Способ обезвреживания органических отходов

 

Изобретение относится к способам обезвреживания беспламенным сжиганием жидких органических отходов, например экстракционных смесей, и может быть использовано в химической, нефтехимической, атомной и других отраслях промышленности. Согласно предлагаемому способу органические отходы, содержащие экстракционные смеси, перед обезвреживанием разделяют на экстрагент и разбавитель введением легкопиролизуемого вытеснителя, разбавитель окисляют в нижней части двухзонного реактора в кипящем слое катализатора при температуре 700-750^oС, а окисление смеси экстрагента и вытеснителя, а также улавливание кислых газов щелочным адсорбентом проводят в верхней части двухзонного реактора в кипящем слое инертного материала при температуре 700-750^oС, окисление разбавителя в кипящем слое катализатора и окисление смеси экстрагента и вытеснителя в кипящем слое инертного материала проводят попеременно. Преимущественно, в качестве легкопиролизуемого вытеснителя используют карбоновые кислоты, тепло окисления разбавителя используют для разогрева кипящего слоя инертного материала; в качестве щелочного адсорбента используют карбонат кальция, щелочной адсорбент подают в кипящий слой катализатора, при необходимости отходящие газы дополнительно очищают от следов монооксида углерода и углеводородов на сотовом катализаторе при температуре 450-500^oС. Изобретение позволяет снизить затраты на обезвреживание органических отходов при отсутствии вторичных загрязнителей. 7 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 ил.

Изобретение относится к способам обезвреживания беспламенным сжиганием жидких органических отходов, например экстракционных смесей, и может быть использовано в химической, нефтехимической, атомной и других отраслях промышленности.

Известен способ огневого обезвреживания горючих и жидких негорючих отходов. Способ включает подготовку поступающих отходов к обезвреживанию, разогрев аппарата до достижения требуемой температуры сжиганием природного газа, термическое обезвреживание отходов, подачу растворов щелочных реагентов в зону обезвреживания отходов, испарительное охлаждение высокотемпературных газообразных продуктов обезвреживания, сухую пылеочистку газов перед их выбросом в атмосферу (Бернадинер М.Н., Жижин В.В., Иванов В.В. Термическое обезвреживание промышленных органических отходов Московского региона // Экология и промышленность России, 2000, 4.-с. 17-21.).

Недостатками способа является высокая температура обезвреживания органических отходов 950-1200^oС и, как следствие, образование расплава минеральных солей.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ сжигания органических отходов путем окисления кислородом воздуха в аппарате кипящего слоя с последующим улавливанием кислых газов щелочным адсорбентом (Масанов О. Л. Некоторые особенности сжигания органических радиоактивных отходов в аппарате с кипящим слоем // Атомная энергия, т.79, вып.2, август 1995, - с.93-97).

Недостатком данного способа является подача в кипящий слой инертного материала кислорода, что значительно удорожает обезвреживание отходов, и раствора нитратов, что приводит к затратам на испарение растворов и загрязнению отходящих газов оксидами азота вследствие термического распада азотной кислоты и нитратов.

Задача, решаемая изобретением, - снижение затрат на обезвреживание органических отходов при отсутствии вторичных загрязнителей.

Поставленная задача решается следующим образом.

В способе обезвреживания органических отходов путем окисления кислородом воздуха в аппарате кипящего слоя с последующим улавливанием кислых газов щелочным адсорбентом органические отходы, содержащие экстракционные смеси, предварительно разделяют на экстрагент и разбавитель введением легкопиролизуемого вытеснителя разбавитель окисляют в нижней части двухзонного реактора в кипящем слое катализатора при температуре 700-750^oС, а окисление смеси экстрагента и вытеснителя, а также улавливание кислых газов щелочным адсорбентом проводят в верхней части двухзонного реактора в кипящем слое инертного материала при температуре 700-750^oС; окисление разбавителя в кипящем слое катализатора и окисление смеси экстрагента и вытеснителя в кипящем слое инертного материала проводят попеременно.

В частном случае, если необходимо, отходящие газы дополнительно очищают от следов монооксида углерода и углеводородов на сотовом катализаторе при температуре 450-500^oС.

Преимущественно, в качестве легкопиролизуемого вытеснителя используют карбоновые кислоты; тепло окисления разбавителя используют для разогрева кипящего слоя инертного материала; в качестве щелочного адсорбента используют тонкоизмельченный карбонат кальция, который подают в кипящий слой катализатора.

Разделение экстракционной смеси на экстрагент и разбавитель необходимо для их эффективного обезвреживания (разбавителя - в слое катализатора, а экстрагента - в кипящем слое инертного материала), поскольку совместное окисление экстракционной смеси на слое катализатора невозможно из-за отравления катализатора продуктами окисления экстрагента (например, трибутилфосфата), а окисление экстракционной смеси в кипящем слое требует высокой температуры (1100-1200^oС) и введения окислителя.

Разбавитель окисляют в кипящем слое катализатора при температуре 700-750^oС, что обеспечивает высокую степень обезвреживания и исключает генерацию оксидов азота. При температуре ниже 700^oС наблюдается значительный недожог разбавителя, а при температуре выше 750^oС появляются оксиды азота вследствие окисления атмосферного азота.

Окисление смеси экстрагента и вытеснителя, а также улавливание кислых газов щелочным адсорбентом проводят в кипящем слое инертного материала при температуре 700-750^oС. В результате истирания гранул катализатора образуется тонкодисперсная пыль катализатора, активно участвующая в процессе окислительного пиролиза трибутилфосфата. Имеющий место аэрозольный катализ способствует количественному окислению органической фазы в токе воздуха, а интенсивный массообмен в кипящем слое инертного материала - кальцинации щелочного адсорбента до СаО, который наиболее эффективен при взаимодействии с кислыми газами.

Окисление разбавителя в кипящем слое катализатора и окисление смеси экстрагента и вытеснителя в кипящем слое инертной насадки проводят попеременно, чтобы обеспечить обезвреживание всей смеси.

Использование карбоновых кислот (например, муравьиной или уксусной) в качестве вытеснителя обусловлено высокой растворимостью карбоновых кислот экстрагентами.

Использование тепла окисления разбавителя для нагрева кипящего слоя инертного материала позволяет стабилизировать тепловой режим окисления смеси экстрагента и вытеснителя и тем самым повысить эффективность обезвреживания органических отходов.

В частном случае дополнительную очистку отходящих газов от следов монооксида углерода и углеводородов производят на сотовом катализаторе, имеющем низкое газодинамическое сопротивление при эффективной очистке отходящих газов.

На чертеже изображена схема установки для обезвреживания органических отходов, содержащих экстракционные смеси.

Установка для обезвреживания органических отходов, содержащих экстракционные смеси, содержит двухзонный реактор 1, циклон 2, металлосетчатый фильтр 3 для фильтрации горячих газов, сотовый катализатор 4, холодильник 5, туманоуловитель 6, аэрозольный фильтр 7, электронагреватели 8-10, смеситель 11, сепаратор-отстойник 12.

Установка работает следующим образом.

В нижней зоне двухзонного реактора 1 при температуре 700-750^oС осуществляют каталитическое окисление керосина, а в верхней зоне при температуре 700-750^oС происходит окисление экстрагента с примесью вытеснителя. Одновременно с подачей в верхнюю зону реактора 1 смеси экстрагента и вытеснителя в нижнюю зону реактора подают щелочной адсорбент (тонкоизмельченный карбонат кальция с размером частиц 50-100 мкм), необходимый для связывания кислых газов, образующихся при окислении экстрагентов.

Для запуска реактора используют электронагреватель 8, а для регулирования температуры отходящих газов в верхней зоне реактора установлен змеевиковый водяной холодильник.

Отходящие газы реактора 1 попадают в циклон 2, где происходит отделение крупных частиц отработанного щелочного адсорбента и катализаторной пыли. Мелкодисперсную пыль отфильтровывают далее на металлосетчатом фильтре 3, который подвергается периодической регенерации импульсом сжатого воздуха или инертного газа.

На сотовом катализаторе 4 при температуре 450-500^oС происходит окисление монооксида углерода и углеводородов, образующихся при окислении органических отходов. Далее газы проходят холодильник 5, туманоуловитель 6, где отделяется вода, сконденсированная в холодильнике 5.

Удаление тонкодисперсной пыли происходит в аэрозольном фильтре 7, снаряженном тканью ФПП. Для исключения конденсации влаги очищаемые газы подогревают до температуры 40-50^oС. В результате обезвреживания органических отходов получаем твердую фазу, состоящую из пыли катализатора и отработанного щелочного адсорбента.

Для иллюстрации заявляемого изобретения приводим пример осуществления заявляемого способа.

Пример. На переработку поступают органические отходы - экстракционные смеси, содержащие 70% керосина и 30% трибутилфосфата. Разделение экстракционной смеси производят добавкой в экстракционную смесь безводной муравьиной кислоты. Разделение фаз происходит в сепараторе-отстойнике (верхняя фаза - керосин, а нижняя фаза - смесь трибутилфосфата и муравьиной кислоты). При использовании муравьиной кислоты в интервале концентраций 95-100% расслаивающаяся смесь не дает третьей, т.е. водной фазы.

Далее 300 г/ч керосина окисляют в кипящем слое катализатора ИК-12-73 при температуре 700-750^oС, и попеременно - смесь трибутилфосфата и муравьиной кислоты (400 г/ч) в кипящем слое инертного материала (дробленого кварцевого стекла) при температуре 700-750^oС. Щелочной адсорбент (220 г/ч) подавали в нижнюю зону реактора. Результаты эксперимента по окислению керосина и смеси трибутилфосфата с муравьиной кислоты представлены в табл. 1.

Степень деструкции трибутилфосфата составляла величину не менее 99.96-99.98%. Концентрация твердой фазы в отходящих газах на выходе из установки <1 мг/м³. Анализ данных таблицы показывает достаточно высокие результаты окислительного пиролиза смеси муравьиной кислоты и трибутилфосфата при сравнительно низких температурах процесса.

Таким образом, заявляемый способ обеспечивает снижение затрат на обезвреживание органических отходов при отсутствии вторичных загрязнителей.

Формула изобретения

1. Способ обезвреживания органических отходов, содержащих экстракционные смеси, путем окисления кислородом воздуха в аппарате кипящего слоя с последующим улавливанием кислых газов щелочным адсорбентом, отличающийся тем, что экстракционную смесь предварительно разделяют на экстрагент и разбавитель введением вытеснителя, разбавитель окисляют, окисление смеси экстрагента и вытеснителя, а также улавливание кислых газов щелочным адсорбентом проводят в кипящем слое инертного материала при температуре 700-750^oС.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что экстракционную смесь предварительно разделяют на экстрагент и разбавитель введением легкопиролизуемого вытеснителя.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что разбавитель окисляют в кипящем слое катализатора при температуре 700-750^oС.

4. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что окисление разбавителя в кипящем слое катализатора и окисление смеси экстрагента и вытеснителя в кипящем слое инертного материала проводят попеременно.

5. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что в качестве легкопиролизуемого вытеснителя используют карбоновые кислоты.

6. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что тепло окисления разбавителя используют для разогрева кипящего слоя инертного материала.

7. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что в качестве щелочного адсорбента используют карбонат кальция, который подают в кипящий слой катализатора.

8. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что отходящие газы дополнительно очищают от следов монооксида углерода и углеводородов на сотовом катализаторе при температуре 450-500^oС.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2