СПОСОБ УТИЛИЗАЦИИ ЖИДКИХ ОТХОДОВ
METHOD FOR RECYCLING OF LIQUID WASTES

12
X
Y
Изобретение относится к области охраны окружающей среды, а именно к способам обезвреживания и утилизации газообразных и жидких галогенорганических отходов, в частности жидких полихлорированных бифенилов (ПХБ, CHCl) с помощью низкотемпературной плазмы.
Проблема утилизации и обезвреживания полихлорированных бифенилов вошла в перечень глобальных экологических проблем, так как они относятся к группе стойких органических загрязнителей, обладающих токсичным воздействием на организм человека. Кроме того, неправильное хранение или уничтожение ПХБ приводит к образованию полихлорированных дибензодиоксинов и дибензофуранов.
Известен способ огневого обезвреживания жидких галогенсодержащих отходов, включающий их смешивание с нейтрализующим агентом в дезинтеграторе со скоростью соударений 75-350 м/с до получения устойчивой эмульсии или суспензии, подачу в печь, где продуктами горения топлива при температуре 1400-1700°С происходит их высокотемпературная обработка совместно с нейтрализующим агентом, и отвод продуктов термообработки из печи (АС СССР №1101623, опубл. 07.07.84. Бюл. №25).
Этому способу присущи следующие недостатки: большие затраты на используемую щелочь, большое количество образующегося водного раствора соли, необходимость его утилизации.
Известен способ пиролитического разложения отходов, предпочтительно жидких (пат. США №4644877, МКИ F23G 5/10, 5/12, опубл. 24.02.1987 г.), в котором ПХБ отходы и небольшое количество воздуха подается в разрядную камеру дугового плазмотрона, в которой при температуре 5000°С происходит разрушение молекул ПХБ и воздуха до атомов и ионов. Затем полученная смесь попадает в реактор, где охлаждается до температуры 900-1200°С с образованием синтез-газа и твердых частиц сажи. На выходе из реактора эти компоненты дополнительно охлаждаются водным щелочным раствором до 80°С, при этом хлорид водорода нейтрализуется до поваренной соли.
Этому способу присущи те же недостатки, что и предыдущему: большие затраты на используемую щелочь, большое количество образующегося водного раствора соли, необходимость его утилизации, кроме того, образуется большое количество сажи, что затрудняет процесс закалки и нейтрализации продуктов, а принятый в реакторе температурный режим не гарантирует отсутствия в продуктах пиролиза высокотоксичных веществ, таких как диоксины, фураны.
Известен способ плазмохимического обезвреживания газообразных и жидких галогенорганических веществ и содержащих их отходов, описанный в патенте RU 2105928, опубл. 1998.02.27. Сущность его заключается в том, что галогенорганические отходы предварительно нагревают до температуры, не превышающей предела их термической стабильности, и распыляют струей горячего воздуха. Полученную паровоздушную смесь направляют в плазменную струю, где проводят пиролиз при температуре не менее 1500°С, времени пребывания в зоне реакции 2-10 мс и избытке окислителя, достаточном для полного окисления углерода, входящего в состав отходов. Далее продукты пиролиза закаливают и нейтрализуют водным раствором щелочи, который используют многократно, периодически добавляя в него щелочь до восстановления исходной концентрации и удаляя образующиеся при нейтрализации соли.
Способ имеет следующие недостатки. Так как пиролиз проводят кислородом воздуха, то большое количество энергии будет расходоваться на нагрев содержащегося в нем азота. Использование воздуха в качестве плазмообразующего газа снижает ресурс работы плазмотрона по сравнению с агрегатами, работающими на нейтральных газах, например азоте. Продукты пиролиза нейтрализуют водным раствором щелочи, имеющей высокую стоимость. Образующиеся в процессе нейтрализации соли выпадают в осадок, что требует остановки процесса для их удаления. Периодическая остановка процесса в данных условиях работы нежелательна. Удаленные соли требуют дополнительных средств для их утилизации. Способ сложен и требует большого количества аппаратов для его реализации. Таким образом, данный способ не позволяет обеспечить длительную и надежную работу установок при необходимой экономичности процесса.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ утилизации жидких отходов в испарителе и подачи непосредственно в струю плазмообразующего газа реактора (патент RU 2288407 С2, Кл. G 7/04, опубл. 27.11.2006), где за счет вторичного воздуха при высокой температуре происходит их окисление. Способ имеет недостатки, подобные тем, которые присущи предыдущему способу. При использовании данного способа для утилизации ПХБ в результате разрушения химических связей между атомами утилизируемого вещества в плазме образуется большое количество ионов хлора, которые при остывании газа взаимодействуют с ионами углерода, кислорода и водорода, образуя различные хлорорганические соединения, в том числе диоксины и фураны.
Техническим результатом изобретения является создание экономичного и экологически эффективного способа утилизации ПХБ отходов на существующем оборудовании при незначительной его модернизации, в результате реализации которого отходящие газы не содержат токсических хлорорганических соединений.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе утилизации жидких отходов, предусматривающем их испарение в испарителе, подачу непосредственно в струю плазмообразующего газа реактора, согласно изобретению отходы, содержащие полихлорированные бифенилы (ПХБ), подают в струю плазмообразующего газа вместе с нейтрализующим реагентом, осуществляют термическое разложение отходов и получают продукты утилизации, при этом в качестве нейтрализующего агента используют негашеную известь, измельченную до крупности менее 74 мкм в количестве 1,02-1,04 от стехиометрически необходимого для связывания хлора, а полученные продукты утилизации в виде газовой смеси через фурмы вдувают в нижнюю часть печи для обжига известняка, температура которой равна 700-750°.
Крупность частиц негашеной извести не должна превышать 74 мкм. При большей крупности взаимодействие негашеной извести с ПХБ проходит не полностью, поэтому в печь поступает излишек негашеной извести и вредная хлорорганика.
пл
Температура зоны печи, в которую вдувается смесь, не должна превышать 700-750°С. При этих температурах происходит конденсация хлорида кальция (t=774°С) на кусках обожженного известняка и одновременно сгорание углерода и водорода.
2
Количество подаваемой негашеной извести равно 1.02-1.04 от стехиометрически необходимого для связывания хлора ПХБ в CaCl. Ввод большего количества негашеной извести приведет к увеличению пылевыноса, снижению газопроницаемости слоя. При вводе меньшего количества негашеной извести происходит образование нежелательных, очень опасных хлорорганических соединений.
2
2
2
Пример. Сырье (отработанное трансформаторное масло) из бачка через испаритель вводилось в реактор непосредственно в струю плазмообразующего газа (азота), туда же из дозатора поступает порошок негашеной извести. Расход азота 10 л/мин, температура плазменной струи 5000°С. Расход ПХБ 2,5 л/мин. Расход негашеной извести 15 г/мин. Продукты термообработки поступали в печь, заполненную обожженным известняком крупностью 5-10 мм. Толщина слоя 900 мм. Температура печи 700°С. Для сжигания сажистого углерода и водорода в печь вдували кислород (20 л/мин). Состав газа, выходящего из печи (об.%): N - 24; СО - 62; НО - 14. Токсичные хлорорганические соединения в составе газа отсутствуют. Хлористый кальций осаждается в слое.
Данный способ позволяет эффективно производить утилизацию отходов ПХБ, используя для этого существующее оборудование. Он технически прост, не дорог и не создает проблем с утилизацией продуктов, образующихся при его реализации.