Способ термической переработки несортированных твердых бытовых отходов

Изобретение относится к переработке твердых бытовых отходов (ТБО) с целью получения горючего газа (термогаза). Технический результат - повышение эффективности переработки ТБО и улучшение качества топливного газа (термогаза) за счет отвода влаги, образующейся при подсушке ТБО, и возврата ее на газификацию. Несортированные твердые бытовые отходы загружают в реактор, подают в нижнюю часть реактора смесь горячего воздуха, водяных паров и легких летучих, ТБО проходят последовательные процессы сушки, пиролиза и газификации. Из нижней части реактора удаляют твердые неорганические вещества, а также выводят из термокамеры реактора продукты пиролиза и газификации в виде термогаза. Температурный режим в реакторе регулируют управлением потоками горячего воздуха по двум воздуховодам с организацией рециркуляционного контура по газовой смеси водяных паров и легких летучих, подогреваемой до температуры в пределах 500-700°С за счет тепла термогаза, из зоны подсушки в зону газификации. Воздух для газификации твердого углеродистого остатка нагревают не выше 500°С. Температуру в зоне подсушки поддерживают в пределах 120-350°С. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к способам переработки твердых бытовых отходов (ТБО), содержащих пластмассы, бумагу, дерево, текстиль, стекло, кожу, резину и другие органические составляющие, посредством пиролиза и газификации в термореакторе с целью получения горючего газа (термогаза).

Проблема утилизации ТБО в настоящее время является актуальной, так как ее решение связано с обеспечением нормальной жизнедеятельности населения, санитарного состояния городов и населенных пунктов, экологии и ресурсосбережения.

Существует ряд способов переработки ТБО в режиме горения. Наиболее распространенным является способ непосредственного сжигания ТБО в печах на колосниковых решетках. Недостатком является загрязнение атмосферного воздуха ядовитыми продуктами горения, предотвратить который можно лишь путем использования дорогостоящей очистки дымовых газов.

Более перспективными являются способы, основанные на термообработке ТБО процессами газификации и пиролиза с получением топливного газа. Его очистка упрощается вследствие меньшего объема. ТБО входят в класс твердых высокозольных топлив, которые можно перерабатывать посредством пиролиза с последующей газификацией твердого углеродистого остатка. ТБО содержат значительное количество органических веществ: бумаги, древесины, пластмасс, резины и тому подобное, которые при нагреве без доступа кислорода образуют горючий газ. Твердые неорганические остатки, образующиеся после термообработки, неагрессивны к окружающей среде.

Известен ряд способов, основанных на последовательной слоевой термообработке твердых органических топлив в потоке газа - окислителя в печах шахтного типа (патент США №2796390, МПК F23G 5/027, 1957 г. и патент США №2798032, МПК F23G 5/027, 1957 г.).

В качестве аналога можно принять способ газификации (Патент США №4732091, МПК F23G 5/027, 1988 г.), согласно этому способу твердые бытовые отходы загружают в верхнюю часть вертикальной шахтной печи. ТБО проходит последовательно ряд камер, разделенных горизонтальными решетками, на которых ТБО пиролизуется с последующим сжиганием твердого углеродистого остатка паровоздушного газифицирующего агента. Топливный газ выводится из верхней части реактора с температурой 430-450°С, а температура горения составляет 870-930°С. Основной недостаток способа заключается в использовании движущихся решеток, которые подвержены быстрому загрязнению и изнашиванию.

Известен способ термической переработки ТБО, содержащих твердую органическую часть, воду и твердую негорючую часть (Патент РФ №2079051, МПК F23G 5/027, 1994 г.), который можно принять за прототип.

Согласно этому способу частично горючие ТБО загружают в реактор (печь шахтного типа), где осуществляется последовательно сушка, пиролиз и газификация горючих составляющих ТБО. Кислородосодержащий газ-окислитель, например воздух, подается в ту часть реактора, где накапливается твердый углеродистый остаток, и направляется противотоком через слой ТБО, последовательно через ряд зон (сушки, пиролиза и коксования, горения и газификации, охлаждения). За счет фильтрации газа в слой ТБО происходит предварительный нагрев газа в слое твердого углеродистого остатка и горячие газообразные продукты передают свое тепло загружаемым ТБО. Распределение температур в реакторе следующее: в зоне сушки - до 200°С, в зоне пиролиза и коксования - от 200 до 800°С. Максимальная температура в зоне горения и газификации поддерживается в пределах 700-1400°С, а температура продукта - газа на выходе ниже 400°С.

Недостатками данного способа являются: во-первых, регулирование температурного режима процесса за счет поддержания необходимого соотношения массовых долей горючих и негорючих компонентов ТБО, что предполагает обязательную тщательную подготовку ТБО; во-вторых, повышенная влажность топливного газа на выходе, который, последовательно пройдя все зоны, насыщается влагой в зоне подсушки, что, в свою очередь, вызывает снижение его теплотворной способности, требует установки конденсатора для конденсации влаги из топливного газа.

Техническим результатом предлагаемого технического решения является повышение эффективности технологических операций переработки ТБО, выраженное в исключении затрат на предварительную подготовку ТБО и улучшение качества топливного газа (термогаза) за счет подачи подогретой смеси воздуха, водяных паров и легких летучих на газификацию.

Технический результат достигается тем, что в способе термической переработки несортированных твердых бытовых отходов, включающем непрерывную загрузку отходов в реактор, подачу в нижнюю часть реактора смеси горячего воздуха, водяных паров и легких летучих, последовательные сушку, пиролиз и газификацию и последующее удаление из нижней части реактора твердых неорганических веществ, а также вывод из зоны газификации продуктов пиролиза и газификации в виде термогаза, организуют рециркуляционный контур по газовой смеси водяных паров и легких летучих, подогреваемой до температуры в пределах 5000°С-7000°С за счет тепла термогаза, из зоны подсушки, при этом воздух для газификации твердого углеродистого остатка нагревают не выше 500°С и подают по двум воздуховодам в зону газификации, в одном из которых к нагретому воздуху производят добавку подогретой смеси водяных паров и легких летучих из зоны подсушки. Температуру в зоне подсушки поддерживают в пределах 120-3500°С.

На чертеже схематично представлена схема осуществления способа. Несортированные ТБО загружают в реактор шахтного типа 1. ТБО проходят последовательно через зоны подсушки 2, пиролиза 3 и газификации 4. Неорганический остаток удаляют из зоны шлакоудаления 5 в нижней части реактора. Термогаз отбирают из термокамеры в зоне газификации 4 и охлаждают последовательно в теплообменниках 6 и 7. Смесь водяных паров и легких летучих отбирают из зоны подсушки 2 и направляют в теплообменник 6 для подогрева, затем направляют в зону газификации 4 для дальнейшего использования в процессе газификации. Воздух подогревают в теплообменнике 7 и подают в зону газификации 4 по двум воздуховодам. В один из воздуховодов подмешивается смесь водяных паров и легких летучих из теплообменника 6, образуя, таким образом, рециркуляционный контур по смеси водяных паров и легких летучих.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом: несортированные твердые бытовые отходы загружают в реактор шахтного типа (термореактор). ТБО проходят процесс сушки в зоне подсушки 2, где температура ТБО достигает 120-350°С, производят нагрев и сушку слоя ТБО за счет теплообмена с фильтрацией потока газа, подаваемого из зоны пиролиза 3. Удаляемую из ТБО влагу в виде водяного пара и легких летучих соединений с температурой не менее 120°С собирают в коллектор и направляют в теплообменник 6 для подогрева до температуры в пределах 500-700°С за счет теплоты термогаза. Подогретую смесь водяного пара и легких летучих вместе с горячим воздухом подают под слой твердого углеродистого остатка (ТУО) для организации процесса газификации.

Далее ТБО поступают в зону пиролиза 3, где за счет теплообмена с газовым потоком температура постепенно возрастает до 1300°С. Горючие составляющие ТБО пиролизуются, образуется твердый углеродистый остаток - кокс и газообразные продукты - пиролизный газ, которые отводят в термокамеру, расположенную под зоной пиролиза, и затем отбирают из реактора, последовательно охлаждая в двух теплообменниках: в теплообменнике 6 до температуры не выше 800°С, в теплообменнике 7 до температуры не выше 400°С.

ТБО, постепенно опускаясь в нижнюю часть реактора, в виде ТУО поступают в зону газификации 4. В зоне газификации ТУО взаимодействует с горячей паровоздушной смесью, подаваемой снизу противотоком, образуя топливный газ. Смесь пиролизного и топливного газов (термогаз) собирают в термокамере, откуда, пройдя двухступенчатое охлаждение в теплообменниках - сначала в теплообменнике 6 смесью водяных паров, затем в теплообменнике 7 холодным воздухом, подают потребителю.

1. Способ термической переработки несортированных твердых бытовых отходов, включающий непрерывную загрузку отходов в реактор, подачу в нижнюю часть реактора смеси горячего воздуха, водяных паров и легких летучих, последовательные сушку, пиролиз и газификацию, и последующее удаление из нижней части реактора твердых неорганических веществ, а также вывод из зоны газификации продуктов пиролиза и газификации в виде термогаза, отличающийся тем, что организуют рециркуляционный контур по газовой смеси водяных паров и легких летучих, подогреваемой до температуры в пределах 500-700°С за счет тепла термогаза, из зоны подсушки, при этом воздух для газификации твердого углистого остатка нагревают не выше 500°С и подают по двум воздуховодам в зону газификации, в одном из которых к нагретому воздуху производят добавку подогретой смеси водяных паров и легких летучих из зоны подсушки.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что температуру в зоне подсушки поддерживают в пределах 120-350°С.