Способ экологически безопасной утилизации химически загрязненных жидких топлив и устройство для его осуществления

Изобретение относится к технологии сжигания жидких горючих веществ и может быть использовано для безопасной утилизации топлив неизвестного химического и разного фракционного состава. Техническим результатом является энергоэффективная экологически безопасная утилизация химически загрязненных жидких топлив разного фракционного состава, содержащих вязкие фракции и механические примеси. Способ включает розжиг на чистом топливе, подогрев топливной смеси, газофазное горение при температуре больше 900°С, дожигание компонентов топливной смеси, очистку дымовых газов от механических частиц, охлаждение дымовых газов. При этом топливную смесь гомогенизируют непрерывно, состав топливо-воздушной смеси не меняется в зависимости от наличия в топливной смеси механических примесей, время пребывания обезвреживаемых компонентов топливной смеси в зоне высоких температур увеличивают за счет частичной рециркуляции продуктов горения на вход горелочного устройства, что повышает температуру на входе горелочного устройства и позволяет получить температуру горения более 900°С, доступ атмосферного воздуха в зону высоких температур регулируют с целью минимизации количества продуктов окисления азота воздуха. 3 н. и 5 з.п. ф-лы, 3 табл., 3 ил.

 

Изобретение относится к технологии сжигания жидких горючих веществ и может быть использовано для экологически безопасной утилизации топлив неизвестного химического и разного фракционного состава, в т.ч. вязких и содержащих механические примеси, например отработанных углеводородов, в состав которых как индивидуальный компонент и/или как группа компонентов могут входить непригодные или запрещенные средства защиты растений, жидкие или растворимые непригодные лекарственные средства, полихлорированные дибензодиоксины, дибензофураны и другие галогенорганические соединения, являющиеся стойкими загрязнителями и отравляющими веществами, растворы или взвеси которых в растворах можно подавать на сжигание через жидкотопливную форсунку совместно с жидким топливом.

Известно множество способов и устройств, предназначенных для утилизации некачественных жидких топлив, отходов углеводородов и для уничтожения токсичных веществ. К известным из современного уровня техники относятся следующие способы уничтожения токсичных веществ: пиролиз, в т.ч. паровой, сжигание, в т.ч. высокотемпературное, химические, электрохимические методы, плазменные системы, биологическую детоксикацию, уничтожение взрывом, в том числе ядерным.

Традиционным способом утилизации является газофазное горение, т.е. сжигание распыленного топлива. Например, способ сжигания жидких горючих, включающий подачу воздуха в циклонную камеру сгорания по тангенциальному каналу, топлива в центр в зону разрежения вихря, вывод газовоздушной смеси по касательной в направлении движения вихря (А.В. Талантов. Основы теории горения. Часть 1. Учебное пособие. Казань, Издательство КАИ, 1975). Известное устройство для сжигания жидкого топлива, содержит циклонную камеру сгорания в виде усеченного конуса, два тангенциально расположенных патрубка вблизи основания конуса, один из которых служит для подачи воздуха, другой - для вывода продуктов сгорания из зоны горения. Подача топлива осуществляется через форсунку, расположенную в центре нижнего основания. При работе известного устройства топливо подается в зону разрежения вихря, где, перемешиваясь с воздухом, интенсивно горит. Продукты сгорания истекают в окружающую среду из нижнего патрубка.

Недостатками данного устройства являются: 1) большие температурные градиенты факела, в результате чего легкие фракции будут сгорать, а часть тяжелых фракций не успеет окислиться и образует на стенках камеры сгорания твердые отложения, в результате чего резко ухудшаются эксплуатационные характеристики устройства, 2) для качественного распыления топлива требуется форсунка малого сечения высокого давления. Такие устройства весьма капризно относятся к механическим загрязнителям, требуя останова для технического обслуживания, а это не приемлемо при работе с химически загрязненными топливами.

Сжигание является наиболее простым с технологической точки зрения, а потому наиболее распространенным методом, и считается, что продукты сгорания либо безвредны, либо достаточно абсорбируются в скрубберах ("Оборудование и технология для очистки сточных вод машиностроительных предприятий". Альбом. - М.: ВНИИТЭМР, 1991).

В качестве недостатков указанного метода указывается: 1) высокие энергозатраты, 2) длительность технологического процесса, 3) большое количество отходов, требующих специального хранения или дальнейшего уничтожения. Главным недостатком указанных выше примеров является высокая вероятность образования вследствие реакции галогенов и органических соединений высокотоксичных ксенобиотиков-диоксинов, фуранов и т.д., которые при данной технологии нейтрализовать невозможно. Детоксикация продуктов, вредных для здоровья человека и для окружающей среды, в частности дегалогенирование становится все более актуальной научно-технической задачей, требующей простых, экономически и экологически приемлемых и по возможности универсальных решений.

Большинство специалистов сходятся во мнении, что для нейтрализации токсичных соединений нужны высокие температуры, поэтому в большинстве современных способов производится разложение галогенорганических соединений их сжиганием в специально оборудованных печах при температурах 950-1200°C. Распространение получают плазмотроны.

Теория плазмохимического способа переработки состоит в следующем: обезвреживаемые отходы подаются в струю плазмы, истекающую в реактор из электродугового подогревателя. Предполагается, что в результате пиролиза образуются простые вещества, не представляющие опасности (например, азот, диоксид углерода) или легко нейтрализуемые (такие как галогеноводороды). Продукты пиролиза подвергаются быстрому охлаждению (закалке) для предотвращения образования вторичных вредных веществ. Далее производится нейтрализация продуктов пиролиза перед выбросом их в атмосферу.

Известен способ обезвреживания газообразных и жидких галогенорганических отходов (патент RU 2105929, F23G 7/00, опубл. 27.02.1998), который заключается в том, что галогенорганические вещества и содержащие их отходы предварительно нагревают до температуры, не превосходящей предела их термической стабильности, после чего распыляют струей горячего воздуха при температуре, превышающей температуру кипения отходов. Полученную паровоздушную смесь направляют в воздушную плазменную струю, где проводят окисление отходов при температуре не менее 1500°C, время пребывания в зоне реакции 2-10 мс, при избытке воздуха, необходимого до полного окисления углерода. Далее продукты пиролиза закаливают и нейтрализуют водным раствором щелочи.

Способ имеет следующие недостатки: 1) не все фракции успеют нейтрализоваться за столь короткое время пребывания в высокотемпературной зоне, 2) так как пиролиз проводят кислородом воздуха, то большое количество энергии будет расходоваться на нагрев и окисление содержащегося в нем азота и образование токсичных NOx. Использование воздуха в качестве плазмообразующего газа снижает ресурс работы плазмотрона по сравнению с агрегатами, работающими на нейтральных газах, например азоте, 3) продукты пиролиза нейтрализуют водным раствором щелочи, имеющей высокую стоимость.

Известен плазмохимический способ обезвреживания газообразных и жидких галогенорганических веществ и содержащих их отходов (патент РФ 2224178, F23G 7/00, опубл. 20.02.2004), который вместо воздуха для распыления использует воду, что может позволить улучшить качество продуктов пиролиза за счет избытка кислорода, освобождающегося при разложении воды.

В качестве недостатков указываются: 1) остается проблема использования дорогостоящей щелочи, 2) времени пребывания в активной зоне не достаточно для обезвреживания токсинов, особенно в случае наличия механических загрязнителей или при обезвреживании высоковязких полихлорированных бифенилов (ПХБ) и озоноразрушающих хладонов, обладающих высоким содержанием галогенов. ПХБ в нормальных условиях очень трудно поддаются распылу даже с помощью пневматических форсунок. Поэтому капли ПХБ, попадающие в реактор, будут иметь достаточно крупный размер и для их испарения, пиролиза и окисления в предлагаемом температурном режиме потребуется очень большое время, не соизмеримое с 10 мс, а это приведет к необходимости увеличения размеров реактора, значительным потерям тепла в его стенке и переохлаждению продуктов реакции, в результате чего могут образоваться высокотоксичные соединения такие как фосгены и диоксины.

Известен способ утилизации жидких отходов в испарителе и подачи непосредственно в струю плазмообразующего газа реактора (патент RU 2288407 G 7/04, опубл. 27.11.2006), где за счет вторичного воздуха при высокой температуре происходит их окисление. Способ имеет недостатки, подобные тем, которые присущи предыдущему способу. Дополнительной проблемой явится утилизация густой массы, остающейся после испарения легких фракций.

Все способы, предусматривающие использование плазмотронов весьма энергозатратны, сложны, требуют большого количества аппаратов для их реализации. Кроме того в большинстве способов в качестве закаливающей процедуры для нейтрализации токсичных газов предусмотрено их пропускание через раствор щелочного или щелочноземельного металла или распыление такого раствора в поток продуктов горения. Раскаленные газы уносят с собой часть нейтрализующего раствора, а несконденсированные монооксид углерода CO, подукты окисления азота NOx, и т.п. выходят в атмосферу, что приводит к загрязнению окружающей среды, и как таковой данный способ не является экологически безопасным. Кроме того, в результате нейтрализации токсичных газов указанными растворами образуются большие количества жидких сливов, что приводит к загрязнению окружающей среды.

Способ обезвреживания отравляющих веществ (патент РФ 2022590, МКИ A62D 3/00, опубл. 15.11.1994) заключается в термическом разложении отравляющих веществ в зоне горения жидкого органического горючего с кислородом при 2200-3200 К, ввод в поток продуктов горения и разложения сверх стехиометрического количества водного раствора соединения кальция, необходимого для превращения продуктов сгорания, и в улавливании образовавшихся твердых продуктов сгорания. В качестве жидкого органического горючего используют керосин в массовом соотношении к ОВ как 4:1, при этом отравляющее вещество подают в зону горения в виде истинного раствора в керосине. Требуемые высокие температуры получаются при сжигании керосина в условиях кислородной технологии. Вариант подачи отравляющего вещества в зону горения растворенным (размешанным) в топливе используется в заявляемом изобретении. Распыление растворенных веществ будет весьма качественным, даже в случае утилизации вязких полихлорированных бифенилов.

Недостатками способа по патенту РФ 2022590 можно указать 1) относительно низкую энергоэффективность, хотя он значительно менее энергозатратен чем приведенные выше примеры плазмохимических методов, 2) отсутствие охладителей, закаливающих продукты горения допускает возможность обратного синтеза ксенобиотиков 3) образующиеся соединения кальция надо будет утилизировать.

Известен плазмохимический способ обезвреживания хлорорганических веществ (патент РФ 2455568 F23G 7/00 опубл. 10.07.2012) включающий предварительный нагрев этих веществ, перемешивание с перегретым водяным паром, парогазовую смесь подают в плазменную струю реактора, а затем проводят нейтрализацию продуктов пиролиза при температуре 2000-2200°C, отличающийся тем, что процесс пиролиза веществ проводят в турбулентном режиме при числе Re не менее 10000, а время пребывания парогазовой смеси в реакторе 5-10 мс, продукты реакции после реактора направляют в камеру дожигания, в которой поддерживают температуру не ниже 1300°C, а время пребывания газового потока 2-3 с, и проводят процесс окисления при подаче в камеру дожигания воздуха или кислорода, обеспечивающих коэффициент избытка окислителя равным 1,02-1,10, продукты реакции, выходящие из камеры дожигания, подвергают ступенчатому охлаждению распылом воды в поток газа, при этом на первой ступени охлаждение до 550-650°C, на второй ступени - до 200-300°C и третьей ступени - до 120-150°C.

Данный способ имеет наибольшее количество схожих фрагментов с заявляемым изобретением в части предварительного нагрева, высокотемпературного горения, наличия камеры дожигания увеличивающей время нейтрализации до 2-3 сек.

Недостатком способа является 1) ступенчатое охлаждение, так как именно на средних температурах 200-800°C наиболее вероятен синтез галогенорганики в виде ксенобиотиков (Федоров Л.А. «Диоксины как экологическая опасность: ретроспектива и перспективы». М.: Наука, 1993), 2) большая энергоемкость процесса.

Подавляющее большинство жидкотопливной аппаратуры не предназначено для работы с топливами различного фракционного состава, содержащих механические примеси. Химические средства обезвреживания токсикантов обычно имеют узконаправленное действие и создают вторичный поток загрязнителей, часто более опасный, чем исходники. Низкотемпературные <700°C процессы синтезируют из относительно безвредных галогенов супертоксичные вещества типа ксенобиотиков. Методы высокотемпературной деструкции наиболее универсальны, но весьма дорогостоящи, либо энергозатратны так как это в основном либо кислородные технологии, либо плазмохимические методы и многие из них формируют поток продуктов окисления азота воздуха, которые сами по себе весьма токсичны. Многие способы ограничиваются высокотемпературной деструкцией, но не заботятся о дальнейшей судьбе продуктов сжигания или пиролиза, которые поступают в раскаленный дымоход и участвуют в синтезе отравляющих веществ эквивалентны боевым по силе воздействия на человека.

В качестве прототипа устройства указывается Устройство для экологически чистой утилизации жидких горючих отходов (RU 2584398, F23G 5/00, F23C 9/06 опубл. 20.05.2016), содержащее эквивалентные узлы: ресиверы основного и легковоспламеняемого топлива и раствора нейтрализующего агента, давление в которых регулируется, распыливающее устройство, рециркуляционную камеру горения, узел подогрева топлива.

В основу заявляемой группы изобретений поставлена задача создать способ сжигания химически загрязненных жидких топлив разного фракционного состава, в том числе вязких и содержащих механические примеси, который за счет введения новой совокупности действий и последовательности их выполнения позволит обеспечить высокоэффективное достижение технического результата, заключающегося в безопасном разложении компонентов топливной смеси путем сжигания с обеспечением утилизации тепла, и защите окружающей природной среды.

Технический результат заявляемой группы изобретений - энергоэффективная экологически безопасная утилизация химически загрязненных жидких топлив разного фракционного состава, содержащих вязкие фракции и механические примеси в энергоэффективном устройстве, при этом частными случаями топливной смеси могут быть отходы углеводородов, смеси качественных топлив с подлежащими обезвреживанию ядохимикатами, отравляющими веществами, стойкими органическими загрязнителями типа диоксинов, фуранов, некондиционными лекарственными препаратами, которые можно подать на сжигание в растворенном или во взвешенном в жидком топливе виде, распыляя в камеру горения через жидкотопливную форсунку.

Для решения этой задачи предлагаются новые способ и устройство, содержащее инновационные системы подготовки топлива и горения.

Поставленная цель решается тем, что в способе экологически безопасной утилизации химически загрязненных жидких топлив розжиг производится на чистом легковоспламеняемом топливе, воздух, используемый для аэрации и распыления топливной смеси пропускают через ресивер топливной смеси снизу вверх, в результате чего топливная смесь непрерывно гомогенизируется в целях недопущения ее расслоения и выпадения взвешенных частиц, топливная смесь подогревается, состав топливо-воздушной смеси регулируют изменением количества сжатого воздуха подаваемого струей в канал топливной смеси, благодаря чему состав топливо-воздушной смеси остается неизменным в процессе горения даже в случае наличия в топливе механических примесей. Газофазное горение происходит в импульсном режиме в горелочном устройстве, в котором часть продуктов горения возвращается на вход горелочного устройства, что повышает температуру на входе горелочного устройства, позволяет получить температуру горения выше 900°C и увеличить время пребывания компонентов топливной смеси в высокотемпературной зоне, а также регулируется подача атмосферного воздуха, в область высокотемпературного горения, что позволяет минимизировать образование NOx. Качество обезвреживания густых фракций и механических частиц увеличивается также за счет увеличения времени пребывания компонентов топливной смеси в высокотемпературной зоне в области дожигания, где происходит осаждение механических частиц, далее происходит резкое охлаждение продуктов горения в эффективном теплопотребителе, который в случае отсутствия необходимости утилизации выделяющегося при горении тепла заменяется на эффективный вентилятор, а при необходимости связывания освобожденных галогенов производится подача в продукты горения нейтрализующего раствора, содержащего щелочной металл.

Для реализации способа предложено устройство включающее: источник сжатого воздуха с редукционным клапаном, ресивер топливной смеси, подогреватель топливной смеси, смеситель-дозатор топливной смеси, ресивер чистого топлива, узел розжига, рециркуляционную горелку, эффективное устройство охлаждения, в которое при необходимости может распыливаться нейтрализующий раствор из ресивера нейтрализующего раствора через смеситель-дозатор нейтрализующего раствора. Дополнительно устройство содержит узел дозации атмосферного воздуха, дожигатель оборудован отбойником и имеет открывающийся отсек для накопления механических частиц, выпадающих из продуктов горения, а ресивер топливной смеси оборудован устройством для непрерывной гомогенизации топлива.

Система подготовки топлива в состав которой входит ресивер топливной смеси, редукционный клапан, узел дозации сжатого воздуха, смеситель, фильтр, подогреватель топливной смеси, распыливающая форсунка, отличается тем, что топливо-воздушный состав регулируется подачей сжатого воздуха, а канал топливной смеси нигде не становится меньше 1 мм, включая распыливающую форсунку, разогретая топливная смесь аэрируется сжатым воздухом в смесителе, где струя воздуха через калиброванный жиклер взбивает в тонком канале поток топлива, при этом сжатый воздух для дозирования, аэрации, распыливания топливной смеси забирается в верхней части ресивера топливной смеси, а подается в его нижнюю часть.

Основным узлом устройства является также рециркуляционная горелка, в которой часть продуктов горения возвращается на вход горелочного устройства через зазор, образованный между внутренним и наружным корпусами горелки, отличающаяся тем, что имеет регулируемый зазор между дном горелки, на котором расположена распыливающая топливную смесь форсунка и наружным корпусом, предназначенный для регулировки количества инжектируемого атмосферного воздуха.

Описываемая группа изобретений поясняется схемами, приведенными на рис. 1, рис. 2, рис. 3.

На рис. 1 изображена схема предлагаемого устройства, на рис. 2 - схема системы подготовки топлива, на рис. 3 - схема рециркуляционной горелки с узлом дозирования атмосферного воздуха

Устройство для способа экологически безопасной утилизации химически загрязненных жидких топлив содержит:

источник сжатого воздуха 1 с редукционным клапаном, ресивер топливной смеси 2, узел дозации сжатого воздуха 4, смеситель-аэратор топливной смеси 3, подогреватель топливной смеси 6, ресивер чистого топлива 5, рециркуляционная горелка 7, дожигатель 8, с отбойником 9, устройство охлаждения 12, ресивер нейтрализующего раствора 10, смеситель-дозатор нейтрализующего раствора 11

В состав системы подготовки топлива входит ресивер топливной смеси 2, редукционный клапан 13, узел дозации сжатого воздуха 4, смеситель-аэратор топливной смеси 3, фильтр 14, подогреватель топливной смеси 6, распыливающая форсунка 15.

В составе рециркуляционной горелки в целях заявляемого изобретения выделены следующие основные элементы: дно горелки 16, регулируемый зазор 17, наружный корпус 18, внутренний корпус 19, торец с выходным отверстием 20. Стрелками указано направление движения топливовоздушной смеси и газов.

Устройство работает следующим образом:

Ресивер топливной смеси 2 заправляют топливом и другими компонентами в зависимости от выполняемой задачи. Это могут быть отходы углеводородов, растворы или взвеси отравляющих веществ в жидких топливах. Внешний источник сжатого воздуха через редукционный клапан 13 подключен в нижней части ресивера топливной смеси 2. Воздух для распыла топливной смеси участвующий в подготовке топливо-воздушной смеси забирается из верхней части ресивера топливной смеси. Это позволяет постоянно перемешивать топливную смесь, предотвращая ее расслоение. Это особенно актуально при наличии в топливе негорючих фракций, вязких фракций или механических взвесей. Сжатый воздух также используется для поддержания давления в ресиверах чистого топлива 5 и нейтрализующего раствора 10. Розжиг производится на чистом легковоспламеняемом топливе.

Топливная смесь через фильтр топливной смеси 14, далее через подогреватель топливной смеси 6 поступает в смеситель-аэратор 3. Подогреватель топливной смеси 4 служит для усреднения вязкости различных топлив и улучшения качества распыла. Соотношение долей воздуха и компонентов топливной смеси, поступающих на распыл в форсунку 15 регулируется в узле дозации сжатого воздуха 4, который может быть выполнен в виде плунжерного регулятора. Канал топливной смеси нигде не становится меньше 1 мм, включая распыливающую форсунку 15, исключая фильтр 14. Разогретая топливная смесь аэрируется воздухом в смесителе-аэраторе 3, где струя воздуха через калиброванный жиклер взбивает и дозирует в тонком канале поток разогретого топлива. К фильтру предъявляются повышенные требования, чтобы в процессе горения не изменялось его сопротивление движению топливной смеси. Ячейки фильтра немного менее 1 мм, а площадь и конструкция зависит от используемого топлива: фильтр не должен изменять сопротивление движению топливной смеси в процессе горения, так как это изменит качество топливо-воздушной смеси, что недопустимо при утилизации топлив неизвестного химического состава содержащих токсичные компоненты. Таким образом обеспечивается гомогенизация и качественное распыление топливо-воздушной смеси, состав которой не изменяется в процессе горения. Газофазное горение происходит в импульсном режиме в горелке 7, в которой часть продуктов горения возвращается на вход горелки к ее дну 16. Камера горения горелки конструктивно состоит из двух коаксиальных корпусов внутреннего 19 и наружного 18, дна горелки 16 и выходного торца 20, при этом выходное отверстие в торце 20 равно сечению внутреннего корпуса 19, внутренний корпус 19 короче наружного 18, так чтобы между внутренним корпусом и выходным торцем, внутренним корпусом и наружным корпусом, внутренним корпусом и дном горелки образовывался зазор для рециркуляции раскаленных газов от выходного торца 20 ко дну горелки 16, а между дном горелки 16 и наружным цилиндром 18 создан регулируемый зазор 17 для дозирования проходящего через камеру горения воздуха. Такая конструкция при импульсном режиме горения обеспечивает возвратно-поступательное движение воздуха в зазоре 17 между дном горелки и наружным цилиндром с преимущественным движением газов внутрь камеры горения. Регулировка зазора 17 позволяет минимизировать поток транзитного воздуха через зону высокотемпературного горения.

Рециркуляция газов повышает температуру на входе горелочного устройства и позволяет получить температуру горения выше 900°C. В большинстве горелочных устройств высокотемпературное горение образует поток окисленного азота. В заявленном изобретении количества окисленного азота не превышают 1,0 мг/м3 для устройства мощностью 10 кВт при температуре факела 1000°C.

Результаты работы заявляемого изобретения при утилизации отходов углеводородов автомобильного сервиса: смесь отработанных синтетических и минеральных масел, содержащих разнообразные химические и механические примеси приведены в табл. 1.

Масляные следы непрогоревших топлив, нормируемые для жидкотопливных горелок, отсутствуют полностью. Продукты окисления азота нормируемые для котлов малой мощности практически отсутствуют. Значительным техническим результатом является практическое отсутствие продуктов окисления азота в высокотемпературном горелочном устройстве, без использования кислородных и энергозатратных плазменных технологий.

Качество обезвреживания густых фракций и механических частиц в заявляемом устойстве увеличивается за счет увеличения времени их пребывания в высокотемпературной зоне не только в камере горения за счет рециркуляции раскаленных газов с выхода на вход горелочного устройства, а также за счет создания высокотемпературной зоны в области дожигателя 8. Температура перед отбойником 9 раскаленных газов с выхода на вход горелочного устройства, а также за счет создания высокотемпературной зоны в области дожигателя 8. Температура перед отбойником 9 выше 1000°C. Отбойник предотвращает также сквозной пролет крупных механических частиц. В дожигателе также сформирован отсек в котором до поступления в дымоход оседают механические пылевые частицы. Резкое охлаждение продуктов горения происходит в каналах 12 эффективного теплопотребителя, который в случае отсутствия необходимости утилизации выделяющегося при горении тепла заменяется на эффективный вентилятор. Также при необходимости связывания освобожденных галогенов может производится подача в продукты горения нейтрализующего раствора, содержащего щелочной металл.

В случае неправильного сжигания органики в присутствии галогенов высока вероятность образования устойчивых токсинов-ксенобиотиков.

Измерения супертоксичных соединений типа диоксина в продуктах горения устройства для способа экологически безопасной утилизации химически загрязненных жидких топлив при подаче в топливо известного поставщика хлора показали практическое отсутствие диоксиноподобных соединений. Результаты приведены в табл. 2.

В таблице приведен пример среднего результата 12,2 пг/м3. Крайние результаты = 74,8 пг/м3; 1,0 пг/м3. Предельным нормативом считается 100 пг/м3 (Директива 2000/76/ЕС Европейского парламента и Совета "О сжигании отходов" Брюссель, 4 декабря 2000 года)

Проведены также контрольные измерения наличия полихлорированных бифенилов.

Результаты подтверждающие отсутствие токсической хлороорганики приведены в таблице 3.

Главным условием при утилизации топлив неизвестного химического состава или топлив заведомо содержащих галогенорганику или иные токсичные вещества является стабильная, при отсутствии температурных градиентов факела высокотемпературная деструкция. Для этого состав топлива, состав топливо-воздушной смеси не должны меняться в процессе горения, обезвреживаемые вещества как можно дольше должны находиться в зоне высоких температур ≥900, продукты горения должны подвергаться максимально резкому охлаждению.

Как и в известных способах уничтожения токсичных органических веществ при высокотемпературном разложении, эффективность предлагаемого способа мало зависит от природы уничтожаемого органического вещества. Поэтому предлагаемый способ может быть использован для утилизации широкого спектра токсичных веществ или их смесей.

Практически во всех низкозатратных устройствах при высокой температуре сжигания из азота воздуха возможно образование оксидов азота.

Предлагаемые способ и устройство не имеют этого недостатка.

Вариантами топливной смеси могут быть: 1) отходы горючих углеводородов с содержанием до 15-30% негорючих фракций, 2) добавка 2-3% насыщенного нейтрализующего раствора содержащего щелочной металл типа Na2CO3 в случае утилизации топлива, загрязненного галогенидами, 3) растворы обезвреживаемых веществ в чистых топливах, 4) взвеси обезвреживаемых веществ в вязких чистых топливах. При этом чистым топливом могут считаться отходы углеводородов, содержащие минимальные количества негорючих фракций.

Наиболее рациональным способом использования предлагаемого способа и устройства является утилизация углеводородных отходов на местах их образования с добавкой обезвреживаемых веществ и использование тепла, например в целях отопления.

Небольшие количества образующегося пылевидного осадка могут быть утилизированы при производстве бетонных работ.

Относительно малые габариты и вес реакторного узла позволяют смонтировать его на специально оборудованном транспортном средстве, что обеспечивает мобильность установки.

1. Способ экологически безопасной утилизации химически загрязненных жидких топлив, включающий розжиг на чистом топливе, подогрев топливной смеси, газофазное горение при температуре больше 900°С, дожигание компонентов топливной смеси, очистку дымовых газов от механических частиц, охлаждение дымовых газов, отличающийся тем, что топливную смесь гомогенизируют непрерывно, состав топливо-воздушной смеси не меняется в зависимости от наличия в топливной смеси механических примесей, время пребывания обезвреживаемых компонентов топливной смеси в зоне высоких температур увеличивают за счет частичной рециркуляции продуктов горения на вход горелочного устройства, что повышает температуру на входе горелочного устройства и позволяет получить температуру горения более 900°С, доступ атмосферного воздуха в зону высоких температур регулируют с целью минимизации количества продуктов окисления азота воздуха.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что гомогенизацию топливной смеси в целях недопущения ее расслоения и выпадения взвешенных частиц производят пропусканием через ресивер топливной смеси снизу вверх воздуха, используемого для распыления топливной смеси.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что газофазное горение происходит в импульсном режиме.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что состав топливо-воздушной смеси регулируют изменением количества сжатого воздуха, подаваемого струей в канал топливной смеси.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для недопущения обратного синтеза токсичных веществ в горячих продуктах горения охлаждение производят в теплопотребителе, а в случае отсутствия необходимости утилизации выделяющегося при горении тепла охлаждение производят вентилятором.

6. Устройство для способа экологически безопасной утилизации химически загрязненных жидких топлив, включающее: источник сжатого воздуха с редукционным клапаном, поддерживающий давление в ресивере топливной смеси, откуда топливо через подогреватель топливной смеси поступает в смеситель топливной смеси, узел дозации сжатого воздуха, подаваемого в смеситель топливной смеси, рециркуляционную горелку, устройство охлаждения продуктов горения, в которое при необходимости может распыливаться нейтрализующий раствор из ресивера нейтрализующего раствора через смеситель-дозатор нейтрализующего раствора, отличающееся тем, что на входе горелки содержит узел дозации атмосферного воздуха, продукты горения из горелки поступают в дожигатель, а затем в охладитель, а ресивер топливной смеси оборудован устройством для непрерывной гомогенизации топлива.

7. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что дожигатель оборудован отбойником, предотвращающим сквозной пролет механических частиц, и отсеком для накопления выпадающих из продуктов горения механических частиц.

8. Рециркуляционная горелка, в которой часть продуктов горения возвращается на вход горелочного устройства через зазор, образованный между внутренним и наружным корпусами горелки, отличающаяся тем, что имеет регулируемый зазор между дном горелки, на котором расположена распыливающая топливную смесь форсунка, и наружным корпусом, предназначенный для регулировки количества инжектируемого атмосферного воздуха.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к системам утилизации и может быть использовано на тепловых электрических станциях, на углеобогатительных фабриках, нефтеперерабатывающих заводах при утилизации гидрошламов и нефтешламов, а также на энерготехнологических комплексах при утилизации осадков сточных вод.

Изобретение относится к области переработки жидких отходов путем их пиролиза и может быть использовано для утилизации промышленных отходов органического происхождения.

Изобретение относится к области энергетики. Устройство для сжигания многофазного углеводородного флюида содержит многофазный расходомер, имеющий впускное отверстие многофазного расходомера, находящийся в соединении с источником многофазного углеводородного флюида, а также выпускное отверстие многофазного расходомера, при этом многофазный расходомер сконфигурирован для определения содержания воды в многофазном углеводородном флюиде; горелку, имеющую топливное отверстие, находящееся в соединении с выпускным отверстием многофазного расходомера для получения первичного потока топлива многофазного углеводородного флюида, и воспламенитель, сконфигурированный для зажигания пламени в горелке для сжигания многофазного углеводородного флюида; источник вспомогательного топлива, имеющий соединение с топливным отверстием горелки; клапан вспомогательного топлива, размещенный между источником вспомогательного топлива и топливным отверстием горелки, при этом клапан вспомогательного топлива имеет первое положение, сконфигурированное для блокирования потока вспомогательного топлива в топливное отверстие горелки, и второе положение, сконфигурированное для допуска потока вспомогательного топлива к топливному отверстию горелки; контроллер, функционально соединенный с многофазным расходомером и клапаном вспомогательного топлива, при этом контроллер программируется для управления потоками первичного и вспомогательного топлива на основании содержания воды в многофазном углеводородном флюиде.

Изобретение относится к устройствам получения тепла за счет сжигания жидких отходов углеводородного состава. Технический результат - повышение эффективности горения.

Изобретение относится к способам переработки и утилизации отходов бурения в период испытания или освоения скважины. Техническим результатом является повышение надежности и эффективности ликвидации жидкой фазы отходов бурения отработанных буровых растворов, а также повышение экологической защиты окружающей среды.

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для сжигания сырой нефти с целью ее утилизации. Горелочное устройство для сжигания сырой нефти содержит раму, смесительную головку, закрепленную на раме и включающую в себя блок подачи сжатого воздуха, блок подачи сырой нефти, представляющие собой два кольцевых коллектора, установленные соосно и соединенные между собой двумя глухими патрубками, форсунки, расположенные по концентрическим окружностям и связывающие между собой блок подачи сжатого воздуха и блок подачи сырой нефти, состоящие из наконечника в виде полого цилиндра, соединенного с блоком подачи сырой нефти, причем в его выходной части расположена вставка с профилированным осевым каналом, при этом в ее выходной части выполнены каналы, расположенные под углом к оси форсунки, втулку с цилиндрической внутренней поверхностью, охватывающую с зазором наконечник и соединенную с блоком подачи сжатого воздуха, при этом на торце втулки закреплено сопло, дежурную горелку, расположенную на оси смесительной головки и закрепленную на раме, трубопровод сжатого воздуха и трубопровод сырой нефти, соединенные со смесительной головкой.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано в процессе добычи жидких углеводородов, в частности для вынужденного бездымного сжигания жидких углеводородов, в том числе нефти, накапливаемой в период пробной эксплуатации и исследования нефтяных скважин непосредственно на промысле, а также на морских нефтяных платформах.

Изобретение относится к аппаратам, предназначенным для утилизации отработанных масел или других аналогичных жидкостей в процессе их дальнейшей переработки, например при пиролизе отходов отработанных масел, и может быть использовано в химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей, пищевой и других отраслях производства.

Изобретение относится к способу обезвреживания отходов, содержащих углеводороды, включающему сжатие отходов и окислителя до давления Р>РкрН2О с последующей подачей в реактор.

Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано для нагрева поверхностей различных объектов до требуемой температуры методом лучистого теплообмена.

Изобретение предназначено для термического обезвреживания и утилизации органических отходов на местах их непосредственного образования или сборалибо с непосредственным выездом оттуда и утилизацией отходов в дороге.

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к устройствам для сжигания жидкого топлива. Капиллярная испарительная форсунка содержит корытце, испаритель, рассекатель пламени, воздушный ресивер, вентиль, топливный бак, сопло, в качестве капиллярного жаростойкого материала используется силикагель технический гранулированный, заложенный во внутрь испарителя без уплотнения в объеме 60% от общего объема, а также внутри испарителя неподвижно зафиксирована сетка-фильтр.

Форсажная камера сгорания турбореактивного двигателя содержит корпус, подключенный к турбине, сопло, топливные или топливно-воздушные коллекторы, к которым подключены форсунки с распылителями.

Изобретение относится к средствам распыливания жидкостей и растворов и может применяться в двигателестроении, химической и пищевой промышленности. Центробежная форсунка содержит корпус, штуцер, закрепленный в верхней части корпуса.

Изобретение относится к энергетическим установкам, предназначенным для выработки парогазовых смесей. Парогазогенератор содержит охлаждаемую балластирующим компонентом камеру, смесительную головку, включающую в себя блок подачи компонентов топлива, блок подачи балластирующего компонента с огневым днищем, в котором выполнены сквозные каналы, форсунки, установленные по концентрическим окружностям и состоящие из полого наконечника, соединенного с полостью одного из компонентов топлива, форкамеры, охватывающей с кольцевым зазором наконечник, при этом внутренняя полость форкамеры сообщается с одной стороны с полостями компонентов топлива, а с другой с полостью камеры, на наружной поверхности форкамеры выполнены ребра, причем балластирующий компонент поступает в полость камеры по кольцевым каналам, образованным форкамерами и сквозными каналами огневого днища.

Изобретение предназначено для термического обезвреживания и утилизации органических отходов на местах их непосредственного образования или сбора либо с непосредственным выездом оттуда и утилизацией отходов в дороге.

Изобретение относится к средствам распыливания жидкостей и растворов и может применяться в двигателестроении, химической и пищевой промышленности. Пневматическая форсунка содержит корпус со шнеком, соосно расположенным в нижней части корпуса, и расположенный в верхней части корпуса штуцер с цилиндрическим отверстием для подвода жидкости, соединенным с диффузором, осесимметричным корпусу и штуцеру.

Изобретение относится к системам утилизации защитных экранов и может быть использовано для получения стеклянного боя из отходов многослойного стекла. Технический результат - повышение эффективности и энергоресурсосбережения переработки боя из отходов многослойного стекла.

Изобретение относится к системам утилизации защитных экранов и может быть использовано для получения стеклянного боя из отходов многослойного стекла. Технический результат - повышение эффективности и энергоресурсосбережения переработки боя из отходов многослойного стекла.

Изобретение предназначено для термического обезвреживания и утилизации органических отходов на местах их непосредственного образования или сбора. Техническим результатом является повышение производительности термического обезвреживания и утилизации органических отходов.

Изобретение относится к технологии сжигания жидких горючих веществ и может быть использовано для безопасной утилизации топлив неизвестного химического и разного фракционного состава. Техническим результатом является энергоэффективная экологически безопасная утилизация химически загрязненных жидких топлив разного фракционного состава, содержащих вязкие фракции и механические примеси. Способ включает розжиг на чистом топливе, подогрев топливной смеси, газофазное горение при температуре больше 900°С, дожигание компонентов топливной смеси, очистку дымовых газов от механических частиц, охлаждение дымовых газов. При этом топливную смесь гомогенизируют непрерывно, состав топливо-воздушной смеси не меняется в зависимости от наличия в топливной смеси механических примесей, время пребывания обезвреживаемых компонентов топливной смеси в зоне высоких температур увеличивают за счет частичной рециркуляции продуктов горения на вход горелочного устройства, что повышает температуру на входе горелочного устройства и позволяет получить температуру горения более 900°С, доступ атмосферного воздуха в зону высоких температур регулируют с целью минимизации количества продуктов окисления азота воздуха. 3 н. и 5 з.п. ф-лы, 3 табл., 3 ил.

Наверх