CZ9452U1 - Cyklický autogenní reaktor - Google Patents

Description

Cyklický autogenní reaktor

Oblast techniky

Technické řešení se týká cyklického autogenního reaktoru pro postupné snižování obsahu organických látek, kterými jsou alifatické uhlovodíky, chlorované alifatické uhlovodíky, aromatické uhlovodíky, chlorované aromatické uhlovodíky, polyaromatické uhlovodíky, polychlorované bifenyly, chlorované dibenzo-p-dioxiny a dibenzofurany v plynném stavu, které způsobují kontaminaci tuhé matrice nebo tuhého odpadu a jsou do plynného stavu uvedeny jejich odpařením z tuhých nosičů.

Dosavadní stav techniky

V literatuře jsou zmiňována zařízení, ve kterých jsou organické látky vypařeny nepřímým ohřevem a/nebo po kontaktu tuhých látek s horkým inertním plynem z tuhé matrice a vynášeny inertním plynem z místa jejich tepelné desorpce v odplynech. Organické látky v odplynech jsou obvykle spalovány v přídavném hořáku, zachycovány adsorpcí na aktivní uhlí nebo separovány kondenzací. Výběr vhodného zařízení ošetření odplynů závisí na koncentracích a typech kontaminantů, emisních limitech a ekonomice systému ošetření odplynů (Superfund Engineering Issue-Technology Altematives for the remediation of PCBs Contaminated Soil and Sediment, United States Environmental Protection Agency, Office of Solid Waste and Emergency Response, Superfund, EPA/000/0-00/000, červenec 1993). Zejména problematické však je u zařízení na principu adsorpce a kondenzace dosažení emisních limitů a možnost sekundární tvorby toxických oxidačních komponent za podmínek tak zvaných novo-syntéz při spalování odplynů v přídavných hořácích. Velmi vhodnou možností řešení ošetření odplynů se ukazuje rozklad v nich obsažených organických látek za relativně nízkých teplot na specificky působících katalyzátorech. Průmyslové provedení takových zařízení je však vzácné, pro destrukci odplynů obsahujících vodík a polychlorované bifenyly, kdy páry neobsahují příměs vodní páry, je provozováno kanadskou firmou ECOlogic. Použití tohoto zařízení je tak limitováno na zneškodnění bezvodých polychlorovaných bifenylů, sorbovaných na inertní tuhé nosiče a jeho použití pro jiné matrice, například zeminy a zvodnělé sedimenty, je problematické a nevyhovuje z hlediska energetického a účinnosti destrukce.

Podstata technického řešení

Úkolem technického řešení je vytvořit cyklický autogenní reaktor, který umožní za nenáročných technických a ekonomických podmínek s vysokou účinností bezpečné postupné snižování organických těkavých látek z tuhých látek pod předepsanou mez a nemá nevýhody shora popsaného stavu techniky.

Tento úkol se podle technického řešení vyřeší tím, že cyklický autogenní reaktor sestává z alespoň jedné odpařovací komory se vstupem materiálu a vstupem inertu, která je připojena výstupem plynu ke katalytické jednotce, opatřené vstupem kyslíku a/nebo vzduchu. Výstup plynu katalytické jednotky je prostřednictvím suché pračky připojen ke vstupnímu ventilu rekuperátoru, jehož výstup plynu je připojen k odpařovací komoře, respektive odpařovacím komorám, přičemž přímý výstup plynuje vytvořen před rekuperátorem.

K zajištění řízeného nuceného oběhu plynu v cyklickém autogenním generátoru je výhodné, když je do vedení mezi rekuperátorem a odpařovací komorou, respektive odpařovacími komorami zaústěn, respektive je ve vedení umístěn ventilátor.

Z hlediska úspory provozních nákladů je výhodné, když je rekuperátor k odpařovací komoře, respektive odpařovacím komorám, také připojen vedením pro přenos tepla, takže se rekuperace

-1 CZ 9452 Ul výhodně využívá ke snížení nákladů na dodávku energie na odpaření organických látek z tuhé matrice.

Z hlediska zvýšení účinnosti cyklického autogenního generátoru je přednostní, že je suchá pračka naplnitelná tuhými aditivy, částečně pohlcujícími reakční plyny, takže je opatřena vstupem aditiv a výstupem aditiv.

Pro optimální činnost cyklického autogenního generátoru i při různých druzích organické látky, případně za přítomnosti doprovodných organických látek, a při jejich různé koncentraci je také výhodné, že mezi suchou pračku a rekuperátor jsou postupně za sebou alespoň svým vstupem připojitelné chladič a/nebo mokrá pračka. Přitom mokrá pračka může být svým výstupem plynu připojitelná k přímému výstupu plynu, nebo k druhé katalytické jednotce, která je připojena prostřednictvím filtru s aktivní náplní k odplynu do atmosféry. Je přednostní vytvořit chladič jako vodní, takže má vstup chladící vody a výstup chladící vody a je připojen k jímací kondenzátu.

Technické řešení umožňuje s vysokou účinností a bezpečností provozu dokonalou destrukci organických látek a dosažení předepsaných emisních limitů.

Přehled obrázků na výkresech

Technické řešení je dále blíže objasněno na příkladech svého provedení pomocí výkresu, na kterém je schematicky znázorněn cyklický autogenní reaktor.

Příklady provedení technického řešení

Cyklický autogenní reaktor sestává v základní větvi z odpařovací komory 2, která má vstup 12 materiálu a vstup 13 inertu, ke které je připojena katalytická jednotka 3 se vstupem 14 kyslíku a/nebo vzduchu. Katalytická jednotka 3 je prostřednictvím suché pračky 5 připojena k rekuperátoru 4. Rekuperátor 4 je připojen k odpařovací komoře 2 a to jednak výstupem plynu prostřednictvím ventilátoru 1 a jednak vedením 20 pro přenos tepla k ohřívací části odpařovací komory 2.

Cyklický autogenní reaktor dále v druhé větvi postupně obsahuje chladič 7 a mokrou pračku 6, které jsou navzájem nezávisle připojitelné mezi suchou pračkou 5 a rekuperátorem 4, takže mohou být chladič 7 a mokrá pračka 6 současně odpojeny nebo alespoň jeden z nich připojen. Mokrá pračka 6 je svým výstupem plynu připojitelná jednak k rekuperátoru 4, jednak k přímému výstupu J9 plynu a jednak k druhé katalytické jednotce 8, která je připojena prostřednictvím filtru 9 s aktivní náplní k odplynu 10 do atmosféry.

Jedna z možných funkcí popsaného cyklického autogenního reaktoru je následující.

Cyklický autogenní reaktor pracuje jako vsádkový reaktor. Tuhý nosič, například zemina, kontaminovaný organickou látkou je vnesen vstupem 12 materiálu do odpařovací komory 2. Odpařovací komora 2 se uzavře a vstupem 13 inertu se naplní inertním plynem. Po vyhřátí odpařovací komory 2 na teplotu, která v závislosti na teplotě varu činí 200 až 480 °C, se odpaří organická látka do inertního plynu, který je pomocí ventilátoru i hnán do katalytické jednotky 3. V katalytické jednotce 3 za přebytku kyslíku, který je do katalytické jednotky 3 dodáván se vzduchem pomocí vstupu 14 kyslíku a/nebo vzduchu, dochází k oxidační chemické reakci, při které je část organických látek oxidována na oxid uhličitý, vodu, případně oxidy dusíku a chlorovodík. Plyny odcházející z katalytické jednotky 3 pak vstupují do suché pračky 5, kde jsou zachycovány úlety částic tuhého nosiče. Suchá pračka 5 však rovněž může být naplněna tuhými aditivy, částečně pohlcujícími reakční plyny, například granulovaným aktivním uhlím nebo bazickými tuhými látkami, například oxidem vápenatým. Aditiva se do suché pračky 5 dávkují vstupem 15 aditiv a vystupují po nasycení reakěními plyny výstupem 16 aditiv.

-2CZ 9452 Ul

Plyny ze suché pračky 5 nejprve cirkulují přes rekuperátor 4, kde odevzdávají část reakčního tepla, které je využíváno pro ohřev odpařovací komory 2, a hnány ventilátorem I vstupují přes odpařovací komoru 2 do katalytické jednotky 3. Tento cyklus se několikrát opakuje, přičemž počet opakujících se cyklů závisí na koncentraci kontaminujících látek v plynné fázi. Po dosažení požadované hodnoty koncentrace kontaminujících látek je plyn ze suché pračky 5 směrován do druhé větve, to znamená do chladiče 7, kde je nepřímo chladící vodou ochlazován na teplotu 100 °C, přičemž chladící voda vstupuje vstupem 17 chladící vody a vystupuje výstupem 18 chladící vody. Chladič 7 může být rovněž připojen k jímači H kondenzátu, který je proveden jako jímka na kapalnou frakci. Tento jímač Π. kondenzátu není nutno zařadit, když zemina není kontaminovaná směsí organických látek s rozdílným bodem varu. Ochlazený plyn vstupuje do mokré pračky 6, kde je zkrápěn vodným roztokem alkalických látek, například hydroxidu sodného nebo vápenatého, kde se zachytávají zbytky kyselých reakčních plynů, například chlorovodík nebo oxidy dusíku, a nerozložených látek. Poté prochází druhou katalytickou jednotkou 8, ve které se zneškodňují případné zbytky nerozložených organických látek, a přes filtr 9 s aktivní náplni odchází odplynem JO do atmosféry.

Do odpařovací komory 2 cyklického autogenního reaktoru podle technického řešení, provozovaného shora uvedeným způsobem, o pracovním objemu 12 m³ bylo vneseno 500 kg hlinitopísčité zeminy, po sítování velikost částic pod 15 mm, ve vrstvě vysoké 0,1 m, obsahující polyaromatické uhlovodíky v koncentracích (mg/kg sušiny): antracen 550, benzo(a)pyren 130, fenantren 180, fluoranten 370, chrysen 190, naftalen 1800. Komora byla vyhřívaná 72 hodin, až dosáhla teploty 380 °C na povrchu vrstvy. Odpařovací komora 2 byla po uzavření naplněna dusíkem. Poté byla zahájena cirkulace plynu v základní větvi. Složení cirkulujících plynů bylo sledováno průběžným měřením, po ustálení koncentrace oxidu uhličitého, jehož obsah během cirkulace neustále vzrůstal, byl po 16 hodinách zapojen druhý okruh, bylo zastaveno vytápění odpařovací komory 2 a plyny byly vypuštěny přes mokrou pračku 6 a filtr 9 odplynem 10 do atmosféry. Kontrolní vzorek vypouštěných plynů ukázal, že v nich nebylo zjistitelné množství póly aromatických látek. Po vychladnutí obsahu odpařovací komory 2 byla provedena analýza obsahu polyaromatických uhlovodíků v použité zemině s výsledkem 42 mg/kg polyaromatických uhlovodíků. V jímači 1_1 kondenzátu bylo zachyceno 180 kg vodné emulze polyaromatických uhlovodíků s podílem 65 kg dehtu.

Průmyslová využitelnost

Cyklický autogenní reaktor je určen k postupnému odstraňování organických těkavých látek z tuhých látek, jako zemin, kovů, anorganických sorbentů a podobně, zejména látek vysoce nebezpečných, které jsou v koncentracích od 0,1 g do 50 g na 1 m³ tuhé látky.

Claims (8)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Cyklický autogenní reaktor, vyznačující se tím, že sestává z alespoň jedné odpařovací komory (2) se vstupem (12) materiálu a vstupem (13) inertu, která je připojena výstupem plynu ke katalytické jednotce (3), opatřené vstupem (14) kyslíku a/nebo vzduchu, jejíž výstup plynuje prostřednictvím suché pračky (5) připojen ke vstupnímu ventilu rekuperátoru (4), jehož výstup plynu je připojen k odpařovací komoře (2), nebo odpařovacím komorám (2), přičemž přímý výstup (19) plynuje vytvořen před rekuperátorem (4).
2. 2. Cyklický autogenní reaktor podle nároku 1, vyznačující se tím, že mezi rekuperátorem (4) a odpařovací komorou (2), nebo odpařovacími komorami (2) je do vedení zaústěn, neboje ve vedení umístěn ventilátor (1).

   -3 CZ 9452 Ul
3. 3. Cyklický autogenní reaktor podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že rekuperátor (4) je k odpařovací komoře (2), nebo odpařovacím komorám (2) dále připojen vedením (20) pro přenos tepla.
4. 4. Cyklický autogenní reaktor podle jednoho z nároků laž3, vyznačující se tím, že suchá pračka (5) je naplnitelná aditivy, přičemž je opatřena vstupem (15) aditiv a výstupem (16) aditiv.
5. 5. Cyklický autogenní reaktor podle jednoho z nároků laž4, vyznačující se tím, že mezi suchou pračku (5) a rekuperátor (4) jsou postupně za sebou alespoň svým vstupem připojeny chladič (7) a/nebo mokrá pračka (6).
6. 6. Cyklický autogenní reaktor podle nároku 5, vyznačující se tím, že mokrá pračka (6) je svým výstupem plynu připojena k přímému výstupu (19) plynu.
7. 7. Cyklický autogenní reaktor podle nároku 5, vyznačující se tím, že mokrá pračka (6) je svým výstupem plynu připojena k druhé katalytické jednotce (8), která je připojena prostřednictvím filtru (9) s aktivní náplní k odplynu (10) do atmosféry.
8. 8. Cyklický autogenní reaktor podle nároku 5, vyznačující se tím, že chladič (7) má vstup (17) chladící vody a výstup (18) chladící vody a je připojen k jímači (11) kondenzátu.