RU2676298C1 - Способ экологически безопасной утилизации химически загрязненных жидких топлив и устройство для его осуществления - Google Patents
Способ экологически безопасной утилизации химически загрязненных жидких топлив и устройство для его осуществления Download PDFInfo
- Publication number
- RU2676298C1 RU2676298C1 RU2016126356A RU2016126356A RU2676298C1 RU 2676298 C1 RU2676298 C1 RU 2676298C1 RU 2016126356 A RU2016126356 A RU 2016126356A RU 2016126356 A RU2016126356 A RU 2016126356A RU 2676298 C1 RU2676298 C1 RU 2676298C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fuel
- fuel mixture
- combustion
- air
- burner
- Prior art date
Links
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims abstract description 127
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 51
- 239000007788 liquid Substances 0.000 title claims abstract description 25
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 95
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims abstract description 65
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 24
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 14
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 9
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims abstract description 9
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 5
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 claims abstract 4
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims abstract 2
- 230000003472 neutralizing effect Effects 0.000 claims description 15
- 231100000614 poison Toxicity 0.000 claims description 13
- 239000003440 toxic substance Substances 0.000 claims description 12
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 9
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims description 8
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 claims description 4
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 claims description 4
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 3
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 claims 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 31
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 7
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 abstract description 3
- 238000004064 recycling Methods 0.000 abstract 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 29
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 19
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 15
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 14
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 12
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 8
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 8
- 238000006386 neutralization reaction Methods 0.000 description 8
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 8
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 7
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 7
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 7
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 description 6
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 description 6
- 150000003071 polychlorinated biphenyls Chemical class 0.000 description 5
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 5
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 5
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 5
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 4
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 4
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 3
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 150000001340 alkali metals Chemical class 0.000 description 3
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 150000002013 dioxins Chemical class 0.000 description 3
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 3
- 239000003350 kerosene Substances 0.000 description 3
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N nitrogen oxide Inorganic materials O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000007096 poisonous effect Effects 0.000 description 3
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 3
- 231100000167 toxic agent Toxicity 0.000 description 3
- 239000002676 xenobiotic agent Substances 0.000 description 3
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005273 aeration Methods 0.000 description 2
- 229910052784 alkaline earth metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002585 base Substances 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000001784 detoxification Methods 0.000 description 2
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 2
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 2
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 2
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 2
- 150000002240 furans Chemical class 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 2
- 150000002896 organic halogen compounds Chemical class 0.000 description 2
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 description 2
- 239000002341 toxic gas Substances 0.000 description 2
- 239000003053 toxin Substances 0.000 description 2
- 231100000765 toxin Toxicity 0.000 description 2
- 108700012359 toxins Proteins 0.000 description 2
- KVGZZAHHUNAVKZ-UHFFFAOYSA-N 1,4-Dioxin Chemical compound O1C=COC=C1 KVGZZAHHUNAVKZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 102220579497 Macrophage scavenger receptor types I and II_F23C_mutation Human genes 0.000 description 1
- 150000001342 alkaline earth metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000000889 atomisation Methods 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 1
- 229940043430 calcium compound Drugs 0.000 description 1
- 150000001674 calcium compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 231100000481 chemical toxicant Toxicity 0.000 description 1
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 1
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010849 combustible waste Substances 0.000 description 1
- 238000005202 decontamination Methods 0.000 description 1
- 230000003588 decontaminative effect Effects 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005695 dehalogenation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 150000004826 dibenzofurans Chemical class 0.000 description 1
- 230000000185 dioxinlike effect Effects 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 1
- 238000002848 electrochemical method Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 1
- 239000000295 fuel oil Substances 0.000 description 1
- 231100001261 hazardous Toxicity 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- -1 hydrogen halides Chemical class 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000010808 liquid waste Substances 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 239000002480 mineral oil Substances 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 239000002957 persistent organic pollutant Substances 0.000 description 1
- 231100001239 persistent pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 239000004476 plant protection product Substances 0.000 description 1
- 238000004157 plasmatron Methods 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 description 1
- 102220115768 rs886039839 Human genes 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 239000013049 sediment Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000012265 solid product Substances 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 238000004781 supercooling Methods 0.000 description 1
- 238000005496 tempering Methods 0.000 description 1
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 231100000925 very toxic Toxicity 0.000 description 1
- 238000004056 waste incineration Methods 0.000 description 1
- 238000004065 wastewater treatment Methods 0.000 description 1
- 230000002034 xenobiotic effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
- F23G7/00—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals
- F23G7/05—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste oils
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D11/00—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
Abstract
Изобретение относится к технологии сжигания жидких горючих веществ и может быть использовано для безопасной утилизации топлив неизвестного химического и разного фракционного состава. Техническим результатом является энергоэффективная экологически безопасная утилизация химически загрязненных жидких топлив разного фракционного состава, содержащих вязкие фракции и механические примеси. Способ включает розжиг на чистом топливе, подогрев топливной смеси, газофазное горение при температуре больше 900°С, дожигание компонентов топливной смеси, очистку дымовых газов от механических частиц, охлаждение дымовых газов. При этом топливную смесь гомогенизируют непрерывно, состав топливо-воздушной смеси не меняется в зависимости от наличия в топливной смеси механических примесей, время пребывания обезвреживаемых компонентов топливной смеси в зоне высоких температур увеличивают за счет частичной рециркуляции продуктов горения на вход горелочного устройства, что повышает температуру на входе горелочного устройства и позволяет получить температуру горения более 900°С, доступ атмосферного воздуха в зону высоких температур регулируют с целью минимизации количества продуктов окисления азота воздуха. 3 н. и 5 з.п. ф-лы, 3 табл., 3 ил.
Description
Изобретение относится к технологии сжигания жидких горючих веществ и может быть использовано для экологически безопасной утилизации топлив неизвестного химического и разного фракционного состава, в т.ч. вязких и содержащих механические примеси, например отработанных углеводородов, в состав которых как индивидуальный компонент и/или как группа компонентов могут входить непригодные или запрещенные средства защиты растений, жидкие или растворимые непригодные лекарственные средства, полихлорированные дибензодиоксины, дибензофураны и другие галогенорганические соединения, являющиеся стойкими загрязнителями и отравляющими веществами, растворы или взвеси которых в растворах можно подавать на сжигание через жидкотопливную форсунку совместно с жидким топливом.
Известно множество способов и устройств, предназначенных для утилизации некачественных жидких топлив, отходов углеводородов и для уничтожения токсичных веществ. К известным из современного уровня техники относятся следующие способы уничтожения токсичных веществ: пиролиз, в т.ч. паровой, сжигание, в т.ч. высокотемпературное, химические, электрохимические методы, плазменные системы, биологическую детоксикацию, уничтожение взрывом, в том числе ядерным.
Традиционным способом утилизации является газофазное горение, т.е. сжигание распыленного топлива. Например, способ сжигания жидких горючих, включающий подачу воздуха в циклонную камеру сгорания по тангенциальному каналу, топлива в центр в зону разрежения вихря, вывод газовоздушной смеси по касательной в направлении движения вихря (А.В. Талантов. Основы теории горения. Часть 1. Учебное пособие. Казань, Издательство КАИ, 1975). Известное устройство для сжигания жидкого топлива, содержит циклонную камеру сгорания в виде усеченного конуса, два тангенциально расположенных патрубка вблизи основания конуса, один из которых служит для подачи воздуха, другой - для вывода продуктов сгорания из зоны горения. Подача топлива осуществляется через форсунку, расположенную в центре нижнего основания. При работе известного устройства топливо подается в зону разрежения вихря, где, перемешиваясь с воздухом, интенсивно горит. Продукты сгорания истекают в окружающую среду из нижнего патрубка.
Недостатками данного устройства являются: 1) большие температурные градиенты факела, в результате чего легкие фракции будут сгорать, а часть тяжелых фракций не успеет окислиться и образует на стенках камеры сгорания твердые отложения, в результате чего резко ухудшаются эксплуатационные характеристики устройства, 2) для качественного распыления топлива требуется форсунка малого сечения высокого давления. Такие устройства весьма капризно относятся к механическим загрязнителям, требуя останова для технического обслуживания, а это не приемлемо при работе с химически загрязненными топливами.
Сжигание является наиболее простым с технологической точки зрения, а потому наиболее распространенным методом, и считается, что продукты сгорания либо безвредны, либо достаточно абсорбируются в скрубберах ("Оборудование и технология для очистки сточных вод машиностроительных предприятий". Альбом. - М.: ВНИИТЭМР, 1991).
В качестве недостатков указанного метода указывается: 1) высокие энергозатраты, 2) длительность технологического процесса, 3) большое количество отходов, требующих специального хранения или дальнейшего уничтожения. Главным недостатком указанных выше примеров является высокая вероятность образования вследствие реакции галогенов и органических соединений высокотоксичных ксенобиотиков-диоксинов, фуранов и т.д., которые при данной технологии нейтрализовать невозможно. Детоксикация продуктов, вредных для здоровья человека и для окружающей среды, в частности дегалогенирование становится все более актуальной научно-технической задачей, требующей простых, экономически и экологически приемлемых и по возможности универсальных решений.
Большинство специалистов сходятся во мнении, что для нейтрализации токсичных соединений нужны высокие температуры, поэтому в большинстве современных способов производится разложение галогенорганических соединений их сжиганием в специально оборудованных печах при температурах 950-1200°C. Распространение получают плазмотроны.
Теория плазмохимического способа переработки состоит в следующем: обезвреживаемые отходы подаются в струю плазмы, истекающую в реактор из электродугового подогревателя. Предполагается, что в результате пиролиза образуются простые вещества, не представляющие опасности (например, азот, диоксид углерода) или легко нейтрализуемые (такие как галогеноводороды). Продукты пиролиза подвергаются быстрому охлаждению (закалке) для предотвращения образования вторичных вредных веществ. Далее производится нейтрализация продуктов пиролиза перед выбросом их в атмосферу.
Известен способ обезвреживания газообразных и жидких галогенорганических отходов (патент RU 2105929, F23G 7/00, опубл. 27.02.1998), который заключается в том, что галогенорганические вещества и содержащие их отходы предварительно нагревают до температуры, не превосходящей предела их термической стабильности, после чего распыляют струей горячего воздуха при температуре, превышающей температуру кипения отходов. Полученную паровоздушную смесь направляют в воздушную плазменную струю, где проводят окисление отходов при температуре не менее 1500°C, время пребывания в зоне реакции 2-10 мс, при избытке воздуха, необходимого до полного окисления углерода. Далее продукты пиролиза закаливают и нейтрализуют водным раствором щелочи.
Способ имеет следующие недостатки: 1) не все фракции успеют нейтрализоваться за столь короткое время пребывания в высокотемпературной зоне, 2) так как пиролиз проводят кислородом воздуха, то большое количество энергии будет расходоваться на нагрев и окисление содержащегося в нем азота и образование токсичных NOx. Использование воздуха в качестве плазмообразующего газа снижает ресурс работы плазмотрона по сравнению с агрегатами, работающими на нейтральных газах, например азоте, 3) продукты пиролиза нейтрализуют водным раствором щелочи, имеющей высокую стоимость.
Известен плазмохимический способ обезвреживания газообразных и жидких галогенорганических веществ и содержащих их отходов (патент РФ 2224178, F23G 7/00, опубл. 20.02.2004), который вместо воздуха для распыления использует воду, что может позволить улучшить качество продуктов пиролиза за счет избытка кислорода, освобождающегося при разложении воды.
В качестве недостатков указываются: 1) остается проблема использования дорогостоящей щелочи, 2) времени пребывания в активной зоне не достаточно для обезвреживания токсинов, особенно в случае наличия механических загрязнителей или при обезвреживании 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 в предлагаемом температурном режиме потребуется очень большое время, не соизмеримое с 10 мс, а это приведет к необходимости увеличения размеров реактора, значительным потерям тепла в его стенке и переохлаждению продуктов реакции, в результате чего могут образоваться высокотоксичные соединения такие как фосгены и диоксины.
Известен способ утилизации жидких отходов в испарителе и подачи непосредственно в струю плазмообразующего газа реактора (патент RU 2288407 G 7/04, опубл. 27.11.2006), где за счет вторичного воздуха при высокой температуре происходит их окисление. Способ имеет недостатки, подобные тем, которые присущи предыдущему способу. Дополнительной проблемой явится утилизация густой массы, остающейся после испарения легких фракций.
Все способы, предусматривающие использование плазмотронов весьма энергозатратны, сложны, требуют большого количества аппаратов для их реализации. Кроме того в большинстве способов в качестве закаливающей процедуры для нейтрализации токсичных газов предусмотрено их пропускание через раствор щелочного или щелочноземельного металла или распыление такого раствора в поток продуктов горения. Раскаленные газы уносят с собой часть нейтрализующего раствора, а несконденсированные монооксид углерода CO, подукты окисления азота NOx, и т.п. выходят в атмосферу, что приводит к загрязнению окружающей среды, и как таковой данный способ не является экологически безопасным. Кроме того, в результате нейтрализации токсичных газов указанными растворами образуются большие количества жидких сливов, что приводит к загрязнению окружающей среды.
Способ обезвреживания отравляющих веществ (патент РФ 2022590, МКИ A62D 3/00, опубл. 15.11.1994) заключается в термическом разложении отравляющих веществ в зоне горения жидкого органического горючего с кислородом при 2200-3200 К, ввод в поток продуктов горения и разложения сверх стехиометрического количества водного раствора соединения кальция, необходимого для превращения продуктов сгорания, и в улавливании образовавшихся твердых продуктов сгорания. В качестве жидкого органического горючего используют керосин в массовом соотношении к ОВ как 4:1, при этом отравляющее вещество подают в зону горения в виде истинного раствора в керосине. Требуемые высокие температуры получаются при сжигании керосина в условиях кислородной технологии. Вариант подачи отравляющего вещества в зону горения растворенным (размешанным) в топливе используется в заявляемом изобретении. Распыление растворенных веществ будет весьма качественным, даже в случае утилизации вязких полихлорированных бифенилов.
Недостатками способа по патенту РФ 2022590 можно указать 1) относительно низкую энергоэффективность, хотя он значительно менее энергозатратен чем приведенные выше примеры плазмохимических методов, 2) отсутствие охладителей, закаливающих продукты горения допускает возможность обратного синтеза ксенобиотиков 3) образующиеся соединения кальция надо будет утилизировать.
Известен плазмохимический способ обезвреживания хлорорганических веществ (патент РФ 2455568 F23G 7/00 опубл. 10.07.2012) включающий предварительный нагрев этих веществ, перемешивание с перегретым водяным паром, парогазовую смесь подают в плазменную струю реактора, а затем проводят нейтрализацию продуктов пиролиза при температуре 2000-2200°C, отличающийся тем, что процесс пиролиза веществ проводят в турбулентном режиме при числе Re не менее 10000, а время пребывания парогазовой смеси в реакторе 5-10 мс, продукты реакции после реактора направляют в камеру дожигания, в которой поддерживают температуру не ниже 1300°C, а время пребывания газового потока 2-3 с, и проводят процесс окисления при подаче в камеру дожигания воздуха или кислорода, обеспечивающих коэффициент избытка окислителя равным 1,02-1,10, продукты реакции, выходящие из камеры дожигания, подвергают ступенчатому охлаждению распылом воды в поток газа, при этом на первой ступени охлаждение до 550-650°C, на второй ступени - до 200-300°C и третьей ступени - до 120-150°C.
Данный способ имеет наибольшее количество схожих фрагментов с заявляемым изобретением в части предварительного нагрева, высокотемпературного горения, наличия камеры дожигания увеличивающей время нейтрализации до 2-3 сек.
Недостатком способа является 1) ступенчатое охлаждение, так как именно на средних температурах 200-800°C наиболее вероятен синтез галогенорганики в виде ксенобиотиков (Федоров Л.А. «Диоксины как экологическая опасность: ретроспектива и перспективы». М.: Наука, 1993), 2) большая энергоемкость процесса.
Подавляющее большинство жидкотопливной аппаратуры не предназначено для работы с топливами различного фракционного состава, содержащих механические примеси. Химические средства обезвреживания токсикантов обычно имеют узконаправленное действие и создают вторичный поток загрязнителей, часто более опасный, чем исходники. Низкотемпературные <700°C процессы синтезируют из относительно безвредных галогенов супертоксичные вещества типа ксенобиотиков. Методы высокотемпературной деструкции наиболее универсальны, но весьма дорогостоящи, либо энергозатратны так как это в основном либо кислородные технологии, либо плазмохимические методы и многие из них формируют поток продуктов окисления азота воздуха, которые сами по себе весьма токсичны. Многие способы ограничиваются высокотемпературной деструкцией, но не заботятся о дальнейшей судьбе продуктов сжигания или пиролиза, которые поступают в раскаленный дымоход и участвуют в синтезе отравляющих веществ эквивалентны боевым по силе воздействия на человека.
В качестве прототипа устройства указывается Устройство для экологически чистой утилизации жидких горючих отходов (RU 2584398, F23G 5/00, F23C 9/06 опубл. 20.05.2016), содержащее эквивалентные узлы: ресиверы основного и легковоспламеняемого топлива и раствора нейтрализующего агента, давление в которых регулируется, распыливающее устройство, рециркуляционную камеру горения, узел подогрева топлива.
В основу заявляемой группы изобретений поставлена задача создать способ сжигания химически загрязненных жидких топлив разного фракционного состава, в том числе вязких и содержащих механические примеси, который за счет введения новой совокупности действий и последовательности их выполнения позволит обеспечить высокоэффективное достижение технического результата, заключающегося в безопасном разложении компонентов топливной смеси путем сжигания с обеспечением утилизации тепла, и защите окружающей природной среды.
Технический результат заявляемой группы изобретений - энергоэффективная экологически безопасная утилизация химически загрязненных жидких топлив разного фракционного состава, содержащих вязкие фракции и механические примеси в энергоэффективном устройстве, при этом частными случаями топливной смеси могут быть отходы углеводородов, смеси качественных топлив с подлежащими обезвреживанию ядохимикатами, отравляющими веществами, стойкими органическими загрязнителями типа диоксинов, фуранов, некондиционными лекарственными препаратами, которые можно подать на сжигание в растворенном или во взвешенном в жидком топливе виде, распыляя в камеру горения через жидкотопливную форсунку.
Для решения этой задачи предлагаются новые способ и устройство, содержащее инновационные системы подготовки топлива и горения.
Поставленная цель решается тем, что в способе экологически безопасной утилизации химически загрязненных жидких топлив розжиг производится на чистом легковоспламеняемом топливе, воздух, используемый для аэрации и распыления топливной смеси пропускают через ресивер топливной смеси снизу вверх, в результате чего топливная смесь непрерывно гомогенизируется в целях недопущения ее расслоения и выпадения взвешенных частиц, топливная смесь подогревается, состав топливо-воздушной смеси регулируют изменением количества сжатого воздуха подаваемого струей в канал топливной смеси, благодаря чему состав топливо-воздушной смеси остается неизменным в процессе горения даже в случае наличия в топливе механических примесей. Газофазное горение происходит в импульсном режиме в горелочном устройстве, в котором часть продуктов горения возвращается на вход горелочного устройства, что повышает температуру на входе горелочного устройства, позволяет получить температуру горения выше 900°C и увеличить время пребывания компонентов топливной смеси в высокотемпературной зоне, а также регулируется подача атмосферного воздуха, в область высокотемпературного горения, что позволяет минимизировать образование NOx. Качество обезвреживания густых фракций и механических частиц увеличивается также за счет увеличения времени пребывания компонентов топливной смеси в высокотемпературной зоне в области дожигания, где происходит осаждение механических частиц, далее происходит резкое охлаждение продуктов горения в эффективном теплопотребителе, который в случае отсутствия необходимости утилизации выделяющегося при горении тепла заменяется на эффективный вентилятор, а при необходимости связывания освобожденных галогенов производится подача в продукты горения нейтрализующего раствора, содержащего щелочной металл.
Для реализации способа предложено устройство включающее: источник сжатого воздуха с редукционным клапаном, ресивер топливной смеси, подогреватель топливной смеси, смеситель-дозатор топливной смеси, ресивер чистого топлива, узел розжига, рециркуляционную горелку, эффективное устройство охлаждения, в которое при необходимости может распыливаться нейтрализующий раствор из ресивера нейтрализующего раствора через смеситель-дозатор нейтрализующего раствора. Дополнительно устройство содержит узел дозации атмосферного воздуха, дожигатель оборудован отбойником и имеет открывающийся отсек для накопления механических частиц, выпадающих из продуктов горения, а ресивер топливной смеси оборудован устройством для непрерывной гомогенизации топлива.
Система подготовки топлива в состав которой входит ресивер топливной смеси, редукционный клапан, узел дозации сжатого воздуха, смеситель, фильтр, подогреватель топливной смеси, распыливающая форсунка, отличается тем, что топливо-воздушный состав регулируется подачей сжатого воздуха, а канал топливной смеси нигде не становится меньше 1 мм, включая распыливающую форсунку, разогретая топливная смесь аэрируется сжатым воздухом в смесителе, где струя воздуха через калиброванный жиклер взбивает в тонком канале поток топлива, при этом сжатый воздух для дозирования, аэрации, распыливания топливной смеси забирается в верхней части ресивера топливной смеси, а подается в его нижнюю часть.
Основным узлом устройства является также рециркуляционная горелка, в которой часть продуктов горения возвращается на вход горелочного устройства через зазор, образованный между внутренним и наружным корпусами горелки, отличающаяся тем, что имеет регулируемый зазор между дном горелки, на котором расположена распыливающая топливную смесь форсунка и наружным корпусом, предназначенный для регулировки количества инжектируемого атмосферного воздуха.
Описываемая группа изобретений поясняется схемами, приведенными на рис. 1, рис. 2, рис. 3.
На рис. 1 изображена схема предлагаемого устройства, на рис. 2 - схема системы подготовки топлива, на рис. 3 - схема рециркуляционной горелки с узлом дозирования атмосферного воздуха
Устройство для способа экологически безопасной утилизации химически загрязненных жидких топлив содержит:
источник сжатого воздуха 1 с редукционным клапаном, ресивер топливной смеси 2, узел дозации сжатого воздуха 4, смеситель-аэратор топливной смеси 3, подогреватель топливной смеси 6, ресивер чистого топлива 5, рециркуляционная горелка 7, дожигатель 8, с отбойником 9, устройство охлаждения 12, ресивер нейтрализующего раствора 10, смеситель-дозатор нейтрализующего раствора 11
В состав системы подготовки топлива входит ресивер топливной смеси 2, редукционный клапан 13, узел дозации сжатого воздуха 4, смеситель-аэратор топливной смеси 3, фильтр 14, подогреватель топливной смеси 6, распыливающая форсунка 15.
В составе рециркуляционной горелки в целях заявляемого изобретения выделены следующие основные элементы: дно горелки 16, регулируемый зазор 17, наружный корпус 18, внутренний корпус 19, торец с выходным отверстием 20. Стрелками указано направление движения топливовоздушной смеси и газов.
Устройство работает следующим образом:
Ресивер топливной смеси 2 заправляют топливом и другими компонентами в зависимости от выполняемой задачи. Это могут быть отходы углеводородов, растворы или взвеси отравляющих веществ в жидких топливах. Внешний источник сжатого воздуха через редукционный клапан 13 подключен в нижней части ресивера топливной смеси 2. Воздух для распыла топливной смеси участвующий в подготовке топливо-воздушной смеси забирается из верхней части ресивера топливной смеси. Это позволяет постоянно перемешивать топливную смесь, предотвращая ее расслоение. Это особенно актуально при наличии в топливе негорючих фракций, вязких фракций или механических взвесей. Сжатый воздух также используется для поддержания давления в ресиверах чистого топлива 5 и нейтрализующего раствора 10. Розжиг производится на чистом легковоспламеняемом топливе.
Топливная смесь через фильтр топливной смеси 14, далее через подогреватель топливной смеси 6 поступает в смеситель-аэратор 3. Подогреватель топливной смеси 4 служит для усреднения вязкости различных топлив и улучшения качества распыла. Соотношение долей воздуха и компонентов топливной смеси, поступающих на распыл в форсунку 15 регулируется в узле дозации сжатого воздуха 4, который может быть выполнен в виде плунжерного регулятора. Канал топливной смеси нигде не становится меньше 1 мм, включая распыливающую форсунку 15, исключая фильтр 14. Разогретая топливная смесь аэрируется воздухом в смесителе-аэраторе 3, где струя воздуха через калиброванный жиклер взбивает и дозирует в тонком канале поток разогретого топлива. К фильтру предъявляются повышенные требования, чтобы в процессе горения не изменялось его сопротивление движению топливной смеси. Ячейки фильтра немного менее 1 мм, а площадь и конструкция зависит от используемого топлива: фильтр не должен изменять сопротивление движению топливной смеси в процессе горения, так как это изменит качество топливо-воздушной смеси, что недопустимо при утилизации топлив неизвестного химического состава содержащих токсичные компоненты. Таким образом обеспечивается гомогенизация и качественное распыление топливо-воздушной смеси, состав которой не изменяется в процессе горения. Газофазное горение происходит в импульсном режиме в горелке 7, в которой часть продуктов горения возвращается на вход горелки к ее дну 16. Камера горения горелки конструктивно состоит из двух коаксиальных корпусов внутреннего 19 и наружного 18, дна горелки 16 и выходного торца 20, при этом выходное отверстие в торце 20 равно сечению внутреннего корпуса 19, внутренний корпус 19 короче наружного 18, так чтобы между внутренним корпусом и выходным торцем, внутренним корпусом и наружным корпусом, внутренним корпусом и дном горелки образовывался зазор для рециркуляции раскаленных газов от выходного торца 20 ко дну горелки 16, а между дном горелки 16 и наружным цилиндром 18 создан регулируемый зазор 17 для дозирования проходящего через камеру горения воздуха. Такая конструкция при импульсном режиме горения обеспечивает возвратно-поступательное движение воздуха в зазоре 17 между дном горелки и наружным цилиндром с преимущественным движением газов внутрь камеры горения. Регулировка зазора 17 позволяет минимизировать поток транзитного воздуха через зону высокотемпературного горения.
Рециркуляция газов повышает температуру на входе горелочного устройства и позволяет получить температуру горения выше 900°C. В большинстве горелочных устройств высокотемпературное горение образует поток окисленного азота. В заявленном изобретении количества окисленного азота не превышают 1,0 мг/м3 для устройства мощностью 10 кВт при температуре факела 1000°C.
Результаты работы заявляемого изобретения при утилизации отходов углеводородов автомобильного сервиса: смесь отработанных синтетических и минеральных масел, содержащих разнообразные химические и механические примеси приведены в табл. 1.
Масляные следы непрогоревших топлив, нормируемые для жидкотопливных горелок, отсутствуют полностью. Продукты окисления азота нормируемые для котлов малой мощности практически отсутствуют. Значительным техническим результатом является практическое отсутствие продуктов окисления азота в высокотемпературном горелочном устройстве, без использования кислородных и энергозатратных плазменных технологий.
Качество обезвреживания густых фракций и механических частиц в заявляемом устойстве увеличивается за счет увеличения времени их пребывания в высокотемпературной зоне не только в камере горения за счет рециркуляции раскаленных газов с выхода на вход горелочного устройства, а также за счет создания высокотемпературной зоны в области дожигателя 8. Температура перед отбойником 9 раскаленных газов с выхода на вход горелочного устройства, а также за счет создания высокотемпературной зоны в области дожигателя 8. Температура перед отбойником 9 выше 1000°C. Отбойник предотвращает также сквозной пролет крупных механических частиц. В дожигателе также сформирован отсек в котором до поступления в дымоход оседают механические пылевые частицы. Резкое охлаждение продуктов горения происходит в каналах 12 эффективного теплопотребителя, который в случае отсутствия необходимости утилизации выделяющегося при горении тепла заменяется на эффективный вентилятор. Также при необходимости связывания освобожденных галогенов может производится подача в продукты горения нейтрализующего раствора, содержащего щелочной металл.
В случае неправильного сжигания органики в присутствии галогенов высока вероятность образования устойчивых токсинов-ксенобиотиков.
Измерения супертоксичных соединений типа диоксина в продуктах горения устройства для способа экологически безопасной утилизации химически загрязненных жидких топлив при подаче в топливо известного поставщика хлора показали практическое отсутствие диоксиноподобных соединений. Результаты приведены в табл. 2.
В таблице приведен пример среднего результата 12,2 пг/м3. Крайние результаты = 74,8 пг/м3; 1,0 пг/м3. Предельным нормативом считается 100 пг/м3 (Директива 2000/76/ЕС Европейского парламента и Совета "О сжигании отходов" Брюссель, 4 декабря 2000 года)
Проведены также контрольные измерения наличия полихлорированных бифенилов.
Результаты подтверждающие отсутствие токсической хлороорганики приведены в таблице 3.
Главным условием при утилизации топлив неизвестного химического состава или топлив заведомо содержащих галогенорганику или иные токсичные вещества является стабильная, при отсутствии температурных градиентов факела высокотемпературная деструкция. Для этого состав топлива, состав топливо-воздушной смеси не должны меняться в процессе горения, обезвреживаемые вещества как можно дольше должны находиться в зоне высоких температур ≥900, продукты горения должны подвергаться максимально резкому охлаждению.
Как и в известных способах уничтожения токсичных органических веществ при высокотемпературном разложении, эффективность предлагаемого способа мало зависит от природы уничтожаемого органического вещества. Поэтому предлагаемый способ может быть использован для утилизации широкого спектра токсичных веществ или их смесей.
Практически во всех низкозатратных устройствах при высокой температуре сжигания из азота воздуха возможно образование оксидов азота.
Предлагаемые способ и устройство не имеют этого недостатка.
Вариантами топливной смеси могут быть: 1) отходы горючих углеводородов с содержанием до 15-30% негорючих фракций, 2) добавка 2-3% насыщенного нейтрализующего раствора содержащего щелочной металл типа Na2CO3 в случае утилизации топлива, загрязненного галогенидами, 3) растворы обезвреживаемых веществ в чистых топливах, 4) взвеси обезвреживаемых веществ в вязких чистых топливах. При этом чистым топливом могут считаться отходы углеводородов, содержащие минимальные количества негорючих фракций.
Наиболее рациональным способом использования предлагаемого способа и устройства является утилизация углеводородных отходов на местах их образования с добавкой обезвреживаемых веществ и использование тепла, например в целях отопления.
Небольшие количества образующегося пылевидного осадка могут быть утилизированы при производстве бетонных работ.
Относительно малые габариты и вес реакторного узла позволяют смонтировать его на специально оборудованном транспортном средстве, что обеспечивает мобильность установки.
Claims (8)
1. Способ экологически безопасной утилизации химически загрязненных жидких топлив, включающий розжиг на чистом топливе, подогрев топливной смеси, газофазное горение при температуре больше 900°С, дожигание компонентов топливной смеси, очистку дымовых газов от механических частиц, охлаждение дымовых газов, отличающийся тем, что топливную смесь гомогенизируют непрерывно, состав топливо-воздушной смеси не меняется в зависимости от наличия в топливной смеси механических примесей, время пребывания обезвреживаемых компонентов топливной смеси в зоне высоких температур увеличивают за счет частичной рециркуляции продуктов горения на вход горелочного устройства, что повышает температуру на входе горелочного устройства и позволяет получить температуру горения более 900°С, доступ атмосферного воздуха в зону высоких температур регулируют с целью минимизации количества продуктов окисления азота воздуха.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что гомогенизацию топливной смеси в целях недопущения ее расслоения и выпадения взвешенных частиц производят пропусканием через ресивер топливной смеси снизу вверх воздуха, используемого для распыления топливной смеси.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что газофазное горение происходит в импульсном режиме.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что состав топливо-воздушной смеси регулируют изменением количества сжатого воздуха, подаваемого струей в канал топливной смеси.
5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для недопущения обратного синтеза токсичных веществ в горячих продуктах горения охлаждение производят в теплопотребителе, а в случае отсутствия необходимости утилизации выделяющегося при горении тепла охлаждение производят вентилятором.
6. Устройство для способа экологически безопасной утилизации химически загрязненных жидких топлив, включающее: источник сжатого воздуха с редукционным клапаном, поддерживающий давление в ресивере топливной смеси, откуда топливо через подогреватель топливной смеси поступает в смеситель топливной смеси, узел дозации сжатого воздуха, подаваемого в смеситель топливной смеси, рециркуляционную горелку, устройство охлаждения продуктов горения, в которое при необходимости может распыливаться нейтрализующий раствор из ресивера нейтрализующего раствора через смеситель-дозатор нейтрализующего раствора, отличающееся тем, что на входе горелки содержит узел дозации атмосферного воздуха, продукты горения из горелки поступают в дожигатель, а затем в охладитель, а ресивер топливной смеси оборудован устройством для непрерывной гомогенизации топлива.
7. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что дожигатель оборудован отбойником, предотвращающим сквозной пролет механических частиц, и отсеком для накопления выпадающих из продуктов горения механических частиц.
8. Рециркуляционная горелка, в которой часть продуктов горения возвращается на вход горелочного устройства через зазор, образованный между внутренним и наружным корпусами горелки, отличающаяся тем, что имеет регулируемый зазор между дном горелки, на котором расположена распыливающая топливную смесь форсунка, и наружным корпусом, предназначенный для регулировки количества инжектируемого атмосферного воздуха.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016126356A RU2676298C1 (ru) | 2016-06-30 | 2016-06-30 | Способ экологически безопасной утилизации химически загрязненных жидких топлив и устройство для его осуществления |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016126356A RU2676298C1 (ru) | 2016-06-30 | 2016-06-30 | Способ экологически безопасной утилизации химически загрязненных жидких топлив и устройство для его осуществления |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2676298C1 true RU2676298C1 (ru) | 2018-12-27 |
Family
ID=64753705
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016126356A RU2676298C1 (ru) | 2016-06-30 | 2016-06-30 | Способ экологически безопасной утилизации химически загрязненных жидких топлив и устройство для его осуществления |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2676298C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2730304C1 (ru) * | 2019-03-19 | 2020-08-21 | Исмагил Шакирович Хуснутдинов | Способ утилизации масло-нефтесодержащих отходов, замасленной окалины, отходов коксохимического производства |
RU2780095C1 (ru) * | 2021-08-06 | 2022-09-19 | Общество с ограниченной ответственностью "Современные Исследовательские Технологии" | Способ очистки и деструкции газов |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2164640C1 (ru) * | 1999-11-01 | 2001-03-27 | Военный инженерно-технический университет | Способ подготовки жидкого топлива к сжиганию и устройство для его осуществления |
KR100888810B1 (ko) * | 2007-11-01 | 2009-03-16 | 주식회사 이레 | 축분 연료를 이용한 보일러 |
RU2455568C2 (ru) * | 2010-05-18 | 2012-07-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский научный центр "Прикладная химия" | Плазмохимический способ обезвреживания хлорорганических веществ |
RU2584398C2 (ru) * | 2013-03-18 | 2016-05-20 | Сергей Николаевич Шафранов | Устройство для экологически чистой утилизации жидких горючих отходов |
-
2016
- 2016-06-30 RU RU2016126356A patent/RU2676298C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2164640C1 (ru) * | 1999-11-01 | 2001-03-27 | Военный инженерно-технический университет | Способ подготовки жидкого топлива к сжиганию и устройство для его осуществления |
KR100888810B1 (ko) * | 2007-11-01 | 2009-03-16 | 주식회사 이레 | 축분 연료를 이용한 보일러 |
RU2455568C2 (ru) * | 2010-05-18 | 2012-07-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский научный центр "Прикладная химия" | Плазмохимический способ обезвреживания хлорорганических веществ |
RU2584398C2 (ru) * | 2013-03-18 | 2016-05-20 | Сергей Николаевич Шафранов | Устройство для экологически чистой утилизации жидких горючих отходов |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2730304C1 (ru) * | 2019-03-19 | 2020-08-21 | Исмагил Шакирович Хуснутдинов | Способ утилизации масло-нефтесодержащих отходов, замасленной окалины, отходов коксохимического производства |
RU2780095C1 (ru) * | 2021-08-06 | 2022-09-19 | Общество с ограниченной ответственностью "Современные Исследовательские Технологии" | Способ очистки и деструкции газов |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4582004A (en) | Electric arc heater process and apparatus for the decomposition of hazardous materials | |
JP4185289B2 (ja) | 産業用燃焼設備を利用した廃液の焼却処理方法および混合液体 | |
US6234092B1 (en) | Thermal treatment of incombustible liquids | |
KR20030067241A (ko) | 고온 플라즈마를 이용한 다이옥신 및 분진 제거방법 및 그장치 | |
CN111306549A (zh) | 基于二次燃烧室富氧送风的绿色高效危险废物回转窑焚烧处理方法 | |
JPH06505667A (ja) | 廃棄物焼却装置からの廃ガスを解毒する方法および装置 | |
CN110404926A (zh) | 一种等离子体处理有机废弃物系统 | |
US5213492A (en) | Combustion method for simultaneous control of nitrogen oxides and products of incomplete combustion | |
RU2676298C1 (ru) | Способ экологически безопасной утилизации химически загрязненных жидких топлив и устройство для его осуществления | |
CN219976435U (zh) | 一种等离子熔融耦合焚烧炉的医废处理系统 | |
US5242295A (en) | Combustion method for simultaneous control of nitrogen oxides and products of incomplete combustion | |
CN111197754A (zh) | 基于二次燃烧室富氧送风的绿色高效危险废物回转窑焚烧处理系统 | |
Van Oost et al. | Destruction of toxic organic compounds in a plasmachemical reactor | |
JP4244270B2 (ja) | ポリ塩化ビフェニルの燃焼分解方法及び高温焼却装置 | |
KR100210225B1 (ko) | 선회연소식 액상 폐기물 소각장치 | |
CN211902914U (zh) | 基于二次燃烧室富氧送风的绿色高效危险废物回转窑焚烧处理系统 | |
JP2005180881A (ja) | 廃棄物の処理装置 | |
RU2455568C2 (ru) | Плазмохимический способ обезвреживания хлорорганических веществ | |
CA2060953C (en) | Combustion method for simultaneous control of nitrogen oxides and products of incomplete combustion | |
JPH116612A (ja) | フロンの分解処理システム | |
JP2948344B2 (ja) | 有機物の熱分解方法 | |
RU177616U1 (ru) | Блок термической утилизации | |
CN112923382A (zh) | 一种高浓度有机废液等离子体裂解重组系统和方法 | |
RU2353857C1 (ru) | Способ утилизации жидких отходов | |
EP1071912B1 (en) | Method and apparatus for the prevention of global warming, through elimination of hazardous exhaust gases of waste and/or fuel burners |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200701 |