Результат интеллектуальной деятельности: ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЛИНИЯ ПЛАЗМОТЕРМИЧЕСКОГО ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ ТОКСИЧНЫХ ОТХОДОВ

Изобретение относится к охране окружающей среды и позволяет решить проблему обезвреживания жидких токсичных отходов, образующихся при детоксикации вязкой рецептуры зомана, содержащей органические примеси и фтор.

В научно-технической литературе описаны химические, биологические и термические способы переработки токсичных реакционных масс (РМ), образующихся при уничтожении отравляющих веществ химического оружия и содержащие органические примеси, фтор и фосфор.

Наиболее известным и рациональным способом переработки смесей токсичных органических продуктов, образующихся при уничтожении фосфорорганических отравляющих веществ, зарина и зомана, является способ термического обезвреживания (сжигания) (RU 2005519, 2081642, 2163345).

Главным препятствием, не позволяющим ликвидацию токсичных отходов процесса детоксикации вязкого зомана термическим способом, является присутствие в реакционных массах (РМ) фторида калия. Указанное соединение в виде нерастворимого осадка при подаче РМ для обезвреживания в печь сжигания приводит к механической забивке форсунок печи и интенсивному разрушению термозащитной ее внутренней футеровки.

Для устранения данного препятствия к РМ последовательно добавляются гидрофобный растворитель (дизельное топливо), снижающий растворимость ряда солей, содержащихся в РМ, и вода, растворяющие фторид и остальные соединения калия. Воду в РМ добавляют дозированно, после чего полученную смесь перемешивают и отстаивают с образованием органического и водно-солевого слоя. Верхний органический слой направляют в печь на термическое обезвреживание, а нижний водно-солевой слой направляют на хранение (RU 2478002, кл. A62D 3/38, опубл. 27.03.2013 г.).

Однако с течением времени захоронение водно-солевого слоя загрязняет окружающую среду содержащимся в нем фтором.

Наиболее близким по технической сущности - прототипом предлагаемого изобретения является плазменная установка утилизации токсичных химических отходов различного происхождения, включающая собственно систему плазмотермической обработки и систему мокрой очистки продуктов плазмотермической обработки. Плазменная установка имеет автономный источник питания электродугового плазмотрона, генерирующего плазменную струю, поступающую в противоточный плазменный реактор, выполненный двухступенчатым, первая ступень которого соединена с системами подачи жидких отходов, охлаждающей воды и плазмообразующего газа, а вторая - с входом в камеру дожигания продуктов, выходящих с первой ступени реактора, и через нее с закалочным модулем, соединенным с центробежно-барботажным аппаратом, снабженным системой теплообменников и ионнообменным фильтром, соединенным через вытяжной вентилятор с выхлопной трубой для отвода отходящих газов (RU 1215561 U1, опубл. 27.10.2012).

Технический результат состоит в превращении токсичных отходов, содержащих органические примеси и фтор, в полезный малотоксичный продукт строительного назначения при сочетании плазмотермического и химического способов обезвреживания отходов.

Для достижения указанного технического результата предлагается технологическая линия плазмотермического обезвреживания токсичных отходов, содержащих органические примеси и фтор, разделенная на две технологические части - узел плазмотермического обезвреживания органических примесей, содержащий плазмотермический горизонтальный футерованный реактор, оборудованный плазмотроном, снабженным тремя пневматическими форсунками для диспергирования органических примесей, камеру охлаждения продуктов плазмотермической обработки от минеральных частиц и газовых продуктов с форсунками подачи воды, систему мокрой очистки продуктов плазмотермической обработки, соединенную с плазмотермическим реактором, включающую центробежно-барботажный аппарат очистки газов и нейтрализации газообразных кислот и ангидридов, имеющую циркуляционный контур раствора солей, центробежный каплеуловитель, дымосос, вентилятор, насосное и емкостное оборудование, и узел капсулирования и подготовки бетонных блоков, состоящий из реактора-смесителя, соединенного с емкостью-отстойником, содержащей водно-солевой раствор фторида калия, бункера-дозатора с расходными бункерами гипса и цемента, винтового героторного растворонасоса, через который полученная бетонная масса подается на формование бетонных блоков, а также систему управления технологическим процессом, включающую регулирование температур газовой смеси на входе в плазмотермическую камеру, парогазовоздушной смеси на выходе из камеры охлаждения, охлаждающей воды в плазмотроне; расходом воздуха, орошающей воды, разрежением по тракту технологической линии путем изменения числа оборотов двигателя дымососа.

Таким образом, узел плазмотермического обезвреживания токсичных отходов предлагаемой технологической линии имеет аппаратурное оформление собственно высокотемпературной плазмотермической обработки органических примесей и мокрой очистки продуктов плазмотермической обработки от минеральных частиц и газовых продуктов, выброс которых в атмосферу нормируется.

Высокотемпературный плазмотермический узел включает плазмотермический горизонтальный футерованный реактор, оборудованный плазмотроном, тремя пневматическими форсунками для диспергирования жидких органических примесей или их смеси с дизельным топливом, футерованной камерой сгорания, форсуночной камерой охлаждения продуктов плазмотермической обработки.

Система мокрой очистки состоит из газохода, соединяющего реактор с аппаратом очистки, центробежно-барботажного аппарата (ЦБА) для мокрой очистки газов и нейтрализации газообразных кислот и ангидридов, циркуляционного контура раствора солей, образующихся в системе ЦБА, центробежного каплеуловителя, а также дымососа, вентилятора, насосного и емкостного оборудования.

Система мокрой очистки совмещает улавливание пыли и нейтрализацию газообразных окислов и кислот известковым молоком.

0,5О₂+SO₂+Ca(ОН)₂=CaSO₄+Н₂O

Р₂O₅+3Ca(ОН)₂=Са₃(РO₄)₂+3Н₂O

На рис. 1 представлена схема предлагаемой технологической линии, где показаны емкость-отстойник 1 с водно-солевым раствором фторида калия и органическими примесями, насос перекачки органических примесей 2, емкость с дизельным топливом 3, форсунки для подачи и распыления органических примесей 4, плазмотрон 5, плазмотермический реактор 6, форсунки подачи воды 7, газоход 8, центробежный барботажный аппарат (ЦБА) 9, отстойник 10, каплеуловитель 11, дымосос 12, насос ЦБА 13, емкость для химически очищенной воды 14, компрессор-ресивер 15, охладитель воды плазмотрона 16, насос циркуляции воды в плазмотроне 17, насос перекачки водно-солевого раствора фторида калия 18, станция растаривания 19, винтовой конвейер 20, смеситель 21, комплект приемных бетонных блоков 22, вентилятор подачи воздуха 23, емкость для приготовления известкового молока (Ca(OH)₂) 24, источник питания 25, насос 26, насос подачи воды на форсунку 27, емкость для воды 28, винтовой героторный растворонасос 29, накопительная емкость 30, бункер-дозатор 31, емкость для раствора солей 32.

В соответствии с предлагаемой технологической линией органические примеси и водно-солевой раствор фторида калия подается на обезвреживание в емкость-отстойник 1, после расслоения органический отстой насосом 2 подается в форсунки 4 плазмотермического реактора 6. В случае низкой теплотворной способности органических примесей в их поток добавляется дизельное топливо из емкости 3. Основное теплоснабжение процесса осуществляется плазмотроном 5, установленным на плазмотермическом реакторе 6. В плазмотермическом реакторе 6 происходит высокотемпературная обработка органических примесей, отслоившихся в емкости-отстойнике 1 от водно-солевого раствора фторида калия. Образовавшиеся газообразные продукты из плазмотермического реактора 6 поступают в центробежно-барботажный аппарат (ЦБА) 9 для очистки от образовавшихся от высокотемпературной обработки органических примесей, а также входящих в состав первичного водного раствора минеральных частиц.

Диспергируемый форсунками 4 органический отстой совместно с дизельным топливом (или без него) воспламеняется от струй плазмообразующего газа из плазмотрона 5 и сжигается в плазмотермическом реакторе 6. Продукты сгорания охлаждаются от температуры 1100-1200°C до 500-600°C на выходе из реактора вспрыском воды через форсунку 7 и по газоходу 8 поступают в центробежно-барботажный аппарат (ЦБА) 9, где дополнительно охлаждаются до температуры 80-85°C водой, циркулирующей в цикле ЦБА. Подпитка цикла осуществляется технической водой из отстойника 10. Очищенные на 98-99% продукты высокотемпературной обработки через каплеуловитель 11 дымососом 12 выбрасываются в дымовую трубу. Раствор уловленных в ЦБА 9 солей частично циркулирует в контуре ЦБА 9, частично сбрасывается в емкость 24, куда также подается раствор гидроокиси кальция для дальнейшего использования в узле капсулирования. Избыток раствора, не востребованный узлом капсулирования, сбрасывается в емкость 32 для последующего периодического сжигания в плазмотермическом реакторе 6.

Водно-солевой раствор минеральных солей, содержащий фторид калия, из емкости-отстойника 1 насосом 18 перекачивается в узел капсулирования. В смеситель 21 через дозатор 31 подаются алебастр и цемент из емкостей 19. Образовавшаяся в смесителе смесь цементообразующих продуктов насосом 29 направляется в приемные емкости 22 для образования малотоксичных бетонных блоков строительного назначения.

Для управления технологической линией плазмотермического обезвреживания токсичных отходов, содержащих органические примеси и водно-солевой раствор фторида калия, предусмотрена система управления технологическим процессом, включающая:

- регулирование температуры газовой смеси на входе в камеру сушки посредством изменения мощности плазмотрона или (если плазмотрон отключен) расходом воздуха, подаваемого в плазмотермическую камеру;

- регулирование температуры парогазовоздушной смеси на выходе из камеры охлаждения расходом орошающей воды;

- регулирование температуры охлаждающей воды в плазмотроне путем изменения тепловой нагрузки охладителя воды;

- регулирование разряжения по тракту установки путем изменения числа оборотов двигателя дымососа.

При падении температуры газовой смеси в плазмотермическом реакторе менее 1000°C отключается подача органических примесей в реактор.

Если прекращается подача воздуха в плазмотермический реактор, отключается подача дизельного топлива и органических примесей.

При прекращении подачи воздуха в плазмотермический реактор отключается подача дизельного топлива и органических примесей.

При повышении уровня в расходной емкости отключается подача топлива, а при повышении температуры газопаровоздушной смеси на выходе из камеры охлаждения реактора выше 350°C отключаются плазмотрон, насос подачи органического слоя и дизельного топлива.

В результате плазмотермического обезвреживания токсичных отходов предлагаемой технологической линией и последующей очистки образующихся газообразных отходов получаемые газообразные продукты не превышают нормативов токсичных веществ, предусмотренных директивой ЕС 2000 ЕС/76, а жидкие отходы - слабый раствор солей из системы мокрой газоочистки, удаляются из узла плазмотермической обработки в технологическую линию сточных вод или на подпитку смесителя узла капсулирования, в котором используются для изготовления нетоксичных бетонных блоков строительного назначения.