Способ термической демеркуризации ртутьсодержащих материалов и устройство для его реализации

 

Изобретение относится к переработке ртутьсодержащих материалов и, в частности, может быть использовано для отгонки ртути из цинкового цементата. Способ характеризуется тем, что отгонку ртути ведут в циркулирующем потоке инертного газа по замкнутому контуру. Устройство для реализации этого способа, содержащее емкость с обрабатываемым материалом, нагреватель, ловушку и насос, дополнительно снабжено струйным насосом, расположенным перед ловушкой, выполненной в виде сепаратора с циклоном, и теплообменником, связанным со струйным насосом и сепаратором через насос, причем все элементы устройства образуют два замкнутых контура: контур газового потока, включающий струйный насос, сепаратор, нагреватель и емкость с обрабатываемым материалом, контур жидкой фазы, включающий сепаратор, насос, теплообменник, струйный насос. Благодаря такому решению практически полностью устраняются выбросы ртути в атмосферу. 2 с.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области переработки ртутьсодержащих материалов и, в частности, может быть использовано для отгонки ртути из цинкового цементата перед его плавкой.

Известна обжиговая установка для переработки ртутьсодержащих материалов (А. с. N 1708902, М.Кл.⁷ C 22 B 43/00, опубл. БИ 4, 1992 г.), содержащая обжиговую печь, где идет окислительный обжиг с отгонкой ртути в газовую фазу. Газы с ртутью поступают в пылеулавливающее устройство (циклон), откуда часть проходит через патрубок и бункер-питатель вместе с шихтой в обжиговую печь, а часть уносится на системы конденсации.

Недостатком этой системы является наличие выбросов, содержащих пары ртути в атмосферу.

Известно также устройство для извлечения ртути из отходов, содержащих пластмассу (патент РФ N 1466665, М. Кл.⁷ C 22 В 43/00, опубл. БИ 10, 1989 г. ), включающее емкость с отходами, помещенную в камеру нагрева, в которую входит патрубок для подачи инертного газа. Устройство содержит также камеру для сожигания отходов и две охлаждающие ловушки, в которых происходит улавливание и вывод ртути.

Недостатком этой системы является также наличие значительного количества выбросов ртути.

Известен способ термической демеркуризации загрязненных ртутью материалов и устройство для его осуществления, принятый за прототип (патент РФ N 1838440, М.Кл.⁷ C 22 В 43/00, опубл. БИ 32, 1993 г.). Способ включает нагрев материалов, дистилляцию паров ртути и улавливание ее в низкотемпературной ловушке, а откачку газов из камеры ведут при молекулярном режиме течения паров ртути в ловушке за счет регулирования величины потока, поступающего в ловушку газа. Устройство для осуществления этого способа содержит камеру для обрабатываемого материала с нагревателем, низкотемпературную ловушку, вакуумный насос, вакуумные магистрали с вентилями и датчик давления.

Недостатком этого способа и устройства является также наличие значительного количества ртути в выбросах в атмосферу.

Задача изобретения заключается в уменьшении выбросов паров ртути в атмосферу.

Задача решается тем, что в способе термической демеркуризации ртутьсодержащих материалов, включающем нагрев материала, дистилляцию ртути и конденсацию ее паров в охлаждаемой ловушке, согласно изобретению, дистилляцию ртути и конденсацию ее паров ведут в потоке инертного газа, циркулирующего по замкнутому контуру газового потока. Технический результат в устройстве достигается за счет того, что устройство для термической демеркуризации ртутьсодержащих материалов, включающее связанные магистральными трубопроводами с вентилями емкость с обрабатываемым материалом, нагреватель, ловушку, насос, согласно изобретению снабжено струйным насосом, расположенным перед ловушкой, выполненной в виде сепаратора с брызгоотделителем, и теплообменником, связанным со струйным насосом и сепаратором через насос, причем все элементы устройства образуют два замкнутых контура: контур газового потока, включающий струйный насос, сепаратор, нагреватель, емкость с обрабатываемым материалом и контур жидкой фазы, включающий сепаратор, насос, теплообменник, струйный насос.

Изобретение поясняется чертежом, на котором представлена схема демеркуризации цинкового цементата.

В способе реализован принцип перегонки в токе инертного газа. В качестве инертного газа используют газ, не вступающий в химические реакции с ртутью в условиях процесса термической демеркуризации. Испарение ртути происходит в поток горячего инертного газа. В предлагаемом устройстве инертный газ циркулирует по замкнутому контуру газового потока, а жидкая фаза циркулирует по замкнутому контуру жидкой фазы.

Устройство содержит вертикальную цилиндрическую емкость с обрабатываемым материалом - реторту 1, снабженную герметичной крышкой. Внутри корпуса реторты 1 вставлен термос 2, в котором установлена кассета 3 с тарелками 4, заполняемыми цинковым цементатом 5. Устройство также включает электрический нагреватель 6, струйный насос 7 для обеспечения циркуляции газовой фазы, центробежный насос 8, ловушку для отбора ртути, выполненную в виде сепаратора 9 с брызгоотделителем 10, расположенным в его верхней части, теплообменник 11, связанный со струйным насосом 7 и с сепаратором 9 через центробежный насос 8. На выходе устройства расположен адсорбер 12, предназначенный для поглощения паров ртути из газовой фазы, который используется только при продувке газового объема устройства воздухом перед выгрузкой кассеты. В нижней части сепаратора 9 имеются выходы со штуцерами, выход 13 - для циркуляции жидкой фазы, 14 - для периодического слива ртути, 15 - для периодического слива воды. Все элементы устройства связаны магистральными трубопроводами для передачи жидкой и газовой фаз с вентилями 16, 17, 18, 19, 20.

Инертный газ циркулирует по замкнутому контуру газового потока: струйный насос 7 - сепаратор 9 - вентиль 17 - нагреватель 6 - реторта 1 - струйный насос 7. Жидкая фаза циркулирует по замкнутому контуру жидкой фазы: сепаратор 9 - центробежный насос 8 - вентиль 16 - теплообменник 11 -струйный насос 7 - сепаратор 9.

Работа в устройстве по способу осуществляется следующим образом. Цинковый цементат 5 загружают в тарелки 4, которые собирают в кассету 3 и устанавливают в реторту 1. Включают центробежный насос 8, который подает жидкую фазу (воду) в теплообменник 11 и затем - в струйный насос 7. Струйный насос осуществляет циркуляцию инертного газа в устройстве.

В режиме отгонки ртути открыт вентиль 17, а вентили 18, 19, 20 - закрыты. Поток инертного газа (воздуха), подогретый до 600 - 700^oC в нагревателе 6, поступает в реторту 1, где обтекает все слои тарелок с цементатом. Из реторты газовый поток, содержащий пары ртути, эжектируется струйным насосом 7 и инжектируется в сепаратор 9, при этом происходит увеличение давления газовой фазы. В струйном насосе 7 происходит интенсивное взаимодействие парогазовой и жидкой фаз. В результате охлаждения пары ртути конденсируются, и в сепараторе 9 происходит разделение газовой и жидкой фаз. Жидкая фаза из сепаратора 9 через выход 13 центробежным насосом 8 подается сначала в теплообменник 11, а затем - в струйный насос 7. В теплообменнике жидкая фаза движется в межтрубном пространстве и охлаждается водопроводной водой, проходящей в трубном пространстве. Поток инертного газа проходит брызгоотделитель 10, где отделяется от капельной влаги и направляется в электронагреватель 6 и оттуда возвращается в реторту 1.

В режиме охлаждения реторты 1 циркуляция инертного газа осуществляется по сокращенному контуру: струйный насос 7 - сепаратор 9 - вентиль 18 - реторта 1 - струйный насос 7. Вентили 17,19 и 20 - закрыты. При использовании сокращенного контура инертный газ из сепаратора 9 не проходит через электронагреватель 6, что позволяет сохранить в нем достаточно высокую температуру, в то время когда реторта охлаждается.

Охлаждение электронагревателя происходит, в этом случае только за счет тепловых потерь через теплоизоляцию.

Ртуть накапливается в нижней части сепаратора 9 и периодически сливается через выход 14, а через выход 15 осуществляют периодический слив воды. Выделение брызг из газовой фазы осуществляется брызгоотделителем 10, уловленная жидкость возвращается в нижнюю часть сепаратора 9. Регулирование расхода инертного газа производят вентилем 16 посредством изменения расхода и давления жидкой фазы на входе в струйный насос 7.

После завершения отгонки ртути отключают электронагреватель 6 и охлаждают цементат в реторте инертным газом, циркулирующим по сокращенному контуру. Перед выгрузкой кассеты 3 из реторты осуществляют продувку газового объема устройства воздухом через адсорбер 12, благодаря чему газы, выбрасываемые в атмосферу, дополнительно очищаются от паров ртути и других вредных веществ. Воздух подают в устройство посредством вентиля 19. Подачу сбросных газов осуществляют в адсорбер вентилем 20. В режиме продувки вентили 17 и 18 закрыты.

В течение основного периода работы какие-либо выбросы отсутствуют, поскольку инертный газ и жидкая фаза циркулируют по герметичным замкнутым контурам. Небольшой поток воздуха, который отводится в атмосферу в период продувки устройства, направляется в угольный адсорбер 12, где происходит его очистка от паров ртути и других вредных веществ.

Таким образом, предложенное изобретение позволяет практически устранить выбросы ртути в атмосферу.

Формула изобретения

1. Способ термической демеркуризации ртутьсодержащих материалов, включающий нагрев материала, дистилляцию ртути и конденсацию ее паров в охлаждаемой ловушке, отличающийся тем, что дистилляцию ртути и конденсацию ее паров ведут в потоке инертного газа, циркулирующего по замкнутому контуру газового потока.

2. Устройство для термической демеркуризации ртутьсодержащих материалов, содержащее связанные магистральными трубопроводами с вентилями емкость с обрабатываемым материалом, нагреватель, ловушку, насос, отличающееся тем, что оно снабжено струйным насосом, расположенным перед ловушкой, выполненной в виде сепаратора с брызгоотделителем, и теплообменником, соединенным со струйным насосом и сепаратором через насос, при этом струйный насос, сепаратор, нагреватель и емкость с обрабатываемым материалом связаны с образованием замкнутого контура газового потока, а сепаратор, насос, теплообменник и струйный насос - с образованием контура жидкой фазы.

РИСУНКИ

Рисунок 1