RU2152562C1

RU2152562C1 - Plasma reactor of liquid organochlorine waste decontaminating plant

Info

Publication number: RU2152562C1
Application number: RU98119826A
Authority: RU
Inventors: Хироюки Кувахара; Ю.С. Попов; М.Ф. Жуков
Original assignee: Открытое акционерное общество "НовосибирскНИИхиммаш"
Priority date: 1998-11-02
Filing date: 1998-11-02
Publication date: 2000-07-10

Abstract

FIELD: ecology. SUBSTANCE: plasma reactor has vessel, plasma generator, reaction chamber wherein pressure is controlled to ensure steady operation of centrifugal bubbling apparatus; gas admission unit of centrifugal bubbling apparatus is mounted inside reaction chamber and is made in the form of cylindrical rings split through planes tangential to inner surfaces into segments loosely mounted between disks shaping gas-liquid layer. EFFECT: improved performance characteristics. 3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области экологии, в частности представляет плазмореактор установки обезвреживания жидких хлорорганических отходов с помощью низкотемпературной плазмы. Оно может быть использовано в любой отрасли промышленности, включая фармакологическую, для обезвреживания токсичных и вредных для человека веществ. The invention relates to the field of ecology, in particular, it represents a plasma reactor of an apparatus for neutralizing liquid organochlorine wastes using a low-temperature plasma. It can be used in any industry, including pharmacological, for the neutralization of toxic and harmful to humans substances.

Технология плазменного дугового нагрева идеально подходит для пиролиза жидких углеводородов и превращает их в ценные газовые полуфабрикаты. Однако для обезвреживания жидких хлорорганических отходов потребовались более высокие температуры и особые методы деструкции. The plasma arc heating technology is ideally suited for the pyrolysis of liquid hydrocarbons and turns them into valuable gas semi-finished products. However, for the neutralization of liquid organochlorine wastes, higher temperatures and special destruction methods were required.

Известны способ и устройство плазменного пиролитического разложения жидких хлорорганических отходов, например полихлорированного дифинила, согласно которым разложение отходов осуществляют непосредственно в каналах плазмотрона, рекомбинацию и нейтрализацию проводят в реакционной и закалочной камерах с последующей очисткой в мокром скруббере [1]. A known method and device for plasma pyrolytic decomposition of liquid organochlorine waste, such as polychlorinated diphenyl, according to which the decomposition of waste is carried out directly in the plasma torch channels, recombination and neutralization is carried out in the reaction and quenching chambers, followed by cleaning in a wet scrubber [1].

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известных способа и устройства, относится то, что процесс распыления и ионизации обезвреживаемых продуктов в известном устройстве осуществляют непосредственно внутри полых электродов плазмотрона, что существенно сокращает время пребывания обезвреживаемых отходов в условиях высокой температуры и не исключает процесс взаимодействия отходов с материалом электродов. Другое препятствие: процесс закалки рекомбинируемых продуктов при помощи распылительного кольца малоэффективен и неэкономичен ввиду малой площади взаимодействия газа с жидкостью. The reasons that impede the achievement of the following technical result when using the known method and device include the fact that the process of spraying and ionizing the products to be neutralized in the known device is carried out directly inside the hollow electrodes of the plasma torch, which significantly reduces the residence time of the neutralized waste at high temperatures and does not exclude the process of interaction of waste with the material of the electrodes. Another obstacle: the process of quenching of recombined products using a spray ring is ineffective and uneconomical due to the small area of gas-liquid interaction.

Наиболее близкими того же назначения к заявляемому изобретению по совокупности признаков являются способ и устройство для плазменного пиролиза жидких отходов, в корпусе плазмореактора которого установлены полая обечайка со змеевиком и центробежно-барботажный аппарат с рециркуляционными контурами, при этом змеевик полой обечайки соединен гидравлически через парогенератор с паровым плазмотроном, а центробежно-барботажный аппарат соединен по газу через конденсатор с водокольцевым вакуумным насосом [2]. The closest to the same purpose to the claimed invention in terms of features are a method and apparatus for plasma pyrolysis of liquid waste, in the plasma reactor of which there is a hollow shell with a coil and a centrifugal bubbler apparatus with recirculation circuits, while the hollow shell coil is hydraulically connected through a steam generator to a steam generator a plasma torch, and a centrifugal bubbler apparatus is connected via gas through a condenser to a liquid ring vacuum pump [2].

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, принятого за прототип, относится то, что в известном устройстве отсутствуют конструктивные элементы, обеспечивающие стабильную и надежную работу всех его частей, включая реакционную камеру и центробежно-барботажный аппарат. Так, незначительное изменение концентрации растворителя в обезвреживаемых отходах может привести к существенному изменению температуры внутри реакционной камеры и, как следствие, к снижению давления. Это тотчас неминуемо сказывается на работе центробежно-барботажного аппарата ввиду большой зависимости параметров газожидкостного кольца от скорости входящего газового потока. For reasons that impede the achievement of the technical result indicated below when using the known device adopted for the prototype, the known device lacks structural elements that ensure stable and reliable operation of all its parts, including the reaction chamber and the centrifugal bubbler apparatus. Thus, a slight change in the concentration of solvent in the waste to be disposed of can lead to a significant change in temperature inside the reaction chamber and, as a result, to a decrease in pressure. This immediately inevitably affects the operation of the centrifugal bubbler apparatus due to the large dependence of the parameters of the gas-liquid ring on the velocity of the incoming gas stream.

Задачей настоящего изобретения является устранение вышеперечисленных недостатков путем изменения конструкции устройства и улучшение технико-эксплуатационных характеристик. The objective of the present invention is to remedy the above disadvantages by changing the design of the device and improving technical and operational characteristics.

Указанная задача решается за счет достижения технического результата при осуществлении изобретения, заключающегося в получении возможности регулирования давления внутри реакционной камеры обеспечения стабильности работы центробежно-барботажного аппарата. This problem is solved by achieving a technical result in the implementation of the invention, which consists in obtaining the ability to control the pressure inside the reaction chamber to ensure the stability of the centrifugal-bubbler apparatus.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном устройстве плазмореактор установки обезвреживания жидких хлорорганических отходов включает наружный корпус, плазмотрон, реакционную камеру и центробежно-барботажный аппарат с узлом ввода газа. Причем узел ввода газа в центробежно-барботажный аппарат установлен внутри реакционной камеры и выполнен в виде цилиндрических колец, разрезанных плоскостями, касательными к его внутренним поверхностям, на сегменты, которые подвижно закреплены между шайбами, профилирующими газожидкостный слой. The specified technical result in the implementation of the invention is achieved by the fact that in the known device, the plasma reactor of the neutralization of liquid organochlorine wastes includes an outer casing, a plasma torch, a reaction chamber and a centrifugal bubbler device with a gas inlet. Moreover, the node for introducing gas into the centrifugal bubbler apparatus is installed inside the reaction chamber and is made in the form of cylindrical rings cut by planes tangent to its inner surfaces into segments that are movably fixed between the washers profiling the gas-liquid layer.

Указанный технический результат достигается также тем, что в сегментах узла ввода и профилирующих шайбах центробежно-барботажного аппарата выполнены сквозные отверстия и в них вставлены стержни, подвижно закрепленные в корпусе центробежно-барботажного аппарата и жестко связанные с сегментами узла ввода газа. The indicated technical result is also achieved by the fact that through holes are made in the segments of the input unit and the profiling washers of the centrifugal bubbler apparatus and rods are inserted into them, movably fixed in the housing of the centrifugal bubbler device and rigidly connected to the segments of the gas input unit.

Указанный технический результат достигается также тем, что реакционная камера плазмореактора выполнена в виде сопла Лаваля и герметично соединена своими торцами с плазмотроном и корпусом центробежно-барботажного аппарата, при этом в ее полости установлены датчики температуры и давления, электрически связанные с механизмом поворота сегментов узла ввода газа. The indicated technical result is also achieved by the fact that the reaction chamber of the plasma reactor is made in the form of a Laval nozzle and is hermetically connected with its ends to the plasmatron and the body of the centrifugal-bubbler apparatus, while temperature and pressure sensors are installed in its cavity, which are electrically connected to the rotation mechanism of the segments of the gas input unit .

При исследовании отличительных признаков описываемого плазмореактора установки обезвреживания жидких хлорорганических отходов не выявлено каких-либо аналогичных решений, касающихся регулирования температуры и давления внутри реакционной камеры и обеспечения стабильности работы центробежно-барботажного аппарата. Изложенная выше совокупность признаков обеспечивает достижение указанного технического результата, чем обуславливается причинно-следственная связь между признаками и техническим результатом и существенность признаков формулы изобретения. In the study of the distinguishing features of the described plasma reactor of the liquid organochlorine waste neutralization unit, no similar solutions were found regarding the regulation of temperature and pressure inside the reaction chamber and ensuring the stability of the centrifugal bubbler apparatus. The above set of features ensures the achievement of the specified technical result, which determines the causal relationship between the features and the technical result and the materiality of the features of the claims.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включая поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволили установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявляемого изобретения. А определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволило выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном объекте, изложенных в формуле изобретения. Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "новизна" по действующему законодательству. The analysis of the prior art by the applicant, including a search by patent and scientific and technical sources of information, and the identification of sources containing information about analogues of the claimed invention, allowed to establish that the applicant did not find an analogue characterized by features identical to all the essential features of the claimed invention. And the definition from the list of identified analogues of the prototype, as the closest in the totality of the features of the analogue, allowed us to identify the set of essential distinguishing features in relation to the applicant's technical result in the claimed object set forth in the claims. Therefore, the claimed invention meets the requirement of "novelty" under applicable law.

Для проверки соответствия заявленного изобретения требованию изобретательского уровня заявитель провел дополнительный поиск известных решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного изобретения, результаты которого показывают, что заявленное изобретение не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники, а могло быть получено только при всестороннем и глубоком изучении вопроса. Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "изобретательский уровень" по действующему законодательству. To verify the conformity of the claimed invention to the requirements of the inventive step, the applicant conducted an additional search for known solutions in order to identify features that match the distinctive features of the claimed invention, the results of which show that the claimed invention does not explicitly follow from the prior art, but could be obtained only with a comprehensive and in-depth study of the issue. Therefore, the claimed invention meets the requirement of "inventive step" under applicable law.

На фиг. 1 изображен общий вид плазмореактора установки обезвреживания жидких хлорорганических отходов, на фиг. 2 - сечение по А-А на фиг. 1 с повернутыми сегментами, на фиг. 3 - то же сечение по А-А на фиг. 1, разрез с закрытыми сегментами. In FIG. 1 shows a general view of the plasma reactor of a liquid organochlorine waste neutralization unit; FIG. 2 is a section along AA in FIG. 1 with rotated segments, in FIG. 3 is the same section along AA in FIG. 1, section with closed segments.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения с получением вышеуказанного технического результата, заключаются в следующем. Information confirming the possibility of carrying out the invention to obtain the above technical result are as follows.

Плазмореактор установки обезвреживания жидких хлорорганических отходов включает плазмотрон 1 (фиг. 1), узел ввода отходов 2, корпус 3 со змеевиком охлаждения, реакционную камеру 4 со змеевиком парогенератора, центробежно-барботажный аппарат 5, шламоприемник 6 с затвором 7. В свою очередь центробежно-барботажный аппарат 5 включает цилиндрический корпус 8 с мембраной 9, узел ввода газа 10 в центробежно-барботажный аппарат 5, шайбы 11, профилирующие газожидкостный слой, подвижные сегменты 12, стержни 13 крепления сегментов 12, механизм поворота 14, выходной конфузор 15 и влагоотбойник 16. На фиг. 2 показано сечение А-А по узлу ввода газа 10 центробежно-барботажного аппарата 5, при этом сегменты 12 при помощи стержней 13 повернуты вокруг своих осей на максимальный угол. На фиг. 3 показано это же сечение при закрытых сегментах 12, т.е. при нулевом угле поворота стержней 13. The plasma reactor of the liquid organochlorine neutralization unit includes a plasmatron 1 (Fig. 1), a waste entry unit 2, a housing 3 with a cooling coil, a reaction chamber 4 with a steam generator coil, a centrifugal bubbler apparatus 5, a sludge collector 6 with a shutter 7. In turn, it is centrifugal the bubbler apparatus 5 includes a cylindrical body 8 with a membrane 9, a gas inlet 10 assembly in the centrifugal bubbler apparatus 5, washers 11 profiling the gas-liquid layer, movable segments 12, rods 13 for fastening the segments 12, the rotation mechanism 14, the exit the confuser 15 and the dehumidifier 16. In FIG. 2 shows a section AA along the gas inlet 10 of the centrifugal bubbler apparatus 5, while the segments 12, using the rods 13, are rotated around their axes to the maximum angle. In FIG. 3 shows the same section with closed segments 12, i.e. at zero angle of rotation of the rods 13.

Плазмореактор работает следующим образом. Жидкие отходы предварительно смешивают с различными ингредиентами и подают в узел 2 ввода отходов и далее в реакционную камеру 4, где они с помощью парового плазмотрона 1 мгновенно нагреваются и распадаются, т.к. при температуре выше 4000^oC пиролиз углеводородов протекает быстро и в полной мере. Далее образовавшиеся газы, двигаясь по оси реакционной камеры 4, рекомбинируют и, охлаждаясь, закаливаются. При этом желательно либо устранить, либо свести к минимуму процесс горения углеводородов во время пиролиза. Этого можно достигнуть только при определенных параметрах среды в реакционной камере 4: температуре, давлении и времени пребывания. Температуру можно легко повысить или понизить с помощью плазмотрона 1, но давление и время пребывания газов в реакционной камере 4 труднее поддается регулировке, т.к. зависит от многих факторов, в том числе и от геометрических параметров реакционной камеры 4 и ее выходного канала. В предлагаемом плазмореакторе эти два параметра регулируют с помощью узла ввода газа 10 в центробежно-барботажный аппарат 5. Так, поворачивая сегменты 12 (фиг. 2) с помощью стержней 13 посредством механизма поворота 14, можно установить требуемое давление внутри реакционной камеры 4, а следовательно, длину пробега и время рекомбинации газа. При этом не менее важным является то обстоятельство, что при изменении угла поворота сегментов 12 (фиг. 3) в обратном направлении давление внутри реакционной камеры 4 будет увеличиваться, а скорость газа в узле ввода 10 центробежно-барботажного аппарата 5 остается постоянной и, как следствие, остаются постоянными и параметры газожидкостного кольца. Проходя между профилирующими шайбами 11 и взаимодействуя с жидким сорбентом, газ очищается и охлаждается. Отработанный жидкий сорбент с помощью конфузора 15 собирается в шламоприемнике 6, а очищенный газ, пройдя через центробежный отделитель 16, покидает плазмореактор и направляется на дальнейшую обработку. При этом жидкий сорбент и шлам (на чертежах условно не показано) подлежат дальнейшей переработке.Plasma reactor works as follows. Liquid waste is pre-mixed with various ingredients and fed to the waste input unit 2 and then to the reaction chamber 4, where it is instantly heated and decomposed using a steam plasma torch 1, because at temperatures above 4000 ^o C, the pyrolysis of hydrocarbons proceeds quickly and fully. Further, the gases formed, moving along the axis of the reaction chamber 4, recombine and, cooling, quench. In this case, it is desirable to either eliminate or minimize the process of combustion of hydrocarbons during pyrolysis. This can only be achieved with certain environmental parameters in the reaction chamber 4: temperature, pressure and residence time. The temperature can be easily increased or lowered using a plasma torch 1, but the pressure and the residence time of the gases in the reaction chamber 4 are more difficult to adjust, because depends on many factors, including the geometric parameters of the reaction chamber 4 and its output channel. In the proposed plasma reactor, these two parameters are controlled by the gas inlet unit 10 into the centrifugal bubbler apparatus 5. Thus, by rotating the segments 12 (Fig. 2) using the rods 13 by means of the rotation mechanism 14, it is possible to set the required pressure inside the reaction chamber 4, and therefore , mean free path and gas recombination time. At the same time, the fact that when the angle of rotation of the segments 12 (Fig. 3) in the opposite direction changes, the pressure inside the reaction chamber 4 will increase, and the gas velocity in the inlet 10 of the centrifugal bubbler apparatus 5 remains constant and, as a result , the parameters of the gas-liquid ring remain constant. Passing between the profiling washers 11 and interacting with a liquid sorbent, the gas is purified and cooled. The spent liquid sorbent with the help of the confuser 15 is collected in the sludge trap 6, and the purified gas, passing through the centrifugal separator 16, leaves the plasma reactor and is sent for further processing. In this case, the liquid sorbent and sludge (not shown conditionally in the drawings) are subject to further processing.

Такая конструкция плазмореактора позволяет обезвреживать жидкие хлорорганические отходы с большой эффективностью и надежностью за счет получения возможности регулирования параметров среды в реакционной камере и поддержания стабильности газожидкостных слоев в центробежно-барботажном аппарате. This design of the plasma reactor makes it possible to neutralize liquid organochlorine wastes with great efficiency and reliability by gaining the ability to control the parameters of the medium in the reaction chamber and maintaining the stability of gas-liquid layers in a centrifugal bubbler apparatus.

Таким образом, вышеприведенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного изобретения следующей совокупности условий:
- средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, предназначено для использования в промышленности, а именно в экологии, в частности в установках обезвреживания жидких хлорорганических отходов с помощью низкотемпературной плазмы;
- заявленное устройство в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте изложенной формулы изобретения, подтверждает возможность его осуществления с помощью описанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов;
- средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата. Преимущество изобретения состоит в том, что использование поворотных сегментов в узле ввода газа центробежно-барботажного аппарата улучшает технико-экономические характеристики плазмореактора. Оно позволяет простым и надежным способом изменять параметры среды в его реакционной камере и добиваться стабильности газожидкостного кольца при работе центробежно-барботажного аппарата.Thus, the above information indicates the fulfillment of the following set of conditions when using the claimed invention:
- a tool embodying the claimed invention in its implementation is intended for use in industry, namely in ecology, in particular in installations for the neutralization of liquid organochlorine wastes using low-temperature plasma;
- the claimed device in the form as described in the independent clause of the claims, confirms the possibility of its implementation using the means and methods described in the application or known before the priority date;
- a tool embodying the claimed invention in its implementation, is able to ensure the achievement of the perceived by the applicant technical result. An advantage of the invention is that the use of rotary segments in a gas inlet unit of a centrifugal bubbler improves the technical and economic characteristics of the plasma reactor. It allows a simple and reliable way to change the parameters of the medium in its reaction chamber and to achieve stability of the gas-liquid ring during operation of the centrifugal bubbler apparatus.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "промышленная применимость" по действующему законодательству. Therefore, the claimed invention meets the requirement of "industrial applicability" under applicable law.

Источники информации
1. US, патент 4644877, кл. F 23 G 5/10, 1987 г.Sources of information
1. US patent 4644877, cl. F 23 G 5/10, 1987

2. Описание изобретения к патенту Российской Федерации 2093754 C1, МКП F 23 G 5/00, 1997 г. 2. Description of the invention to the patent of the Russian Federation 2093754 C1, MCP F 23 G 5/00, 1997

Claims

1. Plasma reactor installation of neutralization of liquid organochlorine waste, including a housing, a plasma torch, a reaction chamber and a centrifugal bubbler apparatus, characterized in that the gas inlet unit of the centrifugal bubbler apparatus is installed inside the reaction chamber and is made in the form of cylindrical rings cut by planes tangent to the inner surfaces, on segments that are movably fixed between the washers profiling the gas-liquid layer.

2. Plasma reactor according to claim 1, characterized in that the segments and profiling washers are made with through holes and inserted into them are rods movably fixed in the housing of the centrifugal bubbler apparatus and rigidly connected to the segments of the gas inlet assembly.

3. Plasma reactor according to claim 1 or 2, characterized in that the reaction chamber in it is made in the form of a Laval nozzle and is tightly connected with its ends to the plasmatron and the body of the centrifugal bubbler apparatus, while temperature and pressure sensors electrically connected are installed in its cavity with a mechanism for turning segments of the gas inlet assembly.