DE4230318A1

DE4230318A1 - Ressourcen-rueckgewinnungssystem

Info

Publication number: DE4230318A1
Application number: DE19924230318
Authority: DE
Inventors: Stanley E Spas
Original assignee: Aerojet General Corp
Current assignee: Aerojet Rocketdyne Inc
Priority date: 1992-02-04
Filing date: 1992-09-10
Publication date: 1993-08-05
Also published as: US5331106A

Description

Die Erfindung liegt auf dem Feld von Raketen-Festtreibstof fen und zugehörigen Zusammensetzungen und betrifft Verfahren zum Beseitigen von Abfall-Zusammensetzungen dieser Art und die Wiedergewinnung von nützlichen Materialien.

Energiereiche Massen, wie sie als die Explosivstoffe und Treibstoffe benutzt werden, ergeben ein gut erkanntes Pro blem, wenn es notwendig wird, solche Materialien als Abfall zu beseitigen. Raketen-Festtreibstoffe sind ein hervorragen des Beispiel und ein bekannter Zeitpunkt, bei dem das Besei tigungs- und Entsorgungsproblem entsteht, ist das Neubefül len von Raketenmotoren zur Wiederverwendung. Das ist eine von zahlreichen Situationen, bei denen die als Raketenmotor- Befüllung benutzten Treibstoffmassen und gleichartige Mate rialien in annehmbarer Weise entsorgt werden müssen. Aus Um weltgründen sind solche Verfahren wie das Abbrennen in offe ner Grube in die Atmosphäre nicht zulässig. Beispielsweise werden unannehmbare Mengen von HCl, NO_x und CO während des Abbrennens in offener Grube in die Umgebungsluft entlassen. Weiter entsteht, wenn Abfallmassen dieser Art zu lagern und zu behandeln sind, ein ernsthaftes Risiko einer Zündung durch äußere Einflüsse, wie einen zufälligen Aufprall oder ein zufälliges Verbrennen. Es besteht klarerweise die Notwen digkeit, umweltverträgliche Verfahren zum Entsorgen von Abfall-Raketentreibstoffen und ähnlichen Massen zu finden oder zu entwickeln.

Zusätzlich ist das Wiedergewinnen von Materialien oder die Wiederaufbereitung von Werten und Wiederbenutzen derselben in einer oder anderer Form immer ein wünschbarer Ziel. Das gilt für alle Bestandteile von energiereichen Massen, organi scher oder anorganischer Art. Jedoch ist die Wiedergewinnung nützlicher Materialien dann allgemein nicht möglich, wenn Ra ketentreibstoffe zur Beseitigung im offenen Feld abgebrannt werden. Beispielsweise gehen Aluminiumpulver und Ammonium perchlorat, sehr häufig bei diesen Massen verwendete Kompo nenten, beim Abbrennen im offenen Feld verloren, und damit verschwinden die Vorteile von Rückgewinnungen.

Die vorliegende Erfindung ist auf ein System gerichtet, das die Probleme und Nachteile des Standes der Technik vermei det. Das System schafft ein Verfahren zum sicheren Entfernen von Raketentreibstoffen, zum Bearbeiten derselben und Rückge winnen von wertvollem Aluminium und Oxidationsmitteln (z. B. Ammoniumperchlorat) und zum Verbrennen der restlichen Brenn feststoffe in einer insgesamt umweltfreundlichen Weise, wie später diskutiert wird.

Raketentreibstoffe werden aus dem Gehäuse eines Raketenmo tors durch Hydroabbau entfernt, bei dem ein Hochdruck-Wasser strahl benutzt wird, um den Treibstoff aus dem Raketenmotor "auszuschneiden". Während dieses Schneidvorgangs wird eine erste Menge des Oxidationsmittels entfernt, wenn das Wasser das Oxidationsmittel aus dem Treibstoff löst. Die großen Brocken, die bei dem Hydroabbau-Verfahren anfallen, werden durch eine Reihe von Unterwasser-Mazerierungs-Vorgängen mit hoher Geschwindigkeit bearbeitet. Die Treibstoffbrocken werden anfangs auf Teilchen mit etwa 19,05 mm Teilchengröße (3/4 inch) geschliffen, die evtl. auf Partikel von etwa 3,175 mm (1/8 inch) Größe zugeschliffen werden. Während dieses Unterwasserschleifens wird weiteres Oxidationsmittel aus dem Treibstoff in dem Wasser gelöst, wodurch die Rückge winnung von Ammoniumperchlorat erhöht wird. Auf diese Weise können mehr als 85 Gew.-% des Ammoniumperchlorats im Raketen treibstoff rückgewonnen werden. Die Teilchen mit 3,175 mm (1/8 inch) Größe enthalten zum größten Teil eine Matrix aus Aluminium und Binder und können so als ungefährlicher Abfall klassifiziert werden. In dieser Form ist es auch sehr leicht, sie auf kontrollierte Weise abzubrennen.

Die 3,175 mm (1/8 inch) Teilchen werden thermisch in einem Verascher bei einer Temperatur von etwa 982,2-1093,3°C (1800-2000°F) in einer reduzierenden Atmosphäre behandelt, um das Aluminium als sehr hochreines Aluminiumoxid zurückzu gewinnen. Der sehr niedrige Pegel von Oxidationsmittel und die relativ kleine Teilchengröße (etwa 3,175 mm = 1/8 inch) des behandelten Treibmittels läßt eine genaue Steuerung des Verbrennungsvorgangs zu.

Ein anderer Vorteil des Systems liegt darin, daß die gesamte Schleif- und Schneidbehandlung des Treibmittels unter Wasser geschieht. Das erleichtert nicht nur die Extrahierung des Oxidationsmittels, sondern es ergibt auch nur eine geringe Möglichkeit, daß sich das Treibmittel während des Entfernens und Verkleinerns entzündet.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung bei spielsweise näher erläutert; in der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild des Hilfsmittel-Wiederge winnungssystem nach den Prinzipien der vor liegenden Erfindung;

Fig. 2 das Schaubild nach Fig. 1 mit weiteren Ein zelheiten;

Fig. 3A eine schematische Darstellung des Treib stoff-Entfernungs- und Behandlungsvorgangs nach der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3B eine schematische Darstellung des Raketen treibstoff-Entfernungssystems;

Fig. 3C eine vereinfachte Querschnittsdarstellung des ersten Zerkleinerers aus Fig. 3A;

Fig. 3D-3F orthographische Darstellungen der im ersten Zerkleinerer aus Fig. 3C benutzten oberen Klinge;

Fig. 4 eine schematische Darstellung des thermi schen Treibstoffbehandlungs-Verfahrens;

Fig. 5A eine Draufsicht auf das Verascher- und Wä schersystem;

Fig. 5B eine Seitenansicht des Systems aus Fig. 5A;

Fig. 6A, B und C schematische Darstellungen der Verascher- Luftschleusenkammer nach Fig. 4 und 5 mit Darstellung einer Zufuhrfolge;

Fig. 7A eine Draufsicht auf die Verascher-Luftschleu ßen- und Primärverbrennungskammer, welche die Treibstoffzuführstange in rückgezogener Stellung zeigt;

Fig. 7B die Primär-Brennkammer der Fig. 7A mit der Speisestange in ausgefahrener Stellung;

Fig. 7C die Primär-Brennkammer der Fig. 6A mit zum Zurückziehen gekippter Zuführstange;

Fig. 7D und 7E vergrößerte Ansichten der Zuführstangen-An ordnung in der zurückgezogenen bzw. ausgefah renen Stellung;

Fig. 8 eine Schnittansicht des Veraschers aus Fig. 5A, 5B;

Fig. 9 eine Seitenansicht des Veraschers aus Fig. 5A, 5B;

Fig. 10 eine Draufsicht auf den Verascher aus Fig. 5A, 5B; und

Fig. 11 eine schematische Darstellung des Primärwä schersystems aus Fig. 5A, 5B.

In der Zeichnung, bei der gleiche Bezugszeichen gleichartige Elemente bezeichnen, ist das Betriebsstoff-Wiedergewinnungs system entsprechend den Prinzipien der vorliegenden Erfin dung gezeigt. Während die Beschreibung der bevorzugten Aus führung im einzelnen Raketen-Festtreibstoffe anspricht und insbesondere Ammoniumperchlorat als Oxidationsmittel enthal tenden Raketen-Festtreibstoff, ist zu verstehen, daß die vor liegende Erfindung auf energiereiche Stoffe allgemein anwend bar ist, welche Aluminiumteilchen, einen Binder und irgend ein entsprechendes Oxidationsmittel enthalten.

In Fig. 1 sind die grundlegenden Verfahrensschritte schema tisch dargestellt. Der Raketen-Festtreibstoff wird aus dem Gehäuse eines Raketenmotors entfernt. Dann wird der Treib stoff vorbehandelt mit einem Verfahren, bei dem Oxidations mittel entfernt und daraus Treibstoff wiedergewonnen wird. Das sich ergebende Material wird dann thermisch behandelt und schließlich Aluminiumoxid wiedergewonnen. Der Oxidations mittelgehalt wird während der Vorbehandlung beträchtlich re duziert, um ein viel weniger energiehaltiges Material zu er halten. So ergibt sich zusätzlich zu der Verwendung einer re duzierenden Atmosphäre in der Primär-Brennkammer in dem (nachstehend beschriebenen) thermischen Behandlungssystem läßt eine Verbrennung bei niederer Temperatur, die die Bil dung von Stickoxiden (NO_x) gering hält.

Das Entfernen des Oxidationsmittels kann durch übliche Mittel, wie Lösungsmittel-Extraktion, physikalische Tren nungs-Mittel wie irgendwelche andere Mittel erreicht werden, welche den größten Teil des Oxidationsmittels aus der Masse entfernen. Lösungsmittelextraktion ist allgemein das bequem ste und dienlichste Mittel, wobei die Auswahl des Lösungsmit tels von den Löslichkeits-Eigenschaften der Oxidationsmittel relativ zu denen des Binders abhängen. Für Oxidationsmittel, die wenigstens teilweise wasserlöslich sind, ist Wasser ein bevorzugtes Lösungsmittel infolge seiner Sicherheit, seines leichten Umganges und der niedrigen Kosten. Ammoniumperchlo rat (AP) z. B. kann mit Wasser ebenso extrahiert werden, wie wässriges Ammoniumhydroxid und flüssiges Ammonium. Wasser ist besonders bequem, da es auch als Hochdruckstrahl zum Ent fernen der Masse aus einem Raketenmotor als erstem Schritt beim Vorbereiten der Masse für die Behandlung und Umwandlung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren benutzt werden kann.

In Fig. 2 ist diese Anwendung von Hochdruckwasser bei dem Ra ketenmotor zum Entfernen des Treibsatzes in der Industrie als Hydroabbau oder "Ausspülen" (hog-out) des Treibstoffs be kannt. Dieser Vorgang selbst verursacht bereits eine Extra hierung eines Anteils des Oxidationsmittels Ammoniumperchlo rat. Nach dem Ausspülen wird der Treibstoff mazeriert und mit weiterem Wasser ausgelaugt, um etwa verbliebenes Oxida tionsmittel zu entfernen. Die Ammoniumperchlorat-Lösung wird aufgearbeitet und das verbleibende Aluminium, der polymere Binder und das restliche Ammoniumperchlorat-Material werden thermisch behandelt und Aluminiumoxid zurückgewonnen. Die Am moniumperchlorat-Lösung kann an kommerzielle Hersteller ver kauft oder an die Ammoniumperchlorat-Lieferanten zur Kristal lisierung und nachfolgenden Verwendung bei Raketentreibstof fen zurückgeliefert werden.

In den Fig. 3A-C ist das Verfahren zum Behandeln des Raketen treibstoffes vor der thermischen Behandlung schematisch dar gestellt. Der Raketentreibstoff 2 wird aus dem Gehäuse des Raketenmotors 4 an einer "Ausspül"-Station 6 entfernt. In dem Drucktank 8, der der Ausspül-Station Fluid zuführt, ist anfangs Wasser enthalten. Wegen des Rückumlaufes der Ammo niumperchlorat-Lösung zurück zu dem Drucktank ist jedoch, wie später besprochen wird, im Drucktank später eine verdünn te Ammoniumperchlorat-Lösung enthalten. An der Ausspül-Sta tion oder -Anlage (schematisch in Fig. 3B dargestellt) wird ein Hochdruck-Wasserstrahl 10 von etwa 482,65 bar (7000 lb pro Quadrat-inch) benutzt, um den Treibstoff aus dem Raketen motor herauszu"schneiden". Wie in der Industrie üblich, sind eine Anzahl von Düsen 12 in das Motorgehäuse eingesetzt, um dort gedreht und verschoben zu werden und den Raketentreib stoff wirksam zu entfernen. Während dieses "Ausschneid"-Vor gangs wird auch ein Anteil des Oxidationsmittels entfernt. Es wurde festgestellt, daß 40 bis 50% Oxidationsmittel bei diesem Vorgang entfernt werden können.

Die Ammoniumperchlorat-Lösung wird zusammen mit den großen Brocken, die bei dem Ausspül-Vorgang herauskommen (die eine Größe von 49,16 cm³ (3 cubic inch) oder mehr haben können) in das Spülrohr 14 eingeführt, das eine Länge von 38,1 m (125 feet) haben kann, um durch Schwerkraft die ausgespülten Materialien in einen Sicherheitsabstand von der Ausspül-Sta tion zu bringen. Das Festmaterial wird mit einem üblichen Vi brations-Entwässerungssieb 16 von der Ammoniumperchloratlö sung getrennt. Diese Entwässerungssiebe sind im Handel z. B. von der Firma Kason Corporation, Linden, New Jersey, erhält lich. Das von der Ammoniumperchlorat-Lösung bei dem Vibra tions-Entwässerungssieb abgetrennte Festmaterial wird in eine Hochgeschwindigkeits-Shreddermühle 18 entlassen. Das am moniumperchlorathaltige Wasser wird in der Sammelgrube 20 ge sammelt und über die Pumpe 22 zu einem neuen Umlauf zu dem Spülrohr 14 zurückgeführt, um bei dem Befördern der Treib stoffbrocken durch das Rohr zu helfen. Die Ammoniumperchlo ratlösung wird auch über die Pumpe 22 zum Ausspül-Drucktank S zur Wiederverwendung beim Entfernen des Treibmittels zu rückgeführt.

Das ausgespülte Material in der Mühle 18 wird unter einer Wasserlösung geshreddert, welche das freigelegte Ammonium perchlorat während des Shredderns auslöst und eine hochkon zentrierte wässrige Ammoniumperchloratlösung bildet (Fig. 3C). Das Festmaterial 12 wird auf Stücke mit einer Abmessung nach allen Seiten von etwa 19,05 mm (3/4 inch) durch zwei Reihen von Schneidklingen zerkleinert, die in die Ammonium perchloratlösung eingetaucht in einem konischen Gehäuse 23 sitzen. Die Klingenanordnungen werden durch eine Welle 24 ge dreht, die durch einen (nicht gezeigten) Motor angetrieben ist. Die obere Klingenanordnung 26, die in Fig. 3D-3E im einzelnen gezeigt ist, enthält eine Vielzahl zweiseitiger Klingen 28 für Grobhacken, während die untere Klingenanord nung 30, die beispielsweise von INDCO, Inc. als Muster A oder B hergestellt sein kann, eine Anordnung von vieleckigen Klingen zur Feinzerhackung enthält. Diese Klingenauslegungen sind bei der Industrie für ein Grob- und Feinzerteilen von Material üblich. Das Festmaterial strömt mit der Ammonium perchloratlösung in eine Schlammübertragung weiter, welche durch die Pumpe 34 zu einem Vibrations-Entwässerungssieb 36 gepumpt wird. Das Sieb 36 ist wie das Sieb 16 aufgebaut. Die Feststoffe in dem Schlamm werden wieder mit dem Vibrations sieb 36 von der Ammoniumperchloratlösung getrennt und in eine zweistufige Hochscherungs-Shreddermühle 38 eingefüllt. Die Ammoniumperchloratlösung wird in der Sammelgrube 40 ge sammelt und über die Pumpe 42 zu dem Ammoniumperchloratlö sungs-Sammeltank 44 und zur ersten Mühle 18 zum Wiederum lauf durch die Übertragungspumpe 34 zurückgeführt.

Das in die Zweistufen-Mühle 38 eingeführte Festmaterial wird unter einer verdünnten Ammoniumperchloratlösung geshreddert, bis es auf eine Materialgröße von Partikeln mit durchschnitt lichen Abmessungen von 3,175 mm (1/8 Zoll) reduziert ist, die in der wässrigen Ammoniumperchloratlösung aufgeschlämmt sind. Eine dafür verwendbare Zweistufen-Mühle ist von der Firma Admix Company als Modell Nr. 160XP-148 Rotostat erhält lich. Der Schlamm wird auf das Vibrations-Entwässerungssieb 46 entlassen, das wiederum gleichartig den Sieben 16 und 36 ist, um das Festmaterial von der Ammoniumperchloratlösung zu trennen. Die Lösung wird einer Sammelgrube 48 gesammelt und über die Pumpe 50 zur zweistufigen Shreddermühle und für die bestehend Ausspülanlage zurückgeführt zum Ausgleich der wäh rend Treibstoffentfernung aus dem Motorgehäuse verbrauchten Flüssigkeit. Mit Pfeil 52 bezeichnetes Ausgleichswasser wird der Zweistufen-Shreddermühle 38 hinzugefügt, um die zur Aus spül-Station übertragene Flüssigkeit zu ersetzen. Das Aus gleichswasser wird im Gegenstrom zur Ammoniumperchloratlö sung hinzugefügt, um den Gesamtwirkungsgrad der Oxidations mittel-Entfernung zu erhöhen.

Das durch das Vibrationssieb abgetrennte Material fällt in ein Verpackungssystem 54, wo Behälter mit dem Material be füllt werden, vorzugsweise Kunststoffbehälter oder -Kübel mit 22,55 l (6 Gallonen) Inhalt mit jeweils etwa 22,7 kg (50 Pfund) unempfindlich gemachtem Material. Das unempfind lich gemachte Material besitzt einen Feuchtigkeitsgehalt zwi schen 30-50 Gew.-%. Die Behälter werden mit einem Dichtdeckel abgedichtet und über ein Fördersystem 56 beispielsweise in ein Lagergebäude befördert, um dort palletisiert und ge speichert zu werden. Diese gefüllten Behälter werden dann die Zuführladungen 60 für das thermische Behandlungssystem für die Treibstoffe nach Fig. 4-10. Die Kunststoffbehälter sind vorzugsweise aus Polyäthylen und haben vorzugsweise eine Wandstärke von 1,6 mm (1/16 Zoll). Diese Behälter sind nicht, wie Pappe, durchlässig und sie brennen in der Ver aschungskammer leicht.

Kleine Mengen des Oxidationsmittels können in der Masse blei ben, ohne Schaden für die Rückgewinnung des Aluminiums wäh rend der thermischen Behandlung. Im allgemeinen hat es sich jedoch gezeigt, daß optimale Ergebnisse erzielt werden, wenn der Oxidationsmittelgehalt auf etwa 15 Gew.-% und vorzugswei se auf weniger als 10 Gew.-% reduziert wird.

Es wird auch bevorzugt die Masse zerhackt, geshreddert, ge mahlen oder sonst auf kleine Teilchengröße reduziert, um eine gleichförmige und rasche Wärmedurchdringung während der thermischen Behandlung zu erzielen. Teilchen mit weniger als 4,76 mm (3/16 inch) Länge, bevorzugt etwa 3,175 mm (1/8 inch) Länge ergeben allgemein die besten Resultate.

Der schließlich erhaltene zerkleinerte Vorbehandlungsstoff ist homogener als die großen Brocken, die anfangs bei dem Ausspülvorgang zu Tage kommen. Das beseitigt mögliche Druck spitzen und Temperaturabweichungen infolge von "Treibstoff sperre" im ausgespülten Material. Wiederum spart dies Still standszeit, da die für Temperatur- und Drucksteuer-Vorgänge zur Wiedergewinnung der Kontrolle des Vorgangs erforderliche Zeit verringert wird. Zusätzlich kann die Wartungs-Still standszeit für anhaltende Reparaturen des Veraschungs-Bren ners, die durch Temperaturabweichungen und Explosionen verur sacht werden, minimalisiert oder beseitigt werden.

Da annähernd 85 oder mehr Gew.-% Ammoniumperchlorat im Treib stoff als Ammoniumperchloratlösung entfernt werden, ist bei diesem Beispiel der Reststoff ungefahrlich, so daß keine RCRA-Erlaubnis für das Veraschungs-System eingeholt werden muß. Außerdem lassen sich Zeitverzögerungen und monatliche Berichtskosten einsparen, die mit den RCRA-Abläufen verbun den sind. Diese Vorbehandlung beseitigt auch die Notwendig keit für teure Abgasanalysen, die RCRA für die Veraschung von gefährlichen Abfallstoffen anfordert. Zusätzlich fällt die Stillstandszeit zum Eichen und Reparieren zerbrechlicher Gasanalyse-Gerät weg, da deren kontinuierliche Datenüberwa chung, die durch Regelung während des Vorgangs (etwa 10% der Betriebszeit) erforderlich ist, beseitigt wird.

Ein anderes wichtiges Ergebnis der Vorbehandlung des Treib stoffs vor der Veraschung ist, daß sich durch Reduzierung der Ammoniumperchlorat-Menge in dem Treibstoff bei der Vorbe handlung die Menge von Chlor- und Chlorwasserstoff-Gas in dem Ascher verringert, da das Ammoniumperchlorat die einzige Chlorquelle in dem ausgespülten Material ist. Diese Herabset zung sauerer Gase verringert die Korrosion der Ausrüstung (verringert die Wartungskosten) und reduziert den Abfall des Veraschungs-Systems durch Reduzieren der Menge von Bindungs stoffen für saure Gase. Diese Einsparungen bestehen sowohl in den Kosten der zum Neutralisieren der saueren Gase benutz ten kaustischen Materialien und der Reduzierung der Behand lungs- und Versandkosten für den jeweiligen Reinigungslö sungs-Abfall, der bei der später besprochenen Neutralisie rung saurere Gase entsteht. Beispielsweise wird bei einem Veraschungs-System mit einer Kapazität von etwa 908 t(2 000 000 lb) Treibstoff pro Jahr die Einsparung der ver wendeten kaustischen Materialien 378,5 m³ (100,000 Gallonen) pro Jahr und die Einsparung an Reinigungslösung etwa 1040,875 m³ (275 000 Gallonen) pro Jahr betragen.

Die schließlich aus dem Treibstoff erhaltene Ammoniumperchlo ratlösung mit einem Gehalt von 85 oder mehr Gew.-% Ammonium perchlorat kann für verschiedene Zwecke wiedergewonnen werden. Z.B. kann das Ammoniumperchlorat wiedergewonnen werden zur Verwendung in breiigen Treibstoffen oder zur Ver wendung bei einem anderen Raketenmotor. Zusätzlich kann Kalium mit Ammoniumperchlorat zur Bildung von Kaliumchlorat in Reaktion gebracht werden, das bei der Batterie-Herstel lung eingesetzt werden kann.

Fig. 4-11 zeigen das thermische Behandlungssystem des bei der Vorbehandlung erhaltenen Teilchenstoffes. In Fig. 4 und 5 werden Zuführladungen 60 durch eine Luftschleusen-Einlei tungskammer 62 in das thermische Behandlungs-System einge bracht, das Primär- und Sekundär-Brennkammern 66, 68, ein Ab löschrohr 68, Primär- und Sekundärwäscher 70, 72 und ein In duktionsgebläse 74 umfaßt, das einen Unterdruck im System er zeugt, so daß Gase und mitgerissene Teilchen im System in einer Richtung fließen.

Die Zuführchargen 60 werden einzeln in die Luftschleusenkam mer 62 eingeführt. Die Zuführladung 60 werden körperlich ein zeln in die Primär-Brennkammer 64 durch eine Zuführ- Stangenanordnung 80 eingeschoben, die später besprochen wird. Sobald die Zuführcharge 60 in die Primärkammer gesetzt ist, wird der Brenner 76, der in für den Fachmann übliche Weise aufgebaut ist, eingestellt, um die Temperatur in der Primärkammer auf einen ausgewählten Wert im Bereich von etwa 982,2-1093,3°C (1800-2000°F) zu bringen. Wenn die Tempe ratur in der Primär-Brennkammer über den ausgewählten Wert ansteigt, wird wäßrige Abfallösung oder Wasser durch die Sprühdüse 78 eingespritzt, um die ausgewählte Temperatur zu halten. Brennstoff wird dem Brenner über die Brennstoff-Spei seleitung 82 zugeführt, die mit einem (nicht dargestellten) Brennstoffvorrat verbunden ist, während das Luftgebläse 84 über die Brennluftleitung 86 Brennluft zur Primär-Brennkam mer 64 leitet. Die Zulieferung von Verbrennungsluft zu der Primär-Brennkammer wird jedoch so gesteuert, daß sich eine luftbegrenzte Verbrennung ergibt und eine reduzierende Atmo sphäre geschaffen wird (d. h. in der nicht genug Luft vorhan den ist, um die gesamten die Brennstoff-Zuführladung bilden den Materialien zu verbrennen), um zur Bildung von NO_x ver fügbaren Brennstoff gering zu halten. Die festen und flüssi gen Abfallstoffe werden zu Co, CO₂, H₂O, teilweise oxidier ten organischen Verbindungen, sauren Gase und Asche zer setzt. Die flüchtigen Gase treten durch eine Sekundär-Brenn kammer 66 hindurch, die sehr luftreich und durch einen Sekun där-Brenner 85 bei einer höheren Temperatur (etwa 1148,9°C (2100°F)) gehalten wird, und zwar über Leitungen, die von der Treibstoffzufuhrung und den Brennluftleitungen 82, 86, s. Fig. 5A, abzweigen, um die Oxidierung der gasförmigen und mitgerissenen festen Verbrennungsprodukte zu vervollständi gen. Das Induktionsgebläse 74 wird so gesteuert, daß sich ein Unterdruck im System in solcher Weise ergibt, daß die Gasverweilzeit in der Sekundär-Brennkammer 66 größer als 1,5 s ist, um den Verbrennungsvorgang vollständig durchzuführen. Das Gas verläßt dann die Sekundär-Brennkammer 66 und tritt durch ein Löschrohr 68 und ein zweistufiges Naßwäschersystem zum Entfernen von saueren Gasen und von Teilchen hindurch.

Annähernd 95% des Aschengehalts des ankommenden festen Ab falls bleibt in der Primär-Brennkammer 64. Die Asche wird allmählich durch die Einwirkung der neu hinzukommenden Spei seladungen 60 unter Zuhilfenahmen der Zufürstangen-Anordnung 80 in dem Herdraum hinabbewegt. Während einer Zeit von etwa 4 bis 5 Stunden geht eine zugeführte Ladung 60 immer weiter den Verascher hinunter, bis zu einer Asche-Auslaßöffnung 88. Die Asche fällt dann durch die Asche-Auslaßöffnung 88 über ein Paar hydraulisch betätigte Messerventile 90 und 92, die als Luftschleuse am Ende der Primär-Brennkammer mit größter Entfernung von der Festabfall-Einführtüre benutzt werden. Nachdem die Asche durch die Luftschleuse hindurchgetreten ist, fällt sie in einen Aschenbehälter 94, der vorzugsweise aus Stahl besteht. Zusätzlich dazu, daß die Gase dazu ge bracht werden, im System zum Auslaß hinzuströmen, stellt der durch das Induktionsgebläse 74 in dem System erzeugte Unter druck sicher, daß, falls irgendein Lecken stattfinden sollte, es nur in den Verascher hinein geschieht. Dementspre chend verläßt kein Rauch den Verascher; um jedoch die Asche dazu zu bringen, daß sie die Primär-Brennkammer 64 richtig verläßt und auch, um ein Lecken in das System gering zu halten, wird zuerst das Messerventil 90 geöffnet und eine Portion der Asche in den Raum zwischen die Ventile 90 und 92 eingefüllt. Dann wird das obere Ventil 90 geschlossen und das untere Ventil 92 geöffnet, um die Asche in den abgedich teten Behälter 94 einzuführen, um sie zu entfernen und Alumi nium und Aluminiumasche rückzugewinnen.

Wie vorstehend beschrieben, strömen die heißen Gase von der Sekundär-Brennkammer in das Löschrohr 68, wo sie durch Ein spritzen von Sprühwasser auf 537,8°C (1000°F) abgekühlt werden. Das Löschrohr 68 umfaßt eine zylindrische Kammer, die feuerfest ausgekleidet ist (wie es auch die Primär- und Sekundär-Brennkammern sind) und eine (nicht dargestellte) Wassereinspritzdüse. Die Wasserdüse benutzt Luft und einen integralen Schallresonator zur Erzeugung von extrem kleinen Wassertröpfchen, die fast äugenblicklich verdampfen.

Die Gase treten dann in den Venturi-Einlaß 96 und kommen in den Primär-Wäschertank 97 des Primär-Wäschers 70, wo sie weiter abgekühlt und zur Beseitigung von sauren Gasen (vor nehmlich HCl) gewaschen werden. Die größeren Teilchen werden durch Kontakt mit einem Umlaufstrom von kaustizierter konzen trierter Waschflüssigkeit abgetrennt. Das Gas/Flüssigkeits- Gemisch tritt in einen Zyklontrenner ein (der im einzelnen mit Bezug auf Fig. 11 diskutiert wird), wo sich die Flüssig phase sammelt, während die gekühlten gewaschenen Gase durch einen Entnebler 98 und einen Sekundärwäscher-Venturieinlaß 102 in den Sekundär-Wäschertank 103 strömen. Der Flüssig keitspegel im Primär-Wäscher nimmt wegen des Verdampfens der Waschflüssigkeit ab, das durch das Abkühlen der heißen Ver aschungsgase im Venturi-Einlaß erfolgt. Dieser Flüssigkeits verlust wird durch den fortwährenden Zusatz von Sekundärwä scher-Ausgleichsflüssigkeit durch eine Sekundärwäscherlö sung-Übertragungsleitung 100 ausgeglichen. Um ein wirksames Auswaschen von sauren Gasen in dem Verascherabstrom sicherzu stellen, wird die Wäscherflüssigkeit kaustisch gehalten (d. h. auf einem pH-Wert von etwa 7-10) durch Zusatz von NaOH, mittels einer pH-Steuerung, welche den Zusatz von kau stischen Stoffen zum Primär-Wäschertank 97 über ein Steuer ventil beeinflußt.

Der Sekundär-Venturiwäscher 72 führt eine Zweitstufenreini gung der Gase aus dem Primär-Wäscher 70 aus. Der Sekundärwä scher 72 hat einen für den Fachmann üblichen Aufbau, arbei tet mit einem viel höheren Druckabfall als der Primär-Wä scher 70 (etwa 0,2 bar (2,9 psi) im Vergleich zu 0,07 bar (1 psi)) und benutzt eine sehr verdünnte kaustische Lösung als Wäscherflüssigkeit (d. h. mit einem pH-Wert von etwa 7-10). Der pH-Wert der Wäscherflüssigkeit im Sekundär- Wäscher wird durch Zusetzen von frischem Wasser und NaOH-Lö sung zum Sekundär-Wäschertank 103 beeinflußt, wie es mit Pfeil 104 bezeichnet ist. Die Gase von dem Sekundär-Wäscher treten auf ihrem Weg zum Induktionsgebläse oder Auslaßsystem 74 durch Entnebler 105 hindurch. Die Entnebler 98 und 105 sind vom Chevron-Typ und entfernen kleine Tröpfchen aus dem austretenden gewaschenen Gas und führen sie jeweils zum Primär- bzw. Sekundär-Wäschertank 97 oder 103 zurück. Das In duktionsgebläse zieht die gesättigten Gase von dem Sekundär- Wäscher ab und komprimiert sie auf einen Druck, der geringfü gig über Umgebungsdruck liegt. Das Gebläse erwärmt die Gase durch adiabatische Kompression ausreichend, um zu vermeiden, daß während ihres Durchtritts durch den Abluftkamin 106 Kon densation auftritt.

Die Einzelheiten der Luftschleuse, der Primär- und der Sekun där-Brennkammer sind in Fig. 6-10 dargestellt. Nach den Fig. 6A, B und C enthält die Luftschleusen-Einführkammer 62 zwei hydraulisch betätigte lukenartige Türen 112 und 114, die schwenkbar an der Luftschleusenkammer angebracht und mit Zwangsdichtungs-Mechanismen 116 und 118 versehen sind. Die äußere Luftschleusentüre 112 wird nur während des Eintretens der Zuführladung (Fig. 6A) geöffnet und sonst immer gegen die Dichtung 116 geschlossen gehalten (Fig. 6B und 6C). Die innere Luftschleusentüre 114 wird gegen die Dichtung 118 ge schlossen, außer dann, wenn eine Ladung 60 in die Primär- Brennkammer-Einführumschließung 120 (Fig. 6B) eingeführt wird. Die innere Luftschleusentüre 114 enthält eine an der inneren Luftschleusentür 114 befestigte Nachschubplatte 122, um die eingeführte Beladung 60 automatisch in den Zuführab schluß 120 einzuführen, wenn die Tür 114 geöffnet wird. Das Volumen zwischen der äußeren und der inneren Luftschleusen türe wird kontinuierlich gespült und zu dem Verascher abge pumpt durch eine (nicht dargestellte) Leitung, welche den Be reich zwischen den Türen 112 und 114 mit der Verbrennungs luftleitung 86 koppelt, und zwar in die Verbrennungsluftzu fuhr (die sich bei geringerem Druck befindet). Auf diese Weise werden etwa in die Luftschleusenkammer eintretender Rauch oder eintretendes Verbrennungsgas in den Verascher zu rückgeführt. Die Luftschleusenkammer ergibt so eine zwangs weise Isolierung des Veraschers von der Umgebung, und zwar sowohl beim Einführen wie im Normalbetrieb, und läßt es des wegen zu, daß die Brennkammern etwas unter Umgebungsdruck ge halten werden.

Wenn nach Fig. 7A die Zuführladung 60 anfangs in die Primär kammer-Einführabschließung 120 positioniert ist, wird die feuerfeste Abschlußtür 124 (Feuertür) geschlossen, um die Einführladung zu isolieren und zu verhindern, daß die rela tiv hohen Temperaturen in der Primär-Brennkammer die Einführ ladung zu früh erreichen. Dann wird die Feuertür 124 durch übliche Mittel (Flaschenzüge, Hydraulik usw.) so angehoben, so daß die Zuführstange 126 der hydraulischen Zuführstangen- Anordnung 80 ausgefahren werden kann, wobei der Schieber 128 die Zuführladung 60 in den Herd der Primär-Brennkammer 64 einstößt (Fig. 7B). Auf diese Weise stößt die Zuführladung 60 den Aschenhaufen 130 zu dem Aschenbehälter 94 hin. Nach den Fig. 7A-E ist die Zuführstangen-Anordnung 80 eine drei stufige Anordnung mit einem innersten Kolben 130, der schwenkbar an einem Ende eines Schwenklagers 133 befestigt ist, einen den Kolben 132 umgebenden Zwischenzylinder 134, einen den Zylinder 134 umgebenden Außenzylinder 135 und einen schwenkbar am äußeren Ende des Außenzylinders 135 an einer Schwenkstelle 136 befestigten Zuführstange 126. Wäh rend ein Ende der Zuführstangen-Anordnung 80 durch das Schwenklager 133 abgestützt ist, wird das andere Ende inner halb eines zweistufig teleskopierenden Führungsbalkens 137 abgestützt. Der Führungsbalken 137 enthält einen äußeren Füh rungsbalken 138 und einen inneren Führungsbalken 139, der te leskopartig von einem Ende des Balkens 138 ausfährt. Der äußere Führungsbalken 138 ist an seinem einen Ende an einem Hydraulikzylinder 140 aufgehängt, der das eine Ende des Bal kens 138 anhebt oder absenkt, während das andere Ende schwenkbar an einem Schwenklager 141 befestigt ist.

Die Betätigung der Zuführstangen-Anordnung 80 läßt die Zylin der 134, 135 innerhalb des Führungsbalkens 137 ausfahren. Diese Bewegung läßt entsprechend angeordnete (nicht darge stellte) Anschläge, die an dem äußeren Zylinder 135 und dem inneren Führungsbalken 139 angebracht sind, den sich bewegen den Balken 139 aus der zurückgezogenen Stellung nach Fig. 7D in die ausgefahrene Stellung der Fig. 7E ausfahren. Das hilft sicherzustellen, daß das andere Ende des Außenzylin ders 135 und das benachbarte Ende der Zuführstange 126, die an der Schwenkstelle 136 miteinander verbunden sind, in der gesamten Bewegung der Zuführstangen-Anordnung vertikal abge stützt werden.

Der Schieber 128 kann so zum Eintreten in den Herd abgesenkt und beim Zurückziehen angehoben werden. Auf diese Weise kann der Schieber, sobald er die Zuführladung und die Asche nach vorne geschoben hat, während des Rückholens über die Asche im Herd angehoben werden, um zu verhindern, daß Asche hinter der Fläche des Schiebers 126 herausgezogen und in die Zuführ kammer eingebracht werden kann. Zusätzlich hat die hydrauli sche Zuführstangen-Anordnung 80 ausreichend Abstand von der Primär-Brennkammer 64, so daß die Lager und die dynamischen Elemente darin gegen das unerwünschte Aussetzen an Hitze ge schützt sind.

Während der Betätigung der Zuführstangen-Anordnung 80 kann hinter den Schieber oder die Stangefläche 128 fallende Asche sich während des Eintritts in den Verascher unter der Feuer türe 124 sammeln. Das kann die Feuertüre 124 daran hindern, vollständig zu schließen, wodurch hohe Temperaturen in den Bereichen des Stangenabschlusses und der Zuführkammer verur sachen kann. Wiederum kann die hohe Temperatur manche der Be standteile des Zuführkammerbereiches wie Lager, Hydraulik dichtungen und elektrische Schalter zerstören. Die Schwenk möglichkeit der Zuführstange 126 reduziert jedoch die Menge der zurückgeführten Asche beträchtlich. Es kann jedoch immer etwas Asche hinter die Flache des Stangenschiebers 128 fallen, während des Einfahrens zurückgezogen werden und sich unter der Feuertüre 124 sammeln. Dementsprechend ist die Primär-Brennkammer 64 mit einem Aschentrog 144 versehen, der sich über die Breite der Kammer unterhalb der Feuertür 124 erstreckt. Eine Förderschnecke 146 ist in den Aschentrog 144 eingesetzt, um in den Trog 144 eingefallene Asche durch ein (nicht dargestelltes) Ventil in einen abgedichteten Behälter 148 zu fördern. Der Förderer 146 kann von dem Ventil entkop pelt und so entfernt und ersetzt werden, ohne das Verascher system abzuschalten. Dementsprechend wird ein Abschalten des Veraschers zur Reinigung des Platzes unter der Feuertür 124 von Asche vermieden.

Eine Schürstange 150, über der sich ein abgedichtetes Ins pektionsfenster 151 befindet, ist am anderen Ende der Primär-Brennkammer angebracht. Die Schürstangen-Anordnung 150 enthält einen Stangenkopf 152, der durch einen hydraulik betätigten Kolben wie den Kolben 154 in für den Fachmann be kannter Weise hin- und herbewegt wird. So kann der Stangen kopf 152 ausgefahren werden, um die Asche durchzurühren, oder wie in Fig. 7C dargestellt, ausgefahren werden, um den abgekühlten Aschenhaufen 156, der zur Auslaßöffnung 88 über dem Messerventil 90 geschoben wird, gegen die heiße Asche 158 zu schützen. Auf diese Weise kann die Temperatur der in den Aschenbehälter 94 eingeschobenen Asche gesteuert werden.

Zusätzlich kann durch ein Luftzuführrohr in den Bereich un mittelbar über dem oberen Messerventil 90, das mit einem mit Düsen versehenen Auslaßkorb gekoppelt ist, Kühlluft zuge führt werden, um einen gesteuerten Luftstrom zum Abkühlen der Asche zuzuführen.

Eine schallbeaufschlagte Wassereinspritzdüse 78 ist auch in Fig. 7D und C gezeigt. Diese Düse benutzt Luft mit Schall geschwindigkeit, um das Wasser in einen sehr feinen Nebel zu versprühen, der blitzartig im Verascher verdampft und die Kammer abkühlt, ohne eine thermische Schockbelastung für die feuerfeste Auskleidung zu verursachen. Die Düsenanordnung ist innerhalb eines (nicht dargestellten) konzentrischen Rohres enthalten, das luftgespült ist, um einen Temperatur schutz für die Düse zu bilden, wenn sie nicht in Betrieb ist. Dieser Spülkreis ergibt auch eine gerichtete Luftge schwindigkeit an den Düsenstellen vorbei und verhindert, daß staubhaltiges Veraschergas an den Düsenauslässen vorbei streicht und die Düsen verstopft. Der Düsenaufbau ist von in der Industrie üblicher Art.

Nach Fig. 8 sind die Primär- und die Sekundär-Brennkammern 64 bzw. 66 vollständig feuerfest ausgekleidete Kammern, die innerhalb eines gemeinsamen Stahlmantels 160 nebeneinander untergebracht sind. Jede Kammer wird von einem hochdichten feuerfesten Material 162 umgeben. Diese feuerfesten Ausklei dungen werden durch eine Blockisolierung 164 mit niedrigerer Dichte gestützt. Die feuerfeste Auskleidung 162 bildet den Herd der Primär-Brennkammer. Der Herd enthält eine trogförmi ge Vertiefung mit einem Bodenteil 166 und Seitenwänden 168, die allgemein senkrecht von dem Bodenteil 166 nach oben ab stehen. Der Mittelpunkt dieser allgemein rechtwinkligen Ver tiefung liegt in dem Herd, um, wie später besprochen, den Fluidstrom zu optimieren. Die Vertiefung ist 45,72 cm (18 inch) breit, 15,24 cm (6 inch) hoch und etwa 4,57 m (15 ft.) lang.

Feurefeste Wände 170 stehen von den Seitenwänden 168 ab und laufen auseinander. Vorzugsweise sind die feuerfesten Wände 170 symmetrisch um den Mittelpunkt des Herdes angeordnet und bilden einen Winkel mit den Seitenwänden 168 (d. h. mit der Vertikalen) von etwa mindestens 20°. Bei dem oben angeführ ten Beispiel sind die oberen Abschnitte der feuerfesten Wände 170 mit einem Abstand von etwa 91,44 cm (3 Fuß) vonein ander angeordnet. Mit anderen Worten, die maximale Breite der Primär-Kammer beträgt etwa 91,44 cm (3 Fuß).

Ein Luftverteiler 172 außerhalb des Veraschers (Fig. 9) führt Verbrennungsluft zu Lufteinlaßdüsen oder -Rohren 174, die sich durch den Metallumschließungsmantel 160 und die Aus kleidung 162 in eine Lage unmittelbar über den Seitenwänden 168 des feuerfesten Troges erstrecken. Wenn der Luftstrom an einer von dem Aschenablaß entfernten Stelle in den Herd ein treten würde, würde er sich aufwärmen und vor dem Kontakt mit der Asche ansteigen. Es ist auch beobachtet worden, daß dann, wenn die feuerfesten Wände 170 nicht geneigt sind, also die Breite der Verbrennungskammern nach oben konstant bleibt, eine erhöhte Luft-Aufströmung besteht, die etwas Asche in die Sekundär-Brennkammer 66 mitreißen würde, statt sie durch den Aschenauslaß zur Wiedergewinnung entfernen zu lassen. Mit dem beschriebenen Aufbau wird jedoch die Menge der mitgerissenen Asche so klein wie möglich gehalten durch die enge Gestaltung des feuerfesten Troges, und die Luft wird unmittelbar benachbart zu dem Aschenablaß eingelassen, um die zugeführten Materialien wirksam zu verbrennen.

Die Lufteinlaßdüsen an der der zweiten Brennkammer gegenüber liegenden Seite des Herdes bilden einen Winkel von minde stens etwa 10° mit der Horizontalen, während die Lufteinlaß düse, die sich durch das feuerfeste Material erstreckt, das zwischen dem Primär-Brennkammerherd und der Sekundär-Brenn kammer liegt, einen Endabschnitt 175 enthält, von dem die Luft austritt, der ebenfalls etwa 10° gegen die Horizontale geneigt ist. Es hat sich gezeigt, daß ein solcher Winkel es verhindert, daß geschmolzenes Material sich in die Luftein strömdüsen 174 zurückstaut, da solches geschmolzenes Mate rial in den feuerfesten Trog ausfließt. Auf diese Weise wer den die Düsen nicht blockiert, und es wird Verbrennungsluft wirksam zu dem geschmolzenen Material in dem Herd eingelei tet. Zusätzlich durchdringen die Rohre das feuerfeste Mate rial mit einem nach unten gerichteten Winkel zur Oberseite des feuerfesten Troges. Das hält den Abstand zwischen der brennenden Einspeisemenge und den Lufteinströmanschlüssen der Lufteinströmrohre 174 minimal. Weiter ist jedes Luftein strömrohr mit einem entfernbaren Abschnitt 73 ausgerüstet (der lösbar mit dem Verascher-Luftverteiler 172 durch übli che Befestiger oder andere übliche Mittel verbunden sein kann), um eine Reinigungsmöglichkeit von der Außenseite des Veraschers her zu bilden (Fig. 9). Der entfernbare Abschnitt des Verteilers ist auch mit einstellbaren (nicht dargestell ten) Düsen versehen, um einen Mechanismus zum Einstellen der Strömungsrate bei einer bestimmten Düse und so für die Ver teilung der Verbrennungsluft in Längsrichtung des Herdes zu schaffen. Wenn dementsprechend ein hochviskoses langsam bren nendes Material verbrannt wird, kann die Verbrennungsluftmen ge längs des Zentralbereiches des Herdes erhöht werden im Ge gensatz zum Zuführ- oder zum Aschenauslaßende. Mit anderen Worten, die Luftverteilung kann bei schwierig zu verbrennen den Zuführmaterialien entsprechend angepaßt werden.

Der Gasstrom von der Primär-Brennkammer 64 zur Sekundär- Brennkammer 66 ist durch den Pfeil 176 dargestellt. So flie ßen die Gase zuerst in einen Übertragungskanal 178 und dann in die Sekundärkammer, wo eine vorzugsweise aus Ziegeln be stehende Wand 180 eine Prallwand bildet, die den Gasstrom wieder nach unten zu einer in dem Bodenabschnitt der Prall wand gebildeten Öffnung 182 und in den unteren Bereich der Sekundär-Brennkammer 66 richtet, wo die Gase durchströmen und durch den restlichen Abschnitt der Sekundärkammer zur thermischen Endbehandlung fließen. Die Prallwand 180 stellt sicher, daß die Gase in der Sekundär-Brennkammer eine Ver weilzeit von mindestens etwa 1,5 s haben, um eine vollständi ge Verbrennung sicherzustellen. Vorzugsweise ist die Prall wand ungefähr in der Mitte der sekundären Verbrennungskammer in Längsrichtung angeordnet. Verbrennungsluft für die Sekun där-Brennkammer wird durch die Leitung 184 (Fig. 7A-C; 8 und 10) zugeführt. Die Brennluftleitung 184 speist den Luftver teiler 185, der eine Anzahl von Anschlüssen 186 besitzt, die in Fluidverbindung mit dem engen Übertragungskanal 178 ver teilt sind. Diese Gestaltung sichert vollständiges Vermi schen der durch die Leitung 184 der sekundären Brennkammer zugelieferten Verbrennungsluft mit dem Abgas der Primär- Brennkammer. Die Temperatur der Sekundär-Brennkammer wird bei 1149°C (2100°F) gehalten durch Modulieren der Leistungs abgabe des Sekundärkammer-Brenners 85. Die Prallwand 180 trägt auch noch zur zusätzlichen Vermischung der Gase bei, um den Oxidationsvorgang in der Sekundär-Brennkammer zu voll enden.

Nach Fig. 11 treten die Gase von der Sekundär-Brennkammer nach Behandlung durch das Kühlrohr 68 in das Primär-Wäscher system mit einer Temperatur von etwa 537,8°C (1000°F) ein. So arbeitet der Primär-Wäscher bei einer sehr hohen Gasein laßtemperatur. Er nutzt diese Wärme zum Verdampfen der von dem Gasreinigungssystem erzeugten flüssigen Wäscherabfälle. Anders als bei üblichen Venturi-nWäschern, die bei weniger als 1% Feststoffen im Wäschersystem arbeiten, wodurch sich hohe Mengen von Abfall-Wäscherlösung ergeben, kann der Primär-Wäscher 70 mit bis zu 25% Feststoffen im System arbei ten, da die Wäscherlösung nicht durch die üblichen mit klein sten Mundstücken versehenen Düsen versprüht wird, bei denen die hochgeschwinde Wäscherflüssigkeit senkrecht zu dem Gas strom eingedrückt wird, um die Wäscherwirkung zu erhalten. Stattdessen läßt man die Wäscherflüssigkeit langsam durch die Engstelle der Venturidüse herunterfließen, und sie wird durch das schnellströmende Gas durch Scherung versprüht. Das hochwirksame Direktberührungssystem wird nachstehend disku tiert.

Nach Fig. 11 gelangen die Gase von der Wäscherengstelle in das primäre Flüssig/Gas-Trennsystem 70 durch eine Einlaßdüse 96, die zur Beschleunigung der Gase dient. Die beschleunig ten Gase treten dann tangential in die Zyklon-Abscheiderkam mer 190 ein, wo sie in einem Zyklonweg in Richtung zu dem Zy klonkammer-Auslaß 192 ansteigen. Während die Gase in der Zyklon-Abscheidekammer ansteigen, prallen die in dem Gas mit gerissenen Flüssigkeitströpfchen 194 gegen die Wände und fallen, wie mit Pfeil 196 in Fig. 11 gezeigt, nach unten. Flüssigkeit, die der Zyklonabscheidung entkommt, wird im Ent nebler 98 eingefangen und, wie durch den Pfeil 198 bezeich net, zu dem Wäschertank zurückgeführt. Die Firma Munters Cor poration in Fort Myers, Florida ist ein Hersteller derarti ger Entnebler.

Eine Rührpumpe 200 ist auch vorgesehen, um die Teilchen in Suspension zu halten und dann das Fluid zu dem Absetzbecken 202 des Wäschertanks 70 zurückzuführen. Eine Wiederumlaufpum pe 204 ist auch vorgesehen, die die Flüssigkeit im Primär-Wä schertank mit dem Einlaßrohr 96 des Primär-Wäschers 70 ver bindet. Ein Reservekreislauf 206 kann vorgesehen werden, der die Rührpumpe 20S mit dem Wiederumlaufpumpen-Kreis 210 ver bindet, wenn die Wiederumlaufpumpe nicht betreibbar ist. Obwohl der Unterdruck im System kontinuierlich die Gase und Partikel in eine Richtung zieht, wie bereits besprochen, gehen einige Teilchen an dem Tangentialrohreinlaß vorbei. Deswegen ist ein Flüssigkeitsbehälter 212 unter der Einlaß düse 96 vorgesehen, wie in Fig. 11 gezeigt, um Teilchen zu entfernen, die sich mit einer Geschwindigkeit von mehr als 241,4 km/h (150 mph) bewegen könnten und direkt auf die In nenwände des Wäschers auftreffen und ihn abschleifen. Solche Streuteilchen-Flüssigkeitsbehälterfallen sind in der Indu strie üblich.

Wie vorher diskutiert, wird der Primär-Wäscher in Reihe mit einem üblichen Venturi-Wäscher (Sekundär-Wäscher 72) von hohem Wirkungsgrad betrieben, der irgendwelche den Primär- Wäscher verlassende Teilchen einfängt. Die Wäscherlösung von dem Sekundär-Wäscher wird als Auffüll-Flüssigkeit für den Primär-Wäscher über die Übertragungsleitung 100 benutzt, da der Primär-Wäscher infolge der hohen dort auftretenden Ver dampfung Flüssigkeit benötigt. Beide Wäscher besitzen die Fä higkeit eines variablen Differentialdruckabfalls über ihre jeweiligen Engstellen durch Verändern der Strömung von Wä scherflüssigkeit an der Engstelle. Durch Einstellen des Dif ferentialdruckabfalls können die beiden Wäscher in Kombina tion auf die besonderen Anforderungen des Gasreinigungssy stems abgestimmt werden durch Ändern des jeweiligen Druckab falls an jedem Wäscher. Es hat sich gezeigt, daß diese Primär- und Sekundär-Wäscherkombination mehr als 95% der Sub mikron-Teilchen einfangen kann und weniger als 0,005 gr/DSCF-Teilchenfreilaß erzielt, mehr als 99% der saueren Gase einfängt, sie kann die Erzeugung von flüssigem Abfall minimieren und Energie rückgewinnen durch Konzentrieren des Flüssigabfalls durch Abwärme-Rückgewinnung.

Schließlich können die Druckwerte innerhalb der Systemkompo nenten aus einer breiten Vielzahl von Bereichen ausgewählt werden, um den oben besprochenen Unterdruck zu schaffen. Um nur ein Beispiel der bevorzugten Druckwertreihe zu geben, mit der Annahme von Umgebungsdruck bei 1,014 bar (14,7 psia), soll das folgende Beispiel angeführt werden (Druck in den Teilen der Anlage in Absolutwert): Primär-Brennkammer 1,0067 bar (14,6 psia); Sekundär-Brennkammer 0,9998 bar (14,5 psia), Kühlrohr 0,986 bar (14,3 psia); Primär-Wäscher tank 85°C (185°F), 0,9377 bar (13,6 psia); Sekundär-Wäscher tank 73,9°C (165°F), 0,6895 bar (10 psia).

Das Vorstehende ist eine detaillierte Beschreibung einer be stimmten Ausführung der Erfindung. Es wird erkannt, daß Ab weichungen von der beschriebenen Ausführung innerhalb des an gestrebten Schutzbereichs der Erfindung hergestellt werden können, und daß dem Fachmann offensichtliche Modifikationen begegnen können. Der vollständige Schutzumfang der Erfindung wird in den nachfolgenden Ansprüchen und ihren Äquivalenten niedergelegt.

Dementsprechend sollten die Ansprüche und die Fallbeschrei bungen nicht so ausgelegt werden, daß sie den vollen nachge suchten Schutzumfang unnötig einengen.

Der spezifische Binder in der Masse ist nicht kritisch und kann geändert werden. Es kann sich z. B. um einen aus einer großen Vielzahl von polymeren Bindern handeln, die bei Rake ten-Festtreibstoffen in Gebrauch sind und entweder einzeln oder in Kombination verwendet werden. Beispiele sind Polybu tadiene wie hydroxid-abgeschlossenes Polybutadien (HTPB) und Carboxyl-abgeschlossenes Polybutadien (CTPB), Acrylsäure/Ac rylnitril/Butadien Terpolymer (PBAN) und Epoxidharze. Unter diesen Beispielen sind in besonders herausragendem Gebrauch HTPB, CTPB und PBAN.

In gleicher Weise ist das angegebene Oxidationsmittel nicht kritisch und kann in breiter Hinsicht variiert werden. Die einzige Anforderung ist, daß das Oxidationsmittel in dem Ex trahier-Lösungsmittel löslich sein soll. Beispiele enthalten irgendwelche der großen Vielzahl in Raketen-Festtreibstoffen benutzten Art, entweder allein oder in Kombination. Es sind dabei enthalten Ammoniumperchlorat (AP), Ammoniumnitrat (AN), Zyclotrimethylentrinitramin (RDX), Zyclotetrimethylen Tetranitramin (HMX) und Nitroglycerin (NG).

Die Masse wird auch oft Zusätze in kleinen Anteilen enthal ten, z. B. Härtungs-Beschleuniger, Stabilisatoren, Brennra ten-Beschleuniger, Thixotropie-Steuermittel oder Modifikato ren des Polymers wie auch Kombinationen solcher Materialien. Die Auswahl und die Menge dieser Zusätze ändert sich in Ab hängigkeit von dem bestimmten verwendeten Binder und der Quelle der Masse. Im wesentlichen können irgendwelche dieser Materialien in der Zusammensetzung enthalten sein, ohne das erfindungsgemäße Verfahren wesentlich zu beeinträchtigen.

Die Aluminium-Teilchengröße kann sich ebenso ändern, wird jedoch allgemein in den Bereich von 5 µm (5 Mikron) bis etwa 60 µm (60 Mikron) fallen.

Die relativen Mengen der Bestandteile der Masse werden sich ändern, wie es in der Industrie der Fall und in der Litera tur beschrieben ist. Diese Veränderungen und der Bereich der Anteile sind dem Fachmann allgemein bekannt. Die Auswirkung dieser Änderungen auf das Verfahren der vorliegenden Erfin dung werden Unterschiede der rückgewonnenen Mengen von Alumi nium und Oxidationsmittel sein.

Claims

1. Verfahren zum Wiedergewinnen von Ausgangsstoffen aus Rake tentreibmittel, dadurch gekennzeichnet, daß die folgenden Schritte vorgesehen sind:
es wird eine bestimmte Menge von Raketentreibmittel be reitgestellt, das einen Treibstoff und ein Oxidationsmit tel umfaßt;
das Treibmittel wird behandelt, um den Gewichtsanteil des Oxidationsmittels zu verringern;
das Raketentreibmittel wird in eine Primär-Brennkammer eingesetzt; und
das Treibmittel wird in der Primär-Kammer so behandelt, daß ein Anteil des Treibstoffes aus dem Treibmittel in eine für die Rückgewinnung geeignete Substanz gewandelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Treibmitteltreibstoff Aluminium umfaßt und daß wäh rend der thermischen Behandlung ein Anteil des Aluminiums in Aluminiumoxid gewandelt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens etwa 80% des Oxidationsmittels vor der thermischen Behandlung des Treibmittels aus dem Treibmit tel entfernt werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch ge kennzeichnet, daß das Oxidationsmittel des Treibmittels Ammoniumperchlorat umfaßt und daß mindestens 80% des Ammo niumperchlorats von dem Treibmittel vor der thermischen Behandlung desselben entfernt werden.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens etwa 80% des Oxidationsmit tels von dem Treibmittel vor der thermischen Behandlung des Treibmittels entfernt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturen der Primär-Brennkammer während der ther mischen Behandlung des Treibmittels unter etwa 1093,3°C (2000°F) gehalten wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch ge kennzeichnet, daß die Luftmenge in der Primär-Brennkammer während der thermischen Behandlung des Treibmittels bei einem Niveau gehalten wird, das eine nicht-stöchiometri sche Verbrennung aufrechterhalten wird.

8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Primär-Brennkammer während des thermischen Behandelns eine unvollständige Verbrennung des Treibmittels aufrecht erhalten wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur in der Primär-Brennkammer während der ther mischen Behandlung des Treibmittels unter etwa 1093,3°C (2000°F) gehalten wird.

10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß eine zweite Menge des Treib stoffes bereitgestellt wird, daß die zweite Menge des Treibstoffes mit einer Stange in die Primär-Kammer einge stoßen wird, und daß dann die Stange so versetzt wird, daß die Stange eine Berührung mit der Substanz vermei det, die sich durch die thermische Behandlung der ersten Menge des Treibstoffs angesammelt hat, während die Stange von der Primär-Brennkammer zurückgezogen wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Stange abgeräumte Teilchen in einem Trog einge fangen werden, der in einer Bodenfläche der Primär- Kammer ausgebildet ist in Nachbarschaft zu einer Türe, durch welche der Treibstoff beim Einsetzen in die Primär-Kammer zugeführt wird, und daß die Substanz zum Entfernen aus der Primärkammer von dem Trog zu einer Aus gangsöffnung gefördert wird.

12. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß sich durch die thermische Be handlung des Treibstoffs ansammelnde Substanz zu einer Austrittsöffnung gefördert wird, um aus der Primär-Brenn kammer entlassen zu werden.

13. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß bei der thermischen Behandlung Luftströme in die Primär-Kammer eingeführt werden an einer Stelle, die seitlich unmittelbar dem Treibmittel benachbart ist und daß die Luftströme zu dem Treibmittel nach unten gerichtet werden.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß selektiv die Strömungsraten der einzelnen Luftströme so gesteuert werden, daß die Luftverteilung längs des Herdes der Primar-Brennkammer gesteuert wird zur Steue rung der Verbrennungsrate des Treibmittels, das in unter schiedlichen Bereichen des Herdes angeordnet ist.

15. Verfahren zum Wiedergewinnen von Ausgangsstoffen aus Ra ketentreibmittel, dadurch gekennzeichnet, daß folgende Schritte enthalten sind:
es wird ein Raketenmotor mit Raketen-Festtreibmittel aus Treibstoff und einem Oxidationsmittel bereitgestellt;
das Treibmittel wird aus dem Raketenmotor in solcher Weise entfernt, daß eine Vielzahl von Treibmittelstücken gebildet wird;
die Größe der Treibmittelstücke wird in einer solchen Weise reduziert, daß eine aus Teilchen bestehende Masse gebildet wird;
Oxidationsmittel wird aus dem Treibmittel extrahiert;
eine Menge des in feine Teilchen zerteilten Treibmit tels, von dem Oxidationsmittel extrahiert wurde, wird in eine Primär-Brennkammer eingesetzt; und
das Treibmittel wird in der Kammer thermisch so behan delt, daß ein Anteil des Brennstoffs des Treibmittels in eine zur Wiedergewinnung geeignete Substanz gewandelt wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem Entfernen der Raketenmotor mit umlaufenden Was serstrahlen ausgespült wird.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Treibmittelstücke in einer erste Mühle zu Partikeln einer ersten Größe reduziert werden und dann in einer zweiten Mühle zu Partikeln einer geringeren Größe.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Größenreduzierung unter Wasser ausgeführt wird und daß Oxidationsmittel aus dem Treibmittel durch das Wasser extrahiert wird, um eine aus Oxidationsmittel und Wasser gebildete Lösung zu schaffen.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die aus Teilchen bestehende Masse aus der Lösung nach der ersten Größenreduzierung abgetrennt und die Lösung wieder in Umlauf gebracht wird.

20. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die aus Teilchen bestehende Masse nach der ersten Größen reduzierung von der Lösung abgetrennt und das Oxidations mittel aus der Lösung zurückgewonnen wird.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch ge kennzeichnet, daß die in der ersten Mühle erzeugte Teil chengröße etwa 19,04 mm (3/4 inch) und die in der zwei ten Mühle erzeugte etwa 3,175 mm (1/8 inch) beträgt.

22. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Treibmittelstücke zu Partikeln von etwa 3,175 mm (1/8 inch) Größe reduziert werden.

23. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 22, dadurch ge kennzeichnet, daß die aus Teilchen bestehende Masse in Behälter verpackt wird, die in die Primär-Brennkammer eingesetzt werden.

24. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 22, dadurch ge kennzeichnet, daß die aus Teilchen bestehende Masse in Kunststoffbehälter verpackt wird, die in die Primär- Brennkammer eingesetzt werden.

25. Verascher, dadurch gekennzeichnet, daß er enthält:
eine Brennkammer mit oberen und unteren Wänden und minde stens einer sich dazwischen erstreckenden Seitenwand, wobei eine der Wände eine Öffnung zum Zuführen von Mate rial in den Verascher aufweist;
einen ausfahrbaren Balken mit proximalen und distalen Endabschnitten, wobei der distale Endabschnitt einen Schieber enthält, der Schieber sich an einer Seite der Öffnung befindet, wenn der Balken zurückgezogen ist und an der anderen Seite der Öffnung in der Kammer, wenn der Balken wesentlich ausgefahren ist; und
Mittel zum Bewegen des Schiebers zu der unteren Wand hin und von ihr weg, wenn der Balken wesentlich ausgefahren ist, so daß der Schieber abgelassen werden kann, um Mate rial längs der unteren Wand in die Kammer zu stoßen, und angehoben ist, wenn der Balken zurückgezogen wird.

26. Verascher nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß weiter ein Rahmen außerhalb der Brennkammer vorgesehen ist, und daß der Balken schwenkbar mit dem Rahmen gekop pelt ist.

27. Verascher nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeich net, daß das Bewegungsmittel ein Hydraulikstellglied umfaßt.

28. Verascher nach einem der Ansprüche 25 bis 27, dadurch ge kennzeichnet, daß ein Trog allgemein unter der Eingangs öffnung vorgesehen ist.

29. Verascher nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß in den Trog ein Schneckenförderer eingesetzt ist.

30. Verascher nach Anspruch 28 oder 29, dadurch gekennzeich net, daß weiter eine mit einer der Wände gekoppelte Tür vorgesehen ist zum selektiven Öffnen und Schließen der Eingangsöffnung.

31. Verascher nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Türe mit Mitteln zum Anheben und Ablassen derselben versehen sind, um selektiv die Öffnung zu öffnen bzw. zu schließen, und daß der Trog unmittelbar unter der Türe vorgesehen ist.

32. Verascher nach einem der Ansprüche 25 bis 31, dadurch ge kennzeichnet, daß mindestens zwei Seitenwände sich zwi schen der oberen und der unteren Wand erstrecken, und daß die beiden Seitenwände jeweils einen Zwischenab schnitt besitzen, der von unten nach oben divergent ist.

33. Verascher nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Seitenwände jeweils einen unteren Abschnitt besitzen, der von der unteren Wand nach oben steht, wobei die unteren Abschnitte allgemein parallel zueinan der verlaufen und mit der unteren Wand einen allgemein rechtwinkligen Trog bilden.

34. Verascher nach einem der Ansprüche 28 bis 33, dadurch ge kennzeichnet, daß weiter eine Vielzahl von Leitungen mit Auslässen im wesentlichen unmittelbar über dem Trog vor gesehen sind.

35. Verascher, der eine teilweise durch eine obere Wand ge bildete Brennkammer umfaßt und eine Bodenwand zum Aufle gen von zu veraschendem Material und mindestens zwei in Seitenrichtung mit Abstand angeordnete Seitenwände, da durch gekennzeichnet, daß jede der beiden Seitenwände einen Zwischenabschnitt besitzt, und daß die Zwischenab schnitte in Richtung von der Bodenwand weg divergieren.

36. Verascher nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß jede der beiden Wände einen unteren Abschnitt enthält, der von der Bodenwand zu einem der Zwischenabschnitte ab steht und mit der Bodenwand ein allgemein rechtwinkligen Trog bildet.

37. Verascher nach Anspruch 36, der weiter eine Vielzahl von Rohren enthält, wobei jedes Rohr einen allgemein ober halb des Troges angeordneten Auslaß besitzt.

38. Verascher nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre Endabschnitte besitzen, die an den Auslässen enden und daß die Endabschnitte mit mindestens etwa 10° zur durch die Bodenwand definierten Horizontalen geneigt sind.

39. Verascher nach einem der Ansprüche 36 bis 38, dadurch ge kennzeichnet, daß die beiden Wände einen oberen Ab schnitt besitzen, der von einem der Mittelabschnitte ab steht und daß die oberen Abschnitte allgemein parallel zueinander verlaufen.

40. Verascher nach einem der Ansprüche 35 bis 39, dadurch ge kennzeichnet, daß er noch eine weitere Brennkammer ent hält und eine die beiden Brennkammern miteinander verbin dende Leitung.