ИТС 9-2015 Обезвреживание отходов термическим способом (сжигание отходов)

     2.4.1 Плазмохимическая ликвидация супертоксикантов

Жидкие и диспергированные (пылевидные) твердые отходы, содержащие стойкие органические загрязнители, могут подвергаться обезвреживанию непосредственно в плазменной дуге [2]. При температурах выше 4000°С за счет энергии электрической дуги в плазмотроне молекулы кислорода и отходов расщепляются на атомы, радикалы, электроны и положительные ионы. При остывании в плазме протекают реакции с образованием простых соединений (, , HCI, HF, и др.). Степень разложения полихлорированных дибензодиоксинов и фуранов (ПХДД и ПХДФ), полихлорбифенилов (ПХБ), хлор-, фтор-, сера-, фосфорсодержащих пестицидов достигала 99,9999%. Испытания, включающие деструкцию смесей метилэтилкетоном и водой и деструкцию трансформаторного масла, содержащего 13%-18% ПХБ и столько же трихлорбензола, показали, что эффективность уничтожения хлорсодержащих компонентов превышала 99,9995% [2].

При обезвреживании хлорсодержащих отходов в результате разрушения химических связей между атомами исходных соединений в плазме образуется большое количество ионов хлора, которые при медленном остывании отходящих газов (отсутствии эффективной их закалки) взаимодействуют с ионами углерода, кислорода и водорода, вновь образуя вторичные супертоксиканты, в том числе ПХДД И ПХДФ.

В России в 2007 году разработан способ утилизации жидких отходов, содержащих ПХБ, заключающийся в их предварительном испарении и подаче непосредственно в струю плазмообразующего газа [23]. Ввод отходов осуществляется совместно с нейтрализующим агентом - негашеной известью, измельченной до крупности менее 74 мкм. Связывание хлора в предотвращает синтез вторичных органических супертоксикантов.

Отечественными специалистами также разработана технология и реактор для плазменной переработки пестицидов (см. рисунок 2.13). Отличительной особенностью этой технологии является нейтрализация кислотных газов в системе мокрой очистки за ступенью закалки отходящих газов.

     
Рисунок 2.13 - Технологическая схема установки для плазменной переработки пестицидов [23]

Высокие затраты энергии и сложность аппаратурного оформления реакторов ограничивают возможности широкого применения способа окислительного обезвреживания отходов непосредственно в плазменной струе.

Более перспективным является применение способа с впрыском жидких отходов в плазменную струю для переработки отходов в восстановительной среде с целью получения ценных товарных продуктов.

В СССР, например, был разработан и доведен до стадии опытно-промышленных испытаний пиролиз жидких хлорорганических отходов в низкотемпературной восстановительной плазме, позволяющий получать ацетилен, этилен, хлористый водород и продукты на их основе [24].

Принципиальная схема плазмохимической установки для переработки хлорорганических отходов в органические продукты приведена на рисунке 2.14.

1 - источник электропитания; 2 - плазмотрон; 3 - реактор; 4 - закалочное устройство; 5, 9 - теплообменники; 6 - фильтр; 7 - компрессор; 8 - реактор селективной очистки; 10 - реактор синтеза; 11 - колонна разделения. I - плазмообразующий газ; II - отходы; III - закалочный агент; IV - хладагент; V - технический углерод; VI - хлор; VII - органические продукты; VIII - кубовый остаток

     
Рисунок 2.14 - Принципиальная схема плазмохимической установки переработки хлорорганических отходов [24]

Технологический процесс состоит из следующих стадий:

- пиролиз отходов;

- очистка газов пиролиза (пирогаза) от технического углерода;

- очистка газов пиролиза от гомологов ацетилена и углеводородов (,);

- синтез хлорорганических продуктов.

Пиролиз отходов осуществляется в плазмоагрегате, состоящем из плазмотрона 2, плазмохимического реактора 3, закалочного устройства 4. Питание плазмотрона осуществляется от системы электропитания 1.

Плазмоагрегат работает следующим образом: плазмообразующий газ нагревается в плазмотроне до среднемассовой температуры 3500-5000 К, затем в виде низкотемпературной плазмы поступает в плазмохимический реактор, куда форсунками впрыскиваются хлорорганические отходы. При смешении отходов с плазмой происходит их испарение, пиролиз с получением олефиновых углеводородов, HCI, и сажи (технического углерода). Полученный газ подвергают скоростной закалке в закалочном устройстве, а затем охлаждают, очищают от сажи, осуществляют селективную очистку от гомологов ацетилена и углеводородов (, ). Очищенный газ направляют на синтез хлорорганических продуктов.

Производительность установки по отходам - 750 кг/ч, энергозатраты на переработку отходов - не более 2 кВт·ч/кг.