CC BY
19УДК 536.46 (661.419.1)
Б.М. Ласкин1, М.З. Вдовец2, Д.А. Мухортов3, О.Н. Вознюк4, А. И. Тугай5
В литературе последних 20 лет широко обсуждается проблема образования, накопления и переработки жидких хлорорганических отходов (ХОО), образующихся в производствах поливинилхлорида (ПВХ), эпихлоргидрина и хлорметанов [1-4].
Среди различных методов переработки ХОО, использующихся в промышленности или находящихся в рамках НИР, наибольший интерес представляет их переработка в товарные продукты, обладающие рыночными потребительскими свойствами, такие как сухой хлористый водород, трихлорэтилен (ТХЭ) и перхлорэтилен (ПХЭ). тХэ и ПХЭ являются чрезвычайно востребованными хло-рорганическими растворителями, поскольку практически во многих отраслях промышленности РФ используют их в качестве растворителей масел, жиров, смол, а также в химической чистке одежды.
Оптимальным технологическим процессом получения ТХЭ и ПХЭ являются процесс оксихлорирования ХОО, образующихся в производстве ПВХ [4]. В основе технологии оксихлорирования хОо лежит процесс окислительного хлорирования хлористым водородом (или соляной кислотой), протекающий на катализаторах при участии окисляющих агентов, в качестве которых обычно используют кислород или воздух.
По данным сравнительной технико-экономической оценки [5] производство ТХЭ и ПХЭ методом оксихлорирования имеет значительные преимущества по сравнению с газофазным хлорированием молекулярным хлором.
ИССЛЕДОВАНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА
ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО ОКИСЛЕНИЯ ХЛОРОРГАНИЧЕСКИХ ОТХОДОВ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ХЛОРИСТОГО ВОДОРОДА
ФГУП «Российский научный центр «Прикладная химия» 193232, Санкт-Петербург, ул. Крыленко, 26А
Представлен термодинамический анализ равновесных процессов высокотемпературного окисления хлорорганических отходов (ХОО), образующихся в различных производствах. Расчеты проведены с использованием специальной программы. Анализ термодинамических расчетов показал возможность управления составом газообразных продуктов окисления (ГПО) для получения чистого хлористого водорода.Для создания процесса высокотемпературное окисление ХОО следует проводить с использованием смеси кислорода с азотом (воздух, обогащенный кислородом). Определена эффективная константа скорости химической реакции и сформулированы требования к реакторам высокотемпературного окисления хлорорганических отходов (ХОО).
Ключевые слова: хлорорганические отходы, хлористый водород, сжигание отходов, реактор.
Суммарный выход ТХЭ и ПХЭ на исходные ХОО составляет 70-75 %, отходами производства являются вторичные ХОО, которые могут быть переработаны сжиганием в воздухе в хлористый водород, и он в свою очередь может быть возвращен в процесс получения ТХЭ и ПХЭ оксихлорированием первичных ХОО. Таким способом может быть создан малоотходный процесс получения ТХЭ и ПХЭ.
Традиционное сжигание (окисление) ХОО в печах с использованием в качестве окислителя атмосферного воздуха с последующей абсорбцией HCl водой из газообразных продуктов окисления (ГПО) приводит к получению низкосортной, так называемой, абгазной соляной кислоты [1-3, 6]. Содержание хлористого водорода в такой кислоте составляет 24-28 %, при этом в кислоте присутствуют в недопустимых количествах хлор, хлорорганические вещества, в том числе диоксиноподобные, что препятствует ее дальнейшему использованию. Наиболее целесообразным направлением переработки первичных и вторичных ХОО является производство из ХОО хлористого водорода с чистотой высокой степени, который может быть возвращен в производство ТХЭ и ПХЭ или производство винил-хлорида.
Для получения чистого газообразного HCl из ГПО может быть применена абсорбционно-десорбционная технология с получением в качестве полупродукта 36-40 %-ной концентрированной соляной кислоты с минимальным допустимым содержанием примесей или их полным отсутствием.
1 Ласкин Борис Михайлович, д-р техн. наук, нач. отдела № 70, e-mail: [email protected]
2 Вдовец Михаил Залманович, канд. техн. наук, науч. сотр. отдела № 70
3 Мухортов Дмитрий Анатольевич, канд. техн. наук, нач. лаб. № 821, e-mail: [email protected]
4 Вознюк Олеся Николаевна, инженер отдела № 70, e-mail: [email protected]
5 Тугай Алексей Иванович, канд. техн. наук, науч. сотр. отдела № 70, e-mail: [email protected]
Дата поступления - 11 апреля 2013 года
Для этого целесообразно рассмотреть способы управления составом ГПО, с тем, чтобы объемное содержание HCl в ГПО было максимально высоким, а содержание примесей минимальным.
В предлагаемой статье представлены результаты анализа термодинамических равновесий в системе ГПО, образующихся при окислении (сжигании) ХОО, и влияние на состав ГПО исходного состава ХОО, соотношения реагентов и температуры.
Из большого многообразия различных вариантов химических составов ХОО для расчетов был выбран усредненный состав ХОО, образующихся на предприятиях по производству винилхлорида.
Брутто-формула 1 кг - С16,68Н26,75С121,81. Теплота образования (расчетная) - J = -1553
Теплота сгорания (расчетная) - АНсг. = -7660
кДж/кг. кДж/кг.
В расчетах рассмотрены следующие окислители для высокотемпературного окисления ХОО.
- воздух с содержанием кислорода - 21 % об.;
- обогащенный воздух с содержанием кислородом - 50 % об.;
Для установления зависимостей равновесных составов продуктов высокотемпературного окисления ХОО от соотношения окислителя и ХОО был использован часто применяемый безразмерный коэффициент избытка окислителя а = d/[2a+(b-c)0,5], где а, b и с - атомные коэффициенты в молекуле сжигаемого вещества, d - стехио-метрический коэффициент в уравнении:
CaHbClc + d02 = аС02 + cHCl + 0,5(b - с)Н20 (1)
Следует обратить внимание на то, что при высокотемпературном окислении ХОО хлор, в основном, превращается в хлористый водород при избытке водорода над хлором (с < b), в то же время, при b < с неизбежно образование в ГПО хлора атомарного и молекулярного, а при избытке кислорода (а > 1), возможно образование оксидов хлора. В этом случае ХОО следует разбавлять любыми горючими в количествах, достаточных для выполнения равенства b = с.
Температура и равновесный состав ГПО были рассчитаны с помощью специальной компьютерной программы [7], c учётом всех возможных реакций исходных компонентов с окислителем и равновесных реакции в ГПО. Теплоты образования исходных и конечных соединений, необходимые для расчетов, заимствованы из справочников [8, 9]. Программа позволяет получать значения адиабатической температуры и равновесных концентраций всех образующихся соединений, включая радикалы и одноатомные соединения, которые можно условно разделить на три группы по их концентрациям в ГПО:
1 основные компоненты - HCl, N2, O2, CO, CO2 и
H2O,
2 значимые загрязняющие соединения - Cl2, Cl, NO, CINO, CO, HOCl, COCl,
3 микропримеси, содержание которых в ГПО при адиабатических температурах составляет 10-5-10-7 и менее объемных долей.
На рисунке 1 представлены зависимости состава ГПО при окислении ХОО воздухом по основным компонентам в зависимости от коэффициента а в интервале от 0.7 до 1.3.
Рисунок 1. Зависимость температуры и состава продуктов окисления ХОО от а.
Как следует из графиков, адиабатическая температура ГПО составляет 1800-1900 К при граничных значениях а и достигает 2100-2200 К в максимуме при а = 1.0. При этом, объемная доля хлористого водорода изменяется в исследуемом интервале от 24,6 % об. до 14 % об. Такое снижение концентрации HCl в продуктах окисления объясняется обогащением ГПО азотом воздуха при возрастании а до 1,3.
Для увеличения концентрации HCl в продуктах окисления были рассмотрены варианты окисления ХОО азот-кислородными смесями. Состав ГПО по основным компонентам и адиабатические температуры существенно изменяются при замене воздуха на азот-кислородную смесь, содержащую 50 % об. кислорода (см. рисунок 2).
Рисунок 2. Зависимость температуры и состава продуктов окисления ХОО смесью кислорода с азотом 50/50 от а.
Адиабатические температуры в этом варианте возрастают по сравнению с окислением ХОО воздухом на 450-550 К и достигают максимальной температуры, равной 2570 К при а = 1.0.
Содержание хлористого водорода в продуктах окисления ХОО азот-кислородными смесями существенно возрастает и составляет 21.0-36.4 % об. в зависимости от а.
Таким образом, представленная группа расчетов показала, что использование азот-кислородных смесей (воздуха, обогащенного кислородом) позволяет получить ГПО с более высоким содержанием HCl, что, в свою очередь, позволяет при последующей абсорбции ГПО получить концентрированную соляную кислоту и безводный HCl.
В то же время, анализ состава ГПО с учетом значимых примесей при адиабатической температуре показывает, что в ГПО содержится ряд побочных продуктов,
попадание которых в значительных количествах в абсорбционную соляную кислоту и газообразный HCl недопустимо.
Так, содержание следующих компонентов ГПО может достигать:
Cl - до 8.0% об. (125 000 мг/м3)
Cl2 - 0.03% об. (950 мг/м3)
НОС1 - 0.015 % об. (345 мг/м3)
Кроме того, в ГПО могут присутствовать йО (3-7 мг/м3), CINO (0.5-2.0 мг/м3), ОСО - менее 1,0 мг/м3 и др.
Образование атомарного и молекулярного хлора, а также оксидных производных хлора объясняется рядом параллельно-последовательных равновесных реакций, происходящих в ГПО при высоких температурах.
HCl ^ Н■ + CV (2)
2С1 ■ ^ С12 (3)
02 ^ 20■ (4)
о ■ + ci ■ ^ СЮ (5)
0 +2Я ■ ^Н20 (6)
N2 ^ 2 N ■ (7)
N■ + CIO ^ CINO (8)
СО + С1 ■ ^ СОС1 (9)
N■ + 0 ■ ^ N0 (10)
и другие
Рисунок 3. Зависимость состава загрязняющих примесей в продуктах окисления ХОО воздухом (а=0,7) от температуры, мг/м3.
Рисунок 4. Зависимость состава загрязняющих примесей в продуктах окисления ХОО воздухом (а=1,1) от температуры, мг/м3.
Представления об образовании хлора по реакции Дикона при сжигании ХОО [10] по существу является равновесным брутто уравнением для части выше приведенных равновесий:
2 НС1 + 02 = С12+Н20 (11)
Для оценки возможности управления составом ГПО и снижения в них содержания хлора, хлороксидных и хлоразотоксидных производных были проведены термодинамические расчеты тех же смесей при различных температурах в интервале 1100 ■ 2000 К.
На рисунках 3-5 показаны изменение концентрации значимых загрязняющих примесей в ГПО при изменении температуры и соотношения реагентов (а).Так, при снижении температуры с 2000 К до 1100 К, содержание атомарного хлора уменьшается и достигает 0,1 - 0,2 мг/нм3. Содержание молекулярного хлора уменьшается с 6700 мг/нм3 до нуля. Оксидные соединения хлора и оксидные соединения азота так же многократно уменьшаются, а при 1100-1400 К отсутствуют.
Рисунок 5. Зависимость состава загрязняющих примесей в продуктах окисления ХОО смесью кислорода с азотом 50/50 (а=0,7) от температуры, мг/м3.
Снижение адиабатической температуры ГПО для уменьшения содержания в них загрязняющих продуктов возможно разбавлением их теплоемкими водосодержащи-ми составами благодаря высоким значениям удельной теплоты испарения воды и теплоемкости ее паров.
Поэтому оптимальным разбавителем в рассматриваемом технологическом процессе являются растворы соляной кислоты, в частности азеотропная соляная кислота, образующаяся на стадии десорбции газообразного хлористого водорода из концентрированной соляной кислоты.
Ранее нами [13] было показана эффективность снижения температуры ГПО, образующихся при окислении ХОО воздухом и обогащенным воздухом ^/N2 = 50 % об.) добавками азеотропной 20 %-ной соляной кислоты. Как следует из таблицы, добавление соляной кислоты в количестве 50-60 % мас. к ХОО снижает температуру ГПО при а = 1.0 в среднем на 1000-1200 К и значительно снижает концентрацию примеси хлора, хлороксидных и азо-токсидных примесей.
В результате разбавления ГПО 20 %-ной соляной кислотой, образующихся при окислении (сжигании) ХОО воздухом и обогащенными азот-кислородными смесями, в отходящих газах полностью отсутствуют HOCI, COCI, CINO3 NOx, а также содержание хлора не превышает 1 мг/м3 (6^10-5 об. доли) за счет значительного снижения температуры. При этом концентрация HCl в ГПО, образующихся при окислении ХОО 50 %-ными азот-кислородными сме-
Таблица 1. Снижение температуры и изменение состава продуктов окисления ХОО смесью кислорода с азотом 50/50 при добавлении 20 %-ного раствора HCl.
Состав Т, К СО СО2 N2 HCl H2O O2 Cl Cl2 NO ClNO HOCl COCl
70 % ХОО -30 % 20 %-й HCl а=0.7 а=1.0 а=1.1 1681 0,0929 0,130 0,168 0,322 0,287 0 0,0001 0 0 0 0 0
2180 0,015 0,190 0,220 0,280 0,274 0,004 0,016 0,0001 0,0009 0 0 0
2164 0,007 0,190 0,232 0,263 0,288 0,018 0 0,0002 0,0018 0 0 0
60 % ХОО -40 % 20 %-й HCl а=0.7 а=1.0 а=1.1 1370 0,059 0,133 0,145 0,293 0,370 0 0 0 0 0 0 0
1931 0,004 0,176 0,194 0,270 0,3498 0,001 0,005 0 0,0002 0 0 0
1900 0,0007 0,173 0,205 0,256 0,3402 0,016 0,008 0,0003 0,0008 0 0 0
50 % ХОО -50 % 20 %-й HCl а=0.7 а=1.0 а=1.1 1051 0,025 0,136 0,122 0,264 0,453 0 0 0 0 0 0 0
1591 0,0003 0,153 0,165 0,250 0,4311 0 0,0006 0 0 0 0 0
1560 0 0,148 0,176 0,240 0,4184 0,015 0,002 0,0004 0,0002 0 0 0
40 % ХОО -60 % 20%-й HCl а=0.7 а=1.0 а=1.1 720 0,002 0,126 0,099 0,235 0,538 0 0 0 0 0 0 0
1192 0 0,125 0,135 0,224 0,516 0 0 0 0 0 0 0
1175 0 0,122 0,145 0,216 0,503 0,013 0,0001 0,001 0 0 0 0
сями, остается достаточно высокой 22-27 % об., а содержание инертных газов (N2, СО2, Н2, СО) в ГПО, составляет 30-32 %., что почти в 2 раза меньше, чем при сжигании ХОО в воздухе (53-60 % об.).
В реальных промышленных реакторах (печах) для сжигания жидких продуктов происходят сложные физико-химические процессы: распыл горючей жидкой фазы в форсунках, образование факела капель и их последующее испарение, воспламенение и горение смеси паров горючего с окислителем. Процессы распыла и испарения жидких капель изучены достаточно подробно для различных сред, однако процессы горения, а точнее собственно химическое превращение невозможно предсказать теоретически из-за отсутствия данных по скорости (кинетике) химических реакций. Для исследования скорости химических превращений (горения) в смесях паров ХОО с воздухом бБла создана специальная установка.
Конструкция установки и методика эксперимента
Принципиальная схема установки представлена на рисунке 6. Установка состоит из трёх основных узлов: узла испарения ХОО, реакторного узла и узла улавливания продуктов реакции. Кроме основных узлов установка содержит насос для подачи исходного воздуха, расходомер для измерения расхода воздуха, и расходомер для измерения потока продуктов сгорания, очищенных от хлористого водорода. Также имеется система электропитания и система регистрации температуры.
Рисунок 6. Принципиальная схема экспериментальной установки.
Узел испарения ХОО представляет собой стеклянный сосуд с барботёром, в который подавали воздух. Сосуд заполняли ХОО и термостатировали при заданной температуре. Весь узел испарения установлен на весы. По уменьшению веса определяли поток паров ХОО, поступающий в реактор и по этим данным регулировали темп нагрева узла испарения. Для устранения процессов конденсации паров в подводящих трубопроводах линию подачи также подогревали. Конструкция реакторного узла показана на рисунке 7.
Рисунок 7. Схема реакторного узла
В корпус реактора (трубка из кварцевого стекла) устанавливали трубчатый керамический нагреватель и тонкую кварцевую трубку, в которую подавали рабочую смесь ХОО с воздухом. Снаружи корпус реактора был закрыт экраном из стали 12Х18Н9Т толщиной 0,1 мм. с щелевой прорезью для наблюдения процессов, происходящих внутри кварцевой трубки. Нагрев реактора осуществляли путём подачи напряжения на контакты керамического нагревателя. Электрическое напряжение (и, следовательно, температуру реакторного узла) регулировали лабораторным автотрансформатором. Сигнал датчика температуры (термопары) подавали на самопишущий потенциометр, градуированный в соответствии с типом термопары.
Газы, прошедшие реакторный узел, попадали на узел разделения, где последовательно проходили несколько ловушек барботажного типа по конструкции аналогичных узлу испарения хлорорганики. В этих ловушках производили отделение от реакционных газов остатков хлорорганических продуктов, хлористого водорода, углекислого газа. Состав газов, прошедших систему ловушек определяли методами хроматографии. Состав сорбцион-ных растворов анализировали химическими методами.
Результаты и обсуждение
Описание основных наблюдаемых явлений. В реакционной трубке фронт пламени возникал при температурах смесей выше 700 °С и доли паров ХОО в них более10% об. Яркое пламя сине-зелёного цвета возникало, обычно, в нескольких сантиметрах от начала зоны обогрева и двигалось в направлении противоположном движению газового потока. Обычно фронт пламени выходил из зоны обогрева и проходил в зоне пониженных температур расстояние ~ 0,1 м. В этом месте пламя гасло и вновь вспыхивало в высокотемпературной зоне по мере подхода туда свежей газовой смеси. В ряде опытов удалось замерить скорость движения фронта пламени относительно корпуса реактора. При увеличении расхода газовой смеси удавалось добиться остановки фронта пламени в определенном месте реакционной трубки.
В отдельных опытах путём регулирования расхода удавалось добиться остановки или медленного перемещения фронта пламени в районе места установки датчика температуры (термопары) и зафиксировать повышение температуры за счёт реакции горения в пламени. Таким способом удалось оценить максимальную температуру в пламени. Толщина фронта пламени составляла величину 1-2 мм, однако в ряде случаев толщина возрастала до 5 мм. Режим пламенного горения зарегистрирован как на опытах с дихлорэтаном, так и в опытах с хОо, причём пламя по цвету и по другим параметрам в этих сериях не отличается для различных опытов.
Все результаты опытов, выполненных по программе, были сгруппированы в серии в соответствии с основными параметрами опытов, так чтобы значения основных параметров внутри каждой серии отклонялись от среднего значения не более чем на 10 %. Результаты этой группировки и данные о параметрах фронта пламени, зафиксированных в опытах представлены в работе [14].
В отдельных опытах, в которых удавалось зафиксировать фронт пламени в зоне расположения спая термопары, была замерена максимальная температура пламени, которая оказалась, в среднем, примерно на 300 °С выше, чем температура газов перед фронтом пламени.
Оценка энергии активации процесса окисления ХОО. Окисление хлорорганических продуктов представляет собой сложный многостадийный процесс. Вначале, уже при температуре 300-700 °С, происходит отрыв хлора в виде хлористого водорода. При дальнейшем повышении температуры начинается окисление (горение) оставшейся органической части исходных продуктов. Для условной смеси дихлорэтанов и дихлорпропанов с брутто-формулой СзН5,з91С12,266 этот процесс можно представить в виде следующей двухстадийной реакции:
2,266НС1 (12) СзН3,125 + 3,7802 ^ 3С02 + 1,56Я20 (13)
Первая реакция является эндотермической и происходит только при подводе тепла в количестве = 110 кДж/моль НС1. Вторая реакция сопровождается значительным тепловым эффектом. Поскольку эти реакции происходят через значительное число промежуточных стадий, можно предположить, что суммарная скорость процесса пропорциональна массе оставшихся органических продуктов, то есть можно обосновано предположить, что реакция протекает по первому порядку.
Для процессов горения, для случая теплового распространения пламени характерен чрезвычайно быстрый рост скорости реакции с температурой. Исходя только из одного этого свойства, можно, по предложению Зельдовича [11], применить приближенный общий вид решения задачи о распространении пламени, не зависящий от точного конкретного вида кинетики химической реакции, лишь бы она обладала одним этим основным свойством -быстрым ростом скорости реакции с ростом температуры. Исходя из этого предположения, для процессов горения известна [12] формула для скорости распространения пламени за счёт теплопроводности газовой среды:
■, (14)
где: п - порядок химической реакции, а - коэффициент температуропроводности, Тт - время реакции при максимальной температуре горения, вт = -(Тт-Т0) - максимальная безразмерная температура пламени. Время реакции при максимальной температуре можно отождествить с временем пребывания газов в зоне пламени, то есть ^/5, где w - скорость распространения пламени, замеренная в опытах, а 5 - ширина фронта пламени, также полученная в эксперименте. Для примера проведём оценку энергии активации суммарной реакции для случая: а = 2 10-4 м2/с, Тт = 10-3 с, п = 1, w = 1,5 м/с, Т0 = 1200 К, Тт =1500 К. В этом случае получаем: 9 = 0,4264. Затем определим энергию активации: Е = 67146 дж. Полученное значение энергии активации соответствует обычным значениям этой величины характерным для химических реакций
Оценка значения предэкспоненциального множителя. Для реакции первого порядка концентрация исходного продукта убывает со временем в соответствии со следующей формулой:
= ехр(—^тп) (15)
где: к - константа скорости реакции, т„ - время пребывания газов в реакторе, С и С0 текущая и начальная концентрации реагирующего вещества.
Константа скорости реакции изменяется в соответствии с законом Аррениуса:
fc = fc0exp(-^) (16)
где: Е - энергия активации, R - универсальная газовая постоянная, Т - абсолютная температура, к0 - предэкспо-ненциальный множитель.
Используя данные, полученные на опытах с неполной конверсией исходных продуктов (серии 7 и 9), можно оценить значение предэкспоненциального множителя для суммарной реакции первого порядка. Так для серии 7 конверсия составляет около 80 %, следовательно, остаточная концентрация исходных продуктов равна 0,2. Отсюда следует, что константа химической реакции для условий серии 7 составляет 3,22 с-1, к0 = 1807,8. Аналогично определено значение предэкспоненциального множителя для опытов серии 9, где конверсия составила 65 %, остаточная концентрация составила 0,35, константа скорости реакции 1,5, а значение предэкспоненциального множителя - 1961,5. Среднее значение предэкспоненты составляет 1884,65. Таким образом, формально, скорость реакции окисления ХОО кислородом может быть описана кинетическим уравнением первого порядка с константой скорости реакции, которая описывается следующей формулой:
к = 1884,65 х ехр (17)
Используя найденные кинетические закономерности, проведём оценку остаточной концентрации исходных продуктов для условий промышленной установки сжигания ХОО для температуры в реакторе 1200 °С и времени пребывания при этой температуре 1 секунда. Для этих условий к = 1884,65 х ехр (--^т") = 7,92 ,и^- =
exp(-7,92) = 3,63 х 104. Таким образом, можно сделать вывод, что время пребывания паров ХОО при температуре 1200 °С в течение даже 1 секунды приведёт к практически полному превращению исходных продуктов. Этот результат соответствует рекомендациям, изложенным в работе [6], где рекомендовано сжигать такие продукты при температуре не менее 1300 °С.
Таким образом, для полного сжигания хлорорга-нических веществ при минимальном времени пребывания ГПО в реакционной зоне (0.3-0.5 сек.) и для общей интенсификации процесса, высокотемпературное окисление следует проводить при такой максимально высокой температуре, которую обеспечивает выбранная пара - «ХОО-окислитель».
Введение 20 %-ного раствора HCl следует осуществлять за пределами высокотемпературной реакционной зоны, в которой реализовались все химические реакции полного окисления. При этом снижение температуры не должно быть менее 1000 °С, а время пребывания в зоне снижения температуры должно быть не менее 1.5 с, с тем, чтобы не происходил процесс «закалки» равновесия, что приведет к сохранению примесей, образовавшихся при высокой температуре. В этих условиях обеспечивается достижение нового термодинамического равновесия при сниженной температуре.
Заключение
Для процесса окисления ХОО с целью получения высококачественного хлористого водорода должны выполняться следующие условия:
1 Реактор высокотемпературного окисления должен иметь 3 зоны:
• 1-ая зона - зона распыления и пламенного горения ХОО в среде выбранного окислителя;
• 2-я зона - зона дожигания, в которой устанавливаются термодинамические равновесия при высокой температуре (выше 1800 К);
• 3-я зона - зона снижения температуры (не ниже 1273 К) и релаксации термодинамических равновесий.
2. Для снижения температуры в 3-ей зоне следует вводить азеотропную соляную кислоту (20 % мас.).
Объем реакционных зон и реактора в целом должен быть рассчитан по заданной производительности по перерабатываемым ХОО и обеспечивать время пребывания в 1-ой зоне 0.5 с, во 2-ой зоне - 1-2 с, и в 3-ей зоне -1.5 с.
Таким образом, общее время пребывания в реакторе окисления (сжигания) составляет - 3.0-4 с.
Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ.
Литература
1. Мазанко А.Ф., Антонов В.Н., Рожков В.И. [и др.]. Современное состояние проблемы ликвидации и переработки хлорорганических отходов. // Химическая промышленность. 1986. № 5. С. 16-18.
2. Конорев.О.А., Занавескин Л.Н., СурисА. Л. [и др.]. Переработка отходов хлорорганических производств методом каталитического окисления. // Экология и промышленность России. 2003. № 1. С. 8-12.
3. Бернадинер М.Н. Термоокислительное (огневое) обезвреживание жидких хлорорганических отходов. // Химическая промышленность сегодня. 2004. № 7. С. 4044.
4. Флид М.Р., Трегер Ю.А. Винилхлорид. Химия и технология. В 2-х кн. Кн. 2. М.: «Калвис», 2008. 368 с.
5. МухортовД.А., ПашкевичД.С., Блинов И.А., [и др.]. Проблемы переработки хлорорганических отходов промышленных производств хлормономеров и полимеров на их основе. // Химическая промышленность. 2012. Т. 89. № 6. С. 294-300.
6. Бернадинер М.Н., Шурыгин А.П. Огневая переработка и обезвреживание промышленных отходов. М.: Химия, 1990. 304 с.
7. Лозино-Лозинская И.П. Программа термодинамических расчетов. // Отчет ФГУП ГНЦ «Исследовательский центр им. М.В.Келдыша» , 2008 г.
8. Карапетьянц М.Х., Карапетьянц М.Л. Основные термодинамические константы неорганических и органических веществ. М.: Химия, 1976. 470 с.
9. Гурвич Л.В., Вейц И.В. [и др.]. Термодинамические свойства индивидуальных веществ. В 4-х том. 3-е изд. М.: Наука, 1978. Т I. Кн. 2. 328 с.; Т. II. Кн. 2. 344 с.
10. Башкирова С.Г., Савчук А.М., Соловьева Т.А. [и др.]. Причина образования хлора при термическом обезвреживании жидких хлорорганических отходов. // Химическая промышленность. 1989. № 3. С. 18-21.
11. Зельдович Я. Б., Франк-Каменецкий Д.А. К теории равномерного распространения пламени. // Докл. АН СССР. 1938. Т. 19. С. 693-697.
12. Франк-Каменецкий Д.А. Диффузия и теплопередача в химической кинетике. М.: Наука, 1987. 427 с.
13. Вдовец М.З., Ласкин Б.М., Платонова О.В. Термодинамический анализ процесса высокотемпературного окисления хлорорганических отходов. // Химическая промышленность. 2009. № 3. С. 107-115.
14. Вдовец М.З., Ласкин Б.М., Платонова О.В., [и др.]. Исследование процесса горения паров хлороргани-ческих отходов в кислородсодержащей среде. //Химическая промышленность.2010. № 2. С. 97-103.
