Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ УТИЛИЗАЦИИ ТВЕРДЫХ ТОКСИЧНЫХ ЗОЛЬНЫХ ОТХОДОВ С ФИЛЬТРОВ МУСОРОСЖИГАТЕЛЬНЫХ ЗАВОДОВ

Изобретение относится к области утилизации твердых токсичных отходов и может быть использовано для утилизации отходов систем газоочистки мусоросжигательных заводов (МСЗ) путем их термической обработки.

Известен способ утилизации твердых токсичных зольных отходов с фильтров МСЗ (JP 2000176414 А, опублик. 27.06.2000). Способ обеспечивает детоксикацию тяжелых металлов в твердых зольных отходах и летучей золе при низких затратах. Способ включает вакуумный нагрев золы, отвод газа, образующегося на стадии вакуумного нагрева золы, подачу инертного газа для охлаждения вакуумного нагревателя. Нагрев золы в вакууме предпочтительно производить при температуре 1600-1800°С и давлении до 4,8×10⁸ Па.

Недостатком известного изобретения является детоксикация золы только от тяжелых металлов, так как при заявленных условиях хлорорганические соединения из золы в вакууме десорбируются и диссоциируют в газовой фазе, а при последующем охлаждении в газовой фазе возникают рекомбинантные диоксины. Эти диоксины попадают вновь в систему газоочистки и вновь сорбируются золой и активированным углем. Таким образом, деструкции диоксинов и окончательной детоксикации по заявленному способу не происходит.

Прототипом предложенного изобретения является способ утилизации твердых токсичных зольных отходов с фильтров МСЗ (JP 2002081631, опублик. 22.03.2002), который направлен на снижение концентрации диоксинов в золе мусоросжигательной печи.

Согласно изобретению образующаяся после зоны горения отходов в мусоросжигательной печи зола посредством конвейера через шлюз поступает во вторую вращающуюся печь вместе с высокотемпературными отходящими газами. В печи организуется процесс нагрева шлака и золы при повышенном давлении, который препятствует десорбции токсичных веществ, тем самым нейтрализует золу.

Недостатком известного способа является достаточно сложная технология, требующая довольно сложного оборудования в виде дополнительной вращающейся печи, в которой происходит нагрев не только токсичной золы, составляющей менее 1% от массы сжигаемых отходов, но и нетоксичного шлака, составляющего до 30%. При этом возможно загрязнение нетоксичного шлака путем диффузии токсичными соединениями и элементами.

В изобретении достигается технический результат, заключающийся в повышении экологической безопасности МСЗ за счет детоксикации твердых токсичных остатков газоочистки мусоросжигательных установок с получением нетоксичных стабильных классифицированных природных минералов.

Указанный технический результат достигается следующим образом.

В способе утилизации твердых токсичных зольных отходов с фильтров мусоросжигательного завода подачу твердых токсичных зольных отходов осуществляют в шнековый реактор, установленный внутри печи мусоросжигательного завода над колосниковыми решетками после зоны горения.

Твердые токсичные зольные отходы перемещают конвейером шнекового реактора с одновременной подачей в шнековый реактор инертного газа под давлением, превышающим давление насыщения токсичных хлорсодержащих компонентов золы и препятствующим десорбции этих компонентов с поверхности частиц токсичных зольных отходов. При движении по конвейеру проводят нагревание токсичных зольных отходов до температуры, при которой происходит процесс детоксикации с образованием твердых нетоксичных стабильных природных минералов. Подачу полученных минералов осуществляют на дальнейшую утилизацию.

В способе инертный газ подают под давлением от 1,12×10⁵ Па до 1,16×10⁵ Па.

Кроме того, температура нагрева токсичных зольных отходов при движении по конвейеру составляет от 750°С до 900°С.

В результате термообработки твердых токсичных зольных отходов в инертной среде происходит деструкция диоксинов и образование стабильных нетоксичных хлорсодержащих природных минералов:

Са₁₂(Al_10,6Si_3,4O₃₂)Cl_5,6 - Вадалита (Wadalite),

Са_9,4(SO₄)₃(SiO₄)₃Cl_0,8 - Хлореллштадита 2 (Clorellstadite 2);

Са₁₀·(SO₄)₃(SiO₄)₃Cl₂ - Хлореллштадита 1 (Clorellstadite 1);

CaOHCl - гипохлорида натрия;

NaCl - хлористого натрия;

KCl - хлористого калия.

При проведении процесса по предлагаемому способу диоксины не десорбируются с поверхности частиц золы мусоросжигательного завода в газовую фазу, а происходит разрушение токсичных соединений в твердой фазе и переход образовавшегося свободного хлора в идентифицированные природные нетоксичные минералы, что подтверждается отсутствием хлора в газовой фазе при приведении процесса по предлагаемому способу.

Изобретение поясняется чертежом, на котором показана технологическая схема термической детоксикации зольных отходов с фильтров МСЗ.

На чертеже изображены печь 1 сжигания отходов, герметичный шнековый реактор 2, электродвигатель 3, шлюз 4, трубчатый теплообменник 5, линия 6 подачи инертного газа, линия 7 подачи золы с фильтров, шлак 8, зола 9 после термообработки.

Изобретение осуществляется следующим образом.

Твердые токсичные зольные отходы подают по линии 7 в герметичный шнековый реактор 2, установленный в подовой части печи 1 сжигания отходов 1 МСЗ под переталкивающими решетками.

Зола, двигаясь по конвейеру реактора 2, нагревается до температуры, при которой происходит процесс детоксикации с образованием твердых нетоксичных стабильных природных минералов, к которым относятся:

Са₁₂(Al_10,6Si_3,4O₃₂)Cl_5,6 - Вадалит (Wadalite);

Са_9,4(SO₄)₃(SiO₄)₃Cl_0,8 - Хлореллштадит 2 (Clorellstadite 2);

Са₁₀·(SO₄)₃(SiO₄)₃Cl₂ - Хлореллштадит 1 (Clorellstadite 1);

CaOHCl - гипохлорид натрия;

NaCl - хлористый натрий;

KCl - хлористый калий.

Температура нагрева токсичных зольных отходов при движении по конвейеру 2 составляет от 750°С до 900°С. В соответствии с результатами проведенных предварительно экспериментов и расчетов этот температурный интервал соответствует максимальным скоростям реакций диссоциации токсичных хлорсодержащих компонентов золы и максимальным скоростям реакций образования твердых нетоксичных стабильных природных минералов. При снижении температуры ниже 750°С время процесса детоксикации значительно увеличивается. Тем самым снижается экономическая эффективность предлагаемого процесса. При превышении температуры выше 900°С зону реакции детоксикации необходимо дополнительно нагревать внешним источником тепла, тогда как при температуре ниже 900°С, источником нагрева в зоне реакции являются отходящие газы в мусоросжигательной печи.

Одновременно в шнековый реактор 2 по линии 6 подают инертный газ под давлением, превышающим давление насыщения токсичных хлорсодержащих компонентов золы и препятствующим десорбции этих компонентов с поверхности частиц токсичных зольных отходов. Указанное давление инертного газа составляет от 1,12×10⁵ Па до 1,16×10⁵ Па. В этом диапазоне давлений переход в газовую фазу продуктов диссоциации токсичных хлорсодержащих соединений невозможен и они вступают в реакции синтеза с твердыми компонентами продуктов газоочистки, такими как гидроксид кальция, активированный уголь, диоксид кремния и оксид алюминия. В результате реакций синтеза и образуются твердые нетоксичные стабильные природные минералы.

Полученные нетоксичные стабильные природные минералы подают на дальнейшую утилизацию вместе с нетоксичным шлаком.

Отходящий нагретый инертный газ, например аргон, поступает в водяной трубчатый теплообменник 5, где охлаждается и возвращается в шнековый реактор 2 для создания защитной инертной атмосферы.

Пример реализации изобретения проиллюстрирован в таблице 1, где представлены концентрации твердых нетоксичных стабильных природных минералов на различных стадиях нагрева токсичных хлорсодержащих компонентов золы МСЗ №2 в Москве.

Как следует из представленных в таблице результатов, полнота процесса детоксикации соответствует 100%.

Таблица 1 T°С 20°С 300°с 600°С 900°C Концентрация, об.% Общ.% Cl,% Общ.% Cl,% Общ.% Cl,% Общ.% Cl,% NaCl 7.14 4.3328 6.63 4.0212 7.48 4.53630 6.65 4.0317 KCl 3.07 1.4605 1.88 0.8947 3.08 1.4651 5.41 2.5735 Clorestadite 1 7.15 0.4525 6.61 0.418834 4.88 0.3093 0 0 Clorestadite 2 5.62 0.1514 0.17 0.004715 13.11 0.35285 25.97 0.69914 Wadalite 0 0 0 0 0 0 10.07 0.121214 CaClOH 3.18 1.21870 4.21 1.61338 1.270 0.48678 1.816 0.69572 Токсичные хлорорганические соединения 1-4 0.44044-1.76176 0 0 0 0 0 0 Итого: 100%