и сернистой нефти.

Изобретение относится к способам обезвреживания беспламенным сжиганием жидких органических отходов и сернистой нефти в кипящем слое катализатора и может быть использовано в химической, нефтехимической, лесохимической, атомной промышленности и теплоэнергетике.

Известен 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. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ обезвреживания органических отходов и сернистой нефти сжиганием в кипящем слое (RU 2527238, A62D3/38, B01J8/18, F23C10/01, 24.05.2013) 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 в организованном кипящем слое смеси катализатора глубокого окисления веществ и инертного материала в соотношении 10-20 мас.% и 90-80 мас.% и соотношении воздуха к окисляющимся органическим составляющим в нижней части слоя а = 0,95- 1,05, а в верхней части а = 1,05-1,2 за счет введения дополнительного количества воздуха. Недостатком известного способа является высокий расход щелочного адсорбента для поглощения кислых газов.

Изобретение решает задачу упрощения технологии обезвреживания органических отходов, в том числе сернистой нефти, Технический результат - снижение расхода щелочного адсорбента, сохранение низкой степени износа катализатора, отсутствие вторичных загрязнителей.

Задача решается способом сжигания органических отходов и сернистой нефти путем окисления кислородом воздуха в организованном неизотермическом кипящем слое смеси частиц катализатора глубокого окисления органических веществ и частиц инертного материала в соотношении 10-20 мас.% и 90-80 мас.% с погруженным в слой теплообменником при соотношении воздуха к окисляющимся органическим веществам в нижней зоне слоя а = 1,0-1,05, а в верхней зоне а = 1,05-1,2 за счет введения дополнительного количества воздуха с улавливанием кислых газов, при этом процесс проводят в неизотермическом кипящем слое, включающем нижнюю зону окисления органических отходов или сернистой нефти, а также улавливание кислых газов щелочным адсорбентом, при температуре 700-750°С, и верхнюю зону дополнительного окисления органических отходов или сернистой нефти, а также дополнительного улавливания кислых газов щелочным адсорбентом, при температуре 400-600°С. Необходимую температуру в верхней зоне кипящего слоя 400-600°С создают за счет изменения расхода воздуха, который подают в реактор в параллельный пучок перфорированных труб с отверстиями, расположенных между нижней и верхней зонами кипящего слоя.

Способ осуществляют в каталитическом реакторе, изображенном на

Фиг.1, следующим образом.

В реактор -1 на газораспределительную решетку -7 загружается смесь катализатора глубокого окисления органических веществ и инертного материала (кварцевый или речной песок). Под газораспределительную решетку -7 подается воздух через патрубок -3 для псевдоожижения слоя и окисления отходов или сернистой нефти. Слой разогревается до температуры 300-400°С за счет подогрева воздуха внешним теплоисточником. Затем через патрубок -4 в слой подаются жидкие отходы или сернистая нефть, а через патрубок -5 щелочной адсорбент (карбонат кальция). Температура в слое доводится до температуры 700-750°С за счет окисления отходов, внешний теплоисточник отключается. Температура в слое поддерживается 700-750°С за счет съема избытка теплоты окисления отходов теплообменником -10. В теплообменник - 10 подается холодная вода -11 от потребителей. Горячая вода -12 направляется на использование потребителям (теплоснабжение и горячее водоснабжение). Дымовые газы через патрубок -6 направляются на очистку от пыли в циклон и фильтр и далее сбрасываются в атмосферу. Псевдоожиженный 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 также частицами щелочного адсорбента. Органические компоненты отходов или сернистой 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. Выделяющиеся при сжигании отходов кислые газы (SOx, НС1, Р ₂ 0 ₅ ) связываются с частицами щелочного адсорбента в сульфаты, хлориды или фосфаты кальция и улавливаются в циклоне и на фильтре. 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 карбонатом кальция. Поток дополнительного воздуха, продуваемый через перфорированные трубки -13 с отверстиями -14, увеличивает скорость потока частиц и газа в сечении реактора -1, занятого перфорированными трубами и позволяет поддерживать температуру кипящего слоя в нижней зоне 700-750°С, оптимальную для сжигания органических составляющих нефти. При этом в верхней части слоя за счет теплообменника -10 поддерживается температура 400-600°С, оптимальная для связывания оксидов серы карбонатом кальция и доокисления промежуточных продуктов сжигания нефти.

Связывание оксидов серы карбонатом кальция протекает по двум маршрутам

СаСОз + S0 ₂ =CaS0 ₃ + С0 ₂

CaS0 ₃ + 1/20 ₂ = CaS0 ₄

или

СаС0 ₃ + S0 ₃ =CaS0 ₄ + С0 ₂

Образующийся по первому маршруту сульфит кальция при температуре 600-700°С расплавляется и затрудняет диффузию SO2 к внутренней части гранул кальцита. Степень обратимого окисления S0 ₂ в SO3 определяется температурой процесса и зависит от равновесной концентрации SO2 и S0 ₃ при данной температуре.

Расчетный профиль температур в зависимости от равновесной конверсии диоксида серы SO2 в триоксид S0 ₃ приведен на Фиг. 2.

Сущность изобретения иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. Прототип.

В реактор -1, 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, например, оксидный Al-Mg-Cu-Cr -катализатор, и гранулы речного песка с диаметром 1-2 мм. Соотношение песка и катализатора в смеси 80% и 20%, соответственно. Под газораспределительную решетку -7 подают воздух через патрубок 3 для псевдоожижения и окисления топлива в количестве 10 м 1ч. Внешним электроподогревателем нагревают слой катализатора до 300-400°С. Затем насосом через патрубок -4 подают в слой сернистую нефть в количестве 0.76 кг/ч. При достижении температуры в слое 700°С электроподогреватель отключают. В верхней части слоя расположен теплообменник -10, охлаждаемый холодной водой. Температуру в слое регулируют количеством воды, подаваемой на охлаждение в теплообменник, и поддерживают на уровне 700- 750°С. Псевдоожиженный слой организован организующими решетками в нижней части -9 и в зоне теплообмена -8. Материал решеток - нержавеющая сталь. Для связывания кислых продуктов (оксидов серы) в реактор через патрубок -5 подают щелочной адсорбент (кальцит с размером частиц 50-100 мкм) Коэффициент избытка воздуха а = 1.05-1.20.

При массовом соотношении кальцит / S = 3.44 содержание токсичных веществ в отходящих газах: СО - 30 мг/м ³ , NO _x - 5 мг/м ³ , SO _x - 0 мг/м . Степень истирания катализатора составляет 0,04 мае. % в сутки.

Пример 2.. По изобретению.

В реактор -1, состоящий из корпуса диаметром 80 мм в нижней части и 100 мм в верхней, загружают 5 л смеси катализатора глубокого окисления органических веществ, например, оксидный Al-Mg-Cu-Cr -катализатор 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 -7 подают воздух через патрубок -3 для псевдоожижения и окисления топлива в количестве 10 м 1ч. Внешним электроподогревателем нагревают слой катализатора до 300-400°С. Затем насосом через патрубок -4 подают в слой сернистую нефть в количестве 0.76 кг/ч. При достижении температуры в слое 700°С электроподогреватель отключают. В верхней части слоя расположен теплообменник -10, охлаждаемый холодной водой. Температуру в слое регулируют количеством воды, подаваемой на охлаждение в теплообменник, и поддерживают на уровне 700-750°С. Псевдоожиженный слой организован организующими решетками в нижней части -9 и в зоне теплообмена -8. Материал решеток - нержавеющая сталь. Для связывания кислых продуктов (оксидов серы) в реактор через патрубок -5 подают щелочной адсорбент (кальцит с размером частиц 50-100 мкм). В нижней зоне псевдоожиженного слоя поддерживается коэффициент избытка воздуха α = 1.05. Дополнительный воздух подается - в 4 перфорированные трубы -13 с отверстиями -14 диаметром 10 мм. Изменением расхода дополнительного воздуха и количеством воды, подаваемой в теплообменник -10, устанавливают температуру в верхней части псевдоожиженного слоя 600°С.

При массовом соотношении кальцит / S = 3.00 содержание токсичных веществ в отходящих газах: СО - 30 мг/м ³ , ΝΟ _χ - 5 мг/м ³ , SO _x - 0 мг/м ³ . Степень истирания катализатора составляет 0,04 мае. % в сутки.

Пример 3. Аналогичен примеру 2.

Изменением расхода дополнительного воздуха и количеством воды, подаваемой в теплообменник, устанавливают температуру в верхней части псевдоожиженного слоя - 500°С.

При массовом соотношении кальцит / S = 2.50 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 2.

Изменением расхода дополнительного воздуха и количеством воды, подаваемой в теплообменник, устанавливают температуру в верхней части псевдоожиженного слоя - 400°С.

При массовом соотношении кальцит / S = 2.00 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 5. Аналогичен примеру 4.

В нижнюю часть реактора подаются органические отходы, содержащие серу.

При массовом соотношении кальцит / S = 2.00 содержание токсичных

3 3 3 веществ в отходящих газах: СО - 30 мг/м , NO _x - 5 мг/м , SO _x - 0 мг/м . Степень истирания катализатора составляет 0,04 мае. % в сутки.

Как видно из приведенных примеров, предлагаемый способ позволяет снизить расход щелочного адсорбента, упростить технологию обезвреживания органических отходов, в том числе сернистой нефти, при отсутствии вторичных загрязнителей.