[go: up one dir, main page]

RU2105928C1 - Plasmochemical method of decontamination of gaseous and liquid halogenoorganic wastes - Google Patents

Plasmochemical method of decontamination of gaseous and liquid halogenoorganic wastes Download PDF

Info

Publication number
RU2105928C1
RU2105928C1 RU96100669A RU96100669A RU2105928C1 RU 2105928 C1 RU2105928 C1 RU 2105928C1 RU 96100669 A RU96100669 A RU 96100669A RU 96100669 A RU96100669 A RU 96100669A RU 2105928 C1 RU2105928 C1 RU 2105928C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
temperature
pyrolysis
wastes
waste
reactor
Prior art date
Application number
RU96100669A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU96100669A (en
Inventor
А.А. Давидян
А.А. Калачев
Ю.П. Малков
В.А. Новожилов
М.А. Ротинян
С.Г. Степанов
И.А. Федоров
Ю.Е. Филиппов
Original Assignee
Российский научный центр "Прикладная химия"
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 Российский научный центр "Прикладная химия" filed Critical Российский научный центр "Прикладная химия"
Priority to RU96100669A priority Critical patent/RU2105928C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2105928C1 publication Critical patent/RU2105928C1/en
Publication of RU96100669A publication Critical patent/RU96100669A/en

Links

Images

Landscapes

  • Processing Of Solid Wastes (AREA)
  • Treating Waste Gases (AREA)

Abstract

FIELD: methods of decontamination of gaseous and liquid halogenoorganic wastes, gaseous ozone-destructive chladons and liquid polychlorinated biphenyls possessing high viscosity at normal temperature (up to 14000 cSt); chemical, petrochemical and other industries. SUBSTANCE: halogenoorganic wastes are heated preliminarily to temperature not exceeding the limit of their thermal stability, after which they are atomized by jet of hot air at temperature exceeding their boiling point and vapor-air mixture thus formed is directed to plasma jet where pyrolysis is effected at temperature not below 1500 C; holding time in zone of reaction ranges from 2 to 10 ms; pyrolysis is effected in excess of oxidizer sufficient for complete oxidation of carbon contained in wastes; then products of pyrolysis are hardened and neutralized by aqueous alkaline solution which is used repeatedly at regular addition of alkali till restoration of initial concentration and removal of salts formed in neutralization. EFFECT: enhanced reliability and efficiency of decontamination; realization of neutralization system working in closed circuit without draining neutralizing agent into sewage system. 1 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к способам обезвреживания газообразных и жидких галогенорганических отходов, в частности газообразных озоноразрушающих хладонов и жидких полихлорированных бифенилов (ПХБ, C12HXClY), обладающих при нормальной температуре высокой вязкостью (до 14000 сСт), и может быть использовано в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности для обезвреживания отходов их производств.The invention relates to methods for the neutralization of gaseous and liquid organohalogen wastes, in particular gaseous ozone-depleting chladones and liquid polychlorinated biphenyls (PCBs, C 12 H X Cl Y ), which have high viscosity at normal temperatures (up to 14000 cSt), and can be used in chemical, petrochemical and other industries for the disposal of waste from their production.

Плазмохимический способ переработки состоит в следующем. Plasma-chemical processing method is as follows.

Обезвреживаемые отходы подаются в струю плазмы, истекающую в реактор из электродугового подогревателя (плазмотрона). В результате пиролиза образуются простые вещества, не представляющие опасности (например, азот, диоксид углерода) или легко нейтрализуемые (такие как галогеноводороды). Продукты пиролиза подвергаются быстрому охлаждению (закалке) для предотвращения образования вторичных вредных веществ. Далее производится нейтрализация продуктов пиролиза перед выбросом их в атмосферу. Известен способ уничтожения химических отходов [1] который заключается в их сжигании в плазменной струе, имеющей температуру в диапазоне от 2750 до 3750oC и содержащей по меньшей мере 70% кислорода. Ввод отходов в струю производится в виде мелких капель, образующихся при распыле отходов под воздействием транспортирующего газа. Суммарное количество кислорода, поступающего в зону реакции, предлагается поддерживать на 30% выше стехиометрического значения, соответствующего полному окислению отходов. При этом температура в зоне горения должна быть не ниже 1450oC, а время пребывания в реакторе не менее 2 мс. Продукты сгорания на выходе из реактора быстро охлаждаются до 300oC и ниже за счет распыливания в них воды, которая циркулирует по замкнутому контуру и постепенно насыщается растворяющимися в ней кислыми продуктами. При периодическом выводе этого закалочного агента из установки производится его нейтрализация щелочью. Газовые компоненты продуктов реакции, не поглощенные закалочной водой, направляются в скруббер, где удаляются оставшиеся кислые газы, а остальная часть газовой фазы, не содержащая токсичных компонентов, выбрасывается в атмосферу.Neutralized waste is fed into a plasma jet flowing into the reactor from an electric arc heater (plasma torch). Pyrolysis produces simple, non-hazardous substances (e.g. nitrogen, carbon dioxide) or easily neutralizable (such as hydrogen halides). Pyrolysis products undergo rapid cooling (hardening) to prevent the formation of secondary harmful substances. Next, the pyrolysis products are neutralized before being released into the atmosphere. A known method of destruction of chemical waste [1] which consists in burning it in a plasma jet having a temperature in the range from 2750 to 3750 o C and containing at least 70% oxygen. The input of waste into the stream is made in the form of small droplets formed during spraying of waste under the influence of a conveying gas. The total amount of oxygen entering the reaction zone is proposed to be maintained 30% above the stoichiometric value corresponding to the complete oxidation of the waste. In this case, the temperature in the combustion zone should not be lower than 1450 o C, and the residence time in the reactor should be at least 2 ms. The combustion products at the outlet of the reactor are rapidly cooled to 300 o C and lower due to the spraying of water in them, which circulates in a closed circuit and is gradually saturated with acid products dissolving in it. With the periodic withdrawal of this quenching agent from the installation, it is neutralized with alkali. The gas components of the reaction products that are not absorbed by quenching water are sent to a scrubber, where the remaining acid gases are removed, and the rest of the gas phase, which does not contain toxic components, is released into the atmosphere.

Основным недостатком этого способа является использование в качестве плазмообразующего рабочего тела газа, содержащего высокую концентрацию кислорода. При работе плазмотрона на такой смеси, обладающей большой окислительной способностью, следует ожидать резкого снижения надежности и ресурса его работы из-за повышенной эрозии электродов в зоне опорных пятен дуги, где локальные температуры достигают значений, близких к температуре плавления материалов электродов. The main disadvantage of this method is the use as a plasma-forming working fluid of a gas containing a high concentration of oxygen. When the plasma torch operates on such a mixture, which has a large oxidizing ability, one should expect a sharp decrease in the reliability and life of its operation due to increased erosion of the electrodes in the zone of the reference spots of the arc, where local temperatures reach values close to the melting temperature of the electrode materials.

Кроме того, использование газа с высоким содержанием кислорода дорого и небезопасно при эксплуатации высокотемпературной плазмохимической установки. In addition, the use of gas with a high oxygen content is expensive and unsafe when operating a high-temperature plasma chemical installation.

Проблематичным является также использование данного способа для обезвреживания высоковязких ПХБ и озоноразрушающих хладонов, обладающих высоким содержанием галогенов. ПХБ в нормальных условиях очень трудно поддаются распылу даже с помощью пневматических форсунок. Поэтому капли ПХБ, попадающие в реактор, будут иметь достаточно крупный размер и для их испарения, пиролиза и окисления на предлагаемом температурном режиме потребуется очень большое время, не соизмеримое с 2 мс, а это приведет к необходимости увеличения размеров реактора, значительным потерям тепла в его стенке и переохлаждению продуктов реакции, в результате чего могут образоваться высокотоксичные соединения такие как фосгены и диоксины. It is also problematic to use this method for the disposal of highly viscous PCBs and ozone-depleting chladones with a high content of halogens. PCBs under normal conditions are very difficult to spray even with pneumatic nozzles. Therefore, droplets of PCBs entering the reactor will have a sufficiently large size and their evaporation, pyrolysis and oxidation at the proposed temperature regime will require a very long time, not commensurate with 2 ms, and this will lead to the need to increase the size of the reactor, significant heat loss in it wall and supercooling of reaction products, as a result of which highly toxic compounds such as phosgens and dioxins can form.

Для обезвреживания галогеносодержащих отходов, пиролиз которых протекает с образованием галогенов и галогеноводородов, не требуется большого количества кислорода. В данном случае важнее увеличение температуры в зоне реакции для разложения указанных отходов на простые вещества. Однако увеличение температуры плазменной струи при использовании плазмообразующего газа с высокой окислительной способностью, как было указано выше, связано со снижением надежности и ресурса работы плазмотрона. To neutralize halogen-containing wastes, the pyrolysis of which proceeds with the formation of halogens and hydrogen halides, does not require a large amount of oxygen. In this case, it is more important to increase the temperature in the reaction zone for the decomposition of these wastes into simple substances. However, an increase in the temperature of the plasma jet when using a plasma-forming gas with a high oxidizing ability, as mentioned above, is associated with a decrease in the reliability and service life of the plasma torch.

Кроме того, при обезвреживании галогеносодержащих отходов закалочная вода, циркулирующая по замкнутому контуру, будет насыщаться галогеноводородными кислотами, что приведет к интенсивной коррозии технологического оборудования. При нейтрализации указанных кислот образуются соли, слив которых вызывает дополнительные экологические проблемы. In addition, during the neutralization of halogen-containing wastes, quenching water circulating in a closed circuit will be saturated with hydrohalic acids, which will lead to intensive corrosion of technological equipment. When neutralizing these acids, salts are formed, the discharge of which causes additional environmental problems.

Предложен способ [2] и оборудование для разрушения отходов, содержащих испаряющиеся органические материалы. При его реализации в плазменную воздушную струю, поступающую в реактор, вводятся испаренные отходы и предварительно нагретый воздух или кислород. Испарение отходов и предварительный нагрев воздуха производятся за счет использования тепла продуктов пиролиза, поступающих из реактора в теплообменники, которые одновременно выполняют роль закалочных устройств. Часть воздушного потока, нагретого в теплообменнике, направляется в реактор для защиты его внутренней стенки, представляющей собой керамическую трубу. Поверхность этой трубы имеет по всей своей длине многочисленные отверстия, проходя через которые воздух создает защитную завесу, предохраняющую стенку от теплового и коррозионного воздействия продуктов пиролиза. Охлажденные в теплообменниках продукты пиролиза направляются в газопромыватель и затем выбрасываются в атмосферу. The proposed method [2] and equipment for the destruction of waste containing evaporating organic materials. When it is implemented, vaporized waste and preheated air or oxygen are introduced into the plasma air stream entering the reactor. Evaporation of waste and preheating of the air is carried out by using the heat of the pyrolysis products coming from the reactor to the heat exchangers, which simultaneously serve as quenching devices. Part of the air flow heated in the heat exchanger is sent to the reactor to protect its inner wall, which is a ceramic pipe. The surface of this pipe has numerous openings along its entire length, passing through which the air creates a protective curtain that protects the wall from the thermal and corrosive effects of pyrolysis products. The pyrolysis products cooled in the heat exchangers are sent to a gas scrubber and then released into the atmosphere.

Основным недостатком данного способа является использование теплообменников для закалки продуктов пиролиза. Снижение температуры газа при таком способе закалки происходит с низким темпом, при этом в продуктах пиролиза могут образоваться такие высокотоксичные соединения, как фтор- и хлорфосгены, диоксины, бензпирен и др. Внутренние же стенки обоих теплообменников будут подвержены воздействию коррозионноактивных веществ, образующихся в реакторе и имеющих высокую температуру. The main disadvantage of this method is the use of heat exchangers for hardening pyrolysis products. The gas temperature decreases with this quenching method at a low rate, and such highly toxic compounds as fluorine and chlorophosgens, dioxins, benzpyrenes, etc. can form in the pyrolysis products. The inner walls of both heat exchangers will be exposed to corrosive substances formed in the reactor and having a high temperature.

Предложен принятый нами за прототип способ пиролитического разложения отходов (предпочтительно жидких) [3] частично свободный от указанных выше недостатков. Способ предусматривает подачу отходов в дуговую камеру плазмотрона, среднемассовая температура газа в которой достигает 5000oC и выше, в связи с чем происходит разрушение молекул вещества отходов до атомов и ионов. Эти продукты затем охлаждаются в реакционной камере до 900 -1200oC с образованием рекомбинированных продуктов, включающих синтез-газ и твердые частицы сажи. Продукты пиролиза подвергаются закалке при 80oC с помощью распыливаемых струй водного раствора щелочи для одновременной их нейтрализации и для смачивания частиц сажи. Синтез-газ выделяется из рекомбинированных продуктов и сжигается, а отработанный щелочной раствор вместе с частицами сажи сливается в канализацию.A method of pyrolytic decomposition of waste (preferably liquid) adopted by us as a prototype [3] is proposed, partially free from the above disadvantages. The method provides for the supply of waste to the arc chamber of the plasma torch, the mass-average gas temperature in which reaches 5000 o C and higher, in connection with which there is a destruction of the molecules of the waste material to atoms and ions. These products are then cooled in the reaction chamber to 900 -1200 o C with the formation of recombined products, including synthesis gas and solid particles of soot. The products of pyrolysis are quenched at 80 o C using spray jets of an aqueous solution of alkali to simultaneously neutralize them and to wet the soot particles. The synthesis gas is released from the recombined products and burned, and the spent alkaline solution together with soot particles is discharged into the sewer.

В способе [3] подача жидких отходов осуществляется с помощью насоса в зазор между аксиально размещенными электродами. В данном случае, как отмечают авторы, качество распыла не имеет значения. In the method [3], the supply of liquid waste is carried out using a pump into the gap between the axially placed electrodes. In this case, as the authors note, the quality of the spray does not matter.

Предлагается также вариант подачи отходов за электродами. There is also the option of feeding waste behind the electrodes.

Этот вариант, по признанию авторов, не выгоден из-за существенного уменьшения времени пребывания продуктов пиролиза в реакторе. Следует также отметить, что уровень вязкости жидких отходов ограничен характеристиками насоса. Одновременно в кольцевой зазор между электродами для аэродинамической стабилизации дуги подается воздух в количестве 1-2% от значения, соответствующего расходу воздуха при стехиометрическом процессе окисления продуктов пиролиза, что делает способ [3] в основном пиролитическим. This option, according to the authors, is not profitable due to a significant reduction in the residence time of the pyrolysis products in the reactor. It should also be noted that the viscosity level of liquid waste is limited by the characteristics of the pump. At the same time, air is supplied to the annular gap between the electrodes for aerodynamic stabilization of the arc in an amount of 1-2% of the value corresponding to the air flow during the stoichiometric process of oxidation of pyrolysis products, which makes the method [3] mainly pyrolytic.

Система подачи включает два резервуара один для отходов, а другой для вспомогательного вещества (нетоксичной органической жидкости, например, этанола), которое подается в плазменный нагреватель в момент запуска установки в качестве рабочего тела для ее вывода на заданный тепловой режим (в течение 3 мин), а также при выключении для ее промывки. The feed system includes two tanks, one for waste and the other for an auxiliary substance (non-toxic organic liquid, for example ethanol), which is supplied to the plasma heater at the time of starting up the installation as a working fluid for its output to the specified thermal regime (within 3 min) as well as when turned off to flush it.

Наличие двух резервуаров и вспомогательного вещества (этанола) приводит к усложнению системы подачи и дополнительным затратам (материальным и энергетическим); ограничения по вязкости отходов не позволяют рассматривать способ [3] как универсальный, а подача отходов вместе с малым количеством воздуха в дуговую камеру плазменного нагревателя создает целый ряд проблем, а именно:
поверхности электродов подвергаются интенсивной эрозии в результате воздействия на них фтор- и хлорсодержащих соединений, образующихся при пиролизе отходов и обладающих чрезвычайно высокой химической активностью, этот процесс особенно интенсивно развивается в зонах перемещения опорных пятен дуги, где локальные температуры достигают значений, близких к температуре плавления материала электродов;
при изменении состава отходов, подаваемых на обезвреживание, необходима дополнительная отработка режимов дугового нагревателя с целью поиска оптимальных, отвечающих условиям его надежной работы;
в продуктах пиролиза появляется большое количество сажи, затрудняющей процессы закалки и нейтрализации газообразных продуктов пиролиза и создающей большие трудности при ее извлечении из щелочного раствора.
The presence of two tanks and an auxiliary substance (ethanol) leads to a complication of the supply system and additional costs (material and energy); restrictions on the viscosity of the waste do not allow us to consider the method [3] as universal, and the supply of waste together with a small amount of air into the arc chamber of the plasma heater creates a number of problems, namely:
the surfaces of the electrodes are subjected to intense erosion as a result of exposure to fluorine and chlorine-containing compounds formed during waste pyrolysis and having extremely high chemical activity, this process develops especially intensively in the areas of movement of the supporting spots of the arc, where local temperatures reach values close to the material electrodes;
when changing the composition of the waste fed to neutralization, additional testing of the arc heater modes is necessary in order to find the optimal ones that meet the conditions of its reliable operation;
a large amount of soot appears in the pyrolysis products, which impedes the hardening and neutralization of gaseous pyrolysis products and creates great difficulties in its extraction from the alkaline solution.

Необходимо отметить, что в случае высоковязких отходов предлагаемый авторами способа [3] вариант ввода обезвреживаемых веществ за электродами неосуществим. При таком вводе требуется высокое качество распыла, достичь которого с помощью струйных форсунок невозможно. Применение же пневматических форсунок неосуществимо из-за малого количества воздуха, вводимого в установку при реализации пиролитического метода. It should be noted that in the case of highly viscous waste, the method proposed by the authors of the method [3] for introducing neutralized substances behind the electrodes is not feasible. With this input, a high quality spray is required, which cannot be achieved with jet nozzles. The use of pneumatic nozzles is not feasible due to the small amount of air introduced into the installation when implementing the pyrolytic method.

Реактор по способу [3] представляет собой неохлаждаемую цилиндрическую емкость из нержавеющей стали с внутренней огнеупорной облицовкой из каолино-волокнистого материала объемом 2м3 Время пребывания продуктов пиролиза в реакторе составляет около одной секунды при 900 1500oC. В этих условиях
следует ожидать интенсивной коррозии стенок реактора при взаимодействии с ними HCl, HF и других соединений хлора и фтора, обладающих очень высокой химической активностью особенно при высоких температурах, при этом снижается ресурс работы реактора, а в продукты пиролиза возможно попадание продуктов указанного взаимодействия;
температурный режим реактора не гарантирует отсутствия в продуктах пиролиза таких особотоксичных вторичных веществ, как фтор- и хлорфосгены, бензпирен, диоксины и др.(Федоров А.А. Диоксины как экологическая опасность: ретроспективы и перспективы. М. Наука, 1993)
большой объем реактора значительно увеличивает габариты, весовые характеристики и металлоемкость установки.
The reactor according to the method [3] is an uncooled cylindrical vessel made of stainless steel with an internal refractory lining of kaolin fiber material with a volume of 2 m 3 The residence time of the pyrolysis products in the reactor is about one second at 900 1500 o C. In these conditions
one should expect intense corrosion of the walls of the reactor during the interaction of HCl, HF, and other chlorine and fluorine compounds with very high chemical activity, especially at high temperatures, while reducing the life of the reactor, and the products of this interaction may get into the pyrolysis products;
the temperature of the reactor does not guarantee the absence of especially toxic secondary substances such as fluorine and chlorophosgens, benzpyrenes, dioxins, etc. in the pyrolysis products (A. Fedorov. Dioxins as an environmental hazard: retrospectives and prospects. M. Nauka, 1993)
a large reactor volume significantly increases the dimensions, weight characteristics and metal consumption of the installation.

Процессы закалки и нейтрализации продуктов пиролиза по способу [3] совмещены в одном аппарате, а в качестве закалочного и нейтрализующего агента используется водный раствор NaOH или KOH. Далее газовая и жидкая фазы разделяются: первая, содержащая в основном водород, окись углерода и азот, направляется на сжигание, а вторая сливается в канализацию. Таким образом щелочной раствор используется по схеме открытого контура без повторного использования, по-видимому, из-за наличия в нем большого количества сажи вследствие неполного окисления углерода малым количеством воздуха. The processes of quenching and neutralization of the pyrolysis products according to the method [3] are combined in one apparatus, and an aqueous solution of NaOH or KOH is used as the quenching and neutralizing agent. Then the gas and liquid phases are separated: the first, containing mainly hydrogen, carbon monoxide and nitrogen, is sent to combustion, and the second is discharged into the sewer. Thus, the alkaline solution is used according to the open circuit scheme without reuse, apparently due to the presence of a large amount of soot in it due to the incomplete oxidation of carbon by a small amount of air.

Задачей изобретения является устранение коррозионного воздействия продуктов пиролиза на электроды плазменного нагревателя, уменьшение габаритов реактора и длительности рабочего процесса в нем, повышение надежности и эффективности работы реактора, реализация системы нейтрализации, работающей по замкнутому контуру, без слива отработанного нейтрализующего агента в канализацию. The objective of the invention is to eliminate the corrosive effects of pyrolysis products on the electrodes of a plasma heater, reduce the dimensions of the reactor and the duration of the working process in it, increase the reliability and efficiency of the reactor, implement a neutralization system operating in a closed loop without draining the spent neutralizing agent into the sewer.

Сущность изобретения заключается в том, что галогенорганические отходы предварительно нагревают до температуры, не превосходящей предела их термической стабильности, после чего распыливают струей горячего воздуха при температуре, превышающей температуру их кипения, и полученную паровоздушную смесь направляют в плазменную струю, где проводят пиролиз при температуре не менее 1500oC, времени пребывания в зоне реакции 2 -10 мс и избытке окислителя, достаточном для полного окисления углерода, входящего в состав отходов, далее продукты пиролиза закаливают и нейтрализуют водным раствором щелочи, который используют многократно, периодически добавляя в него щелочь до восстановления исходной концентрации и удаляя образующиеся при нейтрализации соли.The essence of the invention lies in the fact that the organohalogen waste is preheated to a temperature not exceeding the limit of their thermal stability, after which it is sprayed with a stream of hot air at a temperature exceeding their boiling point, and the resulting vapor-air mixture is sent to a plasma jet, where pyrolysis is carried out at a temperature not less than 1500 o C, a residence time of 2-10 ms in the reaction zone and an excess of oxidizing agent sufficient to completely oxidize the carbon that is part of the waste, then pyrolysis products and quenched and neutralized with an aqueous alkali solution, which is used repeatedly, periodically adding alkali to it until the initial concentration is restored and removing the salts formed during neutralization.

Предварительный нагрев дает возможность производить обезвреживание жидких высоковязких отходов. Ввод паровоздушной смеси в реактор осуществляется за электродами плазмотрона. При этом коррозионное воздействие продуктов пиролиза на электроды полностью исключено и плазменный нагреватель, используя в качестве теплоносителя воздух, работает на номинальных режимах, соответствующих оптимальным условиям его эксплуатации. То, что отходы нагреваются, испаряются и перемешиваются с воздухом до входа в реактор, позволяет сократить необходимое время пребывания реагирующей смеси до 2- 10 мс, соответственно, существенно уменьшить габариты реактора. Preheating makes it possible to neutralize high-viscosity liquid waste. The vapor-air mixture is introduced into the reactor behind the plasma torch electrodes. In this case, the corrosive effect of the pyrolysis products on the electrodes is completely excluded and the plasma heater, using air as a heat carrier, works at nominal conditions corresponding to the optimal conditions for its operation. The fact that the waste is heated, evaporates and mixes with air before entering the reactor can reduce the required residence time of the reacting mixture to 2-10 ms, respectively, significantly reduce the dimensions of the reactor.

Температура предварительного нагрева не должна превышать предела термической стабильности обезвреживаемых отходов. Иначе в результате низкотемпературного пиролиза в системе подачи может образоваться значительное количество сажи и коррозионноактивных веществ (F, Cl, HF, HCl и др.), что может приводить к забивке проходного сечения и выходу из строя системы подачи. The preheating temperature should not exceed the limit of thermal stability of the neutralized waste. Otherwise, as a result of low-temperature pyrolysis, a significant amount of soot and corrosive substances (F, Cl, HF, HCl, etc.) can form in the feed system, which can lead to clogging of the passage section and failure of the feed system.

Температура продуктов пиролиза на выходе из реактора перед зоной закалки должна быть не менее 1500oC, чтобы гарантировать отсутствие в отходящем газе фтор- и хлорфосгенов, бензпирена, диоксинов и других особотоксичных веществ (указанная книга Федорова А.А.).The temperature of the pyrolysis products at the outlet of the reactor in front of the quenching zone should be at least 1500 o C to ensure the absence of fluorine and chlorophosgens, benzpyrene, dioxins and other especially toxic substances in the exhaust gas (this book is A. Fedorov).

Соотношение расходов обезвреживаемых отходов и воздуха, подаваемого в плазмотрон и реактор, определяется коэффициентом избытка окислителя, необходимого для полного окисления углерода, содержащегося в отходах, до углекислого газа. При этом в щелочной раствор, используемый в качестве закалочно-нейтрализующего агента, практически не попадают твердые частицы углерода и он может быть использован многократно в замкнутом контуре при периодическом добавлении в него щелочи и удалении образующихся при нейтрализации солей, подлежащих утилизации или захоронению. The ratio of the costs of the waste to be treated and the air supplied to the plasma torch and the reactor is determined by the excess oxidizer coefficient necessary for the complete oxidation of the carbon contained in the waste to carbon dioxide. At the same time, solid carbon particles practically do not get into the alkaline solution used as a quenching and neutralizing agent and it can be used repeatedly in a closed loop with periodic addition of alkali to it and removal of salts formed during neutralization that must be disposed of or buried.

На чертеже представлена принципиальная схема предложенного способа обезвреживания отходов. The drawing shows a schematic diagram of the proposed method of disposal.

В системе подачи отходов 1 осуществляется предварительный подогрев обезвреживаемых веществ до температуры, не превышающей предела их термической стабильности. Обезвреживаемые вещества насосом 7 подаются к форсунке 2 и распыливаются в нагретом выше температуры кипения отходов воздушном потоке, где они испаряются и поступают в реактор 4 в плазменную струю, истекающую из плазмотрона 3. В реакторе происходит пиролиз отходов в окислительной среде при температуре не ниже 1500oC. Продукты пиролиза из реактора 4 поступают в закалочно-нейтрализационный узел 5, где подвергаются закалке и одновременно нейтрализации водным раствором щелочи, который подается насосом 8 из емкости 6 и распыливается форсункой узла 5. При этом отходящие газы полностью освобождаются от токсичных и коррозионноактивных компонентов, способных оказать разрушающее воздействие на элементы технологического оборудования.In the waste supply system 1, pre-heated neutralized substances are heated to a temperature not exceeding the limit of their thermal stability. The neutralized substances are pumped to the nozzle 2 by the pump 7 and sprayed in an air stream heated above the boiling point of the waste, where they evaporate and enter the reactor 4 into the plasma jet flowing out of the plasma torch 3. In the reactor, the pyrolysis of the waste occurs in an oxidizing medium at a temperature of at least 1500 o C. The pyrolysis products from the reactor 4 enter the quench-neutralization unit 5, where they are quenched and simultaneously neutralized with an aqueous alkali solution, which is supplied by the pump 8 from the tank 6 and sprayed by the nozzle of the unit 5. At the same time, the exhaust gases are completely freed from toxic and corrosive components that can have a destructive effect on the elements of technological equipment.

Отходящие газы, содержащие N2, O2, CO, CO2 и пары воды, выбрасываются в атмосферу. Жидкая фаза из закалочно-нейтрализационного узла 5, содержащая водный раствор NaOH (или KOH) и образующиеся при нейтрализации соли NaCl, NaF, Na2CO3, (KCl, KF, K2CO3), сливается в емкость 6. При выработке щелочи из раствора она добавляется до восстановления исходной концентрации и после удаления выпавших в осадок солей раствор используется повторно.Waste gases containing N 2 , O 2 , CO, CO 2 and water vapor are released into the atmosphere. The liquid phase from the quench-neutralization unit 5, containing an aqueous solution of NaOH (or KOH) and formed during the neutralization of salts of NaCl, NaF, Na 2 CO 3 , (KCl, KF, K 2 CO 3 ), is discharged into a tank 6. During the production of alkali it is added from the solution until the initial concentration is restored, and after removal of the precipitated salts, the solution is reused.

Экспериментальная проверка изобретения проводилась на стендовой установке, включавшей в свой состав промышленный плазмотрон ЭДП- 109/200М мощностью до 200 кВт с системами обеспечения (электропитание, охлаждение, подача воздуха), малогабаритный охлаждаемый реактор объемом 0,43 л с закалочно-нейтрализационным узлом и системой подачи щелочного раствора (охлаждаемый бак с 5 -20%-ным водным раствором NaOH, насос- дозатор типа НД-2,5-150/16 и струйная форсунка), систему подачи жидких отходов (обогреваемые емкость и трубопровод, насос-дозатор типа НД-2,5- 40/150, система подачи и нагрева воздуха, пневматическая форсунка), системы подачи хладона и отходов производства хладона 134A, систему анализа состава продуктов пиролиза (квадрупольный масс-спектрометр типа Q-156, времяпролетный масс-спектрометр типа МСХ-6, газовый и жидкостный хроматографы). An experimental verification of the invention was carried out on a bench installation, which included an EDP-109 / 200M industrial plasmatron with a capacity of up to 200 kW with support systems (power supply, cooling, air supply), a small-sized cooled reactor with a volume of 0.43 l with a quenching-neutralizing unit and a system alkaline solution supply (a cooled tank with a 5 -20% aqueous solution of NaOH, a metering pump type ND-2.5-150 / 16 and a jet nozzle), a liquid waste supply system (heated containers and piping, a metering pump type ND -2.5 - 40/150, si air supply and heating system, pneumatic nozzle), freon and waste production systems for 134A freon, a pyrolysis product composition analysis system (Q-156 quadrupole mass spectrometer, MCX-6 time-of-flight mass spectrometer, gas and liquid chromatographs).

В ходе экспериментальной проверки производилось плазмохимическое обезвреживание жидкого высоковязкого пентахлорбифенила C12H5Cl5 озоноразрушающего хладона 133А и отходов производства хладона 134A. Основные параметры процесса плазмохимического обезвреживания в ходе этих проверок приведены в таблице.In the course of the experimental verification, plasma-chemical neutralization of liquid high-viscosity pentachlorobiphenyl C 12 H 5 Cl 5 ozone-depleting freon 133A and waste products of production of freon 134A was carried out. The main parameters of the process of plasma chemical neutralization during these checks are given in the table.

Пример 1. Обезвреживание пентахлорбифенила. Example 1. The neutralization of pentachlorobiphenyl.

При нормальных условиях вязкость пентахлорбифенила превышает 14000 сСт. Для обеспечения подачи в реактор производился предварительный нагрев пентахлорбифенила до 460oC, в результате чего вязкость его на входе в пневматическую форсунку 2 снизилась до 2 сСт. Расход пентахлорбифенила поддерживался на уровне 1,9 г/с. Воздух в форсунку 2 подавался с расходом 12 г/с и температурой 710oC. После распыла, испарения и перемешивания с воздухом пентахлорбифенил подавался в реактор, объем которого составлял 0,43 л.Under normal conditions, the viscosity of pentachlorobiphenyl exceeds 14,000 cSt. To ensure supply to the reactor, pentachlorobiphenyl was preheated to 460 o C, as a result of which its viscosity at the inlet to the pneumatic nozzle 2 decreased to 2 cSt. The consumption of pentachlorobiphenyl was maintained at 1.9 g / s. Air was supplied to nozzle 2 at a rate of 12 g / s and a temperature of 710 ° C. After atomization, evaporation and mixing with air, pentachlorobiphenyl was supplied to a reactor with a volume of 0.43 l.

В плазмотрон подавался воздух с расходом 6,5 г/с. При мощности плазмотрона 54 кВт среднемассовая температура плазменной струи, истекавшей в реактор, равнялась 3320oC. Время пребывания реагирующей смеси составляло 3 мс. Продукты плазменного пиролиза, имевшие температуру 1810oC, подвергались закалке и нейтрализации 10%-ным раствором NaOH, подаваемым с расходом 135 г/с. Состав отходящих газов приведен в таблице.Air was supplied to the plasmatron with a flow rate of 6.5 g / s. With a plasma torch power of 54 kW, the mass-average temperature of the plasma jet flowing into the reactor was 3320 ° C. The residence time of the reacting mixture was 3 ms. Plasma pyrolysis products having a temperature of 1810 ° C. were quenched and neutralized with a 10% NaOH solution supplied at a rate of 135 g / s. The composition of the exhaust gases is given in the table.

Пример 2. Обезвреживание озоноопасного хладона 133A. Example 2. The disposal of ozone hazard freon 133A.

Подача хладона 133A производилась из баллона. В результате нагрева баллона до температуры 100oC хладон 133A подавался в реактор через дроссель с расходом 2,1 г/с. Воздух подавался только в плазмотрон с расходом 11,4 г/с. Электрическая мощность, подведенная к плазмотрону, составляла 44 кВт, при этом среднемассовая температура плазменной струи равнялась 2530oC, а температура продуктов плазменного пиролиза 2100oC. В качестве закалочно- нейтрализующего агента применялся 10% -ный раствор NaOH с расходом 135 г/с. Состав отходящих газов приведен в таблице.The supply of HFC 133A was made from a cylinder. As a result of heating the cylinder to a temperature of 100 ° C, the HFC 133A was supplied to the reactor through a throttle with a flow rate of 2.1 g / s. Air was supplied only to the plasmatron with a flow rate of 11.4 g / s. The electric power supplied to the plasmatron was 44 kW, while the mass-average temperature of the plasma jet was 2530 ° C and the temperature of the products of plasma pyrolysis was 2100 ° C. A 10% NaOH solution with a flow rate of 135 g / s was used as a quenching-neutralizing agent . The composition of the exhaust gases is given in the table.

Пример 3. Обезвреживание отходов производства хладона 134A. Example 3. Disposal of waste production of HFC 134A.

Отходы производства хладона 134A имеют в своем составе ряд озоноопасных хладонов (123A, 124A, 125, 132A, 133A, 143A), образующихся на различных стадиях производственного процесса. В ходе экспериментальной проверки в реактор подавалась смесь отходов, содержащая по массе 10% хладонов, 20% воздуха и 70% азота, с общим расходом 20 г/с. В плазмотрон подавался воздух с расходом 8,6 г/с. Электрическая мощность плазмотрона составляла 108 кВт. Температура продуктов плазменного пиролиза равнялась 2200oC. Состав отходящих газов приведен в таблице.Waste production of HFC 134A includes a number of ozone-hazardous HFCs (123A, 124A, 125, 132A, 133A, 143A) generated at various stages of the manufacturing process. During an experimental check, a mixture of waste containing 10% chladone, 20% air and 70% nitrogen by weight with a total flow rate of 20 g / s was fed into the reactor. Air was supplied to the plasmatron at a rate of 8.6 g / s. The electric power of the plasma torch was 108 kW. The temperature of the products of plasma pyrolysis was 2200 o C. The composition of the exhaust gases is shown in the table.

Анализ состава продуктов пиролиза, реализованного в малогабаритном реакторе, после совмещенной операции закалки нейтрализации, не выявил никаких опасных компонентов и подтвердил работоспособность и эффективность предложенного способа плазмохимического обезвреживания галогенорганических отходов трех видов (жидкого ПХБ с высокой вязкостью, озоноразрушающего хладона 133A и отходов производства хладона 134A). An analysis of the composition of the pyrolysis products implemented in a small-sized reactor, after a combined neutralization hardening operation, did not reveal any dangerous components and confirmed the efficiency and effectiveness of the proposed method of plasma-chemical neutralization of organohalogen waste of three types (high-viscosity liquid PCB, 133A ozone-depleting freon and 134A freon waste) .

Кроме анализов проб отходящих газов, результаты которых приведены в таблице, проводились также анализы жидкой фазы (отработанного закалочно- нейтрализующего агента). Они показали, что кроме солей NaCl, NaF и Na2CO3 в растворе содержится небольшое количество углерода. Каких-либо органических соединений обнаружено не было. После добавления щелочи до восстановления исходной 10% -ной концентрации и удаления выпавших в осадок солей раствор использовался повторно.In addition to analysis of samples of exhaust gases, the results of which are given in the table, analyzes of the liquid phase (spent quenching neutralizing agent) were also carried out. They showed that in addition to the NaCl, NaF, and Na 2 CO 3 salts, the solution contains a small amount of carbon. No organic compounds were found. After adding alkali to restore the original 10% concentration and removing the precipitated salts, the solution was reused.

Таким образом, предложенный плазмохимический способ обезвреживания газообразных и жидких галогенорганических отходов (в том числе высокой вязкости), включающий предварительный нагрев отходов в системе подачи с последующим испарением и смешением в горячем воздушном потоке перед их подачей в реактор; пиролиз в реакторе в окислительной среде при малых временах пребывания газа (2 -10 мс) и при высоких температурах (температура продуктов пиролиза более 1500oC) с почти полным окислением углерода и, наконец, процесс закалки, совмещенный с процессом нейтрализации токсичных соединений, позволяет вводить в реактор все типы отходов в газообразном виде хорошо перемешанными с воздухом, что существенно повышает эффективность процессов пиролиза и окисления в реакторе, дает возможность уменьшить его габариты и снизить мощность дугового плазменного нагревателя, так как затраты энергии на нагрев воздуха и отходов вне реактора включаются в общий баланс энергии, необходимой для пиролиза. Кроме этого, обеспечивается практически полное удаление из продуктов пиролиза токсичных и коррозионноактивных веществ на выходе из реактора и, тем самым, предотвращается их разрушающее воздействие на другие элементы технологического оборудования, а незначительное содержание сажи в нейтрализующем растворе позволяет реализовать замкнутый цикл работы системы нейтрализации.Thus, the proposed plasma-chemical method of neutralizing gaseous and liquid organohalogen wastes (including high viscosity), including pre-heating the waste in the feed system, followed by evaporation and mixing in a hot air stream before they are fed into the reactor; pyrolysis in a reactor in an oxidizing medium at short gas residence times (2 -10 ms) and at high temperatures (temperature of pyrolysis products more than 1500 o C) with almost complete oxidation of carbon and, finally, the quenching process, combined with the process of neutralizing toxic compounds, allows introduce into the reactor all types of waste in a gaseous form well mixed with air, which significantly increases the efficiency of the pyrolysis and oxidation processes in the reactor, makes it possible to reduce its dimensions and reduce the power of the plasma arc heater, since the energy costs for heating the air and waste outside the reactor are included in the overall energy balance necessary for pyrolysis. In addition, it ensures the almost complete removal of toxic and corrosive substances from the pyrolysis products at the outlet of the reactor and, thereby, their destructive effect on other elements of the processing equipment is prevented, and the insignificant soot content in the neutralizing solution makes it possible to realize a closed cycle of the neutralization system.

Claims (1)

Плазмохимический способ обезвреживания газообразных и жидких галогенорганических отходов, включающий подачу отходов в высокотемпературную плазменную струю, распыливание, закалку, нейтрализацию щелочным раствором образующихся продуктов разложения отходов, отличающийся тем, что галогенорганические отходы предварительно нагревают до температуры, не превосходящей предела их термической стабильности, после чего распыливают струей горячего воздуха при температуре, превышающей температуру их кипения, и полученную паровоздушную смесь направляют в плазменную струю, где проводят пиролиз при температуре не менее 1500oС, времени пребывания в зоне реакции 2 10 мс и избытке окислителя, после чего продукты пиролиза закаливают и нейтрализуют водным раствором щелочи, который периодически восстанавливают до исходной концентрации.Plasma-chemical method of neutralizing gaseous and liquid organohalogen wastes, including feeding the wastes into a high-temperature plasma jet, spraying, quenching, neutralizing the generated waste decomposition products with an alkaline solution, characterized in that the organohalogen wastes are preheated to a temperature not exceeding the limit of their thermal stability, and then sprayed a stream of hot air at a temperature above their boiling point, and the resulting steam-air mixture apravlyayut into the plasma jet, where the pyrolysis is carried out at a temperature of at least 1500 o C, residence time in the reaction zone 2 is 10 ms and the oxidizer excess, and then the pyrolysis products are quenched and neutralized with an aqueous alkali solution that is periodically reduced to the initial concentration.
RU96100669A 1996-01-10 1996-01-10 Plasmochemical method of decontamination of gaseous and liquid halogenoorganic wastes RU2105928C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU96100669A RU2105928C1 (en) 1996-01-10 1996-01-10 Plasmochemical method of decontamination of gaseous and liquid halogenoorganic wastes

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU96100669A RU2105928C1 (en) 1996-01-10 1996-01-10 Plasmochemical method of decontamination of gaseous and liquid halogenoorganic wastes

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2105928C1 true RU2105928C1 (en) 1998-02-27
RU96100669A RU96100669A (en) 1998-03-27

Family

ID=20175730

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU96100669A RU2105928C1 (en) 1996-01-10 1996-01-10 Plasmochemical method of decontamination of gaseous and liquid halogenoorganic wastes

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2105928C1 (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2152562C1 (en) * 1998-11-02 2000-07-10 Открытое акционерное общество "НовосибирскНИИхиммаш" Plasma reactor of liquid organochlorine waste decontaminating plant
RU2169884C1 (en) * 2000-02-22 2001-06-27 Пермский государственный технический университет Method of plasmochemical utilization of organosphorus toxic agents and lewisite
RU2232943C1 (en) * 2002-11-04 2004-07-20 Пермский государственный технический университет Method for reclamation of chemical weapon, contaminated containers and grounds
RU2286837C2 (en) * 2002-05-08 2006-11-10 ЛАУ Эдмунд Кин Он Method and device for treating harmful waste
RU2365817C2 (en) * 2006-09-01 2009-08-27 Сергей Анатольевич Ассаулюк Pesticide detoxication
RU2455568C2 (en) * 2010-05-18 2012-07-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский научный центр "Прикладная химия" Plasma-chemical method of decontaminating organochlorine substances

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4438706A (en) * 1981-02-27 1984-03-27 Villamosipari Kutato Intezet Procedure and equipment for destroying waste by plasma technique
US4644877A (en) * 1984-01-23 1987-02-24 Pyroplasma International N.V. Plasma pyrolysis waste destruction
EP0469737B1 (en) * 1990-08-03 1994-01-19 Tioxide Group Services Limited Process for destruction of chemical waste by oxidation in a plasma flame

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4438706A (en) * 1981-02-27 1984-03-27 Villamosipari Kutato Intezet Procedure and equipment for destroying waste by plasma technique
US4644877A (en) * 1984-01-23 1987-02-24 Pyroplasma International N.V. Plasma pyrolysis waste destruction
EP0469737B1 (en) * 1990-08-03 1994-01-19 Tioxide Group Services Limited Process for destruction of chemical waste by oxidation in a plasma flame

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2152562C1 (en) * 1998-11-02 2000-07-10 Открытое акционерное общество "НовосибирскНИИхиммаш" Plasma reactor of liquid organochlorine waste decontaminating plant
RU2169884C1 (en) * 2000-02-22 2001-06-27 Пермский государственный технический университет Method of plasmochemical utilization of organosphorus toxic agents and lewisite
RU2286837C2 (en) * 2002-05-08 2006-11-10 ЛАУ Эдмунд Кин Он Method and device for treating harmful waste
RU2232943C1 (en) * 2002-11-04 2004-07-20 Пермский государственный технический университет Method for reclamation of chemical weapon, contaminated containers and grounds
RU2365817C2 (en) * 2006-09-01 2009-08-27 Сергей Анатольевич Ассаулюк Pesticide detoxication
RU2455568C2 (en) * 2010-05-18 2012-07-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский научный центр "Прикладная химия" Plasma-chemical method of decontaminating organochlorine substances

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4582004A (en) Electric arc heater process and apparatus for the decomposition of hazardous materials
US5026464A (en) Method and apparatus for decomposing halogenated organic compound
US4479443A (en) Method and apparatus for thermal decomposition of stable compounds
US10962222B2 (en) Device for thermal destruction of organic compounds by an induction plasma
US4644877A (en) Plasma pyrolysis waste destruction
RU2095131C1 (en) Method for rendering harmless of effluent gases of waste burning units and device for its embodiment
DE3922383C2 (en) Process for the destruction of toxic waste products and device for carrying out the process
US7981371B2 (en) Device and method for destroying liquid, powder or gaseous waste using an inductively coupled plasma
Safa et al. Liquid and solution treatment by thermal plasma: a review
US6234092B1 (en) Thermal treatment of incombustible liquids
JPH04227407A (en) Method of decomposing chemical waste
RU2105928C1 (en) Plasmochemical method of decontamination of gaseous and liquid halogenoorganic wastes
JP2997912B2 (en) Compound processing equipment
RU2224178C1 (en) Plasma-chemical method of decontamination of gaseous and liquid halogen organic agents and wastes containing such agents
RU4587U1 (en) PLASMA-CHEMICAL PLANT FOR DISABILIZING GAS AND LIQUID HALOGENORGANIC WASTE
JP3576753B2 (en) CFC decomposition system
KR100210225B1 (en) Swivel Combustion Liquid Waste Incinerator
JPH08309147A (en) Method and apparatus for combustion-decomposition of fluorocarbon
JPH02131116A (en) Decomposition method of organic halogen compounds
RU2353857C1 (en) Method for recycling of liquid wastes
RU2676298C1 (en) Chemically polluted liquid fuels ecologically safe utilization method and device for its implementation
JPS62127069A (en) Method and apparatus for destructing organohalogen substance
KR100348586B1 (en) Method and apparatus for treatment of hazardous and toxic gases
Malkov et al. Plasmochemical neutralization of ozone-destroying chladones and fluorine-and chlorine-containing wastes
JPH0665199B2 (en) High frequency induction plasma equipment