КАТАЛИТИЧЕСКИЙ РЕАКТОР ДЛЯ УТИЛИЗАЦИИ ОСАДКОВ СТОЧНЫХ ВОД КОММУНАЛЬНЫХ ОЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЙ И СПОСОБ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ УТИЛИЗАЦИИ Российский патент 2021 года по МПК C02F11/06 C02F11/18 F23C10/01 F23C13/08 

Изобретение относится к способам технологического процесса каталитического сжигания влажных иловых осадков сточных вод в ректоре с псевдоожиженным слоем катализатора.

Известен каталитический реактор и способы сжигания осадков сточных вод (патент RU 2456248), состоящий из вертикального корпуса с патрубками выгрузки катализатора, подачи воздуха и топлива в нижней части, патрубками отвода дымовых газов и загрузки катализатора в верхней части, внутри корпуса между патрубками подачи воздуха и топлива размещена газораспределительная решетка, на которой расположен катализатор окисления, выше решетки последовательно размещены организующая насадка и теплообменные поверхности, корпус реактора имеет расширение в верхней части и снабжен патрубком подачи осадка сточных вод, расположенным на уровне соединения нижней и верхней расширенной части корпуса реактора. Представлены два способа переработки осадков сточных вод. Первый включают механическое обезвоживание осадка, термообработку концентрата при температуре 500-600°C в организованном неподвижной насадкой псевдоожиженном слое катализатора, охлаждение твердых продуктов переработки, отделение твердых продуктов от дымовых газов, обработку продукта водным раствором неорганической кислоты и использование суспензии для очистки исходной сточной воды, при этом термообработку осадка проводят в каталитическом реакторе в псевдоожиженном слое гранул катализатора глубокого окисления веществ в смеси с гранулами инертного материала в соотношении 20-90% катализатора и 10-80% инертного материала. Во втором способе термообработку проводят в каталитическом реакторе в псевдоожиженном слое гранул катализатора глубокого окисления веществ в смеси с гранулами инертного материала в соотношении 20-90% катализатора и 10-80% инертного материала при температуре 700-750°C в избытке воздуха, выше или равном α≥1,2, а охлажденные твердые продукты переработки отправляют на складирование или захоронение.

Недостатками каталитического реактора и способов каталитической переработки осадков сточных вод являются: оседание крупных неорганических включений на колпачковую газораспределительную решетку, что приводит к изменению режима кипения частиц слоя и требует остановки реактора с последующей выгрузкой частиц слоя и отделения крупных частиц; возможность выноса частиц слоя в результате уменьшения эффективного сечения аппарата в расширенной части за счет расположенного в ней теплообменника, недостаточной высоты сепарационной зоны в верхней части реактора за счет неравномерности скоростей газа по сечению реактора при подаче осадков сточных вод через один патрубок. К недостаткам описанных способов переработки относится использование алюмомагнийхромового и алюмомедьмагнийхромового катализаторов. Во всем мире наблюдается тенденция по уходу от использования хромсодержащих катализаторов, ввиду высокой токсичности многих соединений хрома. Кроме того, в качестве инертного материала в рассмотренных способах применяется речной песок. Речной песок и частицы катализатора не являются полностью однородной смесью, а также обладают разными прочностными характеристиками, что приводит к возможности появления неоднородностей распределения катализатора по слою, а также к более высокой скорости истирания. Недостатком так же является сложность регулирования температуры в псевдоожиженном слое при изменении влажности осадка из-за необходимости догрузки смеси песка и катализатора до погружения части теплообменника в псевдоожиженный слой при уменьшении влажности осадка и повышении температуры в слое или отгрузки части смеси песка и катализатора при увеличении влажности осадка и уменьшении температуры в слое. Либо с уменьшением влажности осадка необходимо добавлять воду для снижения температуры в псевдоожиженном слое. Еще одним недостатками вышеописанного способа являются повышенный расход дополнительного топлива при переработке осадков с высокой влажностью и большие габариты и металлоемкость устройств для рекуперации теплоты дымовых газов.

Известны конструкции воздухораспределительных решеток котлов с псевдоожиженным слоем (патент RU173016 и патент RU175273), в которых воздухораспределительная решетка котла с псевдоожиженным слоем содержит горизонтально расположенные охлаждающие трубы рабочего тела, образующие три яруса, которые присоединены к раздающему и собирающему коллекторам, между ярусами охлаждающих труб рабочего тела присоединены вертикальные перегородки, между охлаждающими трубами одного яруса присоединены горизонтальные перфорированные пластины, сквозь отверстия которых проходят колпачки с воздухораспределительными отверстиями.

Недостатком рассмотренных конструкций является высокая металлоемкость и масса, что обусловлено использованием горизонтальных и вертикальных поперечных пластин. Кроме того, конструкция осложнена наличием воздухораспределительных колпачков, способных закупориваться в процессе эксплуатации.

В патенте RU2230982 описано топочное устройство для сжигания угольного жидкого топлива, в котором сопловое основание выполнено из установленных с зазором для пропуска золы квадратных трубок, в которые вварены сопловые трубки с зонтичными головками для ввода в камеру горения дутьевого воздуха и образования кипящего слоя инертного материала из золы. Недостатком является использование вертикально расположенных сопловых трубок, которые усложняют конструкцию и требуют болшей металлоемкости. Кроме того, квадратное сечение воздухоподающих труб может способствовать отложению на них твердых частиц, и последующему закупориванию сопловых трубок.

Известно воздухораспределительное устройство для кипящего слоя котла или газификатора (патент CN104344402), содержащее воздухозаборный коллектор, множество воздухораспределительных трубок с воздушными колпачками. Один конец каждой воздухораспределительной трубы сообщается с воздухозаборным коллектором, воздушные колпачки соответственно расположены на выходе из другого конца соответствующей воздухораспределительной трубы, при этом воздухораспределительные трубы содержат смежные воздухораспределительные трубы, которые расположены в форме звезды. Зазор между соседними воздухораспределительными трубами образует шлаковый канал в поде печи, один конец каждого из соседних воздухозаборников распределительные трубы в звездообразном расположении сообщаются с воздухозаборным коллектором, каждая воздушная крышка расположена на соответствующем выходе другого конца каждой из соседних воздухораспределительных труб в звездообразном расположении, а другой конец каждого воздухораспределителя труба и каждая воздушная крышка на соответствующем другом конце подходят для свободного расширения в поде печи.

Недостатком является высокая сложность всей конструкции, требующая особого подхода при изготовлении. Кроме того, конструкция осложнена использованием воздухораспределительных колпачков.

Ближайшим техническим решением воздухораспределительного устройства в реакторе является газораспределительная решетка провального типа из перфорированных труб, объединенных общим коллектором, описанная в статье «Опыт эксплуатации водогрейных котлов с каталитическим сжиганием жидкого и твердого топлива в псевдоожиженном слое», авторы: А.Д. Симонов, Н.А. Языков, А.С. Афлятунов, И.А. Федоров, В.А. Яковлев, В.Н. Пармон; журнал «Альтернативная энергетика и экология», №19 (159) 2014 г. С. 70-85. Недостатком является подача воздуха в распределительное устройство из одной точки. Кроме того, представленное распределительное устройство обладает повышенной металлоемкостью за счет наличия общего коллектора, объединяющего все трубы.

В патенте RU2249763 описана топка с фонтанирующим слоем, включающая цилиндроконическую камеру сгорания, камеру воспламенения с осевым патрубком для подвода воздуха и средством для подачи измельченного топлива, патрубок для вывода продуктов сгорания и стабилизатор-отбойник, расположенный в верхней части камеры сгорания ниже патрубка для вывода продуктов сгорания. Стабилизатор-отбойник, выполнен в виде радиального жалюзи с возможностью перемещения в вертикальном направлении до нижней границы, перекрывающей сечение конической части, находящейся на расстоянии и равном 1/10 ее высоты цилиндрической части. Недостатком рассматриваемой конструкции является ее конфигурация - устройство является плоским и располагается перпендикулярно потоку, что приводит к ухудшению газодинамических характеристик. Кроме того, горизонтальная ориентация стабилизатора может привести к отложению на его поверхностях твердых частиц катализатора или зольного остатка.

Задачей заявляемой группы изобретений является повышение эффективности процесса утилизации иловых осадков сточных вод в условиях кипящего слоя.

Техническим результатом представленной группы изобретений является:

1. Равномерность кипения слоя;

2. Обеспечение вывода крупных компонентов, образованных при сжигании иловых осадков сточных вод из зоны кипящего слоя с дальнейшим удалением из реактора без его остановки;

3. Уменьшение выноса материала и катализатора, их налипания на отбойник при работе без изменений перепада давления на отбойнике.

4. Использование высоко активного катализатора глубокого окисления CO и органических веществ влияет на степень выгорания иловых осадков коммунальных очистных сооружений в процессе их сжигания.

Технический результат достигается предложенной конструкцией каталитического реактора, в котором отсутствует газораспределительная решетка с воздухораспределительными колпачками, при этом новая конструкция воздухораспределительного устройства обеспечивает равномерность кипения в сепарационной зоне и зоне окисления реактора, минимизирует налипание золы на воздухораспределитель, через зазоры между трубами воздухораспределителя зола попадает в зону выгрузки в основании корпуса реактора, где расположен разгрузочный шнек для выгрузки несгораемых компонентов осадков сточных вод с дальнейшим удалением из реактора без его остановки, а новая конструкция отбойника в реакторе обеспечивает уменьшение выноса материала и катализатора, и их налипания на отбойник.

Реактор включает вертикальный корпус с патрубком для подачи катализатора в верхней части корпуса, с последовательно расположенными в нижней части корпуса патрубками ввода илового осадка, шнековой подачи угля и патрубком удаления катализатора, над которыми внутри корпуса, в его средней части, расположена организующая насадка. Реактор включает два диаметрально противоположных патрубка подачи илового осадка, в каждый из которых вварен патрубок подачи воды, что позволяет эффективно контролировать перегревы в реакторе, которые могут происходить из-за неоднородности состава осадка. В основании корпуса реактора расположен разгрузочный шнек для выгрузки несгораемых компонентов осадков сточных вод. В верхней части корпуса реактора под крышкой с трубой вывода дымовых газов расположен отбойник, выполненный в форме полого усеченного конуса, при этом усеченный конус отбойника закреплен на корпусе реактора вниз основанием с меньшим диаметром, в котором закреплен пирамидальный четырехгранный наконечник вершиной вниз с диагональю основания большей, чем диаметр меньшего основания усеченного конуса отбойника, таким образом, что между плоскостью основания наконечника и плоскостью меньшего основания усеченного конуса отбойника образованы зазоры. Основание конуса отбойника большего диаметра на 40% больше диаметра трубы вывода дымовых газов.

В нижней части корпуса реактора между патрубком удаления катализатора и шнековым разгрузчиком расположено воздухораспределительное устройство. Воздухораспределительное устройство состоит из двух внешних коллекторов, расположенных в одной плоскости и параллельно друг другу у диаметрально противоположных стенок корпуса с отходящими от каждого коллектора через колена по три трубы круглого сечения, с перфорационными отверстиями в нижней части стенки, каждая из которых вварена в корпус реактора и свободный заваренный конец каждой из них вставлен в стакан, вваренный снаружи в корпус реактора с противоположной от колена стороны. Все перфорированные трубы расположены параллельно в одной плоскости и между ними имеются зазоры для пропуска несгораемых компонентов осадков сточных вод. Перфорированная часть труб находится внутри корпуса реактора, а общая площадь перфорационных отверстий в трубах составляет 2,5% от площади сечения нижней части корпуса реактора.

Основным параметром выбора размеров корпуса выбран внутренний диаметр: диаметр реактора в нижней части равен 1.70 м, что составляет площадь сечения 2,26 м²; в средней части - 2,18 м, в верхней части -2,80 м. Высота внутренней полости реактора -4,0 м.

Утилизацию (сжигание) осуществляют в присутствии катализатора глубокого окисления CO и органических веществ, содержащего в качестве носителя оксид алюминия в количестве не более 50 мас.%, а в качестве активного компонента Fe₂O₃ в количестве 48-75 мас.%, а также CuO и/или Mn₂O₃ и/или Co₂O₃ и/или Cr₂O₃ в количестве 2-10 мас.%; термообработку проводят путем непрерывной подачи осадка в реактор, разогретый до температуры 750°C, в который одновременно подается воздух, необходимый для поддержания режима псевдоожижения и окисления органической части осадка и доокисления образующегося при горении CO. При этом, коэффициент избытка воздуха близок к стехиометрическому (1<α ≤ 1,2).

В качестве меры каталитической активности катализаторов в процессе сжигания иловых осадков коммунальных очистных сооружений была выбрана степень выгорания илового осадка в процессе сжигания, составляющая 98,1 - 99,3%.

Сущность изобретения поясняется фигурами 1,2,3,4.

Фиг. 1. Схематическое изображение каталитического реактора.

Фиг. 2. Изображение газораспределительного устройства реактора

Фиг. 3. Изображение отбойника (продольное сечение)

Фиг. 4. Изображение отбойника (поперечное сечение)

Фиг. 1. В верхней части корпуса реактора 1 расположен патрубок подачи катализатора 2 и отбойник 10 под крышкой 8 с трубой вывода дымовых газов 9, выполненный в форме полого усеченного конуса. В средней части внутри корпуса реактора 1 расположена организующая насадка 7 для уменьшения неоднородности псевдоожиженного слоя, т.е. разрушения крупных газовых пузырей в реакторе. В нижней части корпуса расположены два патрубка ввода илового осадка 4, и два патрубка шнековой подачи угля 3 и патрубок удаления катализатора 6. Подача илового осадка (кека) в реактор осуществляется через два диаметрально противоположных патрубка 4, при этом они снабжены патрубками дозирования воды 5, что позволяет эффективно контролировать перегревы в реакторе, которые могут происходить из-за неоднородности состава осадка. Между патрубком удаления катализатора 6 и зоной выгрузки 24 несгораемых компонентов осадков с патрубком для разгрузочного шнека 18, выход из которого снабжен шиберной задвижкой 19, расположено воздухораспределительное устройство 12. Воздухораспределительное устройство 12 (Фиг. 2) включает два распределительных коллектора 13, колена 14, отходящие о них трубы 15 с перфорационными отверстиями 16 в нижних частях стенок труб, свободные концы труб заварены и вставлены в стаканы 17.

Отбойник, представленный на Фиг.3 и 4 включает корпус в форме усеченного конуса 10 и пирамидальный четырехгранный наконечник 11.

На Фиг. 1 обозначены: граница сепарационной зоны 21 каталитического реактора, зона окисления, ввода угля, ввода илового осадка 22, зона распределения воздуха 23 и зона выгрузки несгораемых компонентов иловых осадков 24.

Каталитический реактор работает следующим образом. В корпус реактора 1 (Фиг. 1) загружают катализатор 2,5 м³ через патрубок подачи катализатора 2. Через воздухораспределительное устройство 12 (Фиг. 2), состоящее из распределительных коллекторов 13, колен 14, труб 15 с перфорационными отверстиями 16 в нижних частях стенок труб и стаканов 17, в зону распределения воздуха реактора 23 (Фиг. 1) подается горячий воздух, необходимый для первичного прогрева катализатора без псевдоожижения. Равномерность распределения воздуха в зоне 23 и зоне окисления 22 реактора (Фиг. 1) обеспечивается поступлением воздуха через два коллектора 13 и отверстия 16 в нижней части стенки воздухораспределительных труб 15. При этом происходит изменение потока воздуха с горизонтального направления на вертикальное и его равномерное распределение по зоне окисления 22 реактора. Для обеспечения равномерного псевдоожижения слоя катализатора и исключения попадания частиц катализатора в газоподводящий трубопровод площадь отверстий в перфорированных трубах составляет 2,5%, что соответствует скорости истечения газа из отверстий на уровне 24 м/с.Предложенная конструкция газораспределения обеспечивает более однородное псевдоожижение слоя. Перфорация нижних частей стенок труб обеспечивает отсутствие засорения воздухораспределителя. Для обеспечения свободного теплового расширения перфорированных труб 15, их свободные концы с зазором вставлены в стаканы 17, стаканы снаружи вварены в корпус реактора 1, их наружное расположение позволяет максимально использовать площадь нижнего сечения реактора. Количество подаваемого воздуха 8273 нм³/ч соответствует рабочей скорости 1 м/с (при н.у) псевдоожижения частиц катализатора в нижней части реактора - зоне окисления, ввода угля и ввода илового осадка 22 и равно скорости начала псевдоожижения частиц слоя 0.65 м/с на границе 20 сепарационной зоны 21 и зоны окисления 22 (Фиг. 1). После нагрева слоя катализатора до температуры 350-400°C в слой добавляется дополнительное количество воздуха (до 8500 нм³/ч с давлением до 40Кпа). При этом слой катализатора приводится в псевдоожиженное состояние и одновременно небольшим расходом начинают подавать дробленый уголь через два патрубка шнековой подачи угля 3, контролируя подъем температуры в слое, доводят температуру в слое до 600-700°C. В реактор постепенно добавляеют катализатор через патрубок подачи катализатора 2, до общего объема катализатора в 9 м³, одновременно с этим постепенно увеличивают подачу угля, отключают подачу горячего воздуха и доводят в слое температуру до 750°C увеличением подачи угля. Дополнительную равномерность потока воздуха внутри реактора обеспечивают организующей насадкой 7, она служит для уменьшения неоднородности псевдоожиженного слоя, т.е. разрушения крупных газовых пузырей в реакторе. После прогрева катализатора до 750°C в реактор подают иловый осадок сточных вод (ОСВ) влажностью 73-75%. ОСВ подается в реактор через два диаметрально противоположных патрубка (4), вход которых расположен в зоне окисления, ввода угля, ввода илового осадка 22. Патрубки подачи илового осадка 4 в реактор снабжены патрубками дозирования воды 5, что позволяет эффективно контролировать перегревы в реакторе, которые могут происходить из-за неоднородности состава осадка. Постепенно увеличивают расход ОСВ. Температуру в зоне окисления, ввода угля, ввода илового осадка контролируют.По мере повышения температуры уменьшают расход дробленого угля. При выходе на номинальный расход ОСВ (по влажному осадку 6 т/ч) температура в зоне окисления, ввода угля, ввода илового осадка ОСВ поддерживают на уровне 750°C. При полном прекращении подачи дополнительного топлива и дальнейшем повышении температуры слоя выше требуемой (750°C) для термообработки осадка, в патрубок подачи илового осадка 4 через патрубок 5 подают воду.

Через зазоры между трубами 15 воздухораспределителя 12 крупные несгораемые компоненты осадков сточных вод попадают в зону выгрузки 24 в основании корпуса реактора 1, где расположен разгрузочный шнек 18 для выгрузки несгораемых компонентов осадков сточных вод с дальнейшим удалением из реактора без его остановки.

Для уменьшения явления уноса катализатора из реактора вместе с образующимися в результате горения ОСВ дымовыми газами в сепарационной зоне 21 установлен отбойник 10 в форме усеченного конуса с пирамидальным четырехгранным наконечником 11 (Фиг. 3, 4). Отбойник 10 закреплен на корпусе 1 реактора под трубой вывода дымовых газов 9 вниз основанием с меньшим диаметром, в котором закреплен пирамидальный четырехгранный наконечник 11 вершиной вниз с диагональю основания большей, чем диаметр меньшего основания усеченного конуса отбойника. Конструкция отбойника обеспечивает равномерное распределение потока дымового газа по сечению реактора и отсутствие аэродинамических затруднений. Частицы катализатора отбиваются и возвращаются в псевдоожиженый слой. Попавшие в полость конуса отбойника частицы катализатора ссыпаются через зазоры, образованные плоскостью основания наконечника и плоскостью меньшего основания усеченного конуса отбойника. Далее дымовые газы с золой и паром через трубу вывода дымовых газов 9, расположенную в крышке 8, покидают реактор и направляется на последующие стадии технологической цепочки процесса. Скапливающиеся в результате работы реактора несгораемые крупные включения ОСВ удаляются из зоны выгрузки 24 несгораемых компонентов осадков сточных вод при помощи разгрузочного шнека 18, выход из которого снабжен шиберной задвижкой 19. Для выгрузки катализатора из реактора, в его конструкции предусмотрен патрубок слива катализатора 6.

Способ осуществляют следующим образом. Осадок сточных вод с влажностью 75%, подают в нижнюю часть реактора с организованным псевдоожиженным слоем катализатора и инертного материала, разогретый до 750°C. Псевдоожиженный слой создают воздухом, который подают через газораспределительное устройство. Коэффициент избытка воздуха соответствует 1<α ≤ 1,2. При прохождении псевдоожиженного слоя происходит удаление влаги из частиц осадка, прогрев частиц и их термоокислительная переработка на частицах катализатора глубокого окисления органических веществ и CO. Процесс окисления полностью локализуется в слое и не выходит в надслоевое пространство, что позволяет значительно уменьшить габариты аппаратов. Не наблюдается плавления золы и разложения сульфатов металлов. Необходимую температуру слоя поддерживают за счет теплоты сгорания осадка. При недостатке теплоты при влажности осадка выше 75% в слой вводят дополнительное топливо (уголь). При росте температуры процесса до уровня, превосходящего рабочий диапазон, в патрубок подачи кека вводится вода. После слоя, при помощи отбойника, от образующихся в результате горения дымовых газов отделяются частицы катализатора и крупные включения, которые затем возвращаются в слой. Дымовые газы, в свою очередь, покидают реактор и направляются на последующие устройства, составляющие технологическую цепочку процесса термокаталитического окисления иловых осадков сточных вод. Накапливающиеся в нижней части реактора твердые включения удаляются при помощи шнекового транспортера без остановки реактора.

Активность катализатора в реакции окисления CO определяют на приборе «Хемосорб» импульсным методом по температуре 50% конверсии CO.

Пример 1

Гидроксид алюминия типа псевдобемит перемешивают в дистилированной воде с добавлением концентрированной азотной кислоты. Величина кислотного модуля (мольное отношение кислоты к оксиду алюминия) составляет 0.01. Суспензию перемешивают в течение 1 часа. В суспензию добавляют измельченный порошок активного компонента (нанокомпозит, полученный прокаливанием солей нитратов, с поверхностью не менее 10 м²/г, полученный по методике, описанной в работе (Fedorov A.V., Tsapina A.M., Bulavchenko O.A., Saraev A.A., Odegova G.V., Ermakov D.Y., Zubavichus Y.V., Yakovlev V.A., Kaichev V.V., Structure and Chemistry of Cu-Fe-Al Nanocomposite Catalysts for CO Oxidation, Catalysis Letters. 2018. - V.148., N12. - P.3715-3722. DOI: 10.1007/s10562-018-2539-5) с получением пластифицированной массы. Содержание воды в пластифицированной массе составляет 80 мас.%. Капельно формуют в 20 мас.% раствор аммиака через слой углеводородной жидкости. Гранулы сушат на воздухе в течение 24 часов, при 110°С в течение 2 часов и прокаливают при 700°С в течение 1 часа. Полученный катализатор содержит 3.0 мас.% CuO, 50.0 мас.% Fe₂O₃ и 47.0% Al₂O₃.

Температура 50% конверсии CO составляет 215°C. Степень выгорания осадка 98.1%.

Пример 2.

Аналогичен примеру 1. Полученный катализатор содержит 75.0 мас.% Fe₂O₃ и 25.0% Al₂O₃.

Температура 50% конверсии CO составляет 225°C. Степень выгорания осадка 97.5%

Пример 3.

Аналогичен примеру 1. Полученный катализатор содержит 5.0 мас.% Mn₂O₃, 60.0 мас.% Fe₂O₃ и 35.0% Al₂O₃.

Температура 50% конверсии CO составляет 230°C. Степень выгорания осадка 98.5%

Пример 4

Аналогичен примеру 1. Полученный катализатор содержит 4.5 мас.% Cr₂O₃, 60.0 мас.% Fe₂O₃ и 35.5% Al₂O₃.

Температура 50% конверсии CO составляет 230°C. Степень выгорания осадка 98.0%

Пример 5. Аналогичен примеру 1.

Полученный катализатор содержит 4.0 мас.% Co₂O₃, 61.0 мас.% Fe₂O₃ и 35.0% Al₂O₃.

Температура 50% конверсии CO составляет 200 °C. Степень выгорания осадка 98.9%

Пример 6. Аналогичен примеру 1.

Полученный катализатор содержит 4.0 мас.% Co₂O₃, 6.0 мас.% CuO, 55.0 мас.% Fe₂O₃ и 35.0% Al₂O₃.

Температура 50% конверсии CO составляет 180°C. Степень выгорания осадка 99.6%

Пример 7. Аналогичен примеру 1.

Полученный катализатор содержит 7.0 мас.% Mn₂O₃, 3.0 мас.% CuO, 52.0 мас.% Fe₂O₃ и 38.0% Al₂O₃.

Температура 50% конверсии CO составляет 185°C. Степень выгорания осадка 99.3%

Сравнительные характеристики катализаторов глубокого окисления приведены в Таблице.

Таблица

Сравнительные характеристики катализаторов глубокого окисления

Температура достижения 50% конверсии СО, °C Степень выгорания осадка, % Пример 1 215 98,1 Пример 2 225 97,5 Пример 3 230 98,5 Пример 4 230 98,0 Пример 5 200 98,9 Пример 6 180 99,6 Пример 7 185 99,3

Изобретение относится к устройствам и способам утилизации влажных иловых осадков коммунальных очистных сооружений с целью нейтрализации сточных вод (канализации). В частности, изобретение относится к каталитическому реактору для утилизации иловых осадков сточных вод с вертикальным корпусом, с патрубком для подачи катализатора в верхней части корпуса, с последовательно расположенными в нижней части корпуса патрубками ввода илового осадка, шнековой подачи угля и патрубком удаления катализатора, над которыми внутри корпуса, в его средней части, расположена организующая насадка, а в основании корпуса реактора расположен разгрузочный шнек для выгрузки несгораемых компонентов иловых осадков сточных вод, причем отбойник, расположенный в верхней части корпуса реактора под крышкой с трубой вывода дымовых газов, выполнен в форме полого усечённого конуса, при этом усечённый конус отбойника закреплён на корпусе реактора вниз основанием с меньшим диаметром, в котором закреплён пирамидальный четырёхгранный наконечник вершиной вниз с диагональю основания, большей, чем диаметр меньшего основания усечённого конуса отбойника, таким образом, что между плоскостью основания наконечника и плоскостью меньшего основания усечённого конуса отбойника образованы зазоры; в нижней части корпуса реактора между патрубком удаления катализатора и зоной выгрузки несгоревших компонентов осадка с патрубком для разгрузочного шнека расположено воздухораспределительное устройство, которое состоит из двух внешних распределительных коллекторов, расположенных в одной плоскости и параллельно друг другу у диаметрально противоположных стенок корпуса реактора, с отходящими от каждого коллектора через колена по три трубы круглого сечения с перфорационными отверстиями в нижней части стенки. Изобретение также относится к способу утилизации иловых осадков сточных вод, при котором проводят термообработку в псевдоожиженном слое дисперсных частиц катализатора. Техническим результатом представленной группы изобретений является: равномерность кипения слоя; обеспечение вывода крупных компонентов, образованных при сжигании иловых осадков сточных вод из зоны кипящего слоя с дальнейшим удалением из реактора без его остановки; уменьшение выноса материала и катализатора, их налипания на отбойник при работе без изменений перепада давления на отбойнике. Использование высоко активного катализатора влияет на степень выгорания иловых осадков коммунальных очистных сооружений в процессе их сжигания. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл., 7 пр.

1. Каталитический реактор для утилизации иловых осадков сточных вод с вертикальным корпусом, с патрубком для подачи катализатора в верхней части корпуса, с последовательно расположенными в нижней части корпуса патрубками ввода илового осадка, шнековой подачи угля и патрубком удаления катализатора, над которыми внутри корпуса, в его средней части, расположена организующая насадка, а в основании корпуса реактора расположен разгрузочный шнек для выгрузки несгораемых компонентов иловых осадков сточных вод, отличающийся тем, что отбойник, расположенный в верхней части корпуса реактора под крышкой с трубой вывода дымовых газов, выполнен в форме полого усечённого конуса, при этом усечённый конус отбойника закреплён на корпусе реактора вниз основанием с меньшим диаметром, в котором закреплён пирамидальный четырёхгранный наконечник вершиной вниз с диагональю основания, большей, чем диаметр меньшего основания усечённого конуса отбойника, таким образом, что между плоскостью основания наконечника и плоскостью меньшего основания усечённого конуса отбойника образованы зазоры; в нижней части корпуса реактора между патрубком удаления катализатора и зоной выгрузки несгоревших компонентов осадка с патрубком для разгрузочного шнека расположено воздухораспределительное устройство, которое состоит из двух внешних распределительных коллекторов, расположенных в одной плоскости и параллельно друг другу у диаметрально противоположных стенок корпуса реактора, с отходящими от каждого коллектора через колена по три трубы круглого сечения с перфорационными отверстиями в нижней части стенки.

2. Каталитический реактор по п. 1, отличающийся тем, что основание отбойника большего диаметра на 40 % больше диаметра трубы вывода дымовых газов.

3. Каталитический реактор по п. 1, отличающийся тем, что включает два диаметрально противоположных патрубка для подачи илового осадка, в каждый из которых вварен патрубок подачи воды.

4. Каталитический реактор по п. 1, отличающийся тем, что общая площадь перфорационных отверстий в трубах составляет 2,5 % от площади сечения нижней части корпуса реактора.

5. Каталитический реактор по п. 1, отличающийся тем, что трубы круглого сечения с перфорационными отверстиями в нижней части стенки вварены в корпус реактора и свободный заваренный конец каждой из них вставлен в стакан, вваренный снаружи в корпус реактора с противоположной от колена стороны, при этом все перфорированные трубы расположены в одной плоскости и установлены с зазорами между ними, а перфорированная часть трубы находится внутри корпуса реактора.

6. Способ утилизации иловых осадков сточных вод, при котором проводят термообработку в псевдоожиженном слое дисперсных частиц катализатора, отличающийся тем, что осуществляют сжигание влажных иловых осадков сточных вод в каталитическом реакторе, охарактеризованном в п. 1, в присутствии катализатора, причем термообработку проводят путем непрерывной подачи илового осадка в каталитический реактор, в который одновременно подается воздух, необходимый для режима псевдоожижения слоя катализатора.

7. Способ по п. 6, в котором термообработку проводят путем непрерывной подачи илового осадка в каталитический реактор, разогретый до температуры 750°C.

8. Способ по п. 6, в котором катализатор содержит в качестве носителя оксид алюминия в количестве не более 50 мас.%, а в качестве активного компонента Fe₂O₃ в количестве 48-75 мас.%, а также CuO, и/или Mn₂O₃, и/или Co₂O₃, и/или Cr₂O₃ в количестве 2-10 мас.%.