способ утилизации отходящих газов при сжигании токсичных промышленных отходов

Формула изобретения

Способ утилизации отходящих газов при сжигании токсичных промышленных отходов путем пропускания их через слой расплава неорганического соединения металла, находящегося в реакторе, в присутствии газа-окислителя, отличающийся тем, что в качестве неорганического соединения металла используют смесь гидроксидов щелочных металлов, а газ-окислитель, предварительно поданный с избытком не менее 3% к общему объему отходящих газов при дожигании отходов, направляют в расплав вместе с отходящими газами, при этом отходящие газы подают снизу так, чтобы время контакта с расплавом составляло не менее 1 с, а слой расплава равен 0,5-0,8 высоты реактора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к переработке токсичных промышленных отходов, более конкретно к процессу обеззараживания отходов средств защиты растений, в частности с истекшим сроком хранения или запрещенных к применению.

Известен способ утилизации хлора при переработке хлорсодержащих соединений (патент США №5678244, МКл. A 62 D 3/00, 1997 год). Способ предусматривает разложение хлорсодержащих соединений в металлическом расплаве в присутствии жидкой стекловидной фазы, включающей оксиды кальция, алюминия и кремния, с образованием неорганических комплексных соединений хлора.

Недостатками способа являются технологическая сложность проведения процесса в металлическом расплаве, что обусловливает высокие температуры порядка 1400-1700°С.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ переработки токсичных промышленных продуктов, в частности отравляющих веществ и побочных продуктов химических производств (заявка на выдачу патента РФ №95119186, МКл. A 62 D 3/00, 1997 год). Известный способ включает нагрев при температуре 1000-1700°С токсичных продуктов в присутствии газообразного окислителя в расплаве, содержащем оксиды щелочноземельных металлов. При этом выделяющиеся газообразные продукты перед удалением пропускают через слой этого же расплава. Температуру расплава поддерживают путем непосредственного пропускания через него электрического тока, газообразный окислитель подогревают путем пропускания через него электрического заряда. В качестве расплава используют отвальные металлургические шлаки.

К недостаткам известного способа относится следующее. Ведение процесса при температуре 1000-1700°С, во-первых, обусловливает повышенное давление паров образующихся токсичных соединений, что в свою очередь требует дополнительных очистных сооружений; во-вторых, приводит к повышенным энергетическим затратам, резкому снижению долговечности футеровки реактора. Использование прямого нагрева расплава путем пропускания электрического тока предполагает применение графитовых (угольных) электродов, которые под воздействием газа-окислителя будут активно окисляться, следовательно, необходимо их постоянное наращивание. Кроме того, узел ввода электродов выполнен герметичным для поддержания необходимого уровня расплава, что приводит к усложнению конструкции и снижению надежности.

Таким образом, перед авторами стояла задача разработать технологически простой и экологически надежный способ утилизации отходящих газов при сжигании токсичных промышленных отходов.

Поставленная задача решена в предлагаемом способе утилизации отходящих газов при сжигании токсичных промышленных отходов путем пропускания их через слой расплава неорганического соединения металла, находящегося в реакторе, в присутствии газа-окислителя. В качестве неорганического соединения металла используют смесь гидроксидов щелочных металлов, а газ-окислитель, предварительно поданный с избытком не менее 3 объем.% при дожигании отходов, направляют в расплав вместе с отходящими газами, при этом отходящие газы подают снизу так, чтобы время контакта с расплавом составляло не менее 1 с, а слой расплава равен 0,5-0,8 от высоты реактора.

В настоящее время из патентной и научно-технической литературы не известен способ утилизации отходящих газов при сжигании токсичных промышленных отходов, в котором отходящие газы пропускают через расплав, содержащий смесь гидроксидов щелочных металлов, а газ-окислитель, предварительно поданный с избытком не менее 3 объем.% к общему объему отходящих газов при дожигании отходов, направляют в расплав вместе с отходящими газами, при этом отходящие газы подают снизу так, чтобы время контакта с расплавом составляло не менее 1 с, а слой расплава равен 0,5-0,8 от высоты реактора.

Высокотемпературное сжигание является наиболее эффективным методом обезвреживания токсичных отходов, в частности средств химической защиты растений - пришедшие в негодность пестициды, инсектициды и др. Отходы подвергают интенсивному термическому воздействию, в результате которого происходит процесс термоокислительной деструкции сложных веществ, идут процессы пиролиза с выходом летучих продуктов, обладающих токсическими свойствами. Образующиеся продукты сгорания отходов дополнительно дожигают в окислительной среде до практически полного разложения хлорорганических. и других вредных газообразных химических соединений до простых окислов. Отходящие дымовые газы содержат НСl, Cl₂, SO₂, NO_x, CO, CO₂, N₂, O₂, Н₂ О - продукты пиролиза токсичных веществ, которые для полной конверсии утилизуют предлагаемым способом путем пропускания через расплав, содержащий смесь гидроксидов щелочных металлов.

Отработанный расплав будет содержать Nacl, KCl, Na₂SO₄ , K₂SO₄, NaNO₃, КNО₃ . При этом для полного улавливания всех токсичных компонентов необходимо соблюдение режимов и параметров предлагаемого способа. Так, если избыток газа-окислителя задать в процессе дожигания отходов менее 3 объем.%, то при поступлении его с отходящими газами в расплав количество окислителя будет недостаточным для полного переведения сульфитов и нитритов щелочных металлов в сульфаты и нитраты соответственно, а также для окисления оксида азота (II) в NO₂, также необходимого для переведения нитритов в нитраты. Процесс поглощения расплавом всех токсичных компонентов идет наиболее полно, обеспечивая практически их полное улавливание, при подаче отходящих газов и газа-окислителя снизу, при этом время контакта с расплавом составляло не менее 1 с, а слой расплава равен 0,5-0,8 от высоты реактора.

Предлагаемый способ может быть осуществлен следующим образом.

Отходящие газы вместе с газом-окислителем, избыток, заданный при дожигании отходов, которого составляет не менее 3 объем.%, подают в реактор, где находится расплав смеси гидроксидов щелочных металлов при температуре 600-700°С. Исходные компоненты расплава предварительно загружают в реактор. В период пуска реактора плавление исходных компонентов осуществляют с помощью пускового подогревателя, представляющего собой печь, выложенную огнеупорным кирпичом, куда вмонтированы панельные горелки, розжиг горелок осуществляют в обычном порядке. В качестве топлива используют природный газ. Исходные компоненты расплава представляют собой сыпучий продукт, который загружают в реактор постепенно по мере плавления. После разогрева реактора и полного плавления компонентов расплава подача топлива и воздуха в горелки прекращается. В подготовленный реактор производят подачу утилизируемого газа и охлаждающего воздуха. Дальнейшая работа реактора происходит в автотермическом режиме. Тепло, выделяющееся в процессе реакций, отводится охлаждающим воздухом. Утилизируемая смесь отходящих газов и газа-окислителя поступает в придонную часть реактора с расплавом, при этом высота расплава составляет 0,5-0,8 от высоты реактора. Подаваемый одновременно с газами в реактор охлаждающий воздух барботирует расплав. Отходящий из реактора газ после его контакта с расплавом в течение не менее 1 с, охлаждается в теплообменнике с целью утилизации, а затем с температурой 200-300°С поступает в охлаждающий газоход, где происходит его дальнейшее охлаждение до температуры 70-80°С, после чего водокольцевым вакуум-насосом он выбрасывается в атмосферу. По мере срабатывания расплава, а также в результате значительного увеличения в расплаве концентрации твердых примесей за счет поглощения пыли расплав необходимо заменять. Для этого прекращают подачу газа и воздуха и производят слив расплава.

Предлагаемый способ иллюстрируется следующим примером.

Пример 1. В реактор предварительно загружают сыпучую смесь 1500 кг NaOH и 1500 кг КОН, смесь нагревают до получения однородного расплава с температурой 600°С. Для разогрева и плавления расплава потребовалось 81,8 м³ природного газа. Утилизируемые отходящие дымовые газы после сжигания 20800 кг рамрода (C₁₁H₁₄ CINO) в смеси с воздухом, расход которого при сжигании рамрода составляет 3,54 л³/кг (избыток воздуха в этом случае равен 3 объем.%), подают в реактор с расплавом. Состав дымовых газов, объем.%: N₂ -73,72; СO₂ - 11,14; SO₂ - 0,002; H₂O - 9,76; HCl - 0,28; О ₂ - 5,09; NO_x - 0,008. Температура дымовых газов 600°С. Объемный расход - 430 м³/ч. Количество воздуха, подаваемого на охлаждение и барботаж расплава, составляет 153,1 кг/ч. После 1040 часов работы расплав в количестве 4096 кг содержит: 1631 кг NaCl, 2076 кг К₂Сl, 36 кг K ₂SO₄, 30 кг Na₂SO₄, 82 кг Na₂СО₃, 109 кг К₂СО₃ , 61 кг NaNO₃, 71 кг КNО₃.

Таким образом, предлагаемый способ утилизации отходящих дымовых газов при переработке промышленных отходов, в частности средств защиты растений, обеспечивает полное улавливание всех токсичных компонентов, входящих в состав обезвреживаемых отходов, и его реализация обеспечивает безопасность как для персонала, так и для окружающей среды.