СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОГО ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ ХЛОРСОДЕРЖАЩИХ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2002 года по МПК F23G7/04 F23G7/06 

Изобретение относится к термическому обезвреживанию хлорсодержащих органических веществ (ХОВ) методом огневой переработки и может быть использовано в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности для переработки или уничтожения соответствующих жидких или газообразных промышленных отходов, например для утилизации отработанного трансформаторного масла и других ХОВ.

Одной из основных проблем при огневой переработке хлорорганических отходов является неполнота сгорания перерабатываемых веществ и наличие токсичных выбросов, возникающих в результате обратного синтеза в условиях переработки, например, образование диоксинов и дибензофуранов. Известно (Chemosphere, Vol 19, NN 1-6, рр 305-308, 1989; R. Dumler, H. Thoma, D. Lenour, O. Hutziner), что максимальная скорость образования диоксинов и дибензофуранов наблюдается в диапазоне температур 300-800^oС с возможным превышением предельно допустимых концентраций в области температур порядка 200-1200^oС. Имеются данные, что при образовании диоксинов скорости их образования сдвигаются в сторону увеличения с ростом температур в указанном диапазоне. При огневой переработке хлорсодержащих органических отходов в качестве продуктов сгорания образуются нехлорированные диоксины и дибензофураны, которые при взаимодействии с молекулярным хлором и хлористым водородом, возникающими в процессе сжигания отходов, образуют хлорированные диоксины и дибензофураны.

Известен способ термического обезвреживания полигалогенированных углеводородов по пат. РФ 2055270, МПК⁶ F 23 G 7/04, 1992. Способ осуществляется в трехзонном цилиндрическом реакторе и включает сжигание смеси отходов с горючим и окислителем в 1-й зоне, закалку продуктов сгорания и их дожигание во 2-й зоне, окончательное снижение температуры в 3-й зоне, отвод парогазовой смеси из реактора, использование тепла отводимых из реактора продуктов для нагрева подаваемых на сжигание отходов и окислителя.

Согласно этому способу отходы сжигают в смеси воздуха с горючим в 1-й зоне реактора при среднем по объему избытке окислителя 1,2-1,4 и температуре, максимально термодинамически возможной при данном соотношении компонентов. Поток продуктов сгорания из 1-й зоны, содержащий СО, СО₂, N, не догоревшее вещество и до 30-70% галогенов и галогенводородов, через сопловой вкладыш направляют во 2-ю зону. Здесь, в начале 2-й зоны, поток резко охлаждают, впрыскивая воду через форсунки, расположенные в расширяющейся части соплового вкладыша вокруг его критического сечения. При этом температура газового потока снижается до 500^oС, а содержащиеся в нем галогены и галогенводороды связываются водой с образованием галогенводородной кислоты, которую потом необходимо выделить. Недогоревшие продукты во 2-й зоне дожигаются и на выходе из нее содержат, по мнению авторов, N₂, СО и СО₂. 3-я зона реактора представляет собой теплообменник типа "труба в трубе" и служит для окончательного снижения температуры потока и рекуперации тепла отходящих газов, так за счет теплообмена в 3-й зоне идет нагрев отходов и воздуха, направляемых на сжигание в реактор. Температура отходящих газов в 3-й зоне понижается до 300-400^oС. Подача на сжигание подогретых отходов и воздуха увеличивает скорость реакции и полноту сгорания.

К недостаткам рассматриваемого способа можно отнести следующее.

1. Недостаточно высокая температура в 1-й зоне, зоне сгорания. При использовании воздуха в качестве окислителя термодинамически максимальная температура при коэффициенте избытка окислителя 1,2-1,4 - около 2000^oС, а полигалогенированные углеводороды будут снижать температуру горения; температура части потока будет снижаться также за счет пристеночных эффектов. В результате в 1-й зоне достигается далеко не полное сгорание отходов. Продукты сгорания среди недогоревших веществ, по нашему мнению, будут содержать в т. ч. сажу и смолистые вещества.

2. Отходящие газы неизбежно содержат окислы азота NO_x, которые образуются при температурах больших чем 1200^oС. В присутствии атомарного кислорода, образующегося при сжигании углеводородов, кинетически образуется в заметных количествах NO при температурах около 1200^oС; в присутствии избытка кислорода образуется NO₂, который обратно в условиях реактора диссоциировать с образованием N₂ не может.

3. Температурный режим во 2-й и 3-й зонах реактора: до 500^oС и 300-400^oС, а также наличие в продуктах сгорания сажи и смолистых веществ обеспечивают оптимальные условия для обратного синтеза диоксинов и дибензофуранов.

4. Температурный режим 2-й и 3-й и зон не способствует окончательному дожиганию в отходящих газах сажи, смол и СО и требует увеличения времени пребывания в реакторе.

5. В отходящих из реактора продуктах сгорания присутствует СО, окислы азота, сажа, смолы, а также образующиеся диоксины и дибензофураны.

Таким образом, способ термического обезвреживания полигалогенированных углеводородов по пат. РФ 2055270 не обеспечивает полноту сгорания отходов и отсутствие токсичных веществ в выбросах. Наличие последних требует дополнительной доочистки и дожигания выбросных газов.

Устройство для осуществления рассмотренного выше способа обезвреживания галогенсодержащих углеводородов, как уже упоминалось, представляет собой трехзонный реактор. В нем 1-я зона, зона сгорания, и 2-я зона, зона закаливания и дожигания, разделяются сопловым вкладышем с форсунками для впрыска закалочной воды, расположенными в расширяющейся части сопла вокруг критического сечения. 2-я зона отделена от 3-й пластиной с дроссельным отверстием. 3-я зона представляет собой теплообменник, в котором окончательно охлаждаются продукты сгорания, а за их счет нагреваются подаваемые на сжигание воздух и галогенсодержащие отходы. Фактически реактор является двухзонным и не содержит рубашки охлаждения.

Недостатком указанного устройства является то, что расположение форсунок под углом к газовому потоку, когда закалочная вода подается вдогонку ему, требует, во-первых, повышения давления впрыска закалочной воды и, следовательно, повышения энергозатрат, а во-вторых, не обеспечивает эффективного перемешивания закалочной воды и продуктов сгорания и, как следствие, достаточно быстрого по времени закаливания и резкого по величине падения температуры охлаждаемого газового потока. Это влечет за собой возможный обратный синтез диоксинов и дибензофуранов. Кроме того, снижение температуры газового потока во второй зоне за счет впрыска закалочной жидкости ведет к увеличению объема газообразных продуктов; их объем увеличивается также за счет дросселирования при переходе в 3-ю зону, следовательно, скорость газового потока должна быть очень большой, что приведет к ухудшению теплообмена в 3-й зоне и, как следствие, к увеличению габаритов теплообменника. Наличие одного пояса закалки у реактора не позволяет осуществить оптимальные температурно-временные режимы способа, которые позволили бы осуществить полное окисление окиси углерода до двуокиси, избежать образования окислов азота и диоксинов, наличие которых в выбросах требует дополнительных мер по очистке газовых выбросов.

Ближайшим по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому изобретению является способ обезвреживания отравляющих веществ и устройство для его осуществления по пат. РФ 2022590, МПК⁵ А 62 D 3/00, 1991. Согласно этому патенту обезвреживаемые вещества, в данном случае отравляющие вещества (ОВ), в том числе ХОВ, например иприт, подвергают термическому разложению в зоне горения жидкого органического горючего с кислородом при 1900-2900^oС в двухзонном реакторе с рубашкой охлаждения. Способ включает подачу ОВ, горючего и кислорода в зону сжигания реактора, сжигание смеси, закаливание продуктов сгорания водным раствором ацетата кальция и связывание образующихся при разложении ОВ кислотных оксидов в виде солей кальция, отвод продуктов сгорания для очистки от твердофазных нетоксичных продуктов.

Через форсунки, расположенные в торце реактора, ОВ подают в центр потока, горючее - по его периферии, кислород - по всему сечению потока. Сжигание в 1-й зоне реактора ведут при 1900-2900^oС и соотношении горючего (керосин) к ОВ, равном 4: 1. Закаливание продуктов сгорания проводят на границе 1-й и 2-й зон путем введения закалочной жидкости - водного раствора ацетата кальция. Температура газового потока при этом снижается до 500-850^oС. Ацетат кальция связывает галогениды и другие кислые части разлагаемых соединений в виде соответствующих кальциевых солей. Эти соли представляют собой твердую фазу в газовом потоке и улавливаются после выхода этого потока из реактора, например в циклоне.

Недостатком рассматриваемого способа является одностадийная закалка продуктов сгорания до температур, при которых происходит связывание образующихся продуктов в виде солей кальция. При обезвреживании хлорсодержащих ОВ температура связывания и диапазон температур, при котором наиболее эффективно происходит обратный синтез диоксинов, совпадают. Кроме того, для утилизации продуктов термического разложения ОВ необходимо дальнейшее понижение температуры, что в рассматриваемом способе не предусмотрено.

Реактор для осуществления данного способа содержит камеру, на одном конце которой расположено днище, выполненное в виде форсуночной головки, на другом - выходное отверстие, выполненное в виде критического сопла. Форсуночная головка содержит форсунки для подачи горючего кислорода и ОВ. Камера разделена на две зоны, зону сгорания, примыкающую к днищу с форсуночной головкой, и зону нейтрализации, примыкающую к выходному критическому соплу. На границе указанных зон по окружности боковой стенки реактора расположены форсунки для подачи закалочной жидкости. В форсуночной головке форсунки для подачи ОВ расположены в центре, для подачи горючего - по периферии, для подачи кислорода по всей площади головки.

Недостатком рассматриваемого устройства для осуществления способа по пат. РФ 2022590 является недостаточно эффективное перемешивание продуктов сгорания с закалочной жидкостью, содержащей связывающее вещество, и, как следствие, к недостаточно быстрому снижению температуры при переходе из зоны сгорания в зону связывания. Относительно медленное снижение температуры газового потока в реакторе ведет к увеличению времени пребывания перерабатываемых веществ и увеличению тем самым его длины. Кроме того, в данном устройстве на выходе из реактора газовый поток имеет высокую температуру, что требует дополнительного охлаждения перед утилизацией получаемых соединений, а это приводит к усложнению установки в целом и увеличению ее габаритов.

Техническая задача настоящего изобретения состоит в повышении эффективности переработки ХОВ, исключении токсичных выбросов, полной утилизации выбросов - образующегося хлористого водорода с получением товарного продукта - соляной кислоты и минимизации размеров реактора.

Поставленная задача решается тем, что в способе обезвреживания ХОВ путем огневой переработки смеси ХОВ с горючим и кислородом в реакторе, разделенном на зоны, включающие подачу в 1-ю зону реактора рабочей смеси, когда в ядро потока подают ХОВ, по периферии потока - горючее и по всему сечению потока - кислород, сжигание смеси в 1-й зоне при температуре 1900-2900^oС, закаливание продуктов сгорания, отвод парогазовой смеси из реактора, улавливание и выделение продуктов взаимодействия, переработку ХОВ проводят в трехзонном реакторе с критическим соплом, разделяющим 1-ю и 2-ю зоны, сжигание проводят при сверхстехиометрическом соотношении кислород: (горючее + ХОВ), равном 1,05-2,0, давлении 3-8• 10⁵ Па и времени пребывания 2-10 мс, закаливание продуктов сгорания проводят в две стадии: на первой стадии на границе 1-й и 2-й зон температуру продуктов сгорания снижают до 1000-1200^oС при времени снижения температуры менее 1 мс и выдержке продуктов во второй зоне в течение 3-5 мс, на второй стадии на границе 2-й и 3-й зон температуру снижают до 130-230^oС при времени снижения температуры 2-3 мс, причем в качестве закалочной жидкости используют воду, выходящую из реактора, парогазовую смесь конденсируют, полученный конденсат с абсорбированным в нем хлористым водородом направляют на ректификацию с выделением соляной кислоты в качестве товарного продукта.

Кроме того, в качестве горючего используют углеводороды С₅-С₁₃ или их смесь, этиловый или метиловый спирты; ХОВ подают в реактор в виде раствора, эмульсии или суспензии в части горючего.

В заявляемом способе, кроме того, закаливание на первой стадии проводят, впрыскивая воду перпендикулярно газовому потоку (потоку продуктов сгорания) через форсунки, расположенные вокруг критического сечения критического сопла; закаливание на второй стадии проводят, впрыскивая воду через форсунки, расположенные по окружности боковой стенки реактора.

Кроме того, выходящую из реактора парогазовую смесь, содержащую в основном Н₂О, СО₂, НС1 и сверхстехиометрический О₂, направляют на конденсацию в выносной кипятильник ректификационной колонны, где ее используют в качестве теплоносителя для нагрева кубовой жидкости; а водный конденсат с абсорбированным в нем хлористым водородом перед подачей на ректификационную колонну направляют из выносного кипятильника ректификационной колонны через буферную емкость - сепаратор в теплообменник с теплоносителем с регулируемой температурой кипения. Кроме того, дистиллят с ректификационной колонны используют в качестве закалочной жидкости.

Поставленная задача решается также тем, что в известном устройстве для реализации способа термического обезвреживания ХОВ методом огневой переработки, включающем огневой блок в виде реактора с рубашкой охлаждения, форсуночной головкой для подачи компонентов рабочей смеси и расположенными в центре форсуночной головки форсунками для подачи ХОВ, по периферии головки - форсунками для подачи горючего и по всей площади головки - форсунками для подачи кислорода, с выходным отверстием, выполненным в виде критического сопла и расположенным на противоположном форсуночной головке торце реактора, с форсунками для ввода закалочной жидкости, расположенными по окружности боковой стенки реактора на границе зон, оно дополнительно содержит блоки газоразделения и ректификации, а реактор выполнен трехзонным и снабжен дополнительно на границе первой и второй зон критическим соплом с форсунками для ввода закалочной жидкости, расположенными вокруг критического сечения сопла, а форсунки для ввода закалочной жидкости, расположенные по окружности боковой стенки реактора, отделяют вторую зону реактора от третьей зоны.

Кроме того, огневой блок устройства содержит один или несколько соединенных параллельно реакторов. Кроме того, ректификационная колонна блока ректификации выполнена с выносным кипятильником, соединенным с выходным отверстием реактора.

Соотношение компонентов при осуществлении способа, а соответственно и температуру сжигания в указанном диапазоне выбирают исходя из условий получения оптимального режима, поскольку в процессе сжигания образуются соединения хлора, подлежащие дальнейшей утилизации, а также возможно образование промежуточных продуктов, таких как бензол, дибензофураны и их хлорированные производные, некоторые другие соединения; кроме этого, образуется окись углерода, а при наличии азота - окислы азота. Поэтому температура сжигания выбирается такой, чтобы при минимальных размерах реакционной зоны получить продукты глубокого окисления при проведении до конца реакций разложения перерабатываемых веществ, при этом добиться максимального перевода хлора в хлористый водород, максимально перевести окись углерода в двуокись, реакцию же образования окислов азота не доводить до уровня образования предельно допустимой концентрации.

С целью избежания краевых эффектов в периферийные зоны камеры сгорания подают чистое горючее, а в центральную часть - горючее вместе с перерабатываемым веществом. С целью ликвидации пристеночных слоев после прохождения стадии высокотемпературной деструкции создают за счет встроенного критического сопла обратные потоки для дополнительного перемешивания ядра потока с пристеночным слоем и получения равномерного профиля температур по всему сечению камеры сгорания за счет направления пристеночных слоев в зону ядра потока.

Максимальное необходимое время разложения различных типов хлорсодержащих органических веществ при температурах 1900-3300^oС лежит в пределах 10,5-0,2 мс. Температура 1900-2900^oС обеспечивает необходимую степень разложения хлорсодержащих при выбранных размерах реактора. Для поддержания уровня температуры в этих пределах используют горючее и окислитель. Их выбор основывается, в первую очередь, на экологической безопасности использования. На основе анализа всех факторов предложена топливная композиция, состоящая из углеводородов С₅-С₁₃ или их смеси, этилового или метилового спиртов, например пентана или керосина и кислорода, а перерабатываемое вещество предусматривается подавать в виде истинного раствора, эмульсии или суспензии в части горючего. При этом в зоне разложения поддерживается температура 1900-2900^oС.

Закалку продуктов переработки осуществляют в две стадии путем подачи в реактор охлаждающей жидкости. На первой стадии закалки охлаждающую жидкость подают на границе 1-й и 2-й зон. Введение в конструкцию реактора критического сопла на границе камеры сгорания приводит к срыву пограничного слоя и турбулентному перемешиванию его с ядром потока, что обеспечивает быстрое (менее 1 мс) выравнивание состава и параметров по сечению потока. Высокая скорость снижения температуры достигается за счет испарения закалочной жидкости при интенсивном перемешивании, а также за счет адиабатического расширения газового потока после критического сопла во вторую зону реактора. Температура закалки 1000-1200^oС при времени выдержки - 3-5 мс. Выбор параметров первой стадии закалки определяется необходимостью завершения реакции окисления окиси углерода до двуокиси. При этих условиях практически не происходит обратного синтеза высокотоксичных веществ, таких как диоксины и дибензофураны.

По завершении реакции окисления окиси углерода до двуокиси проводят вторую стадию закалки на границе 2-й и 3-й зон для окончательного снижения температуры выхлопных газов реактора до 130-230^oС. Снижение температуры осуществляется за время порядка 2-3 мс. Как показывают кинетические расчеты, за время прохождения интервала температур от 1200 до 230^oС не происходит образования хлорированных диоксинов и других особотоксичных веществ в концентрациях, превышающих предельно допустимые. Таким образом, при двухстадийной закалке удается избежать образования диоксинов и дибензофуранов.

Продукты термической переработки хлорсодержащих органических отходов, содержащие в основном углекислый газ, сверхстехиометрический кислород, хлористый водород, а также большое количество паров воды, образующихся как за счет испарения закалочной воды, так и при сгорании углеводородных веществ, поступают в блок улавливания и утилизации выхлопных газов реактора при давлении 1-3• 10⁵ Па и температурах 130-230^oС. Параметры выхлопных газов можно изменять в зависимости от выбранных оптимальных режимов переработки ХОВ в реакторе для согласования их с параметрами ректификационной колонны после конденсации паров воды и отделения несорбированных сбросных газов.

Очистка сбросных газов от хлористого водорода за счет его абсорбции из выхлопных газов реактора конденсируемой водой, а также доочисткой их в абсорбере дистиллятом и водой достигает практически 100%.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет:
1. Организовать в реакторе пристеночные (периферийные) зоны с отсутствием в них перерабатываемых веществ для исключения влияния на процесс деструкции низкотемпературных пристеночных эффектов и исключения реакций этих веществ со стенками реактора.

2. Организовать равномерные по сечению реактора подачу и распределение компонентов рабочей смеси с целью создания равномерного поля температур по сечению реактора и осуществить выбор длины и объема реакционной зоны реактора в соответствии с термодинамическими и кинетическими факторами для полного разложения перерабатываемых веществ.

3. Организовать быстрое понижение температуры до 1000-1200^oС для прерывания реакции образования оксидов азота и завершения окисления окиси углерода до двуокиси, не допуская обратного синтеза токсичных веществ;
4. Организовать быстрое понижение температуры с 1000-1200^oС до 130-230^oС для предотвращения синтеза диоксинов и дибензофуранов;
5. Получить в процессе переработки хлорсодержащих органических отходов продукты глубокого окисления, содержащие в основном углекислый газ и пары воды, а также хлористый водород и сверхстехиометрический кислород и не содержащие вредных и токсических веществ в концентрациях, превышающих предельно допустимые.

6. Получить продукты глубокого окисления органических отходов в смеси с закалочной средой в виде парогазовой смеси с такими параметрами, которые обеспечивают их использование как теплоносителя в одновременном процессе ректификации указанных продуктов.

7. Организовать получение соляной кислоты с концентрацией 15-20 мас. %.

8. Организовать очистку выхлопных газов от хлористого водорода и обеспечить безвредный газовый выброс.

9. Обеспечить замкнутый цикл по закалочной воде и отсутствие жидких сбросов.

На фиг. 1 изображена схема предлагаемого устройства, на фиг. 2 - конструктивная схема реактора.

Устройство содержит огневой блок, включающий трехзонный реактор 1, систему 2 подготовки и подачи в реактор хлорорганических отходов и систему 3 подачи в реактор закалочной воды. Блок ректификации содержит ректификационную колонну 4 с выносным кипятильником 5, буферную емкость-сепаратор 6 для сбора разбавленной соляной кислоты, дефлегматор 7, теплообменник 8 для охлаждения дистиллята, нормализаторы 9 и 10 параметров подаваемой на ректификацию соляной кислоты, дросселирующие устройства 11 и 12, теплообменник 13 для отбираемой соляной кислоты и приемник 14 соляной кислоты.

Блок газоразделения содержит абсорбер 15 и насадочный аппарат 16 для химической доочистки газовых выбросов перед сбросом в атмосферу.

Реактор 1 содержит в одном торце форсуночную головку 17, в противоположном торце - выходное отверстие 18 в виде критического сопла. В форсуночной головке 17 имеется полость 19 для окислителя, сообщенная с источником окислителя - кислорода (не показана) и полость 20 для горючего, сообщенная с источником горючего (не показана). Подачу окислителя и горючего в 1-ю зону 21 реактора осуществляют через форсунки 22 и 23 соответственно. В форсуночной головке 17 имеется также полость 24 для подачи перерабатываемого вещества, а именно ХОВ, в смеси с горючим через форсунки 25. За 1-й зоной 21 располагается 2-я зона 26 - зона дожигания. На границе 1-й зоны 21 и 2-й зоны 26 размещено критическое сопло 27. Вокруг критического сопла 27, по его критическому сечению, расположены форсунки 28 для ввода закалочной воды. Между 2-й зоной 26 и выходным отверстием 18 располагается 3-я зона 29 - зона выравнивания параметров. На границе зон 26 и 29 по окружности боковой стенки реактора 1 расположена система форсунок 30 для ввода закалочной воды. Для обеспечения надежного зажигания и работы реактор 1 снабжен запальным устройством 31 со свечой 32, форсункой 33 для пускового горючего и форсункой 34 для подвода окислителя. Реактор имеет двойные стенки, скрепленные друг с другом с образованием между ними кольцевого зазора 35 для циркуляции тепловоспринимающей жидкости, подводящейся и отводящейся через штуцеры 36 и 37 соответственно. В форсуночной головке 17 реактора 1 имеются штуцеры 38, 39 и 40 для подвода к реактору 1 от соответствующих источников окислителя, горючего и ХОВ.

Устройство работает и способ обезвреживания в нем осуществляется следующим образом. Кислород подают в полость 19, а оттуда инжектируют через форсунки 22 в 1-ю зону 21 реактора 1. Одновременно в полость 20 подают горючее, например пентан, которое также инжектируют через форсунки 23 в зону 21 по периферии потока. За счет работы запального устройства 31 инициируют процесс горения. После выхода реактора 1 на предварительный режим через полость 24 и форсунки 25 в 1-ю зону 21 подают смесь ХОВ с частью горючего. Таким образом, ХОВ подают в ядро потока в виде истинного раствора, эмульсии или суспензии в части горючего, горючее по периферии потока, а кислород - равномерно по всему сечению потока. Такая организация смесеобразования и впрыска позволяет избежать неполного разложения ХОВ в пристеночном, более холодном слое зоны 21 сгорания. На границе 1-й и 2-й зон проводят первую стадию закалки через форсунки 28, расположенные вокруг критического сечения критического сопла 27, подают перпендикулярно потоку продуктов сгорания закалочную воду. Образующийся сверхзвуковой поток при этом интенсивно перемешивается за критическим соплом 27. При этом давление при переходе в следующую зону 26 снижается. Одновременно происходит снижение температуры от максимально 2900^oС до 1000-1200^oС как за счет испарения закалочной воды, так и за счет адиабатического расширения газов.

Во 2-й зоне 26 - зоне дожигания продукты деструкции выдерживают при температуре 1000-1200^oС в течение времени, достаточном для завершения конверсии окиси углерода до двуокиси. При этих температурах еще не начинается рекомбинация и обратный синтез диоксинов и дибензофуранов в заметных количествах. Необходимое время выдержки во 2-й зоне достигается выбором необходимой длины зоны дожигания 26. На границе 2-й и 3-й зон проводят вторую стадию закаливания - через форсунки 28, расположенные по окружности боковой стенки реактора, подают новую порцию закалочной воды и снижают при этом температуру газового потока от 1000-1200^oC до 130-230^oС, благодаря чему предотвращают обратный синтез диоксинов и дибензофуранов.

В 3-й зоне 29 - зоне выравнивания параметров парогазовой смеси 30 происходит окончательное снижение давления до 1-3•10⁵ Па, необходимого для подачи парогазовой смеси из реактора на очистку и улавливание.

Парогазовая смесь из реактора 1 с указанными параметрами поступает в выносной кипятильник 5 ректификационной колонны 4, служащий теплообменником-конденсатором, выполняя в нем роль теплоносителя для нагрева кубовой жидкости. За счет теплообмена в кипятильнике пары воды, присутствующие в парогазовой смеси, выходящей из реактора, конденсируются в жидкую фазу. Одновременно с конденсацией паров воды происходит абсорбция хлористого водорода сконденсированной водой. По выходе из кипятильника газожидкостный поток поступает в буферную емкость-сепаратор 6, в которой разделяют газовую и жидкую фазы, причем основная масса хлористого водорода переходит в жидкую фазу с образованием разбавленной соляной кислоты с концентрацией порядка 4 мас. %. После разделения фаз проводят понижение их температуры в теплообменнике-нормализаторе 9 до температуры, соответствующей точке кипения разбавленной соляной кислоты данной концентрации при давлении порядка 1,1•10⁵ Па, соответствующем давлению на входе в ректификационную колонну при подаче разбавленной соляной кислоты на концентрирование. При указанном давлении температура кипения составляет порядка 101-103^oС. В теплообменнике-нормализаторе 10 добиваются точного соответствия температуры жидкой фазы требуемой температуре путем выбора теплоносителя с заданной температурой кипения, которую в свою очередь регулируют заданием концентрации соответствующих веществ, растворенных в растворителе-теплоносителе данного теплообменника 10. После снижения температуры жидкой фазы до требуемой она поступает в дросселирующее устройство 11, в котором давление снижается до величины, соответствующей величине давления на входе в ректификационную колонну 4. Подачу разбавленной соляной кислоты осуществляют в среднюю часть ректификационной колонны 4 на ту тарелку, равновесная концентрация соляной кислоты в жидкой фазе которой соответствует кислоте, подаваемой на концентрирование.

Ректификационный колонный аппарат 4 с дефлегматором 7 работает в заданном режиме по флегмовому числу и отбору сконцентрированной соляной кислоты и дистиллята в основном за счет утилизации в выносном кипятильнике 5 тепловой энергии продуктов сжигания хлорорганических отходов и горючего. Отбор сконцентрированной соляной кислоты (15-20%) производится из описанного кипятильника 5 через теплообменник 13 в емкость хранения 14. Дистиллят, образующийся в дефлегматоре 7 ректификационной колонны 4, охлаждают в теплообменнике 8 и направляют в приемно-расходную емкость 3, откуда в качестве закалочной жидкости направляют в реактор 1.

Перед сбросом в атмосферу газы, содержащие в основном двуокись углерода и кислород, необходимо доочистить от хлористого водорода, остающегося в газовой фазе после первичной абсорбции в кипятильнике 5. Газовый компонент продуктов сжигания ХОВ и горючего после отделения жидкой фазы в буферной емкости 6 через дросселирующее устройство 12 поступает в абсорбер 15, где происходит окончательная очистка сбросных газов от хлористого водорода. В качестве абсорбента может использоваться охлажденный в теплообменнике 8 дистиллят и частично чистая вода, поступающая в верхнюю часть аппарата. Используемая в этом случае вода служит для восполнения потерь закалочной воды, уносимой с концентрированной соляной кислотой. В случае, когда баланс по оборотной закалочной воде положителен, т. е. в результате образования воды при сгорании топлива в реакторе 1 восполняются потери уносимой с кислотой воды, в качестве абсорбата используется только дистиллят. Образовавшийся в нижней части абсорбера 15 раствор вместе с основной частью дистиллята поступает в приемно-расходную емкость 3 закалочной воды.

При необходимости сбросные газы после очистки в абсорбере 15 пропускают через фильтр-поглотитель или насадочный аппарат 16 для окончательной и гарантированной очистки отходящих газов до уровня предельно допустимых концентраций перед сбросом в атмосферу.

В таблице приведены примеры осуществления заявляемого способа в заявляемом устройстве с использованием трихлорбифенила (ТХБФ), дихлорэтана (ДХЭ), дихлорметана (ДХМ) и хлорэтана (ХЭ), как модельных соединений хлорсодержащих органических веществ. Опыты проводили со снижением температуры на первой стадии закалки до 1000-1200^oС при времени снижения температуры менее 1 мс и выдержке продуктов сгорания во второй зоне в течение 3-5 мс, на второй стадии закалки время снижения температуры 2-3 мс.

Таким образом, предлагаемый способ и устройство отличаются отсутствием низкотемпературных зон по поперечному сечению потока, в которых могут не разлагаться до конца ХОВ или синтезироваться новые токсичные продукты; обеспечивают требуемый уровень температур процесса сжигания, позволяющий реализовать требуемые длины релаксационных зон и длительность процесса, гибкость процесса первоначального смесеобразования, позволяющую реализовать требуемое распределение концентраций компонентов по поперечному сечению зоны сгорания. Введение охлаждающей (закалочной) воды в нескольких стадий с одновременным интенсивным перемешиванием потока в сверхзвуковых струях позволяет резко понижать температуры потока с целью создания таких температурно-временных режимов переработки, при которых исключается образование полихлорированных диоксинов, дибензофуранов или других токсичных хлорсодержащих веществ, отходящих из реактора 1, а также окиси углерода в количествах, превышающих предельно допустимые концентрации. Таким образом, в результате высокотемпературной переработки хлорсодержащих органических веществ на выходе из реактора получают парогазовую смесь, содержащую пары воды Н₂О, хлористый водород HCL, двуокись углерода СО₂ и сверхстехиометрический кислород. Конечным продуктом переработки отходов является товарная 15-20% соляная кислота; жидкие сбросы в способе отсутствуют. Привлекаемое извне тепло - минимально.

Следует отметить, что данное устройство имеет малое время выхода на тепловой режим, и в силу этого выход на рабочий режим составляет от 0,1 до 20 с.

Реактор отличается минимальными размерами и легко осуществим. Способ может быть полностью реализован в химической промышленности на предприятиях основной химии.

Изобретение относится к огневой переработке хлорсодержащих органических веществ (ХОВ) и может быть использовано для утилизации соответствующих промышленных отходов с получением соляной кислоты в виде товарного продукта. Способ заключается в сжигании смеси ХОВ с горючим и кислородом в 1-й зоне трехзонного реактора при 1900-2900^oС при соотношении кислород: (ХОВ + горючее), равном 1,05-2,0, давлении 3-8•10⁵ Па и времени пребывания 2-10 мс, двухстадийном закаливании продуктов сгорания водой, когда первое закаливание проводят на границе 1-й и 2-й зон, снижая температуру до 1000-1200^oС в течение времени менее 1 мс и выдержке в течение 3-5 мс, второе закаливание проводят на границе 2-й и 3-й зон, снижая температуру до 130-230^oС в течение 2-3 мс, выходящую из реактора парогазовую смесь конденсируют, полученный водный конденсат с абсорбированным хлористым водородом направляют на ректификацию с получением соляной кислоты в виде товарного продукта. Устройство для термического обезвреживания ХОВ включает огневой блок в виде трехзонного реактора с форсуночной головкой в торце реактора для подачи компонентов рабочей смеси и выходным отверстием в виде критического сопла, расположенным на противоположном форсуночной головке торце реактора, с критическим соплом, разделяющим 1-ю и 2-ю зоны реактора и снабженным форсунками для ввода закалочной воды, расположенными вокруг его критического сечения; 2-ю и 3-ю зоны реактора разделяют форсунки для закалочной воды, расположенные по окружности боковой стенки реактора. Устройство дополнительно содержит блоки газоразделения и ректификации. Технический результат: повышение эффективности переработки ХОВ, исключение токсичных выбросов, полная утилизация выбросов. 2 с. п. и 9 з. п. ф-лы, 2 ил. , 1 табл.

1. Способ термического обезвреживания хлорсодержащих органических веществ (ХОВ) методом огневой переработки смеси ХОВ с горючим и кислородом в реакторе, разделенном на зоны, включающий подачу в первую зону рабочей смеси, когда в центр потока подают ХОВ, по периферии потока - горючее и по всему сечению потока - кислород, сжигание смеси в первой зоне при температуре 1900-2900^oС, закаливание продуктов сгорания, отвод парогазовой смеси из реактора, улавливание и выделение продуктов взаимодействия, отличающийся тем, что переработку ХОВ проводят в трехзонном реакторе с критическим соплом, разделяющим первую и вторую зоны, сжигание проводят при сверхстехиометрическом соотношении кислород : (горючее + ХОВ), равном 1,05-2,0, давлении 3-8•10⁵ Па и времени пребывания 2-10 мс, закаливание продуктов сгорания проводят в две стадии: на первой стадии на границе первой и второй зон температуру продуктов сгорания снижают до 1000-1200^oС при времени снижения температуры менее 1 мс и выдержке продуктов во второй зоне в течение 3-5 мс, на второй стадии на границе второй и третьей зон температуру снижают до 130-230^oС при времени снижения температуры 2-3 мс, причем в качестве закалочной жидкости используют воду, выходящую из реактора парогазовую смесь конденсируют, полученный водный конденсат с абсорбированным хлористым водородом направляют на ректификацию с получением соляной кислоты в виде товарного продукта. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве горючего используют углеводороды С₅-С₁₃ или их смесь, метиловый или этиловый спирты. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что ХОВ подают в реактор в виде раствора, эмульсии или суспензии в части горючего. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что закаливание на первой стадии проводят, впрыскивая воду перпендикулярно потоку продуктов сгорания через форсунки, расположенные по критическому сечению вокруг критического сопла. 5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что закаливание на второй стадии проводят, впрыскивая воду через форсунки, расположенные по окружности боковой стенки реактора. 6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что выходящую из реактора парогазовую смесь с температурой 130-230^oС и давлением 1-3•10⁵ Па направляют на конденсацию в выносной кипятильник ректификационной колонны, где ее используют в качестве теплоносителя для нагрева кубовой жидкости. 7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что водный конденсат с абсорбированным в нем хлористым водородом перед подачей на ректификационную колонну направляют через буферную емкость - сепаратор в теплообменник с регулируемой температурой кипения. 8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дистиллят с ректификационной колонны используют в качестве закалочной жидкости. 9. Устройство для термического обезвреживания ХОВ, включающее огневой блок в виде реактора с рубашкой охлаждения, с форсуночной головкой в торце реактора для подачи компонентов рабочей смеси и расположенными в центре форсуночной головки форсунками для подачи ХОВ, по периферии головки - форсунками для подачи горючего и по всей площади головки - форсунками для подачи кислорода, с выходным отверстием, выполненным в виде критического сопла и расположенным на противоположном форсуночной головке торце реактора, с форсунками для ввода закалочной жидкости, расположенными по окружности боковой стенки реактора на границе зон, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит блоки газоразделения и ректификации, а реактор выполнен трехзонным и снабжен дополнительно на границе первой и второй зон критическим соплом с форсунками для ввода закалочной жидкости, расположенными вокруг критического сечения, а форсунки для ввода закалочной жидкости, расположенные по окружности боковой стенки реактора, отделяют вторую зону реактора от третьей зоны. 10. Устройство по п. 9, отличающееся тем, что огневой блок содержит один или несколько соединенных параллельно реакторов. 11. Устройство по п. 9, отличающееся тем, что ректификационная колонна блока ректификации выполнена с выносным кипятильником, соединенным с выходным отверстием реактора.