Плавильна піч для знешкодження токсичних речовин

1. Плавильна піч для знешкодження токсичних речовин, що має замкнутий термостійкий корпус, порожнина якого розділена на сполучені плавильну камеру і камеру піролізу знешкоджуваних речовин в розплаві придатного мінерального або штучного мінералоподібного матеріалу, щонайменше один пристрій завантаження мінеральної основи для формування розплаву і знешкоджуваних речовин в піч, змонтований на кришці корпусу, щонайменше один заглибний газокисневий пальник, який розміщений в донній частині плавильної камери і служить джерелом тепла для приготування і підтримання текучості вказаного розплаву, щонайменше один пальник для допалювання газоподібних продуктів піролізу (пірогазу), який підключений до вікна для їх виведення з камери піролізу, льотку, яка розташована в придонній частині корпусу і служить для видалення розплаву з печі, і канал для випуску продуктів згоряння в атмосферу, яка відрізняється тим, що оснащена практично вертикальною жароміцною перегородкою, яка виготовлена з придатного газонепроникного матеріалу, жорстко і герметично закріплена відносно верхньої частини корпусу і має нижнє вікно і верхнє вікно для циркуляції розплаву між плавильною камерою і камерою піролізу, зазначена льотка для видалення розплаву з печі розташована в придонній зоні камери піролізу, пристрій завантаження U 2 (19) 1 3 16042 4 гербіциди, інсектициди, дефоліанти і інші песОлаби-на В.М. і Максимука А.Б. «Технология тертициди і ним подібні отрутохімікати у випадках, мического обезвреживания непригодных к испольколи термін їх придатності скінчився, зованию химических средств защиты растений» відпрацьовані трансформаторні масла й інші (див. вказаний СБОРНИК, т.2, с.798-801)] описана промислові відходи, що містять токсичні ароматибарботажна газова піч для знешкодження токсиччні переважно багатоядерні сполуки і т.п., них речовин. Ця відома піч, яка є найближчою до відходи полімерів типу поліуретану, полівінілпропонованої далі печі по технічній суті, має: хлориду, тефлону тощо. (1) замкнутий термостійкий корпус, порожнина Природно, що печі придатні також для переякого розділена на сполучені: робки інших твердих і пастоподібних промислових, (1.1) плавильну камеру (іменовану в докладі медичних і побутових відходів, що містять істотну «зона нагріву») і (як правило, не менше 20% по масі) домішку кар(1.2) камеру («зону») піролізу знешкоджуваних боновмісних речовин. речовин в розплаві придатного мінерального або Загальновідомо, що промислове виробництво штучного мінералоподібного матеріалу; і споживання пестицидів систематично зростає. З (2) щонайменше один засіб («камеру») завануведенням в господарський обіг сучасних пеститаження мінеральної основи для приготування цидів зі зниженою екологічною небезпечністю на розплаву і знешкоджуваних речовин в піч, змонтоскладах залишаються високотоксичні пестициди ваний на кришці корпусу; типу ДДТ (дихлордифенілтрихлоретану), застосу(3) щонайменше один заглибний (звичайно гавання яких заборонено. Далі, у споживачів нерідко зокисневий) пальник, який розміщений в донній залишаються невикористані запаси пестицидів, які частині плавильної камери і служить джерелом підлягають знищенню із-за перевищення терміну тепла для приготування вказаного розплаву і підтпридатності. І, нарешті, помітна частина токсичних римання його текучості; речовин внаслідок аварій при транспортуванні або (4) щонайменше один пальник для допалюнеобережного зберігання потрапляє в ґрунт в конвання газоподібних продуктів піролізу (пірогазу), центрованому вигляді. який підключено до вікна для їх виведення з камеХімічний склад пестицидів і ним подібних токри піролізу (як правило, через щонайменше один сичних речовин дуже різноманітний. Відповідно, їх апарат для очищення пірогазу від негорючих токхімічне знешкодження з застосуванням специфічсичних домішок); них реагентів економічно недоцільно. Мало того, (5) льотку, яка розташована в придонній часпродукти такого знешкодження нерідко вимагають тині корпусу і служить для видалення розплаву з надійного поховання. печі (наприклад, в гранулятор); Тому токсичні речовини звичайно знешкоджу(6) канал для випуску продуктів згоряння в атють шляхом високотемпературного піролізу в розмосферу (звичайно через щонайменше один апаплаві придатного інертного матеріалу з подальрат для їх остаточного очищення від негорючих шим допалюванням газоподібних продуктів токсичних домішок). піролізу і залишків піровуглецю [FR 2170998, US Описана плавильна піч, яка може бути легко 3946680, DE 2362691 B2, US 4280417, WO виготовлена в збірно-розбірному варіанті, у прин95/14885 A1, GB 2256036 А, ЕР 0767342 А1, ЕР ципі забезпечує; 0846917 А2, RU 2104445 тощо]. - приготування інертного мінерального розпВибір типу і конкретної конструкції пристрою лаву і заповнення ним обох вказаних камер печі до для піролізу залежить від маси токсичних речовин, досягнення заданого рівня; які підлягають знешкодженню, та їх локалізації. - щонайменше періодичну подачу знешкоджуТак, для піролізу відпрацьованих шин з метаваного матеріалу в піч і його піроліз у високотемлевим кордом, побутового сміття, що знаходиться пературному мінеральному розплаві в умовах інна міських звалищах, і відходів великих підпритенсивного перемішування; ємств органічного синтезу доцільно будувати ста- відбір пірогазу на подальшу утилізацію (з поціонарні піролізні установки з електропечами, як переднім очищенням, якщо вона необхідна, на це передбачено, наприклад, в [RU 2135896], а педодатковому устаткуванні); реважно - з більш економічними великогабарит- практично повне випалювання залишків піроними шахтними барботажними газовими печами вуглецю; згідно [RU 2036384]. - періодичний злив надлишку розплаву, який Якщо ж маса токсичних речовин або забрудможе утворюватися внаслідок засвоєння мінераненої ними ґрунту незначна (зокрема, складає від льних компонентів знешкоджуваного матеріалу, і декількох тонн до декількох десятків тонн), їх доціпрактично повний злив розплаву при зупинці печі. льно знешкоджувати безпосередньо на складах Але можливість циркуляції розплаву між плаабо в місцях забруднень. вильною камерою і камерою піролізу і розділення Для цього потрібні транспортабельні збірнопотоків пірогазу і продуктів його згоряння, що підрозбірні піролізні установки. лягають видаленню в атмосферу, лише згадані в Один з варіантів такої установки відомий із цитованому докладі без зазначення відповідних [Сборника научных трудов XIII (ежегодной) междузасобів. Цього явно недостатньо для ефективного народной научно-технической конференции «Экорегулювання масообмінних процесів всередині логия и здоровье человека, охрана водного и возпрацюючої печі. душного бассейнов, утилизация отходов», которая В основу корисної моделі покладена задача состоялась 13-17 июня 2005 г. в Алуште, Украина. удосконаленням взаємозв'язку (і взаємодії) між В тезах докладу Четверикова В.В., Гринченка Н.Н., плавильною камерою і камерою піролізу і розта 5 16042 6 шування засобів завантаження і вивантаження Перша додаткова відмінність полягає в тому, відносно корпусу створити таку плавильну піч, яка що верхнє вікно для циркуляції розплаву між пладопускала б більш ефективне регулювання масовильною камерою і камерою піролізу оснащено обмінних процесів в пічному просторі і, відповідно, придатним регулятором витрати розплаву. Це дополегшувала настройку на переробку різних за зволяє регулювати час обробки знешкоджуваного хімічним складом токсичних речовин. матеріалу в печі з урахуванням його хімічного Ця задача вирішена тим, що плавильна піч складу і особливостей піролізу навіть при безпедля знешкодження токсичних речовин, що має: рервному завантаженні. - замкнутий термостійкий корпус, порожнина Друга додаткова відмінність полягає в тому, якого розділена на сполучені плавильну камеру і що вказаний регулятор витрати розплаву виконакамеру піролізу знешкоджуваних речовин в розпний у вигляді поворотної шиберної заслінки. Ця лаві придатного мінерального або штучного мінеформа виконання регулятора найбільш проста і ралоподібного матеріалу; надійна. - щонайменше один засіб завантаження мінеТретя додаткова відмінність полягає в тому, ральної основи для формування розплаву і знешщо нижнє вікно для циркуляції розплаву має викоджуваних речовин в піч, змонтований на кришці гляд постійно відкритої щілини між нижнім торцем корпусу, вертикальної жароміцної перегородки і дном пла- щонайменше один заглибний газокисневий вильної камери. Це полегшує демонтаж перегоропальник, який розміщений в донній частині плавидки і зачистку подини після кожної чергової зупинльної камери і служить джерелом тепла для прики печі. готування і підтримання текучості вказаного розпЧетверта додаткова відмінність полягає в толаву, му, що в кришці камери піролізу встановлений - щонайменше один пальник для допалювання щонайменше один пальник для розігрівання стінок газоподібних продуктів піролізу (пірогазу), який вказаної камери перед кожним черговим запуском підключений до вікна для їх виведення з камери печі. Це виключає формування охолодів на стінках піролізу, камери піролізу і деформацію Ті прохідного пере- льотку, яка розташована в придонній частині тину. корпусу і служить для видалення розплаву з печі, і П'ята додаткова відмінність полягає в тому, канал для випуску продуктів згоряння в атмосфещо вказаний засіб для завантаження знешкоджуру, ваних речовин, що встановлений в кришці камери згідно з винахідницьким задумом піролізу, складається з бункера-накопичувача, оснащена практично вертикальною жароміцвхідного патрубка і шлюзу. Ці засоби достатні для ною перегородкою, яка виготовлена з придатного періодичного живлення печі знешкоджуваною регазонепроникного матеріалу, жорстко і герметично човиною. закріплена відносно верхньої частини корпусу і Шоста додаткова відмінність полягає в тому, має нижнє вікно і верхнє вікно для циркуляції розщо вказаний засіб для завантаження знешкоджуплаву між плавильною камерою і камерою піроліваних речовин, що встановлений в кришці камери зу, піролізу, складається з бункера-накопичувача, зазначена льотка для видалення розплаву з вхідного патрубка і секторного живильника. Ці запечі розташована в придонній зоні камери піролізу, соби достатні для безперервного живлення печі засіб завантаження мінеральної основи для знешкоджуваною речовиною. формування розплаву виконаний у вигляді люка в Сьома додаткова відмінність полягає в тому, кришці плавильної камери, а для завантаження що дно камери піролізу розташовано нижче за дно знешкоджуваних речовин передбачений окремий плавильної камери. Це полегшує злив розплаву засіб, встановлений в кришці камери піролізу. при кожній черговій зупинці печі. В цій печі як при періодичному, так і при безВосьма додаткова відмінність полягає в тому, перервному завантаженні знешкоджуваної речощо камера піролізу оснащена додатковою верхвини вдається створити такі режими циркуляції ньою льоткою, яка розташована нижче за нижню розплаву, які прийнятні для знешкодження хімікапереливну кромку верхнього вікна у вертикальній лій різної хімічної природи. Дійсно, за наявності жароміцній перегородці. Така льотка призначена вертикальної жароміцної перегородки з двома тільки для зливу надлишку розплаву, який в стацівікнами неважко створити запас мінерального роонарному режимі роботи може формуватися в печі зплаву, дзеркало якого в стаціонарному режимі з мінеральних домішок до знешкоджуваної речобуде нижчим за верхню переливну кромку верхвини. нього вікна. Відповідно, кожна чергова порція знеФахівцю зрозуміло, що при виборі конкретних шкоджуваної речовини спочатку входитиме в конваріантів здійснення корисної моделі можливі дотакт тільки з верхнім шаром мінерального вільні комбінації вказаних додаткових відмінностей розплаву, який перетікає через верхнє вікно з плаз основним винахідницьким задумом і що описані вильної камери в камеру піролізу, і інтенсивно рознижче переважні приклади його втілення жодним кладається з утворенням пірогазу. Регулюючи рочином не обмежують об'єм прав винахідників. зміри порцій витрату знешкоджуваної речовини, Далі суть корисної моделі пояснюється докланеважко забезпечити умови, при яких прорив піродним описом конструкції і роботи плавильної печі газу через верхнє вікно в перегородці буде пракдля знешкодження токсичних речовин з посилантично виключений і в плавильну камеру разом з нями на додане креслення, де піч зображена в циркулюючим розплавом зможе надходити тільки подовжньому розрізі вертикальною площиною. піровуглець. 7 16042 8 Плавильна піч має замкнутий термостійкий коного особливо шлюзу (або секторного живильника) рпус 1, порожнина якого розділена практично верз належними ущільненнями. тикальною жароміцною перегородкою 2 на плавиОдна із стінок камери 4 піролізу має у льну камеру 3 і камеру 4 піролізу знешкоджуваних верхній частині щонайменше одне вікно 14 для речовин в розплаві придатного мінерального або виведення газоподібних продуктів піролізу (пірогаштучного мінералоподібного матеріалу. зу) на допалювання безпосередньо або через не Корпус 1 має в плані, як правило, прямокутну показані тут і не оговорені особливо засоби доформу і може бути оснащений не показаною особочищення від токсичних домішок (наприклад, адливо придатною зовнішньою теплоізоляцією і/або сорбер, абсорбер, нейтралізатор і т.п.), які можуть сорочкою водяного охолодження. Принципи вибобути вибраний фахівцями з числа доступних на ру таких засобів добре відомі фахівцям по промиринку. слових печах. Бажано, щоб дно камери 4 піролізу було нижче Бажано, щоб щонайменше дно і стінки камери за дно плавильної камери 3. 4 піролізу були футеровані змінною (у випадках В середній частині не позначеної особливо капітального ремонту) кладкою 5 з вогнетривкого кришки плавильної камери 3 є люк 15 для подачі матеріалу типа шамоту або динасу. Висота кладки твердої мінеральної основи розплаву в період ко5 повинна перевищувати максимально допустижного чергового запуску печі. В донну частину мий рівень розплаву в працюючій печі. плавильної камери 3 вмонтовано не менше однієї Вертикальна перегородка 2 виготовлена з га(а переважно не менше двох) заглибних газових зонепроникного матеріалу (звичайно із сталі) у пальників 16 для розплавлення мінеральної основигляді порожнистого короба. Він має добре відомі ви при запуску печі і для підтримання текучості фахівцям і тому не показані особливо: отриманого розплаву. ззовні - шипи або рифи для фіксації вогнетриПлавильна камера 3 оснащена у верхній часвкої обмазки (перед пуском печі) або гарнісажу (в тині переважно одним (звичайно газокисневим) стаціонарному режимі роботи печі) і пальником 17 для допалювання пірогазу, що вивсередині - лабіринт для циркуляції хладагенводиться з камери 4 піролізу через вікно 14. ту (як правило, води). Верхня частина простору плавильної камери 3 Перегородка 2 жорстко і герметично закріплесполучається з атмосферою через канал 18 для на відносно верхньої частини корпусу 1 і має два випуску продуктів згоряння, одержуваних при ророзташованих на різній висоті вікна 6 і 7 для цирботі пальників 16 і 17. Фахівцю зрозуміло, що на куляції розплаву між плавильною камерою 3 і кавиході з цього каналу 18 за необхідністю може мерою 4 піролізу. бути встановлений щонайменше один придатний Вікно 6 розташовано в нижній частині перегоапарат для остаточного очищення продуктів згородки 2, має, як правило, вигляд щілини між нижряння від негорючих токсичних домішок. нім торцем перегородки 2 і дном плавильної камеВ збірно-розбірному варіанті втілення корисної ри 3 і постійно відкрито. моделі доцільно, щоб плавильна камера 3 і камеВікно 7 розташовано в середній (по висоті) чара 4 піролізу були роз'ємними і мали габарити, стині перегородки 2 і оснащено придатним регулядопустимі для автомобільних перевезень. тором витрати розплаву, наприклад, у вигляді поТоксичні речовини знешкоджують в описаній воротної шиберної заслінки 8, яка конструктивно печі таким чином. подібна перегородці 2. При запуску печі: Камера 4 піролізу має дві розташовані на різвключають пальник (або пальники) 11 і розігріній висоті льотки 9 і 10. вають вогнетривку кладку 5 камери 4 піролізу до Верхня льотка 9 звичайно розташована нижче температури не менше 1000 С (а переважно не за нижню переливну кромку вказаного вікна 7 в менше 1250 С), перегородці 2 і призначена для зливу надлишку включають заглибні газові пальники 16 в донрозплаву, який в стаціонарному режимі роботи ній частині плавильної камери 3, може формуватися в печі з мінеральних домішок через люк 15 в кришці плавильної камери 3, як до знешкоджуваних речовин. правило, одномоментно завалюють мінеральну Нижня льотка 10 розташована в придонній зооснову (наприклад, доменний шлак і тому подібні, ні камери 4 піролізу і призначена для зливу відпяк правило, штучні мінералоподібні силікатовмісні рацьованого мінерального розплаву перед зупинматеріали, здатні утворювати текучі розплави), кою печі на технічне обслуговування або ремонт люк 15 герметично закривають, щоб виключиабо перед демонтажем печі для її перевезення на ти викидання бризок розплаву з плавильної камеінше місце експлуатації (у випадках вичерпання ри 3, запасу знешкоджуваної речовини). плавлять завалений матеріал і заповнюють В середній частині не позначеної особливо отриманим розплавом плавильну камеру 3 і камекришки камери 4 піролізу встановлений щонаймеру 4 піролізу до рівня, що трохи перевищує нижню нше один (звичайно газокисневий) пальник 11 для кромку верхнього вікна 7 в перегородці 2, і розігрівання вогнетривкої кладки 5 перед кожним відключають пальник (або пальники) 11 в кричерговим запуском печі. На тій же кришці змонтошці камери 4 піролізу. вано пристрій для переважно періодичної (хоча Отриманий розплав, середня температура в можливо і безперервної) подачі знешкоджуваного масі якого звичайно складає від 1250 С до 1350 С, матеріалу в камеру 4 піролізу. під дією газліфта, створюваного продуктами згоЗвичайно цей пристрій має вид бункераряння від працюючих заглибних газових пальників накопичувача 12, вхідного патрубка 13 і не показа16, починає циркулювати між плавильною каме 9 16042 10 рою 3 і камерою 4 піролізу через верхнє вікно 7 і забезпечує практично повне випалювання піровугнижнє вікно 6 в перегородці 2. Необхідну темпералецю, туру і текучість розплаву підтримують, регулюючи тепло, що передається розплаву від барботуроботу заглибних газових пальників 16. ючих крізь нього продуктів згоряння, забезпечує Якщо піч оснащена регулятором витрати розостаточне плавлення і засвоєння мінерального плаву (зокрема, у вигляді поворотної шиберної залишку (з відповідним збільшенням об'єму і маси заслінки 8, яка встановлена в отворі верхнього циркулюючого розплаву), а вікна 7 в перегородці 2), то швидкість циркуляції підігрітий розплав в газліфтному режимі підійрозплаву встановлюють, змінюючи положення мається усередині плавильної камери 3 вище за заслінки 8. рівень верхнього вікна 7 в перегородці 2 і перетіВ стаціонарному режимі роботи печі відбувакає через це вікно 7 в камеру 4 піролізу. ються такі процеси. Відпрацьовані продукти згоряння, генеровані Знешкоджувану речовину періодично (або заглибними газовими пальниками 16 і пальником безперервно) подають в камеру 4 піролізу через 17, через канал 18 безпосередньо (або через добункер-накопичувач 12, вхідний патрубок 13 і згадаткову очисну апаратуру) виходять в атмосферу. даний вище шлюз (або секторний живильник). У міру накопичення розплаву його надлишок Ця речовина падає на поверхню високотемпеможе без зупинки печі бути видалений з камери 4 ратурного розплаву, інтенсивно нагрівається до піролізу. Для цього бажано використовувати верхтемператури, що істотно перевищує температуру ню льотку 9, хоча не виключено і використання термічної деструкції довільних органічних речовин, нижньої льотки 10 і навіть обох льоток одночасно. і розкладається з виділенням пірогазу, появою У випадках переробки металовмісних токсичзалишкового піровуглецю і, у разі знешкодження них відходів розплавлена металева фаза звичайно органомінеральних композицій, мінерального занакопичується в придонній частині камери 4 піролишку. лізу. Саме для таких випадків призначені печі, у Пірогаз через вікно 14 видаляють з камери 4 яких дно камери 4 піролізу нижче за дно плавильпіролізу і безпосередньо (або після попереднього ної камери 3. очищення від токсичних негорючих домішок) поПри зупинці печі: дають на допалювання в пальник 17 в газовому припиняють подачу знешкоджуваної речовини просторі плавильної камери 3 з прямою утилізаців камеру 4 піролізу, єю тепла на придушення утворення охолоді на перекривають вікно 14 виведення газоподібвході в канал 18. них продуктів піролізу, Піровуглець і мінеральний залишок засвоювідкривають нижню льотку 10 і поступово злиються потоком циркулюючого мінерального розпвають розплав з корпусу 1 (наприклад, в гранулялаву і (у міру охолоджування і під натиском «свіжотор для отримання штучного щебеня), го» розплаву, що виливається з верхнього вікна 7 після припинення виходу розплаву з льотки 10 в перегородці 2) надходять в придонну зону камеприпиняють подачу горючого газу в заглибні газові ри 4 піролізу. Далі розплав, збагачений зазначепальники 16 і продувають порожнину корпусу тільними продуктами піролізу, через нижнє вікно 6 в ки окислювачем або іншим придатним негорючим перегородці 2 перетікає в плавильну камеру 3, де газом. крізь нього барботують продукти згоряння від праПіч, що остигла, готова до технічного обслугоцюючих заглибних газових пальників 16. При цьовування або розбирання для перевезення на інше му: місце експлуатації. надлишок окислювача, який звичайно викориДалі описаний процес повторюється. стовують для спалювання газу в цих пальниках 16, Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601