способ обезвреживания твердых токсичных отходов

Формула изобретения

Способ обезвреживания твердых токсичных отходов, включающий смешивание твердых токсичных отходов с жидкой фазой с получением жидкой суспензии, отличающийся тем, что твердое токсичное вещество предварительно доводят до порошкообразного состояния, смешивают его с водно-органической эмульсией с получением жидкой суспензии, которую испаряют на псевдоожиженном слое инертных частиц при температуре, в 1,7-2,4 раза превышающей температуру кипения отходов, окисляют кислородом воздуха полученную твердую и парообразную фазу на псевдоожиженном слое катализатора при температуре 500-750^oС.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам обезвреживания твердых токсичных отходов и может быть использовано в химической, нефтехимической, металлургической и других отраслях промышленности.

При определении уровня техники использовались все общедоступные сведения, представленные в известных и специальных источниках информации.

Наиболее близким аналогом в известных источниках информации следует считать техническое решение-изобретение по А.с. 1668308 "Способ обезвреживания жидких промышленных отходов", по классу С 02 F 1/28, 11/06, 1987 г.

Для осуществления способа сточную солесодержащую воду подают в зону испарения, заполненную твердым инертным материалом (песок, кварц, металл), находящимся в движущемся состоянии. Движение осуществляют потоком воздуха и испаряющейся жидкостью. В зоне испарения за счет отводимого из зоны окисления тепла поддерживают температуру, в 1,7-2,4 раза превышающую температуру кипения стока. Затем газопаровую смесь, содержащую аэрозоль солей, направляют в зону окисления, где пары органических веществ окисляют кислородом воздуха на катализаторе при температуре 550-700^oС. Одновременно здесь же окисляют твердые органические продукты в присутствии катализатора окисления - хромита меди на -оксиде алюминия, находящегося в движущемся состоянии, что исключает забивку реактора продуктами окисления солей. Газообразные продукты реакции и твердые остатки (окислы, карбонаты металлов и металлы) отводят через верхнюю часть реактора на очистку от пыли в циклон и на электрофильтр, вода частично конденсируется.

Основным недостатком известного способа является то, что он не может быть использован для обезвреживания твердых токсичных отходов. Еще одним недостатком известного способа является использование только катализатора ИК-12-70 (хромит меди на -оксиде алюминия).

Целью изобретения является значительное удешевление обезвреживания твердых токсичных отходов.

Указанная цель достигается за счет того, что в предложенном способе, включающем испарение на псевдоожиженном слое инертных частиц, которое ведут при температуре, в 1,7-2,4 раза превышающей температуру кипения отходов, и окисление кислородом воздуха полученной твердой и парообразной фазы на псевдоожиженном слое катализатора при температуре 500-750^oС, согласно изобретению твердое токсичное вещество предварительно перерабатывают, а именно, доводят до порошкообразного состояния, а затем смешивают его с жидкой фазой с добавлением специальных реагентов, после чего полученную суспензию подают в псевдоожиженный слой для окончательной переработки.

Сопоставительный анализ показывает, что заявляемый способ отличается от прототипа тем, что подлежащие обезвреживанию твердые токсичные вещества предварительно перерабатывают, а именно, доводят до порошкообразного состояния, а затем смешивают его с жидкой фазой с добавлением специальных реагентов, после чего полученную суспензию подают в псевдоожиженный слой для окончательной переработки.

Поэтому данное техническое решение отвечает критерию "новизна". Для определения соответствия предлагаемого изобретения критерию "изобретательский уровень" сделан анализ уровня техники в процессе проведения патентного поиска по всем видам сведений, общедоступных в печати, в результате которого обнаружили, что заявленное техническое решение явным образом не следует из известного на сегодня существующего уровня техники, поэтому можно сделать вывод о соответствии заявленного изобретения критерию "изобретательский уровень".

Предлагаемое изобретение является промышленно применимым, так как оно очень удобно и практически необходимо для использования в современных условиях, как непосредственно в районах Тульской области, так и по другим регионам РФ.

Для осуществления данного способа в НП "Тульский Левша" разработан проект установки, позволяющий непосредственно использовать заявляемый способ обезвреживания твердых токсичных отходов.

Как показали маркетинговые исследования, отдельные твердые токсичные вещества, подлежащие уничтожению, территориально расположены в местах, значительно удаленных друг от друга, а их количество в весовом отношении разнообразно. Так, например, из 40 наименований ядохимикатов, подлежащих уничтожению, практически во всех районах Тульской области, 8 наименований исчисляются весом более 8 тонн, 17 наименований - около 1 тонны, остальные 15 - в десятки килограмм. Подъезды к местам их складирования труднодоступны, а недостаток площадей свободных территорий возле мест складирования не позволяет разместить все узлы установки по переработке этих ядохимикатов.

Эти обстоятельства и легли в основу предлагаемого способа и принципиальной технологической схемы разрабатываемой установки для его осуществления.

Указанная установка поясняется чертежом, где изображена блок-схема этой конструкции, которая состоит из 3-х узлов:

- узел I - первичной переработки твердых токсичных веществ;

- узел II - сжигания этих веществ;

- узел III - улавливания отходящих продуктов в атмосферу.

Узел I включает автомобиль 1, укомплектованный герметичным контейнером 1.1 и дробилкой 1.2. Внутри герметичного контейнера 1.1 установлена мешалка (не показана). Узел 1 включает также емкость 2 для приготовления и хранения водно-органической эмульсии, насос 3 для перекачки ее в герметичный контейнер 1.1, и позже для подачи уже перерабатываемой суспензии на узел II. Хранение твердых токсичных веществ осуществляется на промежуточных складах 4.

Узел II включает емкость 5 перерабатываемых твердых токсичных веществ, ресивер 6 первичного воздуха, каталитический подогреватель 7, реактор 8 с форсунками (не показаны), эжектор 9 с диафрагмами (не показаны), емкость 10 дизельного топлива, бункер 11 свежего катализатора, дозатор 12, насос 13 для воды, емкость 14 для воды и дозировочного насоса 15 для жидкой фазы перерабатываемых твердых токсичных веществ.

Узел III включает циклон 16, рукавный фильтр 17, сборник 18 каталитической пыли со сбросом.

Предложенный способ осуществляют следующим образом.

На узле 1 первичной переработки твердых токсичных веществ в герметичный контейнер 1.1, установленный на автомобиле 1, из емкости 2 насосом 3 подается дозированное количество приготовленной водно-органической эмульсии. Затем автомобиль 1 направляют в область в один из промежуточных складов 4, где находятся твердые токсичные вещества, подлежащие уничтожению. На промежуточном складе 4 с помощью дробилки 1.2, находящейся на автомобиле 1, осуществляют переработку необходимого количества твердых токсичных веществ до порошкообразного состояния, затем их подают в герметичный контейнер 1.1, где производят смешивание с водно-органической эмульсией при помощи мешалки, образуя таким образом жидкую эмульсию для дальнейшей переработки. Затем автомобиль 1 увозит герметичный контейнер 1.1 в место расположения узлов II и III установки, где с помощью аналогичного насоса 3 производят подачу перерабатываемой суспензии на узел II, непосредственно в емкость 5.

На узле II сжигания часть воздуха из сети через ресивер 6 (первичный воздух) с давлением Р_изб.=0,08 МПа подают в каталитический подогреватель 7, откуда после его подогрева подают в нижнюю часть реактора 8 для продувки форсунок. Часть воздуха из ресивера 6 отводят непосредственно для продувки эжектора 9 с диафрагмами.

Часть воздуха из ресивера 6 (вторичный воздух) подают в верхнюю часть реактора 8 для обеспечения окислительной среды в зоне доокисления продуктов неполного окисления.

Для создания восстановительной среды в среднюю часть реактора 8 (восстановительную зону) вместо воздуха предусмотрена подача дополнительного топлива, например, в виде пропан-бутановой смеси или дизельного топлива из емкости 10. В реакторе 8 устанавливаются рабочие расходы воздуха и осуществляется пусковой разогрев этого реактора с выводом установки на заданный режим работы.

Предварительно первичный воздух прогревается в каталитическом подогревателе 7 до температуры 430^oС с помощью ТЭНа с минимальной подачей воздуха. Затем ТЭН отключают, начинают расчетную подачу пропан-бутановой смеси из емкости 10 и увеличенное количество подогретого воздуха.

Окисление пропан-бутановой смеси происходит последовательно в стационарном слое палладиевого катализатора АПК-2, затем в стационарном слое катализатора СТК, помещенных в каталитический подогреватель 7.

За счет экзотермического тепла реакции глубокого окисления пропан-бутановой смеси температура в каталитическом подогревателе 7 поддерживается на уровне 500-750^oС. Высокотемпературным потоком воздуха с дымовыми газами окисления пропан-бутановой смеси из каталитического подогревателя 7 осуществляется вывод реактора 8 на рабочий режим. После достижения в реакторе 8 температуры 400-450^oС (температура зажигания катализатора Fe₂O₃) из бункера 11 через дозатор 12 и эжектор 9 подается пылевидный катализатор Fe₂O₃ в заданном режиме в нижнюю часть реактора 8. Затем в псевдоожиженный слой с помощью насоса 13 для воды вводится сточная вода из емкости 14.

Затем из емкости 5 необходимое количество перерабатываемой суспензии с помощью дозировочного насоса 15 подают непосредственно в нижнюю часть реактора 8 через форсунку. Количество подаваемого воздуха на форсунку определяется диафрагмой. Сточная вода испаряется на поверхности стеклянных шариков и окисляется кислородом воздуха. Так как в восстановительной зоне реактора 8 имеется недостаток кислорода, то параллельно реакциям парциального и глубокого окисления протекают процессы восстановления "топливных" оксидов азота продуктами неполного окисления до молекулярного азота.

Далее по высоте реактора 8 в его верхнюю часть вводят дополнительный воздух (вторичный воздух) для обеспечения избытка окислителя, в результате чего продукты неполного окисления окисляются до СО₂ и Н₂О. Отходящие газы, содержащие продукты глубокого окисления органических компонентов отходов, азот, неизрасходованный кислород, водяной пар, пыль катализатора Fe₂O₃, сода, частично охлаждаются, проходя весь реактор 8 по высоте, и направляются в узел III непосредственно в циклон 16. Для обеспечения полноты пылеулавливания отходящие газы после циклона 16 поступают в рукавный фильтр 17. Уловленную пыль из рукавного фильтра 17 выгружают в сухом виде в сборник 18, откуда снова направляют в рецикл, используя бункер 11 (если в процессе обезвреживания не образуются минеральные соли или сода), через который вместе со свежим катализатором подают в реактор 8.

Очищенная часть отходящих газов из рукавного фильтра 17 направляется непосредственно в атмосферу.

Таким образом, использование предлагаемого способа позволяет обеспечить:

- высокую эффективность обезвреживания;

- использование энергетического потенциала отходов;

- экологически чистый сброс в атмосферу;

- решение проблемы утилизации твердых токсичных отходов;

- длительную и надежную эксплуатацию предложенной установки.