Способ обработки шлама с частицами, содержащими металл, оксид металла или гидроокись металла, и аппарат для осуществления данного способа

1 Область техники, к которой относится изобретение Настоящее изобретение относится в широком смысле к способу и аппарату для обработки шлама и, более конкретно, к способу и аппарату для обработки шлама с распределенными в нем частицами, содержащими металл, оксид металла или гидроокись металла. Уровень техники Шлам в виде суспензии, содержащей распределенные в ней отходы, представляет серьезную проблему для современной промышленности. В металлургической промышленности не существует удобного метода утилизации шлама от коксовых батарей, вагранок, конвертеров и металлопрокатных заводов, например, имеющего форму загрязненной нефтепродуктами окалины и гидроокисей после травления для очистки от окалины. В большинстве случае подобные материалы накапливаются в промежуточных хранилищах или вывозятся на захоронение. Еще одной отраслью, в которой также имеет место проблема утилизации различных материалов,является нефтехимическая промышленность, в которой образуются отходы в форме шлама(нефтешламы). Требования со стороны органов управления и потребителей найти новые решения данной проблемы постоянно усиливаются. Ранее применявшееся решение в виде вывоза на захоронение более не рассматривается как приемлемое и во многих странах является незаконным. Существующие технологии конверсии и извлечения являются дорогостоящими. И с экономической, и с экологической точек зрения рекуперация часто представляется предпочтительным вариантом решения проблемы отходов. Однако она часто подразумевает осуществление какой-то внешней обработки,требующей транспортирования к специализированным установкам и осуществления операций,не входящих в состав нормального производственного цикла. Известное решение рассмотренных проблем заключается в гранулировании или брикетировании отходов для последующей подачи их в печь. Однако такое решение связано с проблемой дополнительных затрат на отдельную установку для сушки и последующего гранулирования материала отходов. В патентном документе DE 2460799 описан способ сжигания масла, содержащего металлические частицы. Известный способ направлен на разрушение масла с предотвращением загрязнения среды указанными частицами. При сжигании используется только энергия,заключенная в самом масле. В патентном документе DE 4241283 описан способ газификации с извлечением частиц. Способ не предусматривает какой-либо отдельной подачи топлива. 2 Раскрытие изобретения Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, состоит в том, чтобы разработать усовершенствованные способ и аппарат для обработки шлама и, более конкретно,способ и аппарат для обработки шлама с распределенными в нем частицами, содержащими металл, оксид металла или гидроокись металла. При этом изобретение должно устранить или,по меньшей мере, ослабить названные недостатки известных технологий. Настоящее изобретение основано на установлении того, что жидкий материал может быть подан непосредственно в пламя горелки, в результате чего происходит испарение жидкости и расплавление металлосодержащих частиц. В соответствии с первым аспектом изобретения предложен способ обработки шлама, раскрытый в п.1 формулы изобретения. В соответствии со вторым аспектом изобретения предложен аппарат для обработки шлама, раскрытый в п.8 формулы изобретения. Использование способа и аппарата в соответствии с изобретением обеспечивает преодоление или, по меньшей мере, ослабление проблем, присущих уровню техники. Вместо включения отдельной операции сушки жидкий материал подвергается обработке прямо в печи, благодаря чему экономятся расходы на дополнительное оборудование и сокращается время,затрачиваемое на обработку. Краткое описание чертежей Далее будет подробно описан пример осуществления изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи. На фиг. 1 приведена схематичная иллюстрация установки для обработки шлама и других жидких отходов в соответствии с изобретением. На фиг. 2 схематично представлен вид в продольном сечении горелки, используемой при осуществлении способа по изобретению. На фиг. 3 горелка по фиг. 2 схематично изображена на виде спереди. Осуществление изобретения Далее приводится подробное описание способа и аппарата по настоящему изобретению. При этом материал, подаваемый к аппарату по изобретению, именуется шламом. Однако должно быть ясно, что данный термин в контексте настоящего изобретения охватывает широкий класс материалов, в том числе сточные воды, ил, хвосты флотации и другие суспензии, в состав которых входят углеродосодержащие частицы, включая кокс, полукокс и т.п., а также нефтешламы, отходы нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей и нефтехимической отраслей, осадок сточных вод и т.д. При этом согласно предпочтительному варианту изобретения содержание металла в шламе составляет не менее 5%, более предпочтительно не менее 20% и особенно предпочтительно не менее 50%. 3 На фиг. 1 схематично представлен общий вид установки для обработки шлама и других влажных отходов, обозначенной в целом, как 10. Основу установки составляет горелка 20,расположенная в боковой стенке печи 30. Горелка относится к типу так называемых кислородотопливных горелок, т.е. она снабжается топливом и кислородом, поступающими соответственно по первой и второй линиям 21, 22 подачи. Под кислородом в контексте изобретения понимается газ с содержанием О 2, превышающим 21%, и предпочтительно представляющий собой так называемый технический кислород, содержание О 2 в котором составляет 90-100%. Шлам подается к горелке по третьей линии 23 подачи, которая присоединена к устройству 40 подачи шлама. В состав данного устройства 40 входит контейнер 42, в который поступает мокрый исходный материал в виде шлама. Из контейнера 42 шлам направляется к дозатору,содержащему питающий насос 45, связанный с приводным двигателем 46. Посредством питающего насоса 45 шлам подается к горелке 20 с расходом, задаваемым производительностью данного насоса. К горелке 20 подается также соответствующая среда (например, кислород), обеспечивающая распыление (атомизацию) шлама. Эта распыливающая среда подается к горелке от соответствующего (не изображенного) источника по линии 25 подачи. В примере выполнения установки, представленном на фиг. 1, печь 30 представляет собой отдельный модуль, в нижней части которого имеется выпускной канал 32 для вывода расплавленного металла, содержащего частицы,выделенные в результате обработки шлама. У печи 30 имеется также вытяжная труба 34, расположенная в ее верхней части и служащая для отвода газов, образующихся при испарении и сжигании шлама в процессе горения. На дне печи скапливается остаток 36, образующийся из материала, подаваемого в печь 30 через горелку. Далее будет описан первый вариант выполнения горелки 20, со ссылками на фиг. 2 и 3,на которых представлены соответственно продольное сечение горелки и горелка на виде спереди. Данный вариант горелки рассчитан на использование с газовым топливом, таким как пропан, природный газ или бутан, а также с нефтяным топливом. У горелки 20 имеется основная часть 24, к которой присоединены линии 21-23 и 25 подачи, показанные на фиг. 1. Как видно из фиг. 3,где более детально представлена конфигурация линий подачи, основная часть 24 имеет круглое поперечное сечение. Топливо поступает по первой линии 21 подачи, содержащей 6 эквидистантных трубок 21a-21f, которые расположены на одинаковом расстоянии от центральной оси основной части 24. Кислород подается через 4 наружную кольцевую часть, соответствующую линии 22 подачи, и, как следствие, окружает топливо, поступающее по трубкам 21a-21f. Шлам подается по линии 23 подачи, которая представляет собой трубу, коаксиальную основной части 24 горелки. В трубе 23 предусмотрен распылитель 26,функционирующий следующим образом. Распыливающая среда, например кислород, подается к горелке по линии 25, образованной набором трубок. Эти трубки под некоторым углом выходят в центральную трубу 23 для подачи шлама,и с их помощью осуществляется распыление(атомизация) шлама, выходящего из трубы 23. Как уже было отмечено, горелка 20 установлена в боковой стенке печи 30. В предпочтительном варианте выполнения горелка может устанавливаться наклонно, т.е. под различными углами относительно горизонтали и вертикали. Различные ориентации горелки могут быть использованы для достижения желательных характеристик процесса горения. Далее будет дано подробное описание способа по изобретению. Шлам первоначально подается в контейнер 42. Как уже упоминалось, в составе шлама имеется жидкая фракция и распределенные по этой жидкой фракции металлосодержащие частицы. В состав этих металлосодержащих частиц входит металл, оксид металла или гидроокись металла. Шлам поступает из контейнера в питающий насос 45 дозатора, с помощью которого он транспортируется к горелке 20. Расход шлама определяется производительностью питающего насоса 45. Функционирование кислородотопливной горелки 20 контролируется путем регулирования расходов топлива и кислорода, подаваемых по первой и второй линиям 21, 22 подачи соответственно. Данные линии подачи подсоединены обычным образом к не изображенным источникам топлива и кислорода. К горелке 20 присоединен также, посредством линии 25 подачи, источник распыливающей среды. Далее, со ссылками на фиг. 2 и 3, на которых представлена газовая или нефтетопливная горелка 20, будет подробно описана работа этой горелки. Расход шлама, поступающего по центральной трубе 23, задается производительностью питающего насоса 45. До того, как шлам достигнет пламени 27, образующегося при сжигании кислородотопливной смеси и, возможно,топлива, содержащегося в шламе, он распыляется с помощью распылителя 26. В некоторых случаях горение может поддерживаться только за счет энергии, содержащейся в шламе. В подобных случаях топливо, подаваемое по линии 21 подачи, используется, в основном, для инициирования процесса горения. За счет того, что шлам, выходящий из передней части горелки, 5 разбивается на мелкие доли, повышается эффективность его нагрева. Как показано на фиг. 3, топливо подается по трубкам 21a-f, тогда как оболочка кислорода обеспечивается его подачей через наружную кольцевую часть 22. Кислородотопливная смесь создает пламя 27, характеристики которого (такие как длина, температура и др.) контролируются путем управления расходами топлива и кислорода. Чем выше содержание кислорода,тем выше температура пламени, которая теоретически может достигать 1500 С и более. При этом шлам инжектируется в центральную зону пламени. Как видно из фиг. 2, металлосодержащие частицы шлама, инжектированные в пламя, образуют агломераты, имеющие большие размеры, чем частицы, содержащиеся в шламе. Процесс агломерации контролируется регулировкой нескольких параметров, среди которых можно упомянуть следующие: температура и скорость пламени 27, энергосодержание или плотность инжектируемого шлама, стехиометрия, т.е. соотношение газа-окислителя и топлива, содержание кислорода в газе-окислителе, расход кислорода и топлива, скорость инжектирования шлама и его характеристики, длительность пребывания шлама в пламени, а также характеристики и конфигурация горелки, включая ее наклон. Жидкая часть шлама испаряется под действием высоких температур в пламени; отходящие газы поднимаются вверх и выходят через вытяжную трубу 34. Образовавшиеся агломераты и капли расплава падают на дно печи 30, где они собираются в виде остатка 36. Этот остаток в дальнейшем рекуперируется, без дальнейшей обработки, в жидкой или твердой фазе. Альтернативно, он возвращается в процесс. Выше были описаны предпочтительные варианты осуществления способа и аппарата по изобретению. Специалист в данной области техники понимает, что возможны различные модификации изобретения, не выходящие за пределы прилагаемой формулы изобретения. Например, хотя была описана только кислородотопливная горелка 20, вместо нее могут быть применены другие известные горелки, включая плазменные, а в некоторых случаях и горелки,работающие на топливовоздушной смеси и имеющие высокий тепловой КПД. Хотя выше была описана специализированная печь 30, способ по изобретению в равной степени применим и к печам других типов, таким как электродуговые, индукционные, отражательные и шахтные печи, а также к вагранкам и конвертерам. В описанном варианте аппарата горелка установлена в боковой стенке печи. Однако должно быть ясно, что возможны и другие варианты ее установки, например, в верхней части печи. Кроме того, возможны конфигурации с несколькими горелками. В последнемварианте 6 можно впрыскивать шлам, например, между тремя пламенными факелами. Подача шлама в горелку может производиться не только с помощью подающего насоса,как в описанном варианте, но и самотеком или другими методами. Далее, помимо представленной конфигурации горелки, могут быть использованы и любые другие приемлемые конфигурации, например, использующие другое количество подающих трубок. Был описан также отдельный распылитель. Должно быть понятно, что тот же самый источник кислорода может быть использован в качестве источника и распыливающей среды, и подаваемого в горелку окислителя топлива. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ обработки шлама, имеющего жидкую фракцию и распределенные в ней металлосодержащие частицы, в состав которых входит металл, оксид металла или гидроокись металла, предусматривающий следующие операции: а) переводят шлам в распыленное состояние,б) впрыскивают распыленный шлам в пламя горелки, установленной в печи,в) испаряют жидкую фракцию шлама посредством указанного пламени, поддерживая пламя, по меньшей мере, при инициировании процесса горения путем отдельной подачи к нему топлива,г) переводят по меньшей мере часть металлосодержащих частиц в расплавленное состояние посредством пламени. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что металлосодержащие частицы рекуперируют в жидкой или в твердой фазе. 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем,что расплавленный шлам впрыскивают в пламя кислородотопливной горелки. 4. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем,что расплавленный шлам впрыскивают в пламя плазменной горелки. 5. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что содержание металла в шламе составляет не менее 5%, более предпочтительно не менее 20% и наиболее предпочтительно не менее 50%. 6. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что шлам представляет собой отходы технологического процесса. 7. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что по завершении инициирования процесса горения пламя поддерживается, в основном, за счет энергии, заключенной в шламе. 8. Аппарат для обработки шлама, содержащий контейнер (42) шлама, имеющего жидкую фракцию и распределенные в этой жидкой фракции металлосодержащие частицы, в состав которых входит металл, оксид металла или гидроокись металла,горелку (20), образующую при своем функционировании пламя (27) и имеющую в своем составе линию (22) подачи топлива для поддержания пламени, 8 трубу (23) для подачи шлама в пламя,распылитель (25, 26) для распыления шлама и дозатор (45, 46), установленный между контейнером и горелкой и обеспечивающий подачу шлама от контейнера к горелке.