Выбор охлаждающего реагента для отходящих газов установок по сжиганию хлорорганических веществ

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

УДК 536.4+662.2

ВЫБОР ОХЛАЖДАЮЩЕГО РЕАГЕНТА ДЛЯ ОТХОДЯЩИХ ГАЗОВ УСТАНОВОК ПО СЖИГАНИЮ ХЛОРОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ

ПЕТРОВ В.Г., ЧЕЧИНА А.А., ПЕТРОВА Т.Е.

Институт прикладной механики УрО РАН, Россия, Ижевск

АННОТАЦИЯ. На основании термодинамических расчетов реакций взаимодействия хлора с водой и щелочным раствором показано, что использование щелочного раствора является предпочтительным при охлаждении отходящих газов установок по сжиганию отходов, содержащих хлорорганические вещества, методом мокрой очистки в скруббере с точки зрения минимизации выбросов полихлорированных бифенилов, дибензо-п-диоксинов и дибензофуранов.

ВВЕДЕНИЕ

При сжигании хлорорганических веществ возможно образование полихлорированных бифенилов, дибензо-п-диоксинов и дибензофуранов (ПХБ, ПХДД/Ф), что является одной из проблем обезвреживания такого вида отходов. Ранее нами теоретически были обоснованы условия, при которых в методе сжигания хлорорганики количество выбросов диоксинов должно соответствовать нормам Европейского Союза (0,1 нг/нм в токсическом эквиваленте) [1]. На рис.1 показана общая схема организации уничтожения хлорорганических отходов методов сжигания для минимизации выбросов диоксинов. Одним из условий такого процесса является быстрое охлаждение отходящих газов установок по сжиганию в интервале температур Т= 500-800 К. Охлаждение, в частности, может осуществляться при мокрой очистке отходящих газов в скруббере [2]. В данной статье рассмотрено использование различных реагентов для мокрой очистки отходящих газов и быстрого их охлаждения.

ПЕТРОВ В.Г., ЧЕЧИНА А.А., ПЕТРОВА Т.Е.

Рис.1. Общие рекомендации для соответствия выбросов установок по сжиганию хлорорганических отходов нормативу Европейского Союза по содержанию ПХДД/Ф

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Исходя из общих представлений, одной из причин образования ПХБ, ПХДД/Ф является наличие свободного хлора в газах, образующихся при сжигании хлорорганических веществ. На рис.2 приведена вероятная схема синтеза ПХБ, ПХДД/Ф в отходящих газах установок по сжиганию [3].

Охлаждение отходящих газов установок по сжиганию диоксиногенных отходов в скруббере может осуществляться водой или различными растворами. Рассмотрим с точки зрения образования ПХДД/Ф использования для охлаждения отходящих газов воды и щелочного раствора. Приняв, что причиной образования ПХДД/Ф является свободный хлор в отходящих газах, рассчитаем термодинамику следующих реакций:

2С12 + 2Н20 ~ 4НС1 + 02 ;

2С12 + 4ШОН ~ 4ШС1 + 2Н2О + О2

В табл. и на рис.3 приведены значения АG° этих реакций. Из табл. и рис.3 видно, что равновесие реакции (1) при Т= 500-800 К сдвинуто влево, в сторону исходных веществ. Таким образом, использование воды для охлаждения отходящих газов не приводит к снижению содержания хлора. Использование же щелочного раствора для охлаждения отходящих газов установок по сжиганию диоксиногенных отходов имеет большую привлекательность с точки зрения снижения образования ПХДД/Ф и их аналогов, т.к. приводит к уменьшению содержания хлора в таких газах.

ПРОДУКТЫ СГОРАНИЯ СО, СО2, Н2, Н2О, О2, На,а2

I

I

Рис.2. Схема образования ПХБ, ПХДД/Ф в продуктах сгорания хлорорганических веществ в зоне охлаждения установок по сжиганию

Таблица

Зависимость АG0 реакций (1,2) от температуры

Т, К А G0, кДж/моль

реакция

298,15 76,0 - 475,5

300 75,7 - 475,8

400 62,5 - 492,6

500 48,8 - 509,3

600 34,7 - 526,0

700 20,2 - 542,8

800 5,2 - 559,5

900 -10,2 - 576,3

1000 -26,1 - 593,0

1100 -42,5 - 609,7

1200 -59,5 - 626,5

ПЕТРОВ В.Г., ЧЕЧИНА А.А., ПЕТРОВА Т.Е.

к/к/ыокь go

60

ko

2-0

- 2.0 -40 -60 - ЙО

Рис.3. AGr° реакций (1,2) в зависимости от температуры

ВЫВОДЫ

При изучении термодинамики реакций взаимодействия хлора с водой и щелочью, показано, что использование растворов щелочи является предпочтительным с точки зрения снижения вероятности образования ПХБ, ПХДД/Ф при охлаждении отходящих газов установок по сжиганию хлорорганических веществ.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Petrov V.G., Chechina A.A. The analysis conditions of formation polychlorinated dioxins and furans in zones of cooling of incinerators for arms destruction // Proc. of NBC 2006 Int. Symposium. -Tampere, Finland. 2006. -Р.263-270.

2. Дытнерский Ю.И. Процессы и аппараты химической технологии. Ч.1. Теоретические основы процессов химической технологии. Гидромеханические и тепломеханические процессы и аппараты. - М. : Химия. 1995. -400 с.

3. Ballschmiter K., Swerev M. Reaction pathways for the formation of polyclorodibenzodioxins (PCDD) and -furans (PCDF) in combustion processes // Z.Anal.Chem. -1987. -V.328. -P.125-127.

SUMMARY. On the basis of thermodynamic calculations of reactions of chlorine with water and an alkaline solution it is shown, that use of an alkaline solution is preferable at cooling departing gases of installations for incinerating of the waste products, which contain of chlororganic substances, at a method of wet clearing in a scrubber from the point of view of minimization of emissions polychlorinated biphenyls , dibenzo-p-dioxins and dibenzofurans.