Способ термического обезвреживания минеральных строительных материалов и грунтов, загрязненных высокотоксичными хлорорганическими соединениями

Способ термического обезвреживания минеральных строительных материалов и грунтов, загрязненных высокотоксичными хлорорганическими соединениями

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к экологии, в частности к способам для обезвреживания в сыпучем виде минеральных строительных материалов и грунтов, загрязненных высокотоксичными хлорорганическими соединениями: продуктами неполного разложения отравляющих веществ, пестицидов, полихлорбифенилов и т.п., и может быть эффективно использовано при осуществлении мер по защите окружающей среды от загрязнения.

Известен способ утилизации хлорорганических отходов, включающий их подачу в зону горения печи шахтного типа и термическое разложение с последующим прохождением через шихтовые материалы, при этом в исходную шихту дополнительно вводят соединения кальция в качестве хлорсвязующей добавки [RU 2502922].

Основными недостатками указанного способа являются высокая температура проведения процесса (1700-1900°C), а также необходимость использования шихты и хлорсвязующих добавок в количествах, многократно превышающих массу загружаемых хлорорганических отходов.

Известен способ уничтожения и обезвреживания токсичных органических отходов, содержащих полихлорированные бифенилы или непригодные пестициды, который включает две стадии: первую стадию, во время которой предварительно выполняют подготовку реагента, полезных добавок и отходов, после чего отходы подвергают химической реакции восстановления до малотоксичных сгораемых и несгораемых соединений с выделением токсичных летучих веществ, и вторую стадию, во время которой малотоксичные соединения и токсичные летучие вещества подвергают высокотемпературному окислению с последующим охлаждением отходящих газов в теплообменнике и их мокрой очисткой [RU 2480260].

Основным недостатком данного способа является использование в качестве одного из реагентов высокотоксичного моноэтаноламина. Кроме того, применение данной технологии экономически не оправдано в промышленном масштабе для обезвреживания загрязненных грунтов. [Lucian Vasile Pavel, Maria Gavrilescu. Overview of ex situ decontamination techniques for soil cleanup. // Environmental engineering and management journal. 7(6), 2008, pp. 815-834.]

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа данного изобретения, является способ термического обезвреживания твердых отходов, включающий помещение твердых отходов в барабанную сушилку, сушку твердых отходов в барабанной сушилке, перемещение твердых отходов из барабанной сушилки в барабанную печь, их прокалку в барабанной печи, отведение газов, образованных в процессе обезвреживания, из барабанной сушилки и барабанной печи и выгрузку обезвреженных твердых отходов, причем сушку и прокалку твердых отходов производят путем передачи им тепла от корпусов барабанной сушилки и барабанной печи, а нагревание корпусов осуществляют во внешних камерах подогрева, охватывающих корпус барабанной сушилки и барабанной печи с внешней стороны [RU 2552831, МПК В09В 3/00, F23G 5/04, 10.06.2015].

Недостатком данного способа является то, что, например, при прокалке твердых хлорсодержащих отходов, в отводимых из барабанной печи газах присутствует хлористый водород, большие концентрации которого, особенно в присутствии влаги, без специальных мер антикоррозионной защиты, например футеровки, могут приводить к преждевременному разрушению технологического оборудования [И.Я. Клинов, П.Г. Удыма, А.В. Молоканов, А.В. Горяинова. Химическое оборудование в коррозионно-стойком исполнении. Справочник. М.: Машиностроение, 1970, с. 5]. Как правило, для улавливания паров соляной кислоты в отходящих дымовых газах требуется установка специализированного оборудования (абсорбер) с организацией системы охлаждения, т.к. абсорбция паров соляной кислоты сопровождается выделением большого количества тепла [Страус В. Промышленная очистка газов: Пер. с англ. - М., Химия, 1981. с. 140]. Все это, очевидно, усложняет и удорожает процесс газоочистки.

Технический результат от использования предлагаемого изобретения заключается в снижении концентрации хлористого водорода в отходящей из печи газовой смеси при термическом обезвреживании минеральных строительных материалов и грунтов, загрязненных высокотоксичными хлорорганическими соединениями.

Сущность заявляемого способа заключается в следующем.

Способ термического обезвреживания минеральных строительных материалов и грунтов, загрязненных высокотоксичными хлорорганическими соединениями, включающий их последовательное помещение в барабанные сушилку и печь, обогреваемые дымовыми газами через охватывающие корпуса сушилки и печи внешние камеры, последовательную сушку и прокалку в барабанных сушилке и печи, отведение газов, образованных в результате обезвреживания, выгрузку обезвреженных минеральных строительных материалов и грунтов из барабанной печи. В отличие от прототипа для снижения концентрации хлористого водорода в отводимых из барабанной печи газах, в объем барабанной сушилки дополнительно вводят измельченную гашеную известь (реагент). При этом ввод реагента осуществляют его непосредственным распылением в виде частиц размером менее 30 мкм в объеме барабанной сушилки над слоем обезвреживаемых минеральных строительных материалов и грунтов, а весовое соотношение реагент:загрязненные строительные материалы/грунты составляет 0,11÷0,2.

Максимальное содержание хлора в обезвреживаемых минеральных строительных материалах и грунтах менее 360 мг/кг. При соблюдении указанного условия максимальное возможное количество водорастворимого хлорида кальция, образовавшегося в результате реакции нейтрализации хлористого водорода, в составе обезвреженных минеральных строительных материалов и грунтов не превышает 560 мг/кг, что соответствует установленным санитарно-гигиеническим нормативам по содержанию хлорид-ионов в почве.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на рис. 1 изображена принципиальная схема осуществления заявленного способа.

Измельченные минеральные строительные материалы и грунты, загрязненные высокотоксичными хлорорганическими соединениями 1, при помощи шнекового питателя 2 подают во вращающуюся барабанную сушилку 7, обогреваемую дымовыми газами 3 через охватывающую корпус сушилки внешнюю камеру 5. Отработанные дымовые газы 4 из внешней камеры 5 поступают в атмосферу. В ходе сушки в объем барабанной сушилки 7 над обезвреживаемыми материалами 6 дополнительно распыляют реагент 9 при помощи пневматического распылительного устройства 8. Из барабанной сушилки 8 обезвреживаемые материалы 6 по трубопроводу 10 подают во вращающуюся барабанную печь 14, обогреваемую дымовыми газами 11 через охватывающую корпус сушилки внешнюю камеру 13. Отработанные дымовые газы 12 из внешней камеры 13 поступают в атмосферу. Образующуюся при прокалке газовую смесь по газоходу 16 направляют в систему газоочистки. Прокаленные минеральные строительные материалы и грунты 15 по трубопроводу 17 направляют в систему выгрузки.

В объем сушилки в режиме прямотока посредством пневматического устройства распыляют измельченную гашеную известь (размер частиц менее 30 мкм) в количестве 11÷20 кг/ч. По мере продвижения сыпучая смесь по трубопроводу поступает в прогретую до температуры 700÷750°C барабанную печь, где осуществляется ее прокаливание. Общее время пребывания термообезвреживаемой смеси в барабанной сушилке и печи составляет 1 ч. Скорость отходящих газов в сушилке и печи 0,5÷1,5 м/с. Объем отходящих газов составляет 40 м³/ч за счет подсоса воздуха в сушилке и печи.

Образовавшаяся в результате термического обезвреживания газовая смесь выводится из печи и подается в систему газоочистки, а термообезвреженная сыпучая смесь направляется в систему охлаждения и выгрузки.

Для определения концентрации хлористого водорода в отходящих газах в газоход после барабанной печи вмонтирован газовый анализатор.

Результаты испытаний приведены в таблице 1.

Использование частиц размером более 30 мкм приводило к неэффективному распылению из-за их большой скорости осаждения в токе отходящего газа, что в конечном итоге приводило к росту концентрации хлористого водорода (пример 2).

При расходе распыляемого реагента G_p менее 11 кг/ч наблюдался рост концентрации хлористого водорода в отходящих газах (пример 3), а при расходе больше 20 кг/ч концентрация практически не изменялась, что делает дальнейшее увеличение расхода реагента нецелесообразным (пример 4).

Время пребывания t 1 час в диапазоне температур Т 200÷750°C обеспечивает полноту термообезвреживания минеральных строительных материалов и грунтов. При уменьшении времени пребывания в выгружаемом из печи материале обнаруживались следовые количества хлорорганических соединений (пример 5).

Сопоставленный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что предлагаемый способ отличается использованием гашеной извести, распыляемой в объем барабанной сушилки для перевода хлористого водорода, образующегося при термообезвреживании минеральных строительных материалов и грунтов, загрязненных высокотоксичными хлорорганическими соединениями, в неорганические соли с последующей их выгрузкой в составе обезвреженных твердых отходов.

1. Способ термического обезвреживания минеральных строительных материалов и грунтов, загрязненных высокотоксичными хлорорганическими соединениями, включающий их последовательное помещение в барабанные сушилку и печь, обогреваемые дымовыми газами через охватывающие корпуса сушилки и печи внешние камеры, сушку и прокалку в барабанных сушилке и печи, отведение газов, образованных в результате обезвреживания, выгрузку обезвреженных твердых отходов из барабанной печи, отличающийся тем, что в объем барабанной сушилки распыляется измельченная гашеная известь.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что размер частиц измельченной гашеной извести менее 30 мкм.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что весовое соотношение гашеная известь:загрязненные строительные материалы/грунты составляет 0,11÷0,2.