvorrichtung mit einem Kessel zur
Energieerzeugung verbunden ist.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Verbrennungsanlage mit einer Abgas-Reinigungsvorrichtung
verbunden ist.
9. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß
die Abgas-Reinigungsvorrichtung die katalytische Umwandlung
von Stickoxiden umfaßt.
10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß
die Abgas-Reinigungsvorrichtung die katalytische Umwandlung
von Kohlenmonoxid umfaßt.
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