СПОСОБ УНИЧТОЖЕНИЯ ТОКСИЧНЫХ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ Российский патент 1997 года по МПК F23G7/00 

Иизобретение относится к способу уничтожения токсичных органических веществ и отходов как твердых, так и жидких.

Уничтожение опасных химических веществ, токсичных хлорсодержащих отходов, масел и экстрактов, загрязненных полихлорированными бифенилами (ПХБ), диоксинами и фуранами, устаревших или запрещенных пестицидов, боевых отравляющих веществ (БОВ) и различных смесей, содержащих токсиканты, представляет огромную проблему, не решенную до сих пор ни в одной стране.

Уничтожению подлежат только в нашей стране сотни тысяч тонн диэлектрических жидкостей, содержащих ПХБ и диоксины, несколько десятков тысяч тонн устаревших пестицидов и других продуктов агрохимии, а также БОВ. Кроме того, в отходах скапливаются тысячи тонн хлорсодержащих жидкостей /1/.

Одним из первых распространенных методов решения проблемы является сжигание токсичных веществ /2/. Однако метод сжигания требует большого расхода топлива (около 1 т дизельного топлива или мазута на 1 т уничтожаемых отходов) и чрезвычайно жестких условий осуществления процесса. В противном случае при сжигании образуется в больших количествах не только продукты неполного сгорания (ПНС), но и сверхтоксичные диоксины /1/, что недопустимо по экологическим требованиям.

Более эффективным способом уничтожения токсичных веществ является метод сжигания в присутствии щелочных и/или щелочно-земельных реагентов /2-7/.

Наиболее близким к предложенному способу является известный способ уничтожения опасных химических веществ, в частности, фосфор- и хлорсодержащих пестицидов, путем их сжигания при 850-1000^oC в присутствии расплава щелочного карбоната или сульфата /7/.

Существенным недостатком этого способа является использование дорогостоящих реагентов, большой расход топлива. Кроме того, относительно низкая температура сжигания приводит к образованию токсичных диоксинов и ПНЦ.

Изобретение направлено на разработку высокоэффективного и экономичного способа уничтожения токсичных органических веществ как жидких, так и твердых, при осуществлении которого не требуется использование дорогостоящих реагентов, сокращается расход топлива и, кроме того, практически исключается образование токсичных продуктов сгорания.

Поставленная задача решается за счет того, что сжигание токсичных органических веществ проводят в присутствии отработанного сгущенного черного щелока, полученного на стадии выпарки в процессе регенерации при производстве целлюлозы методом щелочной варки при 1100-1400^oC в течение 3-30 с в содорегенерационном котлоагрегате (СРКА).

Предложенный способ, в отличие от известных, предполагает использование в качестве щелочного реагента отработанного черного щелока и предусматривает проведение процесса сжигания в СРКА в течение 3-30 с при 1100-1400^oC.

Осуществление изобретения приводит практически к полному разрешению уничтожаемых веществ и исключению образования диоксинов, а также к значительному удешевлению технологии за счет использования в качестве щелочного реагента отходов целлюлозно-бумажного производства отработанного черного щелока. Кроме того, за счет теплотворных свойств черных щелоков снижается расход потребляемого для сжигания топлива.

Сжигание токсичных отходов предложенным способом можно проводить на уже готовых технологических установках, используемых в целлюлозно-бумажном производстве, что также снижает затраты на его осуществление. Изобретение не только приводит к уничтожению токсичных веществ, но и позволяет утилизировать отходы целлюлозно-бумажной промышленности.

Уничтожению подвергают токсичные органические вещества как в твердом, так и в жидком состоянии, например, диэлектрические жидкости, содержащие ПХБ и диоксины, БОВ, пестициды и другие продукты агрохимии в виде порошков, дустов и т.п. с размерами частиц до нескольких миллиметрах, в том числе и летучую золу с фильтров. Единственным ограничением является то, что токсичные отходы не должны содержать соединений мышьяка и ртути, которые вследствие их высокой летучести могут вместе с дымовыми газами попадать в атмосферу.

В качестве щелочного реагента при сжигании используют отработанный черный щелок.

Как известно из литературы /8/, производство целлюлозы включает в себя три основных процесса щелочную варку, промывку, т.е. отделение отработанного черного щелока, и регенерацию. Последняя, в свою очередь, состоит из трех стадий, а именно: выпарки полученного в процессе промывки отработанного черного щелока, сжигания сгущенного на стадии выпарки черного щелока и каустизации образующегося при сжигании жидкого плава.

В предложенном способе используют сгущенный черный щелок (с концентрацией 55-65% сухого вещества), полученный на стадии выпарки. Как известно из литературы /8/, черный щелок состоит из минеральной части, в состав которой входят натриевые соединения в виде свободного гидроксида натрия (1-2% сухого остатка), натриевых солей сульфидов (1-3% сухого остатка), сульфатов (3-5% сухого остатка), карбонатов (7-10% сухого остатка) и некоторых других, а также в виде натриевой щелочи, химически связанной с органическими веществами щелока (20-25% в ед. ), и органической части, которая включает лигнин (30-35% от массы сухого остатка) и продукты разрешения углеводов органические кислоты, оксикислоты, кетоны, альдегиды и т.п. (30-35% от массы сухого остатка). С одной стороны, отработанный щелок выполняет функцию щелочного реагента за счет содержания в своем составе перечисленных выше минеральных компонентов, с другой, обладая теплотворной способностью, выполняет топливную функцию.

Заявленный процесс осуществляют при 1100-1400^oC в течение 3-30 с. Выбранный режим является наиболее оптимальным для полного разрушения уничтожаемых веществ и исключения образования высокотоксичных диоксинов. Проведение процесса при более низких температурах и в течение времени менее чем 3 с может привести к образованию ПНС и наиболее термодинамически устойчивых полихлорированных диоксинов и фуранов. Осуществление способа при температуре выше 1400^oC и продолжительности более чем 30 с технологически и экономически нецелесообразно.

Сжигание токсичных органических веществ в присутствии отработанного сгущенного черного щелока при выбранных параметрах режима проводят в СРКА.

СРКА используется в целлюлозном производстве для сжигания черного щелока и подразделяются на несколько типов (в зависимости от схемы подготовки щелока к сжиганию), которые подробно описаны в литературе /8/. В данном способе различия в их конструкции принципиального значения не имеют.

На чертеже представлена технологическая схема установки для осуществления предложенного способа уничтожения токсичных органических веществ.

Установка включает испаритель 1, концентратор 2, смесительный бак 3, смеситель золы 4, систему форсунок для подачи щелока 5, систему устройств для подачи уничтожаемых веществ 6, смеситель для уничтожения веществ 7, систему форсунок 8 для подачи уничтожаемых веществ в топку 9, представляющую собой стальную башню прямоугольного сечения высотой 10-30 м, расположенный над топкой паровой котел -утилизатор 10, дымовую трубу 12, бак плава 13).

На схеме обозначены линия подачи щелока 14, линия подачи тепла дымовых газов 15, линия подачи щелочного сульфата 16, линия подачи уничтожаемого вещества 17 и линия подачи золы уноса 18.

Способ осуществляют следующим образом.

Сгущенный черный щелок после выпарки поступает в испаритель 1 и концентратор 2, где упаривается до концентрации 60-65% сухого вещества за счет тепла дымовых газов. Из испарителя щелок стекает в смесительный бак (3), куда в случае необходимости подают щелочной сульфат¹, предложенный способ исключает необходимость использования щелочного сульфата. Однако дополнительная подача небольших количеств щелочного сульфата может быть вызвана другими причинами; дальнейшей переработкой образующегося при сжигании щелочного плава с целью регенерации щелочных реагентов целлюлозного производства в смеситель 4 для смешивания с золой уноса, поступающей с электрофильтра 11. Затем с помощью насосов через паровые трубчатые подогреватели (на схеме не показаны) щелок подают к форсункам 5 топки 9. Одновременно через систему устройств для подачи уничтожаемых веществ 6 токсичные органические соединения подают в смеситель 7, где в случае вязких жидкостей или порошков (дустов) их предварительно смешивают с отработанным щелоком или с углеводородным топливом, например дизельным топливом или мазутом (линия подачи топлива на схеме не показана), и затем с помощью насосов через специально оборудованные форсунки 8 в топку, где происходит процесс сжигания при 1100-1400^oC. В случае падения температуры ниже 1100^oC система ввода токсикантов отключается автоматически, а работа форсунок 5 продолжается до прекращения сбоя в работе.

С теплотехнической точки зрения сгущенный черный щелок, поступающий в топку СРКА с концентрацией 55-65% сухого вещества, является плохим топливом, т.к. содержит много воды и золы. В этой связи для повышения теплоты сгорания рабочей массы топлива можно подавать в топку дополнительное топливо, например нефть, дизельное топливо или мазут (на схеме не показано).

В процессе сжигания органическая часть сгорает до углекислого газа, воды и т.п. простейших газообразных продуктов, а минеральная часть превращается в зольный или расплавленный остаток, который стекает в бак плава 13. Образующиеся газообразные продукты количеств щелочного сульфата может быть вызвана другими причинами, а именно дальнейшей переработкой образующегося при сжигании щелочного плава с целью регенерации щелочных реагентов целлюлозного производства. Дымовые газы поступают из парового котла -утилизатора 10 на электрофильтр 11 для улавливания золы уноса, которую возвращают в смеситель 4. После этого дымовые газы поступают в дымовую трубу 12 и выбрасываются в атмосферу.

Вся система герметизирована и управляется дистанционно.

Пример 1. Уничтожению подвергают отходы производства целлюлозы, содержащие хлорированные лигнины (1-20% ). Способ осуществляется согласно приведенному описанию. Температура в топке поддерживалась в пределах 1100-1300^oC. Время нахождения в зоне высокой температуры 3-15 с. Скорость подачи уничтожаемого вещества 14,5 т/ч. Количество хлора в реакционной зоне не ниже 10 кг/ч. Количество диоксина, который может образоваться при реакции 10 кг хлора с органическим веществом, не менее 20 кг. Количество отходящих газов 200000 м³/ч. Выброс диоксинов, измеренный в дымовой трубе фильтров, составляет 1 пкг/м³. Анализ дымовых газов показал также отсутствие продуктов неполного сгорания в отходящих газах.

Пример 2. Уничтожению подвергают илы осветления сточных вод процесса получения целлюлозы. Кроме органических и неорганических хлоридов, илы содержат органические азот фосфорсодержащие соединения неопределенного состава.

Процесс проводят аналогично примеру 1. В отходящих газах диоксины не обнаружены. Анализ дымовых газов показал также отсутствие продуктов неполного сгорания в отходящих газах.

Использование: изобретение относится к способу уничтожения токсичных органических веществ. Сущность: токсичные органические вещества подвергают сжиганию в присутствии отработанного сгущенного черного щелока, полученного на стадии выпарки в процессе регенерации при производстве целлюлозы методом щелочной варки. Процесс проводят при 1100-1400^oC в течение 3-30 с в содорегенерационном котлоагрегате. Предложенный способ позволяет перерабатывать как жидкие, так и порошкообразные токсиканты, и приводит практически к полному разрушению уничтожаемых веществ. Использование в качестве щелочного реагента отработанного черного щелока значительно снижает материальные и сырьевые затраты на уничтожение токсичных веществ. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ уничтожения токсичных органических веществ путем их сжигания в присутствии щелочного реагента, отличающийся тем, что в качестве щелочного реагента используют отработанный сгущенный черный щелок, полученный на стадии выпарки в процессе регенерации при производстве целлюлозы методом щелочной варки, процесс проводят при 1100 1400^oC в течение 3 30 с в содорегенерационном котлоагрегате. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что токсичные органические вещества предварительно смешивают с отработанным сгущенным черным щелоком. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что токсичные органические вещества предварительно смешивают с углеводородных топливом.