СПОСОБ УТИЛИЗАЦИИ ТВЕРДЫХ ТОКСИЧНЫХ ПРОМЫШЛЕННЫХ ОТХОДОВ Российский патент 2008 года по МПК F42D5/00 C06B21/00 F23G5/00 

Предлагаемое изобретение относится к способам обезвреживания отходов, в частности токсичных промышленных концентрированных отходов, и может быть использовано для утилизации пестицидов, кубовых остатков перегонки, хлорорганических веществ, ракетного топлива, отходов производства взрывчатых веществ в химической, нефтехимической промышленности.

Известен способ уничтожения супертоксичных органических, в частности элементоорганических, веществ в смеси с горючим и окислителем в условиях высокотемпературного газофазного горения при повышенном давлении в двухкамерном проточном реакторе /Патент РФ №2203452 F23G 7/00, F23G 7/04, 2003 г./ [1]. Способ включает подачу в первую камеру горючего, окислителя и супертоксичного вещества, горение при максимальной температуре в первой камере при отношении окислителя к горючей смеси, соответствующем коэффициенту избытка окислителя, близкому к единице, вывод продуктов сгорания со звуковой скоростью через канал внезапного расширения во вторую камеру.

Известен способ огневого обезвреживания отходов /Патент РФ №2180950, F23G 7/00, 2002 г/. Способ включает подачу в реактор отходов, нейтрализующей присадки и термическую обработку отходов при подаче в реактор топлива, воздуха и отходов, ввод нейтрализующей присадки осуществляют по ходу движения газов двумя потоками: первый поток - щелочно-земельный реагент подают непосредственно в зону термической обработки отходов с температурой 800-1500°С, а второй поток - щелочной реагент - в зону дожигания высокотемпературных газообразных продуктов термической обработки, представляющую собой закрученный, циклонный факел, при этом расход щелочно-земельного реагента поддерживают на уровне 100-130 мас.% от стехиометрического количества, а расход щелочного реагента - 20-30 мас.% от стехиометрического количества. Зона термической обработки отходов представляет собой псевдоожиженный слой.

Известен способ обезвреживания токсичных отходов огневым методом (парофазным окислением) /Бернадинер М.П., Шульгин А.П. Огневая переработка и обезвреживание промышленных отходов. - М.: Химия, 1990. - с.24-32/, сущность которого заключается в сжигании горючих токсичных отходов в воздушной среде, при этом опасные компоненты подвергаются окислению, термическому разложению и другим химическим превращениям с образованием безвредных газов (CO₂, Н₂O, N₂) и твердых остатков (оксидов металлов, солей) в циклонных и других печах [1].

Ближайшим аналогом является способ утилизации отходы при изготовлении взрывчатых веществ /Патент РФ №2136640, С06В 47/14, F24D 5/04, 1999 г/. Определенное заранее количество отходов предварительно измельчают и смешивают с бризантным взрывчатым веществом, находящимся в относительно текучем состоянии. Горение осуществляют в режиме детонации во фронте самораспространяющейся химической реакции.

Недостатки известных способов огневого обезвреживания заключаются в: недостаточной производительности, формированию вторичного загрязнения токсичными нитрозными газами из азота и кислорода воздуха, громоздкости оборудования вследствие необходимости пропускания большого количества воздуха, в том числе азота воздуха(как балластного вещества), недостаточной для полной нейтрализации температуры процесса из-за потерь на прогрев азота воздуха.

Задачей предлагаемого изобретения является создание способа, позволяющего значительно увеличить производительность утилизации, улучшить экологию окружающей среды.

Поставленная задача достигается тем, что в способе утилизации твердых токсичных промышленных отходов, включающем смешение твердых токсичных промышленных отходов, представляющих собой окислитель или восстановитель, с реагентом - окислителем или восстановителем в конденсированном состоянии в соотношении, обеспечивающем протекание экзотермической реакции, и осуществление взрывного горения в адиабатическом режиме во фронте самораспространяющейся химической реакции, взрывное горение осуществляют с использованием веществ, регулирующих теплоту реакции, катализатора взрывного горения и веществ, нейтрализующих ингибиторы цепных свободнорадикальных процессов, в качестве которых используют перекись бария или нитрит натрия.

Реагент представляет собой твердый токсичный промышленный отход.

В качестве катализатора взрывного горения, используют соли лития, кобальта, марганца, меди, железа.

При смешении отходов дополнительно вводят гелеобразователь в количестве от 0,1 до 5 мас.% из ряда: карбоксиметилцеллюлоза, полиметакриловая и полиакриловая кислота, а смесь превращают в гель добавлением солей кальция или магния в количестве 0,01-0,5 мас.%.

При смешении отходов дополнительно вводят шлакообразующие добавки в виде карбоната кальция или магния в количестве, эквивалентном содержанию галогенов в смеси.

Способ осуществляется следующим образом:

Процесс осуществляется в адиабатическом режиме и вся теплота химического превращения используется для нагрева реакционной смеси. При этом окислитель и восстановитель (один или оба из которых токсичные отходы) смешивают в конденсированном состоянии (твердом или жидком), а затем подвергают воздействию инициирующего заряда, обеспечивающую достаточное ударное воздействие на смесь, формирующую ударную волну. Для применения предлагаемого способа можно использовать стандартное оборудование для проведения взрывных работ /Кутузов Б.Н. Взрывные работы. - М.: Недра, 1980. - с.307-322/. Температура взрыва значительно больше температуры огневого обезвреживания на 200-900°С. При соблюдении кислородного баланса исключается реакция образования нитрозных газов, так как нет избытка кислорода и азота. Реакция происходит в зоне самораспространяющейся химической реакции, где происходит горение в адиабатических условиях. При этом температура обработки отходов максимальна, фактически равна равновесной 1500-4000°С. В условиях детонации температура еще больше повышается за счет увеличения давления за счет ударной волны и кинетической энергии газов взрыва, она может быть больше в 2-5 раз, чем равновесная температура. За этот счет полнота реакции может быть увеличена, исключается вторичное загрязнение из-за непрореагировавших веществ.

Примеры выполнения способа.

Пример 1

Смешивают аммиачную селитру (16 вес. ч., кислородный баланс +20,0) и кубовый остаток перегонки стирола (1,0 вес. ч., кислородный баланс -320,0). Получают ВВ игданит. Температура взрыва 2400°С, критический диаметр 120 мм, теплота взрыва 3800 кДж на кг, плотность 1,1 г на см³. Взрывное горение за 8 с без детонации наблюдается для образцов в 200 г. Пламя без копоти.

Пример 2

Смешивают натриевую селитру (14 вес. ч., кислородный баланс +47) с кубовым остатком производства хлорпирифоса (2 вес. ч., кислородный баланс -312), порошком алюминия (1 вес. ч., кислородный баланс -89). Получают аналог гранулита. Температура взрыва 2900°С, критический диаметр 140 мм, теплота взрыва 3960 кДж на кг, плотность 1,2 г на см³. Взрывное горение за 4 с без детонации наблюдается для образцов в 200 г. Нижний предел критической массы для детонации при плотности 1,1 г на см³ составляет не менее 1000 г. При горении образуется дым белого цвета, без копоти.

Пример 3

Смешивают перхлорат калия (6 вес. ч., кислородный баланс +46,2) с отработанным трансформаторным маслом (1 вес. ч., кислородный баланс -312), нафтенатом алюминия (0,1 вес. ч.). Температура взрыва 2400°С, критический диаметр 10 мм, теплота взрыва 3678 кДж на кг, плотность 1,1 г на см³. Взрывное горение за 1 с без детонации наблюдается для образцов в 5,0 г. Нижний предел критической массы для детонации при плотности 1,2 г на см³ составляет не менее 10 г. При горении образуется дым белого цвета, без копоти.

Пример 4

Смешивают просроченный перманганат калия (5 вес. ч.) с просроченным аспирином (1 вес. ч.) и алюминиевой пудрой в количестве 0,1 вес. ч. Температура взрыва 2100°С, критический диаметр 10 мм, теплота взрыва 2312 кДж на кг, плотность 1,5 г на см³. Взрывное горение за 1 с без детонации наблюдается для образцов в 2,0 г. Нижний предел критической массы для детонации при плотности 1,4 г на см составляет не менее 10,0 г. При горении образуется дым бурого цвета, без копоти.

Пример 5

Ампулы с противогриппозной сывороткой с истекшим сроком хранения в количестве 10 вес. ч., измельчают и смешивают с активированным углем в количестве 2 вес. ч. Смесь помещают в емкость из картона на 200 мл, туда же помещают два электрода и жидкий кислород в количестве 10 вес. ч. Емкость помещена в шурф диаметром 50 мм, глубиной 500 мм. Смесь инициируют электрическим током с напряжением 220 В, 12 А в течении 0,1 с. В смеси происходит взрывное горение в камуфлетной емкости. Газы взрыва не имеют копоти, замеры угарного газа показали отсутствие токсичных газов.

Пример 6.

Смешивают инсектицидный гелевый препарат «Комбат» с вышедшим сроком хранения, содержащий 2% мас. хлорипирифоса в количестве 1 вес. ч. с 5 вес. ч. хлората натрия, 0,2 вес. ч. алюминиевой пудры в 1 вес. ч. глицерина, дополнительно вводят катализатор 0,01 вес. ч. хлората лития, 0,01 вес. ч. олеата натрия (смачиватель). Смесь помещают в контейнер из алюминиевой фольги, туда же помещают два электрода и помещают в шурф длиной 500 мм, диаметром 50 мм. Подают инициирующий импульс тока напряжение 5 кВ, длительностью 0,01 с. Происходит взрывное горение смеси с образованием белого дыма без гари, токсичных газов и запаха на месте горения не обнаруживается.

Пример 7

В отход гальванического производства, содержащий 30% хромового ангидрида, 12% сульфата хрома(3), 10% серной кислоты в количестве 2 вес. ч. вводят дополнительно 2 вес. ч. нитрата натрия, в качестве восстановителя вводят 1 вес. ч. отработанного машинного масла, в качестве желатинизатора 0,05 вес. ч. полиакриловой кислоты и перемешивают до загущения. После загущения гелеобразную смесь в количестве 200 г помещают в контейнер на 0,25 дм³ и подрывают инициирующим зарядом в шурфе, глубиной 1000 мм, диаметром 100 мм. Взрыв прошел камуфлетно, газы взрыва имеют серую окраску, копоти нет. В пробе грунта на поверхности хром(6) отсутствует.

Токсичные отходы, находящееся на хранении, опасны утечками в окружающую среду. Накоплены большие количества окислителей, ранее использовавшихся для получения взрывчатых веществ.

Предлагаемый способ позволяет наиболее быстро и дешево справиться с запасами токсичных веществ без капитального строительства заводов по утилизации токсинов. Кроме того, освоение в промышленности этой технологии даст возможность производить больший ассортимент органических веществ без ущерба для окружающей среды, так как токсичные отходы синтезов можно утилизировать. Кроме основного назначения, данный способ предполагает использование энергии, выделяемой при утилизации токсичных отходов взрывом, например, путем подачи газов взрыва в газовую турбину и выработки электроэнергии. За счет высокотемпературной обработки в ударной волне токсичных отходов примеси металлов превращаются в оксиды, соли, а значит, могут быть переработаны и являются вторичным сырьем. Композиции неопасных токсичных отходов с классом опасности более 4 могут быть использованы для получения средств взрывания при условии герметичности заряда и соблюдения мер экологической безопасности в месте взрывания.

Изобретение относится к способам обезвреживания токсичных промышленных отходов и может быть использовано для утилизации пестицидов, кубовых остатков перегонки, хлорорганических веществ, ракетного топлива, отходов производства взрывчатых веществ в химической, нефтехимической промышленности. Предложенный способ утилизации твердых токсичных промышленных отходов включает смешение твердых токсичных промышленных отходов, представляющих собой окислитель или восстановитель, с реагентом - окислителем или восстановителем в конденсированном состоянии в соотношении, обеспечивающем протекание экзотермической реакции, и осуществление взрывного горения в адиабатическом режиме во фронте самораспространяющейся химической реакции. Взрывное горение осуществляют с использованием веществ, регулирующих теплоту реакции, катализатора взрывного горения и веществ, нейтрализующих ингибиторы цепных свободнорадикальных процессов. В качестве веществ, нейтрализующих ингибиторы цепных свободнорадикальных процессов, используют перекись бария или нитрит натрия. Изобретение обеспечивает утилизацию твердых токсичных промышленных отходов при сохранении экологии окружающей среды. 4 з.п. ф-лы.

1. Способ утилизации твердых токсичных промышленных отходов, включающий смешение твердых токсичных промышленных отходов, представляющих собой окислитель или восстановитель, с реагентом-окислителем или восстановителем в конденсированном состоянии в соотношении, обеспечивающем протекание экзотермической реакции, и осуществление взрывного горения в адиабатическом режиме во фронте самораспространяющейся химической реакции, отличающийся тем, что взрывное горение осуществляют с использованием веществ, регулирующих теплоту реакции, катализатора взрывного горения и веществ, нейтрализующих ингибиторы цепных свободнорадикальных процессов, в качестве которых используют перекись бария или нитрит натрия.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что реагент представляет собой твердый токсичный промышленный отход.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве катализатора взрывного горения используют соли лития, кобальта, марганца, меди, железа.4. Способ по п.1, отличающийся тем, что при смешении отходов дополнительно вводят гелеобразователь в количестве от 0,1 до 5 мас.% из ряда: карбоксиметилцеллюлоза, полиметакриловая и полиакриловая кислота, а смесь превращают в гель добавлением солей кальция или магния в количестве 0,01-0,5 мас.%.5. Способ по п.1, отличающийся тем, что при смешении отходов дополнительно вводят шлакообразующие добавки в виде карбоната кальция или магния в количестве, эквивалентном содержанию галогенов в смеси.