СИСТЕМА НЕЙТРАЛИЗАЦИИ ЛЕГКИХ И ТЯЖЕЛЫХ ТОКСИЧНЫХ ГАЗОВ В УСЛОВИЯХ ОПАСНОСТИ РАЗГЕРМЕТИЗАЦИИ ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ДЛЯ ИХ ХРАНЕНИЯ ТАРЫ Российский патент 2013 года по МПК B01D53/18 

Изобретение относится к области нейтрализации токсичных газов и может быть использовано для нейтрализации в складских или полевых условиях токсичных газов ввиду истечения сроков их хранения, появления опасности разгерметизации используемой для их хранения тары или в иных аварийных ситуациях, которые могут повлечь за собой нанесение вреда здоровью людей и заражение окружающей среды.

Известны адсорбционные и абсорбционные устройства нейтрализации токсичных газов 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 устройства для нейтрализации токсичных газов - 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 может снова выделиться токсичный газ и опять встает задача его нейтрализации.

Абсорбционные устройства для нейтрализации токсичных газов - абсорберы или насадочные колонны, традиционно используются в типовых проектах, где в качестве абсорбента применяют различные растворы (NaOH, Nа₂СО₃, Са(ОН)₂, СаСО₃ и др.). В насадочной колонне поглощающий токсичный газ раствор (NaOH, Nа₂СО₃) подается на насадку сверху через распределитель, а снизу противотоком подается токсичный газ. При столкновении потоков газа и жидкости на развитой поверхности насадки, смоченной поглощающей жидкостью, происходит взаимодействие газа и жидкости, в результате чего обеспечивается его нейтрализация (поглощение раствором), и 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.

Однако такие устройства имеют следующие существенные недостатки - недостаточно 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 и устройство нейтрализации аварийных выбросов хлора (патент РФ на изобретение №2367506, приоритет от 26.09.2007), реализованные в установках СНГХ для нейтрализации аварийных выбросов хлора, которые выпускаются ООО ФСП «КРАВТ» и эксплуатируются на водоканалах России.

Данное устройство для нейтрализации хлора исключает полностью проскок токсичного газа хлора в начальный пусковой период, обеспечивая подачу его в поглощающий раствор с первых минут аварии, поэтому не требуется дополнительного времени на подготовку и запуск, т.е. процесс безынерционный, и этим обеспечивается полнота нейтрализации, однако имеют место следующие существенные недостатки.

В этом устройстве не предусмотрен блок безопасного вскрытия тары с токсичным газом, что не исключает его распространение в помещении и окружающей среде, не обеспечена эффективность контроля качества нейтрализации путем измерения давления газов в замкнутых объемах, расхода эжектируемого газовоздушного потока и концентрации в нем токсичного газа, что при нейтрализации большого количества тары с токсичным газом может нанести вред здоровью человека и иметь экологические негативные последствия, а отсутствие системы подкачки наружного воздуха по мере нейтрализации токсичного газа и перехода его химических компонентов из газовоздушных полостей в раствор ввиду химического взаимодействия и подсистемы выравнивания давлений газов в этих полостях будет снижать эффективность эжекции.

Техническим результатом изобретения является обеспечение герметичности устройства с момента вскрытия тары с токсичным газом до полного завершения процесса его нейтрализации, текущий его контроль с помощью измерительных устройств, а также высокая эффективность эжекционного процесса ввиду выравнивания давлений в герметичных полостях устройства с помощью обратных клапанов.

Технический результат достигается тем, что система нейтрализации легких и тяжелых токсичных газов в условиях опасности разгерметизации используемой для их хранения тары содержит резервуар для нейтрализующего раствора, линию циркуляции нейтрализующей жидкости, в которую включен насос и эжектор, встроенный всасывающим входом в линию подачи токсичного газа, причем на входе линии подачи токсичного газа установлен на отдельной платформе саркофаг для тары с токсичным газом, имеющий манометр измерения давления газов и крышку, на внутренней стороне которой укреплен механизм вскрытия тары с электроприводом, придающим вращательное и возвратно-поступательное движение патрону с укрепленным в нем режущим инструментом, причем возвратно-поступательное движение осуществляется в пределах расстояния, достаточного для вскрытия сквозного отверстия в стенке тары токсичного газа при закрытой герметично крышке, с управлением этим движением коммутатором, установленным вне саркофага на линии электропитания, а на резервуаре нейтрализатора, установленном также на отдельной платформе, смонтирован узел ввода компонентов раствора в твердом, жидком и газообразном состоянии, состоящий из трубопровода, воронки и эжектора с вентилями перекрытия их проходных сечений для герметизации резервуара, причем газовая полость резервуара имеет манометр измерения давления газов и соединена с саркофагом трубопроводом с вентилем и обратным клапаном; на трубопроводе эжекционного всасывания токсичных газов установлен вентиль регулирования их количества, подаваемого в эжектор, и датчик содержания токсичных газов в потоке, соединенный с измерителем их концентрации, и наконец в саркофаге трубопровод эжекционного всасывания токсичных газов заканчивается патрубком, всасывающий вход которого устанавливается для токсичных газов тяжелее воздуха - у пола, а для токсичных газов легче воздуха - у потолка саркофага.

На фиг.1 и на фиг.2 изображено заявляемое устройство, общий вид.

В состав устройства входит платформа нейтрализатора 1 с установленным на ней резервуаром 2 с нейтрализующим раствором 3, над которым сохраняется газовоздушная полость 4. В раствор введена линия его циркуляции 5 с насосом 6, замкнутая через вентиль 7, основной эжектор 8 и трубопровод эжектора 9 на газовоздушную полость 4 для возврата потока нейтрализующего раствора в резервуар 2, в нижней части которого установлен сливной вентиль 10, а на верхней поверхности - вспомогательный эжектор 11 ввода газообразных или жидких компонентов нейтрализующего раствора с трубопроводом 12, вентилем 13 на линии циркуляции приготавливаемого раствора и вентилем 14 на линии ввода газообразных или жидких компонентов, вентилем со штуцером 15 для подачи воды в резервуар 2 и вентилем с заслонкой 16 для ввода в раствор твердых сыпучих компонентов, причем на верхней поверхности резервуара 2 установлен манометр 17 измерения давления в газовоздушной полости 4 и обратный клапан 18, выпускающий газовоздушную смесь из полости 4 и соединенный с трубопроводом 19 подачи газовоздушной смеси из полости 4 через вентиль 20 в саркофаг 21, установленный на собственной платформе 22, в котором на опоре 23 с крепежом 24 уложена и закреплена тара 25 с токсичным газом, а на его крышке 26 при нейтрализации газов легче воздуха (фиг.1) или на дне саркофага 21 при нейтрализации газов тяжелее воздуха (фиг.2) с внутренней стороны укреплен механизм вскрытия тары 27 с электроприводом и режущим инструментом 28 в патроне 29, управление которым осуществляется электрокоммутатором 30, находящимся вне саркофага 21. В полость 31 саркофага 21 введен манометр 32 измерения давления газов в этой полости и патрубок 33 эжекционной откачки токсичного газа из полости 31, всасывающий вход которого устанавливается в нижней части полости 31 при нейтрализации токсичных газов тяжелее воздуха или в ее верхней части, если токсичный газ легче воздуха, причем патрубок 33 на выходе из саркофага 21 соединен с трубопроводом эжекционной откачки 34, на котором установлен вентиль 35, измеритель расхода 36 и датчик содержания токсичных газов в потоке 37, который выдает сигнал на измеритель содержания токсичных газов 38, движущихся под действием эжекции по трубопроводу 34, соединенному с эжектирующим входом основного эжектора 8. Для пополнения давления газов в полости 4 на верхней поверхности резервуара 2 имеется обратный клапан 39 с вентилем 40.

Устройство работает следующим образом.

Устройство доставляется на платформе 1 и платформе 22 к месту нейтрализации затаренных токсичных газов в целях предотвращения излишнего кантования и перемещения тары с токсичными газами ввиду ее возможного несанкционированного вскрытия. С этого момента начинается технологический процесс нейтрализации затаренных токсичных газов, причем полный цикл нейтрализации токсичного газа, находящегося в герметичной таре, складывается из следующих последовательно выполняемых процедур.

В исходном состоянии все вентили и заслонка 16 устройства должны быть закрыты.

Нейтрализующий раствор либо готовится заранее и заливается в резервуар 2 через штуцер с открытым для этих целей вентилем 15, либо готовится на месте путем ввода жидких компонентов, включая воду, через тот же штуцер с вентилем 15, сыпучих - через воронку с открытой заслонкой 16 и газообразных и возможно некоторых жидких - с помощью вспомогательного эжектора 11 и открытого вентиля 14 при предварительной заливке воды и основных жидких компонентов в резервуар 2 и их прокачке насосом 6 через трубопровод 12 при открытом вентиле 13.

По завершении процесса приготовления раствора насос 6 выключают, вентили 13, 14, 15 и заслонку 16 закрывают, обеспечивая герметичность полости 4 и резервуара 2, и начинается этап подготовки саркофага 21 к работе. Для этого при открытой крышке саркофага 25 подъемником тара с токсичным газом перемещается с места хранения в саркофаг 21, укладывается на опору 23, фиксируется на ней в требуемом положении и закрепляется крепежом 24. Затем плотно закрывается крышка 26, обеспечивая с закрытыми вентилями 20, 35 герметичность саркофага 21. Далее с помощью коммутатора 30 включается механизм вскрытия тары 27, электропривод которого обеспечивает вращение режущего инструмента 29 и его перемещение вместе с патроном 29 в направлении к стенке тары 25, вскрытие в ней сквозного отверстия и возврат его в исходное состояние. Выход токсичного газа из образовавшегося отверстия приводит к увеличению давления в полости 31, что фиксируется манометром 32 и является сигналом к началу процесса нейтрализации вышедшего из тары 25 в полость 31 токсичного газа.

Для осуществления этого процесса открывают вентили 7, 20, 35, 40 и при закрытом вентиле 12 включают насос 6, создающий циркуляцию нейтрализующего раствора 3 по замкнутому контуру: резервуар 2 - трубопровод 5 - вентиль 7 - основной эжектор 8 - трубопровод эжектора 9 - резервуар 2. При этом в эжектирующем входе основного эжектора 8 создается всасывающий эффект, благодаря которому токсичный газ из полости 31 саркофага 21 перемещается по патрубку 33, вентилю 35, измерителю расхода 36, трубопроводу 34 и датчику 37 в основной эжектор 8, где перемешивается с потоком нейтрализующего раствора, и начинается процесс его нейтрализации, благодаря сорбции и (или) хемосорбции, который практически заканчивается на выходе трубопровода 9 основного эжектора, благодаря его достаточной длине, и при падении отработанного раствора на поверхность раствора в резервуаре 2 в газовоздушной полости 4 задерживается в основном захваченный в полости 31 с токсичным газом воздух и допустимо частично непрореагировавший с раствором токсичный газ. Увеличение давления газовоздушной смеси в полости 4 фиксируется манометром 17, а через обратный клапан 18, трубопровод 19 и открытый вентиль 20 обеспечивается перетекание газов из полости 4 в полость 31, если их давление в полости 4 превысит давление в полости 31. Процесс будет продолжаться до тех пор, пока показания измерителя содержания токсичного газа в потоке 37 не снизятся до допустимого уровня (ПДК), а показания манометров 17 и 32 не будут иметь равные значения. Если эти значения будут ниже значения атмосферного давления в месте нахождения устройства, то откроется обратный клапан 39 и через вентиль 40 в полость 4, а значит и в полость 31 через обратный клапан 18, вентиль 20 и трубопровод 19 будет поступать дополнительно атмосферный воздух до выравнивания давлений в этих полостях с атмосферным давлением. И в итоге как в полости 31, так и в полости 4 должен остаться практически только воздух. Эти факторы являются свидетельством завершения процесса нейтрализации токсичного газа, находившегося в таре 24.

По завершении процесса нейтрализации токсичного газа закрывают вентили 20 и 35, открывают один из вентилей на верхней поверхности резервуара 3 и открытием вентиля 10 обеспечивается слив отработанного раствора из резервуара 2. Затем закрывают вентиль 10 и один из открытых вентилей на верхней поверхности резервуара 3. Вскрывается крышка саркофага 26 и из саркофага 21 изымается освобожденная от токсичного газа тара 25. На этом завершается полный цикл нейтрализации легких и тяжелых токсичных газов в условиях опасности разгерметизации используемой для их хранения тары.

Состав нейтрализующего раствора, способного нейтрализовать требуемый токсичный газ в условиях эжекционного смешивания, и его количество определяются для каждого случая нейтрализации на основе теоретических сведений и экспериментальных исследований. Так, для нейтрализации газообразного хлора целесообразно использовать состав раствора, используемого в установках СНГХ для нейтрализации аварийных выбросов хлора (патент РФ на изобретение №2367506, приоритет от 26.09.2007), а именно:

гидроксид натрия (NaOH) 10-15 (мас.%) тиосульфат натрия (Nа₂S₂O₃) 3-10 (мас.%)

Использование заявляемой системы для нейтрализации затаренных токсичных газов обеспечивает по сравнению с прототипом мобильность системы, полную герметичность процесса вскрытия тары и нейтрализации токсичного газа, что гарантирует безопасность для людей и экологии, а также обеспечивает высокую технологичность устройства.

Система нейтрализации токсичных газов содержит резервуар для нейтрализующего раствора, линию циркуляции нейтрализующей жидкости, в которую включен насос и эжектор. На входе линии подачи токсичного газа установлен саркофаг для тары с токсичным газом, внутри которого укреплен механизм вскрытия тары. На резервуаре нейтрализатора смонтирован узел ввода компонентов раствора в твердом, жидком и газообразном состоянии, состоящий из трубопровода, воронки и эжектора с вентилями перекрытия их проходных сечений для герметизации резервуара. Газовая полость резервуара имеет манометр измерения давления газов и соединена с саркофагом трубопроводом с вентилем и обратным клапаном. На трубопроводе эжекционного всасывания токсичных газов установлен вентиль регулирования их количества, подаваемого в эжектор, и датчик содержания токсичных газов в потоке, соединенный с измерителем их концентрации. В саркофаге установлен трубопровод эжекционного всасывания токсичных газов с патрубком, всасывающий вход которого устанавливается для токсичных газов тяжелее воздуха - у пола, а для токсичных газов легче воздуха - у потолка саркофага. В результате обеспечивается мобильность системы, полная герметичность процесса вскрытия тары и нейтрализации токсичного газа, что гарантирует безопасность для людей и экологии, а также обеспечивает высокую технологичность устройства. 2 ил.

Система нейтрализации токсичного газа легкого или тяжелого, содержащая резервуар для нейтрализующего раствора, линию циркуляции нейтрализующей жидкости, в которую включен насос и эжектор, встроенный всасывающим входом в линию подачи токсичного газа, отличающаяся тем, что на входе линии подачи токсичного газа установлен на отдельной платформе саркофаг для тары с токсичным газом, имеющий манометр измерения давления газов, в крышке которого, на ее внутренней стороне, укреплен механизм вскрытия тары, состоящий из патрона с укрепленным в нем режущим инструментом с электроприводом его вращательного и возвратно-поступательного движения в пределах расстояния, достаточного для вскрытия сквозного отверстия в стенке тары токсичного газа при закрытой герметично крышке, вне саркофага на линии электропитания установлен коммутатор для управления движением режущего инструмента, резервуар для нейтрализующей жидкости установлен на отдельной платформе и на нем смонтирован узел ввода компонентов раствора в твердом, жидком и газообразном состоянии, состоящий из трубопровода, воронки и эжектора с вентилями перекрытия их проходных сечений для герметизации резервуара, причем на поверхности резервуара для нейтрализующей жидкости установлен манометр измерения давления газов в газовоздушной полости резервуара, которая соединена с саркофагом трубопроводом с вентилем и обратным клапаном, на трубопроводе эжекционной откачки токсичных газов установлен вентиль регулирования их количества, подаваемого в эжектор, и датчик содержания токсичных газов в потоке, соединенный с измерителем их концентрации, при этом саркофаг имеет трубопровод эжекционной откачки токсичных газов с патрубком, всасывающий вход которого установлен у пола саркофага для токсичных газов тяжелее воздуха, или - у потолка саркофага для токсичных газов легче воздуха.