Установка для утилизации препаративных форм пестицидов и других низкоконцентрированных смесей высокотоксичных веществ

Полезная модель относится к экологии окружающей среды, а именно к утилизации препаративных форм пестицидов и других низкоконцентрированных смесей токсичных и высокотоксичных веществ. Установка содержит: бункер 1 для загрузки утилизируемого материала; дозатор подачи 2; реакционную камеру в виде вращающейся печи 4 барабанного типа; узел выгрузки 9 и приемный бункер 10 огарков; камеру дожигания, состоящую из реактора 11 с плазматроном 12, в которой осуществляют деструкцию газовой фазы утилизируемого материала; емкость 16 с раствором мочевины, подаваемым в нижнюю часть реактора 11 для нейтрализации вредных окислов азота; закалочные устройства 18 и 19 с закалочным раствором, для исключения возможного синтеза вторичных токсичных веществ в газовом потоке; отстойник 20 с закалочным раствором и отстойник 24 с жидким поглотителем; абсорбционную колонну 25 насадочного типа с жидким поглотителем; адсорбер 29 с активированным углем; емкость оборотного водоснабжения 30, через которые принудительно, с помощью вакуумного насоса 26 пропускается газовый поток выходящий из камеры дожигания. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Полезная модель относится к экологии окружающей среды, а именно к утилизации препаративных форм пестицидов, представляющих собой сложные смеси действующего вещества (основной токсикант, далее - ДВ) с горючими (органическими) и негорючими (минеральными) ингредиентами и других низкоконцентрированных смесей токсичных и высокотоксичных веществ.

Известно устройство для экологически чистого уничтожения супертоксичных веществ при горении (RU 2203452 С2 от 27.04.2003 г., МПК(7) F23G 7/00, F23G 7/04). Устройство, представляющее собой проточный реактор, включает в себя две камеры: первая камера сгорания, в которую подаются окислитель, горючее и супертоксичное вещество; вторая камера - камера дожига, соединяемая с первой камерой каналом внезапного расширения.

Недостатком этого устройства является то, что в данном техническом решении производится утилизация «чистого», не загрязненного посторонними примесями и включениями супертоксичного вещества в смеси с жидким горючим.

Известно устройство для плазменного пиролиза жидких отходов (RU 2093754 С1 от 20.10.1997 г. МПК(6) F23G 5/00). Установка содержит плазматрон, специальный плазмореактор, в котором создается температура 2000-5000 К, узел ввода жидких отходов, узел закалки и очистки, представляющий собой центробежно-барботажный аппарат с автономными рециркуляционными контурами для жидких абсорбентов, где происходит закалка и очистка получаемых на выходе из плазмореактора реагентов, и ванны с дистиллированной водой, в которой происходит нейтрализация

остаточных следов субмикронных летучих частиц токсичных и вредных веществ.

Недостатком данного устройства является утилизация только жидких препаративных форм пестицидов и других высокотоксичных органических веществ или их смесей с жидким топливом.

Известно устройство для термического уничтожения токсичных и высокотоксичных веществ (RU 2178116 С2 от 01.10.2002 г. МПК(7) F23G 7/00, F23G 5/00). Устройство содержит реактор с камерой сгорания, в которую подается уничтожаемое вещество и окислитель. Камера сгорания разделена на зону термического разложения, зону дожигания, первую и вторую закалочную зону.

Недостатком является то, что утилизация низкоконцентрированных жидких и твердых препаративных форм пестицидов, а также в смеси с разлагающейся тарой, землей и другим присутствующим мусором в данном устройстве проводится при высоком уровне энергозатрат.

Известна печь для термического уничтожения промышленных отходов (RU 2015454 С1 от 20.11.91 МПК(5) F23G 7/00), содержащая камеру сжигания и систему очистки и обезвреживания продуктов сгорания, содержащую абсорберы, отстойник, сепарационную камеру и теплообменник.

Недостатком данной печи является то, что она не позволяет уничтожать твердые, сыпучие, а также газообразные отходы, для уничтожения которых, с целью предотвращения образования вредных высокомолекулярных соединений в выхлопных газах (фуранов, диоксинов и т.п.), требуются высокие температуры. Кроме этого, система очистки этой установки не обеспечивает эффективную очистку выхлопных газов от мелких фракций сажи, азотистых и сернистых соединений.

Известно устройство для термической переработки отходов (RU 2038537 С1 от 10.08.93 МПК(5) F23G 7/00), содержащее шахтную печь с загрузочным устройством, плазменные горелки, коаксиальный плазматрон, центральный

полый электрод которого соединен с загрузочным устройством, систему очистки отходящих газов с теплообменником и блоками контроля температуры и состава отходящих газов.

Недостатком данного устройства является то, что его эксплуатация не исключает выбросы в окружающую среду частично не разрушенных органических материалов и образование вторичных опасных органических продуктов в выхлопных газах из-за несовершенной системы очистки.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой нами установке является установка для высокотемпературного уничтожения токсичных промышленных отходов (RU 2246072 от 10.02.2005 г. МПК(7) F23G 7/00, F23G 5/10, F23G 5/50).

Установка содержит загрузочное устройство, рабочую камеру с плазменными нагревателями, систему очистки продуктов сгорания и удаления продуктов разложения. Рабочая камера образована двумя последовательно размещенными плазменными нагревателями, составляющими, соответственно, реакционную камеру и камеру дожигания. Сверху рабочей камеры размещено загрузочное устройство, снабженное герметичным затвором и дозатором подачи отходов. Система очистки и удаления продуктов разложения выполнена в виде жидкостного эмульгирующего устройства вихревого типа, снабженного теплообменником, отстойником и дымососом.

Недостатком установки является использование на первой стадии утилизации высокотемпературного разложения препаративных форм пестицидов. Это приводит к наружному оплавлению их минеральных ингредиентов с сохранением внутри неразложившегося ДВ пестицида, что не исключает возможности последующего загрязнения ими окружающей среды. Кроме того, данный способ не экономичен, так как на обеих стадиях процесс ведут при высоких температурах и основная часть энергозатрат приходится на разогрев нетоксичных минеральных ингредиентов (наполнителей) токсичных промышленных отходов.

Технической задачей является создание эффективной и экономичной установки для экологически чистой утилизации препаративных форм пестицидов и других низкоконцентрированных смесей высокотоксичных веществ, а также их смесей с присутствующим мусором.

Поставленная задача решается за счет того, что установка содержит: бункер для загрузки утилизируемого материала; дозатор подачи утилизируемого материала шнекового типа; реакционную камеру выполненную в виде вращающейся печи барабанного типа, оборудованной электронагревателями и электромеханическим подъемником, изменяющим угол наклона печи; узел выгрузки и приемный бункер огарков (продуктов первичного пиролиза); камеру дожигания, состоящую из реактора с плазматроном, в котором происходит деструкция газовой фазы органической составляющей утилизируемого материала; емкость с раствором мочевины, который подают в нижнюю часть реактора для нейтрализации вредных окислов азота, генерируемых потоком плазмы плазматрона из присутствующих в реакторе азота и кислорода; закалочные устройства с жидким хладагентом - водным раствором щелочей, для исключения возможного синтеза токсичных веществ из продуктов термического распада, присутствующих в выходящем из реактора газовом потоке, в которых происходит достаточно быстрое снижение его температуры (щелочной раствор к тому же является нейтрализующим реагентом для кислых газов, а также для хлора и хлороводорода, что приводит к их достаточно полному извлечению); отстойники со связывающими и нейтрализующими растворами; абсорбционную колонну с жидким поглотителем (абсорбентом); адсорбер с активированным углем; емкость оборотного водоснабжения, через которые принудительно, с помощью вакуумного насоса водокольцевого типа пропускается газовый поток выходящий из камеры дожигания, чем обеспечивается экологически чистая утилизация препаративных форм пестицидов, других низкоконцентрированных смесей

высокотоксичных веществ, и снабжена системой управления, оборудованной блоком отображения, контроля и анализа режимных параметров.

В дозаторе подачи материала, во избежание температурного размягчения и налипания утилизируемого материала на шнек за счет тепловых потоков, выходящих из реакционной камеры, предусмотрена система водяного охлаждения шнека. Массу утилизируемого материала, подвергаемую первичному пиролизу в реакционной камере за рабочий цикл, задают скоростью вращения шнека.

При наклоне вращающейся печи выход газовой фазы из нее в камеру дожигания осуществляется со стороны дозатора подачи утилизируемого материала в реакционную камеру, что более результативно, так как противоток движения в реакционной камере твердой и газовой фаз продуктов утилизированного материала исключает загрязнение твердых продуктов утилизации (огарков) органической составляющей, находящейся в газовой фазе.

Управление работой установки осуществляют с пульта автоматического управления, оборудованного блоком отображения и контроля режимных параметров.

На фиг.1 представлена блок-схема установки для утилизации препаративных форм пестицидов и других низкоконцентрированных смесей высокотоксичных веществ (далее - установка).

Установка включает: бункер 1 для загрузки утилизируемого материала; дозатор подачи 2 утилизируемого материала, снабженный шнеком 3; реакционную камеру в виде вращающейся печи 4 барабанного типа; электродвигатель 5 вращающий печь 4 барабанного типа; регулируемый электронагреватель 6 печи 4; электромеханический подъемник 7, изменяющий угол наклона печи 4; систему водяного охлаждения 8 шнека 3 дозатора подачи 2; узел выгрузки 9 и приемный бункер 10 для огарков; камеру дожигания, состоящую из реактора 11 и плазматрона 12; парогенератор 13; двух емкостей с дистиллированной водой 14,

обеспечивающих бесперебойную работу парогенератора 13; компрессор 15; емкость 16 с раствором мочевины; насос 17, для подачи раствора мочевины в реактор 11; закалочные устройства 18 и 19; отстойник 20 с закалочным раствором; теплообменник 21; насос 22 для подачи раствора в закалочные устройства 18, 19; теплообменник 23; отстойник 24 с жидким поглотителем (абсорбентом); абсорбционную колону 25 насадочного типа; вакуумный насос 26 водокольцевого типа; теплообменник 27; насос 28 для подачи жидкого поглотителя в абсорбционную колону 25; адсорбер 29 с активированным углем; емкость оборотного водоснабжения 30; змеевик охлаждения 31 емкости 30; расширительная емкость 32; насос 33 для подачи и поддержания требуемого давления воды в установке; пробоотборники, 34, 35, 36 и 37 для отбора проб отходящих газов на разной стадии очистки.

Управление работой установки осуществляют с пульта автоматического управления, оборудованного блоком отображения и контроля режимных параметров, который в описании не приведен и на блок-схеме (фиг.1) не показан.

Установка работает следующим образом. Утилизируемый материал загружают в бункер 1 установки, откуда он поступает в дозатор подачи 2 материала. С помощью шнека 3 дозатора подачи 2 утилизируемый материал подается во вращающуюся печь 4. Температуру в рабочей зоне печи поддерживают в диапазоне 400-1000°С. Режим работы вращающейся печи 4 определяет температура нагрева ее рабочей зоны (регулируется электронагревателем 6), скорость вращения (регулируется электродвигателем 5) и угол ее наклона (изменяется с помощью электромеханического подъемника 7). Эти параметры определяют в зависимости от вида и состояния утилизируемого материала (его степени загрязненности посторонними примесями). Правильный выбор режима работы вращающейся печи 4 обеспечивает оптимальное время пребывания утилизируемого материала в рабочей зоне печи 4, в течение которого происходит полное извлечение органической составляющей, являющейся основным ядовитым и

загрязняющим компонентом пестицидов, из твердой фазы утилизируемого материала и перевод ее в газовую фазу. Извлечение органической составляющей пестицидов при выбранном режиме печи 4 должно быть полным или таким, чтобы твердый огарок на выходе из печи представлял собой отходы IV-V классов опасности.

Массу утилизируемого материала, подаваемую во вращающуюся печь 4 задают скоростью вращения шнека 3 дозатора подачи 2, вариации которой связаны с видом утилизируемого материала и со степенью его загрязненности посторонними примесями.

Загрузка утилизируемого материала во вращающуюся печь 4 происходит при работающей системе водяного охлаждения 8 шнека 3 дозатора подачи 2.

Оставшиеся после прохождения печи 4 огарки (продукты первичного пиролиза) через узел выгрузки 9 ссыпают в приемный бункер 10.

Газовую фазу органической составляющей утилизируемого материала в виде отходящих газов направляют в реактор 11, где при температурах не ниже 2000°С, обеспечиваемых работой плазматрона 12, происходит их деструкция до атомарного состояния.

Плазмообразующим рабочим телом плазматрона 12 является водяной пар, который подают в плазматрон 12 из парогенератора 13. Образующим водяной пар рабочим телом парогенератора 13 является дистиллированная вода, которая подается из емкостей 14.

Подача воды в парогенератор 13 происходит за счет создания компрессором 15 в емкостях 14 избыточного давления воздуха. Пусковым плазмообразующим газом плазматрона 12 является воздух, который подают от компрессора 15.

В нижнюю часть реактора 11 из емкости 16 насосом 17 подают раствор мочевины, который обеспечивает нейтрализацию вредных окислов азота генерируемых потоком плазмы плазматрона 12 из присутствующих в реакторе 11 азота и кислорода.

Во избежание возможного синтеза вторичных токсичных веществ из присутствующих в выходящем из реактора 11 газовом потоке продуктов термического распада, последний направляют в закалочное устройство 18 и далее в закалочное устройство 19.

В закалочных устройствах 18 и 19, за счет интенсивного взаимодействия выходящего из реактора газового потока с жидким хладагентом (водным раствором щелочей или водой) происходит быстрое снижение его температуры. Температуру газового потока на выходе из закалочных устройств 18, 19 поддерживают на уровне не выше 100°С. Раствор в закалочные устройства 18, 19 подают из отстойника 20 через теплообменник 21 насосом 22, параллельно производят частичный возврат закалочного раствора в отстойник 20 для поддержания в нем рабочей температуры.

Прошедший закалочные устройства 18, 19 газовый поток направляют через теплообменник 23, в отстойник 20 затем в отстойник 24, здесь происходит сепарация, связывание и нейтрализация компонентов газовой фазы и далее в абсорбционную колону 25 насадочного типа, где производят его доочистку жидким поглотителем (абсорбентом). Принудительное движение газового потока происходит за счет разрежения создаваемого вакуумным насосом 26 водокольцевого типа.

Жидкий поглотитель в колону 25 подают из отстойника 24 через теплообменник 27 насосом 28, параллельно производят частичный возврат жидкого поглотителя в отстойник 24 для поддержания в нем рабочей температуры.

Газы прошедшие абсорбционную очистку в колоне 25 направляют в адсорбер 29 с активированным углем.

Из адсорбера 29, за счет разрежения создаваемого насосом 26, очищенные газы через емкость оборотного водоснабжения 30 (чем обеспечивается окончательная в данном цикле очистка газов) выбрасывают в атмосферу. Для поддержания температурного режима оборотной воды в

емкости 30 предусмотрен змеевик охлаждения 31. Во избежание попадания воды из насоса 26 в адсорбер 29 предусмотрена расширительная емкость 32.

Вода в установку подается насосом 33, который поддерживает требуемое давление.

Система вывода отработанных растворов предусматривает общий или выборочный слив отработанных растворов из установки.

С целью контроля состава и степени очистки отходящих газов на установке имеются четыре пробоотборника: 34, 35, 36 и 37 для отбора проб отходящих газов на разной стадии очистки.

Управление работой установки осуществляют с пульта автоматического управления, оборудованного блоком отображения и контроля режимных параметров. Пульт автоматического управления с приборами контроля и поддержания режимных параметров в описании не приведен и на блок-схеме (фиг.1) не показан.

На изготовленной экспериментальной (пилотной) установке проводилась утилизация некоторых препаративных форм пестицидов при следующем режиме работы:

- температура рабочей зоны печи первичного пиролиза составляла 400-1000°С;

- угол наклона барабана печи 3-5°;

- скорость его вращения 3-6 об/мин;

- температура в реакторе не ниже 2000°С.

Пример 1. Проводили процедуру утилизации 5,5% ДДТ. Навеску препарата весом 100 г, через устройство подачи 2 (фиг.1) утилизируемого материала вводили во вращающуюся печь 4 барабанного типа, где поддерживалась температура 400°С. Скорость подачи пестицида шнеком 3 устройства подачи 2 составляла 10 г/с. Минеральные ингредиенты пестицида накапливались в приемном бункере 10 для огарков, а газообразные поступали в реактор // плазматрона 12, где поддерживалась температура -

1500-2000°С. Скорость прохождения отходящих газов через плазматрон 12 регулировалась вакуумным насосом 26 и составляла 2,0-2,5 л/с. Отходящие газы последовательно пропускали через закалочные устройства 18, 19 и отстойник 20 с закалочным раствором, отстойник 24, содержащий раствор КОН, абсорбционную колонну 25, далее адсорбер 29 и емкость оборотного водоснабжения 30. Вес огарка утилизированного материала составил 94,529 г. Результаты анализа (табл.1) свидетельствуют о достаточно полном удалении (99,97%) токсичных веществ из минеральной части препарата, и об отсутствии вторичных загрязнителей в газовой фазе на выходе. В емкости 24, содержащей раствор КОН обнаружена смесь солей хлористоводородной и хлористой кислот.

Пример 2. Аналогично проводили процедуру утилизации 70% смачиваемого порошка ДДТ. Температура во вращающейся печи 4 (фиг.1) барабанного типа поддерживалась на уровне 600°С. Вес огарка составил 30,003 г. Присутствие токсинов в огарках и газовой фазе на выходе не обнаружено. Исключением является хлористый метилен (СН₂Сl ₂) концентрация которого в газовой фазе составила 4·10 ^-3 об.%.

Пример 3. Аналогично проводили процедуру утилизации 12% ГХЦГ. Температура вращающейся печи 4 (фиг.1) барабанного типа поддерживалась на уровне 600°С. Вес огарка составил 88,017 г. Присутствие токсинов в огарках и газовой фазе на выходе не обнаружено.

Пример 4. Аналогично проводили процедуру утилизации 25% порошка на фосфомуке ГХЦГ. Температура во вращающейся печи 4 (фиг.1) барабанного типа поддерживалась на уровне 500°С. Вес огарка составил 68,011 г. В газовой фазе обнаружены СН ₂Сl₂ и СН₃Сl в концентрациях 1-3·10^-3 об.%.

Пример 5. Аналогично проводили процедуру утилизации 40% концентрата эмульсии 2М-4ХП. Температура во вращающейся печи 4 (фиг.1) барабанного типа поддерживалась на уровне 600°С. Огарок не образуется. В газовой фазе обнаружены СН₂Сl ₂ и СН₃Сl в концентрациях до 7·10 ^-4 об.%.

Состав и содержание химических соединений в отходящих газах определялись хромато-масс-спектральным методом.

Полученные результаты представлены в таблице 1.

Как видно из приведенных в таблице 1 результатов утилизации пестицидов, в твердых огарках диоксины не обнаружены, а в отходящих газах их количества находятся в концентрациях ниже аналитического уровня и более чем в 30 раз меньшем количестве, чем МДУ для воздуха производственных зон. Полученные данные подтверждают эффективность предлагаемой установки и экологическую чистоту, проводимой с ее помощью утилизации.

На основании экспериментальных данных и из произведенных расчетов следует, что установка промышленно применима, поставленная техническая задача решена.

1. Установка для экологически чистой утилизации препаративных форм пестицидов и других низкоконцентрированных смесей высокотоксичных веществ, содержащая бункер для загрузки утилизируемого материала, дозатор подачи утилизируемого материала, реакционную камеру и камеру дожигания, систему очистки и удаления газовой фазы с теплообменниками и отстойниками, отличающаяся тем, что реакционная камера выполнена в виде вращающейся печи барабанного типа оборудованной электронагревателями, и, через дозатор подачи утилизируемого материала, выполненного в виде шнека, соединена с бункером для загрузки утилизируемого материала, а через узел выгрузки, - с приемным бункером для огарков, камера дожигания, состоящая из реактора с плазматроном соединена с системой очистки двумя, расположенными друг над другом закалочными устройствами, нижнее из которых через теплообменник соединено с отстойником, содержащим закалочный раствор, которая связана со вторым отстойником, содержащим жидкий абсорбент, абсорбционной колонной, которая соединена через адсорбер с емкостью оборотного водоснабжения, принудительное движение газов в системе очистки обеспеченно вакуумным насосом водокольцевого типа, расположенным между адсорбером и емкостью оборотного водоснабжения, кроме того, к реактору в камеру дожигания осуществлена подача раствора мочевины из дополнительной емкости.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что шнек оборудован системой водяного охлаждения.

3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что вращающаяся печь барабанного типа снабжена электромеханическим подъемником, изменяющим угол наклона печи.

4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что содержит пульт автоматического управления, оборудованный блоком отображения и контроля режимных параметров.