RU2224178C1 - Plasma-chemical method of decontamination of gaseous and liquid halogen organic agents and wastes containing such agents - Google Patents

Plasma-chemical method of decontamination of gaseous and liquid halogen organic agents and wastes containing such agents Download PDF

Info

Publication number
RU2224178C1
RU2224178C1 RU2002115550/03A RU2002115550A RU2224178C1 RU 2224178 C1 RU2224178 C1 RU 2224178C1 RU 2002115550/03 A RU2002115550/03 A RU 2002115550/03A RU 2002115550 A RU2002115550 A RU 2002115550A RU 2224178 C1 RU2224178 C1 RU 2224178C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
plasma
substances
reactor
temperature
chemical method
Prior art date
Application number
RU2002115550/03A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2002115550A (en
Inventor
Ю.П. Малков
Ю.Е. Филиппов
н М.А. Ротин
М.А. Ротинян
н А.А. Давид
А.А. Давидян
Д.Н. Ситливый
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие 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 Федеральное государственное унитарное предприятие Российский научный центр "Прикладная химия" filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие Российский научный центр "Прикладная химия"
Priority to RU2002115550/03A priority Critical patent/RU2224178C1/en
Publication of RU2002115550A publication Critical patent/RU2002115550A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2224178C1 publication Critical patent/RU2224178C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: methods of ecologically safe decontamination of halogen organic agents, such as ozone decomposing refrigerants and polychlorinated biphenyls belonging to super-ecotoxicants such as dioxins and dibenzofurans; chemical, petrochemical and other industries. SUBSTANCE: halogen organic agents are preliminarily heated to temperature not exceeding limit of their thermal stability, after which they are mixed with jet of superheated steam and are evaporated. Steam-and-gas mixture thus obtained is directed to electrically insulated part of reactor into plasma jet of nitrogen. Pyrolysis and oxidation of halogen organic agents occur in reactor at temperature not below 1500 C during 2-10 mc at excess of oxygen contained in steam for complete oxidation of carbon and at excess of hydrogen for binding halogens into halogen hydrogens. Then pyrolysis products are quickly cooled down by aqueous alkaline solution and halogen hydrogens are neutralized excluding formation of secondary high-toxic compounds such as dioxins, dibenzofurans, fluorine phosgenes and chlorine phosgenes, etc. Neutralizing alkaline solution may be used repeatedly at addition of deposited salts and required amount of alkali. Gaseous and liquid components are separated and cooled after hardening and neutralizing. EFFECT: enhanced reliability, efficiency and ecological safety. 4 cl, 1 dwg, 2 tbl

Description

Изобретение относится к экологически безопасным способам переработки газообразных и жидких галогенорганических веществ и содержащих их отходов, которые подлежат обязательному обезвреживанию. К таким веществам относятся озоноразрушающие хладоны, пестициды, полихлорированные бифенилы - синтетические масла, применяемые в электротехническом оборудовании, а также галогенсодержащие промышленные отходы.The invention relates to environmentally friendly methods of processing gaseous and liquid organohalogen substances and waste containing them, which are subject to mandatory neutralization. Such substances include ozone-depleting chladones, pesticides, polychlorinated biphenyls - synthetic oils used in electrical equipment, as well as halogen-containing industrial wastes.

Изобретение может быть использовано в химической, нефтехимической, электротехнической и других отраслях промышленности.The invention can be used in the chemical, petrochemical, electrical and other industries.

Известен способ уничтожения химических отходов (Европейский патент №0469737, МКИ F 23 G 5/08, 7/00 от 05.02.1992), который заключается в их сжигании в плазменной струе, имеющей температуру в диапазоне от 2750°С до 3750°С 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 1450°С, а время пребывания в реакторе не менее 2 мс. Продукты сгорания на выходе из реактора быстро охлаждаются до 300°С 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.A known method for the destruction of chemical waste (European patent No. 0469737, MKI F 23 G 5/08, 7/00 of 02/05/1992), which consists in burning them in a plasma jet having a temperature in the range from 2750 ° C to 3750 ° C and containing at least 70% oxygen. The input of waste into the stream is made in the form of small droplets formed during the 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 ° 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 ° C and lower due to atomization 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 работы плазмотрона 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 high oxidizing ability, one should expect a sharp decrease in the reliability and service life of the plasma torch due to increased erosion of the electrodes in the zone of the supporting 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 применение данного способа для обезвреживания высоковязких полихлорированных бифенилов (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 потребуется очень большое время, не соизмеримое с 2 мс, а это приведет к необходимости увеличения размеров реактора, значительным потерям тепла в его стенку и переохлаждению продуктов реакции, в результате чего могут образовываться высокотоксичные соединения, такие как диоксины и фосген.The use of this method for the disposal of highly viscous polychlorinated biphenyls (PCBs) and ozone-depleting chladones with a high halogen content is also problematic. 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 will require a very long time, not comparable with 2 ms, and this will lead to the need to increase the size of the reactor, significant heat loss to its wall and supercooling of products reactions, resulting in the formation of highly toxic compounds such as dioxins and phosgene.

Для обезвреживания галогенсодержащих отходов, пиролиз которых протекает с образованием галогенов и галогенводородов, не требуется излишне 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 an excessively 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 галогенсодержащих отходов закалочная вода, циркулирующая по замкнутому контуру, будет насыщаться галогенводородными кислотами, что приведет к интенсивной коррозии технологического оборудования.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.

Предложен способ (Патент США №4438706, МКИ F 23 G 7/04 от 27.03.1984) и оборудование для разрушения отходов, содержащих испаряющиеся органические материалы. При его реализации 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. Часть воздушного потока, нагретого в теплообменнике, направляется в реактор для защиты его внутренней стенки, представляющей собой керамическую трубу. Поверхность этой трубы имеет по всей длине многочисленные отверстия, проходя через которые воздух создает защитную завесу, предохраняющую стенку от теплового и коррозионного воздействия продуктов пиролиза. Охлаждаемые в теплообменниках продукты пиролиза направляются в газопромыватель и затем выбрасываются в атмосферу.A method is proposed (US Patent No. 4438706, MKI F 23 G 7/04 of 03/27/1984) and equipment for the destruction of waste containing evaporating organic materials. When 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 the entire length, passing through which 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 образовываться такие высокотоксичные соединения, как диоксины, фтор- и хлорфосгены, бензпирен и др. Внутренние стенки обоих теплообменников будут подвержены воздействию коррозионно-активных 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 decrease in gas temperature with this method of quenching occurs at a low rate. At the same time, highly toxic compounds such as dioxins, fluorine and chlorophosgens, benzpyrene, 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 способ пиролитического разложения отходов, предпочтительно жидких (Патент США №4644877, МКИ F 23 G 5/10, 5/12 от 24.02.1987), частично свободный от недостатков рассмотренных выше способов. Этот способ предусматривает подачу отходов в дуговую камеру плазмотрона, среднемассовая температура газа в которой достигает 5000°С и выше, в связи с чем происходит разрушение молекул веществ, содержащихся в отходах, до атомов и ионов. Эти продукты затем охлаждаются в реакционной камере до температуры 900-1200°С с образованием рекомбинированных продуктов, включающих синтез-газ и твердые частицы сажи.A method for pyrolytic decomposition of waste, preferably liquid (US Patent No. 4,448,877, MKI F 23 G 5/10, 5/12 of 02.24.1987), partially free from the disadvantages of the above methods, is proposed. This method provides for the supply of waste into the arc chamber of the plasma torch, the mass-average gas temperature of which reaches 5000 ° C and higher, and therefore the molecules of the substances contained in the waste are destroyed to atoms and ions. These products are then cooled in a reaction chamber to a temperature of 900-1200 ° C. to form recombined products including synthesis gas and soot solid particles.

Продукты пиролиза подвергаются закалке при температуре 80°С с помощью распыливаемых струй водного раствора щелочи для одновременной их нейтрализации и для смачивания частиц сажи. Синтез-газ отделяется от рекомбинированных продуктов и сжигается, а отработанный щелочной раствор вместе с частицами сажи сливается в канализацию.The pyrolysis products are quenched at a temperature of 80 ° C using spray jets of an aqueous solution of alkali to simultaneously neutralize them and to wet the soot particles. The synthesis gas is separated from the recombined products and burned, and the spent alkaline solution together with soot particles is discharged into the sewer.

В рассматриваемом способе подача жидких отходов осуществляется с помощью насоса в зазор между аксиально расположенными электродами. В данном случае, как отмечают авторы, качество распыла не имеет значения. Предлагается также вариант подачи отходов за электродами. Этот вариант, по признанию авторов, не выгоден из-за существенного уменьшения времени пребывания продуктов пиролиза в реакторе.In this method, the supply of liquid waste is carried out using a pump into the gap between the axially arranged electrodes. In this case, as the authors note, the quality of the spray does not matter. There is also the option of feeding waste behind the electrodes. 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.

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 данный способ в основном пиролитическим.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 in 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 this method mainly pyrolytic.

Система подачи отходов 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 минут), а также при выключении для ее промывки.The waste supply system includes two reservoirs, 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 installation start-up as a working fluid for its output to the specified thermal regime (during 3 minutes), 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 данный способ как универсальный, а подача отходов вместе с малым количеством воздуха в дуговую камеру плазменного нагревателя создает целый ряд проблем, а именно:The presence of two tanks and an auxiliary substance (ethanol) leads to a complication of the supply system and additional costs (material and energy). Limitations on the viscosity of the waste do not allow us to consider this method 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:

- поверхность электродов подвергается интенсивной эрозии в результате воздействия на них фтор- и хлорсодержащих соединений, образующихся при пиролизе отходов и обладающих чрезвычайно высокой химической активностью;- the surface of the electrodes is subjected to intense erosion as a result of exposure to fluorine and chlorine-containing compounds formed during the pyrolysis of waste and having extremely high chemical activity;

- при изменении состава отходов, подаваемых на обезвреживание, необходима дополнительная отработка режимов дугового нагревателя с целью поиска оптимальных режимов, отвечающих условиям его надежной работы;- when changing the composition of the waste fed to neutralization, additional testing of the modes of the arc heater is necessary in order to search for optimal modes that meet the conditions of its reliable operation;

- в продуктах пиролиза появляется большое количество сажи, затрудняющей процессы закалки и нейтрализации газообразных продуктов пиролиза.- a large amount of soot appears in the pyrolysis products, which impedes the processes of quenching and neutralization of gaseous pyrolysis products.

Необходимо также отметить, что в случае высоковязких отходов предлагаемый вариант ввода обезвреживаемых веществ за электродами неосуществим. При таком вводе невозможно достичь с помощью струйных форсунок требуемое качество распыла. Применение же пневматических форсунок невозможно из-за малого количества воздуха, вводимого в установку при реализации пиролитического метода.It should also be noted that in the case of highly viscous waste, the proposed option for introducing neutralized substances behind the electrodes is not feasible. With this input, it is not possible to achieve the desired spray quality using jet nozzles. The use of pneumatic nozzles is impossible due to the small amount of air introduced into the installation during the implementation of the pyrolytic method.

Предлагаемый авторами рассматриваемого способа реактор представляет емкость из нержавеющей стали с внутренней огнеупорной облицовкой из каолиноволокнистого материала объемом 2 м3. Время пребывания продуктов пиролиза составляет около одной секунды при температуре 900-1200°С. В этих условиях:The reactor proposed by the authors of this method is a stainless steel tank with an internal refractory lining of kaolin fiber material with a volume of 2 m 3 . The residence time of the pyrolysis products is about one second at a temperature of 900-1200 ° C. In these conditions:

- следует ожидать интенсивной коррозии стенок реактора при взаимодействии с ними галогенводородов и других соединений галогенов;- one should expect intense corrosion of the walls of the reactor during the interaction with them of hydrogen halides and other halogen compounds;

- принятый в реакторе температурный режим не гарантирует отсутствия в продуктах пиролиза высокотоксичных вторичных веществ, таких как диоксины, фтор- и хлорфосгены, бензпирен и др.;- the temperature regime adopted in the reactor does not guarantee the absence of highly toxic secondary substances in the pyrolysis products, such as dioxins, fluorine and chlorophosgens, benzpyrene, and others;

- большой объем реактора значительно увеличивает габариты, весовые характеристики, металлоемкость и стоимость установки.- a large reactor volume significantly increases the dimensions, weight characteristics, metal consumption and installation cost.

Прототипом для предлагаемого плазмохимического способа обезвреживания газообразных и жидких галогенорганических веществ и содержащих их отходов является способ, описанный в патенте (Патент России RU №2105928 C1, 6 F 23 G 7/00 от 27.02.1998). Он лишен многих недостатков рассмотренных выше способов уничтожения различных химических отходов и больше всего соответствует условиям промышленной переработки галогенсодержащих веществ.The prototype for the proposed plasmochemical method for the neutralization of gaseous and liquid organohalogen substances and waste containing them is the method described in the patent (Russian Patent RU No. 2105928 C1, 6 F 23 G 7/00 of 02/27/1998). It is devoid of many of the disadvantages of the above methods for the destruction of various chemical wastes and most of all corresponds to the conditions of industrial processing of halogen-containing substances.

Сущность его заключается в том, что галогенорганические вещества и содержащие их отходы предварительно нагревают до температуры, не превосходящей предела их термической стабильности, после чего распыливают струёй горячего воздуха при температуре, превышающей температуру кипения отходов, и полученную паровоздушную смесь направляют в воздушную плазменную струю, где проводят пиролиз при температуре не менее 1500°С, времени пребывания в зоне реакции 2-10 мс, при избытке воздуха, необходимом для полного окисления углерода. Далее продукты пиролиза закаливают и нейтрализуют водным раствором щелочи.Its essence lies in the fact that organohalogen substances and the wastes containing them are preheated to a temperature not exceeding the limit of their thermal stability, after which they are sprayed with a stream of hot air at a temperature above the boiling point of the waste, and the resulting vapor-air mixture is sent to an air plasma jet, where carry out pyrolysis at a temperature of at least 1500 ° C, a residence time in the reaction zone of 2-10 ms, with an excess of air necessary for the complete oxidation of carbon. Next, the pyrolysis products are quenched and neutralized with an aqueous alkali solution.

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, использующий в качестве плазмообразующего газа воздух, работает на номинальном режиме, соответствующем оптимальным условиям его эксплуатации. Благодаря предварительному нагреву, испарению и перемешиванию отходов с воздухом до ввода их в реактор удается сократить необходимое время пребывания реагирующей смеси в высокотемпературной зоне реактора до 2-10 мс и, соответственно, существенно уменьшить его габариты.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 plasma-forming gas operates at the nominal mode corresponding to the optimal operating conditions. Thanks to the preliminary heating, evaporation and mixing of the waste with air before entering it into the reactor, it is possible to reduce the necessary residence time of the reacting mixture in the high-temperature zone of the reactor to 2-10 ms and, accordingly, significantly reduce its dimensions.

Температура предварительного нагрева не должна превышать предела термической стабильности обезвреживаемых веществ. Иначе в результате низкотемпературного пиролиза может образоваться значительное количество сажи и коррозионно-активных веществ. Это может привести к выходу из строя системы подачи обезвреживаемых веществ в реактор.The preheating temperature should not exceed the limit of thermal stability of the neutralized substances. Otherwise, as a result of low-temperature pyrolysis, a significant amount of soot and corrosive substances can form. This can lead to failure of the system for supplying neutralized substances to the reactor.

Температура продуктов пиролиза на выходе из реактора перед зоной закалки устанавливается не ниже 1500°С, что гарантирует отсутствие в отходящем газе диоксинов, фтор- и хлорфосгенов и других высокотоксичных веществ.The temperature of the pyrolysis products at the outlet of the reactor in front of the quenching zone is set not lower than 1500 ° C, which ensures the absence of dioxins, fluorine and chlorophosgens and other highly toxic substances in the exhaust gas.

Эффективность данного плазмохимического способа была подтверждена при обезвреживании различных озоноразрушающих хладонов, полихлорированных бифенилов и отходов химических производств на опытной установке.The effectiveness of this plasma-chemical method was confirmed by the neutralization of various ozone-depleting chladones, polychlorinated biphenyls and chemical wastes in a pilot plant.

Однако при эксплуатации этой установки, предназначенной для переработки различных галогенорганических веществ, с использованием рассмотренного способа выявились его недостатки. К ним необходимо отнести следующие:However, during the operation of this installation, intended for the processing of various organohalogen substances, using the considered method revealed its disadvantages. These include the following:

1. Использование в качестве окислителя воздуха, содержащего около 23 мас.% кислорода, не выгодно при обезвреживании веществ, в составе которых находится значительное количество углерода, например полихлорированных бифенилов, содержащих более 40% углерода. В данном случае на их окисление необходимо подавать большое количество воздуха, в составе которого около 77 мас.% азота. Для процесса пиролиза азот является балластом. На его нагрев приходится расходовать большое количество тепловой энергии.1. The use as an oxidizing agent of air containing about 23 wt.% Oxygen is not beneficial for the neutralization of substances containing a significant amount of carbon, for example polychlorinated biphenyls containing more than 40% carbon. In this case, a large amount of air must be supplied to their oxidation, in the composition of which about 77 wt.% Nitrogen. For the pyrolysis process, nitrogen is the ballast. Its heating has to spend a large amount of thermal energy.

2. При пиролизе галогенорганических веществ наряду с окислением углерода происходит процесс связывания галогенов в галогенводороды. Полное и надежное осуществление этого процесса возможно только при избытке водорода, поступающего в зону реакции. Рассматриваемый плазмохимический способ не предусматривает выполнения этого условия.2. During the pyrolysis of organohalogen substances, along with carbon oxidation, the process of binding of halogens to hydrogen halides occurs. Full and reliable implementation of this process is possible only with an excess of hydrogen entering the reaction zone. The considered plasma-chemical method does not provide for the fulfillment of this condition.

3. При перемешивании во входной части малогабаритного реактора обезвреживаемых веществ и воздуха со струёй плазмы, имеющей в ядре потока температуру значительно выше 5000°С и являющейся электропроводной, возникает опасность касания токопроводящего ядра плазменной струи со стенкой реактора и замыкания на нее дугового разряда. В этом случае стенка начнет плавиться и разрушаться.3. When mixing in the inlet part of a small-sized reactor neutralized substances and air 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 with the reactor wall and shorting an arc discharge to it. In this case, the wall will begin to melt and collapse.

4. Электроды в дуговых плазменных нагревателях, в которых в качестве плазмообразующего газа применяется воздух, имеют меньший ресурс работы, чем электроды, работающие в нейтральной среде, например в среде азота. Поэтому использование воздуха в качестве рабочего газа в плазмотронах, предназначенных для длительной непрерывной работы в промышленных установках, не выгодно, так как эти установки необходимо часто останавливать для замены электродов.4. The electrodes in arc plasma heaters, in which air is used as a plasma-forming gas, have a shorter service life than electrodes operating in a neutral medium, for example, in a nitrogen medium. Therefore, the use of air as a working gas in plasmatrons designed for continuous continuous operation in industrial plants is not beneficial, since these plants must often be stopped to replace the electrodes.

5. При длительной переработке галогенорганических веществ, содержащих в своем составе большое количество галогенов (например, полихлорированных бифенилов, содержащих более 50% хлора), 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.5. During long-term processing of organohalogen substances containing a large amount of halogens (for example, polychlorinated biphenyls containing more than 50% chlorine), the aqueous alkaline solution rapidly saturates with the appropriate salts and precipitates in the neutralization system, which leads to the need to stop a process for removing said salts.

При проектировании промышленных установок, предназначенных для переработки различных галогенсодержащих веществ, оказалось, что способ плазмохимического обезвреживания, принятый за прототип, из-за перечисленных недостатков не может обеспечить длительной и надежной работы установок при необходимой экономичности процесса обезвреживания. В связи с этим рассматриваемый способ требует значительных изменений, позволяющих его использовать в промышленных условиях.When designing industrial plants intended for the processing of various halogen-containing substances, it turned out that the method of plasma chemical neutralization, adopted as a prototype, due to the above disadvantages cannot ensure long-term and reliable operation of the plants with the necessary efficiency of the neutralization process. In this regard, the considered method requires significant changes, allowing it to be used in an industrial environment.

Задачей данного изобретения является устранение всех перечисленных недостатков, относящихся к прототипу. Это достигается за счет внесения в плазмохимический способ следующих принципиальных изменений:The objective of the invention is to remedy all of the above disadvantages related to the prototype. This is achieved by introducing into the plasma-chemical method the following fundamental changes:

1. В качестве окислителя для проведения процесса пиролиза обезвреживаемых веществ вместо воздуха используется водяной пар, содержащий почти 89 мас.% кислорода и водород, количество которого с большим запасом обеспечивает процесс полного связывания галогенов в галогенводороды.1. Instead of air, water vapor containing almost 89 wt.% Oxygen and hydrogen is used as an oxidizing agent for the pyrolysis of neutralized substances, the amount of which with a large margin ensures the process of complete binding of halogens to hydrogen halides.

2. В плазмотроне в качестве плазмообразующего газа используется азот, который позволяет существенно увеличить ресурс работы электродов и удешевить эксплуатацию плазмотрона.2. Nitrogen is used as a plasma-forming gas in the plasmatron, which can significantly increase the life of the electrodes and reduce the cost of operation of the plasma torch.

3. Для устранения возможности разрушения реактора от воздействия на его стенку дугового разряда входная его часть выполняется электроизолированной от всех соединяющихся с ней узлов установки.3. To eliminate the possibility of destruction of the reactor from the impact on its wall of the arc discharge, its inlet part is electrically insulated from all units of the installation connected to it.

4. Система нейтрализации установки выполняется замкнутой без слива отработанного щелочного раствора во внешнюю среду. Для отделения выпавших в осадок солей используется непрерывно действующая центрифуга, а циркуляция щелочного раствора в замкнутом контуре осуществляется при контроле за содержанием щелочи в растворе и его укреплении щелочью до необходимой концентрации.4. The system neutralization system is closed without draining the spent alkaline solution into the external environment. A continuous centrifuge is used to separate the precipitated salts, and the circulation of the alkaline solution in a closed loop is carried out by monitoring the alkali content in the solution and strengthening it with alkali to the required concentration.

Таким образом, суть изобретения состоит в том, что в качестве окислителя обезвреживаемых веществ используется не воздух, а водяной пар, позволяющий за счет значительного снижения требуемого расхода окислителя существенно уменьшить энергозатраты на процесс пиролиза при полном его обеспечении необходимым количеством кислорода и водорода. В качестве плазмообразующего газа используется азот, что существенно увеличивает ресурс работы электродов плазмотрона и удешевляет его эксплуатацию. Верхняя часть реактора электроизолируется от всех соединяющихся с ней частей установки, что устраняет опасность замыкания дугового разряда плазмотрона на стенки реактора, приводящего к разрушению стенки. Система закалки и нейтрализации продуктов пиролиза выполняется замкнутой, работающей при непрерывном выделении солей, выпавших в осадок в щелочном нейтрализующем растворе, а также при необходимом укреплении раствора щелочью и добавлении в него воды, что позволяет длительно эксплуатировать установку без слива отработанного щелочного раствора во внешнюю среду.Thus, the essence of the invention lies in the fact that not air, but water vapor is used as an oxidizing agent of the neutralized substances, which, due to a significant reduction in the required oxidizing agent consumption, can significantly reduce energy consumption for the pyrolysis process while fully supplying it with the necessary amount of oxygen and hydrogen. Nitrogen is used as a plasma-forming gas, which significantly increases the service life of the plasma torch electrodes and reduces its cost of operation. The upper part of the reactor is electrically insulated from all parts of the unit connected to it, which eliminates the danger of shorting the arc discharge of the plasma torch to the walls of the reactor, leading to the destruction of the wall. The system for quenching and neutralizing the pyrolysis products is carried out closed, working with the continuous release of salts precipitated in an alkaline neutralizing solution, as well as with the necessary strengthening of the solution with alkali and adding water to it, which allows the unit to operate for a long time without draining the spent alkaline solution into the external environment.

На чертеже представлена принципиальная схема предлагаемого плазмохимического способа обезвреживания газообразных и жидких галогенорганических веществ и содержащих их отходов, который может быть использован для промышленного применения.The drawing shows a schematic diagram of the proposed plasma-chemical method of neutralizing gaseous and liquid organohalogen substances and waste containing them, which can be used for industrial applications.

Перед подачей обезвреживаемых веществ в реактор они нагреваются в нагревателе (1) до температуры, не превышающей предела их термической стабильности. Перегрев водяного пара осуществляется в нагревателе (3) до той же температуры. Перемешивание этих компонентов происходит в вихревом смесителе (2). Образовавшаяся смесь поступает во входную часть реактора (6), которая изолируется с помощью электроизоляторов (5) от всех других узлов установки. Во входную часть реактора из плазмотрона (4) подается также струя азотной плазмы. Продукты пиролиза из реактора (7) направляются в узел закалки и нейтрализации (8), где происходит их резкое охлаждение и нейтрализация галогенводородов водным щелочным раствором с образованием соответствующих солей.Before the neutralized substances are fed into the reactor, they are heated in the heater (1) to a temperature not exceeding the limit of their thermal stability. Overheating of water vapor is carried out in the heater (3) to the same temperature. Mixing of these components takes place in a vortex mixer (2). The resulting mixture enters the inlet of the reactor (6), which is isolated with the help of electrical insulators (5) from all other units of the installation. A stream of nitrogen plasma is also fed into the inlet of the reactor from a plasma torch (4). The pyrolysis products from the reactor (7) are sent to the quenching and neutralization unit (8), where they undergo a sharp cooling and neutralization of hydrogen halides with an aqueous alkaline solution with the formation of the corresponding salts.

Смесь газообразных и жидких продуктов из узла закалки попадает в сепаратор (9), в котором осуществляется разделение газовой и жидкой фаз. Газообразные продукты с остатками пара и капель жидкости подаются в водоохлаждаемый теплообменник (15), а затем в циклон-каплеотделитель (16). В этих аппаратах происходит окончательное отделение жидкости от газа и их дальнейшее охлаждение.The mixture of gaseous and liquid products from the quenching unit enters the separator (9), in which the gas and liquid phases are separated. Gaseous products with residual vapor and liquid droplets are fed into a water-cooled heat exchanger (15), and then into a cyclone-droplet separator (16). In these devices, the final separation of the liquid from the gas and their further cooling takes place.

Экологически безопасные газообразные продукты через абсорбер санитарной доочистки (17) выбрасываются во внешнюю среду.Environmentally friendly gaseous products are discharged into the external environment through a sanitary treatment absorber (17).

Весь отработанный щелочной раствор из сепаратора, теплообменника и циклона-каплеотделителя сливается в приемную емкость (11). На сливной магистрали установлен прибор (10), регистрирующий концентрацию щелочи в отработанном щелочном растворе. В случае если концентрация щелочи опускается ниже допустимого значения, с помощью регулятора (20) дополнительное ее количество добавляется в емкость (19). Из емкости (11) с помощью центробежного насоса (12) отработанный щелочной раствор подается в центрифугу (14), где осуществляется отделение выпавших в осадок солей и загрузка их в транспортный контейнер (13) для доставки на утилизацию. Отфильтрованный раствор сливается в емкость (19), в которую в случае необходимости с помощью регулятора (21) добавляется вода. Щелочной раствор необходимой концентрации из емкости (19) с помощью дозировочного насоса (18) поступает в узел закалки и нейтрализации (8).All spent alkaline solution from the separator, heat exchanger and cyclone-droplet separator is discharged into a receiving tank (11). A device (10) is installed on the drain line, which records the concentration of alkali in the spent alkaline solution. If the alkali concentration drops below the permissible value, using the regulator (20) an additional amount is added to the tank (19). From the tank (11) using a centrifugal pump (12), the spent alkaline solution is fed to a centrifuge (14), where the precipitated salts are separated and loaded into a transport container (13) for delivery to disposal. The filtered solution is poured into a container (19), to which, if necessary, water is added using the regulator (21). The alkaline solution of the required concentration from the tank (19) with the help of a metering pump (18) enters the hardening and neutralization unit (8).

Предлагаемый плазмохимический способ обезвреживания газообразных и жидких галогенорганических веществ и содержащих их отходов был использован при уничтожении на опытной установке озоноразрушающего хладона 12, смеси хладонов 13 и 14 с воздухом, имитирующей промышленные отходы одного из химических производств, и совтола 10, состоящего из 90% пентахлорбифенила (C12H5Cl5) и 10% трихлорбензола (С3Н3Сl3).The proposed plasma-chemical method for the neutralization of gaseous and liquid organohalogen substances and the wastes containing them was used when the ozone-depleting freon 12, a mixture of freon 13 and 14 with air simulating industrial wastes from one of the chemical industries, and Sovtol 10, consisting of 90% pentachlorobiphenyl, were destroyed at the pilot plant C 12 H 5 Cl 5 ) and 10% trichlorobenzene (C 3 H 3 Cl 3 ).

В таблице 1 приведены основные параметры указанных процессов на некоторых режимах.Table 1 shows the main parameters of these processes in some modes.

Figure 00000001
Figure 00000001

Преимущество предлагаемого плазмохимического способа обезвреживания галогенорганических веществ перед способом, который принят за прототип, можно проследить при сравнении основных параметров процесса обезвреживания совтола 10, который был осуществлен на одной и той же опытной плазмохимической установке, но с использованием различных окислителей (воздуха и водяного пара) и плазмообразующих газов (смеси воздуха с азотом и азота). В таблице 2 приведены основные параметры процессов обезвреживания, реализованных при близких значениях мощности плазмотрона и одинаковых массовых расходах плазмообразующих газов. На сравниваемых режимах было некоторое отличие между коэффициентами избытка кислорода и температурами продуктов пиролиза в реакторе. Но эти отличия невелики и их можно считать несущественными.The advantage of the proposed plasma-chemical method for the disposal of organohalogen substances over the method adopted for the prototype can be seen by comparing the main parameters of the process for the disposal of Sovtol 10, which was carried out on the same experimental plasma-chemical installation, but using different oxidizing agents (air and water vapor) and plasma-forming gases (a mixture of air with nitrogen and nitrogen). Table 2 shows the main parameters of the processes of neutralization, implemented at close values of the power of the plasma torch and the same mass flow rates of plasma-forming gases. In the compared modes, there was some difference between the coefficients of excess oxygen and the temperatures of the pyrolysis products in the reactor. But these differences are small and can be considered insignificant.

Основной вывод, который вытекает из сравнения параметров, приведенных в таблице 2, заключается в том, что замена воздуха при обезвреживании совтола 10 на водяной пар приводит к значительному (в 1,57 раза) уменьшению удельных энергозатрат.The main conclusion that follows from a comparison of the parameters given in table 2 is that replacing air during the disposal of sovtol 10 with water vapor leads to a significant (1.57-fold) decrease in specific energy consumption.

Figure 00000002
Figure 00000002

Предлагаемый плазмохимический способ обезвреживания газообразных и жидких галогенорганических веществ и содержащих их отходов был использован при проектировании и строительстве промышленной плазмохимической установки, предназначенной для уничтожения отходов завода по производству политетрафторэтилена. Отходы этого завода содержат до двенадцати различных озоноразрушающих хладонов и другую фтор- и хлорорганику. В настоящее время предлагаемый способ проходит опытно-промышленную проверку на данной установке. Она подтверждает надежность, эффективность и экологическую безопасность обезвреживания указанных производственных отходов с использованием способа, являющегося предметом данного изобретения.The proposed plasma-chemical method for the neutralization of gaseous and liquid organohalogen substances and the wastes containing them was used in the design and construction of an industrial plasma-chemical plant designed to destroy the waste from a polytetrafluoroethylene plant. The waste from this plant contains up to twelve different ozone-depleting chladones and other fluorine and organochlorines. Currently, the proposed method is undergoing pilot testing at this facility. It confirms the reliability, efficiency and environmental safety of the disposal of these industrial wastes using the method that is the subject of this invention.

Claims (4)

1. Плазмохимический способ обезвреживания газообразных и жидких галогенорганических веществ и содержащих их отходов, включающий предварительный нагрев этих веществ до температуры, не превышающей предела их термической стабильности, их испарение и перемешивание с окислителем, подачу в плазменную струю, закалку и нейтрализацию водным щелочным раствором продуктов пиролиза, отличающийся тем, что в качестве окислителя используют перегретый водяный пар и парогазовую смесь подают в электроизолированную входную часть реактора в струю азотной плазмы.1. Plasma-chemical method of neutralizing gaseous and liquid organohalogen substances and waste containing them, including preheating these substances to a temperature not exceeding the limit of their thermal stability, evaporating them and mixing with an oxidizing agent, feeding them to a plasma jet, quenching and neutralizing an aqueous alkaline solution of pyrolysis products characterized in that superheated water vapor is used as the oxidizing agent and the vapor-gas mixture is supplied to the electrically insulated inlet part of the reactor in a nitrogen stream oh plasma. 2. Плазмохимический способ по п. 1, отличающийся тем, что испарение и перемешивание галогенорганических веществ и содержащих их отходов с водяным паром производят при температуре, превышающей температуру кипения обезвреживаемых веществ.2. The plasma-chemical method according to claim 1, characterized in that the evaporation and mixing of the organohalogen substances and the waste containing them with water vapor is carried out at a temperature above the boiling point of the neutralized substances. 3. Плазмохимический способ по п. 1, отличающийся тем, что процесс пиролиза галогенорганических веществ и содержащих их отходов производят при температуре не ниже 1500°C и при избытке кислорода, содержащегося в водяном паре.3. The plasma-chemical method according to claim 1, characterized in that the pyrolysis of organohalogen substances and waste containing them is carried out at a temperature of at least 1500 ° C and with an excess of oxygen contained in water vapor. 4. Плазмохимический способ по п. 1, отличающийся тем, что закалку и нейтрализацию продуктов пиролиза проводят водным щелочным раствором непрерывно без слива отработанного раствора во внешнюю среду при отделении из него выпавших в осадок солей и укреплении его щелочью до необходимой концентрации.4. The plasma-chemical method according to claim 1, characterized in that the quenching and neutralization of the pyrolysis products is carried out continuously with an aqueous alkaline solution without discharging the spent solution into the external medium while separating the precipitated salts from it and strengthening it with alkali to the required concentration.
RU2002115550/03A 2002-06-10 2002-06-10 Plasma-chemical method of decontamination of gaseous and liquid halogen organic agents and wastes containing such agents RU2224178C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002115550/03A RU2224178C1 (en) 2002-06-10 2002-06-10 Plasma-chemical method of decontamination of gaseous and liquid halogen organic agents and wastes containing such agents

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002115550/03A RU2224178C1 (en) 2002-06-10 2002-06-10 Plasma-chemical method of decontamination of gaseous and liquid halogen organic agents and wastes containing such agents

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2002115550A RU2002115550A (en) 2004-01-10
RU2224178C1 true RU2224178C1 (en) 2004-02-20

Family

ID=32172831

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2002115550/03A RU2224178C1 (en) 2002-06-10 2002-06-10 Plasma-chemical method of decontamination of gaseous and liquid halogen organic agents and wastes containing such agents

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2224178C1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2455568C2 (en) * 2010-05-18 2012-07-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский научный центр "Прикладная химия" Plasma-chemical method of decontaminating organochlorine substances
RU2561111C1 (en) * 2014-04-01 2015-08-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИХ ДВО РАН) Method of processing polytetrafluoroethylene
RU2561381C1 (en) * 2014-06-05 2015-08-27 Общество с ограниченной ответственностью "ТехЭкоПлазма" (ООО "ТехЭкоПлазма") Integrated method of processing fluorine-containing toxic wastes
RU2576741C2 (en) * 2014-06-05 2016-03-10 Общество с ограниченной ответственностью "ТехЭкоПлазма" (ООО "ТехЭкоПлазма") Technological line of plasmo-thermal neutralisation of toxic wastes

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2455568C2 (en) * 2010-05-18 2012-07-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский научный центр "Прикладная химия" Plasma-chemical method of decontaminating organochlorine substances
RU2561111C1 (en) * 2014-04-01 2015-08-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИХ ДВО РАН) Method of processing polytetrafluoroethylene
RU2561381C1 (en) * 2014-06-05 2015-08-27 Общество с ограниченной ответственностью "ТехЭкоПлазма" (ООО "ТехЭкоПлазма") Integrated method of processing fluorine-containing toxic wastes
RU2576741C2 (en) * 2014-06-05 2016-03-10 Общество с ограниченной ответственностью "ТехЭкоПлазма" (ООО "ТехЭкоПлазма") Technological line of plasmo-thermal neutralisation of toxic wastes

Also Published As

Publication number Publication date
RU2002115550A (en) 2004-01-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4582004A (en) Electric arc heater process and apparatus for the decomposition of hazardous materials
KR890001627B1 (en) Method and apparatus of destructing waste
JP2755946B2 (en) Organic waste decomposition method and apparatus
US10962222B2 (en) Device for thermal destruction of organic compounds by an induction plasma
US7981371B2 (en) Device and method for destroying liquid, powder or gaseous waste using an inductively coupled plasma
JPH04227407A (en) Method of decomposing chemical waste
US5050511A (en) Process for the destruction of organic waste material
RU2224178C1 (en) Plasma-chemical method of decontamination of gaseous and liquid halogen organic agents and wastes containing such agents
JP2997912B2 (en) Compound processing equipment
US9376334B2 (en) Method and device for treating wastes by means of injection into an immersed plasma
KR100899800B1 (en) A pyrolysis-melting treatment apparatus and its method for pcbs-contained waste by plasma
KR20110023253A (en) Method and apparatus for treating used refrigerant
RU2105928C1 (en) Plasmochemical method of decontamination of gaseous and liquid halogenoorganic wastes
RU4587U1 (en) PLASMA-CHEMICAL PLANT FOR DISABILIZING GAS AND LIQUID HALOGENORGANIC WASTE
EP0392727A1 (en) Process for the destruction of organic waste material
RU2455568C2 (en) Plasma-chemical method of decontaminating organochlorine substances
KR100210225B1 (en) Trash burner
JPH116612A (en) Decomposition treatment system for fluorocarbon
RU2676298C1 (en) Chemically polluted liquid fuels ecologically safe utilization method and device for its implementation
RU2353857C1 (en) Method for recycling of liquid wastes
JP4687075B2 (en) Detoxification treatment method for PCB-containing oil and detoxification treatment apparatus for PCB-containing oil
CN214147926U (en) Industrial waste salt spray burning system
JP2013117337A (en) Dioxins incineration treatment device and method
JP2004359897A (en) Method and unit for treating plastic waste product
KR100348586B1 (en) Method and apparatus for treatment of hazardous and toxic gases

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20140611