СПОСОБ УТИЛИЗАЦИИ ТВЕРДЫХ ТОКСИЧНЫХ ЗОЛЬНЫХ ОТХОДОВ С ФИЛЬТРОВ МУСОРОСЖИГАТЕЛЬНЫХ ЗАВОДОВ
METHOD OF DISPOSAL OF SOLID TOXIC ASHY WASTES FROM INCINERATOR PLANT FILTERS

Изобретение относится к области утилизации твердых токсичных отходов и может быть использовано для утилизации отходов систем газоочистки мусоросжигательных заводов (МСЗ) путем их термической обработки.
8
Известен способ утилизации твердых токсичных зольных отходов с фильтров МСЗ (JP 2000176414 А, опублик. 27.06.2000). Способ обеспечивает детоксикацию тяжелых металлов в твердых зольных отходах и летучей золе при низких затратах. Способ включает вакуумный нагрев золы, отвод газа, образующегося на стадии вакуумного нагрева золы, подачу инертного газа для охлаждения вакуумного нагревателя. Нагрев золы в вакууме предпочтительно производить при температуре 1600-1800°С и давлении до 4,8×10 Па.
Недостатком известного изобретения является детоксикация золы только от тяжелых металлов, так как при заявленных условиях хлорорганические соединения из золы в вакууме десорбируются и диссоциируют в газовой фазе, а при последующем охлаждении в газовой фазе возникают рекомбинантные диоксины. Эти диоксины попадают вновь в систему газоочистки и вновь сорбируются золой и активированным углем. Таким образом, деструкции диоксинов и окончательной детоксикации по заявленному способу не происходит.
Прототипом предложенного изобретения является способ утилизации твердых токсичных зольных отходов с фильтров МСЗ (JP 2002081631, опублик. 22.03.2002), который направлен на снижение концентрации диоксинов в золе мусоросжигательной печи.
Согласно изобретению образующаяся после зоны горения отходов в мусоросжигательной печи зола посредством конвейера через шлюз поступает во вторую вращающуюся печь вместе с высокотемпературными отходящими газами. В печи организуется процесс нагрева шлака и золы при повышенном давлении, который препятствует десорбции токсичных веществ, тем самым нейтрализует золу.
Недостатком известного способа является достаточно сложная технология, требующая довольно сложного оборудования в виде дополнительной вращающейся печи, в которой происходит нагрев не только токсичной золы, составляющей менее 1% от массы сжигаемых отходов, но и нетоксичного шлака, составляющего до 30%. При этом возможно загрязнение нетоксичного шлака путем диффузии токсичными соединениями и элементами.
В изобретении достигается технический результат, заключающийся в повышении экологической безопасности МСЗ за счет детоксикации твердых токсичных остатков газоочистки мусоросжигательных установок с получением нетоксичных стабильных классифицированных природных минералов.
Указанный технический результат достигается следующим образом.
В способе утилизации твердых токсичных зольных отходов с фильтров мусоросжигательного завода подачу твердых токсичных зольных отходов осуществляют в шнековый реактор, установленный внутри печи мусоросжигательного завода над колосниковыми решетками после зоны горения.
Твердые токсичные зольные отходы перемещают конвейером шнекового реактора с одновременной подачей в шнековый реактор инертного газа под давлением, превышающим давление насыщения токсичных хлорсодержащих компонентов золы и препятствующим десорбции этих компонентов с поверхности частиц токсичных зольных отходов. При движении по конвейеру проводят нагревание токсичных зольных отходов до температуры, при которой происходит процесс детоксикации с образованием твердых нетоксичных стабильных природных минералов. Подачу полученных минералов осуществляют на дальнейшую утилизацию.
5
5
В способе инертный газ подают под давлением от 1,12×10 Па до 1,16×10 Па.
Кроме того, температура нагрева токсичных зольных отходов при движении по конвейеру составляет от 750°С до 900°С.
В результате термообработки твердых токсичных зольных отходов в инертной среде происходит деструкция диоксинов и образование стабильных нетоксичных хлорсодержащих природных минералов:
12
10,6
3,4
32
5,6
Са(AlSiO)Cl - Вадалита (Wadalite),
9,4
4
3
4
3
0,8
Са(SO)(SiO)Cl - Хлореллштадита 2 (Clorellstadite 2);
10
4
3
4
3
2
Са·(SO)(SiO)Cl - Хлореллштадита 1 (Clorellstadite 1);
CaOHCl - гипохлорида натрия;
NaCl - хлористого натрия;
KCl - хлористого калия.
При проведении процесса по предлагаемому способу диоксины не десорбируются с поверхности частиц золы мусоросжигательного завода в газовую фазу, а происходит разрушение токсичных соединений в твердой фазе и переход образовавшегося свободного хлора в идентифицированные природные нетоксичные минералы, что подтверждается отсутствием хлора в газовой фазе при приведении процесса по предлагаемому способу.
Изобретение поясняется чертежом, на котором показана технологическая схема термической детоксикации зольных отходов с фильтров МСЗ.
На чертеже изображены печь 1 сжигания отходов, герметичный шнековый реактор 2, электродвигатель 3, шлюз 4, трубчатый теплообменник 5, линия 6 подачи инертного газа, линия 7 подачи золы с фильтров, шлак 8, зола 9 после термообработки.
Изобретение осуществляется следующим образом.
Твердые токсичные зольные отходы подают по линии 7 в герметичный шнековый реактор 2, установленный в подовой части печи 1 сжигания отходов 1 МСЗ под переталкивающими решетками.
Зола, двигаясь по конвейеру реактора 2, нагревается до температуры, при которой происходит процесс детоксикации с образованием твердых нетоксичных стабильных природных минералов, к которым относятся:
12
10,6
3,4
32
5,6
Са(AlSiO)Cl - Вадалит (Wadalite);
9,4
4
3
4
3
0,8
Са(SO)(SiO)Cl - Хлореллштадит 2 (Clorellstadite 2);
10
4
3
4
3
2
Са·(SO)(SiO)Cl - Хлореллштадит 1 (Clorellstadite 1);
CaOHCl - гипохлорид натрия;
NaCl - хлористый натрий;
KCl - хлористый калий.
Температура нагрева токсичных зольных отходов при движении по конвейеру 2 составляет от 750°С до 900°С. В соответствии с результатами проведенных предварительно экспериментов и расчетов этот температурный интервал соответствует максимальным скоростям реакций диссоциации токсичных хлорсодержащих компонентов золы и максимальным скоростям реакций образования твердых нетоксичных стабильных природных минералов. При снижении температуры ниже 750°С время процесса детоксикации значительно увеличивается. Тем самым снижается экономическая эффективность предлагаемого процесса. При превышении температуры выше 900°С зону реакции детоксикации необходимо дополнительно нагревать внешним источником тепла, тогда как при температуре ниже 900°С, источником нагрева в зоне реакции являются отходящие газы в мусоросжигательной печи.
5
5
Одновременно в шнековый реактор 2 по линии 6 подают инертный газ под давлением, превышающим давление насыщения токсичных хлорсодержащих компонентов золы и препятствующим десорбции этих компонентов с поверхности частиц токсичных зольных отходов. Указанное давление инертного газа составляет от 1,12×10 Па до 1,16×10 Па. В этом диапазоне давлений переход в газовую фазу продуктов диссоциации токсичных хлорсодержащих соединений невозможен и они вступают в реакции синтеза с твердыми компонентами продуктов газоочистки, такими как гидроксид кальция, активированный уголь, диоксид кремния и оксид алюминия. В результате реакций синтеза и образуются твердые нетоксичные стабильные природные минералы.
Полученные нетоксичные стабильные природные минералы подают на дальнейшую утилизацию вместе с нетоксичным шлаком.
Отходящий нагретый инертный газ, например аргон, поступает в водяной трубчатый теплообменник 5, где охлаждается и возвращается в шнековый реактор 2 для создания защитной инертной атмосферы.
Пример реализации изобретения проиллюстрирован в таблице 1, где представлены концентрации твердых нетоксичных стабильных природных минералов на различных стадиях нагрева токсичных хлорсодержащих компонентов золы МСЗ №2 в Москве.
Как следует из представленных в таблице результатов, полнота процесса детоксикации соответствует 100%.
Таблица 1
T°С
20°С
300°с
600°С
900°C
Концентрация, об.%
Общ.%
Cl,%
Общ.%
Cl,%
Общ.%
Cl,%
Общ.%
Cl,%
NaCl
7.14
4.3328
6.63
4.0212
7.48
4.53630
6.65
4.0317
KCl
3.07
1.4605
1.88
0.8947
3.08
1.4651
5.41
2.5735
Clorestadite 1
7.15
0.4525
6.61
0.418834
4.88
0.3093
0
0
Clorestadite 2
5.62
0.1514
0.17
0.004715
13.11
0.35285
25.97
0.69914
Wadalite
0
0
0
0
0
0
10.07
0.121214
CaClOH
3.18
1.21870
4.21
1.61338
1.270
0.48678
1.816
0.69572
Токсичные хлорорганические соединения
1-4
0.44044-1.76176
0
0
0
0
0
0
Итого:
100%
<maths num="1"><math display="block"><mrow><mi>Δ</mi><mrow><mo>|</mo><mrow><mfrac><mrow><mn>18.7</mn></mrow><mrow><mn>5.3</mn></mrow></mfrac></mrow><mo>|</mo></mrow></mrow></math><img file="00000001.tif" he="13" wi="14" img-content="undefined" img-format="tif" /></maths>
<maths num="2"><math display="block"><mrow><mi>Δ</mi><mrow><mo>|</mo><mrow><mfrac><mrow><mn>23.75</mn></mrow><mrow><mn>11.25</mn></mrow></mfrac></mrow><mo>|</mo></mrow></mrow></math><img file="00000002.tif" he="13" wi="17" img-content="undefined" img-format="tif" /></maths>
<maths num="3"><math display="block"><mrow><mi>Δ</mi><mrow><mo>|</mo><mrow><mfrac><mrow><mn>13.41</mn></mrow><mrow><mn>0.8</mn></mrow></mfrac></mrow><mo>|</mo></mrow></mrow></math><img file="00000003.tif" he="13" wi="16" img-content="undefined" img-format="tif" /></maths>