YAZYKOV NIKOLAI ALEXEEVICH (RU)
DUBININ YURY VLADIMIROVICH (RU)
YAKOVLEV VADIM ANATOLIEVICH (RU)
PARMON VALENTIN NIKOLAEVICH (RU)
RU2209646C1 | 2003-08-10 | |||
RU2456248C1 | 2012-07-20 | |||
RU2057988C1 | 1996-04-10 | |||
EP0037858A1 | 1981-10-21 | |||
US20080017086A1 | 2008-01-24 |
Формула изобретения. 1. Способ сжигания органических отходов или нефти, содержащей серу, путем окисления кислородом воздуха в аппарате кипящего слоя с погруженным в слой теплообменником с последующим улавливанием кислых газов щелочным адсорбентом при температуре 700-750°С, отличающийся тем, что окисление жидких органических отходов или нефти, содержащей серу, а также улавливание кислых газов щелочным адсорбентом проводят в организованном кипящем слое смеси катализатора глубокого окисления веществ и инертного материала в соотношении 10-20 % и 90-80 %, соответственно. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в нижней части кипящего слоя соотношение воздуха к окисляющимся органическим веществам поддерживается а = 1,0-1,05, а в верхней части а = 1 ,05-1,2 за счет введения дополнительного количества воздуха. 3. Способ но п.1, отличающийся тем, что в нижней и верхней части кипящего слоя поддерживают одинаковую скорость газа по сечению аппарата кипящего слоя. |
отходов и нефти.
Изобретение относится к способам обезвреживания беспламенным сжиганием жидких органических отходов нефти, содержащей серу, в кипящем слое катализатора и может быть использовано в химической, нефтехимической, лесохимической, атомной промышленности и теплоэнергетике.
Известен способ огневого обезвреживания горючих и жидких негорючих отходов. Способ включает подготовку поступающих отходов к обезвреживанию, разогрев аппарата до достижения требуемой температуры сжиганием природного газа, термическое обезвреживание отходов, подачу растворов щелочных реагентов в зону обезвреживания отходов, испарительное охлаждение высокотемпературных газообразных продуктов обезвреживания, сухую пылеочистку газов перед их выбросом в атмосферу (Бернадинер М.Н., Жижин В.В., Иванов В. В. Термическое обезвреживание промышленных органических отходов Московского региона // Экология и промышленность России, 2000, 4. -с. 17-21.). Недостатками способа является высокая температура обезвреживания органических отходов 950-1200°С и, как следствие, образование расплава минеральных солей.
Известен способ сжигания органических отходов путем окисления кислородом воздуха в аппарате кипящего слоя с последующим улавливанием кислых газов щелочным адсорбентом (Масанов О. Л. Некоторые особенности сжигания органических радиоактивных отходов в аппарате с кипящим слоем // Атомная энергия, т.79, вып.2, август 1995, - с.93-97). Недостатком данного способа является подача в кипящий слой инертного материала кислорода, что значительно удорожает обезвреживание отходов, и раствора нитратов, что приводит к затратам на испарение растворов и загрязнению отходящих газов оксидами азота вследствие термического распада азотной кислоты и нитратов.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ обезвреживания органических отходов путем окисления кислородом воздуха в аппарате кипящего слоя с последующим улавливанием кислых газов щелочным адсорбентом (RU 2209646, A62D3/00, B01J8/18, 29.03.2003). Органические отходы, содержащие экстракционные смеси, предварительно разделяют на экстрагент и разбавитель введением легкопиролизуемого вытеснителя. Разбавитель окисляют в нижней части двухзонного реактора в кипящем слое катализатора при температуре 700- 750°С, а окисление смеси экстрагента и вытеснителя, а также улавливание кислых газов щелочным адсорбентом проводят в верхней части двухзонного реактора в кипящем слое инертного материала при температуре 700-750°С; окисление разбавителя в кипящем слое катализатора и окисление смеси экстрагента и вытеснителя в кипящем слое инертного материала проводят попеременно. Отходящие газы дополнительно очищают от следов монооксида углерода и углеводородов на сотовом катализаторе при температуре 450-500°С. Недостатками известного способа являются необходимость дополнительной очистки дымовых газов от монооксида углерода в отдельном аппарате на сотовом катализаторе, отравление и повышенный износ катализатора, сложная система предварительного разделения органических отходов и попеременный ввод легко окисляемых и трудноокисляемых компонентов отходов в отдельно кипящие слои инертного материала и катализатора.
Задача, решаемая изобретением, состоит в снижении износа катализатора, упрощении технологии обезвреживания органических отходов, в том числе нефти, содержащей серу, при отсутствии вторичных загрязнителей.
Поставленная задача решается способом сжигания органических отходов или нефти, содержащей серу, путем окисления кислородом воздуха в аппарате кипящего слоя с погруженным в слой теплообменником с последующим улавливанием кислых газов щелочным адсорбентом при температуре 700-750°С, окисление жидких органических отходов или нефти, содержащей серу, а также улавливание кислых газов щелочным адсорбентом проводят в организованном кипящем слое смеси катализатора глубокого окисления веществ и инертного материала в соотношении 10-20 % и 90-80 %, соответственно. В нижней части кипящего слоя соотношение воздуха к окисляющимся органическим веществам поддерживается а = 1 ,0-1,05, а в верхней части а = 1,05-1,2 за счет введения дополнительного количества воздуха.
В нижней и верхней части кипящего слоя поддерживают одинаковую скорость газа по сечению аппарата кипящего слоя за счет расширения корпуса аппарата в верхней части.
Способ осуществляют в каталитическом реакторе, изображенном на Фиг. следующим образом.
В реактор 1 на газораспределительную решетку 7 загружают смесь катализатора глубокого окисления органических веществ и инертного материала (кварцевый или речной песок) 2. Под газораспределительную решетку 7 подают воздух через патрубок 3 для создания кипящего слоя и окисления отходов или нефти, содержащей серу. Слой разогревают до температуры 300-400°С за счет подогрева воздуха внешним теплоисточником. Затем через патрубок 4 в слой подают жидкие отходы или нефть, содержащую серу, а через патрубок 5 щелочной адсорбент (например, карбонат кальция). Температуру в слое доводят до температуры 700-750°С за счет окисления отходов. После достижения температуры 700°С внешний теплоисточник отключают. Температуру в слое поддерживают 700-750°С за счет съема избытка теплоты окисления отходов или нефти, содержащей серу, теплообменником 10. В теплообменник 10 подают холодную воду через патрубок 1 1 от потребителей. Горячую воду через патрубок 12 направляют на использование потребителям (теплоснабжение и горячее водоснабжение). Дымовые газы через патрубок 6 направляют на очистку от пыли в циклон и фильтр и далее сбрасывают в атмосферу. Кипящий слой организован малообъемными насадками 8 и 9, которые разбивают крупные газовые пузыри, образующиеся в слое, и обеспечивают хороший массообмен между газом и частицами катализатора и щелочного адсорбента. Выделяющиеся при сжигании отходов или нефти, содержащей серу, кислые газы (SOx, НС1, Ρ 2 0 5 ) связываются с частицами щелочного адсорбента СаО в сульфаты, хлориды или фосфаты кальция и улавливаются в циклоне и на фильтре. Частицы СаО образуются при разложении СаС0 3 в нижней зоне псевдоожиженного слоя. Адсорбирующиеся на поверхности катализатора кислые газы удаляются за счет окислительно-восстановительных реакций компонентов органических топлив и кислорода воздуха в нижней зоне аппарата и далее также связываются СаО. Органические компоненты отходов или нефти окисляются на поверхности катализатора до продуктов глубокого окисления (С0 2 и Н 2 0). В нижней зоне при стехиометрических соотношениях отходов к кислороду воздуха а = 0,95- 1,05 возможно образование промежуточных продуктов окисления (СО, СН 4 и др.), которые затем доокисляются в верхней части слоя при а = 1,05-1,2 за счет подвода дополнительного воздуха через патрубок 13. Степень истирания катализатора глубокого окисления, например, смешанного хромита меди и магния, нанесенного на оксид алюминия, существенно ниже, чем степень истирания кварцевого или речного песка - 0,4-0,5 мае. % в сутки и 0,8-1,0 мае. % в сутки, соответственно. При использовании смеси песка и катализатора в соотношении 80-90 мае. % песка и 10-20 мае. % катализатора степень истирания катализатора уменьшается до 0,02-0,04 мае. % сутки. Это позволяет существенно уменьшить загрязнение твердых продуктов обезвреживания отходов катализаторной пылью, содержащей соединения хрома.
Сущность изобретения иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1 (прототип).
В реактор, состоящий из корпуса диаметром 80 мм в нижней части и 100 мм в верхней загружают 2.5 л катализатора глубокого окисления органических веществ с диаметром гранул 2-3 мм и 2,5 л инертного материала (кварцевый песок) с размером частиц 0.5-0.8 мм. Под газораспределительную решетку подают воздух через патрубок для создания кипящего слоя и окисления топлива в количестве 10 м 3 /ч. За счет различия в размере частиц катализатора и инертного материала кипящий слой разделяется на две зоны - зона кипения катализатора (нижняя зона) и зона кипения инертного материала (верхняя зона). Внешним электроподогревателем нагревают слой катализатора до 300- 400°С. Затем насосом через патрубок подают в нижнюю часть слоя керосин в количестве 0.16 кг/ч. При достижении температуры в слое 700°С в верхнюю часть слоя подают трибутилфосфат в количестве 0.22 кг/ч. Одновременно в нижнюю часть реактора вводят щелочной адсорбент (кальцит с размером частиц 50-100 мкм) в количестве 0.12 кг/ч, а электроподогреватель отключают. В верхней части слоя расположен теплообменник змеевикового типа, охлаждаемый холодной водой. Температуру в слое регулируют количеством воды, подаваемой на охлаждение в теплообменник, и поддерживают на уровне 700 - 750°С. Коэффициент избытка воздуха а = 2.0. Содержание токсичных веществ в отходящих газах: СО - 800-1000 мг/м 3 , NO x - 5 мг/м 3 , SO x - 0 мг/м 3 . Степень истирания катализатора составляет 0,4 мае. % в сутки.
Пример 2. Аналогичен примеру 2.
В реактор, состоящий из корпуса диаметром 80 мм в нижней части и 100 мм в верхней загружают 5 л катализатора глубокого окисления органических веществ с диаметром гранул 2-3 мм, т.е. в нижней и верхней находится кипящий слой катализатора. Коэффициент избытка воздуха а = 2.0. Содержание токсичных веществ в отходящих газах: СО - 30 мг/м 3 , NO x - 5 мг/м , SOx - 0 мг/м . Степень истирания катализатора составляет 0,4 мае. % в сутки.
Пример 3. Иллюстрирует предлагаемое изобретение.
В реактор, состоящий из корпуса диаметром 80 мм в нижней части и 100 мм в верхней загружают 5 л смеси катализатора глубокого окисления органических веществ с диаметром гранул 2-3 мм и гранулы речного песка с диаметром 1-2 мм. Соотношение песка и катализатора в смеси 80% и 20%, соответственно. Под газораспределительную решетку подают воздух через патрубок (3) для создания кипящего слоя и окисления топлива в количестве 10 м 3 /ч. Внешним электроподогревателем нагревают слой катализатора до 300- 400°С. Затем насосом через патрубок подают в слой нефть, содержащую серу, в количестве 0.76 кг/ч. При достижении температуры в слое 700°С электроподогреватель отключают. В верхней части слоя расположен теплообменник змеевикового типа, охлаждаемый холодной водой. Температуру в слое регулируют количеством воды, подаваемой на охлаждение в теплообменник, и поддерживают на уровне 700 - 750°С. Кипящий слой организован организующими решетками в нижней части и в зоне теплообмена. Материал решеток - нержавеющая сталь. Для связывания кислых продуктов (оксидов серы) в реактор через патрубок подают щелочной адсорбент (кальцит с размером частиц 50-100 мкм) при весовом соотношении кальцит/S не менее 3.44. Коэффициент избытка воздуха а = 1.05-1.20. Содержание токсичных веществ в отходящих газах: СО - 30 мг/м 3 , NO x - 5 мг/м 3 , SO x - 0 мг/м 3 . Степень истирания катализатора составляет 0,04 мае. % в сутки.
Пример 4. Аналогичен примеру 3.
В реактор, состоящий из корпуса диаметром 80 мм в нижней части и 100 мм в верхней загружают 5 л смеси катализатора глубокого окисления органических веществ с диаметром гранул 2-3 мм и гранулы речного песка с диаметром 1-2 мм. Соотношение песка и катализатора в смеси 90% и 10%, соответственно. Коэффициент избытка воздуха а = 1.05-1.20. Содержание токсичных веществ в отходящих газах: СО - 30 мг/м 3 , NO x - 5 мг/м 3 , SO x - 0 мг/м 3 . Степень истирания катализатора составляет 0,02 мае. % в сутки.
Пример 5. Аналогичен примеру 4.
Сжигание нефти, содержащей серу, проводят при коэффициенте избытка воздуха а = 1.0-1.05. Содержание токсичных веществ в отходящих газах: СО - 200-400 мг/м 3 , NO x - 4 мг/м 3 , SO x - 0 мг/м 3 . Степень истирания катализатора составляет 0,02 мае. % в сутки.
Пример 6. Аналогичен примеру 5.
Сжигание нефти, содержащей серу, проводят в нижней части реактора при коэффициенте избытка воздуха а = 1.0-1.05. В верхней части реактора за счет подвода дополнительного воздуха поддерживают коэффициент избытка воздуха а = 1.05-1.20. Содержание токсичных веществ в отходящих газах: СО -
30 мг/м , NO x - 4 мг/м , SO x - 0 мг/м . Степень истирания катализатора составляет 0,02 мае. % в сутки.
Пример 7. Аналогичен примеру 6.
В нижнюю часть слоя подают смесь органических отходов, например, керосина и трибутилфосфата, в количестве 0.16 кг/ч и 0.22 кг/ч, соответственно. Содержание токсичных веществ в отходящих газах: СО - 30 мг/м , NO x - 4 мг/м , SO x - 0 мг/м . Степень истирания катализатора составляет 0,02 мае. % в сутки.
Как видно из приведенных примеров, предлагаемый способ позволяет снизить износ катализатора, упростить технологию обезвреживания органических отходов или нефти, содержащей серу, при отсутствии вторичных загрязнителей.
Next Patent: RUBBER MIXTURE BASED ON NITRILE-BUTADIENE RUBBER, FLUOROPLAST F-4MB AND ACTIVATED ZEOLITE