Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ ОТХОДОВ, СОДЕРЖАЩИХ ПОЛИАРОМАТИЧЕСКИЕ УГЛЕВОДОРОДЫ

Изобретение относится к области высокотемпературного химического обезвреживания горючих производственных отходов, содержащих (ПАУ) полициклические ароматические углеводороды, и может быть использовано для обезвреживания отходов коксохимического производства и топливной промышленности.

Известен способ, позволяющий сжигать промышленные органические отходы в доменной печи, который заключается в том, что промышленные органические отходы подают в доменную печь вместе с шихтой (см. статью " Injeсting plastic scrap into the blastfurmace" в журнале "Steel Times", июнь 1995 г., с.216).

Данный способ принят за аналог. Его недостатком является невозможность использования для обезвреживания отходов ПАУ, содержащих в своем составе высокотоксичный бенз(а)пирен. При подаче отходов ПАУ с доменной шихтой в верхнюю зону доменной печи (температурой 400-450^oС) по мере прогрева шихты происходит испарение высокомолекулярных углеводородов, в том числе нафталина, бенз(а)пирена и др., с переходом указанных веществ в доменный газ. При транспортировке доменного газа происходит его охлаждение, вследствие чего углеводородные погоны отлагаются на стенах газоходов, в конечном итоге снова превращаясь в отходы, содержащие вредные вещества (при чистке газоходов).

Пары бенз(а)пирена, остающиеся в доменном газе, при сжигании доменного газа в топках промышленных печей попадают в атмосферу, загрязняя окружающую среду.

Известен способ термического обезвреживания ПАУ (также принятый за аналог), заключающийся в сжигании токсичного бенз(а)пирена при температуре 1600^oС в окислительной среде (см. А.И. Ровенский, А.М. Максимов, А.Н. Почтман. "Защита атмосферы от пылегазовых выбросов при производстве основных видов огнеупоров". Металлургия, 1992 г., с. 57).

Недостатком указанного способа является необходимость применения дополнительного специального оборудования, площадей для его размещения и большие энергетические затраты. Кроме того, при сжигании топлива на указанных установках обезвреживания ПАУ в атмосферу будут поступать вредные вещества (окислы азота).

Известен способ сжигания хлорорганических отходов, включающий их термическое разложение и заключающийся в том, что хлорорганические отходы подают в фурменную зону доменной печи на смешение с дутьем в соотношении не более 3000 мг отходов на 1 м³ дутья. (См. патент РФ на изобретения RU 2119125, F 23 G 7/04, БИ N 26, 20.09.98).

Недостатком оказанного способа сжигания отходов, осуществляемого в фурменной зоне доменной печи при смешении отходов с дутьем, является невозможность его использования для отходов, содержащих ПАУ, так как указанные отходы в дутье не сжигаются (при их горении в дутье не развивается температура более 1600^oС).

Технической задачей изобретения является обезвреживание углеводородных отходов, содержащих ПАУ, в доменной печи.

Указанная техническая задача достигается тем, что обезвреживание отходов, содержащих полиароматические углеводороды (ПАУ) методом сжигания в фурменной зоне доменной печи, осуществляют посредством подачи указанных отходов в жидком виде в высокоскоростной поток дополнительного топлива, вдуваемого в фурму доменной печи в количестве 0,05-0,1 кг условного топлива на 1 м³ дутья, при этом ограничивают расход отходов не более 0,03 л на 1 м³ дутья.

В качестве примера углеводородного вещества, содержащего ПАУ, обезвреживаемого в доменной печи, укажем отходы - кубовые остатки ректификации сырого бензола и сольвент-нафта коксохимического производства следующего состава:
- содержание нафталина - до 25%;
- содержание бензольных углеводородов - до 74%;
- содержание серы - до 1,5%;
- содержание влаги - до 7%.

При нормальной температуре часть веществ отходов находится в твердом состоянии, например, нафталин, температура плавления которого составляет 80,3^oС. Для осуществления полного сжигания отходов, последние должны быть усреднены по химсоставу и надлежащим образом поданы в виде смеси дутья и отходов через фурму в доменную печь. При нормальной температуре указанные отходы нетранспортабельны, поэтому их необходимо разогреть до получения легкоподвижной жидкости.

Тогда ее можно усреднить по химсоставу и подготовить к смешению с дутьем (чем и объясняется необходимость подачи высокомолекулярных углеводородов в доменную печь в жидком виде).

Для организации полного сжигания отходов в фурменной зоне, последние должны быть распылены и перемешаны с дутьем, что возможно осуществить используя кинетическую энергию дополнительного топлива, подаваемого через топливное сопло фурмы доменной печи со скоростью 200-350 м/с (скорость подачи дутья равна 80 м/с).

При скорости потока дополнительного топлива менее 200 м/с его кинетической энергии недостаточно для качественного распыливания и сжигания отходов (в доменном газе появляются несгоревшие ПАУ).

Увеличение скорости потока дополнительного топлива более 350 м/с не рационально из-за больших энергетических затрат.

Скорость потока дополнительного топлива, вдуваемого в фурму, поддерживают в пределах 200-350 м/с.

Сущность процесса обезвреживания углеводородных отходов, относящихся к вредным веществам, при подаче их в фурмы доменной печи заключается в полном сжигании указанных углеводородов уже в околофурменной зоне. В указанной околофурменной зоне за счет кинетической энергии дутья и дополнительного топлива перед фурмой образуется полость, размером 0,8-1,2 м, свободная от материала. В указанной полости, при горении дополнительного топлива в дутье, развивается температура 1600-2000^oС, что является достаточным условием, при наличии свободного кислорода, для полного сжигания углеводородов, в том числе бенз(а)пирена, до диоксида углерода и паров воды.

Затем продукты сгорания, фильтруясь через оболочку околофурменной зоны, состоящей в основном из разогретого до температуры 1600^oС раскаленного кокса, восстанавливаются до оксида углерода и водорода, так что суммарная реакция, например, для нафталина С₁₀H₈ будет выглядеть следующим образом:
C₁₀H₈÷5O₂=10СО+4Н₂
Далее, поднимаясь по шахте доменной печи, указанные восстановительные газы, образовавшиеся на углеводородных отходов, восстанавливают окислы, например, окись железа Fe₂O₃ до Fe₃O₄ и FeO, из/за чего в отходящем доменном газе появляются диоксид углерода и пары воды.

В результате неполного окисления углерода и водорода влаги, в доменном газе, кроме СО, содержатся также горючие газы Н₂ (водород) и СН₄ (метан). Таким образом, наличие в доменном газе метана не означает, что не произошло полного сгорания дополнительного топлива в фурменной зоне, а объясняется сложными химическими процессами, происходящими в доменной печи.

Таким образом, для гарантированного распыления и перемешивания жидких углеводородных отходов с дутьем, последние должны подаваться в высокоскоростной поток дополнительного топлива, вдуваемого в фурмы доменной печи. Отходы, подаваемые в фурму доменной печи, не должны нарушать условий, необходимых для полного сжигания ПАУ, а именно:
- температуры в околофурменной зоне не ниже 1600^oС;
- наличия избытка (свободного) кислорода при сжигании отходов.

При увеличении количества отходов, подаваемых в фурму доменной печи, более 0,03 л на 1 м³ дутья (и при увеличении количества подаваемого в фурму доменной печи дополнительного топлива более 0,1 кг усл. топлива на 1 м³ дутья), атмосфера в околофурменной зоне перестает иметь в своем составе свободный кислород (из-за избытка топлива в околофурменной зоне).

Напротив, при сокращении расхода дополнительного топлива, ниже 0,05 кг усл. топлива на 1 м³ дутья температура в околофурменной зоне из-за недостатка топлива падает ниже 1600^oС.

Все вышеуказанные причины не позволяют полностью сжигать отходы, ввиду чего в отходящих газах появляется бенз(а)пирен.

Указанное иллюстрируется примерами 1-4 (в качестве дополнительного топлива используют природный газ).

При работе согласно условиям примера 2 (расход дутья на фурму 15025 м³/час, газа 751 м³/час (0,05 кг усл. топл./м³ дутья) и отходов 300,5 л/час (0,02 л/м³ дутья) созданы все условия для нормального хода печи и сжигания отходов, поэтому в отходящих газах присутствие бенз(а)пирена не обнаружено.

При условиях примера 3 работа печи сопровождается повышенными энергетическими затратами.

При работе согласно условиям примера 4 (расход дутья на фурму 15025 м³/час, природного газа 1803 м³/час и отходов 600 л/час) в околофурменной зоне (за счет избытка топлива - газа 0,12 кг усл.топл. и отходов 0,04 л/м³) наблюдается отсутствие свободного кислорода, что сопровождается появлением в отходящих газах бенз(а)пирена в количестве 18,6 мкг/м³.

При работе согласно условиям примера 1 (расход дутья 15025 м³/час, газа 450 м³/час и отходов 300 л/час) температура в околофурменной зоне понижается до 1500^oС из-за недостатка топлива, что сопровождается появлением в отходящих газах бенз(а)пирена в количестве 10,2 мкг/м³.

Примеры осуществления обезвреживания углеводородных отходов, содержащих ПАУ, отражены в таблице.