СПОСОБ НЕЙТРАЛИЗАЦИИ АВАРИЙНЫХ ВЫБРОСОВ ГАЗООБРАЗНОГО ХЛОРА Российский патент 2009 года по МПК B01D53/18 

Изобретение относится к области нейтрализации газообразного хлора и может быть использовано на предприятиях, применяющих хлор, для нейтрализации аварийных выбросов в воздух хлора, для обеспечения безопасности людей, находящихся в помещении, где хранится жидкий хлор или установлены устройства дозирования хлора.

Известны адсорбционные и абсорбционные способы нейтрализации хлора и массообменные аппараты, применяемые для этих целей (Химическая энциклопедия. Т.1, М., 1992, стр.4-14, 52-62 и Т.3, М., 1992, стр.335-339). Адсорбционные способы нейтрализации хлора и устройства для их осуществления - адсорберы, где в качестве адсорбента применяют твердые среды (технические активированные угли), по степени нейтрализации считаются достаточно эффективными, но имеют существенные недостатки: не являются технологичными, так как требуют больших объемов адсорбентов, соответственно габариты этого оборудования весьма значительны, а после регенерации адсорбента, которую обычно проводят водяным паром, снова выделяется хлор и снова встает задача его нейтрализации.

Абсорбционные способы нейтрализации хлора и устройства для их осуществления - абсорберы или насадочные колонны, традиционно используются в типовых проектах хлораторных и складах хлора, где в качестве абсорбента применяют жидкие щелочные среды (NaOH, Na₂CO₃, Ca(OH)₂, CaCO₃ и др.). В насадочной колонне поглощающая хлор щелочная жидкость (NaOH, Na₂CO₃) подается на насадку сверху через распределитель, а снизу противотоком подается воздух, загрязненный хлором. При столкновении потоков газа и жидкости на развитой поверхности насадки, смоченной поглощающей жидкостью, происходит взаимодействие хлора и жидкости. Очищенный от хлора воздух идет на выход, а поглощающий раствор перетекает в сливную камеру и выводится из колонны. Насадочная колонна для очистки газов содержит корпус с патрубками для ввода и вывода газа и жидкости, группу поддерживающих решеток, на которых размещены насадки, распределитель и перераспределители жидкости и камеру слива жидкости.

Данный способ и устройство для его осуществления имеют следующие существенные недостатки - не достаточно технологичны из-за того, что не обеспечивают полноту нейтрализации аварийных выбросов хлора, так как насадочная колонна при запуске должна быть заполнена поглотительным раствором, что требует значительного времени и усугубляет результаты аварии. Во-вторых, при подаче хлора в колонну насадка требует выведения ее в рабочий режим, т.е. обеспечить равномерное пленочное течение жидкости по поверхности насадки. Поэтому в начальный период пуска колонны происходит проскок хлора, причем максимальной концентрации. К тому же насадочная колонна чрезмерно громоздка, требует наличия сложной схемы обвязки трубопроводами и занимает большое пространство.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ нейтрализации хлора с помощью массообменного аппарата (патент РФ 2195358, B01D 53/18, B01D 3/28), реализованные в установках ОХТА-9000К и ХПА-9000К, которые эксплуатируются «Водоканалом» Санкт-Петербурга для нейтрализации аварийных выбросов хлора и по степени очистки удовлетворяют требованиям Правил ПБ 09-594-03.

Данный способ включает подачу хлора в поглощающую жидкость в пространство под газораспределительным контактным устройством (ГКУ) и подачу насосом жидкости из емкости на ГКУ со скоростью 0,3-4 м/с. Поступаемый газ выдавливает жидкость из пространства над ГКУ и реагирует с выдавленной жидкостью, а также жидкостью, подаваемой насосом. Процесс продолжается до окончания поглощения газа. В качестве поглощающей жидкости используют раствор Na₂CO₃. Объем и концентрация поглощающей жидкости готовят в соответствии с объемом газа, который должен быть поглощен.

Известно устройство для осуществления данного способа (патент РФ 2195358, B01D 53/18, B01D 3/28). Массообменный аппарат содержит корпус, газораспределительное контактное устройство, патрубки для подачи и вывода газа, емкость для жидкости, причем выход патрубка подачи газа расположен ниже газораспределительного контактного устройства, при этом он снабжен дополнительной сеткой, расположенной ниже уровня выхода патрубка подачи газа, а емкость для жидкости сообщена магистралью, в которую включен насос, с полостью корпуса выше газораспределительного контактного устройства.

Данный способ нейтрализации хлора и устройство для его осуществления хотя и исключают проскок хлора в начальный пусковой период, обеспечивая подачу хлора в поглощающий раствор с первых минут аварии, поэтому не требуется дополнительного времени на подготовку и запуск, т.е. процесс безинерционный, и этим обеспечивается полнота нейтрализации хлора, однако имеют следующие существенные недостатки:

при использовании в качестве поглощающего раствора 10% Na₂CO₃ в силу невысокой его химической активности требуется большее время взаимодействия хлора с поглощающим раствором, т.е. нужно вести процесс при невысоких скоростях газового потока 0,3-4 м/с. Эти пределы достаточно узки и выход за эти пределы приводит к снижению полноты нейтрализации хлора. Так, при V<0,3 м/с не обеспечивается эффективный объем обработки газа, а при V>4 м/с происходит вторичный унос жидкости. Также, хотя данный способ и устройство для нейтрализации газообразного хлора значительно проще и технологичнее и более компактно по сравнению с известными аналогами, однако, по сравнению с заявляемым решением, также достаточно сложно.

Техническим результатом изобретения является повышение полноты нейтрализации выбросов газообразного хлора в момент аварии и обеспечение безопасности людей, находящихся в помещениях, где хранится хлор или установлены устройства для дозирования хлора, а также повышение технологичности способа и упрощение конструкции устройства.

Технический результат достигается тем, что в способе нейтрализации аварийных выбросов газообразного хлора, включающем подачу хлоровоздушной смеси в щелочную нейтрализующую жидкость, циркуляцию нейтрализующей жидкости насосом, а смешивание и взаимодействие двух сред происходит в процессе эжекции при вакуумном всасывании хлоровоздушной среды в поток нейтрализующего раствора следующего состава (мас.%):

Гидроксид натрия (NaOH) 10-15 Тиосульфат натрия (Na₂S₂O₃) 3-10

Раствор гидроксида натрия в воде является стабильным, поэтому его концентрацию устанавливают максимальной и избыточной относительно ожидаемого количества хлора, выделившегося в результате аварии, но не более 10-15 мас.%, так как при более высокой концентрации образующиеся соли при нейтрализации хлора при низких температурах кристаллизуются и приводят к разрушению насоса и других частей оборудования, и, в свою очередь, к нарушению процесса нейтрализации. Более низкие концентрации гидроксида натрия, менее 10 мас.%, будут требовать дополнительных анализов и корректировок раствора, увеличивая трудоемкость. Раствор тиосульфата натрия является нестабильным, поэтому его концентрация в растворе должна соответствовать только ожидаемому количеству хлора, выделившегося в результате аварии, но не более 10 мас.%, так как суммарная концентрация ионов натрия не должна превышать в пересчете на вещество 20 мас.% также из-за кристаллизации раствора при низких температурах и нарушению процесса нейтрализации. Более низкие концентрации тиосульфата натрия, менее 3 мас.%, снижают восстановительные свойства нейтрализующего раствора.

Технический результат достигается также тем, что в устройстве для нейтрализации аварийных выбросов газообразного хлора, содержащем емкость для нейтрализующей жидкости, нейтрализующую жидкость, линию подачи хлоровоздушной смеси, линию вывода очищенного воздуха, линию циркуляции нейтрализующей жидкости, в которую включен насос, а в линию подачи хлоровоздушной смеси дополнительно встроен эжектор.

Технический результат достигается благодаря тому, что в заявляемом способе поглощение хлора обеспечивается сразу же в начальный момент аварии, предотвращая проскок хлора в атмосферу, в результате эжекции при вакуумном всасывании. Полнота нейтрализации достигается также благодаря составу и химическим свойствам нейтрализующего раствора, который представляет собой восстановительный раствор гидроксида натрия и тиосульфата натрия. Эти вещества, введенные в заявляемое решение, известны для нейтрализации хлора. Однако их применение по отдельности не обеспечивало тех свойств, которые они проявляют в заявляемом решении благодаря их совместному использованию. Восстановительные свойства раствору придают ионы тиосульфата натрия, который легко в воде реагирует с хлором, и его в быту даже называют «антихлором». Нейтрализация хлора происходит следующим образом. Хлор растворяется в воде с последующим окислением ионов хлора - тиосульфатом натрия. С увеличением pH раствора (с увеличением щелочности) растворимость хлора в воде увеличивается. Присутствие восстановителя ускоряет процесс растворения хлора и перевод его из токсического состояния в нейтральное.

S₂O₃ ^2-+4Cl₂+5H₂O→2HSO₄ ^-+8H⁺+8Cl^-

Продуктами нейтрализации являются практически безвредные хлорид натрия и сульфат натрия.

По сравнению с прототипом, в заявляемом способе нет ограничений по скорости газового потока благодаря более эффективному эжекционному смешению двух сред и более высокой химической активности нейтрализующего раствора.

Технический результат достигается также благодаря наличию в заявляемом устройстве эжектора, встроенного в линию подачи хлоровоздушной среды, который обеспечивает эффективное смешение двух сред, т.е. эжекцию (процесс специально предназначенный для смешения двух сред) и их взаимодействие.

Эжекторы широко известны в патентной и технической литературе и широко применяются на практике. Однако применение эжектора в отдельности от заявляемого способа или использование заявляемого состава нейтрализующей жидкости с другим способом смешивания с хлоровоздушной средой не обеспечило бы тех новых признаков, которые они проявляют в заявляемом решении благодаря их совместному использованию.

Заявленное в способе эжекционное смешение двух сред хлоровоздушной среды и нейтрализующего раствора и заявленный в устройстве эжектор, встроенный в линию подачи хлоровоздушной среды, в качестве отличительных признаков, свидетельствуют о единстве изобретения и связаны между собой единым изобретательским замыслом. Также достигается дополнительный технический эффект - повышение технологичности способа и упрощение конструкции устройства. В связи с более высокой эффективностью абсорбции газообразного хлора нейтрализующим раствором в заявляемом решении за счет более эффективного эжекционного смешивания и использования нейтрализующей жидкости с более высокой химической активностью исчезает по сравнению с прототипом необходимость сложной конструкции газораспределительного контактного устройства, где происходит смешение, и устройство становится еще более компактным. А также исчезает по сравнению с прототипом сложное решение задачи повышения эффективности функционирования аппарата.

На чертеже изображено устройство, общий вид, для осуществления способа нейтрализации аварийных выбросов газообразного хлора. Устройство состоит из емкости для нейтрализующей жидкости 1, патрубка подачи хлоровоздушной смеси 2, патрубка вывода воздуха с воронкой 3, эжектора 4 для смешивания хлора с нейтрализующей жидкостью, насоса 5, встроенного в линию циркуляции нейтрализующей жидкости 6, для прокачки раствора при нейтрализации хлора, нейтрализующей жидкости 8, патрубка с вентилем для слива отработанной жидкости 9 и вентиля 12 подачи жидкости на эжектор 4.

Пример осуществления способа и устройства.

В момент аварийного выброса (аварийная ситуация) детектор хлора обнаруживает присутствие газообразного хлора в помещении и автоматически включается система аварийной сигнализации и автоматически включается насос 5, который обеспечивает движение потока нейтрализующего раствора 8 через создающий вакуум эжектор 4, благодаря которому хлоровоздушная среда через патрубок 2 засасывается из помещения непосредственно в поток нейтрализующего раствора и далее в емкость 1 с тем же нейтрализующим раствором 8. В результате поэтапно обеспечивается нейтрализация хлора: сначала в первый момент при его попадании в поток нейтрализующего раствора, затем химическое взаимодействие с нейтрализующим раствором в эжекторе 4, а затем в емкости 1 с нейтрализующим раствором 8. Очищенный от хлора воздух выдавливается из емкости 1 через патрубок 3. По завершении процесса нейтрализации слив отработанного раствора осуществляется через вентиль 9.

Объем и концентрация нейтрализующего раствора должны соответствовать максимально возможному количеству хлора, заполняющего помещение в результате аварийной ситуации. Нейтрализующий раствор готовится заранее следующим образом. В емкость 1 через воронку 3 заливается вода 3/4 необходимого объема. В этом объеме растворяется необходимое количество тиосульфата натрия. В отдельной емкости растворяется расчетное количество гидроксида натрия для последующего приготовления из него нейтрализующего раствора, соответствующее максимально возможному количеству хлора, которое может быть выброшено в помещение в результате аварии. Затем жидкий натрия гидроксид вводится в емкость 1.

Использование заявляемого способа нейтрализации аварийных выбросов газообразного хлора и устройства для его осуществления обеспечивает по сравнению с прототипом повышение полноты нейтрализации выбросов газообразного хлора в момент аварии и обеспечивает безопасность людей, находящихся в помещениях, где хранится хлор, а также обеспечивает повышение технологичности способа и упрощение конструкции устройства.

Изобретение может быть использовано на предприятиях, применяющих хлор, для обеспечения безопасности людей в момент аварии. Хлоровоздушная среда засасывается эжектором из помещения непосредственно в поток циркулирующего при помощи насоса нейтрализующего раствора, а далее - в емкость с тем же нейтрализующим раствором. В процессе эжекции происходит взаимодействие и смешивание хлора и нейтрализующей жидкости, которая содержит 10-15 мас.% гидроксида натрия и 3-10 мас.% тиосульфата натрия. Изобретение обеспечивает повышение полноты нейтрализации выбросов газообразного хлора в момент аварии. 1 ил.

Способ нейтрализации аварийных выбросов газообразного хлора, включающий подачу хлоровоздушной смеси в нейтрализующую щелочную жидкость, циркуляцию нейтрализующей жидкости насосом, отличающийся тем, что смешивание и взаимодействие двух сред происходит в процессе эжекции при вакуумном всасывании хлоровоздушной смеси в поток нейтрализующей жидкости следующего состава, мас.%:
Гидроксид натрия (NaOH) 10-15 Тиосульфат натрия (Na₂S₂O₃) 3-10