МОБИЛЬНАЯ ПЛАЗМЕННАЯ УСТАНОВКА УТИЛИЗАЦИИ ТОКСИЧНЫХ ОТХОДОВ

Полезная модель относится к устройствам для термического, с помощью плазмы, обезвреживания отходов путем пиролиза и может быть использована при переработке бытовых и промышленных отходов, и последующего получения тепловой и электрической энергии.
Термическая переработка твердых отходов - это единственная гарантия уничтожения опаснейших биологических, биохимических, химических и других токсичных отходов.
Применение низкотемпературной плазмы - одно из перспективных направлений в области утилизации опасных отходов. Посредством плазмы достигается высокая степень обезвреживания токсичных отходов различного происхождения, в том числе отходов химической промышленности, включая галлоидосодержащие органические соединения и отходы медицинских учреждений. Этим методом ведется переработка твердых, пастообразных, жидких, газообразных; органических и неорганических; радиоактивных среднего и низкого уровня активности; бытовых; канцерогенных веществ, на которые установлены жесткие нормы ПДК в воздухе, воде, почве и др.
Обезвреживание отходов путем плазмотермической переработки позволяет также получать вторичную товарную продукцию. Например, из жидких хлорорганических отходов можно получать ацетилен, этилен, HCl и другие продукты на их основе, без образования вторичных супертоксикантов - диоксинов, фуранов и полихлорированных бифенилов.
Известно оборудование для переработки отходов, содержащих испаряющиеся органические материалы. При его работе в плазменную воздушную струю, поступающую в реактор, вводят испаренные отходы и предварительно нагретый воздух или кислород. Испарение отходов и предварительный нагрев воздуха производятся за счет использования тепла продуктов пиролиза, поступающих из реактора в теплообменники, которые одновременно выполняют роль закалочных устройств (US 4438706, МКИ F23G 7/04 от 27.03.1984).
Основным недостатком данного оборудования является использование теплообменников для закалки продуктов пиролиза. Снижение температуры газа при таком способе закалки происходит с низким темпом. При этом в продуктах пиролиза могут образовываться вторичные высокотоксичные соединения.
Известна установка для плазменной переработки отходов, которая содержит плазмокаталитический реактор, содержащий плазменный генератор, реакционную камеру, форсунку и патрубки ввода сырья и вывода продуктов, отличающийся тем, что плазменный генератор, реакционная камера и дисковая форсунка расположены горизонтально на одной осевой линии, причем плазменный генератор и дисковая форсунка присоединены к реакционной камере с противоположных сторон, дисковая форсунка содержит приводной вал, на котором установлены внешняя камера с дисками-эмульгаторами и внутренняя камера, содержащая втулку с отверстиями и диск-диспергатор, соединенные между собой корпусом с расположенным на нем уплотнительным кольцом, а реакционная камера содержит кварцевую трубу и водоохлаждаемый корпус с расположенным на нем патрубком вывода продуктов утилизации (RU 2218378, кл. C10G 15/12, 09.12.2002).
Недостатком этой установки является ограничение по мощности из-за использования для нагрева ВЧ-плазмотрона, возможность использования в качестве отходов только диспергированных горючих водотопливных композиций.
Известна установка для переработки отходов, содержащая прямоточный плазменный реактор, устройство для генерации плазмы - электродуговой плазмотрон, систему очистки отходящего газа (Материалы 4-й Международной конференции "Сотрудничество для решения проблемы отходов", Мобильная плазменная установка для уничтожения токсичных галоген-органических отходов, 2007 г., Харьков, Украина).
Однако, известная установка характеризуется низкой производительностью по переработке отходов, высокими энергетическими и материальными затратами из-за недостаточно эффективной организации процессов смешения и нагрева отходов, поступающих на переработку, плазмой, большими тепловыми потерями.
Наиболее близким по технической сущности - прототипом является установка для плазменной переработки отходов (RU 2108517, кл. F23G 5/00, 10.04.98). Установка включает печь пиролиза с плазмотроном с автономным источником электропитания, системы очистки пирогаза, линию водоподготовки, теплообменник энергетический блок, включающий электрогенераторы.
Однако, если используется малогабаритный реактор, то при перемешивании во входной его части обезвреживаемых веществ и воздуха со струей плазмы, имеющей в ядре потока температуру значительно выше 5000°C и являющейся электропроводной, возникает опасность касания токопроводящего ядра плазменной струи стенки реактора и замыкания на нее дугового разряда. В этом случае стенка начнет плавиться и разрушаться.
При длительной переработке отходов, содержащих в своем составе большое количество галогенов, происходит быстрое насыщение водного щелочного раствора соответствующими солями и их выпадение в осадок в системе нейтрализации, что приводит к необходимости остановки процесса для удаления указанных солей.
Техническим результатом созданной полезной модели является повышение эффективности переработки и расширение спектра переработки отходов.
Для достижения заявленного технического результата предлагается мобильная плазменная установка утилизации токсичных химических отходов различного происхождения, в том числе и полимерных, выполненная в транспортируемом автомобильном контейнере, включающая, имеющий автономный источник питания электродуговой плазмотрон, генерирующий плазменную струю поступающую в противоточный плазменный реактор, выполненный двухступенчатым, первая ступень которого соединена с системами подачи жидких отходов, охлаждающей воды и плазмообразующего газа, а вторая ступень реактора с входом в камеру дожигания продуктов, выходящих с первой ступени реактора и через нее с закалочным модулем, соединенным с центробежно-барботажным аппаратом, связанным с емкостью раствора щелочи, снабженной системой теплообменников и ионнообменным фильтром, соединенным через вытяжной вентилятор с выхлопной трубой для отвода отходящих газов.
На рис.1 дана схема предлагаемой плазменная установки утилизации токсичных отходов, где 1 - компрессор воздушный, 2 - реактор плазменный противоточный - первая ступень плазменного аппарата с форсункой для подачи и диспергирования отходов, 3 - секция закалочного модуля для подачи воздуха, 4 - секция закалочного модуля для подачи воды, 5 - секция закалочного модуля для подачи раствора щелочи, 6 - бункер закалочного модуля - вторая ступень плазменного аппарата, 7 - плазмотрон, 8 - источник электропитания плазмотрона, 9 - центробежно-барботажный аппарат (ЦБА), 10 - ионообменный фильтр, 11 - вытяжной вентилятор и выхлопная труба для отвода очищенных газов, 12 - емкость раствора щелочи с системой теплообменников, 13 - калорифер с принудительным охлаждением, 14 - емкость жесткой охлаждающей воды, 15 - емкость с отходами.
Установка работает следующим образом.
Пример 1.
3
3
Промышленные сточные воды производства эпоксидных смол. Химический состав и теплофизические свойства отходов использованных промышленных сточных вод: плотность при 20°C, 1.1-1.2 г/см, содержание примесей: толуол 2 г/л, эпихлоргидрин 0.4 г/л, хлористый натрий 15 г/л, смолистые вещества 0.7 г/л, взвешенные вещества 250 г/л. Расход промышленных сточных вод указанного состава поддерживался на уровне 2,5 г/с. Воздух в форсунку, установленную в реакторе 2, подается с расходом 5,0 г/с. Диспергированные форсункой отходы, после смешения с воздухом, подаются в реактор, объем которого составляет 0,075 м.
3
3
3
3
3
3
3
x
2
2
В плазмотрон подается воздух с расходом 12,0 нм/ч. Мощность плазмотрона 65 кВт, среднемассовая температура плазменной струи, истекавшей в реактор, равняется 5300°C. Время пребывания реагирующей смеси составляет 2,5 мс. Продукты плазменного пиролиза, имевшие температуру 1900°C, подвергаются закалке холодным воздухом, подаваемым с расходом 100 нм/ч. Температура отходящих из реактора газов, на входе в ЦБА, 120-500°C. Состав отходящих газов: NO=300-390 мг/м, SO=160-220 мг/м, HS=45-160 мг/м, CH=12-14 мг/м, CO=0 мг/м.
Пример 2.
Переработка имитационных составов с использованием фтористого калия. Технологический процесс реализован на установке, где дожигание и закалка отходящих газов также проводят в специальной камере дожигания, которая представляет собой вторую ступень плазменного реактора. Установка прошла испытания с использованием имитационных составов содержащих химические элементы, аналогичных составу реакционных масс (РМ). Имитатор реакционной массы - взвесь 10% фтористого калия (KF) в дизельном топливе (ДТ). Фтористый калий является токсичным веществом 2 класса опасности.
3
3
3
Параметры работы установки при переработке имитационных составов с использованием фтористого калия. Электрическая мощность плазмотрона 60 кВт, расход плазмообразующего газа - воздуха 15 нм/ч, производительность по отходам 22,4 кг/ч, температура процесса в зоне смешения реактора 1750°C, количество сухих газов на выходе из установки 1000 нм/ч, концентрация пыли в сухих газах на выходе из установки 25,8 мг/м, суммарное количество пыли в сухих газах на выходе из установки 0,542 кг/ч, температура газов на выходе из установки 85°C.
В продуктах переработки токсичных отходов на выходе из двухступенчатого плазменного реактора и после закалки их в трехступенчатом закалочном модуле, при использовании в качестве закалочной среды воздуха, воды и щелочи, не обнаружено фтористого калия. Это подтверждает работоспособность и эффективность предложенного способа и предлагаемого устройства плазмотермического обезвреживания токсичных отходов.
Плазменная установка утилизации токсичных отходов выполнена компактной, является мобильной путем ее помещения в транспортируемом автомобильном контейнере для перемещения в необходимое для утилизации отходов место.
Применение в установке трехсекционного закалочного модуля позволяет обеспечить утилизацию отходов различного происхождения комбинированной закалкой путем одновременной, последовательной или периодической подачи закалочных сред в виде воздуха, воды или раствора щелочи.
Присутствие центробежно-барботажного аппарата и ионнообменого фильтра, позволяет существенно повысить эффективность процессов пиролиза и окислительного пиролиза в реакторе, уменьшить его габариты и увеличить производительность при меньших энергозатратах. Кроме этого, обеспечивается практически полное уничтожение токсичных компонентов отходов и очистка отходящих продуктов на выходе из реактора.
Система подачи отходов с последующим смешением и нагревом в воздушном плазменном потоке в двухступенчатом реакторе по схеме противотока дает возможность обезвреживания газообразных, жидких и дисперсных токсичных отходов различного происхождения (в том числе высокого класса опасности).
Таким образом, за счет выполнения противоточного плазменного аппарата двухступенчатым, закалочного модуля трехсекционным и наличия центробежно-барботажного аппарата в сочетании с ионнообменным фильтром достигается заявленный технический результат созданной полезной модели - повышение эффективности переработки и расширение спектра переработываемых отходов.