Спосіб термічного знешкодження отрутохімікатів

1. Спосіб термічного знешкодження отрутохімікатів, що включає подачу отрутохімікатів у піч, піроліз органічної частини отрутохімікатів в печі з рідкою ванною з розплаву лужних реагентів з наступним зливанням шлаків у шпаківню, допалювання димових газів у камері допалювання, очищення димових газів від кислотних складових шляхом упорскування аерозолю лужного розчину, очищення димових газів від органічних токсинів, що неповністю згоріли, та оксиду вуглецю в каталітичному реакторі, подачу димових газів у рекуператор для нагрівання повітря горіння, охолодження димових газів у газоохолоджувачі, тонке очищення димових газів від дрібних частинок пилу в рукавному фільтрі, доочищення в адсорбері та подачу димових газів у димар, який відрізняється тим, що піроліз органічної частини отрутохімікатів здійснюють у безперервно хитній печі з рідкою ванною з розплаву лужних реагентів з періодичним зливанням шлаків у шлаківню, причому подачу в піч отрутохімікатів і лужних реагентів здійснюють після чергового зливання шлаків, очищення димових газів у каталітичному реакторі від органічних токсинів, що неповністю згоріли, та оксиду вуглецю здійснюють після тонкого очищення димових газів від пилу у рукавному фільтрі та їхнього підігрівання за рахунок тепла димових газів у теп 2 (19) 1 3 може бути використаний для знешкодження непридатних до використання отрутохімікатів і подібних до них хімічних речовин. Найбільш близьким до об'єкта, що заявляється, за сукупністю ознак є вибраний за прототип спосіб знешкодження пестицидів, отрутохімікатів і подібних до них хімічних речовин. Відомий спосіб включає подачу отрутохімікатів у піч та піроліз органічної частини отрутохімікатів в печі з рідкою ванною з розплаву лужних реагентів (наприклад, каустичної соди). В процесі спалювання органічної частини отрутохімікатів рідку ванну перемішують стисненим повітрям. Шлаки, що утворюються, зливають у шлаківню. Допалювання димових газів здійснюють в камері допалювання. Попереднє очищення димових газів від крупних частинок пилу здійснюють у вихровому апараті. Очищення димових газів від кислотних складових здійснюють шляхом упорскування аерозолю лужного розчину. Очищення димових газів від органічних токсинів, що неповністю згоріли, та оксиду вуглецю проводять в каталітичному реакторі. Потім димові гази подають в рекуператор для нагрівання повітря горіння та охолоджують в газоохолоджувачі перед тонким очищенням димових газів від дрібних частинок пилу в рукавному фільтрі. Очищений димовий газ спрямовують у димар (патент України № 84320, МПК В09В 3/00, F23G 7/00, опубл. 10.10.08, бюл. № 19). У способі, що заявляється, і прототипі співпадають такі суттєві ознаки. Обидва способи включають подачу отрутохімікатів у піч, піроліз органічної частини отрутохімікатів в печі з рідкою ванною з розплаву лужних реагентів з наступним зливанням шлаків у шлаківню, допалювання димових газів у камері допалювання, очищення димових газів від кислотних складових шляхом упорскування аерозолю лужного розчину, очищення димових газів від органічних токсинів, які неповністю згоріли, та оксиду вуглецю в каталітичному реакторі, подачу димових газів у рекуператор для нагрівання повітря горіння, охолодження димових газів у газоохолоджувачі, тонке очищення димових газів від дрібних частинок пилу в рукавному фільтрі та подачу димових газів у димар. Одержанню очікуваного технічного результату при використанні вибраного прототипу перешкоджають такі причини. Відомий спосіб не дозволяє забезпечити високу швидкість та ефективність розкладання складних органічних сполук під час піролізу непридатних отрутохімікатів і подібних до них хімічних речовин, а також не дозволяє забезпечити високу ефективність уловлювання та знешкодження продуктів розкладання, що утворюються. Це, зокрема, обумовлюється тим, що перемішування рідкої ванни здійснюється барботуванням за допомогою стисненого повітря, а це не дозволяє перемішувати розплав достатньо рівномірно та ефективно. Робота каталітичного апарата на брудному газі призводить до швидкого заростання каталізатора пилом, що, в свою чергу, призводить до зниження ефективності очищення димових газів від органічних токсинів, які неповністю згоріли, та оксиду вуглецю, а також 61022 4 характеризується високими експлуатаційними витратами. Крім того, в способі за прототипом не передбачена можливість повного зливання шлаків перед плановим ремонтом печі. В основу об'єкта, що заявляється, поставлено задачу створити такий спосіб термічного знешкодження отрутохімікатів, в якому удосконалення шляхом введення нової сукупності дій дозволило б при використанні об'єкта, що заявляється, забезпечити досягнення технічного результату, який полягає у підвищенні швидкості та ефективності розкладання складних органічних сполук при піролізі непридатних отрутохімікатів і подібних до них хімічних речовин, а також у в підвищенні ефективності уловлювання та знешкодження продуктів розкладання, що утворюються. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що спосіб термічного знешкодження отрутохімікатів включає подачу отрутохімікатів у піч, піроліз органічної частини отрутохімікатів в печі з рідкою ванною з розплаву лужних реагентів з наступним зливанням шлаків у шлаківню, допалювання димових газів у камері допалювання, очищення димових газів від кислотних складових шляхом упорскування аерозолю лужного розчину, очищення димових газів від органічних токсинів, що неповністю згоріли, і оксиду вуглецю в каталітичному реакторі, подачу димових газів у рекуператор для нагрівання повітря горіння, охолодження димових газів у газоохолоджувачі, тонке очищення димових газів від дрібних частинок пилу в рукавному фільтрі, доочищення в адсорбері та подачу димових газів у димар. Відмітною особливістю способу, що заявляється, є те, що піроліз органічної частини отрутохімікатів здійснюють у безперервно хитній печі з рідкою ванною з розплаву лужних реагентів з періодичним зливанням шлаків у шлаківню, причому подачу в піч отрутохімікатів і лужних реагентів здійснюють після чергового зливання шлаків. При цьому очищення димових газів у каталітичному реакторі від органічних токсинів, що неповністю згоріли, і оксиду вуглецю здійснюють після тонкого очищення димових газів від пилу у рукавному фільтрі та після їхнього підігрівання за рахунок тепла димових газів у теплообміннику, встановленому за камерою допалювання. В окремих випадках використання спосіб, що заявляється, характеризується тим, що: - при черговому зливанні шлаків їх зливають у кількості 0,8÷0,98 маси завантаження печі, потім у піч подають отрутохімікати і лужні реагенти при масовому співвідношенні від 1:0,3 до 1:1 у кількості 25÷35 % ємності ванни та здійснюють піроліз органічної частини отрутохімікатів впродовж 25÷40 хвилин до чергового зливання шлаків; - в процесі піролізу органічної частини отрутохімікатів рідку ванну перемішують шляхом хитання печі з частотою 1÷2 коливання за хвилину; - як повітря горіння використовують аспіраційні викиди від камери, яка вкриває зону завантаження печі і зливання шлаків та сполучена повітроводом з вентилятором для подачі повітря горіння; - температуру рідкої ванни в процесі піролізу органічної частини отрутохімікатів підтримують на 5 рівні 800÷1000 °С, при цьому повітря горіння подають у піч, нагрітим до 350÷400 °С; - допалювання димових газів здійснюють при температурі 1100÷1200 °С впродовж 2÷3 секунд при коефіцієнті надлишку повітря 1,4÷1,5; - димові гази після теплообмінника за камерою допалювання обробляють аерозолем водяного розчину лужних реагентів при концентрації лужних складових в димових газах 0,01÷0,03 мас. %; - димові гази перед рукавним фільтром охолоджують до температури 120÷180 °С в газоохолоджувачі за який використовують газоповітряний теплообмінник, економайзер або паровий котел, а перед каталітичним реактором димові гази підігрівають у теплообміннику камери допалювання до 550÷650 °С. При використанні способу, що заявляється, забезпечується досягнення технічного результату, який полягає у підвищенні швидкості та ефективності розкладання складних органічних сполук при піролізі непридатних отрутохімікатів і подібних до них хімічних речовин, а також у підвищенні ефективності уловлювання та знешкодження продуктів розкладання, що утворюються. Між сукупністю суттєвих ознак способу, що заявляється, і технічним результатом, який досягається, існує такий причинно-наслідковий зв'язок. При періодичній подачі отрутохімікатів і лужних реагентів в піч, яка безперервно коливається, з рідкою ванною з розплаву лужних реагентів, органічні сполуки отрутохімікатів інтенсивно і рівномірно перемішуються з лужними реагентами у всьому об'ємі рідкої ванни печі під час її гойдання. Органічні сполуки отрутохімікатів інтенсивно розкладаються і кислі складові зв'язуються лугом, a CO і пари органічних сполук, в основному, згоряють в робочому просторі над ванною. При цьому забезпечується суттєве підвищення швидкості піролізу, ефективності розкладання та повноти зв'язування кислих продуктів розкладання отрутохімікатів і подібних до них хімічних речовин, що утворюються при піролізі в рідкій ванні печі. Димові гази, що відходять з печі, проходять через ряд апаратів для подальшого знезаражування, охолодження та очищення. Змішування димових газів, що виходять з печі, у верхній частині камери допалювання з направленими зверху донизу потоками продуктів згоряння рідкого або газоподібного палива і нагрітим повітрям горіння, що додатково подається, забезпечує стабільно високу температуру знешкодження димових газів на рівні 1100÷1200 °С впродовж 2÷3 секунд при вмісті кисню до 8÷40 %. Після допалювання димові гази направляють в теплообмінник дим-дим, де здійснюють охолодження димових газів з одночасним нагріванням очищеного від пилу диму перед подачею в каталітичний апарат та нагріванням за каталітичним апаратом повітря горіння, яке спрямовується в піч і камеру допалювання. Після теплообмінника димові гази обробляють аерозолем лужного розчину (наприклад, каустичної соди), що забезпечує зв'язування SOx, HCl та Сl2. 61022 6 Після обробки димових газів лужним розчином їх додатково охолоджують в газоохолоджувачі або теплоутилізаторі перед рукавним фільтром до температури експлуатації рукавів фільтра. Після рукавного фільтра димові гази направляють в теплообмінник дим-дим для нагрівання перед каталітичним реактором. Обробка очищених від пилу димових газів в каталітичному реакторі запобігає швидкому заростанню каталізатора пилом та дозволяє ефективно забезпечити розкладання і допалювання залишків важких вуглеводнів та оксиду вуглецю в димових газах впродовж тривалого періоду роботи каталізатора (1,5÷2,5 роки) без додаткових експлуатаційних витрат на періодичну заміну каталізатора. Охолодження димових газів після каталітичного реактора в рекуператорі з подальшим розбавленням повітрям до температури конденсації парів ртуті та інших важких металів, забезпечує конденсацію ртуті та інших важких металів, а також їхнє уловлювання у фільтріадсорбері (наприклад, з вуглецевої тканини), через який димові гази подають димососом у димар. Крім того, при здійсненні піролізу органічної частини отрутохімікатів в печі, яка безперервно коливається, дуже просто забезпечується періодичне зливання шлаків в заданій кількості, що залежить від кута нахилу печі у бік випускного отвору, та забезпечується можливість повного зливання шлаків перед плановим ремонтом печі. Періодичне зливання шлаків в меншій кількості, ніж 0,8 маси завантаження печі, недоцільне тому, що це викличе переповнювання ванни при черговому завантаженні. Періодичне зливання шлаків в більшій кількості, ніж 0,98 маси завантаження печі, недоцільне тому, що при цьому зменшиться об'єм розплаву у ванні, який необхідний для швидкого засвоєння завантаження. Завантажування отрутохімікатів і лужних реагентів при їхньому масовому співвідношенні, меншому за 1:0,3 недоцільне тому, що при цьому не забезпечується рідкорухливість розплаву. Завантажування отрутохімікатів і лужних реагентів при їхньому масовому співвідношенні, більшому за 1:1 недоцільне тому, що це призводить до невиправданого збільшення витрат лужних реагентів. Періодичне завантажування в піч порції отрутохімікатів і лужних реагентів об'ємом, який менший за 25 % ємності ванни печі, є нераціональним, оскільки це призводить до збільшення кількості разів відкривання завантажувальних вікон та до збільшення витрат палива для компенсації охолодження робочого простору. Завантажування в піч порції отрутохімікатів і лужних реагентів об'ємом, який більший за 35 % ємності ванни печі, також є нераціональним, оскільки може призвести до затвердіння розплаву у ванні печі для запобігання якому потрібне підвищення витрат палива та збільшення тривалості циклу переробки. Тривалість піролізу органічної частини отрутохімікатів, яка становить менше 25 хвилин до зливання шлаків, є неприйнятною, оскільки при цьому не забезпечується повне розплавлення отрутохімікатів і лужних реагентів, а також повний 7 піроліз органічної частини отрутохімікатів. Тривалість піролізу органічної частини отрутохімікатів, яка становить більше 40 хвилин до зливання шлаків, є невиправданою, оскільки через необхідність забезпечення належних умов для плавлення і піролізу призведе до перевитрат палива і зниження продуктивності. Гойдання печі з частотою 1÷2 коливання за хвилину забезпечує прискорення процесу перемішування матеріалу, що знешкоджується в печі, з лужними реагентами, при цьому в порівнянні з перемішуванням шляхом барботажу за допомогою стисненого повітря, прискорюється процес розкладання отрутохімікатів, знижується питома витрата лужних реагентів, знижується обсяг винесення кислотоутворюючих шкідливостей з газами. Гойдання з частотою, меншою ніж одне коливання за хвилину обумовлює збільшення періоду переробки порції отрутохімікатів. Гойдання з частотою, більшою ніж два коливання за хвилину вимагає використання приводу гойдання з підвищеною потужністю. Використання як повітря горіння аспіраційних викидів від камери, яка вкриває зону завантаження печі і зливання шлаків, які, в свою чергу, піддаються комплексному очищенню разом з технологічними газами, дозволяє запобігти потраплянню неочищених викидів шкідливостей у навколишнє середовище та його забрудненню. Підтримування температури рідкої ванни в процесі піролізу органічної частини отрутохімікатів, яка становить менше 800 °С, та спрямування повітря горіння в піч нагрітим до температури, яка становить менше 350 °С, є недоцільним тому, що при температурі рідкої ванни менше 800 °С розплав стає в'язким, а підтримування температури повітря менше 350 °С призводить до зростання витрат палива. Підтримування температури рідкої ванни в процесі піролізу органічної частини отрутохімікатів на рівні понад 1000 °С та спрямування повітря горіння в піч, нагрітим до температури понад 400 °С є недоцільним тому, що при температурі більше 1000 °С невиправдано збільшуються витрати палива, а при температурі повітря більше 400 °С збільшується концентрація оксидів азоту. Допалювання димових газів при температурі менше 1100 °С впродовж менше 2 секунд при коефіцієнті надлишку повітря менше 1,4 не дозволяє забезпечити необхідний ступінь допалювання органічних шкідливостей. Допалювання димових газів при температурі вище 1200 °С впродовж більше 3 секунд при коефіцієнті надлишку повітря більше 1,5 призводить до перевитрат палива. Обробка димових газів аерозолем лужного розчину (наприклад, каустичної соди) після теплообмінника за камерою допалювання перед входом в каталітичний реактор забезпечує якнайповніше зв'язування сполук сірки та хлору, а при розкладанні вуглеводнів на каталізаторі відбувається відновлення частини оксидів азоту до молекулярного азоту. При цьому концентрація лужних складових в димових газах повинна знаходитись в межах 0,01÷0,03 мас. %. За концентрації 61022 8 лужних складових в димових газах менше 0,01 мас. % не буде забезпечуватись нейтралізація всіх кислотних шкідливостей в димових газах. Забезпечення концентрації лужних складових в димових газах на рівні більше 0,03 мас. % призведе до недоцільної перевитрати лужних реагентів. Охолодження димових газів перед рукавним фільтром до температури, яка становить менше 120 °С, в газоохолоджувачі за який використовують газоповітряний теплообмінник, економайзер або паровий котел, недоцільне тому, що це призведе до збільшення металоємності газоохолоджувача. Охолодження димових газів до температури, яка становить більше 180 °С, недоцільно тому, що це призведе до необхідності використання більш жаростійкого матеріалу рукавів рукавного фільтра, що, в свою чергу, призведе до збільшення вартості рукавного фільтра та, зокрема, вартості здійснення способу в цілому. Доочищення від органічних шкідливостей димового газу, який був попередньо очищений від 3 пилу до залишкового її вмісту 5÷10 мг/нм та попередньо нагрітий до 550÷650 °С, дозволяє забезпечити нормативний вміст органічних шкідливостей на виході газу в атмосферу стабільним впродовж тривалого (2 роки і більше) періоду термічного знешкодження отрутохімікатів, зменшити кількість дорогих каталізаторів у реакторі. Нагрівання очищеного газу в теплообміннику дим-дим до температури, яка становить менше 550 °С, призводить до суттєвого збільшення вартості каталізатора. Нагрівання газу до температури, яка становить більше 650 °С, призводить до збільшення ваги і вартості каталітичного апарата та теплообмінника, який розташований за ним, а також газоходів між теплообмінником дим-дим та охолоджувачем газу за каталітичним апаратом. У конкретному прикладі спосіб термічного знешкодження отрутохімікатів, що заявляється, здійснюється так. Непридатні отрутохімікати і лужні реагенти в герметичних мішках масою 20÷30 кг та пакети з каустичною содою масою 10÷15 кг (забезпечуючи вимоги до масового співвідношення 1:0,5) періодично подають у піч, яка безперервно коливається з частотою 1 коливання за хвилину. Температуру рідкої ванни підтримують за допомогою пальника на рівні 800÷1000 °С. Повітря горіння підігрівають в рекуператорі до 350÷400 °С та подають у піч. У ванні з розплаву лужних реагентів органічні сполуки отрутохімікатів розкладаються, наповнювач і частина кислих неорганічних продуктів розкладання переходять в шлак. Пари органічних речовин і СО, в основному, згоряють над ванною печі. В процесі піролізу органічної частини отрутохімікатів рідка ванна з розплавом лужних реагентів і наповнювачем з отрутохімікатів перемішується за рахунок безперервного гойдання печі. Значна частина неорганічних і кислих неорганічних сполук, які містять хлор, фосфор та сірку, утворює з каустичною содою інертні сполуки типу NaCl, Na3РО4, Na2SO4, Na2S та залишається в шлаку, який після витримки в печі в інтервалі між завантаженнями 25÷40 хвилин не містить отрутохімікатів, що не розклалися. Шлак з печі в рідкому стані періодично 9 61022 перед черговим завантаженням зливають в шлаківню, де відбувається його кристалізація та охолодження. Вихід шлаків складає 80÷95 % від маси завантаження печі. Димові гази, що виходять з печі, подають на вхід камери допалювання з температурою 800÷1000 °С. Димові гази подають через газопровід у верхню частину камери допалювання, в якій димові гази змішують з направленими зверху донизу потоками продуктів згоряння рідкого палива і повітря, що подається додатково, та обробляють аерозолем розчину каустичної соди. Допалювання димових газів здійснюють при температурі 1100 °С впродовж 2 секунд при коефіцієнті надлишку повітря 1,4 та концентрації каустичної соди в димових газах 0,02÷0,03 мас. %. На виході з камери допалювання димові гази направляють в теплообмінник дим-дим з одночасним нагріванням в теплообміннику дим-дим очищеного від пилу газу до 550÷650 °С та охолоджуванням неочищеного диму до 350÷450 °С. Потім перед рукавним фільтром димові гази обробляють аерозолем розчину каустичної соди при її концентрації в димових газах 0,02÷0,03 мас. % та додатково охолоджують в теплоутилізаторі до температури 120÷180 °С - оптимальної температури експлуатації рукавів фільтра. Після чого димові гази направляють в рукавний фільтр для очищення від пилу. Очищення димових газів від органічних токсинів, що неповністю згоріли, та оксиду вуглецю здійснюють в каталітичному реакторі. Перед каталітичним реактором димові гази нагріваються в теплообміннику дим-дим до 550÷650 °С. Після каталітичного реактора димові гази охолоджують для конденсації парів сполук важких металів в теплообміннику (теплоутилізаторі) з по Комп’ютерна верстка Д. Шеверун 10 дальшим розбавленням повітрям до досягнення ними температури 45 °С. Далі очищені та охолоджені димові гази подають димососом через фільтр-адсорбер і димар в атмосферу. У фільтрі-адсорбері, наприклад, з вуглецевої тканини, розташованому перед димарем, забезпечується доочищення димових газів за рахунок уловлювання легких сполук ртуті та інших важких металів. Пил, що накопичується після попереднього очищення димових газів в рукавному фільтрі, збирають в мішки та направляють на повторну переробку в піч. Аспіраційні викиди від зони завантаження печі і зливання шлаків повітропроводом надходять на вхід вентилятора і далі нагріваються в рекуператорі до 350÷400 °С, після чого спрямовуються в пальник, повітряні сопла печі та камери допалювання. Після очищення димові гази містять: пилу - до 3 3 10 мг/м , окису сірки - до 50 мг/м , хлористого вод3 3 ню - до 10 мг/м , окису азоту - до 100 мг/м , 3 -4 діоксинів та фуранів - до 0,3 мг/м , ртуті - до 2·10 3 мг/м . Такі сполуки, як NaO, NaCl, Na3PO4, Na2SO4, Na2Si, Si2, Al2O3, K2O, CaO, MgO залишаються в шлаку. В результаті використання способу, що заявляється, підвищується продуктивність установки для термічного знешкодження отрутохімікатів при забезпеченні повного розкладання складних органічних сполук до простих нешкідливих речовин, підвищується ефективність зв'язування в шлаках неорганічних продуктів розкладання отрутохімікатів та допалювання складних органічних сполук, зменшуються витрати на каталізатор при збільшенні терміну його служби та терміну міжремонтної експлуатації установки, виключаються викиди неочищених газів в атмосферу. Підписне Тираж 23 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