Способ утилизации отходов

 

Способ утилизации отходов включает предварительное охлаждение отходов с использованием холодного газообразного азота воздухоразделительной установки, отобранного после переохлаждения кубовой жидкости и конечного доохлаждения воздуха, и последующее охлаждение отходов жидким азотом из воздухоразделительной установки. Используемый для предварительного охлаждения газообразный азот, отработанный в воздухоразделительной установке, может быть дополнительно охлажден. При получении жидкого азота совместно с утилизацией отходов методом сжигания для сжигания используют кислород из воздухоразделительной установки. Кислород воздухоразделительной установки также используют для дожигания и обезвреживания дымовых газов. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области переработки промышленных и бытовых отходов, а также может быть использовано для одновременной переработки отходов и повышения полноты сгорания топлив и повышения КПД котельных, ТЭЦ и других энерговырабатывающих предприятий.

Известен способ утилизации отходов путем их сжигания в печах с естественной или принудительной подачей атмосферного воздуха (Наука и жизнь. - 1986, N 7, с. 58-61, а также Г.М.- А. Алиева. Техника пылеулавливания и очистки промышленных газов. - М.: Металлургия, 1986, с. 470 - 480).

Достоинствами такого способа являются доступность и дешевизна отходов, как источника энергии (топлива). К тому же основными производителями отходов являются города и крупные населенные пункты, что делает отходы особенно удобным и надежным источником энергии для местных тепловых сетей.

Серьезным недостатком сжигания отходов является то, что для сжигания используют, как правило, наименее ценную часть промышленных и бытовых отходов, представляющую собой низкокачественное и низкокалорийное топливо с высоким содержанием балластных веществ (минеральные вещества, влага). Вследствие этого сгорание отходов происходит при более низкой температуре, чем в случае сжигания качественных топлив, процесс горения характеризуется значительным недожогом топлива и образованием дымовых газов с большим содержанием золы, несгоревшего углерода, а также вредных веществ, представляющих собой сложные химические соединения, CO и NO_x приводящие к загрязнению атмосферы.

Одним из методов снижения загрязнения атмосферы, создаваемого дымовыми выбросами отходоперерабатывающих предприятий, является дожигание дымовых газов путем подачи в них избыточного количества воздуха, обеспечивающего доокисление содержащихся в дымовых газах несгоревших органических веществ, повышение температуры дымовых газов и более полное разрушение и обезвреживание за счет этого сложных химических соединений, таких как диоксины, бензопирены, и других канцерогенных и вредных веществ.

Известен способ утилизации отходов, включающий охлаждение отходов жидким азотом (Экспресс - информация серии ХМ-6, Криогенное и вакуумное машиностроение Центрального института научно - технической информации и технико - экономических исследований по химическому и вакуумному машиностроению, - N 1, 1984, с. 1-2). Такой способ используется фирмой "George et Cie" (Бельгия) для низкотемпературной переработки автомобильного лома в промышленном масштабе. Он включает первоначальное пакетирование автомобилей без предварительной их разборки с последующей подачей пакетов на предварительное охлаждение до температуры 266 К (-7^oC) газообразным азотом, образующимся при испарении жидкого азота в процессе окончательного охлаждения лома до температуры 153 К (-120^oC). Далее охлажденные пакеты дробят в молотковой дробилке на мелкие куски и производят магнитную сепарацию раздробленного материала.

Преимуществом приведенного способа по сравнению с дроблением при обычной температуре является более высокое качество получаемого стального лома (малое количество неметаллических примесей), меньшая стоимость дробилки и ее обслуживания, большая надежность и производительность дробилки (при низкотемпературном способе дробилка мощностью 370 кВт перерабатывает такое же количество материала, что и дробилка мощностью 3700 кВт при обычной температуре), повышенная безопасность (нейтральная азотная атмосфера в дробильной камере препятствует возникновению в ней взрывов).

Недостатками приведенного способа утилизации отходов являются относительно высокая стоимость жидкого азота и необходимость его транспортирования с заводов, производящих жидкий азот, что при значительной удаленности мест переработки отходов от мест производства жидкого азота из-за потерь азота в пути приводит к экономической нецелесообразности применения низкотемпературных способов переработки лома по сравнению с дроблением лома при обычной температуре. Кроме того, способам переработки отходов, использующим привозной жидкий азот, присущи дополнительные потери азота, связанные с заправкой отепленных емкостей для перевозки жидкого азота и с последующим захолаживанием концевых участков приемных устройств отходоперерабатывающих предприятий при сливе жидкого азота из транспортировочных емкостей в емкости отходоперерабатывающих предприятий.

Известен способ утилизации отходов, включающий получение жидкого азота в воздухоразделительной установке и охлаждение этим азотом отходов (патент RU N 2002503, кл. B 02 C 19/00, 1993). Такой способ предусматривает территориальное совмещение производства жидкого азота и переработки отходов, что исключает потери жидкого азота, связанные с транспортировкой. Однако стоимость получаемого при этом холода в виде жидкого азота остается достаточно высокой.

Задачей настоящего изобретения является повышение экономичности низкотемпературных процессов переработки отходов и снижение вредных выбросов с дымовыми газами, образующимися при сжигании отходов.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в способе утилизации отходов, включающем получение жидкого азота в воздухоразделительной установке и охлаждение этим азотом отходов, отходы предварительно охлаждают с использованием холодного газообразного азота воздухоразделительной установки, отобранного после переохлаждения кубовой жидкости и конечного доохлаждения воздуха, а также использованием для охлаждения отходов отработанного в воздухоразделительной установке азота после его охлаждения, получением жидкого азота совместно с утилизацией отходов методом сжигания, при котором кислород из воздухоразделительной установки используют для сжигания отходов, и использованием кислорода из воздухоразделительной установки для дожигания и обезвреживания дымовых газов.

Затраты на единицу холода, содержащуюся в холодном газообразном азоте, отбираемом из воздухоразделительной установки после его использования для переохлаждения кубовой жидкости и конечного доохлаждения воздуха, эквивалентны затратам на производство единицы холода с помощью холодильных машин, производящих холод с температурным уровнем, соответствующим температуре отбираемого холодного газообразного азота. Указанные затраты ниже затрат на получение единицы холода в виде жидкого азота. Это следует из факта перспективности применения для охлаждения отходов холода, получаемого с помощью турбохолодильных машин (ЭИ серии ХМ-6. Криогенное и вакуумное машиностроение, ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, N 1, 1984, с. 7), используемых в том числе и для охлаждения воздуха в воздухоразделительных установках, хотя при этом не следует забывать, что некоторые отходы становятся хрупкими только при температурах, близких к температуре жидкого азота, а также то, что основное преимущество низкотемпературных методов - высокая производительность - может быть достигнута только при использовании жидкого азота, обеспечивающего высокую скорость охлаждения отходов.

Очевидно, что предварительное охлаждение отходов газообразным холодным азотом ведет к снижению затрат на переработку отходов не только за счет использования более дешевого холода, но и за счет сокращения потребности в более дорогом холоде (жидком азоте).

Кроме того, компенсация холода, уходящего из воздухоразделительной установки вместе с холодным газообразным азотом, может быть осуществлена с помощью входящих в состав воздухоразделительной установки холодильных машин (парокомпрессионных холодильных машин, воздушных турбохолодильных машин). Это приведет к относительному увеличению мощности этих машин, способствующему за счет масштабных факторов повышению их КПД и дополнительному снижению затрат на производство холода.

Вторым фактором, приводящим к снижению себестоимости переработки отходов, является использование для охлаждения отходов отработанного в воздухоразделительной установке азота после его охлаждения. Такой азот представляет собой холодный газообразный азот, получаемый в ректификационной колонне в результате низкотемпературного разделения воздуха, хладоресурс которого используется для охлаждения воздуха, поступающего на разделение. Отработанный азот, нагретый в результате отбора от него холода, как правило, выбрасывают в атмосферу. Количество отработанного азота зависит от схемы воздухоразделительной установки и по массе может превышать количество вырабатываемого жидкого азота. Например, в воздухоразделительной установке КжАжАрж - 6, перерабатывающей 22200 м³/ч воздуха, в азотном режиме работы, обеспечивающем получение до 7200 кг жидкого азота в час, количество отработанного азота, как правило, выбрасываемого в атмосферу, составляет 10000 м^3/ч, что составляет более 50% всего количества азота, поступающего в установку (Беляков В. П. Криогенная техника и технология. - М.: Энергоиздат, 1982, с. 18, таблица 1.1 и с. 44- 46).

Охлаждение отработанного азота позволяет сократить затраты на получение холода, особенно при использовании высокоэффективных парокомпрессионных холодильных машин, по сравнению с получением такого же количества холода непосредственным выделением азота из воздуха (не требуются затраты энергии на разделение).

Использование для охлаждения отходов отработанного в воздухоразделительной установке азота после его охлаждения уменьшает количество холода, требующееся для последующего охлаждения отходов, и, соответственно, уменьшает потребность в более дорогом жидком азоте, что в конечном итоге обеспечивает повышение экономичности переработки отходов.

Перечисленные выше факторы обеспечивают снижение стоимости холода за счет повышения термодинамической эффективности процесса его получения. Однако известно, что производство криопродуктов на воздухоразделительных установках малой производительности в силу малых геометрических размеров проходных сечений рабочих колес компрессоров, турбодетандеров и других агрегатов и, соответственно, меньших КПД этих агрегатов несколько дороже, чем на установках средней и большой производительности. В этой связи может возникнуть вопрос: "Не приведет ли низкотемпературная утилизация отходов с использованием холода, непосредственно получаемого из воздухоразделительной установки, к значительному уменьшению требуемой производительности воздухоразделительных установок, по сравнению с производством жидкого азота на крупных специализированных установках, и к снижению эффективности процесса получения холода за счет масштабного фактора?" Производительность воздухоразделительных установок, предназначенных для обеспечения холодом низкотемпературных процессов переработки отходов, будет зависеть, прежде всего, от количества перерабатываемых отходов. Расчеты показывают, что в случае организации комплексной переработки отходов, предусматривающей одновременную низкотемпературную переработку бытовых и нескольких видов промышленных отходов, производительность воздухоразделительной установки, предназначенной для обеспечения переработки этих отходов жидким азотом, должна быть достаточно большой. Так, в большинстве городов с населением ≈ 400 - 500 тыс. человек на базе крупных воздухоразделительных установок помимо отходов, поставляемых местной промышленностью, может быть организована переработка значительных количеств бытовых отходов, изношенных автомобильных покрышек, шкивов и других резинотехнических изделий, пакетированного автомобильного и тракторного лома, лома электродвигателей, осветительной арматуры, телефонных аппаратов, электронно-вычислительных машин, медного кабеля, устаревших и вышедших из строя теле- радиоаппаратуры и измерительных приборов и многих других видов утиля, собираемого в том числе и в прилегающих к таким городам окрестностях. Потребление жидкого азота при переработке различных видов отходов различно и может составлять: при переработке пакетированных автомобилей для получения 1 кг чистого стального лома ≈0,25 кг жидкого азота; при переработке резинотехнических изделий для получения 1 кг порошка с размером частиц менее 0,5 мм ≈1,0 кг жидкого азота; при переработке резинотехнических изделий для получения 1 кг порошка с размером частиц менее 0,315 мм ≈1,5 кг жидкого азота; при переработке полиэтиленовых отходов, температура охрупчивания которых близка к температуре охрупчивания резины, расход жидкого азота близок к его потреблению при переработке отходов резины.

Производительность известных установок, например, по переработке резиновых отходов достигает 3000 кг/ч (ЭИ серии ХМ-6 Криогенное и вакуумное машиностроение, ЦИНТИ ХИМНЕФТЕМАШ, 1984, с. 6), что, как следует из приведенных выше данных, создает потребность в жидком азоте ≈3000 - 4500 кг/ч.

Основной непищевой составляющей твердых бытовых отходов являются пластмассовые и полимерные изделия, доля которых в отходах с увеличением выпуска пластмассовых бытовых изделий и расширением продажи фасованной продукции постоянно возрастает и в настоящее время доходит до 15-20% (некомпостируемые фракции). Также из бытовых отходов извлекают до 0,2% цветного и порядка 2% черного металлов (Наука и жизнь. - 1986, N 7, с. 58). Для города с численностью населения ≈400 тыс. человек полная переработка таких отходов означает необходимость переработки при круглосуточной работе до 1708- 2283 кг/ч полимерных отходов и ≈ 250 кг/ч металлического лома, извлекаемых только из бытовых отходов (расчеты произведены из условий, что на одного жителя города в год приходится 250 кг, включая 180 кг домашних отходов, и 70 кг, получаемых от магазинов, гостиниц, вокзалов, рынков и других учреждений (Наука и жизнь. -1986,N 7, с. 56).

Переработка пластмассовых и полимерных отходов производится на установках, предназначенных для низкотемпературной переработки резиновых отходов. Получение на таких установках пластмассовой крошки с размером частиц не более 0,5 мм только при переработке твердых бытовых отходов потребует ≈ 2000 кг/ч жидкого азота.

Переработка металлосодержащих предметов, извлекаемых из твердых бытовых отходов, потребует ≈65 кг/ч жидкого азота.

Объединение переработки только постоянно образующихся твердых бытовых отходов, например, с переработкой резиновых отходов, к которым могут быть отнесены отходы производств резино-технических изделий, изношенные автомобильные и тракторные покрышки, шкивы и транспортерные ленты и многое другое, создаст потребность в жидком азоте не менее 5000 кг/ч. Включение в список перерабатываемых отходов других промышленных отходов, строительного и производственного утиля, в изобилии имеющегося в любом городе и его окрестностях, а также отходов, накопленных на свалках, создаст не менее значительные дополнительные потребности в жидком азоте, особенно если среди этого утиля и отходов будут пластмассы и полимеры.

Таким образом, из приведенного выше следует, что в среднем по величине городе потребности в жидком азоте при соответствующей организации комплексной переработки отходов по предлагаемому способу будут составлять не менее 6000 -7000 кг/ч и могут доходить до 10000 кг/ч. Это соответствует производительности крупнейших установок по производству жидкого азота (Белякова В.П. Криогенная техника и технология. - М.: Энергоиздат, 1982, с. 18, таблица 1,1).

Кроме того, на воздухоразделительных установках, предназначенных для производства газообразного и жидкого азота для охлаждения отходов по предлагаемому способу, может производиться товарный жидкий азот для местных нужд, таких как быстрое замораживание рыбной и мясной продукции, перспективные комплексные технологии предварительного охлаждения и транспортирования в азотной среде плодов, ягод и овощей с применением жидкого азота, развитие которых в настоящее время сдерживается в том числе и отсутствием близкорасположенных к местам сбора и переработки сельскохозяйственной продукции источников дешевого жидкого азота.

Из всего вышесказанного вытекает вывод о достаточно высокой потребной производительности установок, предназначенных для выработки азота, непосредственно используемого для охлаждения отходов в низкотемпературных отходоперерабатывающих установках, и отсутствии сколько-нибудь значительного влияния геометрического фактора на увеличение себестоимости жидкого азота, вырабатываемого по предлагаемому способу. Как следствие этого, перечисленные ранее факторы однозначно обеспечивают снижение себестоимости получаемого азота и снижение затрат на переработку отходов.

Совместное получение жидкого азота и утилизация отходов методом сжигания, при которой для сжигания отходов используют кислород из воздухоразделительной установки, позволяет повысить скорость горения в связи с более высокой концентрацией окислителя, по сравнению с воздухом, на 78% состоящим из азота (Бахмачевский Б.И., 3ах Р.Г., Лызо Г.П., Сушкин И.Н., Щукин А.А. Теплотехника. М.: Металлургия, 1964, с. 263 - 265), повысить полноту сгорания топлива (уменьшить его недожог) и увеличить температуру продуктов сгорания. При этом температура продуктов сгорания повышается как за счет увеличения количества выделяемой из топлива энергии, так и за счет уменьшения количества нагреваемых веществ (при сжигании топлив в воздухе, обогащенном кислородом или в чистом кислороде, уменьшается относительное количество балластного азота, который в реакции горения не участвует, но нагреваясь, потребляет тепловую энергию).

Повышение полноты сгорания приводит к увеличению выделения тепловой энергии и, соответственно, к увеличению количества полезно потребляемой энергии.

Повышение температуры продуктов сгорания повышает КПД при передаче тепла от продуктов сгорания рабочему телу и также приводит к увеличению прироста потребляемого количества энергии.

Дополнительно производимая по предлагаемому способу тепловая энергия может быть использована непосредственно для производства жидкого азота (например, для привода турбокомпрессоров), что уменьшит потребление внешней энергии и прямым образом обеспечит снижение затрат на переработку отходов. Дополнительная энергия также может быть продана внешним потребителям, а полученная в результате этого выручка отнесена на переработку отходов, что обеспечит косвенное снижение затрат на переработку отходов.

Кроме повышения экономичности, утилизация отходов путем сжигания их в среде кислорода обеспечивает не только более полное сгорание отходов и уменьшение доли несгоревших органических веществ, в том числе и в отходящих дымах, но и значительно сокращает количество дымовых газов (за счет исключения из них атмосферного азота). Это означает, что при очистке таких дымов даже до существующих в настоящее время норм по содержанию в них вредных веществ, суммарный выброс этих веществ в атмосферу существенно сократится пропорционально уменьшению объема дымов относительно сжигания отходов в воздухе. Однако, при использовании кислорода для сжигания отходов за счет большей полноты и более высокой температуры сгорания достигается более низкая концентрация вредных веществ в дымовых газах, что обеспечивает получение дополнительного снижения вредных выбросов. Помимо этого, еще некоторое снижение вредных выбросов может быть достигнуто использованием кислорода из воздухоразделительной установки для дожигания и обезвреживания дымовых газов. Благодаря меньшей массе и объему дымовые газы при небольших затратах кислорода и высококалорийного горючего могут быть нагреты до более высокой температуры, что в условиях небольшого избытка кислорода приведет к более полному сгоранию содержащихся в них органических веществ, в том числе и более полное разрушение и обезвреживание достаточно стойких вредных соединений, образующихся при сгорании некоторых видов пластмасс. При этом использование чистого кислорода одновременно для сжигания отходов и для дожигания дымовых газов практически исключает наличие в дымовых выбросах сколько-нибудь значительного количества окислов азота, образующихся при сжигании отходов с использованием воздуха из-за значительного содержания в нем азота.

Проведенный патентный поиск показывает, что использованная для решения поставленных задач совокупность существенных признаков неизвестна, т. е. в данном случае новая совокупность ранее известных в отдельности признаков придает объекту новое свойство, проявившееся в положительном эффекте - повышении экономичности и снижении вредных выбросов в атмосферу, вследствие чего решение обладает существенными отличиями и имеет изобретательский уровень.

На фиг.1 и 2 представлены две возможные принципиальные схемы утилизации отходов по предлагаемому способу.

При утилизации отходов в соответствие с фиг.1 охлаждение отходов осуществляется жидким и холодным газообразным азотом, отбираемым практически с выхода ректификационной колонны (если не принимать во внимание использование низкоуровневого холода для переохлаждения кубовой жидкости и доохлаждения сжатого воздуха, подаваемого в ректификационную колонну через дроссельный вентиль), а охлаждение разделяемого воздуха осуществляется главным образом за счет холода, получаемого с помощью аммиачной холодильной машины, и хладоресурса отработанного кислорода. При утилизации отходов в соответствии с фиг. 2 охлаждение отходов осуществляется жидким и охлажденным отработанным газообразным азотом, хладоресурс которого используется для охлаждения разделяемого воздуха, после чего отработанный азот сжимается в компрессоре и подается в турбодетандер, в котором происходит понижение его температуры.

Осуществление утилизации отходов по схеме, представленной на фиг.1, производится следующим образом. Наиболее ценную часть отходов (металлы, стекло, полимеры) утилизируют в установках 1, 2, 3 низкотемпературной переработки отходов с использованием жидкого и холодного газообразного азота, а менее ценную часть отходов утилизируют сжиганием в котельной установке 4.

Разделение воздуха осуществляют в ректификационной колонне 5, совмещенной с конденсатором-испарителем 6. Подвергающийся разделению воздух сжимают в компрессоре 7 и по магистрали 8 подают на предварительное охлаждение в теплообменники 9 и 10, после чего его разделяют на два потока, один из которых направляют в детандер 11, а другой после дополнительного охлаждения в теплообменнике 12 подают на дроссельный вентиль 13. В детандере 11 осуществляется изоэнтропийное расширение воздуха с совершением внешней работы, передаваемой электрогенератору 14. При этом происходит понижение температуры расширяемого воздуха и подача его с выхода детандера 11 по магистрали 15 в ректификационную колонну 5. В дроссельном вентиле 13 сжатый воздух расширяется без совершения внешней работы, в результате чего он охлаждается и конденсируется и в таком виде также поступает в ректификационную колонну 5. В колонне 5 пар, обогащенный азотом, поднимается в верхнюю часть колонны и поступает в конденсатор- испаритель 6, где конденсируется за счет кипения обогащенной кислородом кубовой жидкости, поступающей в конденсатор-испаритель 6 из нижней части ректификационной колонны 5 по магистрали 16 через теплообменник 17 и дроссельный вентиль 18.

Сконденсированный азот из карманов конденсатора-испарителя 6 по магистрали 19 подают в бачок 20, предварительно сдросселировав его с помощью дроссельного вентиля 21. В бачке 20 осуществляется отделение паров азота от жидкости. Далее из бачка 20 жидкий азот по магистрали 22 подают в отходоперерабатывающие установки 1, 2, 3, а пары азота по магистрали 23 направляют в теплообменники 17 и 12, в которых низкоуровневый холод газообразного азота используется соответственно для переохлаждения кубовой жидкости, поступающей из нижней части ректификационной колонны 5 в испарительное пространство конденсатора-испарителя 6 по магистрали 16, и для доохлаждения сжатого воздуха, подаваемого через дроссельный вентиль 13 в ректификационную колонну 5. С выхода теплообменника 12 частично подогретые пары азота, имеющие достаточно низкую температуру, по магистрали 23 поступают в установки 1, 2, 3, где используются для предварительного охлаждения отходов.

В конденсаторе-испарителе кубовая жидкость, обогащенная кислородом, испаряется, отдавая холод конденсирующемуся азоту, и по магистрали 24 пары кислорода через теплообменники 17, 12, 9 поступают в котельную установку 4.

В котельной установке 4 кислород используют для сжигания отходов, что увеличивает полноту их сгорания и повышает теплопроизводительность установки 4. Часть выработанной в котельной установке 4 тепловой энергии в виде водяного пара направляют внешним потребителям по магистрали 25, а остальную вырабатываемую энергию используют для внутренних нужд, подавая водяной пар высокого давления по магистрали 26 на турбину 27 привода компрессора 7. С выхода турбины 27 отработанный водяной пар поступает в конденсатор 28, где за счет охлаждения водой он конденсируется, и конденсат далее по магистрали 29 возвращают в котельную установку 4.

Кроме котельной установки газообразный кислород из конденсатора - испарителя 6 подают в дожигатель 30 дымовых газов, куда одновременно направляют высокотемпературные дымовые выбросы из котельной установки 4. В результате взаимодействия дымовых выбросов котельной установки 4 с практически чистым кислородом происходит термическое разложение содержащихся в дымовых выбросах сложных химических соединений, а также доокисление несгоревших органических веществ, которые затем по дымоходу 31 выбрасывают через дымовую трубу 32. При этом тепло дымовых газов, получаемых в дожигателе 30, утилизируется (на фиг.1 для упрощения схемы не показано).

Особенностью приведенной схемы утилизации отходов является то, что в ней практически весь холод жидкого и газообразного азота, поступающего в бачок 20, используется для охлаждения отходов (на охлаждение отходов не используется только небольшая часть холода низкого уровня, которая с целью улучшения термодинамических параметров процесса разделения воздуха применяется для переохлаждения кубовой жидкости и конечного доохлаждения воздуха перед подачей его в ректификационную колонну). В этой связи для получения количества холода, требующегося для низкотемпературного разделения воздуха, необходимо использование аммиачной холодильной машины (на фиг.1 для упрощения схемы не показана), в которой вырабатывается холод, передаваемый сжатому воздуху в теплообменнике 10.

Осуществление утилизации отходов по схеме, представленной на фиг.2, производится следующим образом. Наиболее ценную часть отходов утилизируют в установках 1, 2, 3 низкотемпературной переработки отходов, а менее ценную часть отходов утилизируют сжиганием в котельной установке 4.

Согласно фиг. 2, разделение воздуха осуществляют в ректификационной колонне 5, совмещенной с конденсатором-испарителем 6. Подвергающийся разделению воздух сжимают в компрессоре 7 и по магистрали 8 подают на предварительное охлаждение в теплообменник 9, после чего его разделяют на два потока, один из которых направляют в детандер 10, а другой после дополнительного охлаждения в теплообменнике 11 подают на дроссельный вентиль 12. В детандере 10 осуществляется изоэнтропийное расширение воздуха с совершением внешней работы, передаваемой электрогенератору 13. Охлажденный с помощью детандера 10 воздух по магистрали 14 поступает в ректификационную колонну 5. В дроссельном вентиле 12 сжатый воздух расширяется без совершения внешней работы, в результате чего он охлаждается и конденсируется и в таком виде также поступает в ректификационную колонну 5. Собирающийся в верхней части колонны 5 пар, обогащенный азотом, поступает в конденсатор-испаритель 6, где конденсируется за счет кипения обогащенной кислородом кубовой жидкости, поступающей в конденсатор-испаритель 6 из нижней части ректификационной колонны 5 по магистрали 15 через теплообменник 16 и дроссельный вентиль 17.

Сконденсированный азот из карманов конденсатора-испарителя 6 по магистрали 18, дросселируя в вентиле 19, подают в бачок 20, где осуществляется отделение паров азота от жидкости. Далее из бачка 20 жидкий азот по магистрали 21 подают в установки 1, 2, 3 низкотемпературной переработки отходов, а пары азота по магистрали 22 через теплообменники 16, 11, 9 направляют в компрессор 23. При этом пары азота используются: в теплообменнике 16 - для переохлаждения кубовой жидкости; в теплообменнике 11 - для доохлаждения сжатого воздуха, подаваемого на дроссельный вентиль 12; в теплообменнике 9 - для охлаждения сжатого воздуха, поступающего в теплообменник с выхода компрессора 7, и азота, сжимаемого в компрессоре 23 (фиг. 2).

Сжатый в компрессоре 23 и охлажденный в теплообменнике 9 азот по магистрали 24 подают в детандер 25, где он расширяется и охлаждается, и далее часть холодного азота с выхода детандера 25 по магистрали 26 подают в установки 1, 2, 3 для предварительного охлаждения отходов, а остальной азот с выхода детандера 25 подают в магистраль 22, по которой он поступает в теплообменники 11 и 9 и далее на вход компрессора 23, обеспечивая тем самым передачу необходимого количества холода разделяемому воздуху. Внешняя работа, полученная в детандере 25, передается электрогенератору 27, а пары кислорода, образующиеся в конденсаторе-испарителе 6, в результате тех же самых причин, что и в схеме, представленной на фиг.1, по магистрали 28 через теплообменники 16, 11 и 9 поступают в котельную установку 4 (фиг. 2).

В котельной установке 4 кислород используют для сжигания отходов, при этом часть выработанной в установке 4 тепловой энергии в виде водяного пара по магистрали 29 направляют внешним потребителям, а остальную вырабатываемую энергию используют для внутренних нужд, подавая водяной пар высокого давления по магистралям 30 на турбины 31 и 32 привода соответственно компрессоров 7 и 23. С выхода турбин 31 и 32 отработанный водяной пар по магистралям 33 поступает в конденсатор 34, где за счет охлаждения водой он конденсируется, и конденсат далее возвращают в котельную установку 4 для повторного использования (фиг. 2).

Образующиеся в котельной установке 4 дымовые газы по дымоходу 35 поступают в дымовую трубу 36 и выбрасываются в атмосферу (фиг. 2).

В представленных вариантах осуществления предлагаемого способа используются известные установки и агрегаты, а обеспечение работоспособности узлов и элементов котельной установки в условиях повышенных температур из-за сжигания отходов в среде чистого кислорода может быть достигнуто за счет применения высоколегированных сталей, в связи с чем возможность осуществления описанного способа не вызывает сомнений.

Сведения, подтверждающие возможность получения при осуществлении вышеописанного способа утилизации отходов указанного технического результата, подробно изложены при характеристике сущности предлагаемого технического решения.

Использование предлагаемого способа утилизации отходов в силу большей универсальности низкотемпературных методов переработки отходов, по сравнению с их переработкой при температуре окружающей среды, помимо решения вышеуказанных основных задач, в условиях неразвитой отходоперерабатывающей индустрии, в частности, имеющей место в России, позволит использовать однотипное оборудование для переработки широкого круга наименований отходов, что в конечном итоге обеспечит возможность утилизации большего количества отходов при меньших финансовых затратах.

Кроме того, использование предлагаемого способа утилизации отходов обеспечит получение дополнительного экономического эффекта за счет того, что производственная база по обеспечению переработки отходов жидким азотом, рассредоточенная по городам и другим крупным населенным пунктам, станет одновременно базой для внедрения и широкого использования перспективных процессов по транспортировке, хранению и переработке сельскохозяйственной продукции с использованием жидкого азота. Это исключит необходимость транспортирования жидкого азота на большие расстояния для нужд производителей и переработчиков сельскохозяйственной продукции и связанное с этим удорожание сельскохозяйственной продукции и продуктов ее переработки.

Формула изобретения

1. Способ утилизации отходов, включающий получение жидкого азота в воздухоразделительной установке и охлаждение этим азотом отходов, отличающийся тем, что отходы предварительно охлаждают с использованием холодного газообразного азота воздухоразделительной установки, отобранного после переохлаждения кубовой жидкости и конечного доохлаждения воздуха.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для охлаждения отходов используют отработанный в воздухоразделительной установке азот после его охлаждения.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что получение жидкого азота осуществляют совместно с утилизацией отходов методом сжигания, при этом кислород из воздухоразделительной установки используют для сжигания отходов.

4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что кислород из воздухоразделительной установки используют для дожигания и обезвреживания дымовых газов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2