Плазмореактор установки обезвреживания жидких хлорорганических отходов

 

Изобретение относится к экологии, точнее к установке обезвреживания жидких хлорорганических отходов с помощью низкотемпературной плазмы. Технический результат: повышение технико-эксплуатационных параметров за счет возможности регулирования давления внутри реакционной камеры и обеспечение стабильной работы центробежно-барботажного аппарата. Плазмореактор установки включает корпус, плазмотрон, реакционную камеру и центробежно-барботажный аппарат, узел ввода газа центробежно-барботажного аппарата установлен внутри реакционной камеры и выполнен в виде цилиндрических колец, разрезанных плоскостями, касательными к внутренним поверхностям, на сегменты, которые подвижно закреплены между шайбами, профилирующими газожидкостный слой. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области экологии, в частности представляет плазмореактор установки обезвреживания жидких хлорорганических отходов с помощью низкотемпературной плазмы. Оно может быть использовано в любой отрасли промышленности, включая фармакологическую, для обезвреживания токсичных и вредных для человека веществ.

Технология плазменного дугового нагрева идеально подходит для пиролиза жидких углеводородов и превращает их в ценные газовые полуфабрикаты. Однако для обезвреживания жидких хлорорганических отходов потребовались более высокие температуры и особые методы деструкции.

Известны способ и устройство плазменного пиролитического разложения жидких хлорорганических отходов, например полихлорированного дифинила, согласно которым разложение отходов осуществляют непосредственно в каналах плазмотрона, рекомбинацию и нейтрализацию проводят в реакционной и закалочной камерах с последующей очисткой в мокром скруббере [1].

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известных способа и устройства, относится то, что процесс распыления и ионизации обезвреживаемых продуктов в известном устройстве осуществляют непосредственно внутри полых электродов плазмотрона, что существенно сокращает время пребывания обезвреживаемых отходов в условиях высокой температуры и не исключает процесс взаимодействия отходов с материалом электродов. Другое препятствие: процесс закалки рекомбинируемых продуктов при помощи распылительного кольца малоэффективен и неэкономичен ввиду малой площади взаимодействия газа с жидкостью.

Наиболее близкими того же назначения к заявляемому изобретению по совокупности признаков являются способ и устройство для плазменного пиролиза жидких отходов, в корпусе плазмореактора которого установлены полая обечайка со змеевиком и центробежно-барботажный аппарат с рециркуляционными контурами, при этом змеевик полой обечайки соединен гидравлически через парогенератор с паровым плазмотроном, а центробежно-барботажный аппарат соединен по газу через конденсатор с водокольцевым вакуумным насосом [2].

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, принятого за прототип, относится то, что в известном устройстве отсутствуют конструктивные элементы, обеспечивающие стабильную и надежную работу всех его частей, включая реакционную камеру и центробежно-барботажный аппарат. Так, незначительное изменение концентрации растворителя в обезвреживаемых отходах может привести к существенному изменению температуры внутри реакционной камеры и, как следствие, к снижению давления. Это тотчас неминуемо сказывается на работе центробежно-барботажного аппарата ввиду большой зависимости параметров газожидкостного кольца от скорости входящего газового потока.

Задачей настоящего изобретения является устранение вышеперечисленных недостатков путем изменения конструкции устройства и улучшение технико-эксплуатационных характеристик.

Указанная задача решается за счет достижения технического результата при осуществлении изобретения, заключающегося в получении возможности регулирования давления внутри реакционной камеры обеспечения стабильности работы центробежно-барботажного аппарата.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном устройстве плазмореактор установки обезвреживания жидких хлорорганических отходов включает наружный корпус, плазмотрон, реакционную камеру и центробежно-барботажный аппарат с узлом ввода газа. Причем узел ввода газа в центробежно-барботажный аппарат установлен внутри реакционной камеры и выполнен в виде цилиндрических колец, разрезанных плоскостями, касательными к его внутренним поверхностям, на сегменты, которые подвижно закреплены между шайбами, профилирующими газожидкостный слой.

Указанный технический результат достигается также тем, что в сегментах узла ввода и профилирующих шайбах центробежно-барботажного аппарата выполнены сквозные отверстия и в них вставлены стержни, подвижно закрепленные в корпусе центробежно-барботажного аппарата и жестко связанные с сегментами узла ввода газа.

Указанный технический результат достигается также тем, что реакционная камера плазмореактора выполнена в виде сопла Лаваля и герметично соединена своими торцами с плазмотроном и корпусом центробежно-барботажного аппарата, при этом в ее полости установлены датчики температуры и давления, электрически связанные с механизмом поворота сегментов узла ввода газа.

При исследовании отличительных признаков описываемого плазмореактора установки обезвреживания жидких хлорорганических отходов не выявлено каких-либо аналогичных решений, касающихся регулирования температуры и давления внутри реакционной камеры и обеспечения стабильности работы центробежно-барботажного аппарата. Изложенная выше совокупность признаков обеспечивает достижение указанного технического результата, чем обуславливается причинно-следственная связь между признаками и техническим результатом и существенность признаков формулы изобретения.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включая поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволили установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявляемого изобретения. А определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволило выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном объекте, изложенных в формуле изобретения. Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "новизна" по действующему законодательству.

Для проверки соответствия заявленного изобретения требованию изобретательского уровня заявитель провел дополнительный поиск известных решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного изобретения, результаты которого показывают, что заявленное изобретение не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники, а могло быть получено только при всестороннем и глубоком изучении вопроса. Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "изобретательский уровень" по действующему законодательству.

На фиг. 1 изображен общий вид плазмореактора установки обезвреживания жидких хлорорганических отходов, на фиг. 2 - сечение по А-А на фиг. 1 с повернутыми сегментами, на фиг. 3 - то же сечение по А-А на фиг. 1, разрез с закрытыми сегментами.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения с получением вышеуказанного технического результата, заключаются в следующем.

Плазмореактор установки обезвреживания жидких хлорорганических отходов включает плазмотрон 1 (фиг. 1), узел ввода отходов 2, корпус 3 со змеевиком охлаждения, реакционную камеру 4 со змеевиком парогенератора, центробежно-барботажный аппарат 5, шламоприемник 6 с затвором 7. В свою очередь центробежно-барботажный аппарат 5 включает цилиндрический корпус 8 с мембраной 9, узел ввода газа 10 в центробежно-барботажный аппарат 5, шайбы 11, профилирующие газожидкостный слой, подвижные сегменты 12, стержни 13 крепления сегментов 12, механизм поворота 14, выходной конфузор 15 и влагоотбойник 16. На фиг. 2 показано сечение А-А по узлу ввода газа 10 центробежно-барботажного аппарата 5, при этом сегменты 12 при помощи стержней 13 повернуты вокруг своих осей на максимальный угол. На фиг. 3 показано это же сечение при закрытых сегментах 12, т.е. при нулевом угле поворота стержней 13.

Плазмореактор работает следующим образом. Жидкие отходы предварительно смешивают с различными ингредиентами и подают в узел 2 ввода отходов и далее в реакционную камеру 4, где они с помощью парового плазмотрона 1 мгновенно нагреваются и распадаются, т.к. при температуре выше 4000^oC пиролиз углеводородов протекает быстро и в полной мере. Далее образовавшиеся газы, двигаясь по оси реакционной камеры 4, рекомбинируют и, охлаждаясь, закаливаются. При этом желательно либо устранить, либо свести к минимуму процесс горения углеводородов во время пиролиза. Этого можно достигнуть только при определенных параметрах среды в реакционной камере 4: температуре, давлении и времени пребывания. Температуру можно легко повысить или понизить с помощью плазмотрона 1, но давление и время пребывания газов в реакционной камере 4 труднее поддается регулировке, т.к. зависит от многих факторов, в том числе и от геометрических параметров реакционной камеры 4 и ее выходного канала. В предлагаемом плазмореакторе эти два параметра регулируют с помощью узла ввода газа 10 в центробежно-барботажный аппарат 5. Так, поворачивая сегменты 12 (фиг. 2) с помощью стержней 13 посредством механизма поворота 14, можно установить требуемое давление внутри реакционной камеры 4, а следовательно, длину пробега и время рекомбинации газа. При этом не менее важным является то обстоятельство, что при изменении угла поворота сегментов 12 (фиг. 3) в обратном направлении давление внутри реакционной камеры 4 будет увеличиваться, а скорость газа в узле ввода 10 центробежно-барботажного аппарата 5 остается постоянной и, как следствие, остаются постоянными и параметры газожидкостного кольца. Проходя между профилирующими шайбами 11 и взаимодействуя с жидким сорбентом, газ очищается и охлаждается. Отработанный жидкий сорбент с помощью конфузора 15 собирается в шламоприемнике 6, а очищенный газ, пройдя через центробежный отделитель 16, покидает плазмореактор и направляется на дальнейшую обработку. При этом жидкий сорбент и шлам (на чертежах условно не показано) подлежат дальнейшей переработке.

Такая конструкция плазмореактора позволяет обезвреживать жидкие хлорорганические отходы с большой эффективностью и надежностью за счет получения возможности регулирования параметров среды в реакционной камере и поддержания стабильности газожидкостных слоев в центробежно-барботажном аппарате.

Таким образом, вышеприведенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного изобретения следующей совокупности условий: - средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, предназначено для использования в промышленности, а именно в экологии, в частности в установках обезвреживания жидких хлорорганических отходов с помощью низкотемпературной плазмы; - заявленное устройство в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте изложенной формулы изобретения, подтверждает возможность его осуществления с помощью описанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов; - средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата. Преимущество изобретения состоит в том, что использование поворотных сегментов в узле ввода газа центробежно-барботажного аппарата улучшает технико-экономические характеристики плазмореактора. Оно позволяет простым и надежным способом изменять параметры среды в его реакционной камере и добиваться стабильности газожидкостного кольца при работе центробежно-барботажного аппарата.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "промышленная применимость" по действующему законодательству.

Источники информации 1. US, патент 4644877, кл. F 23 G 5/10, 1987 г.

2. Описание изобретения к патенту Российской Федерации 2093754 C1, МКП F 23 G 5/00, 1997 г.

Формула изобретения

1. Плазмореактор установки обезвреживания жидких хлорорганических отходов, включающий корпус, плазмотрон, реакционную камеру и центробежно-барботажный аппарат, отличающийся тем, что узел ввода газа центробежно-барботажного аппарата установлен внутри реакционной камеры и выполнен в виде цилиндрических колец, разрезанных плоскостями, касательными к внутренним поверхностям, на сегменты, которые подвижно закреплены между шайбами, профилирующими газожидкостный слой.

2. Плазмореактор по п.1, отличающийся тем, что сегменты и профилирующие шайбы выполнены со сквозными отверстиями и в них вставлены стержни, подвижно закрепленные в корпусе центробежно-барботажного аппарата и жестко связанные с сегментами узла ввода газа.

3. Плазмореактор по п.1 или 2, отличающийся тем, что реакционная камера в нем выполнена в виде сопла Лаваля и герметично соединена своими торцами с плазмотроном и корпусом центробежно-барботажного аппарата, при этом в ее полости установлены датчики температуры и давления, электрически связанные с механизмом поворота сегментов узла ввода газа.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3