Плазмохимическая конверсия токсичных химических веществ

Основой большинства современных промышленных методов переработки (утилизации) отходов является сжигание. В отличие от старых заводов по сжиганию, для соответствия современным экологическим стандартам установки уничтожения опасных отходов должны обеспечивать специальные (высокотемпературные) режимы обработки отходов и тщательную очистку сбросов (прежде всего - атмосферных выбросов). Высокие температуры достигаются за счет сжигания специальных топлив. Именно высокотемпературные технологии наиболее перспективны (и вошли в практику развитых стран) при уничтожении органических отходов высокой токсичности (пестициды, ПХБ, диоксины, фураны, трансформаторные масла и.т.д.).

Основой большинства современных промышленных методов переработки (утилизации) отходов является сжигание. В отличие от старых заводов по сжиганию, для соответствия современным экологическим стандартам установки уничтожения опасных отходов должны обеспечивать специальные (высокотемпературные) режимы обработки отходов и тщательную очистку сбросов (прежде всего - атмосферных выбросов). Высокие температуры достигаются за счет сжигания специальных топлив. Именно высокотемпературные технологии наиболее перспективны (и вошли в практику развитых стран) при уничтожении органических отходов высокой токсичности (пестициды, ПХБ, диоксины, фураны, трансформаторные масла и.т.д.).

Плазмохимическая конверсия

По мнению авторов, при максимальной простоте, безопасности и экономичности термическое (в особенности плазмотермическое уничтожение ОВ), в отличие от химических методов утилизации, не создает проблем остаточных продуктов, требующих больших объемов захоронения. Основным преимуществом термических методов переработки ОВ перед химическими является значительное увеличение производительности за счет скорости протекающих реакций и относительное снижение массы ОВ в реакторе (до 1000 раз), что является важным аспектом безопасности технологического процесса.

Технология плазменной конверсии разработана для переработки (уничтожения) бытового мусора, содержащих органические материалы промышленных отходов, старых пестицидов и других токсичных органических соединений, медицинских отходов и проч. Применение этой технологии позволяет также уничтожать боевые ОВ из контейнеров, нерасснаряженные боеприпасы и тому подобные опасные материалы.

Авторы подчеркивают: в сравнении с традиционной технологией сжигания конверсия существенно более экономична и в меньшей степени воздействует на окружающую среду.

Особенности

Основу новой технологии переработки, созданной фирмой ПЛАТЕКС (Москва), составляет термохимическая конверсия органической компоненты отходов на синтез-газ (смесь, содержащую окись углерода СО и молекулярного водорода), используемый как высококачественное энергетическое топливо или сырье для технологий органического синтеза.

Конверсия осуществляется в высокотемпературном плазменном реакторе как за счет энергии частичного окисления материала, так и внешнего подвода мощности — от плазмообразующего электрического разряда. Электрический разряд обеспечивает надлежащий температурный уровень надежного разрушения токсичных веществ при минимальном расходе поступающих в систему очистки газообразных продуктов переработки.

Преимущества технологии:

• высокотемпературыный реактор с теплоаккумулирующей керамической облицовкой исключает возникновение опасных ситуаций при случайных отключениях энергоснабжения или авариях плазмогенерирующего оборудования;
• организация электрдугового нагрева в корверторе, в отличие от традиционных ( в том числе и высокочастотных индукционных) систем с плазмотронами обеспечивает существенно более высокий к.п.д.;
• при этом электродуговые электроды с ресурсом более 1000 ч за счет оригинальной системы защиты практически не вносят в реактор балластной среды — инертных газов;
• плазмотермическая переработки осуществляется при субатмосферном давлении в реакторе и системах очистки, что исключает опасность выбросов в окружающую среду.

Плазмотермичесий конвертор — это высокотемпературная теплоизолированная реакционная камера, где разрушение материалов осуществляется под воздействием плазменных вихрей. При его разработке использованы новые сильноточные электродуговые узлы со специальной защитой. Конвертор характеризуется высоким энергетическим к.п.д., и процесс в нем близок к автотермичному. Для достижения большого срока службы конструкции он выпонен с гарнисажной защитой стенок. Ресурс применяемых в нем электродов составляет более 1000 ч при токе порядка 1 кА без видимых следов электроэрозии на опытных моделях.

Опытно-промышленная плазмотермическая установка

Фирма ПЛАТЕКС в сотрудничестве с Объединенным институтом высоких температур РАН и МГУ имени И.В.Ломоносова создала опытно-промышленную плазмотермическую установку, в которой обеспечивается безопасное уничтожение посредством конверсии токсичных веществ (например, пестицидов) в форме эмульсий или сыпучего материала (дустов).

Опытная установка включает:

• плазмотермический конвертор,
• камеру дожигания,
• камеру выдержки и охлаждения,
• циклон,
• вспомогательные системы для: 1) подачи исходного материала и окислителя, 2) ввода абсорбента, 3) впрыска охлаждающей воды, 4) электрообеспечения и т.д.

Установка может быть размещена на двух автоплатформах и совместно с транспортабельным дизель-генератором использоваться в качестве передвижной для уничтожения токсичных веществ вблизи мест их складирования (захоронения).

Параметры опытно-промышленной установки:

• мощность электродугового источника плазмы (оптимизируется в соответствии с расходом и калорийностью подлежащего уничтожению вещества) — до 200 кВт,
• производительность — до 0,5 т/ч,
• вид продукта переработки — водная/масляная эмульсия, — сыпучие/дробленые материалы,
• обеспечиваются ПДК и предельные нормы по атмосферным выбросам, шлаки остекловываются.

Практические испытания установки проводились в 1994 году совместно с муниципальным предприятием МОСВОДОКАНАЛ по уничтожению осадка сточных вод.

Плазмотермический конвертор для предприятий промышленной переработки отходов

Фирма ПЛАТЕКС накопила данные для проектирования и создания крупномасштабного термохимического конвертора, предназначенного для использования в составе промышленных предприятий по переработке и утилизации отходов.

Параметры такого мусороперерабатывающего завода таковы:

• компоновка конверторов в составе предприятитий по переработке отходов — блочная, параллельная,
• производительность единичного конвертора — 5 — 10 т/ч,
• удельный расход электроэнергии — 700 МДж/т,
• энергетический выход по синтез-газу:
  при 50% влажности сырья — 4000 МДж/т,
  при 10% влажности сырья — 11000 МДж/т,
• экономия по оборудованию в сравнении с мусоросжигательными заводами:
  — снижение удельной производительности по пару — 50 — 80 %,
  — снижение удельного расхода газов на очистке — 70 — 80 %.

Экология плазмохимической конверсии

Завод проектировался под соответствие выбросов нормам защиты окружающей среды Германии, принятым для аналогичных предприятий Москвы. В процессе конверсии подавляется образование окислов азота. Тяжелые металлы прочно связываются жидким шлаком и не вымываются грунтовыми водами.

Серу-, хлор-, фтор-содержащие загрязнители окружающей среды образуются в формах, намного более активно связываемых абсорбентами, чем при сжигании.

Температура в конверторе существенно более высокая, чем при сжигании отходов(1300-1500 градусов Цельсия против 850 градусов). Этим обеспечивается эффективное разрушение полихлорированных дибензо-п-диоксинов, полихлорированных дибензофуранов и т.п. высокотоксичных вредных веществ и позволяет исключить опасность их выброса после дожигания.

Плазмохимическое уничтожение ФОВ

Сжигание ФОВ — один из наиболее простных и эффективных способов его уничтожения. Он обеспечивает высокую степень разрушения ОВ. Метод этот применен на установке уничтожения ФОВ на атолле Джонстон (США), использован для уничтожения запасов ОВ в Ираке в 1992-1994 гг. Тем не менее при сжигании возможно образование высокотоксичных соединений, в частности полигалогенированных дибензо-п-диоксинов, дибензофуранов и родственных соединений.

Плазмотермическая переработка ФОВ устраняет основные недостатки метода сжигания и обеспечивает ряд дополнительных преимуществ. За счет развития в зоне действия плазмы высокой температуры высокотоксичные органические вещества эффективно разрушаются, а так как скорость процесса сильно возрастает, объем реактора может быть сокращен до минимума. Отпадает необходимость форсирования процесса горения, и давление в реакторе может быть сделано ниже атмосферного для предотвращения аварийных выбросов ОВ. Плазменный метод универсален и эффективен для уничтожения самых разнообразных ОВ, в том числе вязких, полимеризовавших из-за длительного хранения и т.д.

Технология ПЛАТЕКС представляет собой дальнейшее развитие этого метода. Она использует процесс частичного окисления углеводородов для уменьшения объема газов, подлежащих очистке, что особенно существенно при применении на этой ступени кислорода. При этом значительно снижается потребление электроэнергии. В предлагаемой технологии физическое тепло продуктов реакции снижается до 5 раз по сравнению с традиционным сжиганием. При дожигании очищенных продуктов реакции высвобождается значительная часть энергии исходного ОВ, которая может быть использована котлом-утилизатором (для собственных нужд) без опасения его коррозии.

При ликвидации ФОВ следует разграничивать процесс уничтожения чистого ФОВ, химического боеприпаса и ликвидации старых запасов ОВ, которые из-за полимеризации, частичного гидролиза и конденсации представляют собой сложную реакционную смесь, частично загрязненную продуктами коррозии.

Технология ПЛАТЕКС позволяет уничтожать все виды химического оружия и опасных отходов:

• переработка жидких ОВ из контейнеров,
• уничтожение химических боеприпасов с ФОВ без расснаряжения,
• уничтожение старых химических боеприпасов, не поддающихся расснаряжению,
• уничтожение химических боеприпасов с вязкими ОВ или же старых химических боеприпасов с измененными (например, вследствие полимеризации) свойствами ОВ,
• уничтожение старых боеприпасов с неопределенным содержимым (сильно корродированные снаряды и др.),
• уничтожение сохраняющих опасность отходов химической переработки ОВ,
• уничтожение и термическое обезвреживание загрязненных предметов (защитная одежда), оборудования (контейнеров с подтекающими химическими боеприпасами), земли с загрязненных территорий.

Эти возможности обеспечиваются созданием следующих элементов:

• конвертор для утилизации жидких ОВ,
• крупногабаритный корвертор для уничтожения загрязненных предметов,
• камера расснаряжения и прокаливания химических боеприпасов.

Авторы технологии ПЛАТЕКС:
профессор Ковбасюк В.И. и доктор Медведев Ю.В.
Москва