Устройство для термического обезвреживания опасных отходов
DEVICE FOR THERMAL TREATMENT OF HAZARDOUS WASTE

Изобретение относится к устройствам для термического обезвреживания опасных отходов, а также отсортированных органических компонентов твердых бытовых отходов, углерод - и углеводородсодержащих отходов, в том числе нефтешламов, отходов предприятий органического синтеза, иловых осадков канализационных очистных сооружений, отходов медицинских и лечебно-профилактических учреждений и прочих горючих, биоразлагаемых отходов.
Известен реактор пиролиза, включающий систему параллельных труб, соединенных ретурбентами, заполненных катализаторами и помещенных в радиантную секцию трубчатой печи (SU 1787046, 1993). Недостатком реактора является большое гидравлическое сопротивление реакционных труб, заполненных катализаторами, в которых процесс пиролиза проходит при высоком давлении и образовании значительного количества смолянистых веществ, дезактивирующих катализатор. Также важным недостатком предложенной конструкции является невозможность переработки твердых опасных отходов.
2
Известен способ переработки твердых бытовых и промышленных отходов, включающий их предварительную обработку, загрузку в реактор, нагрев, сушку, высокотемпературный пиролиз и сжигание пиролизного газа с образованием продуктов переработки в газообразной и жидкой фазе, вывод продуктов переработки из реактора (RU 2544949, 2014). Недостатком данного способа являются высокая энергоемкость последовательно проводимых процессов нагрева, сушки и пиролиза, низкие коэффициенты теплопередачи при высокотемпературном пиролизе (10-60 Вт/м⋅К), отсутствие методов снижения экологической опасности от вредных выбросов, образующихся при сжигании и дожиге пиролизного газа, отсутствие методов контроля качества и безопасной выгрузки углеродного остатка пиролиза отходов.
Известен способ переработки горючих углерод - и/или углеводородсодержащих продуктов, включающий подготовку шихты из продуктов переработки и их последовательную послойную переработку в реакторе в присутствии насадки при подаче кислородсодержащего агента и водяного пара, и включающий стадии разогрева шихты, пиролиза горючих составляющих, коксования, горения, образования твердого остатка, образования парогазовой смеси, охлаждение парогазовой смеси с осаждением части твердых и жидких частиц и ее выведение из рабочего пространства реактора (RU 2495076, 2012). Недостатком данного изобретения является высокая энергоемкость процессов пиролиза, коксования и образования твердого остатка, быстрый износ и загрязнение насадки в реакторе, отсутствие методов снижения экологической опасности образующихся продуктов горения.
Известно устройство для термической переработки несортированных отходов, включающее узел подачи отходов, узел нагрева отходов, узел газификации углерода и узел вывода шлаковых продуктов (RU 2013125405, 2013). Недостатком данного устройства являются высокие капитальные и эксплуатационные расходы, и как следствие, экономическая неэффективность газификации углеродного остатка в сравнении с традиционными методами сжигания.
Наиболее близким к изобретению устройством является устройство для переработки бытовых и производственных отходов, включающее в себя измельчитель отходов, камерную секционную печь карбонизации для физико-химического разложения органических компонентов под действием тепловой обработки с активацией электромагнитным сверхвысокочастотным излучением, колонные аппараты для ректификации фракций углеводородов (смол), скруббер для осушки и последующего дожигания низконапорных газов в печи (RU 2013126238, 2013). Недостатком данного устройства является отсутствие методов контроля и снижения экологической опасности углеродного остатка, образующегося в процессе физико-химического разложения отходов, отсутствие методов контроля и снижения экологической опасности при переработке отходов с повышенным содержанием тяжелых металлов (таких как медь, железо, никель, ртуть, кадмий, свинец, мышьяк), отсутствие методов предварительной очистки образующихся сточных вод.
Задачей, решаемой в изобретении, является создание устройства, которое бы позволяло увеличить производительность реакторов при повышенной энергоэффективности.
Технический результат, достигаемый в изобретении, заключается в увеличении степени обезвреживания (массы обезвреженного остатка по отношению к исходной массе опасных отходов) до 90-95%, в уменьшении эксплуатационных расходов, в возможности комбинированной загрузки и переработки неоднородных по составу твердых, жидких и пастообразных отходов, в повышении производительности реакторов, в повышении энергоэффективности.
Сущность изобретения заключается в достижении указанного технического результата в устройстве для термического обезвреживания опасных отходов, которое содержит последовательно связанные накопительный бункер, термолизный реактор с загрузочным питателем и нижним разгрузочным устройством, емкость для охлаждения (тушения) углеродного остатка термолиза отходов, бункер временного складирования углеродного остатка с системой пробоотбора для экспресс-анализа токсичности и установку плазменного дожига углеродного остатка с приемной шлаковой ванной, а также линию фракционирования с насадочным скруббером, адсорбером и колонными аппаратами для выделения жидкой углеводородной фракции продуктов термолиза и несконденсированного синтез-газа, используемого в качестве вторичного топлива в реакторе термолиза, систему водоочистки производственных сточных вод, трехстадийную очистку дымовых газов термолизного реактора, при этом реактор термолиза содержит по крайней мере одну камеру термолиза, система газоочистки содержит три стадии очистки с извлечением окислов тяжелых металлов, а система водоочистки включает в себя три ступени физико-химической очистки.
В предпочтительном варианте выполнения линия фракционирования выполнена с возможностью подачи сконденсированной фракции вместе с промывной водой непосредственно на систему водоочистки и сброса производственных сточных вод.
Кроме того, узел загрузки сырья термолизного реактора выполнен в виде шнекового питателя, установленного под углом от 5 до 20°, оборудованного загрузочным желобом с внутренним спиралевидным безвальным шнеком для комбинированной загрузки и переработки неоднородных по составу твердых, жидких и пастообразных отходов.
Изобретение поясняется чертежом, где на рисунке изображена схема устройства для термического обезвреживания опасных отходов.
Устройство для термического обезвреживания опасных отходов содержит последовательно связанные накопительный бункер 1, термолизный реактор 2 с загрузочным шнековым питателем 3 и нижним разгрузочным устройством 4, емкость 5 для охлаждения (тушения) углеродного остатка термолиза отходов, бункер 6 временного складирования углеродного остатка с системой 7 пробоотбора для экспресс-анализа токсичности и установку 8 плазменного дожига углеродного остатка с приемной шлаковой ванной 9. Связь между накопительным бункером 1 и термолизным реактором осуществляется с помощью установленного в нижней части бункера разгрузочного устройства (шибера) 10 и шнековых конвейеров 11 и 12, а также промежуточного расходного бункера 13, который установлен с возможностью взаимодействия с загрузочным питателем 3 термолизного реактора 2. При этом жидкие и пастообразные отходы, подлежащие переработке, из накопительного бункера 1 к загрузочному питателю 3 подаются с помощью винтового насоса 14.
Загрузочный шнековый питатель 3 установлен под наклоном под углом от 5 до 20° к реактору 2 с таким расчетом, чтобы транспортировка отходов осуществлялась самотеком при действии гравитационных сил и оборудован спиралевидным безвальным шнеком, благодаря чему увеличивается пропускная способность питателя 3 и возможна транспортировка липких и высоковязких отходов.
Термолизный реактор 2 состоит по меньшей мере из одной рабочей камеры, которая имеет форму прямоугольного параллелепипеда и выполнена из жаропрочной нержавеющей стали с наружной футеровкой из огнеупорных материалов, закрепленных на внешних металлоконструкциях. Каждая из камер термолизного реактора 2 снабжена загрузочными штуцерми, которые соединены с рабочими камерами термолизного реактора фланцевыми соединениями с вмонтированными шиберными затворами, оборудованными электроприводом (не показано). При выполнении в реакторе нескольких камер в нем предусмотрены параллельные отопительные простенки, в которые подается тепло, вырабатываемое от сжигания энергоносителя (газообразного, твердого или жидкого углеводородного топлива). Для обогрева камер реактора с наружных сторон предусмотрена горелка 15, которая сжигает рабочее топливо (газ из газопровода, подводимый по линии 16, и воздух, подводимый по линии 17). При этом тепло образующееся при сжигании рабочего топлива в горелке 15, движется в пространствах между наружной поверхностью стенок камер и внутренней поверхностью футеровки. Расчетная температура стенки рабочей камеры составляет от 900 до 1050°С. Температура перерабатываемой среды внутри камеры термолизного реактора составляет от 500 до 950°С. При указанной температуре в инертной бескислородной среде осуществляются физико-химические реакции разложения углеродсодержащих компонентов отходов на летучую фракцию и твердый коксовый (углеродный) остаток.
Ширина рабочих камер термолизного реактора 2 составляет 300 мм, что обусловлено глубиной прогрева стационарного слоя вещества в камере. Число рабочих камер термолизного реактора 2 определяется расчетным путем, исходя из цикла термолизной деструкции вещества в камере и необходимой производительности по входящему потоку отходов с учетом их насыпной плотности (удельного веса).
Разгрузочное устройство 4 выполнено в виде шнекового транспортера, который установлен в нижней разгрузочной зоне камер термолизного реактора 2, причем в нижней разгрузочной зоне реактора предусмотрены разгрузочные штуцеры (не показано), которые через фланцевое соединение с вмонтированным шиберным затвором 18, оборудованным электроприводом, соединены со шнеком разгрузочного устройства 4.
Для более полного обезвреживания твердых продуктов термолиза в устройстве имеется емкость 5 для охлаждения (тушения) углеродного остатка термолиза отходов, бункер 6 временного складирования углеродного остатка с системой 7 пробоотбора для экспресс-анализа токсичности и установка 8 плазменного дожига углеродного остатка с приемной шлаковой ванной 9. Емкость 5 для охлаждения (тушения) углеродного остатка термолиза отходов соединена с нижним разгрузочным устройством 4 термолизного реактора 2 через приемный скребковый конвейер 19 закрытого типа со стальными пластинами, по которым горячий термолизный остаток направляется в емкость 5 для охлаждения (тушения).
Емкость 5 для тушения оборудована шлюзовым дозатором 20 в верхней части и выполнена с возможностью продува поступающего в нее углеродного остатка термолиза циркулирующими газами (воздухом или азотом и иными инертными газообразными средами). При этом происходит теплообмен при непосредственном контакте теплоносителей. Для выгрузки из емкости 5 охлажденного до 80°С углеродного остатка предусмотрен нижний шлюзовый дозатор 21, который связан со шнековым конвейером 22, который, в свою очередь, связан с бункером 6 временного складирования, имеющим систему 7 пробоотбора для определения класса опасности отхода экспресс-методом (в частности, биотестированием). Для отвода циркулирующих в емкости 5 газов предусмотрена линия 23.
Бункер 6 временного хранения имеет в нижней части два шиберных затвора - 24 и 25, один из которых - 24 - предназначен для выгрузки термолизного остатка для его утилизации или захоронения, а другой - 25 - для подачи на скребковый конвейер 26 закрытого типа, который связан с установкой 8 плазменного дожига через ее дозатор 27.
Установка 8 плазменного дожига представляет собой вертикальный цилиндрический шахтный реактор, выполненный из огнеупорных материалов с корундовым покрытием в высокотемпературной зоне, в которой с внутренней стороны установлены газоразрядные плазмотроны, создающие поток низкотемпературной воздушной плазмы с температурой 1500°С. Углеродный остаток загружается через шлюзовый дозатор 27 в среднем сечении шахтного реактора. При прохождении высокотемпературной зоны реактора углеродный остаток подвергается полному сжиганию, образующийся шлак расплавляется и вытекает из нижней разгрузочной зоны в приемную шлаковую ванну 9 установки, где затвердевает, остекловывается и отгружается на захоронение либо утилизацию внешним потребителям.
Для отвода газообразных продуктов горения термолизного остатка в потоке плазмы предусмотрена линия 28.
Для очистки газов, нагретых в емкости для тушения, предусмотрены циклон 29 для обеспыливания и газопромыватель-скруббер 30 для мокрой очистки с охлаждением. В циклон 29 газы из емкости для тушения поступают по линии 23, а из циклона в газопромыватель-скруббер 30 - по линии 31 через газодувку 32. К газопромывателю-скрубберу 30 предусмотрен подвод технической воды по линии 33 и отвод стока мокрой очистки по линии 34 на градирню 35, снабженную вентилятором 36 для охлаждения во встречном потоке холодного атмосферного воздуха, подаваемого на вентилятор 36.
Градирня 35 по охлажденному стоку мокрой очистки связана по линии 37 с тонкослойным отстойником 38 со шнековой выгрузкой осадка с помощью шнекового транспортера 39 с последующей доставкой осадка по линии 40 на конвейер 22.
Для отвода очищенных и охлажденных газов из газопромывателя-скруббера 30 предусмотрена линия 41 с газодувкой 42, связанная с емкостью 5 для тушения.
Для отвода образующейся летучей парогазовой фракции термолизной деструкции отходов из реактора 2 термолиза предусмотрена линия 43 с газодувкой 44 для подачи на линию фракционирования в насадочный скруббер 45 на промывание, к которому по линии 46 подводится техническая вода. В скруббере 45 осуществляется контакт с охлаждающей промывной водой, вследствие чего обеспечивается конденсация паров жидких углеводородов (смол) - продуктов реакций разложения ТБО (твердых бытовых отходов), содержащихся в исходной парогазовой фазе. Несконденсированные газы, содержащие преимущественно ацетилен, этилен, метан, аммиак, водород, оксиды углерода (II) и (IV) и т.д., выводят из скруббера 45 в адсорбер 47 по линии 48 на осушку в слое адсорбента (главным образом, силикагеля), после чего направляют на дожигание в реактор 2 термолиза по линии 49 с газодувкой 50 в камеры сгорания в качестве вторичного газового топлива.
Сконденсированную жидкую фракцию (углеводородные смолы) термолиза отходов в смеси с промывной водой из скруббера 45 сбрасывают в последующую систему водоотведения. Для очистки сбросов от скруббера 45 предусмотрена трехступенчатая система водоочистки - гравитационное отстаивание в тонкослойном отстойнике 38, в который сброс из скруббера 45 подается по линии 51, связанной также с напорным флотатором 52 для флотационной очистки, который далее на выходе связан с напорными сорбционными фильтрами 53 для тонкой физико-химической очистки. Данная система позволяет очистить сброс от взвешенных частиц, сажи, углеводородных смол, соединений тяжелых металлов, хлорид-, нитрат-, сульфат-, фосфат-ионов до приемлемых норм для биологической очистки на производственных или городских очистных сооружениях. Флотатор 52 имеет вход для ввода флотоагентов со склада.
В случае переработки крупнотоннажных опасных отходов является экономически целесообразным обезвоживание сконденсированной в скруббере 45 жидкой фракции термолиза отходов методом ректификации в колонных аппаратах, где смолы подогреваются в испарителях водяным паром, выработанном на котле-утилизаторе в узле тушения углерода. Ректификацию проводят при атмосферном давлении либо под вакуумом (200…400 мм водяного столба), благодаря чему снижаются температуры кипения и происходит отгонка воды из углеводородной фракции. Обезвоженная жидкая углеводородная фракция подлежит утилизации внешним потребителям в качестве аналога-заменителя жидкого темного печного топлива с температурой кипения 100…250°С, практический выход ее составляет в среднем 10% из общей массы первоначальных углеродсодержащих компонентов отходов с расчетной влажностью 20%. При этом отогнанная вода в виде дистиллята ректификационных колонных аппаратов направляется частично на рецикл в качестве промывной воды насадочного скруббера, частично - на утилизацию в системы водоотведения в качестве производственных сточных вод.
Образующиеся в процессе обогрева реактора термолиза 2 продукты сгорания топлива (дымовые газы) отводят по линии 54 в адсорбер 55, в котором проводится термокаталитическая стадия очистки путем пропускания неохлажденных дымовых газов (температура более 700°С) через адсорбер 55, содержащий псевдоожиженный слой катализатора (прокаленного муллитокремнеземистого волокна с медно-кобальтовыми промоторами), с целью улавливания высокотоксичных окислов хлор- и фторорганических соединений (таких как диоксины, фураны, бензапирены, бифенилы, меркаптаны). По мере осмоления и загрязнения катализатор с обезвреженными веществами (класс опасности IV-V) выгружают механическим способом, направляют на регенерацию (повторный обжиг) либо утилизацию (захоронение).
3
2
x
y
x
y
2
4
2
4
2
3
Подвергнутые первой стадии очистки газы из абсорбера 55 по линии 56 с газодувкой 57 подают на вторую стадию газоочистки (хемосорбцию) для коллективного удаления токсичных компонентов NH, HS, оксидов NO, SO, СО, СO из дымовых газов в насадочных скрубберах 58, 59, в которых осуществляют взаимодействие с хемосорбентом - водным раствором щелочи NaOH (концентрация 15% масс.) и карбамида (концентрация 10% масс.), в результате происходит химическая нейтрализация оксидов азота, серы, углерода и физическая абсорбция азота и сероводорода, с получением суспензии сульфата аммония (NH)SO и карбоната натрия NaCO, подлежащих сбросу в систему водоочистки. Хемосорбент приготовляют в реакторе-гомогенизаторе, куда предварительно подают воду, карбамид в кристаллическом виде и концентрированный водный раствор NaOH. В процессе хемосорбции дымовые газы охлаждаются с 400°С до 80…120°С.
2
Третьей стадией газоочистки является хемосорбция окислов тяжелых металлов, содержащихся в продуктах горения вторичного топлива, осуществляемая в насадочном скруббере 60 путем контактирования восходящего потока дымовых газов с водным раствором гашеной извести Са(ОН), в результате чего большинство тяжелых металлов, таких как железо, мышьяк, ртуть, кадмий, никель, ванадий, переходят в нерастворимые комплексные химические кальцийсодержащие соединения, которые далее осаждаются в напорных фильтрах и выводятся на захоронение либо утилизацию внешним потребителям. Для подвода газа к скрубберу 59 от скруббера 58 предусмотрена линия подвода 61 с газодувкой 61, от скруббера 59 к скрубберу 60 - линия подвода 63 с газодувкой 64. Реагенты подаются в скрубберы 58, 59, 60 от емкостей 65, 66, 67 соответственно. Туда же подается техническая вода.
Для отвода очищенных газов в атмосферу предусмотрен дымосос 68, связанный по входу со скруббером 60, а по выходу - с трубой (для вывода в атмосферу).
Скрубберы 58, 59, 60 по отработанным реагентам связаны с флотатором 52, флотошлам из которого направляется в накопительный бункер 1.
Дымовые газы от установки 8 плазменного дожига по линии 28 подводятся к адсорберу 55.
Все линии подвода и отвода оснащены вентилями.
Устройство работает следующим образом.
Направляемые на обезвреживание твердые отходы подвергаются предварительному измельчению и складированию в накопительном бункере 1, из которого с помощью шнековых конвейеров 11 и 12 и промежуточного расходного бункера 13 подаются в загрузочный желоб шнекового питателя. Направляемые на обезвреживание жидкие и пастообразные отходы поступают в некопительный бункер, откуда посредством винтового насоса 14 перекачиваются в загрузочный желоб шнекового питателя 3. Далее смешанные отходы (жидкие, пастообразные и твердые отходы в смеси либо в раздельном виде, в зависимости от морфологического состава исходных отходов, поступающих на переработку) шнековым питателем 3 транспортируются к загрузочным штуцерам, по которым выгружаются в рабочие камеры многокамерного термолизного реактора 2. Шнековый питатель установлен под наклоном под углом от 5 до 20° с таким расчетом, чтобы транспортировка отходов осуществлялась самотеком при действии гравитационных сил. Шнековый питатель 3 оборудован спиралевидным безвальным шнеком, благодаря чему увеличивается пропускная способность питателя и возможна транспортировка липких и высоковязких отходов. Загрузочные штуцера соединяются с рабочими камерами термолизного реактора фланцевыми соединениями с вмонтированными шиберными затворами, оборудованными электроприводом.
Реактор термолиза состоит по меньшей мере из одной рабочей камеры, которая имеет форму прямоугольного параллелепипеда и выполнена из жаропрочной нержавеющей стали с наружной футеровкой из огнеупорных материалов, закрепленных на внешних металлоконструкциях. Камера обогревается с наружных сторон теплом, передающимся от дымовых газов, образуемых при сжигании рабочего топлива в горелке 15 и движущихся в пространствах между наружной поверхностью стенок камеры и внутренней поверхностью футеровки. Расчетная температура стенки рабочей камеры составляет от 900 до 1050°С. Температура перерабатываемой среды внутри камеры термолизного реактора составляет от 500 до 950°С. При указанной температуре в инертной бескислородной среде осуществляются физико-химические реакции разложения углеродсодержащих компонентов отходов на летучую фракцию и твердый коксовый (углеродный) остаток.
Ширина рабочих камер термолизного реактора составляет 300 мм, это обусловлено глубиной прогрева стационарного слоя вещества в камере. Число рабочих камер термолизного реактора определяется расчетным путем исходя из цикла термолизной деструкции вещества в камере и необходимой производительности по входящему потоку отходов с учетом их насыпной плотности (удельного веса).
Образующиеся летучие фракции термолизной деструкции отходов откачиваются газодувкой 44 по единому коллектору на линию фракционирования.
Образующийся твердый углеродный остаток по завершению процесса термолиза выгружается из камеры разгрузочным шнековым транспортером 4, установленным в нижней разгрузочной зоне камер. Разгрузочный штуцер камеры соединяется с разгрузочным шнековым транспортером через фланцевое соединение с вмонтированным шиберным затвором 18, оборудованном электроприводом. Углеродный остаток термолиза отходов подается из камеры разгрузочным шнековым транспортером в приемный скребковый конвейер закрытого типа 19 со стальными пластинами, по которым горячий термолизный остаток направляется на узел охлаждения (тушения).
Углеродный остаток термолиза при выгрузке из скребкового конвейера подается в емкость для тушения 5, в которой продувается циркулирующими газами (воздухом или азотом и иными инертными газообразными средами). При этом происходит теплообмен при непосредственном контакте теплоносителей, охлажденный до 80°С углеродный остаток направляется в бункер временного складирования 6. Нагретые циркулирующие газы подвергаются обеспыливанию в циклоне 29 и мокрой очистке с охлаждением в газопромывателе-скруббере 30. Далее сток мокрой очистки направляется в градирню 35, в которой охлаждается во встречном потоке холодного атмосферного воздуха, подаваемого вентилятором 36. Охлажденный сток мокрой очистки подлежит механическому осветлению (отстаиванию) в тонкослойном отстойнике 38 со шнековой выгрузкой осадка на конвейер 22. Очищенные и охлажденные газы тушения углеродного остатка после мокрой очистки подаются газодувкой 42 обратно в емкость для тушения 5.
В случае переработки крупнотоннажных опасных отходов в процессе тушения углеродного остатка цикрулирующие газы принимают значительное количество вторичной тепловой энергии. С целью ее регенерации предусматривается второй вариант реализации узла тушения углеродного остатка (не показано на схеме). При втором варианте газы тушения после обеспыливания в циклоне подаются в кожухотрубный котел-утилизатор (не показан), в котором контактируют через поверхность теплопередающих труб с водяным теплоносителем, который нагревается до парообразного состояния (температуры 90-130°С) и затем поступает внешним потребителям в виде вторичной тепловой энергии. Охлажденные в котле-утилизаторе циркулирующие газы подаются обратно в емкость для тушения углеродного остатка.
Охлажденный углеродный остаток в емкости временного хранения 6 проходит стадии пробоотбора через пробоотборник 7, определения класса опасности отхода экспресс-методом (в частности, биотестированием). При соответствии допустимым нормам термолизный остаток разгружается через шиберный затвор 24 и передается на захоронение либо утилизацию внешним потребителям. При несоответствии практически безопасному или малоопасному классу отходов термолизный остаток разгружается через шиберный затвор 25 и подается скребковым конвейером закрытого типа 26 в установку плазменного дожига 8, в которой сжигаются в потоке низкотемпературной воздушной плазмы при температуре 1500°С. Установка плазменного дожига представляет собой вертикальный цилиндрический шахтный реактор, выполненный из огнеупорных материалов с корундовым покрытием в высокотемпературной зоне, в которой с внутренней стороны установлены газоразрядные плазмотроны, создающие поток низкотемпературной воздушной плазмы с температурой 1500°С. Углеродный остаток загружается через шлюзовый дозатор 27 в среднем сечении шахтного реактора. При прохождении высокотемпературной зоны реактора углеродный остаток подвергается полному сжиганию, образующийся шлак расплавляется и вытекает из нижней разгрузочной зоны в приемную шлаковую ванну установки, где затвердевает, остекловывается и отгружается на захоронение либо утилизацию внешним потребителям. Газообразные продукты горения термолизного остатка в потоке плазмы объединяются с дымовыми газами реакторов термолиза, которые образуются от сжигания топлива реакторов, и направляются в систему газоочистки.
Образующаяся летучая парогазовая фракция термолизной деструкции отходов из реактора термолиза направляется на линию фракционирования в насадочный скруббер 45 на промывание, где осуществляется контакт с охлаждающей промывной водой, вследствие чего обеспечивается конденсация паров жидких углеводородов (смол) - продуктов реакций разложения ТБО, содержащихся в исходной парогазовой фазе. Несконденсированные газы, содержащие преимущественно ацетилен, этилен, метан, аммиак, водород, оксиды углерода (II) и (IV) и т.д., выводят из скруббера в адсорбер 47 на осушку в слое адсорбента (главным образом, силикагеля), после чего направляют на дожигание в реактор термолиза в камеры сгорания в качестве вторичного газового топлива.
Сконденсированную жидкую фракцию (углеводородные смолы) термолиза отходов в смеси с промывной водой сбрасывают в последующую систему водоотведения. Перед сбросом в систему водоотведения стоки от скруббера 45 подвергаются, по меньшей мере, трехступенчатой системе водоочистки - гравитационному отстаиванию в тонкослойном отстойнике 38, флотационной очистке в напорном флотаторе 52, тонкой физико-химической очистке в напорных сорбционных фильтрах 53. Данная система позволяет очистить сброс от взвешенных частиц, сажи, углеводородных смол, соединений тяжелых металлов, хлорид-, нитрат-, сульфат-, фосфат-ионов до приемлемых норм для биологической очистки на производственных или городских очистных сооружениях.
В случае переработки крупнотоннажных опасных отходов является экономически целесообразным обезвоживание сконденсированной в скруббере 45 жидкой фракции термолиза отходов методом ректификацию в колонных аппаратах, где смолы подогреваются в испарителях водяным паром, выработанном на котле-утилизаторе в узле тушения углерода.
Ректификацию проводят при атмосферном давлении либо под вакуумом (200...400 мм водяного столба), благодаря чему снижаются температуры кипения и происходит отгонка воды из углеводородной фракции. Обезвоженная жидкая углеводородная фракция подлежит утилизации внешним потребителям в качестве аналога-заменителя жидкого темного печного топлива с температурой кипения 100…250°С, практический выход ее составляет в среднем 10% из общей массы первоначальных углеродсодержащих компонентов отходов с расчетной влажностью 20%. При этом отогнанная вода в виде дистиллята ректификационных колонных аппаратов направляется частично на рецикл в качестве промывной воды насадочного скруббера, частично - на утилизацию в системы водоотведения в качестве производственных сточных вод.
Образующиеся в процессе обогрева реактора термолиза продукты сгорания топлива (дымовые газы) направляют на трехстадийную газоочистку. Первая стадия газоочистки (термокаталитическая стадия) заключается в пропускании неохлажденных дымовых газов (температура более 700°С) через адсорбер 55, содержащий псевдоожиженный слой катализатора (прокаленного муллитокремнеземистого волокна с медно-кобальтовыми промоторами), с целью улавливания высокотоксичных окислов хлор- и фторорганических соединений (таких как диоксины, фураны, бензапирены, бифенилы, меркаптаны). По мере осмоления и загрязнения катализатор с обезвреженными веществами (класс опасности IV-V) выгружают механическим способом, направляют на регенерацию (повторный обжиг) либо утилизацию (захоронение).
3
2
x
y
x
y
2
4
2
4
2
3
Вторая стадия газоочистки (хемосорбция) предназначена для коллективного удаления токсичных компонентов NH, HS, оксидов NO, SO, СО, СO из дымовых газов в насадочных скрубберах 58, 59, в которых осуществляют взаимодействие с хемосорбентом - водным раствором щелочи NaOH (концентрация 15% масс.) и карбамида (концентрация 10% масс.), в результате происходит химическая нейтрализация оксидов азота, серы, углерода и физическая абсорбция азота и сероводорода, с получением суспензии сульфата аммония (NH)SO и карбоната натрия NaСО, подлежащих сбросу в систему водоочистки. Хемосорбент приготовляют в реакторе-гомогенизаторе, куда предварительно подают воду, карбамид в кристаллическом виде, и концентрированный водный раствор NaOH. В процессе хемосорбции дымовые газы охлаждаются с 400°С до 80…120°С.
2
Третьей стадией газоочистки является хемосорбция окислов тяжелых металлов, содержащихся в продуктах горения вторичного топлива, осуществляемая в насадочном скруббере 60 путем контактирования восходящего потока дымовых газов с водным раствором гашеной извести Са(ОН), в результате чего большинство тяжелых металлов, таких как железо, мышьяк, ртуть, кадмий, никель, ванадий, переходят в нерастворимые комплексные химические кальцийсодержащие соединения, которые далее осаждаются в напорных фильтрах и выводятся на захоронение либо утилизацию внешним потребителям.
Далее на выходе из скрубберов дымовые газы отгоняют дымососами 68 и через дымовую трубу 69 выбрасывают в атмосферу.
Изобретение позволяет увеличить степень обезвреживания (массу обезвреженного остатка по отношению к исходной массе опасных отходов) до 90-95%, повысить энергоэффективность (на 25…30% в сравнении с известными аналогами) и производительность (до 60%) процессов разложения и карбонизации как углеродсодержащих органических отходов, так и низкосортных топлив в сравнении с известными аналогами. В устройстве осуществляются последовательные термолиз углеродсодержащих веществ посредством конвективной теплопередачи и плазменный дожиг токсичной части получаемого углеродного остатка термолиза, благодаря чему повышается теплотехнический коэффициент полезного действия, значение которого может достигать 92%, и скорость коксования (карбонизации) продуктов (до 250 мм/час в зависимости от теплофизических свойств и порозности материала). Кроме того, узлы загрузки и разгрузки сырья позволяют сократить эксплуатационные расходы, минимизировать использование подсобной транспортной инфраструктуры и трудоемких механизмов.