Утвержденные технологии уничтожения озоноразрушающих веществ

Пункт 5 статьи 1 Монреальского протокола предполагает утверждение его Сторонами перечня технологий для уничтожения контролируемых веществ. Впервые такой перечень был обнародован в качестве Приложения II к докладу четвертого Совещания Сторон (23-25 ноября 1992 года, Копенгаген, Дания). В результате дополнений, внесенных решениями V/26, VII/35, XIV/6 и XXX/6, перечень технологий уничтожения принял следующий вид (просмотреть в формате PDF):

 * — эффективность уничтожения и удаления
К концентрированным источникам относятся первичные, рециклированные и переработанные вещества.
К распределенным источникам относятся вещества, содержащиеся в твердых материалах (например, в пеноматериалах).

Краткий обзор технологий

Технологии уничтожения можно разделить на три категории:

• сжигание
• использование плазменной дуги
• прочие технологии, в которых не используется сжигание

Уничтожение путём сжигания

Крекинг в реакторе

Крекинг (от англ. cracking, расщепление) — это высокотемпературная переработка химических соединений, продукты которой имеют, как правило, меньшую молекулярную массу.

Отработанные газы и извлеченные хладагенты сжигаются на кислородно-водородной горелке и разлагаются на плавиковую (HF) и соляную (HCl) кислоты, диоксид углерода (CO₂), воду (H₂O) и небольшое количество хлора. В теплообменнике продукты сгорания охлаждаются, а кислотные газы очищаются. На выходе образуются 55-процентная плавиковая и 33-процентная соляная кислоты, пригодные для коммерческого использования. Сточные воды направляются на станцию водоочистки. После очистки от остаточных следов кислоты отработанный газ состоит из CO₂, O₂ и водяных паров. Твёрдых отходов у процесса нет.

Окисление в газовой среде/окисление дымом

В огнеупорных камерах сгорания производится термическое уничтожение отработанных хладагентов и паров (по большей части ЛОС). Для нагревания дыма используется дополнительное топливо, например, природный газ или мазут. Большинство хладагентов сгорают при температуре около 1 100°C. Время выдержки газа в дымовых печах составляет около 1–2 секунд.

Сжигание во вращающейся печи

Вращающиеся печи используются для уничтожения опасных отходов всех видов и форм: газообразных, жидких, твердых и шлама. В качестве топлива используются природный газ, мазут или жидкие отходы с высокой теплотворной способностью.

Из-за возможного воздействия плавиковой кислоты на печь допустимая концентрация фтора в исходном продукте не должна превышать 1%. Кроме этого необходим контроль состояния окружающей среды.

Сжигание с впрыском жидкости

Печи с впрыском жидкости, как правило, имеют однокамерную конструкцию с одной или более системами подачи исходного материала в сжигатель и введением горючих жидкостей или горючих жидких отходов, включая осадок и шлам. Впрыскивание жидких отходов в форме небольших капель обеспечивает наилучшее перемешивание с воздухом и сжигание в форме суспензии. Для повышения потенциала зажигания смеси отходов в камеру сгорания может быть добавлено дополнительное топливо (мазут или природный газ) из питательного бака.

Сжигание твердых бытовых отходов

Для сжигания твердых бытовых отходов используются как печи с вторичным топливом, где сжигаются отходы, не прошедшие обработку, так и печи, где топливом служат сами твердые отходы, прошедшие механическую обработку и преобразованные в однородную массу.

Сжигание в цементообжигательных печах

Так как цементообжигательные печи отличаются высокой энергоемкостью, они используются для сжигания загрязненного топлива и других опасных веществ. В целом, большинство цементообжигательных печей может выдержать контролируемую подачу утилизируемых хладагентов, однако подобное решение должно приниматься в индивидуальном порядке.

Пористый термический реактор

Разложение ОРВ и других промышленных газов в пористых термореакторах идет при высокой температуре в окисляющей атмосфере при постоянной подаче вспомогательного газа. Для процесса большое значение имеет надлежащая организация теплообмена. Пористая структура способствует равномерному распределению тепла и уменьшает габариты установки.

Плазменные технологии

Аргоновая плазменная дуга

При уничтожении отходы подвергаются непосредственному воздействию струи аргоновой плазмы (технология PLASCON).

Плазменная струя формируется за счет ионизации аргона разрядом постоянного тока мощностью 150 кВт. Температура процесса превышает 10 000°C. Отходы быстро разогреваются в реакционной камере примерно до 2500°C, в течение примерно 20 миллисекунд начинается пиролиз, который приводит к образованию пара. Наличие кислорода обеспечивает преобразование всего углерода, выделяющегося при пиролизе, в углекислый газ, а водород предотвращает образование CF₄.

Индуктивно-связанная высокочастотная плазма

Пар и газообразные хладагенты проходят через плазменный факел, нагревающий оба компонента, после чего подаются в реактор для уничтожения, где в течение примерно 2 секунд подвергаются воздействию высокой температуры (2 000°C). После этого в целях уничтожения кислотных газов производятся охлаждение и очистка газа. Преимущество этой технологии при использовании в коммерческих масштабах — высокая эффективность уничтожения и небольшой объем выбросов диоксинов.

Азотная плазменная дуга

Для разложения ХФУ, ГХФУ и ГФУ используется высокотемпературная плазма, производимая плазменным факелом постоянного тока с водяным охлаждением электродов и азотом в качестве плазменного газа. В отличие от сжиженных газов, которые изначально находятся под давлением и могут быть загружены в реактор непосредственно из резервуара-хранилища, жидкости перед загрузкой в реактор необходимо сначала поместить в контейнер под давлением, а затем вместе со сжатым воздухом переместить в испаритель. Для окисления оксида углерода предусмотрена труба диффузионной печи. ГХФУ и ГФУ реагируют с паром и разлагаются на оксид углерода (CO), плавиковую (HF) и соляную (HCl) кислоты. После этого в трубе диффузионной печи оксид углерода оксидируется воздухом до образования диоксида углерода. В газоочистителе опасные кислотные газы (HCl и HF) абсорбируются водной взвесью гидроокиси кальция (Ca(OH)₂).

Микроволновая плазма

Этот вид плазмы, отличающийся низким давлением и низкой температурой, образуется при пропускании СВЧ-волн частотой 2,45 ГГц через поток газа в диэлектрической трубке. Достигаемая мощность составляет до 50 кВт. В коаксиальном резонаторе особой конструкции для СВЧ-волны образуют сильное электрическое поле, создавая высокотемпературную плазму при атмосферном давлении. Ионизация и распад молекул происходят при температуре, превышающей 5 700°C.

Кислотные газы (HCI, HF) нейтрализуются путем очистки гашеной известью, после чего газ сжигается в смеси с воздухом для преобразования CO в CO₂. Отличительное свойство процесса — высокий электрический КПД. Для поддержания плазмы не требуются дополнительные газы. Аргон необходим только в момент вспышки плазмы и в процессе не участвует.

Переносное устройство с плазменной дугой

Переносная плазменная установка для уничтожения ОРВ разработана японской корпорацией ASADA. Решение отличается высокими капитальными затратами (примерно 150 тыс. долл. США без учета расходов на создание необходимой инфраструктуры – подведение электрической мощности и т.д.) и эксплуатационными расходами (30-50 тыс. долл. США в год). Производительность — от 1-2 кг в час (3,6–7,2 метрической тонны в год). Стоимость уничтожения ОРВ в среднем оценивается в 25 долл. США за килограмм.

Технологии, в которых не используется сжигание

Каталитическая дегалогенизация в газовой фазе

Компания Hitachi Corp. (Токио, Япония) разработала технологию уничтожения ОРВ с использованием металлооксидного катализатора при температуре 400°C и атмосферном давлении. Образующиеся соляная и плавиковая кислоты абсорбируются раствором извести. Технология применяется для уничтожения стойких органических загрязнителей (полихлорированных бифенилов) и применима для уничтожения ОРВ, но не в коммерческих масштабах.

Реактор с перегретым паром

Уничтожение ОРВ в реакторе с перегретым паром производится в газовой фазе при очень высоких температурах. После смешивания ОРВ, пар и воздух предварительно нагреваются приблизительно до 500°C, после чего подаются в трубчатый реактор с электрическим нагревом стенки до 800–1 000°C. При разложении образуются HF, HCI и CO₂. Выхлопной газ направляется в газоочиститель, где охлаждается раствором Ca(OH)₂, который нейтрализует кислотные газы.

Химическая реакция с H₂ и CO₂

Процесс происходит при температуре 300–1000°C и давлении 1–30 атмосфер в присутствии катализатора. В результате реакции ОРВ и ГФУ разлагаются на HF, HCl, CO и H₂O. Продукты реакции отличаются высокой чистотой, что делает их востребованным коммерческим продуктом, реализация которого позволяет окупить расходы на уничтожение ОРВ и ГФУ.

Термическая реакция с метаном

Реакция метана и ОРВ идет в реакторе с пульсирующим потоком при атмосферном давлении и температуре до 800°C. Слабые связи в молекулах ОРВ разрушаются, образуя радикалы, которые вступают в реакцию с метаном.

Ссылки:

• Решение XXX/6: Технологии уничтожения регулируемых веществ
• Приложение II: Утвержденные процессы уничтожения