Термическая десорбция

Термическая десорбция — это технология восстановления окружающей среды , которая использует тепло для увеличения летучести загрязняющих веществ, чтобы их можно было удалить (отделить) от твердой матрицы (обычно почвы, осадка или фильтрационной корки). Испарившиеся загрязняющие вещества затем либо собираются, либо термически разрушаются. Таким образом, система термодесорбции состоит из двух основных компонентов; сам десорбер и система очистки отходящих газов. Термическая десорбция не является сжиганием .

История

Термическая десорбция впервые появилась как технология очистки окружающей среды в 1985 году, когда она была указана в протоколе решения компании McKin для объекта Superfund в водоразделе реки Ройал в штате Мэн. ^[1]

Его часто называют «низкотемпературной» термодесорбцией, чтобы отличить ее от высокотемпературного сжигания. Первым проектом термодесорбции с прямым нагревом была обработка 8000 тонн токсафена (хлорированного пестицида), загрязненного песчаной почвой на объекте S&S Flying Services в Марианне, Флорида в 1990 году, а более поздние проекты превысили 170 000 тонн на объекте каменноугольной смолы Кейп-Фир в 1999 году. Отчет Агентства по охране окружающей среды США показывает, что термодесорбция использовалась на 69 объектах Superfund в течение 2000 финансового года. Кроме того, с использованием термодесорбции были завершены сотни проектов по восстановлению на объектах, не входящих в Суперфонд.

Что касается вариантов переработки на месте , только сжигание на большем количестве объектов Суперфонда использовались и стабилизация. Сжигание страдает от плохого общественного признания. Стабилизация не обеспечивает постоянного устранения последствий, поскольку загрязняющие вещества все еще находятся на месте. Термическая десорбция является широко распространенной технологией, которая обеспечивает постоянное решение по экономически конкурентоспособной цене.

Первый в мире крупномасштабный термодесорбционный завод по переработке ртутьсодержащих отходов был построен в Вёльзау , для реабилитации Химического завода Марктредвиц (основан в 1788 году) считался старейшим в Германии. Эксплуатация началась в октябре 1993 года, включая первый этап оптимизации. В период с августа 1993 года по июнь 1996 года было успешно переработано 50 000 тонн твердых отходов, загрязненных ртутью. Из почвы и щебня было извлечено 25 метрических тонн ртути. К сожалению, в литературе завод в Марктредвице часто ошибочно воспринимают как экспериментальный завод.

Десорберы

Сегодня доступны многочисленные типы десорберов. Некоторые из наиболее распространенных типов перечислены ниже.

Роторный с непрямым нагревом
Роторный с прямым нагревом
Нагреваемый шнек (горячее масло, расплавленная соль, электрический)
Инфракрасный
Микроволновая печь

В большинстве ротационных систем с непрямым нагревом для нагрева загружаемого материала используется наклонно вращающийся металлический цилиндр. Механизм теплопередачи обычно заключается в передаче тепла через стенку цилиндра. В системах этого типа ни пламя, ни продукты сгорания не могут контактировать с твердыми частицами сырья или отходящими газами. Думайте об этом как о вращающейся трубе внутри печи, оба конца которой торчат снаружи печи. Цилиндр для полномасштабных мобильных систем обычно имеет диаметр от пяти до восьми футов, а длина нагрева составляет от двадцати до пятидесяти футов. При корпусе из углеродистой стали максимальная температура твердых частиц составляет около 1000 °F, а при использовании цилиндров из специального сплава можно достичь температуры 1800 °F. Общее время пребывания в десорбере этого типа обычно составляет от 30 до 120 минут. Производительность переработки может варьироваться от 2 до 30 тонн в час для мобильных установок.

Роторные десорберы с прямым нагревом на протяжении многих лет широко использовались для очистки почв, загрязненных нефтью, и почв, загрязненных , предусмотренными Законом о сохранении и восстановлении ресурсов опасными отходами , как это определено Агентством по охране окружающей среды США. В документе 1992 года об обработке загрязненных нефтью почв подсчитано, что от 20 до 30 подрядчиков имеют в наличии от 40 до 60 роторных сушильных систем. Сегодня это, вероятно, около 6–10 подрядчиков с 15–20 коммерчески доступными портативными системами. В большинстве этих систем используется камера вторичного сгорания (камера дожига) или каталитический окислитель для термического разрушения испаряющихся органических веществ. Некоторые из этих систем также имеют систему охлаждения и скруббер после окислителя, что позволяет им обрабатывать почвы, содержащие хлорированные органические вещества, такие как растворители и пестициды . Десорбирующий цилиндр для полномасштабных мобильных систем обычно имеет диаметр от четырех до десяти футов, а длина нагрева составляет от двадцати до пятидесяти футов. Максимальная практическая температура твердых веществ для этих систем составляет от 750 до 900 °F в зависимости от материала конструкции цилиндра. Общее время пребывания в десорбере этого типа обычно составляет от 3 до 15 минут. Производительность переработки может варьироваться от 6 до более 100 тонн в час для мобильных установок.

Винтовые системы с подогревом также являются системой непрямого нагрева. Обычно они используют корыто с рубашкой и двойным шнеком, который входит в зацепление. Сами шнеки часто содержат каналы для теплоносителя для увеличения площади поверхности теплопередачи. В некоторых системах вместо теплоносителя используются электрические нагреватели сопротивления, и в каждом корпусе может использоваться один шнек. Шнеки могут иметь диаметр от 12 до 36 дюймов для полномасштабных систем и длину до 20 футов. Узел шнек/желоб можно соединять параллельно и/или последовательно для увеличения производительности. Были продемонстрированы полномасштабные возможности производительности до 4 тонн в час. Этот тип системы оказался наиболее успешным при очистке отходов нефтеперерабатывающих заводов.

Раньше существовала непрерывная инфракрасная система, которая больше не используется. Теоретически микроволны могут быть отличным техническим выбором, поскольку можно добиться равномерного и точно контролируемого нагрева без проблем с загрязнением поверхности теплопередачи. Можно только догадываться, что капитальные и/или энергетические затраты помешали разработке микроволнового термодесорбера в коммерческом масштабе.

Очистка отходящих газов

Существует всего три основных варианта очистки отходящих газов. Летучие загрязняющие вещества в отходящих газах могут быть сброшены в атмосферу, собраны или уничтожены. В некоторых случаях используется как система сбора, так и система уничтожения. Помимо управления летучими компонентами, из отходящего газа необходимо также удалять твердые частицы (пыль), которые выходят из десорбера.

При использовании системы сбора отходящие газы необходимо охлаждать для конденсации основной массы улетучившихся компонентов в жидкость. Отходящий газ выходит из большинства десорберов при температуре 350–900 °F. Затем отходящий газ обычно охлаждают до температуры от 120 до 40 °F для конденсации основной массы улетученной воды и органических загрязнителей. Даже при температуре 40 °F могут присутствовать измеримые количества неконденсированной органики. По этой причине после стадии конденсации обычно требуется дальнейшая обработка отходящих газов. Охлажденный отходящий газ можно обрабатывать путем адсорбции углерода или термического окисления. Термическое окисление может быть осуществлено с использованием каталитического окислителя, камеры дожигания или путем направления отходящих газов к источнику тепла сгорания для десорбера. Объем газа, требующего очистки для десорберов с непрямым нагревом, составляет часть объема, необходимого для десорбера с прямым нагревом. Это требует меньших по размеру установок для контроля загрязнения воздуха из газообразных технологических выбросов. Некоторые системы термодесорбции перерабатывают газ-носитель, тем самым еще больше снижая объем газообразных выбросов.

Сконденсировавшуюся жидкость от охлаждения отходящих газов разделяют на органическую и водную фракции. Воду либо утилизируют, либо используют для охлаждения обработанных твердых веществ и предотвращения пыления. Сконденсировавшуюся жидкую органику удаляют с площадки. В зависимости от состава жидкость либо перерабатывается в качестве дополнительного топлива, либо уничтожается в мусоросжигательной печи со стационарным основанием. Термический десорбер, удаляющий 500 мг/кг органических загрязнений из 20 000 тонн почвы, произведет менее 3 000 галлонов США (11 000 л) жидкой органики. По сути, 20 000 тонн загрязненной почвы можно сократить до менее чем одной автоцистерны с извлеченными жидкими остатками для утилизации за пределами площадки.

Десорберы, использующие системы уничтожения отходящих газов, используют сжигание для термического разрушения летучих органических компонентов, образующих CO , CO ₂ , NOx , SOx и HCl . Установку уничтожения можно назвать камерой дожига, камерой вторичного сгорания или термическим окислителем. Каталитические окислители также можно использовать, если содержание органических галогенидов в загрязненной среде достаточно низкое. Независимо от названия, установка уничтожения применяется для термического разрушения опасных органических компонентов, удаленных (улетучившихся) из почвы или отходов.

См. также

Термическая десорбция in situ

Ссылки

^ «Информация о сайте McKin Company Superfund Site Grey Maine» . Агентство по охране окружающей среды США. 22 июля 1985 г. Проверено 21 июля 2009 г.

Т. Макгоуэн, Т., Р. Карнс и П. Хьюлон. Сжигание загрязненной пестицидами почвы на территории Суперфонда, документ о проекте восстановления территории Суперфонда S&S Flying Services, Марианна, Флорида, представленный на конференции HazMat '91, Атланта, Джорджия, октябрь 1991 г.

[McKin-1] «Информация о сайте McKin Company Superfund Site Grey Maine» . Агентство по охране окружающей среды США. 22 июля 1985 г. Проверено 21 июля 2009 г.

[1]