СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ УСТАНОВКИ ДЛЯ ТЕРМИЧЕСКОГО ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ ЯДОХИМИКАТОВ
MODE OF OPERATING INSTALLATION FOR TOXIC CHEMICAL THERMAL DEACTIVATION

Заявляемое изобретение относится к обезвреживанию твердых специфических отходов сжиганием и может быть использовано при обезвреживании не пригодных к использованию ядохимикатов и подобных им химических веществ.
Наиболее близким по совокупности признаков к заявляемому изобретению является выбранный в качестве прототипа способ эксплуатации установки для обезвреживания пестицидов, ядохимикатов и подобных им химических веществ. Такой способ эксплуатации включает измельчение ядохимикатов, подачу ядохимикатов в печь, сжигание органической части ядохимикатов в печи с кипящим псевдоожиженным слоем, дожигание дымовых газов в камере дожигания, предварительную очистку дымовых газов от крупных частиц пыли в вихревом аппарате, очистку дымовых газов от недогоревших органических токсинов и оксида углерода в каталитическом реакторе, подачу дымовых газов в рекуператор для нагрева воздуха горения, охлаждение дымовых газов в газоохладителе, тонкую очистку дымовых газов от мелких частиц пыли в рукавном фильтре и подачу дымовых газов в дымовую трубу (Декларационый патент Украины на полезную модель № 12783 U, МПК В09В 3/00, F23G 7/00, опубл. 15.12.2006, бюл. № 2).
У заявляемого способа эксплуатации установки для термического обезвреживания ядохимикатов и прототипа совпадают такие существенные признаки. Оба способа включают подачу ядохимикатов в печь, сжигание органической части ядохимикатов в печи, дожигание дымовых газов в камере дожигания, предварительную очистку дымовых газов от крупных частиц пыли в вихревом аппарате, очистку дымовых газов от недогоревших органических токсинов и оксида углерода в каталитическом реакторе, подачу дымовых газов в рекуператор для нагрева воздуха горения, охлаждение дымовых газов в газоохладителе, тонкую очистку дымовых газов от мелких частиц пыли в рукавном фильтре и подачу дымовых газов в дымовую трубу.
Анализ технических свойств прототипа, обусловленных его признаками, показывает, что достижению ожидаемого технического результата при его использовании препятствуют такие причины.
Известный способ не позволяет обеспечить при эксплуатации установки высокую эффективность разложения и обезвреживания продуктов разложения, образующихся при сжигании непригодных ядохимикатов и подобных им химических веществ. Кроме того, эксплуатация установки в соответствии с таким способом не позволяет обеспечить полную утилизацию продуктов разложения из-за того, что после сжигания органической части ядохимикатов в печи с кипящим псевдоожиженным слоем в твердой фазе остаются необезвреженные остатки ядохимикатов, что, в свою очередь, требует их дополнительной утилизации. Также способ по прототипу не позволяет обеспечить глубокую нейтрализацию галогенов и кислых неорганических соединений, не обеспечивает улавливание паров ртути, кадмия и других летучих соединений тяжелых металлов.
В основу заявляемого изобретения поставлена задача создать такой способ эксплуатации установки для термического обезвреживания ядохимикатов, в котором усовершенствования путем введения новой совокупности действий позволили бы при использовании изобретения обеспечить достижение технического результата, заключающегося в повышении эффективности разложения сложных органических соединений, а также в повышении эффективности улавливания, обезвреживания и утилизации продуктов разложения, образующихся при сжигании непригодных ядохимикатов и подобных им химических веществ.
Заявляемый в качестве изобретения способ эксплуатации установки для термического обезвреживания ядохимикатов включает подачу ядохимикатов в печь, сжигание органической части ядохимикатов в печи, дожигание дымовых газов в камере дожигания, предварительную очистку дымовых газов от крупных частиц пыли в вихревом аппарате, очистку дымовых газов от недогоревших органических токсинов и оксида углерода в каталитическом реакторе, подачу дымовых газов в рекуператор для нагрева воздуха горения, охлаждение дымовых газов в газоохладителе, тонкую очистку дымовых газов от мелких частиц пыли в рукавном фильтре и подачу дымовых газов в дымовую трубу. Отличительной особенностью способа является то, что для сжигания органической части ядохимикатов в печи создают жидкую ванну из расплава щелочных реагентов, температуру которой поддерживают на уровне 800-1000°С. В печь подают ядохимикаты и щелочные реагенты в пластиковой или бумажной таре при массовом соотношении от 1:0,3 до 1:1. Из печи дымовые газы подают в верхнюю часть камеры дожигания, в которой их обрабатывают направленными сверху вниз потоками продуктов сгорания жидкого или газообразного топлива, нагретого воздуха и аэрозоля щелочного раствора. Перед входом в каталитический реактор и после выхода из него дымовые газы обрабатывают аэрозолем щелочного раствора. Образующийся в печи шлак сливают в шлаковню, которую предварительно частично заполняют пылью, образующейся после предварительной очистки дымовых газов от крупных частиц пыли в вихревом аппарате, после очистки дымовых газов от недогоревших органических токсинов и оксида углерода в каталитическом реакторе и после тонкой очистки дымовых газов от мелких частиц пыли в рукавном фильтре.
В отдельных случаях использования заявляемое изобретение характеризуется тем, что:
- в процессе сжигания в печи органической части ядохимикатов жидкую ванну перемешивают сжатым воздухом;
- дожигание дымовых газов осуществляют при температуре 1000-1200°С в течение 2-3 секунд при коэффициенте избытка воздуха 1,4-1,5 и концентрации щелочи в дымовых газах 0,02-0,04 мас.%;
- дымовые газы перед входом в каталитический реактор и после выхода из него обрабатывают аэрозолем водного раствора щелочных реагентов при концентрации щелочи в дымовых газах 0,01-0,03 мас.%;
- образующийся в жидкой ванне в процессе сжигания органической части ядохимикатов шлак выдерживают до сливания 6-8 часов;
- в качестве щелочного реагента используют каустическую соду.
При использовании заявляемого изобретения обеспечивается достижение технического результата, заключающегося в повышении эффективности разложения сложных органических соединений, а также в повышении эффективности улавливания, обезвреживания и утилизации продуктов разложения, образующихся при сжигании непригодных ядохимикатов и подобных им химических веществ.
Между совокупностью существенных признаков заявляемого изобретения и достигаемым техническим результатом существует такая причинно-следственная связь.
При попадании ядохимикатов в печь, в которой создают жидкую ванну из расплава щелочных реагентов (например, каустической соды), органические соединения ядохимикатов разлагаются и сгорают. За счет создания в печи жидкой ванны из расплава щелочных реагентов, температуру которой поддерживают на уровне 800-1000°С, обеспечивается существенное повышение эффективности разложения сложных органических соединений и сжигание продуктов разложения, образующихся в печи.
4
2
4
2
2
3
3
4
2
2
3
2
Значительная часть неорганических и кислых неорганических соединений, содержащих хлор, фосфор, серу, оказывается связанной со щелочью (например, каустической содой) в инертные соединения типа NaCl, NaPO, NaSO, NaS и остается в шлаке, который после выдержки в печи при температуре ванны из расплава 800-1000°С не содержит неразложившихся ядохимикатов и растворимых соединений тяжелых металлов. Шлак из печи в жидком состоянии поступает в шлаковню, где кристаллизуется и охлаждается. Средний расчетный состав шлака такой: NaO - 25%, NaCl - 4%, NaSO - 1,5%, NaPO - 1,5%, SiO - 45%, AlО - 12%, KО - 3%, CaO - 5%, MgO - 3%. Такой шлак относится к веществам четвертой категории вредности, что позволяет использовать его для строительных целей, например, как заполнитель для бетона.
x
2
Отходящие из печи дымовые газы для дальнейшего обеззараживания, охлаждения и очистки проходят через ряд аппаратов. Подача дымовых газов в верхнюю часть камеры дожигания и их обработка направленными сверху вниз потоками продуктов сгорания жидкого или газообразного топлива и дополнительно подаваемым нагретым воздухом горения обеспечивает стабильно высокую температуру обезвреживания дымовых газов на уровне 1000-1200°С в течение 2-3 секунд при увеличении содержания кислорода до 8-10%. Обработка при этом дымовых газов аэрозолем щелочного раствора (например, каустической соды) обеспечивает связывание SO, HCl и Cl.
После дожигания дымовые газы направляют в рекуператор с газоохладителем, где осуществляют охлаждение дымовых газов с одновременным нагреванием воздуха горения.
В каталитическом реакторе происходит разложение и дожигание остатков тяжелых углеводородов и оксида углерода.
Обработка дымовых газов аэрозолем щелочного раствора (например, каустической соды) перед входом в каталитический реактор и после выхода из него обеспечивает наиболее полное связывание соединений серы и хлора, а при разложении углеводородов на катализаторе происходит восстановление части окислов азота до молекулярного азота.
Сливание образовавшегося в печи шлака в шлаковню, которую предварительно частично заполняют пылью, образующейся после предварительной очистки дымовых газов от крупных частиц пыли в вихревом аппарате, после очистки дымовых газов от недогоревших органических токсинов и оксида углерода в каталитическом реакторе и после тонкой очистки дымовых газов от мелких частиц пыли в рукавном фильтре, обеспечивает полную и эффективную утилизацию такой пыли (шлак и пыль соединяются в шлаковне и образуют смесь, которая может быть использована в строительстве, например, как заполнитель для бетона).
Поддержание температуры жидкой ванны в процессе сжигания органической части ядохимикатов на уровне ниже 800°С не позволяет обеспечить необходимую текучесть шлака и технологическую температуру сжигания органической части ядохимикатов.
Поддержание температуры жидкой ванны в процессе сжигания органической части ядохимикатов выше 1000°С приведет к повышению температурных нагрузок на футеровку печи со снижением ее стойкости, а также обуславливает перерасход топлива без существенного улучшения надлежащих условий для нормального протекания реакций в жидкой ванне.
За счет загрузки в печь ядохимикатов и щелочных реагентов при массовом соотношении от 1:0,3 до 1:1 обеспечивается интенсивное соединение ядохимикатов и щелочных реагентов сразу после попадания под действие высоких температур в печи и в ванну из расплава, что, в свою очередь, обеспечивает существенное повышение эффективности разложения сложных органических соединений и сжигания продуктов разложения, образующихся в печи. А за счет загрузки в печь ядохимикатов и щелочных реагентов в пластиковой или бумажной таре обеспечивается беспрепятственное разложение тары в печи с процессами одновременного соединения ядохимикатов и щелочных реагентов.
2
Подача в печь ядохимикатов и щелочных реагентов, в частности использование в качестве щелочного реагента каустической соды, при массовом соотношении, меньшем чем 1:0,3, не позволяет обеспечить необходимую вязкость жидкой ванны и связывание продуктов разложения в безвредные соединения. Кроме того, в таком случае увеличиваются объемы выноса с дымовыми газами кислых веществ (типа Cl, HCl), что, в частности, усложняет дальнейшее обезвреживание и очистку дымовых газов.
Подача в печь ядохимикатов и щелочных реагентов, в частности использование в качестве щелочного реагента каустической соды, при их массовом соотношении, большем чем 1:1, влечет за собой неоправданный перерасход щелочного реагента без существенного улучшения технологических условий процесса обезвреживания в целом.
Перемешивание жидкой ванны сжатым воздухом в процессе сжигания органической части ядохимикатов способствует более полному взаимодействию между продуктами разложения ядохимикатов и щелочными реагентами.
Дожигание дымовых газов при температуре, которая ниже 1000°С, в течение менее чем 2 секунд при коэффициенте избытка воздуха, меньшем чем 1,4, и концентрации щелочи в дымовых газах менее 0,02 мас.% приводит к существенному увеличению доли сложных органических соединений, которые не полностью сгорают в камере дожигания.
Дожигание дымовых газов при температуре выше 1200°С в течение более чем 3 секунд при коэффициенте избытка воздуха, большем чем 1,5, и концентрации щелочи в дымовых газах более 0,04 мас.% приводит к неоправданному перерасходу щелочных реагентов на обеспечение такого содержания щелочи в дымовых газах, а вследствие образования повышенных температурных нагрузок приводит к снижению стойкости огнеупорной кладки камеры дожигания.
Обработка дымовых газов перед входом в каталитический реактор и после выхода из него аэрозолем водного раствора щелочного реагента, в частности использование в качестве щелочного реагента каустической соды, при концентрации щелочи в дымовых газах, меньшей чем 0,01 мас.%, не позволяет обеспечить полное связывание оставшихся в дымовых газах кислых веществ в нейтральные соединения.
Обработка дымовых газов перед входом в каталитический реактор и после выхода из него аэрозолем водного раствора каустической соды при концентрации щелочи в дымовых газах, большей чем 0,03 мас.%, приводит к неоправданному перерасходу щелочных реагентов без существенного повышения эффективности процесса обезвреживания в целом.
Выдерживание шлака в жидкой ванне в процессе сжигания органической части ядохимикатов до его сливания менее 6 часов не позволяет обеспечить полноту реакций между продуктами разложения ядохимикатов и щелочными реагентами в ванне.
Выдерживание шлака в жидкой ванне в процессе сжигания органической части ядохимикатов до его сливания более 8 часов обуславливает необходимость увеличения габаритов печи и повышение стойкости ее футеровки.
В качестве щелочного реагента при эксплуатации установки может быть использована каустическая сода, едкий натр, поташ и другие щелочные соединения. При этом использование в качестве щелочного реагента каустической соды позволяет существенно снизить расходы на эксплуатацию установки (за счет невысокой стоимости каустической соды, ее общей доступности, а также с учетом приемлемых химико-технологических условий влияния на здоровье обслуживающего персонала, на окружающую среду и на оборудование установки в целом).
Непосредственно эксплуатацию установки для термического обезвреживания ядохимикатов осуществляли так.
4
2
4
2
Непригодные ядохимикаты в герметичных пластиковых мешках массой 20-30 кг и пластиковые пакеты с каустической содой массой 10-15 кг (обеспечивали массовое соотношение 1:0,5) подавали в печь с жидкой ванной из расплава каустической соды. Температуру жидкой ванны поддерживали на уровне 850°С путем подвода жидкого топлива и нагретого воздуха горения к горелке (горение). Воздух горения подогревали в рекуператоре и направляли в печь с температурой 400°С. В ванне из расплава каустической соды органические соединения ядохимикатов разлагались и сгорали. В процессе сжигания органической части ядохимикатов жидкую ванну перемешивали сжатым воздухом. Значительная часть неорганических и кислых неорганических соединений, содержащих хлор, фосфор, серу, образовывала со щелочью инертные соединения типа NaCl, NaPO, NaSO, NaS и оставалась в шлаке, который после выдержки в печи в течение 8 часов не содержал неразложившихся ядохимикатов и растворимых соединений тяжелых металлов.
Выходящие из печи дымовые газы с температурой 850-1000°С подавали на вход камеры дожигания. При этом дымовые газы подавали в верхнюю часть камеры дожигания, в которой дымовые газы обрабатывали направленными сверху вниз потоками продуктов сгорания жидкого топлива, нагретого воздуха горения и аэрозоля раствора каустической соды. Дожигание дымовых газов осуществляли при температуре 1100°С в течение 2 секунд при коэффициенте избытка воздуха 1,4 и концентрации щелочи в дымовых газах 0,03 мас.%.
На выходе из нижней части камеры дожигания дымовые газы направляли в рекуператор с газоохладителем, где дымовые газы охлаждали до 600°С с одновременным нагреванием в рекуператоре воздуха горения до температуры 400°С.
После этого осуществляли предварительную очистку дымовых газов в вихревом аппарате и очистку дымовых газов от недогоревших органических токсинов и оксида углерода в каталитическом реакторе с импульсной регенерацией. Перед входом в каталитический реактор и после выхода из него дымовые газы обрабатывали аэрозолем раствора каустической соды при концентрации щелочи в дымовых газах 0,03 мас.%.
Потом дымовые газы дополнительно охлаждали в газоохладителе до температуры 130°С, разбавляли их подсасываемым атмосферным воздухом до температуры 120°С (температуры нормальной эксплуатации рукавов фильтра), направляли в рукавный фильтр для очистки от пыли и дальше дымососом через фильтр-адсорбер, например, из углеродной ткани подавали в дымовую трубу.
Кроме того, после рукавного фильтра дымовые газы разбавляли подсасываемым атмосферным воздухом до достижения температуры дымовых газов 45°С для обеспечения конденсации паров ртути и других тяжелых металлов в фильтре-адсорбере, например, из углеродной ткани, расположенном в расширении дымовой трубы.
3
3
3
3
3
-4
3
2
3
3
4
2
2
3
2
Эксплуатация установки для термического обезвреживания ядохимикатов по заявляемому способу позволила получить такое остаточное содержимое дымовых газов: пыли - до 10 мг/м, окиси серы - до 50 мг/м, хлористого водорода - до 10 мг/м, окислов азота - до 100 мг/м, диоксина и фурана - до 0,3 нг/м, ртути - до 2·10 мг/м. Такие соединения, как NaO, NaCl, NaSO, NaPO, Si, AlО, KО, СаО, MgO, остались в шлаке.
После выдержки в печи в течение 8 часов шлак в жидком состоянии сливали в шлаковню, где он кристаллизовался и охлаждался. При этом шлаковню предварительно частично заполняли пылью, образующейся после предварительной очистки дымовых газов от крупных частиц пыли в вихревом аппарате, после очистки дымовых газов от недогоревших органических токсинов и оксида углерода в каталитическом реакторе и после тонкой очистки дымовых газов от мелких частиц пыли в рукавном фильтре. Выход шлака составлял 110-130% от массы ядохимикатов. Такой шлак можно использовать в строительстве, например, как заполнитель для бетона.
В результате использования заявляемого способа повышается эффективность разложения, улавливания, обезвреживания и утилизации продуктов разложения, образующихся при сжигании непригодных ядохимикатов и подобных им химических веществ.