УСТАНОВКА ДЛЯ УТИЛИЗАЦИИ ПРЕПАРАТИВНЫХ ФОРМ ПЕСТИЦИДОВ И ДРУГИХ НИЗКОКОНЦЕНТРИРОВАННЫХ СМЕСЕЙ ВЫСОКОТОКСИЧНЫХ ВЕЩЕСТВ

Полезная модель относится к экологии окружающей среды, а именно к утилизации препаративных форм пестицидов, представляющих собой сложные смеси действующего вещества (основной токсикант, далее - ДВ) с горючими (органическими) и негорючими (минеральными) ингредиентами и других низкоконцентрированных смесей токсичных и высокотоксичных веществ.
Известно устройство для экологически чистого уничтожения супертоксичных веществ при горении (RU 2203452 С2 от 27.04.2003 г., МПК(7) F23G 7/00, F23G 7/04). Устройство, представляющее собой проточный реактор, включает в себя две камеры: первая камера сгорания, в которую подаются окислитель, горючее и супертоксичное вещество; вторая камера - камера дожига, соединяемая с первой камерой каналом внезапного расширения.
Недостатком этого устройства является то, что в данном техническом решении производится утилизация «чистого», не загрязненного посторонними примесями и включениями супертоксичного вещества в смеси с жидким горючим.
Известно устройство для плазменного пиролиза жидких отходов (RU 2093754 С1 от 20.10.1997 г. МПК(6) F23G 5/00). Установка содержит плазматрон, специальный плазмореактор, в котором создается температура 2000-5000 К, узел ввода жидких отходов, узел закалки и очистки, представляющий собой центробежно-барботажный аппарат с автономными рециркуляционными контурами для жидких абсорбентов, где происходит закалка и очистка получаемых на выходе из плазмореактора реагентов, и ванны с дистиллированной водой, в которой происходит нейтрализация
остаточных следов субмикронных летучих частиц токсичных и вредных веществ.
Недостатком данного устройства является утилизация только жидких препаративных форм пестицидов и других высокотоксичных органических веществ или их смесей с жидким топливом.
Известно устройство для термического уничтожения токсичных и высокотоксичных веществ (RU 2178116 С2 от 01.10.2002 г. МПК(7) F23G 7/00, F23G 5/00). Устройство содержит реактор с камерой сгорания, в которую подается уничтожаемое вещество и окислитель. Камера сгорания разделена на зону термического разложения, зону дожигания, первую и вторую закалочную зону.
Недостатком является то, что утилизация низкоконцентрированных жидких и твердых препаративных форм пестицидов, а также в смеси с разлагающейся тарой, землей и другим присутствующим мусором в данном устройстве проводится при высоком уровне энергозатрат.
Известна печь для термического уничтожения промышленных отходов (RU 2015454 С1 от 20.11.91 МПК(5) F23G 7/00), содержащая камеру сжигания и систему очистки и обезвреживания продуктов сгорания, содержащую абсорберы, отстойник, сепарационную камеру и теплообменник.
Недостатком данной печи является то, что она не позволяет уничтожать твердые, сыпучие, а также газообразные отходы, для уничтожения которых, с целью предотвращения образования вредных высокомолекулярных соединений в выхлопных газах (фуранов, диоксинов и т.п.), требуются высокие температуры. Кроме этого, система очистки этой установки не обеспечивает эффективную очистку выхлопных газов от мелких фракций сажи, азотистых и сернистых соединений.
Известно устройство для термической переработки отходов (RU 2038537 С1 от 10.08.93 МПК(5) F23G 7/00), содержащее шахтную печь с загрузочным устройством, плазменные горелки, коаксиальный плазматрон, центральный
полый электрод которого соединен с загрузочным устройством, систему очистки отходящих газов с теплообменником и блоками контроля температуры и состава отходящих газов.
Недостатком данного устройства является то, что его эксплуатация не исключает выбросы в окружающую среду частично не разрушенных органических материалов и образование вторичных опасных органических продуктов в выхлопных газах из-за несовершенной системы очистки.
Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой нами установке является установка для высокотемпературного уничтожения токсичных промышленных отходов (RU 2246072 от 10.02.2005 г. МПК(7) F23G 7/00, F23G 5/10, F23G 5/50).
Установка содержит загрузочное устройство, рабочую камеру с плазменными нагревателями, систему очистки продуктов сгорания и удаления продуктов разложения. Рабочая камера образована двумя последовательно размещенными плазменными нагревателями, составляющими, соответственно, реакционную камеру и камеру дожигания. Сверху рабочей камеры размещено загрузочное устройство, снабженное герметичным затвором и дозатором подачи отходов. Система очистки и удаления продуктов разложения выполнена в виде жидкостного эмульгирующего устройства вихревого типа, снабженного теплообменником, отстойником и дымососом.
Недостатком установки является использование на первой стадии утилизации высокотемпературного разложения препаративных форм пестицидов. Это приводит к наружному оплавлению их минеральных ингредиентов с сохранением внутри неразложившегося ДВ пестицида, что не исключает возможности последующего загрязнения ими окружающей среды. Кроме того, данный способ не экономичен, так как на обеих стадиях процесс ведут при высоких температурах и основная часть энергозатрат приходится на разогрев нетоксичных минеральных ингредиентов (наполнителей) токсичных промышленных отходов.
Технической задачей является создание эффективной и экономичной установки для экологически чистой утилизации препаративных форм пестицидов и других низкоконцентрированных смесей высокотоксичных веществ, а также их смесей с присутствующим мусором.
Поставленная задача решается за счет того, что установка содержит: бункер для загрузки утилизируемого материала; дозатор подачи утилизируемого материала шнекового типа; реакционную камеру выполненную в виде вращающейся печи барабанного типа, оборудованной электронагревателями и электромеханическим подъемником, изменяющим угол наклона печи; узел выгрузки и приемный бункер огарков (продуктов первичного пиролиза); камеру дожигания, состоящую из реактора с плазматроном, в котором происходит деструкция газовой фазы органической составляющей утилизируемого материала; емкость с раствором мочевины, который подают в нижнюю часть реактора для нейтрализации вредных окислов азота, генерируемых потоком плазмы плазматрона из присутствующих в реакторе азота и кислорода; закалочные устройства с жидким хладагентом - водным раствором щелочей, для исключения возможного синтеза токсичных веществ из продуктов термического распада, присутствующих в выходящем из реактора газовом потоке, в которых происходит достаточно быстрое снижение его температуры (щелочной раствор к тому же является нейтрализующим реагентом для кислых газов, а также для хлора и хлороводорода, что приводит к их достаточно полному извлечению); отстойники со связывающими и нейтрализующими растворами; абсорбционную колонну с жидким поглотителем (абсорбентом); адсорбер с активированным углем; емкость оборотного водоснабжения, через которые принудительно, с помощью вакуумного насоса водокольцевого типа пропускается газовый поток выходящий из камеры дожигания, чем обеспечивается экологически чистая утилизация препаративных форм пестицидов, других низкоконцентрированных смесей
высокотоксичных веществ, и снабжена системой управления, оборудованной блоком отображения, контроля и анализа режимных параметров.
В дозаторе подачи материала, во избежание температурного размягчения и налипания утилизируемого материала на шнек за счет тепловых потоков, выходящих из реакционной камеры, предусмотрена система водяного охлаждения шнека. Массу утилизируемого материала, подвергаемую первичному пиролизу в реакционной камере за рабочий цикл, задают скоростью вращения шнека.
При наклоне вращающейся печи выход газовой фазы из нее в камеру дожигания осуществляется со стороны дозатора подачи утилизируемого материала в реакционную камеру, что более результативно, так как противоток движения в реакционной камере твердой и газовой фаз продуктов утилизированного материала исключает загрязнение твердых продуктов утилизации (огарков) органической составляющей, находящейся в газовой фазе.
Управление работой установки осуществляют с пульта автоматического управления, оборудованного блоком отображения и контроля режимных параметров.
На фиг.1 представлена блок-схема установки для утилизации препаративных форм пестицидов и других низкоконцентрированных смесей высокотоксичных веществ (далее - установка).
Установка включает: бункер 1 для загрузки утилизируемого материала; дозатор подачи 2 утилизируемого материала, снабженный шнеком 3; реакционную камеру в виде вращающейся печи 4 барабанного типа; электродвигатель 5 вращающий печь 4 барабанного типа; регулируемый электронагреватель 6 печи 4; электромеханический подъемник 7, изменяющий угол наклона печи 4; систему водяного охлаждения 8 шнека 3 дозатора подачи 2; узел выгрузки 9 и приемный бункер 10 для огарков; камеру дожигания, состоящую из реактора 11 и плазматрона 12; парогенератор 13; двух емкостей с дистиллированной водой 14,
обеспечивающих бесперебойную работу парогенератора 13; компрессор 15; емкость 16 с раствором мочевины; насос 17, для подачи раствора мочевины в реактор 11; закалочные устройства 18 и 19; отстойник 20 с закалочным раствором; теплообменник 21; насос 22 для подачи раствора в закалочные устройства 18, 19; теплообменник 23; отстойник 24 с жидким поглотителем (абсорбентом); абсорбционную колону 25 насадочного типа; вакуумный насос 26 водокольцевого типа; теплообменник 27; насос 28 для подачи жидкого поглотителя в абсорбционную колону 25; адсорбер 29 с активированным углем; емкость оборотного водоснабжения 30; змеевик охлаждения 31 емкости 30; расширительная емкость 32; насос 33 для подачи и поддержания требуемого давления воды в установке; пробоотборники, 34, 35, 36 и 37 для отбора проб отходящих газов на разной стадии очистки.
Управление работой установки осуществляют с пульта автоматического управления, оборудованного блоком отображения и контроля режимных параметров, который в описании не приведен и на блок-схеме (фиг.1) не показан.
Установка работает следующим образом. Утилизируемый материал загружают в бункер 1 установки, откуда он поступает в дозатор подачи 2 материала. С помощью шнека 3 дозатора подачи 2 утилизируемый материал подается во вращающуюся печь 4. Температуру в рабочей зоне печи поддерживают в диапазоне 400-1000°С. Режим работы вращающейся печи 4 определяет температура нагрева ее рабочей зоны (регулируется электронагревателем 6), скорость вращения (регулируется электродвигателем 5) и угол ее наклона (изменяется с помощью электромеханического подъемника 7). Эти параметры определяют в зависимости от вида и состояния утилизируемого материала (его степени загрязненности посторонними примесями). Правильный выбор режима работы вращающейся печи 4 обеспечивает оптимальное время пребывания утилизируемого материала в рабочей зоне печи 4, в течение которого происходит полное извлечение органической составляющей, являющейся основным ядовитым и
загрязняющим компонентом пестицидов, из твердой фазы утилизируемого материала и перевод ее в газовую фазу. Извлечение органической составляющей пестицидов при выбранном режиме печи 4 должно быть полным или таким, чтобы твердый огарок на выходе из печи представлял собой отходы IV-V классов опасности.
Массу утилизируемого материала, подаваемую во вращающуюся печь 4 задают скоростью вращения шнека 3 дозатора подачи 2, вариации которой связаны с видом утилизируемого материала и со степенью его загрязненности посторонними примесями.
Загрузка утилизируемого материала во вращающуюся печь 4 происходит при работающей системе водяного охлаждения 8 шнека 3 дозатора подачи 2.
Оставшиеся после прохождения печи 4 огарки (продукты первичного пиролиза) через узел выгрузки 9 ссыпают в приемный бункер 10.
Газовую фазу органической составляющей утилизируемого материала в виде отходящих газов направляют в реактор 11, где при температурах не ниже 2000°С, обеспечиваемых работой плазматрона 12, происходит их деструкция до атомарного состояния.
Плазмообразующим рабочим телом плазматрона 12 является водяной пар, который подают в плазматрон 12 из парогенератора 13. Образующим водяной пар рабочим телом парогенератора 13 является дистиллированная вода, которая подается из емкостей 14.
Подача воды в парогенератор 13 происходит за счет создания компрессором 15 в емкостях 14 избыточного давления воздуха. Пусковым плазмообразующим газом плазматрона 12 является воздух, который подают от компрессора 15.
В нижнюю часть реактора 11 из емкости 16 насосом 17 подают раствор мочевины, который обеспечивает нейтрализацию вредных окислов азота генерируемых потоком плазмы плазматрона 12 из присутствующих в реакторе 11 азота и кислорода.
Во избежание возможного синтеза вторичных токсичных веществ из присутствующих в выходящем из реактора 11 газовом потоке продуктов термического распада, последний направляют в закалочное устройство 18 и далее в закалочное устройство 19.
В закалочных устройствах 18 и 19, за счет интенсивного взаимодействия выходящего из реактора газового потока с жидким хладагентом (водным раствором щелочей или водой) происходит быстрое снижение его температуры. Температуру газового потока на выходе из закалочных устройств 18, 19 поддерживают на уровне не выше 100°С. Раствор в закалочные устройства 18, 19 подают из отстойника 20 через теплообменник 21 насосом 22, параллельно производят частичный возврат закалочного раствора в отстойник 20 для поддержания в нем рабочей температуры.
Прошедший закалочные устройства 18, 19 газовый поток направляют через теплообменник 23, в отстойник 20 затем в отстойник 24, здесь происходит сепарация, связывание и нейтрализация компонентов газовой фазы и далее в абсорбционную колону 25 насадочного типа, где производят его доочистку жидким поглотителем (абсорбентом). Принудительное движение газового потока происходит за счет разрежения создаваемого вакуумным насосом 26 водокольцевого типа.
Жидкий поглотитель в колону 25 подают из отстойника 24 через теплообменник 27 насосом 28, параллельно производят частичный возврат жидкого поглотителя в отстойник 24 для поддержания в нем рабочей температуры.
Газы прошедшие абсорбционную очистку в колоне 25 направляют в адсорбер 29 с активированным углем.
Из адсорбера 29, за счет разрежения создаваемого насосом 26, очищенные газы через емкость оборотного водоснабжения 30 (чем обеспечивается окончательная в данном цикле очистка газов) выбрасывают в атмосферу. Для поддержания температурного режима оборотной воды в
емкости 30 предусмотрен змеевик охлаждения 31. Во избежание попадания воды из насоса 26 в адсорбер 29 предусмотрена расширительная емкость 32.
Вода в установку подается насосом 33, который поддерживает требуемое давление.
Система вывода отработанных растворов предусматривает общий или выборочный слив отработанных растворов из установки.
С целью контроля состава и степени очистки отходящих газов на установке имеются четыре пробоотборника: 34, 35, 36 и 37 для отбора проб отходящих газов на разной стадии очистки.
Управление работой установки осуществляют с пульта автоматического управления, оборудованного блоком отображения и контроля режимных параметров. Пульт автоматического управления с приборами контроля и поддержания режимных параметров в описании не приведен и на блок-схеме (фиг.1) не показан.
На изготовленной экспериментальной (пилотной) установке проводилась утилизация некоторых препаративных форм пестицидов при следующем режиме работы:
- температура рабочей зоны печи первичного пиролиза составляла 400-1000°С;
- угол наклона барабана печи 3-5°;
- скорость его вращения 3-6 об/мин;
- температура в реакторе не ниже 2000°С.
Пример 1. Проводили процедуру утилизации 5,5% ДДТ. Навеску препарата весом 100 г, через устройство подачи 2 (фиг.1) утилизируемого материала вводили во вращающуюся печь 4 барабанного типа, где поддерживалась температура 400°С. Скорость подачи пестицида шнеком 3 устройства подачи 2 составляла 10 г/с. Минеральные ингредиенты пестицида накапливались в приемном бункере 10 для огарков, а газообразные поступали в реактор // плазматрона 12, где поддерживалась температура -
1500-2000°С. Скорость прохождения отходящих газов через плазматрон 12 регулировалась вакуумным насосом 26 и составляла 2,0-2,5 л/с. Отходящие газы последовательно пропускали через закалочные устройства 18, 19 и отстойник 20 с закалочным раствором, отстойник 24, содержащий раствор КОН, абсорбционную колонну 25, далее адсорбер 29 и емкость оборотного водоснабжения 30. Вес огарка утилизированного материала составил 94,529 г. Результаты анализа (табл.1) свидетельствуют о достаточно полном удалении (99,97%) токсичных веществ из минеральной части препарата, и об отсутствии вторичных загрязнителей в газовой фазе на выходе. В емкости 24, содержащей раствор КОН обнаружена смесь солей хлористоводородной и хлористой кислот.
2
2
-3
Пример 2. Аналогично проводили процедуру утилизации 70% смачиваемого порошка ДДТ. Температура во вращающейся печи 4 (фиг.1) барабанного типа поддерживалась на уровне 600°С. Вес огарка составил 30,003 г. Присутствие токсинов в огарках и газовой фазе на выходе не обнаружено. Исключением является хлористый метилен (СНСl) концентрация которого в газовой фазе составила 4·10 об.%.
Пример 3. Аналогично проводили процедуру утилизации 12% ГХЦГ. Температура вращающейся печи 4 (фиг.1) барабанного типа поддерживалась на уровне 600°С. Вес огарка составил 88,017 г. Присутствие токсинов в огарках и газовой фазе на выходе не обнаружено.
2
2
3
-3
Пример 4. Аналогично проводили процедуру утилизации 25% порошка на фосфомуке ГХЦГ. Температура во вращающейся печи 4 (фиг.1) барабанного типа поддерживалась на уровне 500°С. Вес огарка составил 68,011 г. В газовой фазе обнаружены СНСl и СНСl в концентрациях 1-3·10 об.%.
2
2
3
-4
Пример 5. Аналогично проводили процедуру утилизации 40% концентрата эмульсии 2М-4ХП. Температура во вращающейся печи 4 (фиг.1) барабанного типа поддерживалась на уровне 600°С. Огарок не образуется. В газовой фазе обнаружены СНСl и СНСl в концентрациях до 7·10 об.%.
Состав и содержание химических соединений в отходящих газах определялись хромато-масс-спектральным методом.
Полученные результаты представлены в таблице 1.
Таблица 1.Результаты утилизации некоторых препаративных форм пестицидов
Препаративная форма
ДДТ, 5,5% д
ДДТ, 70% сп
ГХЦГ, 12% д
ГХЦГ, 25% пФ
2М-4ХП, 40% кэ
Брутто-формула ДВ
С<sub>14</sub>Н<sub>9</sub>Сl<sub>5</sub>
C<sub>14</sub>H<sub>9</sub>Cl<sub>5</sub>
C<sub>6</sub>H<sub>6</sub>Cl<sub>6</sub>
С<sub>6</sub>Н<sub>6</sub>Сl<sub>6</sub>
С<sub>6</sub>Н<sub>6</sub>Сl<sub>6</sub>
Полнота выгорания ДВ, %
99,97
99,99
99,98
99,99
100
Содержание С<sub>x</sub>Н<sub>у</sub> в огарках. %
0,01
не обнар.
0,01
не обнар.
не обнар.
Содержание в газовой фазе, % Сl<sub>2</sub>
не обнар.
3·10<sup>-4</sup>
не обнар.
5·10<sup>-3</sup>
6·10<sup>-3</sup>
НСl
2·10<sup>-1</sup>
1·10<sup>-4</sup>
0,02
2·10<sup>-3</sup>
2·10<sup>-4</sup>
СО
1,1
0,7
0,4
не обнар.
не обнар.
С<sub>x</sub>Н<sub>у</sub>
7·10<sup>-4</sup>
3·10<sup>-4</sup>
7·10<sup>-3</sup>
1·10<sup>-4</sup>
4·10<sup>-3</sup>
С<sub>x</sub>Н<sub>у</sub>Сl<sub>z</sub>
не обнар.
4·10<sup>-3</sup>
не обнар.
3·10<sup>-3</sup>
7·10<sup>-4</sup>
ПХДД, ПХДФ, БФ и др.
не обнар.
не обнар.
не обнар.
не обнар.
не обнар.
Здесь: д - дуст; сп - смачивающийся порошок: пф - порошок на фосфомуке, кэ - концентрат эмульсии.
Как видно из приведенных в таблице 1 результатов утилизации пестицидов, в твердых огарках диоксины не обнаружены, а в отходящих газах их количества находятся в концентрациях ниже аналитического уровня и более чем в 30 раз меньшем количестве, чем МДУ для воздуха производственных зон. Полученные данные подтверждают эффективность предлагаемой установки и экологическую чистоту, проводимой с ее помощью утилизации.
На основании экспериментальных данных и из произведенных расчетов следует, что установка промышленно применима, поставленная техническая задача решена.