[go: up one dir, main page]

RU2081642C1 - Method of processing of toxic industrial products and device for its embodiment - Google Patents

Method of processing of toxic industrial products and device for its embodiment Download PDF

Info

Publication number
RU2081642C1
RU2081642C1 RU95119186A RU95119186A RU2081642C1 RU 2081642 C1 RU2081642 C1 RU 2081642C1 RU 95119186 A RU95119186 A RU 95119186A RU 95119186 A RU95119186 A RU 95119186A RU 2081642 C1 RU2081642 C1 RU 2081642C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
melt
reaction
chamber
gas
slag
Prior art date
Application number
RU95119186A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU95119186A (en
Inventor
Л.П. Зотов
Н.А. Деревякин
Original Assignee
Акционерное общество закрытого типа "Агора Энтерпрайзис" Инк.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество закрытого типа "Агора Энтерпрайзис" Инк. filed Critical Акционерное общество закрытого типа "Агора Энтерпрайзис" Инк.
Priority to RU95119186A priority Critical patent/RU2081642C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2081642C1 publication Critical patent/RU2081642C1/en
Publication of RU95119186A publication Critical patent/RU95119186A/en

Links

Images

Landscapes

  • Processing Of Solid Wastes (AREA)

Abstract

FIELD: thermal processing of toxic ecologically hazardous industrial products. SUBSTANCE: the offered method includes heating of industrial toxic wastes in the presence of gaseous oxidizer and melt of inorganic compounds reacting with processed product with subsequent removal of reaction products. Heating is carried out at temperature of 1300-2000 K. Oxidizer is used in form of oxygen-containing gas. Melt is used, which contains alkaline-earth metals. Processed product is fed to melt with oxygen- containing gas heated preliminarily to temperature of 2500-6000 K, and liberating gaseous products of reaction, prior to removal from reaction space, are passed through a layer of melt. The device for embodiment of the offered method has reaction and bubbling chambers separated by partition with opening in bottom part, heaters of oxidizing gas in reaction chamber, devices for metering of regulated supply of processed substance, tap hole in bubbling chamber. Reaction chamber has branch pipes, whose lower ends are located at the level below the upper edge of opening in partition, and heaters of oxidizing gas are located on the upper ends of branch pipes. EFFECT: higher efficiency. 12 cl, 3 dwg, 1 tbl

Description

Предлагаемое изобретение относится к способам и устройствам для термической переработки токсичных и экологически опасных промышленных продуктов, например отравляющих веществ (ОВ), инсектицидов, дефолиантов и побочных продуктов химической промышленности. The present invention relates to methods and devices for the thermal processing of toxic and environmentally hazardous industrial products, such as toxic substances (S), insecticides, defoliants and by-products of the chemical industry.

В настоящее время особо актуальна проблема крупномасштабного уничтожения запасов химического оружия, при этом главным критерием при выборе оптимальных технологий является экологическая чистота и безопасность для обслуживающего процесс персонала и населения. The problem of large-scale destruction of chemical weapons stocks is currently of particular relevance, while the main criterion for choosing the best technologies is environmental cleanliness and safety for personnel and the public serving the process.

Из множества известных технических решений по уничтожению химического оружия выделяются три основные группы методов, которые могут быть использованы для переработки отравляющих и других высокотоксичных веществ. Это химические, биологические и термические методы. Of the many well-known technical solutions for the destruction of chemical weapons, three main groups of methods stand out that can be used to process poisonous and other highly toxic substances. These are chemical, biological and thermal methods.

Химический метод уничтожения отравляющих веществ сопряжен с образованием больших количеств сточных вод и коррозионных сред, что требует дополнительных стадий для переработки реакционных масс и значительно увеличивает затраты на уничтожение ОВ. The chemical method for the destruction of toxic substances involves the formation of large quantities of wastewater and corrosive media, which requires additional stages for the processing of reaction masses and significantly increases the cost of destruction of OM.

Биологический метод, основанный на возможности уничтожения ОВ с помощью микроорганизмов, может быть перспективным, но мало изучен, а накопленный опыт свидетельствует о том, что его использование рационально на станциях биологической очистки сточных вод, содержащих токсичные вещества; для крупномасштабного уничтожения ОВ применение этого метода в настоящее время нецелесообразно. The biological method, based on the possibility of destroying OM with the help of microorganisms, can be promising, but little studied, and accumulated experience suggests that its use is rational at biological wastewater treatment plants containing toxic substances; for large-scale destruction of OM, the use of this method is currently impractical.

Наиболее перспективным для уничтожения ОВ и других токсичных веществ является термический метод. The most promising for the destruction of OM and other toxic substances is the thermal method.

Известен способ переработки токсичных продуктов, в частности фосфорсодержащих ОВ, путем их разложения в плазменном реакторе при температуре 10000-20000 K. В образующемся при такой температуре расплаве разлагаются вредные соединения тяжелых цветных металлов, и металлсодержащие продукты пиролиза удаляются со шлаком после охлаждения и затвердевания последнего. Получаемые в результате пиролиза газообразные продукты окисляют в закрытой камере в потоке кислорода, после чего образовавшуюся смесь подают в трехступенчатую установку для отмывки экологически вредных примесей. Недостатками способа являются его многоступенчатость и высокая стоимость за счет значительного удельного энергопотребления [1]
Ближайшим решением поставленной задачи является способ переработки токсичных промышленных продуктов, в частности отравляющих веществ, путем их сжигания в расплаве смеси солей щелочных металлов обычно сульфата и карбоната натрия. При этом содержащиеся в ОВ водород и углерод окисляются до H2O и CO2, а другие элементы, входящие в состав ОВ (P, S, F, N), взаимодействуют с карбонатом натрия и образуют остающиеся в расплаве фосфат, сульфат, фторид и нитрат натрия. При опробовании процесса смесь ОВ со сжатым воздухом по алюминиевой трубке подавали на дно камеры сгорания, где происходило взаимодействие ОВ с солевым расплавом. Степень переработки (разложения) ОВ составляла 99,9999% [2]
В этой работе не приведены данные по температуре процесса, однако, учитывая, что температуры плавления сульфата и карбоната натрия составляют 1163 и 1118 K, кипения около 1700 и 1200 K, а при испарении карбонат натрия разлагается, рабочий диапазон температур должен быть ограничен на относительно низком уровне, что не обеспечивает высокой скорости химической реакции, то есть процесс проходит медленно и требует значительного времени контакта реагентов. Кроме этого, недостатком способа является и относительно высокая стоимость указанных солей, и сложность аппаратурного оформления, что затрудняет его использование в крупномасштабном варианте уничтожения ОВ и других токсичных промышленных продуктов.
A known method of processing toxic products, in particular phosphorus-containing OM, by their decomposition in a plasma reactor at a temperature of 10000-20000 K. In the melt formed at this temperature, harmful compounds of heavy non-ferrous metals decompose, and the metal-containing pyrolysis products are removed with slag after cooling and solidification of the latter. The gaseous products obtained as a result of pyrolysis are oxidized in a closed chamber in an oxygen stream, after which the resulting mixture is fed to a three-stage installation for washing environmentally harmful impurities. The disadvantages of the method are its multi-stage and high cost due to the significant specific energy consumption [1]
The closest solution to this problem is a method of processing toxic industrial products, in particular toxic substances, by burning them in a melt mixture of alkali metal salts, usually sodium sulfate and sodium carbonate. At the same time, the hydrogen and carbon contained in the OM are oxidized to H 2 O and CO 2 , and the other elements that make up the OM (P, S, F, N) interact with sodium carbonate and form phosphate, sulfate, fluoride remaining in the melt, and sodium nitrate. When testing the process, a mixture of OM with compressed air was fed through an aluminum tube to the bottom of the combustion chamber, where the OM interacted with a salt melt. The degree of processing (decomposition) of OM was 99.9999% [2]
This work does not provide data on the process temperature, however, given that the melting points of sodium sulfate and sodium carbonate are 1163 and 1118 K, boiling points are about 1700 and 1200 K, and sodium carbonate decomposes upon evaporation, the operating temperature range should be limited to a relatively low level that does not provide a high speed of a chemical reaction, that is, the process is slow and requires a significant contact time of the reactants. In addition, the disadvantage of this method is the relatively high cost of these salts, and the complexity of the hardware design, which makes it difficult to use it in a large-scale version of the destruction of OM and other toxic industrial products.

Известно устройство для переработки токсичных продуктов и веществ, в частности для переработки бытовых отходов и побочных продуктов металлургической промышленности [3] Устройство представляет собой двухкамерную печь, причем в первой, реакционной, камере (шахте), приспособленной для образования в ней шлакового расплава, происходит горение и разложение перерабатываемых отходов с плавлением неорганических компонентов. Вторая, барботажная, камера (ванна) отделена от шахты перегородкой с проемом (окном) в придонной части, которая служит для барботажа образующихся в шахте газов через слой расплава в ванну, чем обеспечивается более полная переработка твердых отходов. Устройство снабжено пристыкованными к шахте средствами для нагрева газа-окислителя и регулируемой подачи в нее перерабатываемых отходов, а в барботажной камере имеются газоход для удаления отходящих газов и летка для непрерывного слива шлакового расплава. Необходимая температура в печи обеспечивается установленными в надгорновой части шахты по ее периметру плазменными горелками и теплом от сгорания перерабатываемых веществ. A device for the processing of toxic products and substances, in particular for the processing of household waste and by-products of the metallurgical industry [3] the Device is a two-chamber furnace, and in the first, reaction chamber, mine, adapted for the formation of slag melt, burning and decomposition of recyclable waste with the smelting of inorganic components. The second, bubble chamber, chamber (bath) is separated from the mine by a partition with an opening (window) in the bottom part, which serves to bubble the gases generated in the mine through the melt layer into the bath, which ensures a more complete processing of solid waste. The device is equipped with means attached to the mine for heating the oxidizing gas and controlled supply of recyclable waste into it, and in the bubble chamber there is a gas duct for removing exhaust gases and a tap hole for continuous discharge of slag melt. The necessary temperature in the furnace is ensured by plasma burners installed in the epigastric part of the mine along its perimeter and the heat from the combustion of the processed substances.

Недостатком этого устройства является подача перерабатываемого сырья и окислителя над поверхностью расплава, что не обеспечивает полноту переработки газообразных и жидких легкоиспаряющихся веществ ввиду малого времени пребывания их в зоне расплава. Второй недостаток заключается в том, что используемые электродуговые плазмотроны имеют ограниченный ресурс работы (100-500 часов), а их замена неизбежно связана с разгерметизацией реакционного пространства печи или требует прекращения процесса переработки на неопределенный длительный период для полного уничтожения оставшихся на ванне расплава и в реакционной зоне перерабатываемых материалов и продуктов их неполной переработки. При переработке высокотоксичных веществ, особенно ОВ, это недопустимо. The disadvantage of this device is the supply of processed raw materials and an oxidizing agent over the surface of the melt, which does not ensure the completeness of the processing of gaseous and liquid volatile substances due to their short residence time in the melt zone. The second drawback is that the used arc plasma torches have a limited service life (100-500 hours), and their replacement is inevitably associated with depressurization of the reaction space of the furnace or requires termination of the processing process for an indefinite period to completely destroy the melt remaining in the bath and in the reaction zone of processed materials and products of their incomplete processing. When processing highly toxic substances, especially OM, this is unacceptable.

Целью предлагаемого изобретения является улучшение экономических показателей процесса за счет использования дешевого и доступного сырья для образования расплава и получения пригодного для промышленного применения продукта, в частности для производства удобрений при переработке фосфорсодержащих веществ, а также упрощение технологии и создание устройства для реализации процесса, обеспечивающего полное и надежное уничтожение высокотоксичных продуктов, в частности отравляющих веществ, с гарантированным предотвращением попадания вредных веществ в окружающую среду. The aim of the invention is to improve the economic performance of the process through the use of cheap and affordable raw materials for the formation of a melt and to obtain a product suitable for industrial use, in particular for the production of fertilizers in the processing of phosphorus-containing substances, as well as simplifying the technology and creating a device for implementing the process, ensuring full and reliable destruction of highly toxic products, in particular toxic substances, with guaranteed prevention of ingress of nutrients into the environment.

Согласно изобретению указанная цель достигается тем, что переработку токсичных промышленных продуктов, в том числе отравляющих веществ, проводят путем их нагрева в присутствии газообразного окислителя в расплаве неорганических соединений, вступающих в химическое взаимодействие с перерабатываемым веществом, при этом процесс ведут при температуре 1300-2000 K, в качестве образующих расплав компонентов используют оксиды щелочноземельных металлов, перерабатываемые промышленные продукты вводят в расплав с потоком предварительно нагретого до 2500-6000 K кислородсодержащего газа, а образующуюся в процессе газовую смесь перед удалением из рабочей зоны вторично пропускают через слой этого же расплава. According to the invention, this goal is achieved in that the processing of toxic industrial products, including poisonous substances, is carried out by heating them in the presence of a gaseous oxidizing agent in a melt of inorganic compounds that enter into chemical interaction with the processed substance, while the process is carried out at a temperature of 1300-2000 K , alkaline earth metal oxides are used as components forming the melt, processed industrial products are introduced into the melt with a stream of preheated 2500-6000 K oxygen-containing gas and the resulting gas mixture in the process prior to removal from the working area is passed through a second layer of the same melt.

Для образования расплава предпочтительно используют отвальные металлургические шлаки, содержащие оксиды Ca, Mg, Si и Fe, причем в составе расплава количество оксидов CaO и MgO составляет 20-40 вес. SiO2 - 40-50 и FeO 20-35 вес. а при насыщении расплава продуктами переработки его состав обновляют путем непрерывного слива отработанного расплава и добавления в ванну его указанных компонентов. Температуру расплава поддерживают в диапазоне 1300-2000 K путем прямого пропускания через него электрического тока и за счет энергии потока газообразного окислителя, температуру которого в диапазоне 2500-6000 K обеспечивают, пропуская окислитель через электрический разряд, часть окислителя при этом подают дополнительно в реакционный объем над поверхностью расплава для поддержания атомарного соотношения кислорода к сумме углерода, водорода и фосфора в перерабатываемом сырье в зависимости от его состава на уровне 0,6-2,5 ат/ат. Образующиеся газообразные продукты процесса перед выбросом в атмосферу охлаждают с утилизацией тепла и пропускают через систему газоочистки, гарантирующую удаление образующейся при барботаже расплава дисперсной фазы и экологически вредных газообразных примесей HF, HCl, SO2, PxOy, NxOy в случае отклонения режимных параметров от заданного диапазона.For the formation of the melt, metallurgical waste slag containing oxides of Ca, Mg, Si and Fe is preferably used, and the amount of CaO and MgO oxides in the composition of the melt is 20-40 weight. SiO 2 - 40-50 and FeO 20-35 weight. and when the melt is saturated with processed products, its composition is updated by continuously draining the spent melt and adding the indicated components to the bath. The temperature of the melt is maintained in the range of 1300-2000 K by direct passing electric current through it and due to the energy of the gaseous oxidizer stream, the temperature of which is provided in the range of 2500-6000 K by passing the oxidizing agent through an electric discharge, a portion of the oxidizer is additionally fed into the reaction volume over the surface of the melt to maintain the atomic ratio of oxygen to the sum of carbon, hydrogen and phosphorus in the processed raw materials, depending on its composition at the level of 0.6-2.5 at / at. The resulting gaseous products of the process are cooled with heat recovery before being released into the atmosphere and passed through a gas purification system, which guarantees the removal of the dispersed phase and environmentally harmful gaseous impurities HF, HCl, SO 2 , P x O y , N x O y formed during sparging operating parameters from a given range.

Отличительными признаками предлагаемого способа являются проведение процесса при 1300-2000 K в расплаве, содержащем оксиды щелочноземельных металлов, подача перерабатываемых веществ в расплав с потоком нагретого до 2500-6000 K кислородсодержащего газа и пропускание образующихся газообразных продуктов перед удалением из рабочего объема через слой этого же расплава. Distinctive features of the proposed method are carrying out the process at 1300-2000 K in a melt containing alkaline earth metal oxides, feeding the processed substances to the melt with a stream of oxygen-containing gas heated to 2500-6000 K and passing the gaseous products formed before being removed from the working volume through the layer of the same melt .

Для реализации заявленного способа переработки токсичных промышленных продуктов предлагается устройство, включающее приспособленную для образования в ней шлакового расплава герметизированную реакционную камеру, пристыкованные к ней один или несколько электронагревателей газа-окислителя, барботажную камеру для перетекания в нее расплава из реакционной камеры, отделенную от последней перегородкой с проемом в придонной части и имеющую сифонную летку для слива шлакового расплава с уровнем сливного порога на 150-300 мм выше проема в перегородке и газоход перед сифонной леткой для удаления отходящих газов из печного пространства, при этом реакционная камера снабжена металлическими патрубками, на верхних торцах которых выше уровня сливного порога сифонной летки установлены электронагреватели газа-окислителя, нижние открытые торцы вварены в стенку корпуса камеры ниже уровня верхнего края проема перегородки, а вблизи верхних торцов имеются вводы для подачи перерабатываемого вещества внутрь патрубков. В стенках реакционной и барботажной камер выше уровня сифонной летки имеются вводы для подачи в рабочее пространство печи дополнительного количества газа-окислителя. To implement the inventive method for processing toxic industrial products, a device is proposed that includes a sealed reaction chamber adapted to form slag melt in it, one or more oxidizing gas electric heaters docked to it, a bubble chamber for melt flowing into it from the reaction chamber, separated from the latter by a partition with an opening in the bottom part and having a siphon notch for draining slag melt with a drain threshold level 150-300 mm above the opening the flue and the flue in front of the siphon tap hole to remove exhaust gases from the furnace space, while the reaction chamber is equipped with metal pipes, at the upper ends of which are above the level of the siphon tap drain drain, oxidizer gas heaters are installed, the lower open ends are welded into the wall of the chamber body below the level of the upper edge the opening of the partition, and near the upper ends there are inputs for supplying the processed substance inside the nozzles. In the walls of the reaction and bubbling chambers above the level of the siphon taphole there are inlets for supplying an additional amount of oxidizing gas to the furnace workspace.

Для прямого пропускания электрического тока через шлаковый расплав устройство снабжено перемещающимися вдоль собственной вертикальной оси графитовыми электродами, расположенными в специальных отсеках, отделенных от реакционной и барботажной камер сифонными перегородками, создающими гидрозатворы в шлаковом расплаве, причем верхние края проемов в этих перегородках расположены ниже верхнего края проема в перегородке, разделяющей реакционную и барботажную камеры. For direct transmission of electric current through the slag melt, the device is equipped with graphite electrodes moving along its own vertical axis, located in special compartments separated from the reaction chamber and the bubble chamber by siphon barriers, creating water traps in the slag melt, with the upper edges of the openings in these walls being located below the upper edge of the opening in the partition separating the reaction chamber and the bubble chamber.

В своде отсека с графитовым электродом со стороны реакционной камеры имеется отверстие для загрузки шлакообразующих материалов. In the vault of the compartment with a graphite electrode on the side of the reaction chamber there is an opening for loading slag-forming materials.

Для утилизации тепла отходящих газов к газоходу пристыкованы теплообменник и устройство для газоочистки, из которого эти газы выходят в атмосферу. To utilize the heat of the exhaust gases, a heat exchanger and a gas purification device are attached to the gas duct, from which these gases exit to the atmosphere.

Такая конструкция обеспечивает реализацию предлагаемого способа, поскольку перерабатываемое вещество вводится в поток предварительно нагретого газа-окислителя, а затем вместе с ним под слой расплава, из которого продукты реакции барботируют в подсводовое пространство реакционной камеры; перед попаданием в газоход они еще раз барботируют через расплав, проходя в проем перегородки, разделяющей печные камеры; высота слоя расплава в барботажной камере над проемом в перегородке определяется разницей в уровнях верхнего края этого проема и шлаковой летки. Для обеспечения полноты протекания химических реакций в газовой фазе предусмотрена подача окислителя над расплавом в обеих камерах, что расширяет возможности управления процессом. This design provides the implementation of the proposed method, since the processed substance is introduced into the stream of preheated oxidizing gas, and then with it under the melt layer, from which the reaction products are bubbled into the underwater space of the reaction chamber; before entering the flue, they again bubble through the melt, passing into the opening of the partition separating the furnace chambers; the height of the melt layer in the bubble chamber above the opening in the partition is determined by the difference in the levels of the upper edge of this opening and the slag notch. To ensure the completeness of chemical reactions in the gas phase, an oxidizer is provided over the melt in both chambers, which expands the process control capabilities.

Токсичные вещества, попадая вместе с кислородсодержащим нагретым газом, например воздухом, под слой расплава, проходят через него, вступая в химические реакции пиролиза, окисления и образования поглощаемых расплавом соединений щелочноземельных металлов (MeF2, MeCl2, Me3P2O8, MeS, MeSO4; Me Ca, Mg, Ba): барботаж газовой смеси с продуктами реакций через расплав обеспечивает полноту протекания целевого процесса.Toxic substances, falling together with an oxygen-containing heated gas, such as air, under the melt layer pass through it, entering into chemical reactions of pyrolysis, oxidation, and the formation of alkaline earth metal compounds (MeF 2 , MeCl 2 , Me 3 P 2 O 8 , MeS , MeSO 4 ; Me Ca, Mg, Ba): bubbling the gas mixture with the reaction products through the melt ensures the completeness of the target process.

Высокая температура газа-окислителя в потоке с перерабатываемым сырьем обеспечивает более раннее начало процессов пиролиза и окисления, высокую скорость химических реакций, смешение реагентов, а также способствует нагреву расплава до требуемой температуры, что повышает его жидкотекучесть и химическую активность. The high temperature of the oxidizing gas in the stream with the processed raw materials provides an earlier start of the pyrolysis and oxidation processes, a high rate of chemical reactions, mixing of reagents, and also contributes to the heating of the melt to the required temperature, which increases its fluidity and chemical activity.

Предлагаемое устройство схематически представлено на рис. 1-3, на которых показаны продольный и поперечный разрезы и план печи. The proposed device is schematically shown in Fig. 1-3, which shows the longitudinal and transverse sections and the plan of the furnace.

Корпус печи 1 разделен на реакционную 2 и барботажную камеру 3 перегородкой 4. К каждой из камер примыкают отсеки соответственно 5 и 6, отделенные от рабочих пространств камер сифонными перегородками 7 и имеющие токоподводящие графитовые электроды 8 для прямого нагрева шлакового расплава с электроприводами осевого перемещения по типу стандартных сталеплавильных и руднотермических электропечей. К своду отсека 5 примыкает канал 9 для регулируемой загрузки шлакообразующих, а отсек 6 имеет летку 10 для непрерывного слива насыщенного продуктами переработки шлакового расплава. Расположение верхних уровней придонных проемов в перегородках и уровня сифонной летки видно на рис. 1: разница в уровнях летки и верхнего края проема в перегородке 4 составляет 150-300 мм, что ограничивает повышение давления в камере 2, обеспечивая достаточный контакт барботирующих газов с расплавом. Газоход для отвода газообразных продуктов процесса переработки размещен в верхней части камеры 3 на дальнем ее конце от перегородки 4 во избежание большого выброса капель шлака с потоком отходящих газов. В придонной части одного из отсеков (рис. 1, отсек 6) для слива всего расплава 12 из печи в случае ее останова (выработка сырья, ремонт) предусмотрена летка 13. Электронагреватели газа-окислителя 14 (плазмотроны) установлены на патрубках 15, вваренных в корпус печи в противоположных боковых стенках камеры 2, причем они могут располагаться в разных плоскостях, обеспечивая круговое движение расплава, а их количество определяется мощностью нагревателей и требуемой производительностью агрегата. На патрубках располагаются вводы 16 для подачи перерабатываемого вещества в нагретую струю газа-окислителя. Для подачи дополнительного количества газа-окислителя в камеры 2 и 3 предусмотрены вводные патрубки 17. The furnace body 1 is divided into a reaction chamber 2 and a bubble chamber 3 by a partition 4. Compartments 5 and 6 are adjacent to each chamber, separated from the chamber workspaces by siphon partitions 7 and having graphite-conducting electrodes 8 for direct heating of slag melt with axial electric drives of the type standard steelmaking and ore-thermal electric furnaces. Channel 9 adjoins the arch of compartment 5 for controlled loading of slag-forming substances, and compartment 6 has a notch 10 for continuous discharge of slag melt saturated with processed products. The location of the upper levels of the bottom openings in the partitions and the level of the siphon notch is seen in Fig. 1: the difference in the levels of the notch and the upper edge of the opening in the partition 4 is 150-300 mm, which limits the increase in pressure in the chamber 2, providing sufficient contact of the bubbling gases with the melt. A flue for the removal of gaseous products of the processing process is placed in the upper part of the chamber 3 at its far end from the partition 4 in order to avoid a large discharge of slag droplets from the exhaust gas stream. In the bottom part of one of the compartments (Fig. 1, compartment 6), a drain 13 is provided for draining the entire melt 12 from the furnace in the event of its shutdown (production of raw materials, repair). Electric gas oxidizer 14 (plasma torches) are installed on the nozzles 15, welded into the furnace body in opposite side walls of the chamber 2, and they can be located in different planes, providing a circular motion of the melt, and their number is determined by the power of the heaters and the required unit capacity. On the nozzles are inputs 16 for supplying the processed substance into a heated stream of oxidizing gas. Intake pipes 17 are provided for supplying an additional amount of oxidizing gas to chambers 2 and 3.

Внутри корпус печи может быть футерован огнеупорным кирпичом, перегородки сложены из такого же кирпича или выполнены из охлаждаемых металлических кессонов, покрывающихся в начале процесса шлаковым гарниссажем. Наличие сифонных перегородок 7 перед отсеками 5 и 6 не требует герметизации последних. Inside, the furnace body can be lined with refractory bricks, partitions are made of the same brick or made of cooled metal caissons, which are covered with a slag skull at the beginning of the process. The presence of siphon walls 7 in front of compartments 5 and 6 does not require sealing of the latter.

В верхней части камеры 2 для работ при запуске печи и ремонте может быть предусмотрен специальный герметично закрываемый перед началом целевого процесса люк 18. In the upper part of the chamber 2 for operations when starting the furnace and repair, a special hatch 18 can be provided which is tightly closed before the start of the target process.

Устройство работает следующим образом. В начальный период разогрева печи на ее подину засыпается слой коксика, через который по электродам 8 пропускается электрический ток. По мере разогрева печи в нее по каналу 9 порциями загружают шлак и набирают ванну расплава до уровня несколько выше верхнего края проема в перегородке 4, после чего вводят в работу электронагреватели газа 14 и продолжают добавлять шлакообразующие до начала слива расплава через летку 10, после этого в патрубки 17 и 15 начинают подавать газ-окислитель и перерабатываемое сырье, контролируя их расход, давление в камере 2, температуру и состав газов на входе в газоход и на выходе из теплообменного аппарата и системы газоочистки, а также температуру и состав сливаемого через летку 10 шлака, и корректируя по получаемым данным режимные управляемые параметры процесса (вводимую мощность, расходы перерабатываемого вещества, окислителя и шлакообразующих) до выхода на стационарный режим процесса с требуемыми результатами. The device operates as follows. In the initial period of heating the furnace, a layer of coke is filled onto its bottom through which an electric current is passed through the electrodes 8. As the furnace heats up, slag is loaded in portions through the channel 9 in portions and the melt bath is collected to a level slightly higher than the upper edge of the opening in the partition 4, after which gas heaters 14 are put into operation and slag-forming ones are added until the melt is drained through the notch 10, after which the nozzles 17 and 15 begin to supply the oxidizing gas and the processed raw materials, controlling their flow rate, pressure in the chamber 2, temperature and composition of gases at the inlet to the gas duct and at the outlet of the heat exchanger and gas purification system, as well as the temperature and the composition of the slag discharged through the letka 10, and correcting the mode controlled process parameters (input power, consumption of the processed substance, oxidizing agent and slag-forming substances) according to the received data before reaching the stationary process mode with the required results.

При необходимости замены плазмотронов в случае выработки ресурса прекращают подачу сырья и окислителя, затем отключают плазмотроны, давление и уровень шлакового расплава в камерах 2 и 3 выравнивается и расплав перекрывает выход каналов 15 в печное пространство, что дает возможность снять заменяемый плазмотрон без нарушения герметичности камеры 2 и попадания непроработанного сырья в атмосферу. If it is necessary to replace the plasmatrons in the case of running out of resources, the supply of raw materials and oxidizing agents is stopped, then the plasmatrons are turned off, the pressure and level of the slag melt in chambers 2 and 3 are equalized and the melt blocks the exit of channels 15 to the furnace space, which makes it possible to remove the replaceable plasmatron without violating the tightness of chamber 2 and untreated raw materials entering the atmosphere.

Выбор температуры расплава 1300-2000 K обусловлен тем, что при более низкой его температуре повышенная вязкость не обеспечивает эффективного смешения и контакта с ним поступающей газовой смеси, а при температуре выше 2000 K в продуктах реакции возрастает концентрация оксидов азота, фосфора, фтористого водорода и увеличивается нагрузка на систему газоочистки. The choice of the melt temperature of 1300-2000 K is due to the fact that at a lower temperature its increased viscosity does not provide effective mixing and contact with the incoming gas mixture, and at temperatures above 2000 K, the concentration of nitrogen oxides, phosphorus, hydrogen fluoride in the reaction products increases and increases load on the gas cleaning system.

Состав расплава (шлака) выбран с учетом его относительно низкой температуры плавления (1100-1350 K) и, следовательно, достаточной жидкоподвижности в зоне контакта с реагентами, а также высокой поглощательной способности (емкости) по соединениям фосфора (Me3P2O8), фтора, хлора (MeF2, MeCl2) и серы (MeS), обеспечивающей пониженный удельный расход расплава и электроэнергии. Эти же температуры и состав расплава позволяют переводить в него соединения тяжелых цветных металлов при наличии последних в перерабатываемом сырье.The composition of the melt (slag) is selected taking into account its relatively low melting point (1100-1350 K) and, therefore, sufficient fluid mobility in the contact zone with reagents, as well as high absorption capacity (capacity) for phosphorus compounds (Me 3 P 2 O 8 ) , fluorine, chlorine (MeF 2 , MeCl 2 ) and sulfur (MeS), which provides a lower specific consumption of melt and electricity. The same temperatures and composition of the melt make it possible to transfer heavy non-ferrous metal compounds into it in the presence of the latter in the processed raw materials.

Использование отвальных металлургических шлаков, являющихся источником загрязнения окружающей среды, существенно удешевляет процесс и способствует решению еще одной проблемы экологии (количество шлаковых отвалов вблизи металлургических заводов составляет сотни миллионов тонн); при отклонении их состава от рекомендуемого он может быть скорректирован добавками в расплав известняка, песка и бедных не используемых в промышленности железных руд, а также смешением шлаков различного состава. The use of dump metallurgical slag, which is a source of environmental pollution, significantly reduces the cost of the process and helps to solve another environmental problem (the number of slag dumps near metallurgical plants is hundreds of millions of tons); if their composition deviates from the recommended one, it can be corrected by adding to the melt limestone, sand and poor iron ores not used in industry, as well as by mixing slags of various compositions.

Выбранное атомарное соотношение кислорода и суммы атомов углерода, водорода и фосфора 0,6-2,5 обеспечивает более полный переход образующихся соединений фосфора, галогенов и серы в расплав без переокисления и восстановления монооксида железа, обеспечивающего жидкоподвижность расплава, а также практически полный переход углерода и водорода в CO2 и H2O без окисления азота.The selected atomic ratio of oxygen and the sum of carbon, hydrogen and phosphorus atoms of 0.6-2.5 provides a more complete transition of the resulting compounds of phosphorus, halogens and sulfur to the melt without reoxidation and reduction of iron monoxide, which ensures liquid mobility of the melt, as well as an almost complete transition of carbon and hydrogen in CO 2 and H 2 O without nitrogen oxidation.

Пример: для проверки работоспособности предлагаемых способа и устройства была использована печь емкостью 30 кг шлака с одним электродуговым плазмотроном мощностью 5 кВт для нагрева воздуха, используемого в качестве газа-окислителя. На сводах реакционной и барботажной камер через электроизоляционные сальниковые уплотнения установлены два металлических водоохлаждаемых электрода с закрепленными на их торцах графитовыми рабочими концами. Поскольку при испытаниях методов уничтожения ОВ запрещено использование самих отравляющих веществ, в качестве продукта, подлежащего переработке, был выбран близкий по структуре и обычно применяемый для этих целей диизопропилметилфосфонат. Example: to check the operability of the proposed method and device, a furnace with a capacity of 30 kg of slag with one 5 kW electric arc plasmatron was used to heat the air used as an oxidizing gas. Two metal water-cooled electrodes with graphite working ends fixed at their ends are installed on the arches of the reaction and bubble chamber through electrical insulating gland seals. Since it is forbidden to use the poisonous substances themselves when testing the methods of destruction of OM, a diisopropylmethylphosphonate that is similar in structure and usually used for these purposes was selected as the product to be processed.

Расход воздуха, проходящего через плазмотрон, составлял 1,6 нм3 в час, а подаваемого непосредственно в реакционную камеру над расплавом 2,5 нм3/ч; расход диизопропилметилфосфоната 0,6-0,7 кг/ч, продолжительность одного эксперимента 0,3 часа (время подачи сырья).The flow rate of air passing through the plasmatron was 1.6 nm 3 per hour, and supplied directly to the reaction chamber above the melt 2.5 nm 3 / h; diisopropylmethylphosphonate consumption 0.6-0.7 kg / h, duration of one experiment 0.3 hours (feed time).

Испытания проводили при разных температурах расплава и составах шлака, которые приведены в таблице. The tests were carried out at different melt temperatures and slag compositions, which are shown in the table.

Эффективность процесса и работоспособность печи оценивали по анализу отходящих газов на содержание оксидов азота (хроматографический метод) и фосфора (химико-аналитический метод), а также по материальному балансу на фосфор (количество введенного с сырьем и содержанием в шлаке). Температура воздуха на выходе из плазмотрона составляла 2700-4200 K (оценка по тепловому балансу); отходящие газы анализировали также на содержание CO и CO2. Во всех случаях фосфор в отходящих газах отсутствовал и по материальному балансу он полностью перешел в шлаковый расплав, углерод окислился до CO2 на 100% содержание NOx при температуре расплава 2000 K составило 0,02-0,03 мг/нм3, что ниже норм ПДК (0,04), при меньшей температуре оксиды азота не обнаружены.The efficiency of the process and the operability of the furnace were evaluated by analyzing the exhaust gases for the content of nitrogen oxides (chromatographic method) and phosphorus (chemical-analytical method), as well as for the material balance for phosphorus (the amount introduced with raw materials and content in the slag). The air temperature at the exit of the plasma torch was 2700-4200 K (estimated by thermal balance); flue gases were also analyzed for the content of CO and CO 2 . In all cases, phosphorus was absent in the exhaust gases and, according to the material balance, it completely converted to slag melt, carbon was oxidized to CO 2 by 100% NO x content at a melt temperature of 2000 K was 0.02-0.03 mg / nm 3 , which is lower MPC (0.04), at a lower temperature, nitrogen oxides were not detected.

Таким образом, экспериментально подтверждена пригодность предлагаемых способа и конструкции печной установки для экологически безвредного уничтожения токсичных промышленных продуктов сложного состава. Thus, the suitability of the proposed method and design of the furnace installation for the environmentally friendly destruction of toxic industrial products of complex composition has been experimentally confirmed.

Так как получаемый при переработке шлак насыщен соединениями фосфора (в частности, Ca3P2O8), то его можно использовать в качестве удобрений.Since the slag obtained during processing is saturated with phosphorus compounds (in particular, Ca 3 P 2 O 8 ), it can be used as fertilizer.

Предложенный способ позволяет практически полностью разложить токсичное перерабатываемое вещество и исключить попадание экологически опасных соединений в атмосферу, что особенно ценно для уничтожения отравляющих веществ. The proposed method allows almost completely decompose the toxic processed substance and to prevent the ingress of environmentally hazardous compounds into the atmosphere, which is especially valuable for the destruction of toxic substances.

Источники информации
1. С.Бекер и др. Безопасное уничтожение высокотоксичных веществ. Российский химический журнал, 1993, т. 37, N 3, с. 31.
Sources of information
1. S. Becker and others. Safe destruction of highly toxic substances. Russian Chemical Journal, 1993, v. 37, No. 3, p. 31.

2. В. А. Жданов и др. Методы уничтожения фосфорорганических отравляющих веществ, 1993, т. 37, N 3, с. 23. 2. V. A. Zhdanov et al. Methods for the destruction of organophosphorus toxic substances, 1993, v. 37, No. 3, p. 23.

3. Патент СССР N 1836603, кл. F 23 G 5/00, заявл. 24.06.91, опубл. 23.08.93, БИ N 31. 3. USSR patent N 1836603, cl. F 23 G 5/00, claimed 06.24.91, publ. 08/23/93, BI N 31.

Claims (12)

1. Способ переработки токсичных промышленных продуктов, включающий их нагрев в присутствии газообразного окислителя и расплава неорганических соединений, вступающих в химическое взаимодействие с перерабатываемым продуктом с последующим удалением продуктов реакции, отличающийся тем, что нагрев ведут при 1300 2000 К, в качестве газообразного окислителя используют кислородсодержащий газ, используют расплав, содержащий оксиды щелочноземельных металлов, перерабатываемый продукт подают в расплав с кислородсодержащим газом, предварительно нагретым до 2500 6000 К, а выделяющиеся газообразные продукты реакции перед удалением из реакционного пространства пропускают через слой расплава. 1. A method of processing toxic industrial products, including heating them in the presence of a gaseous oxidizing agent and a melt of inorganic compounds that enter into chemical interaction with the processed product with subsequent removal of the reaction products, characterized in that the heating is carried out at 1300 2000 K, using an oxygen-containing oxidizing gas gas, use a melt containing oxides of alkaline earth metals, the processed product is fed into the melt with an oxygen-containing gas, previously bask to 2500 6000 K, and the evolved gaseous products of the reaction prior to removal from the reaction space is passed through the melt layer. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве расплава, содержащего оксиды щелочноземельных металлов используют отвальные металлургические шлаки с содержанием 20 40% оксидов кальция и магния, 40 50% оксида кремния и 20 - 35% монооксида железа, а в процессе переработки сырья состав расплава обновляют путем его непрерывного слива и добавления в расплав необходимых компонентов. 2. The method according to claim 1, characterized in that as a melt containing oxides of alkaline earth metals used metallurgical waste slag with a content of 20 to 40% of calcium and magnesium oxides, 40 to 50% of silicon oxide and 20 to 35% of iron monoxide, and in the process processing of raw materials, the composition of the melt is updated by continuously draining it and adding the necessary components to the melt. 3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что температуру расплава поддерживают путем непосредственного пропускания через него электрического тока. 3. The method according to claims 1 and 2, characterized in that the melt temperature is maintained by directly passing electric current through it. 4. Способ по пп. 1 и 3, отличающийся тем, что газообразный окислитель подогревают путем непосредственного пропускания его через электрический разряд. 4. The method according to PP. 1 and 3, characterized in that the gaseous oxidizer is heated by directly passing it through an electric discharge. 5. Способ по пп.1 4, отличающийся тем, что часть газа-окислителя подают в реакционный объем над поверхностью расплава для обеспечения атомарного отношения кислорода в смеси к сумме элементов С, Н и Р в диапазоне 0,6 2,5 ат /ат. 5. The method according to claims 1 to 4, characterized in that part of the oxidizing gas is fed into the reaction volume above the melt surface to ensure the atomic ratio of oxygen in the mixture to the sum of elements C, H and P in the range of 0.6 2.5 at / at . 6. Способ по пп. 1 5, отличающийся тем, что выделяющиеся газообразные продукты реакции охлаждают с утилизацией тепла, подвергают очистке с последующим выбросом в атмосферу. 6. The method according to PP. 1 to 5, characterized in that the released gaseous reaction products are cooled with heat recovery, subjected to purification, followed by release into the atmosphere. 7. Устройство для переработки токсичных промышленных продуктов, содержащее реакционную камеру для образования шлакового расплава, барботажную камеру для перетекания в нее шлакового расплава с газоходом отходящих газов, отделенную от реакционной камеры перегородкой, выполненной с проемом в придонной части и образующей гидрозатвор в шлаковом расплаве, нагреватели газа-окислителя, подсоединенные к реакционной камере, дозаторы регулируемой подачи перерабатываемого вещества, летку для непрерывного слива расплава из барботажной камеры, отличающееся тем, что реакционная камера выполнена с патрубками, при этом нижние торцы патрубков размещены на уровне ниже верхнего края проема в перегородке, а нагреватели газа-окислителя размещены на верхних торцах патрубков. 7. A device for processing toxic industrial products containing a reaction chamber for the formation of slag melt, a bubble chamber for flowing into it slag melt with a flue gas duct, separated from the reaction chamber by a partition made with an opening in the bottom part and forming a water seal in the slag melt, heaters oxidizing gas, connected to the reaction chamber, dispensers of controlled supply of the processed substance, taphole for continuous drainage of the melt from the bubble chamber, about characterized in that the reaction chamber is made with nozzles, while the lower ends of the nozzles are placed below the upper edge of the opening in the partition, and gas-oxidizer heaters are located on the upper ends of the nozzles. 8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что патрубки выполнены с каналами ввода перерабатываемого вещества у верхних торцов. 8. The device according to claim 7, characterized in that the pipes are made with input channels of the processed substance at the upper ends. 9. Устройство по пп. 7 и 8, отличающееся тем, что нагреватели газа-окислителя выполнены в виде электроразрядных камер-плазмотронов. 9. The device according to paragraphs. 7 and 8, characterized in that the gas-oxidizer heaters are made in the form of electric-discharge chamber-plasmatrons. 10. Устройство по п.7, отличающееся тем, что летка расположена на уровне 150 300 мм выше уровня верхнего края придонного проема в перегородке между реакционной и барботажной камерой. 10. The device according to claim 7, characterized in that the notch is located at a level of 150 300 mm above the level of the upper edge of the bottom opening in the partition between the reaction chamber and the bubble chamber. 11. Устройство по.7, отличающееся тем, что реакционная и барботажная камеры имеют вводы для подачи дополнительного количества газа-окислителя, размещенные выше уровня летки. 11. The device according to claim 7, characterized in that the reaction and bubbling chambers have inputs for supplying an additional amount of oxidizing gas, placed above the level of the notch. 12. Устройство по п.7, отличающееся тем, что оно снабжено электродами для прямого пропускания электрического тока через шлаковый расплав, отделенными от реакционной и барботажной камер сифонными перегородками, создающими гидрозатворы в шлаковом расплаве. 12. The device according to claim 7, characterized in that it is equipped with electrodes for direct transmission of electric current through the slag melt, separated from the reaction and bubbling chambers by siphon walls, creating water traps in the slag melt.
RU95119186A 1995-11-13 1995-11-13 Method of processing of toxic industrial products and device for its embodiment RU2081642C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU95119186A RU2081642C1 (en) 1995-11-13 1995-11-13 Method of processing of toxic industrial products and device for its embodiment

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU95119186A RU2081642C1 (en) 1995-11-13 1995-11-13 Method of processing of toxic industrial products and device for its embodiment

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2081642C1 true RU2081642C1 (en) 1997-06-20
RU95119186A RU95119186A (en) 1997-12-27

Family

ID=20173712

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU95119186A RU2081642C1 (en) 1995-11-13 1995-11-13 Method of processing of toxic industrial products and device for its embodiment

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2081642C1 (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2163345C1 (en) * 2000-07-13 2001-02-20 Вершинин Николай Петрович Method for extermination of toxic agents and pesticides of fighting and commercial use
RU2221614C2 (en) * 2001-02-12 2004-01-20 Парсонз Корпорейшн Decontamination method for materials including hazardous substances of without combustion thereof (variants)
RU2248769C2 (en) * 2003-06-02 2005-03-27 Потапов Владимир Алексеевич Method of utilizing emission gases when combusting toxic industrial wastes
RU2356655C2 (en) * 2005-12-09 2009-05-27 Владимир Яковлевич Шафоростов Method for substance processing
RU2397828C1 (en) * 2009-07-08 2010-08-27 Илюс Асхатович Сахибгареев Substance treatment process
RU2466332C1 (en) * 2011-05-27 2012-11-10 Александр Анатольевич Симонов Method for thermal recycling of industrial and household wastes and apparatus for realising said method

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. В.А. Жданов и др. Методы уничтожения фосфорорганических отравляющих веществ, 1993, т. 37, N 3, с. 31. 2. Патент СССР N 1836603, кл. F 23 G 5/00, 1993. *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2163345C1 (en) * 2000-07-13 2001-02-20 Вершинин Николай Петрович Method for extermination of toxic agents and pesticides of fighting and commercial use
RU2221614C2 (en) * 2001-02-12 2004-01-20 Парсонз Корпорейшн Decontamination method for materials including hazardous substances of without combustion thereof (variants)
RU2248769C2 (en) * 2003-06-02 2005-03-27 Потапов Владимир Алексеевич Method of utilizing emission gases when combusting toxic industrial wastes
RU2356655C2 (en) * 2005-12-09 2009-05-27 Владимир Яковлевич Шафоростов Method for substance processing
RU2397828C1 (en) * 2009-07-08 2010-08-27 Илюс Асхатович Сахибгареев Substance treatment process
RU2466332C1 (en) * 2011-05-27 2012-11-10 Александр Анатольевич Симонов Method for thermal recycling of industrial and household wastes and apparatus for realising said method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2106416C1 (en) Method for indirect chemical reduction of component of wastes
EP0813438B1 (en) Feed processing employing dispersed molten droplets
RU2096685C1 (en) Method of treatment of wastes and reworking of wastes into atmospheric gases
US6173002B1 (en) Electric arc gasifier as a waste processor
US5640709A (en) Method and apparatus for producing a product in a regenerator furnace from impure waste containing a non-gasifiable impurity
KR960014941B1 (en) Method and apparatus for continuous preheating load of electric arc furnace
RU2105785C1 (en) Method of processing inorganic solid wastes
KR20080011157A (en) Operation of iron oxide recovery furnace for energy saving, volatile metal removal and slag control
EP0515498A1 (en) JOINT TREATMENT OF WASTEWATER AND WASTE OF STEELWORKS.
US6021723A (en) Hazardous waste treatment method and apparatus
CN107363072B (en) Molten bath smelting method for waste
US5733356A (en) Method and device for processing free-flowing materials
RU2081642C1 (en) Method of processing of toxic industrial products and device for its embodiment
Neuschütz Plasma processing of dusts and residues
US7776126B2 (en) Processing parameters for operation of a channel induction furnace
RU2135895C1 (en) Domestic waste combustion plant
RU95119186A (en) METHOD FOR PROCESSING TOXIC INDUSTRIAL PRODUCTS AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION
RU2349654C1 (en) Method for recycling of household and industrial wastes
RU1836603C (en) Technique for thermochemical incineration of domestic garbage and a plant designed for garbage incineration
RU2818769C1 (en) Method for joint selective processing of solid wastes
RU2030684C1 (en) Method of thermal processing of hard wastes
RU2822523C1 (en) Furnace for selective processing of solid household and industrial waste
Thornblom et al. Utilizing plasma technology for chemical reactions in controlled atmosphere
RU2234154C2 (en) Method and furnace for recovering metal wastes
NO164253B (en) TREATMENT OF DUST.