ПРОМЫШЛЕННЫХ И БЫТОВЫХ ОТХОДОВ

⇐ ПредыдущаяСтр 10 из 10

В последнее десятилетие одним из наиболее востребованных направлений использования низкотемпературной плазмы (температурный интервал которой лежит от 1500 до 50000 К) является область переработки промышленных и бытовых отходов.

В силу своего основного преимущества – чрезвычайно концентрированной удельной энергии плазма лучше, чем любое другое воздействие, пригодна для обезвреживания, уничтожения и утилизации отходов. Плазмохимический способ в этой области является сильной альтернативой термическому способу благодаря высокой интенсивности процесса. Кроме высокой удельной производительности реакционного объёма (до 100 тыс. кг/ч.м³) необходимо отметить еще несколько явных его достоинств, а именно:

· Для плазмохимического способа отсутствуют ограничения по фазовому состоянию и химическому составу отходов. Этим способом можно перерабатывать также трудногорючие и негорючие отходы.

· Плазмохимическая технология переработки сырья (в данном частном случае отходов) является сама по себе безотходной, т.е. конечным звеном в цепи множества химических и биологических процессов.

· Плазмохимический способ является также ресурсосберегающим. Например, переработка 1 т хлорорганических отходов позволяет экономить от 0, 1 до 0, 3 т суммы ацетилена и этилена, до 0, 7 т хлора, от 0, 3 до 1, 1 т карбида кальция. Для производства плазмохимического ацетилена требуется меньше электроэнергии (21, 6 МДж/кг вместо 38, 9 МДж/кг) по сравнению с карбидным способом. При переработке трудногорючих и негорючих хлорорганических отходов экономится от 0, 1 до 1 т топлива на 1 т отходов по сравнению со способом термического обезвреживания.

Здесь полезно указать следующие недостатки термического способа (сжигание в печах, топках):

· Ограничение по сырью. Нельзя перерабатывать негорючие отходы, для их обезвреживания требуется вводить дополнительное топливо.

· Низкая интенсивность процесса. Удельная производительность реакционного объёма составляет не более 100 кг/(ч.м³). В этой связи печи имеют большую металлоемкость и требуют для размещения значительных площадей.

· Невозможность переработки отходов в целевые ценные продукты.

· Потери углерода сырья – наиболее дорогостоящего компонента отходов – в виде углекислого газа.

В зависимости от характера отходов, от потребностей региона, от особенностей основного производства процесс переработки отходов в плазме может быть организован либо как ликвидация (уничтожение) отходов с развалом их молекул до простейших безвредных соединений, которые в большинстве своём представляют высококалорийное топливо, либо как направленное производство ценных целевых продуктов. В первом случае используется окислительный плазмообразующий газ, во втором – восстановительный, в основном водород. При переработке углеродсодержащих отходов в окислительной плазме получается синтез-газ, используемый дальше во многих процессах. Ценным продуктом плазмохимической переработки подобных отходов может быть высококачественная ультрадисперсная сажа.

Переработка бытовых отходов в плазме также может быть организована с получением конвертированного газа высокой калорийности.

Достаточно много работ выполнено по утилизации жидких органических, фосфорорганических, хлорорганических отходов в плазме, а также по обезвреживанию сточных вод, содержащих органические примеси различных производств, различных вредных веществ, в том числе радиоактивных отходов.

В качестве одного из примеров предлагаем на рассмотрение процесс переработки хлорсодержащих органических отходов ряда производств химической промышленности.

Ключевым звеном схемы по переработке указанных отходов является плазмохимический модуль. Плазмообразующим газом может служить либо водород, что является более предпочтительным, либо хлорсодержащие газы. Образующийся пирогаз содержит ацетилен, этилен, метан, водород, хлористый водород, технический углерод (сажа). Особенно целесообразным и уместным представляется включение плазмохимического способа переработки хлорорганических и органических отходов в производство синтеза различных хлорорганических продуктов, например, винилхлорида.

Из анализа результатов термодинамических расчётов системы С-Н-Сl следует, что необходимую для производства винилхлорида смесь С₂Н₂: НСl = 1 (~20 об.%) можно получить при 1500-1800 К и соотношении С: Сl ³ 2. При этом выход ацетилена (по углероду) должен достигать 80-90 мас.%, а затраты энергии должны быть относительно невелики (не более 2 кВт.ч/кг смеси). Эти расчёты подтверждены в экспериментах на многих установках.

В кинетических расчётах разложения хлоруглеводородов предполагается, что за время ~10^-6с исходные соединения распадаются на НСl, СН₄, С₂Н₄ и Н₂. Если же в них присутствуют ароматические группы, то образуется еще и С₂Н₂. Затем эти углеводороды разлагаются по схеме, предложенной для разложения метана Касселем. Начальные соотношения СН₄: С₂Н₄: С₂Н₂ получают в предположении различных мест разрыва связей С-С и С-Н в хлоруглеводороде. В расчётах при решении системы уравнений химической кинетики и гидродинамики струи учитывали также закалку продуктов реакции со скоростью 5.10⁶ К/с, которая " включалась" на различных отрезках реактора. Результаты расчётов хорошо согласуются с данными многих экспериментов.

Необходимую для производства винилхлорида смесь с равными концентрациями С₂Н₂ и НСl получали либо пиролизом бензина с концом кипения 165 ^оС в хлорсодержащих плазменных струях, либо пиролизом смесей хлоруглеводородов в струе водорода. В первом случае смесь, содержавшая по 17-20 об.% С₂Н₂ и НСl, образовывалась при 1550-1700 К за (5¸ 15).10^-5с. Во втором случае смесь получалась за ~10^-4с при 1400-1700 К.

Накопленный теоретический и экспериментальный материал лёг в основу разработки проекта по переработке хлорсодержащих органических отходов производств химической промышленности на плазменном модуле производительностью 3000 т/год по сырью.

В качестве сырья использовались хлорсодержащие органические отходы производств дихлорэтана, винилхлорида, хлористого аллила, эпихлоргидрина, трихлорэтилена, четыреххлористого углерода, перхлорэтилена, хлорбензолов, гербицидов (ленацила, метаксона, 2, 4 Д-кислоты), перхлорвиниловой смолы, окиси этилена, тяжёлых органических остатков (отработанных масел, керосина, ароматических углеводородов, кубовых остатков ректификации нефти, мазута) смеси органических и хлорсодержащих органических отходов (отработанный керосин, абсорбент и кубовые остатки производства перхлоруглеродов; отработанный керосин и дихлорпропановая фракция; дихлорпропановая фракция, кубовые остатки производства перхлоруглеродов и отработанный абсорбент производства бутадиена и изопропена).

В качестве сырья использовалось также газообразное сырьё: метановодородная фракция, этиленсодержащие газовые выбросы производства разветвленных карбоновых кислот.

При переработке хлорорганических и органических отходов в водородной плазме образуется пирогаз, содержащий ацетилен, этилен, метан, водород, хлористый водород, технический углерод (сажа).

Использование газов пиролиза может осуществляться по различным направлениям в зависимости от потребности в конечном продукте, наличия производств, в которых можно использовать ацетилен, этилен, пирогаз. Приведем некоторые варианты использования пирогаза.

Углеводородный, хлоруглеводородный вариант

В этом варианте из газов пиролиза известными способами выделяют концентрированный ацетилен, который используется для синтеза органических веществ.

Ацетилен, этилен, хлористый водород могут быть использованы для синтеза различных хлорорганических продуктов (винилхлорида, тетрахлорэтана, трихлорэтана, хлористого этила, метилхлороформа) без выделения их в концентрированном виде. В случае получения винилхлорида и метилхлороформа производство будет сбалансированным по хлору без процесса оксихлорирования.

Обратные газы после синтеза хлорорганических продуктов используются в качестве топливного газа.

Технический углерод является побочным продуктом, применение его рекомендуется в рецептуре резинотехнических изделий.

Топливный вариант

Хлористый водород выделяется из пирогаза в виде соляной кислоты, затем стриппингом соляной кислоты получается сухой хлористый водород, который может быть использован для синтеза хлорорганических продуктов (винилхлорида, хлористого этила, хлористого метила). Газы пиролиза (без НСI) используются как высококалорийное топливо.

Сажевый вариант

В этом варианте основная часть сырья превращается в технический углерод (сажу). Из газов пиролиза выделяют технический углерод и сухой хлористый водород, остальные газы используют в качестве топлива.

Во всех перечисленных вариантах в качестве плазмообразующего газа используют водород, получаемый в производстве хлора и каустической соды ртутным и диафрагменным способами. На предприятиях хлорной промышленности имеется достаточное количество водорода для осуществления обсуждаемого процесса. В период пуска используется водород. После выхода на режим стадии переработки пирогаза в качестве плазмообразующего газа используются собственные абгазы, содержащие смесь водорода с метаном. Однако в катод плазмотрона постоянно подается очищенный от кислорода и влаги водород.

При пиролизе хлоруглеводородного сырья можно выделить следующие основные стадии процесса. Вначале происходит разложение хлоруглеводорода и образование значительного количества НСI, концентрация которого после быстрого роста устанавливается постоянной. Углеводородные остатки пиролизуются через этан и этилен, концентрация последнего проходит через максимум вследствие взаимной конкуренции процессов образования этилена и ацетилена. Далее основным становится процесс образования ацетилена, который в свою очередь на заключительной стадии разлагается до углерода и водорода. Концентрации водорода и метана возрастают со временем на всех стадиях процесса.

Характеристическое время установления концентрации НСI составляет от 7.10^-4с до 7.10^-5с при изменении температуры проведения процесса от 1200 К до 1600 К, время прохождения через максимум этилена – 2.10^-4 - 8.10^-5с, время прохождения через максимум ацетилена – 3.10^-3-5.10^-4с при изменении температуры в тех же пределах. Углерод начинает образовываться при времени контакта порядка 5.10^-4с, а его концентрация достигает высоких значений при времени контакта 5.10^-3с.

Основные показатели процесса плазменного получения сажи следующие:

· удельные затраты электроэнергии на разложение отходов

2, 88-7, 2 МДж/кг;

· степень превращения сырья 98 100 %;

· выход ацетилена и этилена на углерод сырья 60-80 %;

· выход технического углерода 4, 0 %;

· ресурс катода плазмотрона 1000 ч;

· ресурс анода плазмотрона 200 ч;

· длительность работы плазменного реактора 2 года, срок службы футеровки 6 месяцев.

Для генерации плазмы используются плазмотроны постоянного тока с межэлектродными вставками мощностью, например, 750 и 1500 кВт.

Включение этого процесса в технологическую схему производства винилхлорида упрощает её и значительно снижает (до 40%) себестоимость продукта.

Разработано производство ацетилена мощностью 1500 т/год способом плазмохимической переработки отходов производства эпихлоргидрина.

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 910