Способ переработки бытовых и производственных отходов в печное топливо и углеродное вещество и устройство для его осуществления



Способ переработки бытовых и производственных отходов в печное топливо и углеродное вещество и устройство для его осуществления
Способ переработки бытовых и производственных отходов в печное топливо и углеродное вещество и устройство для его осуществления
Способ переработки бытовых и производственных отходов в печное топливо и углеродное вещество и устройство для его осуществления
Способ переработки бытовых и производственных отходов в печное топливо и углеродное вещество и устройство для его осуществления
Способ переработки бытовых и производственных отходов в печное топливо и углеродное вещество и устройство для его осуществления

 


Владельцы патента RU 2552259:

Общество с ограниченной ответственностью "Инженерные транспортные системы" (RU)

Изобретение относится к технологиям утилизации твердых бытовых отходов, ряда других органических бытовых и производственных отходов, а также низкосортных твердых топлив, в частности торфяного и каменноугольного сырья. Способ включает измельчение и сепарацию отходов, их разложение при комбинированном воздействии теплового и электромагнитного полей без доступа кислорода, получение углеродного вещества и углеводородной фракции в качестве печного топлива, газоочистку отходящих дымовых газов. Данный способ и предложенное его аппаратурное оформление позволяют увеличить выходы целевых продуктов, повысить их, увеличить степень утилизации бытовых и производственных отходов до 95-98%. Благодаря предложенной технической новизне возможно получение до 35-45% масс. углеродного вещества, до 10% масс. мазутной фракции. 2 н.п. ф-лы, 5 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится преимущественно к технологиям утилизации твердых бытовых отходов (ТБО), городского мусора, отходов полимерной, пищевой, деревообрабатывающей, нефтехимической отраслей промышленности, а также частичной переработки некондиционных запасов торфяного и каменноугольного сырья. Изобретение позволяет вовлекать органические компоненты указанных отходов в качестве техногенного источника топливных материалов в топливно-энергетическом комплексе. Предлагаемая технология может быть использована в коммунальном хозяйстве, а также на предприятиях нефтепереработки и коксохимии для получения углеродного карбонизата (кокса), коксового газа и газойлевых смол, по своему качеству удовлетворяющих стандартным техническим нормативам Российской Федерации.

Уровень техники

Известен способ утилизации твердых бытовых, промышленных и полимерных отходов путем их предварительного подсушивания, подачи в пиролизную камеру, сжигания с разделением на твердый остаток и газообразную составляющую, которые затем подвергаются высокотемпературной обработке в шлакометаллической ванне плавильной печи (патент РФ N 2135896, кл. F23G 5/027 от 28.12.1998). Техническая реализация способа требует значительных капитальных и эксплуатационных затрат, расходных материалов и ресурсов с высокой рыночной стоимостью, характеризуется крайне низкой экономической эффективностью с точки зрения получения целевых продуктов.

Известен способ переработки твердых бытовых отходов (ТБО) путем пиролиза с последующей утилизацией энергии пиролизных газов (патент РФ N 2254518, кл. F23G 5/24, F23G 5/027 от 23.10.2003). Способ включает загрузку ТБО и сыпучего инертного теплоносителя в вертикальную шахтную печь, инициацию процесса пиролиза путем подачи горячей пароводяной смеси, получение низконапорного пиролизного газа и его сжигание с утилизацией теплоты сгорания. Способ обеспечивает высокую степень утилизации отходов. Однако энергоэффективность и практическая реализация предложенного способа остается на относительно низком уровне из-за особенностей состава и качества ТБО.

Известна СВЧ-печь преимущественно для нагрева жидких и сыпучих материалов (патент РФ N 7646, кл. F27D 11/12 от 20.03.1996), содержащая камеру нагрева, по крайней мере один волновод и канал запредельного сечения для подачи материала, при этом канал для подачи материала установлен в волноводе и между диэлектрическими перегородками и камерой нагрева. Наиболее существенным недостатком данного прототипа является невозможность достижения высоких температур (свыше 500°C) и проведения высокотемпературной обработки углеродных материалов в течение длительного времени, так как предлагаемый материал диэлектрических перегородок волноводов (фторопласт) подвергается термодеструкции при температурах выше 350°С. Также не учтено влияние термических расширений (удлинений) металлических частей конструкции СВЧ-печи на диэлектрические перегородки, потому что при высоких температурных напорах (разность температур между нагреваемым веществом в камере и окружающим воздухом в зоне СВЧ-активации) происходит значительное изменение физико-механических свойств металла и увеличивается механическое давление жестких стальных частей на хрупкие фторопластовые (либо керамические) перегородки.

Наиболее близким аналогом (прототипом предложенного изобретения) является устройство для переработки органических компонентов отходов и автомобильных шин в моторное топливо с применением СВЧ-излучения (Яцун А.В. Газообразные продукты пиролиза автомобильных покрышек под действием сверхвысоких частот / А.В. Яцун, П.Н. Коновалов, Н.П. Коновалов // Химия твердого топлива. - 2008. - №3. - с.70-75). Предложенный способ отличается высокой энергоэффективностью благодаря воздействию СВЧ-поля на физико-химические реакции пиролиза органических веществ. Основным недостатком указанного способа является низкая производительность ретортного реактора, избирательность процесса в силу различной диэлектрической проницаемости компонентов отходов и, как следствие, ограниченность применения для утилизации многокомпонентного состава из-за отсутствия подговительных этапов измельчения и сепарации, значительные потери электромагнитного излучения в окружающую среду, выявленные при эксплуатации устройства.

Раскрытие изобретения

Задачей настоящего изобретения является увеличение производительности, практического выхода печного топлива и углеродного вещества, повышение энергоэффективности и упрощение аппаратурного оформления процесса. Для решения указанных задач применяется создание комбинированного электромагнитного (СВЧ) и теплового поля в рабочей среде (перерабатываемых органических компонентах отходов) без доступа воздуха для твердых бытовых отходов либо в инертной среде (азот, водяной пар) для некоторых специальных легкоокисляющихся отходов производства.

Сущность способа утилизации отходов заключается в следующем. Применительно к несортированным твердым бытовым отходам подготовительным этапом является измельчение отходов до 95%-ного содержания класса крупности 1…10 мм, извлечение балластных (неорганических) компонентов, состоящих из фракций металла, стекла, строительного мусора, смета, отсева, в пневмосепараторе под действием напора разделяющего агента (в частности, воздуха). Так как неорганические компоненты имеют плотность твердой фазы более 1200 кг/м3, происходит их осаждение в высоконапорном потоке разделяющего агента (например, воздуха, отработанных дымовых газов, водяного пара), а более легкие (менее 1200 кг/м3) органические компоненты (полимеры, синтетика, текстиль, древесно-растительные остатки, пищевые отходы, бумага, картон и т.п.) выносятся потоком разделяющего агента в приемный бункер-распределитель. Далее в специальной камерной секционной печи осуществляют физико-химическое разложение извлеченных органических компонентов под действием тепловой обработки 430-1000°C без доступа кислорода совместно с активацией электромагнитным сверхвысокочастотным излучением частотой 2,5 ГГц. Мощность излучения и расход топлива на создание температуры определяются в зависимости от производительности и состава ТБО. Процесс проводят в полунепрерывном режиме в течение 12 часов, структура процесса сгруппирована следующими стадиями:

1) 20…100°C - разогрев ТБО;

2) 100…200°C - сушка ТБО, плавление полимерных компонентов;

3) 200…400°C - первичное разложение полимерных компонентов, древесно-растительных, пищевых и бумажно-картонных фракций;

4) 400…700°C - физико-химическое разложение ТБО с образованием смол и газовой фазы;

5) 700…1000°C - прокаливание продуктов реакций разложения ТБО с получением углеродного вещества (карбонизация).

При достижении 1000°C происходит изотермическая выдержка ТБО, в результате которой выделяется парогазовая фаза и образуется углеродный остаток (углеродное вещество), на 70-90% состоящий из технически чистого углерода. Практический выход углеродного вещества зависит от состава ТБО и в среднем составляет 35…45% из первоначальной массы ТБО с расчетной влажностью 20%. После разгрузки углеродного вещества из печи осуществляют его тушение инертными газами с целью охладить углерод до температур ниже его температуры самовоспламенения (ниже 200°C). Инертные газы (смесь воздуха и водяных паров) принимают на себя теплоту углеродного вещества и направляются в котел-утилизатор на выработку водяного пара для ректификационного узла. После утилизации выделенной теплоты охлажденные газы возвращают на тушение углерода.

Низконапорную парогазовую фазу, образующуюся в процессе карбонизации ТБО, направляют в скруббер на промывание, где осуществляется контакт с промывной водой, вследствие чего обеспечивается конденсация паров жидких углеводородов (смол) - продуктов реакций разложения ТБО, содержащихся в исходной парогазовой фазе. Несконденсированные низконапорные газы, содержащие преимущественно ацетилен, этилен, метан, аммиак, водород, оксиды углерода (II) и (IV) и т.д., выводят из скруббера на осушку в слое адсорбента (главным образом, силикагеля), после чего направляют на дожигание в печь карбонизации в качестве топлива.

Сконденсированную фракцию углеводородов (смол) направляют в колонные аппараты на ректификацию, где смолы подогреваются в испарителях водяным паром, выработанным в узле тушения углерода. Ректификацию проводят под вакуумом (200…400 мм водяного столба), благодаря чему снижаются температуры кипения и происходит отгонка воды из углеводородной фракции. Обезвоженная углеводородная фракция является аналогом-заменителем печного топлива с температурой кипения 100…250°C, практический выход ее составляет в среднем 10% из общей массы первоначальных ТБО с расчетной влажностью 20%. Возможна ее перегонка на более узкие фракции (100…140°C с содержанием ароматических углеводородов >80% и октановым числом ОИ 60-65, 140…180°C с содержанием ароматических углеводородов >50%, 180…250°C с преимущественным содержанием олефинов и парафинов), однако необходимость данного этапа определяется технико-экономическими критериями, так как выход узкой углеводородной фракции 100…140°C составляет не более 2-3% (масс.) из общей массы первоначальных ТБО и не всегда является целесообразным с экономической точки зрения.

Образующиеся в процессе работы печи продукты сгорания топлива (дымовые газы) направляют на двустадийную газоочистку. Первая стадия газоочистки (термокаталитическая стадия) заключается в пропускании неохлажденных дымовых газов (температура более 700°C) через псевдоожиженный слой катализатора (прокаленного муллитокремнеземистого волокна с медно-кобальтовыми промоторами) с целью улавливания высокотоксичных окислов хлор- и фторорганических соединений (таких как диоксины, фураны, бензапирены, бифенилы, меркаптаны). По мере осмоления и загрязнения катализатор с обезвреженными веществами (класс опасности IV-V) направляют на регенерацию (повторный обжиг) либо утилизацию (захоронение).

Вторая стадия газоочистки (хемосорбция) предназначена для коллективного удаления токсичных компонентов NH3, H2S, оксидов NxOy, SxOy, СО, CO2 из дымовых газов в барботажных скрубберах, в которых осуществляют взаимодействие с хемосорбентом - водным раствором щелочи NaOH (концентрация 15% масс.) и карбамида (концентрация 10% масс), в результате происходит химическая нейтрализация оксидов азота, серы, углерода и физическая абсорбция азота и сероводорода с получением суспензии сульфата аммония (NH4)2SO4 и карбоната натрия Na2CO3 как конечного товарного продукта. Хемосорбент приготовляют в реакторе-гомогенизаторе, куда предварительно подают воду, карбамид в кристаллическом виде и концентрированный водный раствор NaOH. В процессе хемосорбции дымовые газы охлаждаются с 400°C до 80…120°C.

Далее на выходе из скрубберов осуществляют доочистку очищенных дымовых газов в центробежных сепараторах и/или рукавных фильтрах с целью удаления влаги и диспергированных частиц, после чего дымовые газы отгоняют дымососами через дымовую трубу и выбрасывают в атмосферу.

Отработанный хемосорбент в процессе газоочистки принимает теплоту дымовых газов и нагревается до 80…90°C, далее осуществляется его охлаждение оборотной водой до 30°C в теплообменниках. После стадии теплообмена поток хемосорбента разделяют в делителе. Одну часть потока возвращают на хемосорбцию, другую часть направляют на вакуум-кристаллизацию (выделение из суспензии кристаллического сульфата аммония в качестве товарного продукта) в кожухотрубчатый аппарат с паровым подогревателем и сепарационной зоной. Предусмотрено обезвоживание кристаллов сульфата аммония методом фильтрации через полупроницаемую мембрану.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 - Принципиальная технологическая схема переработки бытовых и производственных отходов в печное топливо и углеродное вещество:

В1-2 - дымосос (газодувка), H1-4 - насосы центробежные, Е1-3 -емкостные бункеры-накопители, Д - дробилка роторно-ножевая, Пс -пневмосепаратор, ФР1 - фильтр рукавный, Пг - котел-утилизатор (парогенератор), Т1-4 - теплообменники, К1-3 - колонны ректификационные, А - адсорбер, ТКР - реактор термокаталитический, АВ - вакуум-кристаллизатор, КБ - конденсатор барометрический, ВН - насос вакуумный, НФ - нутч-фильтр, В31-28 - вентиль запорный, КН1-3 - клапан обратный, КШ1-30 - кран шаровый регулирующий, КО1-2 -конденсатоотводчик. Линии и потоки: Т7 - пар водяной греющий, Т8 -конденсат, В4 - вода оборотная (подача), В5 - вода оборотная (возврат), 1 - ТБО крупность 5…2000 мм, 2 - ТБО крупность 1…10 мм, 3 - воздух, 4 - легкая фракция (<1200 кг/м3), 5 - топливо, 6 - дымовые газы, 7 - парогазовая фаза, 8 - несконденсированные газы, 9 - водно-смоляная эмульсия, 10 - кубовый остаток, 11 - печное топливо, 12 - вода промывная, 13 - хемосорбент, 14 - дымовые газы очищенные, 15 - сульфат аммония растворенный, 16 - дымовые газы осушенные, 17 - сульфат аммония обезвоженный, 18 - хемосорбент непрореагировавший, 19 - паровоздушная смесь.

Фиг.2 - Схематичный продольный разрезпечной камеры: 1 - нижняя фундаментная плита, 2 - опора, 3 - верхняя фундаментная плита, 4 - ось шнека разгрузочного питателя, 5 - дисковый затвор, 6 - камера карбонизации (печная секция), 7 - ось шнека загрузочного питателя, 8 - загрузочный питатель, 9 - топливная магистраль, 10 - горелка, 11 - зона горения, 12 - волновод СВЧ-излучения, 13 - газосборник дымовых газов, 14 - общий загрузочный питатель-распределитель, 15 - газосборник коксового газа, 16 - разгрузочный питатель, 17 - СВЧ-генератор, 18 - расходный бункер, 19 - газодувка, 20 - пластинчатый конвейер, 21 - приемный бункер.

Фиг.3 - Схематичный поперечный разрез печной камеры: 1 - нижняя фундаментная плита, 2 - опора, 3 - верхняя фундаментная плита, 4 - ось шнека разгрузочного питателя, 5 - дисковый затвор, 6 - камера карбонизации (печная секция), 7 - ось шнека загрузочного питателя, 8 - загрузочный питатель, 9 - топливная магистраль, 10 - горелка, 11 - зона горения, 12 - волновод СВЧ-излучения, 13 - газосборник дымовых газов, 14 - общий загрузочный питатель-распределитель, 15 - газосборник коксового газа, 16 - разгрузочный питатель, 17 - СВЧ-генератор, 18 - расходный бункер, 19 - газодувка, 20 - пластинчатый конвейер, 21 - приемный бункер.

Фиг.4 - Общий вид сверху печной батареи:

1 - нижняя фундаментная плита, 2 - опора, 3 - верхняя фундаментная плита, 4 - ось шнека разгрузочного питателя, 5 - дисковый затвор, 6 - камера карбонизации (печная секция), 7 - ось шнека загрузочного питателя, 8 - загрузочный питатель, 9 - топливная магистраль, 10 - горелка, 11 - зона горения, 12 - волновод СВЧ-излучения, 13 - газосборник дымовых газов, 14 - общий загрузочный питатель-распределитель, 15 - газосборник коксового газа, 16 - разгрузочный питатель, 17 - СВЧ-генератор, 18 - расходный бункер, 19 - газодувка, 20 - пластинчатый конвейер, 21 - приемный бункер.

Фиг.5 - Схематичный вид устройства печной батареи (изометрия).

Осуществление изобретения

На фиг.1 представлена принципиальная схема технологического процесса утилизации бытовых и производственных отходов посредством переработки органических компонентов в печное топливо и углеродное вещество. Установка для осуществления процесса работает следующим образом.

Твердые бытовые отходы измельчаю в роторно-ножевой дробилке Д до крупности 1…10 мм в одну или две стадии. Измельченный продукт загружают в промежуточный бункер-накопитель Е3 и посредством пневмотранспорта напором воздуха, подаваемого газодувкой В1, направляют в пневмосепаратор Пс для разделения на тяжелую балластную (неорганическую) и легкую (органическую) фракции. Балластную фракцию выводят из пневмосепаратора ленточным конвейером через шлюзовый затвор. Легкую фракцию (органические компоненты ТБО) из конфузорной зоны пневмосепаратора направляют в накопитель печи карбонизации ПК.

Схема печи карбонизации представлена на фиг.2-5. Печь карбонизации состоит, по меньшей мере, из одной печной камеры 6, разделенной отопительными простенками толщиной 110 мм (выполненными из шамотного фасонного кирпича). Подовая зона камеры выкладывается на верхней фундаментной плите 3 из жаропрочного бетона. Верхняя фундаментная плита устанавливается на опорные железобетонные блоки 2, которые, в свою очередь, установлены на нижнюю фундаментную плиту 1 (на ленточном фундаменте).

Обогрев печных камер осуществляют путем сжигания газообразного топлива в горелках 10 в соответствии с тремя режимами:

1) пусковой режим I - 100% природный газ + холодный воздух (коэффициент избытка 1,1);

2) переходный режим II - смесь из 50% (об.) природный газ +50% (об.) коксовый газ + холодный воздух (коэффициент избытка 1,1);

3) основной режим III - из 50% (об.) природный газ + 50% (об.) коксовый газ + горячий воздух (коэффициент избытка 1,5).

Газообразное топливо подают из внешнего газопровода 9 через смеситель и воздухоподогреватель в горелки 10, расположенные в поде печи между камерными простенками. Теплота передается от сжигания газа через простенки. Число горелок на одну печную секцию не менее 2 (без учета пилотных горелок и устройств контроля пламени). С верхней стороны зона горения 11 ограничена перекрытием из огнеупорной железобетонной плиты, в которую монтируются отверстия (дымоходы) для отвода дымовых газов в газосборник 13. Также имеются проходки для труб в своде печных камер и газосборники 15, предназначенные для вывода образующихся в процессе термодеструкции шихты газообразных летучих продуктов, именуемых далее коксовым газом.

Загрузку сырьевой шихты осуществляют от общего загрузочного питателя 8 шнеками 7 через шлюзовые штуцера в своде печных камер. Свод камеры выполнен из огнеупорных плит, установленных конусообразно. Корпус питателя и шнек выполнены из жаропрочной стали. В загрузочном шлюзе установлен дисковый затвор 5 с пневмоприводом, перекрывающий камеру после ее загрузки сырьем.

Аналогично устроен узел разгрузки готового углеродного вещества из камеры. По окончании периода карбонизации открывают нижний затвор и приводят во вращение разгрузочный шнек 4. Углеродное вещество выводят из печных камер к общему разгрузочному питателю 20. Общий разгрузочный питатель представляет собой пластинчатый конвейер в герметичном корпусе. При этом в корпус газодувкой 19 подают охлажденные и очищенные инертные газы для тушения (охлаждения) углеродного вещества. Охлажденный продукт поступает в приемный бункер-приямок 21. Газовая среда, принявшая теплоту углеродного вещества, очищается от пыли и сажи в циклоне, далее поступает в котел-утилизатор для генерации водяного пара (на фиг.2, 3, 4, 5 не показаны), где охлаждается и возвращается обратно в цикл тушения.

Все питатели снабжены электроприводами с частотными преобразователями. Электродвигатели устанавливаются на специальных стойках с наружной стороны корпуса шнековых механизмов.

Толщина общей футеровки печи из легковесного бетона типа АЛАКС-1,6 составляет 170 мм. С наружной стороны футеровки устанавливается металлический поддерживающий каркас из малых и больших двутавровых опорных стоек, соединенных между собой ребрами жесткости (равнополочными уголками). Опорные стойки крепятся к нижней фундаментной плите анкерными болтами, к футеровке - посредством металлических штырей и силовых пружин, передающих колебания, и деформации стен печи (в том числе и температурные расширения).

Каркас оборудован лестницами и площадками для обслуживания гляделок, труб и газосборников.

С боковой стороны футеровки на площадках устанавливается, по меньшей мере, один короб с системой СВЧ-излучения 17. В металлическом коробе устанавливается СВЧ-генератор, к которому присоединяется штуцер волновода с радиопроницаемой мембраной. При наличии 4 и более секций в печи СВЧ-генераторы устанавливаются параллельно друг другу и сообщаются волноводами 12 с камерами поглощения остаточного излучения (закрытыми баками, наполненными водой). Волновод представляет собой радиопроницаемую трубу круглого сечения, выполненную из кварцевого стекла либо искусственной слюды, слюдопласта и т.п., монтируемую через простенки и печные камеры. Промежутки трубы между простенками в зоне горения с наружной стороны покрыты нержавеющей сталью (отрезки трубы круглого профиля толщиной 10 мм). Это выполняется для минимизации распространения СВЧ-волн в зону горения и предотвращения термического разрушения диэлектрического волновода.

Парогазовую фазу, выделяемую при разложении ТБО в печи карбонизации (см. фиг.1), направляют путем естественной конвекции по газосборнику на промывание водой в скруббер К1, представляющий собой ректификационную колонну с барботажными тарелками или массообменной насадкой (в зависимости от соотношений нагрузок по пару и жидкости). Сконденсированную жидкость насосом Н3 подают в ректификационную колонну К2 со встроенным испарителем Т1, в который направляют водяной пар с избыточным давлением 6…7 атм. В результате перегонки под вакуумом в качестве дистиллята выходят пары промывной воды, которые охлаждают в теплообменнике Т2 и частично в виде флегмы подают насосом Н4 в колонну К2 на орошение. Обезвоженная фракция углеводородов с температурой кипения 100…250°C выходит из испарителя Т1 и под действием гравитационных сил стекает в теплообменник-холодильник Т3, охлаждается до 40°C и направляется в складское хозяйство.

Дымовые газы печи карбонизации откачивают дымососом В2 на термокаталитический реактор ТКР с псевдоожиженным слоем катализатора для первой стадии газоочистки. В скруббере К3 происходит вторая стадия газоочистки (хемосорбция), куда подают химическим насосом Н2 хемосорбент, приготовленный в емкости-гомогенизаторе Е2. Очищенные и охлажденные дымовые газы выбрасывают в атмосферу через сепаратор ФР1, дымосос (либо вентилятор повышенного давления) В1 и дымовую трубу Тр. Отработанный раствор хемосорбента направляют в вакуум-кристаллизатор АВ, представляющим собой кожухотрубчатый аппарат с паровым подогревателем и сепарационной зоной. В данном аппарате под действием нагрева водяным паром (давление пара 5-7 атм) и вакуумирования (до 0,5 атм) в барометрическом конденсаторе БК происходит удаление части растворителя и образуются кристаллы сульфата аммония и карбоната натрия - конечных продуктов газоочистки. Суспензию кристаллов самотеком выводят в емкостные нутч-фильтры для обезвоживания. Фильтрат, содержащий в себе растворенные частицы непрореагировавшего хемосорбента, охлаждают в теплообменнике Т4 и возвращают в колонну КЗ на рецикл.

Технический результат

Данный способ переработки бытовых и производственных отходов и предложенное его аппаратурное оформление позволяют увеличить выходы целевых товарных продуктов, повышая тем самым глубину утилизации до 95-98%. Также данный способ характеризуется сравнительно низкими энергозатратами (виду отсутствия проблемы шлакообразования и плавления балластных неорганических компонентов отходов), ориентировочно в 1,5-2 раза ниже в сравнении с известными способами утилизации.

Предложенное устройство позволяет повысить энергоэффективность (на 25…30% в сравнении с известными аналогами) и производительность (до 60%) процессов разложения и карбонизации как углеродсодержащих органических отходов, так и низкосортных топлив в сравнении с известными аналогами. В устройстве осуществляются совместные термодеструкция, пиролиз посредством конвективной теплопередачи и термолиз веществ посредством поглощения энергии элкетромагнитной волны, благодаря чему повышается теплотехнический коэффициент полезного действия, значение которого может достигать 92%, и скорость коксования (карбонизации) продуктов (до 250 мм в зависимости от теплофизических свойств и порозности материала). Кроме того, узлы загрузки и разгрузки сырья позволяют сократить эксплуатационные расходы, минимизировать использование подсобной транспортной инфраструктуры и трудоемких механизмов.

1. Способ переработки бытовых и производственных отходов в печное топливо и углеродное вещество, включающий в себя измельчение отходов, извлечение балластных (неорганических) компонентов в высоконапорном потоке разделяющего агента, физико-химическое разложение органических компонентов под действием тепловой обработки с активацией электромагнитным сверхвысокочастотным излучением, ректификацию фракции углеводородов (смол), осушку и дожигание низконапорных газов, пропускание дымовых газов через слой катализатора, удаление токсичных компонентов в барботажных скрубберах, доочистку дымовых газов, охлаждение отработанного хемосорбента, вакуум-кристаллизацию и обезвоживание кристаллов сульфата аммония, отличающийся тем, что измельчение проводят до 95%-ного содержания класса крупности 1…10 мм, температура тепловой обработки составляет 430-1000°C совместно с активацией электромагнитным сверхвысокочастотным излучением частотой 2,5 ГГц, низконапорную парогазовую фазу направляют в скруббер на промывание и конденсацию паров жидких углеводородов (смол), несконденсированные низконапорные газы выводят из скруббера на осушку в слое адсорбента, после чего направляют на дожигание в печь карбонизации в качестве топлива, а образующиеся в процессе работы печи дымовые газы направляют на двустадийную газоочистку (термокаталитическая стадия и хемосорбция) с доочисткой.

2. Устройство для переработки бытовых и производственных отходов в печное топливо и углеродное вещество, включающее в себя измельчитель отходов, камерную секционную печь карбонизации для физико-химического разложения органических компонентов под действием тепловой обработки с активацией электромагнитным сверхвысокочастотным излучением, колонные аппараты для ректификации фракций углеводородов (смол), скруббер для осушки и последующего дожигания низконапорных газов в печи, отличающийся тем, что предусмотрены пневмосепаратор органических и балластных (неорганических) компонентов в высоконапорном потоке разделяющего агента, псевдоожиженный слой катализатора для пропускания и обезвреживания дымовых газов печи, барботажные скрубберы для удаления токсичных компонентов и доочистки дымовых газов, теплообменники для охлаждения отработанного хемосорбента, кожухотрубчатый аппарат для вакуум-кристаллизации, фильтр с полупроницаемой мембраной для обезвоживания кристаллов сульфата аммония.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к горному делу, в частности к комплексному освоению месторождения полезных ископаемых, и может быть использовано при освоении месторождения горючих сланцев, содержащих ценные химические элементы, например магний.

Изобретение относится к области переработки органосодержащих отходов, в том числе илистых отходов бытовых сточных вод, животноводческих комплексов и птицефабрик для получения горючих продуктов, сырья для производства строительных материалов и удобрений для мелиорации почв, и может использоваться, в частности, на станциях очистки сточных вод в коммунальном хозяйстве и на животноводческих комплексах.

Изобретение относится к области переработки твердых бытовых, промышленных, медицинских и других отходов и может быть использовано в народно-хозяйственном комплексе при обезвреживании и уничтожении отходов.

Изобретение относится к устройствам для переработки твердого спекающегося топлива, преимущественно твердых бытовых отходов, а также может быть использовано для переработки торфа, низкосортного угля, отходов деревообработки.

Изобретения могут быть использованы в области промышленной переработки горючих углерод- и углеводородсодержащих продуктов. Способ переработки горючих углерод- и/или углеводородсодержащих продуктов включает последовательную послойную переработку шихты в реакторе в присутствии катализатора.

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано в котельных агрегатах для утилизации птичьего помета, в том числе непосредственно на птицефабриках с целью выработки тепловой и электрической энергии, а также получения золы как ценного минерального удобрения.
Изобретение относится к области переработки, обезвреживания и утилизации твердых бытовых отходов. Для термической утилизации отходов бурят скважину, проводят газификацию органических компонентов отходов при помощи контролируемого нагрева и подачи топлива с получением синтез-газа и его последующим выводом.

Изобретения могут быть использованы в сельском хозяйстве и в деревообрабатывающей промышленности. Способ термической переработки органосодержащего сырья включает загрузку сырья и его горизонтальное перемещение поршнем (2) по длине трубы через камеры конвективной сушки (3), пиролиза (4), конденсации (5).

Изобретение относится к способам переработки несортированных твердых бытовых отходов (ТБО) посредством пиролиза и газификации в печи-реакторе с целью получения горючего газа и может быть использовано для термического уничтожения ТБО, хранящихся на полигонах крупных населенных пунктов.

Изобретения могут быть использованы для утилизации твердых бытовых отходов, отходов деревообработки, сельскохозяйственного производства и пищевой промышленности, а также для переработки твердых низкокалорийных продуктов, содержащих органическую составляющую.

Изобретение раскрывает способ переработки конденсированного органического топлива путем газификации с последующей конвертацией его в высококалорийный газ, предусматривающий загрузку указанного топлива в газогенератор, подачу в зону накопления и вывода твердых продуктов переработки топлива газифицирующего агента. При этом газификацию проводят посредством обеспечения последовательного пребывания топлива в зоне нагревания и сушки, зонах пиролиза, горения и охлаждения, причем в газогенератор дополнительно вводят электропроводный инерт, а процесс горения в плотном слое стабилизируют посредством двух газопроницаемых шнеков и одновременным воздействием на электропроводный инерт и продукты горения перекрестными магнитными и электрическими полями с получением на выходе из газогенератора синтез-газа и с последующей конвертацией его в высококалорийный газ. Изобретение также раскрывает газогенераторную установку для указанной переработки конденсированного органического топлива. Техническим результатом является обеспечение по сечению газогенератора стабильного, однородного фронта горения путем управления продуктами горения в высокоэффективном процессе газификации топлива с последующей конвертацией его в высококалорийный газ. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к способу обработки отходов, особенно городских отходов. Техническим результатом является уменьшение количества твердых отходов, которые получаются в результате процесса обработки отходов, а также уменьшение количества опасных материалов в обработанных отходах. Способ обработки отходов для производства синтез-газа, содержащий: стадию пиролиза, содержащую обработку отходов в установке для пиролиза для получения отходящего газа и не взвешенного в отходящем газе твердого угольного материала, и стадию плазменной обработки, содержащую плазменную обработку отходящего газа и не взвешенного в отходящем газе твердого угольного материала в установке для плазменной обработки в присутствии кислорода и, по выбору, пара, при этом установка для плазменной обработки отделена от установки для пиролиза. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 5 ил., 6 табл.

Изобретение относится к охране окружающей среды и может быть использовано для переработки и утилизации городских и промышленных отходов органического происхождения. Техническим результатом является повышение надежности, экономической и экологической эффективности утилизации органических компонентов городских и промышленных отходов. Способ включает измельчение и смешивание органических компонентов городского и промышленного мусора с добавкой торфа или древесных отходов; нагревание шихты в шнековом подогревателе через стенку дымовыми газами, поступающими из тепловой рубашки реактора, в результате чего шихта приобретает вид пасты, в которой распределены нерасплавленные твердые частицы и газовые пузырьки; дегазацию шихты в дегазаторе с выделением первичного газа, диспергацию дегазированной шихты в экструдере с образованием гранул и их охлаждение в охладителе-грануляторе наружным воздухом; непрерывную подачу шнековым питателем гранулированной шихты в кожухотрубчатый реактор для проведения непрерывного процесса пиролиза, с одновременной подачей на горение в горелку камеры сгорания реактора очищенного пиролизного газа, первичного газа и горячего воздуха, в результате горения которых получают горячие дымовые газы, которые омывают тепловую рубашку реактора, после чего подаются в котел-утилизатор, а столб гранулированной шихты в пиролизной трубе реактора медленно перемещается сверху вниз, подвергаясь деструкции, в результате чего образуются пиролизный газ и полукокс, которые выводятся из пиролизной трубы снизу в сборник продуктов пиролиза, откуда пиролизный газ подается на охлаждение и очистку, а полукокс удаляется через разгрузочно-охладительный шнек, охлаждаемый сетевой водой; охлаждение и очистку горячего пиролизного газа в вертикальном холодильнике и ротационном адсорбере, заполненном адсорбентом - гранулами металлургического шлака, после чего очищенный и охлажденный пиролизный газ подается на сжигание в камеру сгорания, его избыток направляют к потребителю или в газгольдер, из конического поддона ротационного адсорбера и отстойника воду, содержащую водорастворимые примеси и смолу, подают на дальнейшую переработку, а дымовые газы из шнекового подогревателя подают в подогреватель сетевой воды. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к способу и устройству для переработки отходов. Техническим результатом является упрощение и повышение надежности. Устройство включает узел подачи отходов, узел нагрева отходов и узел вывода шлаковых продуктов. Устройство содержит узел газификации углерода, при этом упомянутые узлы расположены в виде горизонтального расширяющегося канала в следующей последовательности: узел подачи отходов, узел нагрева отходов, узел газификации углерода и узел вывода шлаковых продуктов. Причем узел нагрева отходов и узел газификации углерода расположены внутри газопроницаемой засыпки, канал содержит в зоне нагрева отверстия в верхней и нижней части для прохода газов, упомянутые отверстия связаны с каналом для отсоса газа, содержащим дымосос, упомянутый канал соединен с каналом сгорания и дожигания газа, выполненным с возможностью реверсивного перемещения газа и содержащим дымосос и переключатель направления потока газа. При этом канал сгорания и дожигания газа выполнен с возможностью передачи тепла в узел нагрева отходов и узел газификации углерода через ограничивающие засыпку стенки. При этом узел газификации содержит две части, соединенные кольцевым сборником газов, связанным с дымососом, а узел вывода твердых продуктов газификации содержит устройство для орошения продуктов и устройство для сбора рассола. Заявлен также способ термической переработки несортированных отходов. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение может быть использовано в нефтехимической и энергетической промышленности. Способ переработки нефтяных отходов включает подачу отходов в реактор, обогреваемый высокотемпературными дымовыми газами. Высокотемпературные дымовые газы для обогрева реактора получают путем совместного сжигания генераторного газа, полученного газификацией твердого остатка из реактора, а также жидких углеводородов и воды, подвергнутых кавитационному воздействию путем наложения ультразвука с частотой в пределах 20-200 кГц и интенсивностью колебаний 1,0-5,0 Вт/см2. Часть полученных высокотемпературных газов смешивают с водяным паром при массовом соотношении (0,1÷0,5):1 и также используют для обогрева реактора. Охлаждение смеси горючих газов, жидких углеводородов и водяного пара осуществляют в конденсаторе до 20-100°С путем теплообмена с теплоносителем, который далее используют для сушки исходных отходов, причем осуществляют частичное разделение жидких углеводородов и воды и устанавливают их массовое соотношение в пределах 1:(1,0÷4,0). Изобретение позволяет уменьшить энергетические затраты, повысить количественный выход и качество продуктов переработки отходов, а также снизить вредные выбросы в окружающую среду. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 пр.

Изобретение относится к устройствам для переработки твердого углеродсодержащего сырья, в том числе отходов сельскохозяйственного производства и бытовых отходов, с получением метансодержащего топливного газа. Устройство для газификации углеродсодержащего сырья включает вертикальный корпус 1 с зонами высокотемпературной, среднетемпературной и низкотемпературной газификации. В зоне 8 высокотемпературной газификации установлены плазменные горелки 9 и средства ввода газифицирующего агента 10. В зоне 6 низкотемпературной газификации размещен пакет чередующихся лопастных узлов 14, 15 и решеток 16, 17, выполненных с расположенными по кругу разными по размерам отверстиями в форме секторов или радиальных щелей с величиной их проходного сечения, постепенно увеличивающейся от зоны загрузки сырья в направлении вращения вала. Под нижней решеткой вышеуказанного пакета размещены форсунки 7 для подачи воды и катализаторов. Изобретение позволяет повысить производительность процесса газификации с одновременным обеспечением эффективности переработки углеродсодержащего сырья и увеличением выхода топливного газа. 10 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к области пиролизной очистки технологической оснастки от производственных загрязнений, содержащих органические и углеводородные вещества, образующиеся в результате технологических процессов. Техническим результатом является снижение трудоемкости очистки технологической оснастки, повышение производительности процесса переработки. Способ включает загрузку технологической оснастки в камеру термического разложения, в которой осуществляют нагрев и разложение загрязнений - пиролиз с образованием газообразных и твердых фракций и с последующей выгрузкой твердых фракций. При этом нагрев загрязнений в камере термического разложения осуществляют посредством радиационного теплообмена с источниками инфракрасного радиационного излучения. Причем спектр источников инфракрасного радиационного излучения совпадает со спектром радиационного поглощения загрязнений, при этом газообразные фракции направляют на дожигание и очистку. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение может быть использовано в угольной промышленности и лесохимическом производстве. Углевыжигательная печь включает теплоизолированную камеру пиролиза (1), сообщающуюся посредством снабженного теплоизоляцией трубопровода (30) с системой конденсации, включающей охладитель (3) и сборник конденсата (31). Охладитель (3) выполнен в виде кожухотрубчатого теплообменника, межтрубное пространство которого соединено с калориферами (42) теплоизолированной сушильной камеры (4). Углевыжигательная печь содержит топку (2), выполненную в виде последовательно соединенных газогенератора (15) и камеры сгорания (16) с горелкой дожига несконденсированных пирогазов (23) и газоход (8), снабженный шибером (11). Камера сгорания (16) дополнительно снабжена горелкой дожига отстойной части конденсата (52). Газоход (8) также снабжен редукционным клапаном (64), патрубком (35), расположенным до шибера (11) со стороны камеры сгорания (16), и через гидрозатвор (58) соединен с рекуперативным теплообменником (51). Сборник конденсата (31) выполнен в виде отстойника и соединен через патрубок (59), расположенный на его боковой стенке в средней части, с емкостью для сбора водорастворимой части конденсата (56), а через патрубок (60), расположенный на его боковой стенке в нижней части, через подогреватель (62) и насос (53) - с горелкой дожига отстойной части конденсата (52). Изобретение позволяет повысить экологическую безопасность и эффективность работы углевыжигательной печи при высоком качестве древесного угля. 1 ил.

Группа изобретений относится к переработке твердых и жидких отходов производства и потребления в термической плазме. Техническим результатом является повышение эффективности газификации отходов за счет снижения содержания примесей в отводимом пирогазе. Способ переработки твердых и жидких отходов производства и потребления в термической плазме в реакционном объеме, имеющем несколько зон, в том числе камеру газификации, зону формирования стеклоподобного шлакового компаунда и плавильную камеру, с подачей отходов в верхнюю часть реакционного объема, последующим нагреванием отходов плазменными струями электродуговых плазматронов, использующих рабочий газ, расположенных, по крайней мере, в одной из зон, с получением пирогаза и стеклоподобного шлакового компаунда, газоотводом пирогаза и сливом стеклоподобного шлакового компаунда из нижней части плавильной камеры, отличающийся тем, что процесс в зоне формирования стеклоподобного шлакового компаунда проводят таким образом, что плазменные струи, образуемые плазматронами, фокусируют с возможностью создания теплового ядра в одной области, находящейся в центре зоны формирования стеклоподобного шлакового компаунда, с образованием слоя возгонной пыли, состоящей из минеральных частиц, и расположенной между камерой газификации и зоной формирования стеклоподобного шлакового компаунда, исходные отходы направляют в область теплового ядра, а газоотвод пирогаза осуществляют сначала путем сужения потока газа с последующим его расширением до скорости осаждения возгонных пылевых микрочастиц, имеющих эффективный диаметр менее 100 мкм. 2 н. и 19 з.п. ф-лы, 2 ил., 3 табл.

Изобретение относится к области энергетики, предназначено для утилизации отходов на предприятиях аграрно-промышленного комплекса, преимущественно для сжигания пометно-подстилочной массы (ППМ), и может быть использовано для сжигания ППМ как в товарном виде, так и с добавками других видов мелкофракционных и пылевидных топлив. Техническим результатом является предотвращение подсоса холодного воздуха, предварительная подсушка ППМ и полный дожиг, что позволяет обеспечить более эффективное сжигание подстилочно-пометной массы. Способ включает аэродинамическую напорную подачу горячим воздухом ППМ в нижнюю камеру скоростного сжигания сверху вниз через топливную трубу с организацией в камере одновременно: подсушки, газогенерации и факельно-слоевого сжигания ППМ с противоточно-обращенным дутьем на беспровальной колосниковой решетке шурующей планкой, дожиг выноса коксовых остатков и продуктов газификации с деструкцией супертоксикантов в верхней камере с организацией устойчивого горения факела в диапазоне температур 800-950°C и длительностью более 2 с с турбулизацией факела и дымовых газов путем управляемой подачи горячего вторичного воздуха в нижнюю часть верхней камеры тангенциально, с организацией спиралеобразного движения продуктов горения вверх. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.
Наверх