RU121556U1

RU121556U1 - MOBILE PLASMA INSTALLATION OF TOXIC WASTE DISPOSAL

Info

Publication number: RU121556U1
Application number: RU2012123014/03U
Authority: RU
Inventors: Георгий Эдуардович Савченко; Альфред Львович Моссэ; Андрей Сергеевич Левашов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "ТехЭкоПлазма" (ООО "ТехЭкоПлазма")
Priority date: 2012-06-05
Filing date: 2012-06-05
Publication date: 2012-10-27

Abstract

Мобильная плазменная установка утилизации токсичных химических отходов различного происхождения, в том числе и полимерных, выполненная в транспортируемом автомобильном контейнере, включающая имеющий автономный источник питания электродуговой плазмотрон, генерирующий плазменную струю, поступающую в противоточный плазменный реактор, выполненный двухступенчатым, первая ступень которого соединена с системами подачи жидких отходов, охлаждающей воды и плазмообразующего газа, а вторая ступень реактора - с входом в камеру дожигания продуктов, выходящих с первой ступени реактора, и через нее с закалочным модулем, соединенным с центробежно-барботажным аппаратом, связанным с емкостью раствора щелочи, снабженной системой теплообменников и ионнообменным фильтром, соединенным через вытяжной вентилятор с выхлопной трубой для отвода отходящих газов. Mobile plasma installation for the disposal of toxic chemical waste of various origins, including polymer, made in a transportable automobile container, including an electric arc plasma torch with an autonomous power source, generating a plasma jet entering a counter-current plasma reactor, made of two-stage, the first stage of which is connected to the feed systems liquid waste, cooling water and plasma-forming gas, and the second stage of the reactor - with the entrance to the afterburning chamber of the products leaving the first stage of the reactor, and through it with a quenching module connected to a centrifugal-bubbling apparatus connected to an alkali solution tank equipped with a system of heat exchangers and an ion exchange filter connected through an exhaust fan to an exhaust pipe for removing exhaust gases.

Description

Полезная модель относится к устройствам для термического, с помощью плазмы, обезвреживания отходов путем пиролиза и может быть использована при переработке бытовых и промышленных отходов, и последующего получения тепловой и электрической энергии.The utility model relates to devices for thermal, using plasma, disposal of waste by pyrolysis and can be used in the processing of domestic and industrial waste, and the subsequent receipt of thermal and electrical energy.

Термическая переработка твердых отходов - это единственная гарантия уничтожения опаснейших биологических, биохимических, химических и других токсичных отходов.Thermal processing of solid waste is the only guarantee for the destruction of the most dangerous biological, biochemical, chemical and other toxic waste.

Применение низкотемпературной плазмы - одно из перспективных направлений в области утилизации опасных отходов. Посредством плазмы достигается высокая степень обезвреживания токсичных отходов различного происхождения, в том числе отходов химической промышленности, включая галлоидосодержащие органические соединения и отходы медицинских учреждений. Этим методом ведется переработка твердых, пастообразных, жидких, газообразных; органических и неорганических; радиоактивных среднего и низкого уровня активности; бытовых; канцерогенных веществ, на которые установлены жесткие нормы ПДК в воздухе, воде, почве и др.The use of low-temperature plasma is one of the promising areas in the field of hazardous waste disposal. Plasma achieves a high degree of neutralization of toxic waste of various origins, including waste from the chemical industry, including galloid-containing organic compounds and waste from medical facilities. This method is used to process solid, pasty, liquid, gaseous; organic and inorganic; medium and low level radioactive; household; carcinogens, which are set to stringent MPC standards in air, water, soil, etc.

Обезвреживание отходов путем плазмотермической переработки позволяет также получать вторичную товарную продукцию. Например, из жидких хлорорганических отходов можно получать ацетилен, этилен, HCl и другие продукты на их основе, без образования вторичных супертоксикантов - диоксинов, фуранов и полихлорированных бифенилов.Disposal of waste by plasma-thermal processing also allows to obtain secondary commercial products. For example, acetylene, ethylene, HCl and other products based on them can be obtained from liquid organochlorine wastes without the formation of secondary supertoxicants - dioxins, furans and polychlorinated biphenyls.

Известно оборудование для переработки отходов, содержащих испаряющиеся органические материалы. При его работе в плазменную воздушную струю, поступающую в реактор, вводят 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 (US 4438706, МКИ F23G 7/04 от 27.03.1984).Known equipment for the processing of waste containing volatile organic materials. During its operation, vaporized waste and preheated air or oxygen are introduced into the plasma air stream entering the reactor. Waste evaporation and air preheating are carried out by using the heat of pyrolysis products coming from the reactor to heat exchangers, which simultaneously serve as quenching devices (US 4438706, MKI F23G 7/04 of 03/27/1984).

Основным недостатком данного оборудования является использование теплообменников для закалки продуктов пиролиза. Снижение температуры газа при таком способе закалки происходит с низким темпом. При этом в продуктах пиролиза могут образовываться вторичные высокотоксичные соединения.The main disadvantage of this equipment is the use of heat exchangers for hardening pyrolysis products. The decrease in gas temperature with this method of quenching occurs at a low rate. Moreover, secondary highly toxic compounds can form in the pyrolysis products.

Известна установка для плазменной переработки отходов, которая содержит плазмокаталитический реактор, содержащий плазменный генератор, реакционную камеру, форсунку и патрубки ввода сырья и вывода продуктов, отличающийся тем, что плазменный генератор, реакционная камера и дисковая форсунка расположены горизонтально на одной осевой линии, причем плазменный генератор и дисковая форсунка присоединены к реакционной камере с противоположных сторон, дисковая форсунка содержит приводной вал, на котором установлены внешняя камера с дисками-эмульгаторами и внутренняя камера, содержащая втулку с отверстиями и диск-диспергатор, соединенные между собой корпусом с расположенным на нем уплотнительным кольцом, а реакционная камера содержит кварцевую трубу и водоохлаждаемый корпус с расположенным на нем патрубком вывода продуктов утилизации (RU 2218378, кл. C10G 15/12, 09.12.2002).A known installation for plasma waste treatment, which contains a plasma-catalytic reactor containing a plasma generator, a reaction chamber, a nozzle and nozzles for inputting raw materials and output products, characterized in that the plasma generator, reaction chamber and disk nozzle are located horizontally on the same axial line, and the plasma generator and a disk nozzle are connected to the reaction chamber from opposite sides, the disk nozzle contains a drive shaft on which an external chamber with disks is mounted - emulsifiers and an inner chamber containing a sleeve with holes and a dispersant disk, interconnected by a body with a sealing ring located on it, and the reaction chamber contains a quartz tube and a water-cooled body with a disposal outlet pipe located on it (RU 2218378, class C10G 15 / 12, December 9, 2002).

Недостатком этой установки является ограничение по мощности из-за использования для нагрева ВЧ-плазмотрона, возможность использования в качестве отходов только диспергированных горючих водотопливных композиций.The disadvantage of this installation is the power limit due to the use of an RF plasmatron for heating, the possibility of using only dispersed combustible water-fuel compositions as waste.

Известна установка для переработки отходов, содержащая прямоточный плазменный реактор, устройство для генерации плазмы - электродуговой плазмотрон, систему очистки отходящего газа (Материалы 4-й Международной конференции "Сотрудничество для решения проблемы отходов", Мобильная плазменная установка для уничтожения токсичных галоген-органических отходов, 2007 г., Харьков, Украина).A known installation for processing waste containing a direct-flow plasma reactor, a device for generating plasma - an electric arc plasma torch, an exhaust gas purification system (Materials of the 4th International Conference "Cooperation to solve the problem of waste", Mobile plasma installation for the destruction of toxic halogen-organic waste, 2007 Kharkov, Ukraine).

Однако, известная установка характеризуется низкой производительностью по переработке отходов, высокими энергетическими и материальными затратами из-за недостаточно эффективной организации процессов смешения и нагрева отходов, поступающих на переработку, плазмой, большими тепловыми потерями.However, the known installation is characterized by low productivity for waste processing, high energy and material costs due to the insufficiently efficient organization of the processes of mixing and heating the waste coming to the processing, plasma, large heat losses.

Наиболее близким по технической сущности - прототипом является установка для плазменной переработки отходов (RU 2108517, кл. F23G 5/00, 10.04.98). Установка включает печь пиролиза с плазмотроном с автономным источником электропитания, системы очистки пирогаза, линию водоподготовки, теплообменник энергетический блок, включающий электрогенераторы.The closest in technical essence - the prototype is the installation for plasma processing of waste (RU 2108517, CL F23G 5/00, 04/10/98). The installation includes a pyrolysis furnace with a plasmatron with an autonomous power supply, pyrogas cleaning systems, a water treatment line, a heat exchanger, an energy block, including electric generators.

Однако, если используется малогабаритный реактор, то при перемешивании во входной его части обезвреживаемых веществ и воздуха со струей плазмы, имеющей в ядре потока температуру значительно выше 5000°C и являющейся электропроводной, возникает опасность касания токопроводящего ядра плазменной струи стенки реактора и замыкания на нее дугового разряда. В этом случае стенка начнет плавиться и разрушаться.However, if a small-sized reactor is used, then when the neutralized substances and air are mixed in the inlet with a plasma jet having a temperature much higher than 5000 ° C in the core of the stream and being conductive, there is a danger of touching the conductive core of the plasma jet of the reactor wall and shorting the arc discharge. In this case, the wall will begin to melt and collapse.

При длительной переработке отходов, содержащих в своем составе большое количество галогенов, происходит быстрое насыщение водного щелочного раствора соответствующими солями и их выпадение в осадок в системе нейтрализации, что приводит к необходимости остановки процесса для удаления указанных солей.During long-term processing of wastes containing a large amount of halogens, the aqueous alkaline solution rapidly saturates with the appropriate salts and precipitates in the neutralization system, which leads to the need to stop the process to remove these salts.

Техническим результатом созданной полезной модели является повышение эффективности переработки и расширение спектра переработки отходов.The technical result of the created utility model is to increase the efficiency of processing and expand the spectrum of waste processing.

Для достижения заявленного технического результата предлагается мобильная плазменная установка утилизации токсичных химических отходов различного происхождения, в том числе и полимерных, выполненная в транспортируемом автомобильном контейнере, включающая, имеющий автономный источник питания электродуговой плазмотрон, генерирующий плазменную струю поступающую в противоточный плазменный реактор, выполненный двухступенчатым, первая ступень которого соединена с системами подачи жидких отходов, охлаждающей воды и плазмообразующего газа, а вторая ступень реактора с входом в камеру дожигания продуктов, выходящих с первой ступени реактора и через нее с закалочным модулем, соединенным с центробежно-барботажным аппаратом, связанным с емкостью раствора щелочи, снабженной системой теплообменников и ионнообменным фильтром, соединенным через вытяжной вентилятор с выхлопной трубой для отвода отходящих газов.To achieve the claimed technical result, it is proposed a mobile plasma installation for the disposal of toxic chemical waste of various origins, including polymer, made in a transportable automobile container, including an electric arc plasma torch having a self-contained power source, generating a plasma stream entering a countercurrent plasma reactor made in two stages, the first the stage of which is connected to the systems for supplying liquid waste, cooling water and plasma-forming gas, and the second stage of the reactor with an entrance to the afterburning chamber of products leaving the first stage of the reactor and through it with a quenching module connected to a centrifugal bubbler apparatus connected to an alkali solution tank equipped with a heat exchanger system and an ion-exchange filter connected through an exhaust fan with exhaust pipe for exhaust gas.

На рис.1 дана схема предлагаемой плазменная установки утилизации токсичных отходов, где 1 - компрессор воздушный, 2 - реактор плазменный противоточный - первая ступень плазменного аппарата с форсункой для подачи и диспергирования отходов, 3 - секция закалочного модуля для подачи воздуха, 4 - секция закалочного модуля для подачи воды, 5 - секция закалочного модуля для подачи раствора щелочи, 6 - бункер закалочного модуля - вторая ступень плазменного аппарата, 7 - плазмотрон, 8 - источник электропитания плазмотрона, 9 - центробежно-барботажный аппарат (ЦБА), 10 - ионообменный фильтр, 11 - вытяжной вентилятор и выхлопная труба для отвода очищенных газов, 12 - емкость раствора щелочи с системой теплообменников, 13 - калорифер с принудительным охлаждением, 14 - емкость жесткой охлаждающей воды, 15 - емкость с отходами.Figure 1 shows a diagram of the proposed plasma installation of toxic waste disposal, where 1 is an air compressor, 2 is a countercurrent plasma reactor is the first stage of the plasma apparatus with a nozzle for feeding and dispersing waste, 3 is a section of the quenching module for air supply, 4 is a section of the quenching module for water supply, 5 - section of the quenching module for supplying an alkali solution, 6 - hopper of the quenching module - the second stage of the plasma apparatus, 7 - plasmatron, 8 - power supply for the plasma torch, 9 - centrifugal bubbler (CBA), 10 - an ion-exchange filter, 11 - an exhaust fan and an exhaust pipe for the removal of purified gases, 12 - an alkali solution capacity with a heat exchanger system, 13 - a forced air heater, 14 - a hard cooling water tank, 15 - a waste container.

Установка работает следующим образом.Installation works as follows.

Пример 1.Example 1

Промышленные сточные воды производства эпоксидных смол. Химический состав и теплофизические свойства отходов использованных промышленных сточных вод: плотность при 20°C, 1.1-1.2 г/см³, содержание примесей: толуол 2 г/л, эпихлоргидрин 0.4 г/л, хлористый натрий 15 г/л, смолистые вещества 0.7 г/л, взвешенные вещества 250 г/л. Расход промышленных сточных вод указанного состава поддерживался на уровне 2,5 г/с. Воздух в форсунку, установленную в реакторе 2, подается с расходом 5,0 г/с. Диспергированные форсункой отходы, после смешения с воздухом, подаются в реактор, объем которого составляет 0,075 м³.Epoxy resin industrial wastewater. The chemical composition and thermal properties of the waste from industrial wastewater: density at 20 ° C, 1.1-1.2 g / cm ³ , impurity content: toluene 2 g / l, epichlorohydrin 0.4 g / l, sodium chloride 15 g / l, resinous substances 0.7 g / l, suspended solids 250 g / l. The consumption of industrial wastewater of this composition was maintained at 2.5 g / s. The air in the nozzle installed in the reactor 2 is supplied with a flow rate of 5.0 g / s. Dispersed by the nozzle waste, after mixing with air, is fed into the reactor, the volume of which is 0.075 m ³ .

В плазмотрон подается воздух с расходом 12,0 нм³/ч. Мощность плазмотрона 65 кВт, среднемассовая температура плазменной струи, истекавшей в реактор, равняется 5300°C. Время пребывания реагирующей смеси составляет 2,5 мс. Продукты плазменного пиролиза, имевшие температуру 1900°C, подвергаются закалке холодным воздухом, подаваемым с расходом 100 нм³/ч. Температура отходящих из реактора газов, на входе в ЦБА, 120-500°C. Состав отходящих газов: NO_x=300-390 мг/м³, SO₂=160-220 мг/м³, H₂S=45-160 мг/м³, CH=12-14 мг/м³, CO=0 мг/м³.Air is supplied to the plasmatron with a flow rate of 12.0 nm ³ / h. The power of the plasma torch is 65 kW, the mass-average temperature of the plasma jet flowing into the reactor is 5300 ° C. The residence time of the reacting mixture is 2.5 ms. Plasma pyrolysis products having a temperature of 1900 ° C are quenched with cold air supplied at a flow rate of 100 nm ³ / h. The temperature of the exhaust gases from the reactor at the entrance to the CBA, 120-500 ° C. The composition of the exhaust gases: NO _x = 300-390 mg / m ³ , SO ₂ = 160-220 mg / m ³ , H ₂ S = 45-160 mg / m ³ , CH = 12-14 mg / m ³ , CO = 0 mg / m ³ .

Пример 2.Example 2

Переработка имитационных составов с использованием фтористого калия. Технологический процесс реализован на установке, где дожигание и закалка отходящих газов также проводят в специальной камере дожигания, которая представляет собой вторую ступень плазменного реактора. Установка прошла испытания с использованием имитационных составов содержащих химические элементы, аналогичных составу реакционных масс (РМ). Имитатор реакционной массы - взвесь 10% фтористого калия (KF) в дизельном топливе (ДТ). Фтористый калий является токсичным веществом 2 класса опасности.Processing of simulations using potassium fluoride. The technological process is implemented in a facility where the afterburning and quenching of the exhaust gases is also carried out in a special afterburner, which is the second stage of the plasma reactor. The installation was tested using simulation compositions containing chemical elements similar to the composition of the reaction masses (RM). The reaction mass simulator is a suspension of 10% potassium fluoride (KF) in diesel fuel (DT). Potassium fluoride is a toxic substance of hazard class 2.

Параметры работы установки при переработке имитационных составов с использованием фтористого калия. Электрическая мощность плазмотрона 60 кВт, расход плазмообразующего газа - воздуха 15 нм³/ч, производительность по отходам 22,4 кг/ч, температура процесса в зоне смешения реактора 1750°C, количество сухих газов на выходе из установки 1000 нм³/ч, концентрация пыли в сухих газах на выходе из установки 25,8 мг/м³, суммарное количество пыли в сухих газах на выходе из установки 0,542 кг/ч, температура газов на выходе из установки 85°C.The parameters of the installation during the processing of simulation compounds using potassium fluoride. The electric power of the plasma torch is 60 kW, the plasma-forming gas-air flow rate is 15 nm ³ / h, the waste capacity is 22.4 kg / h, the process temperature in the mixing zone of the reactor is 1750 ° C, the amount of dry gases at the plant outlet is 1000 nm ³ / h, the concentration of dust in dry gases at the outlet of the unit is 25.8 mg / m ³ , the total amount of dust in dry gases at the outlet of the unit is 0.542 kg / h, the temperature of the gases at the outlet of the unit is 85 ° C.

В продуктах переработки токсичных отходов на выходе из двухступенчатого плазменного реактора и после закалки их в трехступенчатом закалочном модуле, при использовании в качестве закалочной среды воздуха, воды и щелочи, не обнаружено фтористого калия. Это подтверждает работоспособность и эффективность предложенного способа и предлагаемого устройства плазмотермического обезвреживания токсичных отходов.Potassium fluoride was not found in the products of processing toxic waste at the outlet of a two-stage plasma reactor and after quenching them in a three-stage quenching module, using air, water and alkali as a quenching medium. This confirms the efficiency and effectiveness of the proposed method and the proposed device plasmothermic neutralization of toxic waste.

Плазменная установка утилизации токсичных отходов выполнена компактной, является мобильной путем ее помещения в транспортируемом автомобильном контейнере для перемещения в необходимое для утилизации отходов место.The plasma installation of toxic waste disposal is compact, it is mobile by placing it in a transported car container to move it to the place necessary for waste disposal.

Применение в установке трехсекционного закалочного модуля позволяет обеспечить утилизацию отходов различного происхождения комбинированной закалкой путем одновременной, последовательной или периодической подачи закалочных сред в виде воздуха, воды или раствора щелочи.The use of a three-section hardening module in the installation allows for the disposal of waste of various origins by combined hardening by means of simultaneous, sequential or periodic supply of quenching media in the form of air, water or alkali solution.

Присутствие центробежно-барботажного аппарата и ионнообменого фильтра, позволяет существенно повысить эффективность процессов пиролиза и окислительного пиролиза в реакторе, уменьшить его габариты и увеличить производительность при меньших энергозатратах. Кроме этого, обеспечивается практически полное уничтожение токсичных компонентов отходов и очистка отходящих продуктов на выходе из реактора.The presence of a centrifugal bubbler apparatus and an ion-exchange filter can significantly increase the efficiency of the pyrolysis and oxidative pyrolysis processes in the reactor, reduce its dimensions and increase productivity at lower energy costs. In addition, it ensures the almost complete destruction of the toxic components of the waste and the cleaning of the waste products at the outlet of the reactor.

Система подачи отходов с последующим смешением и нагревом в воздушном плазменном потоке в двухступенчатом реакторе по схеме противотока дает возможность обезвреживания газообразных, жидких и дисперсных токсичных отходов различного происхождения (в том числе высокого класса опасности).The waste feed system, followed by mixing and heating in an air plasma stream in a two-stage reactor according to the counterflow scheme, makes it possible to neutralize gaseous, liquid and dispersed toxic wastes of various origins (including a high hazard class).

Таким образом, за счет выполнения противоточного плазменного аппарата двухступенчатым, закалочного модуля трехсекционным и наличия центробежно-барботажного аппарата в сочетании с ионнообменным фильтром достигается заявленный технический результат созданной полезной модели - повышение эффективности переработки и расширение спектра переработываемых отходов.Thus, by performing a countercurrent plasma apparatus with a two-stage, quenching module with three sections and the presence of a centrifugal bubbler apparatus in combination with an ion exchange filter, the claimed technical result of the created utility model is achieved - increasing the efficiency of processing and expanding the range of processed waste.

Claims

A mobile plasma installation for the disposal of toxic chemical wastes of various origins, including polymer, made in a transportable car container, including a self-contained electric arc plasma torch generating a plasma jet entering a countercurrent plasma reactor made in two stages, the first stage of which is connected to the supply systems liquid waste, cooling water and plasma gas, and the second stage of the reactor with an entrance to the afterburner ducts leaving the first stage of the reactor and through it with a quenching module connected to a centrifugal bubbler apparatus connected to an alkali solution tank equipped with a heat exchanger system and an ion exchange filter connected through an exhaust fan with an exhaust pipe for exhaust gas exhaust.