СИСТЕМА НЕЙТРАЛИЗАЦИИ АВАРИЙНЫХ ВЫБРОСОВ ГАЗООБРАЗНОГО ХЛОРА С РАСТВОРНЫМ БЛОКОМ

Изобретение относится к области нейтрализации газообразного хлора и может быть использовано на предприятиях, применяющих хлор, для нейтрализации аварийных выбросов в воздух хлора с одновременной регенерацией абсорбента, для обеспечения безопасности людей, находящихся в помещении, где хранится жидкий хлор или установлены устройства дозирования хлора.
Известны адсорбционные и абсорбционные устройства нейтрализации хлора и массообменные аппараты, применяемые для этих целей. (Химическая энциклопедия Т.1, М. 1992, стр.4-14, 52-62 и Т.3, М. 1992, стр.335-339). Адсорбционные устройства для нейтрализации хлора - адсорберы, где в качестве адсорбента применяют твердые среды (технические активированные угли), по степени нейтрализации считаются достаточно эффективными, но имеют существенные недостатки: не являются технологичными, так как требуют больших объемов адсорбентов, соответственно, габариты этого оборудования весьма значительны, а после регенерации адсорбента, которую обычно проводят водяным паром, снова выделяется хлор и снова встает задача его нейтрализации.
2
3
2
3
2
3
Абсорбционные устройства для нейтрализации хлора - абсорберы или насадочные колонны традиционно используются в типовых проектах хлораторных и складах хлора, где в качестве абсорбента применяют жидкие щелочные среды (NaOH, NaCO, Ca(ОН), СаСO и др.) В насадочной колонне поглощающая хлор щелочная жидкость (NaOH, NaСО) подается на насадку сверху через распределитель, а снизу противотоком подается воздух, загрязненный хлором. При столкновении потоков газа и жидкости на развитой поверхности насадки, смоченной поглощающей жидкостью, происходит взаимодействие хлора и жидкости. Очищенный от хлора воздух идет на выход, а поглощающий раствор перетекает в сливную камеру и выводится из колонны. Насадочная колонна для очистки газов содержит корпус с патрубками для ввода и вывода газа и жидкости, группу поддерживающих решеток, на которых размещены насадки, распределитель и перераспределители жидкости и камеру слива жидкости.
3
3
По Регламенту Окского водозабора г.Калуги в основу системы аварийного поглощения газообразного хлора положен абсорбционный способ нейтрализации, которая состоит из двух санитарных колонн, изготовленных из железобетона диаметром 2 м и высотой 5,5 м, железобетонная емкость для хранения нейтрализующего раствора соды 7,8 м, железобетонная емкость отработанного нейтрализующего раствора объемом 30 м, металлический бак для хранения не менее 1,5 тонн сухого реагента, два химических насоса и электрифицированная задвижка.
В данном устройстве предусмотрена система приготовления и замены нейтрализующего раствора (емкость для приготовления нейтрализующего раствора, емкость для слива отработанного раствора, бак для хранения исходных реактивов, насосы для перекачки растворов), без оговаривания режимов утилизации отработанного раствора.
Однако данное устройство имеет следующие существенные недостатки - недостаточно технологично из-за того, что не обеспечивают полноту нейтрализации аварийных выбросов хлора, так как насадочная колонна при запуске должна быть заполнена поглотительным раствором, что требует значительного времени и усугубляет результаты аварии. Во-вторых, при подаче хлора в колонну насадка требует выведения ее в рабочий режим, т.е. обеспечить равномерное пленочное течение жидкости по поверхности насадки. Поэтому в начальный период пуска колонны происходит проскок хлора, причем максимальной концентрации. К тому же насадочная колонна чрезмерно громоздка, требует наличия сложной схемы обвязки трубопроводами и занимает большое пространство.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство нейтрализации хлора с помощью массообменного аппарата (патент РФ 2195358, B01D 53/18, B01D 3/28), реализованное в установках ОХТА-9000К и ХПА-9000К, которое эксплуатируется «Водоканалом» Санкт-Петербурга для нейтрализации аварийных выбросов хлора и по степени очистки удовлетворяет требованиям Правил ПБ 09-594-03.
2
3
Массообменный аппарат содержит корпус, газораспределительное контактное устройство, патрубки для подачи и вывода газа, емкость для жидкости, причем выход патрубка подачи газа расположен ниже газораспределительного контактного устройства, при этом он снабжен дополнительной сеткой, расположенной ниже уровня выхода патрубка подачи газа, а емкость для жидкости сообщена магистралью, в которую включен насос, с полостью корпуса выше газораспределительного контактного устройства. В качестве поглощающей жидкости используют раствор NaСО. Объем и концентрация поглощающей жидкости готовят в соответствии с объемом газа, который должен быть поглощен, однако в патенте не оговаривается система приготовления нейтрализующего раствора, его замены и утилизации.
Данное устройство для нейтрализации хлора исключает полностью проскок хлора в начальный пусковой период, обеспечивая подачу хлора в поглощающий раствор с первых минут аварии, поэтому не требуется дополнительного времени на подготовку и запуск, т.е. процесс безынерционный, и этим обеспечивается полнота нейтрализации хлора, однако имеет следующие существенные недостатки:
2
3
при использовании в качестве поглощающего раствора 10% NaCO в силу невысокой его химической активности требуется большее время взаимодействия хлора с поглощающим раствором, т.е. нужно вести процесс при невысоких скоростях газового потока 0,3-4 м/сек. Эти пределы достаточно узки и выход за эти пределы приводит к снижению полноты нейтрализации хлора. Так, при V<0,3 м/сек не обеспечивается эффективный объем обработки газа, а при V>4 м/сек происходит вторичный унос жидкости. Также, хотя данное устройство для нейтрализации газообразного хлора значительно проще и технологичнее и более компактно по сравнению с известными аналогами, однако, по сравнению с заявляемым решением также достаточно сложно.
Техническим результатом изобретения является повышение полноты нейтрализации выбросов газообразного хлора в момент аварии и обеспечение безопасности людей, находящихся в помещениях, где хранится хлор, или установлены устройства для дозирования хлора, а также повышение технологичности и упрощение конструкции устройства.
Технический результат достигается тем, что в систему нейтрализации аварийных выбросов газообразного хлора с растворным блоком приготовления, замены и утилизации нейтрализующего раствора, содержащую емкость для нейтрализующей жидкости, нейтрализующую жидкость, линию подачи хлоровоздушной смеси, линию вывода очищенного воздуха, линию циркуляции нейтрализующей жидкости, в которую включен насос, дополнительно в линию подачи хлоровоздушной смеси встроен эжектор и в линию циркуляции нейтрализующей жидкости дополнительно встроен растворный блок приготовления, замены и утилизации нейтрализующего раствора.
Технический результат достигается благодаря наличию в заявляемом устройстве эжектора, встроенного в линию подачи хлоровоздушной среды, который обеспечивает эффективное смешение двух сред, т.е. эжекцию (процесс специально предназначенный для смешения двух сред и их взаимодействие), обеспечивая сразу же в начальный момент аварии поглощение хлора, предотвращая проскок хлора в атмосферу. Также по сравнению с прототипом, в заявляемом устройстве нет ограничений по скорости газового потока благодаря более эффективному эжекционному смешению двух сред.
Также достигается дополнительный технический эффект - повышение технологичности и упрощение конструкции устройства. В связи с более высокой эффективностью абсорбции газообразного хлора нейтрализующим раствором в заявляемом решении за счет более эффективного эжекционного смешивания с помощью эжектора исчезает по сравнению с прототипом необходимость сложной конструкции газораспределительного контактного устройства, где происходит смешение, и устройство становится еще более компактным. Повышение технологичности достигается также тем, что в устройство дополнительно встроен растворный блок приготовления, замены и утилизации нейтрализующего раствора.
На фиг.1 изображено заявляемое устройство, общий вид.
Устройство состоит из емкости для нейтрализующей жидкости 1 (один или более резервуаров СНГХ), патрубка подачи хлоровоздушной смеси 2, патрубка вывода воздуха с воронкой 3, эжектора 4 для смешивания хлора с нейтрализующей жидкостью, насоса 5, встроенного в линию циркуляции нейтрализующей жидкости 6, для прокачки раствора при нейтрализации хлора, нейтрализующей жидкости 7, патрубка с вентилем для слива отработанной жидкости 8 и вентиля 9 подачи жидкости на эжектор 4. Емкость для нейтрализующей жидкости 1 соединена с растворным блоком 10 с помощью линии залива нового раствора 11 (в один или более резервуаров), линии перелива отработанного раствора 12, линии рециркуляции 13. В линию рециркуляции 13 встроены насос 14 и эжектор 15. Растворный блок 10 представляет собой емкость 16, с патрубком 17 для вывода воздуха, с воронкой 18 для загрузки реагентов и воды для приготовления нейтрализующего раствора, патрубок 19 с вентилем для слива утилизированного нейтрализующего раствора, патрубок 20 с вентилем для взятия пробы на анализ.
Пример осуществления устройства.
В момент аварийного выброса (аварийная ситуация) детектор хлора обнаруживает присутствие газообразного хлора в помещении и автоматически включается система аварийной сигнализации и автоматически включается насос 5, который обеспечивает движение потока нейтрализующего раствора 7 по линии циркуляции нейтрализующей жидкости 6 через создающий вакуум эжектор 4, благодаря которому хлоровоздушная среда через патрубок 2 засасывается из помещения непосредственно в поток нейтрализующего раствора и далее в емкость 1 с тем же нейтрализующим раствором 7.
В результате поэтапно обеспечивается нейтрализация хлора: сначала в первый момент при его попадании в эжектор 4, а затем в емкости 1 с нейтрализующим раствором 7. Очищенный от хлора воздух выдавливается из емкости 1 через патрубок 3.
По завершении процесса нейтрализации отработанный раствор поступает в растворный блок 10 через вентиль 8 для утилизации.
В заявляемом устройстве используется нейтрализующая жидкость следующего состава, мас.%:
Гидроксид натрия (NaOH)
10-15
Тиосульфат натрия (Na<sub>2</sub>S<sub>2</sub>O<sub>3</sub>)
3-10.
Объем и концентрация нейтрализующего раствора должны соответствовать максимально возможному количеству хлора, заполняющего помещение в результате аварийной ситуации.
Нейтрализующий раствор готовится заранее следующим образом: в растворный блок 10 через воронку 18 заливается вода ¾ необходимого объема. В этом объеме медленно и постепенно растворяется необходимое количество тиосульфата натрия. Затем жидкий NaOH (49%) в количестве, соответствующем максимально возможному количеству хлора, которое может быть выброшено в помещение в результате аварии, медленно и постепенно добавляется через воронку 18 в емкость 16, не перегревая раствор выше 35°С, и доводится водой до необходимого объема. Для перемешивания реагентов и предотвращения перегрева производится рециркуляция раствора с помощью эжектора 15.
Приготовленный нейтрализующий раствор насосом 14 перекачивается по линии залива нового раствора 11 в емкость 1 для нейтрализующего раствора. Отработанный нейтрализующий раствор 7 перед сбросом в канализацию по линии перелива отработанного раствора 12 поступает в растворный блок 10 для утилизации. С помощью соляной кислоты HCl pH раствора доводится до нейтрального уровня. В результате получается раствор, содержащий NaCl и ионы сульфата.
По международным стандартам допускается сброс в канализацию без дополнительной химической и биологической очистки раствор NaCl при концентрации 2%, ионы сульфата при концентрации не более 0,3%.
Для получения допустимых концентраций пошагово, порциями, раствор по 10% от массы всего нейтрализующего раствора переливают в емкость 16, в которую предварительно налито необходимое количество воды и добавлена HCl. Это повторяют до тех пор, пока рН всего раствора не будет доведен до нейтрального уровня. Затем производится сброс его в канализацию.
Использование заявляемого устройства для нейтрализации аварийных выбросов газообразного хлора с растворным блоком для приготовления, замены и утилизации нейтрализующего раствора обеспечивает по сравнению с прототипом повышение полноты нейтрализации выбросов газообразного хлора в момент аварии и обеспечивает безопасность людей, находящихся в помещениях, где хранится хлор, а также обеспечивает повышение технологичности, упрощение конструкции устройства и предусматривает утилизацию отработанного раствора.