книги / Снижение экологической нагрузки при обращении с отходами лечебно-профилактических учреждений

Результаты термодинамических расчетов процесса деструкции ПВХ в среде кислорода атмосферного воздуха

Исходный состав, моль: [С]=20.00; [Н] =30.00; [CI] =10.00;[0]=20.00

*Примечание: cis, trans - цис- и трансизомеры соответственно.

Как видно из представленных данных, конденсированный графит образуется при сжигании ПВХ даже при избыточном содержании ки­ слорода. Как видно из данных табл. 5.2, весь хлор расходуется на обра­ зование хлорида водорода, что можно объяснить высокой устойчиво­ стью этого соединения (большой энергией связи атомов водорода с ато­ мами хлора).

На рис. 5.8-5.10 приведены зависимости концентрации графита, метана и углекислого газа от температуры при деструкции ПВХ атмо­ сферным воздухом. График изменения содержания хлорида водорода от температуры не приводится, так как его вид с добавлением кислорода в качестве окислителя не изменился.

Полученные результаты показывают, что, как и при пиролизе, содержание в продуктах метана значительно снижается при темпе­ ратуре выше 1000 К, в этих условиях содержание хлороводорода максимально.

Одним из способов снижения содержания хлорида водорода в обра­ зующихся газах является связывание его в нелетучие соединения, на­ пример, с образованием хлорида кальция.

При этом возможно два варианта осуществления процесса:

- проведение пиролиза или сжигания в присутствии оксида

кальция;

— нейтрализация образующегося хлорида водорода путем пропускания газообразных продуктов через колонну с оксидом

кальция.

Для определения оптимальных параметров проведения процесса и выбора наиболее рационального варианта связывания токсичного компонента было проведено термодинамическое моделирование про­ цесса пиролиза ПВХ в присутствии оксида кальция.

Для определения температурного интервала осуществления про­ цессов пиролиза ПВХ в присутствии оксида кальция или нейтрализация образующегося хлорида водорода путем пропускания газообразных продуктов через колонну с оксидом кальция были проведены расчеты изменения потенциала Гиббса (Д(?) и энтальпии (ДН) для реакции обра­ зования хлорида кальция СаО + 2НС1 = СаС12 + Н20 в зависимости от температуры. Результаты расчетов представлены в табл. 5.3 и на рис. 5.11 и 5.12.

Т а б л и ц а 5. 3

Термодинамические потенциалы как функция от температуры для реакции СаО + 2НС1 = СаС12 + Н20

Рис. 5.11. Зависимость потенциала Гиббса от температуры для реакции Са0 + 2НС1 = СаС12 + Н20

Реакция: СаО(8)+2НС1(я)=СаС1,(в)+НА8)

Рис. 5.12. Зависимость изменения энтальпии при возрастании температуры

Как видно из представленных данных, зависимость изменения по­ тенциала Гиббса от температуры имеет линейный характер, с ростом температуры AG возрастает и достигает нуля при температуре 4800 К, т.е. реакция находится в состоянии термодинамического равновесия и при температуре выше 4800 К меняет направление (протекает обрат­ ная реакция). Проведенные расчеты показали, что:

- процесс пиролиза в присутствии оксида кальция целесообразно проводить при температурах 700-800 К;

- процесс детоксикации продуктов термической деструкции ПВХ можно осуществлять при температурах 400-500 К.

Результаты расчета материального баланса процесса пиролиза ПВХ в присутствии оксида кальция представлены в табл. 5.4, где приведены продукты пиролиза при охлаждении до 20 °С. Масса исходного продук­ та /я(С2НзС1)1о составляла 625 г, масса СаО - 560 г. Считалось, что при избытке СаО он расходуется на образование гидроксида кальция. При этом в газовой фазе кроме метана наблюдаются следы водорода.

Т а б л и ц а 5 . 4

Результаты термодинамических расчетов процесса пиролиза ПВХ в присутствии СаО

Исходный состав, моль: [С =20.00; [H] =30.00; [Cl] =10.00; [01=10.00; ;СаО]=10.00

На рис. 5.13-5.17 приведены зависимости содержания графита, хло­ рида кальция, метана, хлорида водорода и углекислого газа от темпера­ туры при проведении пиролиза в присутствии оксида кальция.

При содержании хлористого водорода менее 10^ моль программа не указывает значения концентраций по оси ординат.

Из приведенных расчетов можно сделать следующие выводы. Полное дехлорирование ПВХ как при пиролизе, так и при сжигании

происходит при температурах 400-600 К, что согласуется с литератур­ ными данными (температура 180-300 °С).

Если продукты реакции дегидрохлорирования пропускать через ко­ лонну с оксидом кальция (как показали термодинамические расчеты), то хлорид водоррда практически полностью будет поглощаться им с обра­ зованием хлорида кальция. Расчеты показали, что следы хлорида водо-

■HCl(g)

HCl(g)

Рис. 5.16. Зависимость содержания хлористого водорода от температуры при пиролизе ПВХ в присутствии СаО

■ C 02(g)

C 02(g)

Рис. 5.17. Зависимость содержания углекислого газа от температуры при пиролизе ПВХ в присутствии СаО

рода можно наблюдать при температурах выше 550 К. При более низких температурах следы хлорида водорода отсутствуют.

При пиролизе ПВХ образующиеся газы будут содержать метан. Как видно по рис. 5.7, содержание метана в пиролизных газах с увеличением температуры снижается и при 1000 К его концентрация становится ниже значимых значений. Для полной конверсии нейтрализованных газовых выбросов их необходимо сжигать в присутствии атмосферного кислоро­ да при температуре до 1000-1100 К.

При сжигании ПВХ в присутствии кислорода содержание метана достигает максимума при 500 К и затем снижается до нуля при 1000 К (см. рис. 5.9).

Содержание углекислого газа, являющегося результатом реакции с ки­ слородом атмосферного воздуха, имеет сложную зависимость от темпера­ туры (см. рис. 5.10) и снижается практически до нуля при 1200 К.

При проведении процесса пиролиза ПВХ в присутствии СаО весь хлор расходуется на образование СаСЬ (см. рис. 5.12).

Проведенное термодинамическое моделирование процессов дест­ рукции ПВХ позволило предложить следующие варианты проведения процессов термической утилизации ПВХ, обеспечивающих их экологи­ ческую безопасность:

1)пиролиз ПВХ при температуре 500-700 К с последующей нейтра­ лизацией образующегося хлороводорода путем его поглощения окси­ дом кальция при температуре 400-500 К и дожиганием нейтрализован­ ного газа кислородом воздуха при 1000-1100 К;

2)сжигание ПВХ на воздухе при температуре 1000-1100 К с после­ дующей нейтрализацией образующегося хлороводорода путем его по­ глощения оксидом кальция при температуре 400-500 К;

3)термическая деструкция ПВХ в присутствии оксида кальция.

Вэтом случае присутствие либо отсутствие кислорода не имеет значе­ ния, так как весь хлор при взаимодействии с оксидом кальция будет по­ глощаться с образованием хлорида кальция.

ГЛАВА 6. ОПИСАНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИ

БЕЗОПАСНОГО ТЕРМИЧЕСКОГО

ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ ХЛОРСОДЕРЖАЩИХ

ОТХОДОВ

Как свидетельствует сложившаяся практика обращения с МО, в России достаточно часто для термического обезвреживания отходов ЛПУ используются малогабаритные установки без системы газоочистки либо с системами, которые не позволяют гарантированно предотвра­ щать образование супертоксикантов при сжигании хлорсодержащих ма­ териалов. Характерным материалом с высоким содержанием хлора, ис­ пользуемым в медицине, является поливинилхлорид. Сжигание поливи­ нилхлорида в установках малой производительности с частой сменой режимов загрузки-сжигания-выгрузки приводит к колебаниям темпе­ ратуры и количества кислорода. Отсутствие устройств контроля эколо­ гических параметров процесса и эффективной системы газоочистки соз­ дает риски неконтролируемого образования и распространения в объек­ тах окружающей среды загрязняющих веществ.

Существующие региональные системы обращения с МО не преду­ сматривают возможность контроля за обращением с опасными отхода­ ми на завершающих этапах жизненного цикла с соблюдением требова­ ний экологической безопасности и минимизации рисков несанкциони­ рованного попадания данных отходов в окружающую среду.

В сложившейся ситуации можно утверждать, что реальная угроза негативного влияния на объекты окружающей среды и здоровье челове­ ка при осуществлении процессов обращения с МО на завершающих эта­ пах жизненного цикла сохраняется. Это определяет необходимость со­ вершенствования систем сбора отходов ЛПУ, систем контроля и мони­ торинга за обращением с отходами на каждом из завершающих этапов