СПОСОБ УТИЛИЗАЦИИ ЖИДКИХ ОТХОДОВ Российский патент 2009 года по МПК F23G7/00 

Изобретение относится к области охраны окружающей среды, а именно к способам обезвреживания и утилизации газообразных и жидких галогенорганических отходов, в частности жидких полихлорированных бифенилов (ПХБ, C₁₂H_XCl_Y) с помощью низкотемпературной плазмы.

Проблема утилизации и обезвреживания полихлорированных бифенилов вошла в перечень глобальных экологических проблем, так как они относятся к группе стойких органических загрязнителей, обладающих токсичным воздействием на организм человека. Кроме того, неправильное хранение или уничтожение ПХБ приводит к образованию полихлорированных дибензодиоксинов и дибензофуранов.

Известен способ огневого обезвреживания жидких галогенсодержащих отходов, включающий их смешивание с нейтрализующим агентом в дезинтеграторе со скоростью соударений 75-350 м/с до получения устойчивой эмульсии или суспензии, подачу в печь, где продуктами горения топлива при температуре 1400-1700°С происходит их высокотемпературная обработка совместно с нейтрализующим агентом, и отвод продуктов термообработки из печи (АС СССР №1101623, опубл. 07.07.84. Бюл. №25).

Этому способу присущи следующие недостатки: большие затраты на используемую щелочь, большое количество образующегося водного раствора соли, необходимость его утилизации.

Известен способ пиролитического разложения отходов, предпочтительно жидких (пат. США №4644877, МКИ F23G 5/10, 5/12, опубл. 24.02.1987 г.), в котором ПХБ отходы и небольшое количество воздуха подается в разрядную камеру дугового плазмотрона, в которой при температуре 5000°С происходит разрушение молекул ПХБ и воздуха до атомов и ионов. Затем полученная смесь попадает в реактор, где охлаждается до температуры 900-1200°С с образованием синтез-газа и твердых частиц сажи. На выходе из реактора эти компоненты дополнительно охлаждаются водным щелочным раствором до 80°С, при этом хлорид водорода нейтрализуется до поваренной соли.

Этому способу присущи те же недостатки, что и предыдущему: большие затраты на используемую щелочь, большое количество образующегося водного раствора соли, необходимость его утилизации, кроме того, образуется большое количество сажи, что затрудняет процесс закалки и нейтрализации продуктов, а принятый в реакторе температурный режим не гарантирует отсутствия в продуктах пиролиза высокотоксичных веществ, таких как диоксины, фураны.

Известен способ плазмохимического обезвреживания газообразных и жидких галогенорганических веществ и содержащих их отходов, описанный в патенте RU 2105928, опубл. 1998.02.27. Сущность его заключается в том, что галогенорганические отходы предварительно нагревают до температуры, не превышающей предела их термической стабильности, и распыляют струей горячего воздуха. Полученную паровоздушную смесь направляют в плазменную струю, где проводят пиролиз при температуре не менее 1500°С, времени пребывания в зоне реакции 2-10 мс и избытке окислителя, достаточном для полного окисления углерода, входящего в состав отходов. Далее продукты пиролиза закаливают и нейтрализуют водным раствором щелочи, который используют многократно, периодически добавляя в него щелочь до восстановления исходной концентрации и удаляя образующиеся при нейтрализации соли.

Способ имеет следующие недостатки. Так как пиролиз проводят кислородом воздуха, то большое количество энергии будет расходоваться на нагрев содержащегося в нем азота. Использование воздуха в качестве плазмообразующего газа снижает ресурс работы плазмотрона по сравнению с агрегатами, работающими на нейтральных газах, например азоте. Продукты пиролиза нейтрализуют водным раствором щелочи, имеющей высокую стоимость. Образующиеся в процессе нейтрализации соли выпадают в осадок, что требует остановки процесса для их удаления. Периодическая остановка процесса в данных условиях работы нежелательна. Удаленные соли требуют дополнительных средств для их утилизации. Способ сложен и требует большого количества аппаратов для его реализации. Таким образом, данный способ не позволяет обеспечить длительную и надежную работу установок при необходимой экономичности процесса.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ утилизации жидких отходов в испарителе и подачи непосредственно в струю плазмообразующего газа реактора (патент RU 2288407 С2, Кл. G 7/04, опубл. 27.11.2006), где за счет вторичного воздуха при высокой температуре происходит их окисление. Способ имеет недостатки, подобные тем, которые присущи предыдущему способу. При использовании данного способа для утилизации ПХБ в результате разрушения химических связей между атомами утилизируемого вещества в плазме образуется большое количество ионов хлора, которые при остывании газа взаимодействуют с ионами углерода, кислорода и водорода, образуя различные хлорорганические соединения, в том числе диоксины и фураны.

Техническим результатом изобретения является создание экономичного и экологически эффективного способа утилизации ПХБ отходов на существующем оборудовании при незначительной его модернизации, в результате реализации которого отходящие газы не содержат токсических хлорорганических соединений.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе утилизации жидких отходов, предусматривающем их испарение в испарителе, подачу непосредственно в струю плазмообразующего газа реактора, согласно изобретению отходы, содержащие полихлорированные бифенилы (ПХБ), подают в струю плазмообразующего газа вместе с нейтрализующим реагентом, осуществляют термическое разложение отходов и получают продукты утилизации, при этом в качестве нейтрализующего агента используют негашеную известь, измельченную до крупности менее 74 мкм в количестве 1,02-1,04 от стехиометрически необходимого для связывания хлора, а полученные продукты утилизации в виде газовой смеси через фурмы вдувают в нижнюю часть печи для обжига известняка, температура которой равна 700-750°.

Крупность частиц негашеной извести не должна превышать 74 мкм. При большей крупности взаимодействие негашеной извести с ПХБ проходит не полностью, поэтому в печь поступает излишек негашеной извести и вредная хлорорганика.

Температура зоны печи, в которую вдувается смесь, не должна превышать 700-750°С. При этих температурах происходит конденсация хлорида кальция (t_пл=774°С) на кусках обожженного известняка и одновременно сгорание углерода и водорода.

Количество подаваемой негашеной извести равно 1.02-1.04 от стехиометрически необходимого для связывания хлора ПХБ в CaCl₂. Ввод большего количества негашеной извести приведет к увеличению пылевыноса, снижению газопроницаемости слоя. При вводе меньшего количества негашеной извести происходит образование нежелательных, очень опасных хлорорганических соединений.

Пример. Сырье (отработанное трансформаторное масло) из бачка через испаритель вводилось в реактор непосредственно в струю плазмообразующего газа (азота), туда же из дозатора поступает порошок негашеной извести. Расход азота 10 л/мин, температура плазменной струи 5000°С. Расход ПХБ 2,5 л/мин. Расход негашеной извести 15 г/мин. Продукты термообработки поступали в печь, заполненную обожженным известняком крупностью 5-10 мм. Толщина слоя 900 мм. Температура печи 700°С. Для сжигания сажистого углерода и водорода в печь вдували кислород (20 л/мин). Состав газа, выходящего из печи (об.%): N₂ - 24; СО₂ - 62; Н₂О - 14. Токсичные хлорорганические соединения в составе газа отсутствуют. Хлористый кальций осаждается в слое.

Данный способ позволяет эффективно производить утилизацию отходов ПХБ, используя для этого существующее оборудование. Он технически прост, не дорог и не создает проблем с утилизацией продуктов, образующихся при его реализации.

Изобретение относится к области переработки отходов. Способ утилизации жидких отходов включает их испарение в испарителе и подачу непосредственно в струю плазмообразующего газа реактора. Отходы, содержащие полихлорированные бифенилы, подают в струю плазмообразующего газа вместе с нейтрализующим агентом, осуществляют термическое разложение отходов и получают продукты утилизации. При этом в качестве нейтрализующего агента используют негашеную известь, измельченную до крупности менее 74 мкм. Полученные продукты утилизации в виде газовой смеси через фурмы вдувают в нижнюю часть печи для обжига известняка, температура которой равна 700-750°С. Технический результат заключается в повышении экономичности и экологической эффективности способа. 1 з.п. ф-лы.

1. Способ утилизации жидких отходов, включающий их испарение в испарителе и подачу непосредственно в струю плазмообразующего газа реактора, отличающийся тем, что отходы, содержащие полихлорированные бифенилы, подают в струю плазмообразующего газа вместе с нейтрализующим агентом, осуществляют термическое разложение отходов и получают продукты утилизации, при этом в качестве нейтрализующего агента используют негашеную известь, измельченную до крупности менее 74 мкм, а полученные продукты утилизации в виде газовой смеси через фурмы вдувают в нижнюю часть печи для обжига известняка, температура которой равна 700-750°С.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что нейтрализующий агент подают в количестве 1,02-1,04 от стехиометрически необходимого для связывания хлора, содержащегося в полихлорированных бифенилах, в хлорид кальция.