Способ термического обезвреживания биогаза полигонов твердых бытовых отходов



Способ термического обезвреживания биогаза полигонов твердых бытовых отходов
Способ термического обезвреживания биогаза полигонов твердых бытовых отходов

 


Владельцы патента RU 2521508:

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный машиностроительный университет (МАМИ)" (RU)

Изобретение относится к экологии. Для экологически безопасного термического обезвреживания биогаза полигонов твердых бытовых отходов извлекают бизогаз посредством дренажа и создания принудительного разрежения. Затем снижают содержание влаги в извлекаемом биогазе за счет резкого снижения температуры, компримируют биогаз и проводят предварительную очистку биогаза от влаги и сероводорода, фильтруют от пыли и сжигают биогаз. Отходящие дымовые газы охлаждают и очищают от кислых компонентов и галогенированных углеводородов. При этом в потоке дымовых газов непрерывно измеряют концентрации сероводорода и кислых газообразных соединений серы и углерода, с учетом которых проводят динамическую корректировку расхода сорбентов и реагента на основе полученных предварительно по экспериментальным данным аппроксимирующих регрессионных соотношений. Изобретение обеспечивает повышение экологической безопасности, стабилизирует работу системы газоочистки и снижает расход реагентов. 2 з.п. ф-лы, 5 табл.

 

Изобретение относится к технологии термического обезвреживания биогаза и предназначено для снижения их негативного влияния на окружающую среду и повышения эффективности очистки выбросов установок обезвреживания биогаза.

Известны методы сбора биогаза, образуемого из органических отходов на полигонах (GB 2466554 А, опублик. 30.06.2010), согласно которому в процессе сжигания биогаза образуются дымовые газы, которые выводятся из зоны горения и затем подаются на аппарат для производства тепловой и электрической энергии. Таким образом, при сгорании биогаза дымовые газы после очистных сооружений выбрасываются в атмосферу.

Традиционная схема утилизации биогаза по данному изобретению имеет и традиционный недостаток: после сжигания биогаза дымовые газы имеют значительные колебания концентраций загрязняющих веществ, что затрудняет экологически безопасное обезвреживание биогаза и стабильность достижения нормативных концентраций загрязняющих веществ на выходе из системы очистки дымовых газов.

Прототипом предложенного изобретения является способ экологически безопасной утилизации свалочного биогаза (RU 2362636 С2, опублик. 27.07.2009) с помощью биотермофотоэлектрокаталитической когенерационной установки, в котором в процессе сжигания биогаза образуются дымовые газы, выбрасываемые в атмосферу.

Недостатком изобретения является отсутствие обеспечения предварительной очистки полигонного биогаза от высокодисперсной пыли, что не позволяет добиться нормативных концентраций загрязняющих веществ в полигонном биогазе при значительных колебаниях его химического состава.

В изобретения достигается технический результат, заключающийся в стабильности работы системы газоочистки и снижении затрат на газоочистку за счет снижения расхода реагентов для очистки отходящих газов.

Указанный технический результат в предложенном изобретении достигается следующим образом.

Способ экологически безопасного термического обезвреживания биогаза полигонов твердых бытовых отходов включает извлечение биогаза посредством дренажа и принудительного создания разрежения, снижение содержания влаги в извлекаемом биогазе за счет резкого снижения температуры, компримирование биогаза, предварительную очистку биогаза от влаги, сероводорода и пыли.

Затем проводят сжигание биогаза, а также охлаждение и очистку отходящих дымовых газов от кислых компонентов и галогенированных углеводородов.

В потоке дымовых газов непрерывно измеряют концентрации сероводорода и кислых газообразных соединений серы и углерода.

С учетом измеренных значений концентраций проводят динамическую корректировку расхода сорбентов и реагента на основе полученных предварительно по экспериментальным данным аппроксимирующих регрессионных соотношений.

При этом очистку биогаза от пыли проводят с помощью фильтрации.

Также аппроксимирующие регрессионные соотношения имеют следующий вид:

t = c 0 + c 1 exp ( c 2 L ) sin ( c 5 L + c 3 ) ( c 5 L + c 4 ) 1 ( 1 )

Δ P = a 0 + a 1 L + a 2 L 2 + a 3 L 3 ( 2 )

C i = b 1 L + b 2 L 2 + b 3 L 3 + b 4 L 4 ( 3 ) , где

t - температура дымовых газов в любой точке газоочистного тракта;

c0, c1, c2, c3, c4 - константы уравнения (1);

a0, a1, a2, a3 - константы уравнения (2);

b1, b3, b3, b4 - константы уравнения (3);

Ci - концентрация i-ого загрязняющего вещества в дымовых газах в любой точке газоочистного тракта;

ΔР - разрежение дымовых газов в любой точке газоочистного тракта;

L - расстояние от начала координат до точки определения параметра.

Очистка полигонного биогаза до нормативных концентраций опасных компонентов возможна только при сочетании очистки дымовых газов от продуктов сжигания биогаза на выходе установки обезвреживания биогаза с предварительной очисткой его от высокодисперсной пыли, сорбирующей токсичные компоненты в теле полигона и десорбирующей их при сгорании биогаза.

Изобретение осуществляется следующим образом.

Вначале проводят сбор полигонного биогаза посредством вертикального газового дренажа и принудительного извлечения биогаза из свалочной толщи путем создания разрежения около 100 кПа.

Затем снижают содержание влаги в извлекаемом полигонном биогазе при резком снижении температуры с 40°С-60°С, характерной для глубинных слоев полигонов твердых бытовых отходов за счет протекания реакций биохимической ферментации, до температуры окружающей среды.

После этого проводят фильтрационную очистку биогаза от высокодисперсной пыли, освобождая таким образом биогаз от токсичных компонентов, сорбированных в теле полигона.

Затем биогаз компримируют до рабочего давления 0,2-0,5 МПа.

После компримирования проводится очистка биогаза. Процесс разбит на два этапа: вначале производится селективное удаление из биогаза кислых компонентов, осуществляемое методом адсорбции на сорбенте, а затем - выделение галогенированных углеводородов методом адсорбции на специальном активированном угле.

После очистки проводят дополнительное удаление из биогаза влаги методом адсорбции на сорбенте, что позволяет исключить коррозионные процессы, а также обеспечить защиту от капельных ударов и предотвратить капиллярную конденсацию на адсорбционной ступени удаления галогенированных углеводородов.

Затем проводят термическое обезвреживание биогаза путем сжигания. Для обеспечения взрывобезопасных режимов сжигания биогаза при снижении в нем концентрации метана менее 10% от нижнего концентрационного предела взрываемости на сжигание дополнительно подают природный газ в количестве, обеспечивающем безопасное горение смеси. Воздух на горение смеси подается с коэффициентом избытка 1,05-1,1 при температуре окружающей среды и с давлением до 0,36 МПа.

В полученном потоке отходящих после сжигания биогаза дымовых газов проводят определение их температуры и давления.

Дымовые газы охлаждают в процессе теплообмена с химочищенной водой до температуры около 160°С. Номинальный расход химочищенной воды при температуре 20°С составит 15,1 м3/ч. Минимальный расход химочищенной воды при температуре 20°С составит 8,6 м3/ч. Температура химочищенной воды, подаваемой в процессе теплообмена, должна быть не менее 60°С, а выходящей 115°С.

В потоке дымовых газов проводят непрерывное измерение концентрации загрязняющих канцерогенных соединений в виде кислых компонентов и галогенированных углеводородов.

Поток дымовых газов очищают от указанных загрязнений методом химической адсорбции гидроксидом кальция и активированным углем.

При очистке дымовых газов осуществляют динамическую корректировку расхода сорбентов и реагента с учетом измеряемых в потоке дымовых газов концентраций кислых компонентов и галогенированных углеводородов.

Динамическую корректировку расхода сорбента и реагента проводят путем вычисления разницы между измеренным расходом сорбента и расчетным расходом сорбента. Расчетное значение сорбента и реагента вычисляется с помощью аппроксимирующих регрессионных соотношений, полученных на основе предварительно экспериментальных данных.

Аппроксимирующие регрессионные соотношения имеют следующий вид:

, где

Gic - расход сорбента (кг/ч);

a1c, b1c, c1c - константы уравнения (4);

t - температура дымовых газов в газоочистном тракте, °C; (150÷300°C);

Р - давление дымовых газов в газоочистном тракте, МПа; (0,09÷0,11 МПа);

Ci - концентрация i-ого загрязняющего вещества в дымовых газах в газоочистном тракте, мг/м3 (10÷100 мг/м3).

, где

Gip - расход реагента (л/мин);

a1p, b1p, c1p - константы уравнения (5);

t - температура дымовых газов в газоочистном тракте, °C; (150÷300°C);

Р - давление дымовых газов в газоочистном тракте, МПа; (0,09÷0,11 МПа);

Ci - концентрация i-ого загрязняющего вещества в дымовых газах в газоочистном тракте, мг/м3 (10÷200 мг/м3).

При этом a1c, b1c, c1c константы уравнения (4) и a1p, b1p, с константы уравнения (5) получены в результате математической обработки экспериментальных данных и представлены в таблице 1 и таблице 2.

Таблица 1
константы уравнения (4)
a1c b1c c1c
Значение 9,8 0,4 0,018
Таблица 2
константы уравнения (5)
a1p b1p c1p
Значение 2,98 0,87 0,045

Корректировку осуществляют на основе полученных предварительно экспериментальных данных, аппроксимирующих регрессионных соотношений, описывающих изменение физико-химических параметров потока дымовых газов по тракту газоочистки.

Указанные аппроксимирующие регрессионные соотношения имеют следующий вид:

, где

t - температура дымовых газов в любой точке газоочистного тракта;

c0, c1, c2, с3, c4 - константы уравнения (1);

а0, a1, а2, а3 - константы уравнения (2);

b1, b2, b3, b4 - константы уравнения (3);

Ci - концентрация i-ого загрязняющего вещества в дымовых газах в любой точке газоочистного тракта;

ΔР - разрежение дымовых газов в любой точке газоочистного тракта;

L - расстояние от начала координат до точки определения параметра.

При этом константы уравнения (1) получены в результате математической обработки экспериментальных данных и представлены в таблице 3.

Таблица 3
константы уравнения (1)
с0 c1 с2 с3 с4
Значение 134 1,76*103 -2,46 9,73*10-4 0,048

Константы уравнения (2) получены в результате математической обработки экспериментальных данных и представлены в таблице 4.

Таблица 4
константы уравнения (2)
a0 a1 а2 a3
Значение -1,65 1,66 -0,039 4,03*10-4

Константы уравнения (3) получены в результате математической обработки экспериментальных данных и представлены в таблице 5.

Таблица 5
константы уравнения (3)
SO2 HCl NOx HF
b1 9,42 6,12 15,5 0,725
b2 -0,215 -0,138 -0,441 -0,021
b3 1,23·10-3 7,71·10-4 5,15·10-3 2,23·10-4
b4 0 0 -2,11·10-5 -8,35·10-7

Очищенный дымовой газ выбрасывается в рабочую зону полигона захоронения твердых бытовых отходов.

Применение предложенного изобретения позволяет обеспечить экологическую безопасность и повысить экономичность при утилизации биогаза путем очистки отходящих газов при колебании его состава за счет использования предварительной очистки биогаза, а также оценки параметров горения и определения ориентировочного состава выбросов и корректировки расхода сорбентов и реагента в газоочистной системе.

1. Способ экологически безопасного термического обезвреживания биогаза полигонов твердых бытовых отходов, включающий извлечение биогаза посредством дренажа и принудительного создания разрежения, снижение содержания влаги в извлекаемом биогазе за счет резкого снижения температуры, компримирование биогаза, предварительную очистку биогаза от влаги и сероводорода, очистку биогаза от пыли фильтрацией, сжигание биогаза, охлаждение и очистку отходящих дымовых газов от кислых компонентов и галогенированных углеводородов, при этом в потоке дымовых газов непрерывно измеряют концентрации сероводорода и кислых газообразных соединений серы и углерода, с учетом которых проводят динамическую корректировку расхода сорбентов и реагента на основе полученных предварительно по экспериментальным данным аппроксимирующих регрессионных соотношений.

2. Способ по п.1, в котором очистку биогаза от пыли проводят с помощью фильтрации.

3. Способ по п.1, в котором аппроксимирующие регрессионные соотношения имеют следующий вид:


, где
t - температура дымовых газов в любой точке газоочистного тракта;
c0, c1, c2, c3, c4 - константы уравнения (1);
a0, a1, a2, a3 - константы уравнения (2);
b1, b2, b3, b4 - константы уравнения (3);
Ci - концентрация i-ого загрязняющего вещества в дымовых газах в любой точке газоочистного тракта;
ΔP - разрежение дымовых газов в любой точке газоочистного тракта;
L - расстояние от начала координат до точки определения параметра.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности, а именно к способам подготовки кислого газа, содержащего сероводород и углекислый газ, для закачки в пласт через нагнетательную скважину.

Изобретение относится к области охраны окружающей среды, а точнее к области консервации радиоактивных отходов (РАО) в породных массивах. Предложенное хранилище РАО включает форшахту 1, закрепленную стальной обечайкой 2, пробуренную через эту форшахту 1 в породном массиве 3 скважину 4, обсаженную металлической обсадной колонной 6 с дном 7, термоизолятор 11 из инертного водонепроницаемого и термостойкого материала, размещенный по внутренней образующей металлической обсадной колонны 6, внешний инженерный защитный барьер 9 с нижним защитным экраном 10 из бентонито-цементного монолита, внутренний инженерный защитный барьер 12 с верхним защитным экраном 13, систему управления агрегатным состоянием 14 материала внутреннего инженерного защитного барьера 12, выполненную из труб 15, спускоподъемную колонну 16 с размещенными на ней контейнерами 17, 18 с РАО, систему радиоэкологического мониторинга 20 и крышку 21 обсадной колонны 6.

Изобретение относится к способам и устройствам совместной утилизации нефтесодержащих и твердых бытовых отходов (ТБО). .
Изобретение относится к области рекультивации, в частности, может быть использовано при захоронении токсичных промышленных отходов 3 и 4-го класса опасности, в том числе и твердых бытовых отходов.
Изобретение относится к области организации складирования твердых бытовых и промышленных отходов, а также к эксплуатации полигонов твердых бытовых отходов. .

Изобретение относится к области коммунального хозяйства, более конкретно - к средствам санитарной очистки населенных пунктов, и предназначено для улучшения экологии мест компактного проживания людей и повышения эффективности утилизации муниципальных отходов.

Изобретение относится к энергетике и коммунальному хозяйству и может быть использовано для экологически безопасного складирования различных видов отходов - твердых бытовых, золошлаковых, шламов и т.д.

Изобретение относится к способам захоронения вредных и токсичных отходов, а именно хромсодержащих. .
Изобретение относится к области охраны окружающей среды. Предложен материал для промежуточной изоляции уплотненных слоев твердых бытовых отходов на полигоне. В качестве материала используют конечный шлак, образующийся при производстве феррованадия алюминосиликотермическим способом. Изобретение обеспечивает получение материала, позволяющего круглогодично изолировать уплотненные слои твердых бытовых отходов на полигонах без использования природных материалов, и расширение сырьевых ресурсов. 1 табл.
Изобретение относится к охране окружающей природной среды. Грунтошламовая смесь содержит нефтешлам, буровой шлам, торф, песок, воду, сорбенты и биодеструкторы углеводородов при следующем соотношении компонентов, мас.%: нефтешлам и буровой шлам - 20-25; песок - 20-30; торф - 30-35; сорбенты - 2-5; биодеструкторы углеводородов - 2-5; вода - 10. Обеспечивается улучшение условий окружающей среды, восстановление продуктивности нефтезагрязненных и нарушенных земель в результате обогащения при очистке загрязненных земель кислородом и минеральными удобрениями, уменьшение нефтезагрязненных участков. 2 з.п. ф-лы, 2 табл., 5 пр.

Изобретение относится к области охраны окружающей среды. Для изоляции карты действующего отвала промышленных отходов проводят послойное складирование свалочных масс 1, 10 с промежуточным слоем 2 и создают водонепроницаемый экран в месте размещения основания 11. При этом промежуточный слой 2 выполняют в виде многосоставной стабилизирующей конструкции, для чего на свалочную массу 10 укладывают георешетку 3, слой битого кирпича 4 фракции 20-40 мм мощностью 15 см, слой загрязненного песка 5 мощностью 20 см, геомембрану 6, слой загрязненного песка 7 мощностью 70 см с уплотнением, георешетку 8, слой битого кирпича 9 фракции 20-40 мм мощностью 50 см. Складирование последующих свалочных масс 1 осуществляют на промежуточный слой 2. Водонепроницаемый экран создают под основанием 11 карты по его периметру путем нагнетания вязкоупругой смеси 14 в виде полимерглинистой смеси через перфорационные отверстия фильтра 13 горизонтальных скважин 12, образованных при бурении, в любом из углов основания по двум лучам этого угла. При этом последующий угол для бурения горизонтальных скважин 12 выбирают с учетом возможности нагнетания полимерглинистой смеси по двум или одному лучу до создания водонепроницаемого экрана по всему периметру. Изобретение обеспечивает стабилизацию хранения осадок свалочных масс, повышение изолирующих свойств основания карты, упрощение изоляции карты. 5 ил.

Изобретение относится к области охраны окружающей среды. Материал для рекультивации полигонов твердых бытовых отходов и карьеров содержит природный грунт и промышленные отходы. В качестве промышленных отходов он содержит конечный шлак, образующийся при производстве феррованадия алюминосиликотермическим способом, при массовом отношении природного грунта к промышленным отходам, равном 1:1. Изобретение обеспечивает расширение арсенала технических средств. 2 ил.,1 табл.

Предложенная группа изобретений относится к области захоронения отходов. Покрывная система 100 для свалок отходов содержит искусственную траву, которая включает композит из одного геотекстильного слоя 104, сплетенного или связанного в одну или более синтетических нитей, и непроницаемую геомембрану 102, состоящую из полимерного материала. Непроницаемая геомембрана 102 используется с искусственным дренажным компонентом 106. Покрывная система используется в отсутствие верхнего опорного почвенно-растительного покрова. По второму варианту система 100 для свалок отходов включает также дренажную систему, содержащую искусственный дренажный компонент 106. Группа изобретений обеспечивает ограничение образования сточных вода, усиление прочности, уменьшение эксплуатационных затрат на уборку травы и борьбу с эрозией. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 16 ил.

Изобретение относится к области обработки бытовых отходов, в частности к выводу тяжелых металлов из отвалов твердых бытовых отходов. Для внутриотвальной переработки твердых бытовых отходов формируют отвал, обрабатывают его водами, насыщенными радиоактивными веществами, разрушают, вымывают и растворяют тяжелые металлы за счет миграции активных вод внутри отвала сверху вниз, осаждают тяжелые металлы в нижнем слое отвала на геохимическом барьере. Формируемый отвал своей длинной стороной размещают по оси простирания зоны разрывного тектонического нарушения, из которого истекает радиоактивный газ радон, ионизирующий поступающую в отвал воду, а ширину основания отвала устанавливают равной размерам вкрест простирания разрыхленных пород тектонического разрыва. Изобретение обеспечивает повышение безопасности выполнения работ по переработке складируемых твердых бытовых отходов и снижение их стоимости. 1 ил.

Изобретение относится к области охраны окружающей среды. Для захоронения промышленных отходов отрывают котлован. Отходы обезвоживают и перемешивают с «тяжелой» нефтью, нагревают и термоокисляют полученную смесь, укладывают слой смеси на дно и откосы котлована с созданием в процессе полимеризации смеси упрочненного гидроизоляционного экрана, затем заполняют котлован промышленными отходами и возводят над ними защитное покрытие. После создания упрочненного гидроизоляционного экрана на дне котлована устанавливают щиты многооборачиваемой опалубки, которую заполняют термоокисленной смесью грунта с нефтью. На всю глубину котлована дополнительно создают перпендикулярные друг к другу вертикальные упрочненные экраны и соответственно автономные друг от друга емкости. Полости этих емкостей заполняют обводненными промышленными отходами и над ними с использованием термоокисленной смеси грунта с нефтью возводят опирающееся на откосы котлована и экраны, упрочненное сетками защитное покрытие. Изобретение обеспечивает экологическую безопасность. 1 ил.
Предложенное изобретение относится к строительным материалам и утилизации отходов электротермического производства. Изолирующий материал для шламохранилищ промышленных отходов включает глиносодержащий материал и материал в виде техногенного отхода, в качестве глиносодержащего материала он содержит глину или суглинок, в качестве техногенного отхода - мелкодисперсную пыль газоочистки электротермического производства кремния и/или кремнистых ферросплавов при следующем содержании компонентов, мас.%: глина или суглинок 70-85; мелкодисперсная пыль газоочистки электротермического производства кремния и/или кремнистых ферросплавов 15-30. Изобретение позволит предотвратить загрязнение прилегающего к шламохранилищам почвенного слоя за счет уменьшения коэффициента фильтрации изолирующего материала, утилизировать техногенные отходы в виде мелкодисперсной пыли газоочистки электротермического производства кремния и/или кремнистых ферросплавов. 1 табл.

Изобретение относится к области экологии. Предложенный изолирующий материал включает глину, известковый материал, нефтяной шлам и буровой шлам при следующем содержании компонентов, вес. ч.: глина 1,0 известковый материал 0,5-5,0 буровой шлам 0,5-3,0 нефтяной шлам 0,5-7,0 Изобретение обеспечивает уменьшение потребления природных глин, снижает отходы производства при строительстве автодорог и полигонов твердых бытовых отходов, повышает качество конечного продукта. 2 з.п. ф-лы,1 ил., 8 табл.
Изобретение относится к области строительства и экологической безопасности. Для сбора и отвода фильтрата и биогаза на полигонах твердых бытовых отходов в складках местности подготавливают основание 3, выполняют на нем раскрой и раскатку по днищу 16 и откосам 17 складки местности гидроизоляционного материала 4. Затем производят монтаж дренажной трубы 10, послойную укладку твердых бытовых отходов слоями с промежуточными прослойками 5 из инертных материалов, устройство поверхностной гидроизоляции отходов и монтаж системы сбора биогаза. При этом на гидроизоляционный материал укладывают дренажный слой 1, на который монтируют по естественному уклону местности основную дренажную трубу с серией вспомогательных труб, соединенных с основной 10 дренажной трубой и образующих конструкцию типа «елочка» для обеспечения отвода фильтрата по всей площади полигона под действием гравитационных сил. Причем сбор и отвод фильтрата и биогаза производят по отдельно смонтированным на разных уровнях трубопроводным системам, выполненным из полимерных материалов. Сбор биогаза производят газосборной системой 6, включающей заглубленные в толщу отходов вертикальные перфорированные трубы, которые по верхнему торцу соединены с магистральными сборными коллекторами 9, в концевой части которых устанавливают вакуум-насос 19. Изобретение обеспечивает повышение эффективности сбора и отвода фильтрата и биогаза, увеличивает технологичность процесса их удаления. 4 ил.
Наверх