Способ термической переработки твердых и пастообразных отходов лакокрасочных материалов

 

Изобретение относится к переработке органических отходов, в частности к способам термической переработки лакокрасочных материалов, и может быть использовано в химической, машиностроительной отраслях промышленности, а также в автомобиле- и тракторостроении. Способ переработки отходов, включающем сушку, термическое разложение отходов и окисление органической составляющей, заключается в том, что отходы сушат при 105 - 120 ^oС в течение 1 - 2 ч, затем ведут термическое разложение при 500 - 600 ^oС до окончания выделения горючих газов из сухой массы отходов, а окисление органической составляющей сухой массы отходов ведут в избытке кислорода воздуха 1 - 1,5 м³ / кг при 500 - 600 ^oС, причем при термическом разложении отходов в диапазоне температур 300 - 350^oС делают выдержку в течение 1 - 2 ч, а отходящие горючие газы пропускают через систему охлаждения. 1 з. п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к обезвреживанию органических отходов термическими методами и может быть использовано в химической промышленности, в машиностроении, в автомобиле- и тракторостроении при обработке пастообразных, в частности лакокрасочных отходов.

Известен способ обезвреживания пастообразных отходов.

Данный способ заключается в том, что пастообразный отход, нанесенный на перфорированную поверхность струей сжатого воздуха с температурой 20-50^оС и давлением 4000-6000 мм в. ст. со скоростью 50-70 м/с, вводят в печь в закрученный поток продуктов сгорания природного газа, имеющий температуру 1600-1800^оС, и при расходе природного газа 150 нм³/ч, используемый для сушки отходов. Осадок в процессе термической обработки обезвреживается путем окисления его органической части и улавливания минеральной части. Органическая часть окисляется до нетоксичных газов СО₂ и Н₂О, которые вводятся с продуктами сгорания при 950-1000^оС.

Данный способ имеет следующие недостатки: 1. Сушка отхода производится в зоне горения природного газа при 1600-1800^оС и скорости потока 50-70 м/с, что приводит к перерасходу теплоносителя и составляет 184 тут/кг или 1,5 кВт˙ ч/кг. Подача материала на сушку требует значительных затрат: для создания такого давления 4000- 6000 мм в. ст. требуется применение центробежных компрессов типа К1300-91-1 потребляемой мощностью 500 кВт˙ ч/кг.

2. Высокая температура процесса (950-1000^оС) приводит к выделению паров соединений тяжелых металлов в газовую фазу, поэтому требуется ее последующая очистка. Очистка же газовой фазы от соединений тяжелых металлов (Cr, Pb, Zn, Cd и т. д. ) существующими методами и аппаратами (мокрая очистка в пенных аппаратах, абсорберах или сухая очистка в электрофильтрах) не позволяет достигнуть норм ПДК и ПДВ, если в исходной газовой фазе перед очисткой количество тяжелых металлов превышало ПДК более чем на 1% 3. Высокие скорости потока газовой фазы приводят к выносу в атмосферу мелкодисперсной пыли, включающей соединения тяжелых металлов и углеводородных соединений.

4. Образующаяся от сжигания отходов зола содержит полукокс и частицы сажи и представляет собой спеки с размером частиц от 0,5 до 5 мм, что не позволяет получить товарную продукцию и требует последующего захоронения.

5. Термическая переработка отходов в окислительной среде образует газовую фазу в виде дымовых газов, из которых невозможно сконденсировать легкие среднетемпературные углеводородные фракции, содержащиеся в отдельных видах отходов, что соответственно исключает возможность получения товарной продукции.

6. Высокие расходы теплоносителей на процесс переработки отходов.

Технической задачей является улучшение экологических условий в процессе обезвреживания пастообразных отходов, в частности лакокрасочных материалов, получение товарной продукции и снижение расхода теплоносителей.

Технический результат, достигаемый решением поставленной задачи, выражается в следующем.

1. Улучшение экологических условий.

1.1. Исключается выделение тяжелых металлов (Cr, Pb, Zn, Cd) в газовую фазу.

1.2. Отсутствуют в дымовых газах углеводородные фракции и СО.

2. Получение товарной продукции.

3. Снижение расхода энергоресурсов в 4-7 раз.

Поставленная задача достигается тем, что в способе термического обезвреживания пастообразных отходов, в частности лакокрасочных материалов, включающем сушку, термическое разложение отходов и окисление органической составляющей, сушат отходы при 105-120^оС в течение 1-2 ч, затем ведут термическое разложение при 500-600^оС до окончания выделения горючих газов из сухой массы отходов, а окисление органической составляющей сухой массы отходов ведут в избытке кислорода воздуха в 1-1,5 м³/кг при 500-600^оС, причем при термическом разложении отходов в диапазоне температур 300-350^оС делают выдержку в течение 1-2 ч, а отходящие горючие газы пропускают через систему конденсации.

Отличительными от прототипа и достаточными во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны, являются следующие существенные признаки изобретения: сушат отходы при 105-120^оС в течение 1-2 ч; термическое разложение отходов ведут при 500-600^оС до окончания выделения горючих газов из сухой массы отходов; окисление органической составляющей отходов ведут в избытке кислорода воздуха, равном 1-1,5 м³/кг, при 500-600^оС.

Существенным признаком, характеризующим изобретение в частном случае, а именно в случае термического обезвреживания отходов, в частности лакокрасочных материалов, содержащих растворители, является то, что при термическом разложении отходов в диапазоне температур 300-350^оС делают выдержку в течение 1-2 ч, а отходящие горючие газы пропускают через систему конденсации.

Сушку отходов, в частности лакокрасочных материалов, проводят при 105-120^оС. Нижний предел температуры обеспечивает максимальное испарение влаги при поддерживаемом разрежении в замкнутом объеме 2-5 мм в.ст. а верхний предел ограничивает интенсивное выделение среднетемпературных фракций в газовую фазу. Такое условие необходимо для того, чтобы при переработке отходов, в частности ЛКМ, провести конденсацию среднетемпературных фракций с получением продуктов для приготовления растворителей.

Термическое разложение пастообразных отходов ведут до 500-600^оС. Нижний температурный предел обусловлен температурой кипения тяжелых углеводородных фракций, которые необходимо максимально удалить из сухого остатка отходов, содержащих элементарные тяжелые металлы (цинк, свинец) и их оксиды с низкой температурой возгонки. При ведении процесса с температурой ниже 500^оС увеличивается содержание углерода в пигменте, т.е. ухудшается качество продукта. Верхний предел температуры ограничивается возрастанием упругости паров тяжелых металлов и их оксидов и возможностью их возгонки.

Очистка газовой фазы от тяжелых металлов крайне затруднена технически. Система очистки в виде электрофильтра или мокрой очистки газов является дорогостоящей и может обеспечить достижение предельно допустимых концентраций и предельно допустимых выбросов, установленных в настоящее время, лишь при тщательной дозировке отходов и надежной эксплуатации термического и газоочистного оборудования. Установленные же нормы предельно допустимых концентраций и выбросов по своим абсолютным значениям превышают показатели мировых стандартов. Таким образом, выдерживание температуры при термическом разложении 500-600^оС исключает выделение в газовую фазу оксидов тяжелых металлов и элементарных тяжелых металлов, тем самым улучшается экология в районе работы установки. Окисление органической составляющей сухой массы отходов ведут в избытке кислорода воздуха, который подается в количестве 1-1,5 нм³/кг отходов при 500-600^оС.

В случае ведения процесса окисления при температуре ниже 500^оС в сухой части отходов не полностью окисляется коксовый остаток, что не обеспечивает качество продукта, а при температуре выше 600^оС начинается возгонка паров оксидов тяжелых металлов.

Нижний предел избытка кислорода воздуха определяется температурой в печи. Температура воздуха, подаваемого в печь, 18-25^оС. При расходе кислорода воздуха ниже 1 нм³ на 1 мг отходов в печи повышается температура выше 600^оС. Увеличение избытка кислорода воздуха выше 1,5 нм³ на 1 кг отходов ведет к перерасходу электроэнергии, снижению температуры в печи ниже 500^оС.

При термическом разложении в интервале температур 300-350^оС делают выдержку в течение 1-2 ч, а отходящие горючие газы можно пропустить через систему конденсации.

При 300-350^оС заканчивается выделение среднетемпературных органических фракций, конденсация которых обеспечивает получение полупродуктов для приготовления растворителей. Верхний предел температуры, равный 350^оС, ограничен тем, что выше него начинается выделение высокотемпературных фракций, при конденсации которых образуются смолы, налипающие на стенки аппарата и ухудшающие процесс конденсации.

Нижний температурный предел, составляющий 300^оС, обусловлен тем, что при термическом разложении отходов при более низких температурах не происходит выделение основной среднетемпературной фракции, увеличивается содержание углерода в твердом остатке, т.е. ухудшается качество продукта. Поддерживание температуры выше 350^оС экономически нецелесообразно, так как связано с дополнительным расходом энергоресурсов. Выдержка по времени 1-2 ч обусловлена видом отхода. При переработке пастообразных отходов в виде комков время выдержки составляет не менее 1 ч, а при переработке пастообразных отходов в виде однородной смешанной массы до 2 ч, что обеспечивает возможность полного выделения в газовую фазу среднетемпературных фракций и получение максимального выхода полупродуктов.

Пастообразные отходы загружаются в виде слипшейся массы, выделение из которой газовой фазы идет с поверхности с образованием пор, и постепенно каналы, по которым выводятся газы, доходят до центра массы. По времени процесс более длительный, чем выделение газовой фазы из отдельных комков.

П р и м е р 1. В контейнер, выполненный в виде цилиндра диаметром 850 мм и высотой 1350 мм из нержавеющей стальной сетки, загружают пастообразные отходы эмали АС-182 в количестве 250 кг в виде комков.

Состав эмали АС-182, мас.

Органическая часть (заполи- меризованная смола АС-1033) 63,9 Неорганическая часть 36,1 в том числе: окись титана 5,2 окись хрома 3,1
крон свинцовый оранжевый 2,2
крон свинцовый желтый 23,8
оксид кальция 1,8
Контейнер устанавливают в барабанную индукционную печь, после чего плотно закрывают крышку, подают напряжение на индуктор и начинают разогрев за счет энергии, выделяемой в барабане, помещенном в электромагнитное поле индуктора. Одновременно с подачей напряжения на индуктор включают вытяжной вентилятор.

Процесс сушки ведется при 110^оС в течение 1,5 ч. Окончание процесса сушки контролируется по содержанию паров воды в газовой фазе. После сушки температуру повышают до 550^оС и ведут процесс термического разложения тяжелых органических фракций. В газовую фазу выделяются СО, СО₂, С₂Н₂, С₂Н₅, С₃Н₆, С₄Н₁₀ и пары более тяжелых органических веществ. Выделение углеводородных продуктов идет за счет термической деструкции органической составляющей отходов (в основном отщепленных радикалов С₁₇Н₃₄). Горючие газы поступают в камеру дожигания, где сгорают при 1000-1200^оС. Контроль за окончанием процесса термического разложения ведется по содержанию СО и углеводородов. При их отсутствии в газовой фазе после печи процесс термического разложения считается законченным. Следующим этапом проводят процесс окисления (сжигания) твердого коксового остатка в оставшейся в контейнере сухой массе. Для этого в печь по трубопроводу подают воздух в количестве 1,25 нм³ на 1 кг отхода по сухой массе. Процесс горения идет при 550^оС, а окончание его контролируется по наличию в газовой фазе только азота и кислорода воздуха. Дымовые газы после камеры дожигания разбавляются воздухом до 80-100^оС и поступают на рукавный фильтр для очистки от пыли, после чего сбрасываются в атмосферу.

В результате получают товарный продукт, отвечающий техническим требованиям, предъявляемым к пигменту; дымовые газы, выбрасываемые в атмосферу, не содержат СО, углеводородов, паров тяжелых металлов и их окислов; расход теплоносителей составляет 1,3 кВт˙ч/кг.

П р и м е р 2. Пастообразные отходы (в виде слипшейся однородной массы) ЛКМ, в данном случае эмали АС-182, загружают в контейнер, устанавливают в печь, подают напряжение на индуктор и ведут процесс сушки. Пары воды и легколетучие фракции поступают в камеру дожигания. Сушку ведут при 110^оС в течение 1,5 ч и контролируют окончание сушки по осутствию паров воды в отходящих газах после печи. По окончании сушки производят переключение потока отходящих газов на холодильную установку, представляющую собой кожухо-трубный водяной теплообменник с баком для сбора растворителя. Температуру в печи повышают до 350^оС. Горючие газы, проходя через теплообменник, частично конденсируются, и конденсат, представляющий собой компоненты растворителя, собирается в баке. Несконденсированные горючие газы поступают в камеру дожигания, где сжигаются при 1000-1200^оС. Процесс ведется в течение 1,5 ч, затем производят отключение холодильной установки, и газовый поток направляют в камеру дожигания, минуя холодильную установку. Эта операция позволяет получить компоненты растворителя, чтобы использовать их в качестве товарной продукции.

В таблице приведены результаты опытных исследований на различных режимах по каждой из стадий процесса для определения оптимальных его значений.

При сушке пастообразных влажных отходов ЛКМ в печи при 100^оС, т.е. ниже нижнего предела (пример N 1), остаточное содержание влаги является достаточно высоким и составляет 10 мас. что приводит к попаданию воды в растворитель при последующей стадии охлаждения горючих газов. При сушке тех же отходов при 130^оС, т.е. выше верхнего предела (пример N 5) увеличивается расход электроэнергии и происходит частичная отгонка углеводородов содеpжание органических соединений составляет 42% т.е. на 4% (в сравнении с примером N 1) происходит удаление углеводородов, а это вызовет потерю при получении растворителей на следующей стадии конденсации горючих газов.

При сушке отходов в течение 0,5 ч, т.е. ниже нижнего предела (пример N 6) влага полностью не успевает удалиться.

При сушке отходов в течение 2,5 ч (пример N 10) идет перерасход электроэнергии. При этом в зависимости от вида отхода (пастообразные или твердые) время сушки выбирается соответственно от 1 до 2 ч.

Термическое разложение при температуре ниже 500^оС (450^оС, пример N 11) не позволяет полностью удалить жидкие тяжелые углеводородные фракции, а при температуре выше 600^оС (700^оС, пример N 15) в газовую фазу начинают выделяться оксиды свинца и хрома и, кроме того, повышаются затраты электроэнергии.

Процесс окисления (сжигания) твердого коксового остатка в сухой массе отходов при подаче кислорода воздуха менее 1 нм³/кг (0,5 нм³/кг, пример N 16) сухой части отходов не позволяет полностью удалить органику из пигмента и в то же время имеет место рост температуры в печи и переход в газовую фазу оксидов тяжелых металлов свинца и хрома. При расходе кислорода воздуха более 1,5 нм³/кг (2,0 нм³/кг, пример N 20) происходит снижение температуры в печи и возникает необходимость включения электронагрева, что приводит к перерасходу электроэнергии. При ведении процесса окисления с температурой 450^оС (пример N 21) органика полностью не удаляется и получить пигмент как товарную продукцию невозможно.

При 700^оС идет выделение паров оксидов тяжелых металлов в газовую фазу.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ТВЕРДЫХ И ПАСТООБРАЗНЫХ ОТХОДОВ ЛАКОКРАСОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ, включающий сушку, термическое разложение отходов и окисление органической составляющей коксового остатка отходов, отличающийся тем, что отходы сушат при 105 120^oС в течение 1 2 ч, затем подвергают термическому разложению путем подъема температуры до 500 - 600^oС до момента окончания выделения горючих газов из сухой массы отходов, а окисление органической составляющей коксового остатка отходов ведут в избытке кислорода воздуха 1 1,5 м³/кг при 500 600^oС.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при темическом разложении отходов в диапазоне температур 300 350^oС делают выдержку в течение 1 2 ч, а отходящие горючие газы пропускают через систему конденсации.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5