Способ экологически чистой переработки твердых бытовых отходов на мультитопливном энергетическом комплексе и устройство для его осуществления

Авторы патента:

Ковальногов Владислав Николаевич (RU)

Генералов Дмитрий Александрович (RU)

C10J3/00 - Получение горючих газов, содержащих оксид углерода, из твердого углеродсодержащего топлива (способы деструктивной перегонки C10B)

B09B3/00 - Уничтожение твердых отходов или переработка их в нечто полезное или безвредное

Владельцы патента RU 2783213:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ульяновский государственный технический университет" (RU)

Группа изобретений относится к методам переработки твердых бытовых и промышленных отходов. Способ экологически чистой переработки твердых бытовых отходов на мультитопливном энергетическом комплексе включает переработку органических отходов с получением биогаза и гумуса, переработку расплавленного шлака в теплоизоляционные материалы. Прием твердых бытовых отходов на мультитопливный энергетический комплекс производят раздельно на площадке для приема и подготовки органических и неорганических отходов. Неорганические отходы после измельчения перерабатывают на установке плазменно-химической переработки, а полученное топливо, биогаз и синтез-газ используют на тепловой электрической станции для получения тепловой и электрической энергии. Устройство переработки твердых бытовых отходов включает установку по переработке органики, установку плазменно-химической переработки, установку по переработке расплавленного шлака, блок очистки биогаза, блок переработки СО₂, блок получения углекислоты и блок каталитической переработки. Устройство снабжено газгольдером для аккумулирования метано-водородного топлива и газгольдером для аккумулирования низкокалорийного топлива, газораспределительным пунктом электростанции, блоком очистки и разделения синтез газа и блоком подготовки топлива. При этом выходы блока очистки и разделения синтез газа и газораспределительного пункта электростанции связаны с входом блока подготовки топлива, выход которого связан с газгольдером для аккумулирования метано-водородного топлива, а выходы газгольдера для аккумулирования низкокалорийного топлива, газгольдера для аккумулирования метано-водородного топлива и газораспределительного пункта электростанции связаны со входом тепловой электростанции. Технический результат заключается в переводе части энергетического оборудования традиционных тепловых электростанций на комбинированное сжигание топлива, использование возобновляемых источников энергии на тепловой электростанции, снижение вредных выбросов в атмосферу. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Группа изобретений относится к методам переработки твердых бытовых и промышленных отходов.

Известен способ переработки твердых бытовых и промышленных отходов, включающий стадии предварительной сортировки отходов на органические и неорганические, пиролизную переработку неорганических отходов и переработку органических отходов с получением биогаза и гумуса. Полученный на пиролизной установке пирогаз подвергают плазменно-химической переработке с получением синтез-газа и расплавленного шлака, при этом синтез-газ используют для получения энергии и топлива, а расплавленный шлак перерабатывают в теплоизоляционные материалы, кроме того, полученный в результате обработки органических отходов биогаз используют для получения углекислоты и метана, который используют для получения энергии и топлива [1].

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, принятого за прототип, относится то, что известный способ не предусматривает раздельный сбор мусора на органический и неорганический вне завода, что значительно увеличивает площадь и трудозатраты. Неорганические отходы поступают сначала на пиролизную переработку, что усложняет и процесс переработки и увеличивает время цикла.

Известна установка для переработки твердых бытовых и промышленных отходов, включающая завод по сортировке твердых бытовых и промышленных отходов, пиролизную установку, установку по переработке органики, установку плазменно-химической переработки, установку по переработке расплавленного шлака, блок очистки биогаза, блок получения синтез-газа, блок переработки углекислого газа, блок получения углекислоты, блок генерации энергии и блок каталитической переработки, при этом завод по сортировке твердых бытовых отходов по выходу продукции связан с пиролизной установкой и с установкой по переработке органики, а выход пиролизной установки связан со входом установки плазменно-химической переработки, выходы которой связаны со входами установки по переработке расплавленного шлака, блока генерации энергии и блока каталитической переработки, а выход установки по переработке органики связан со входом блока очистки биогаза, выход которого связан со входом блока переработки углекислого газа, выходы которого связаны со входами блока получения углекислоты, блока получения синтез-газа и блока генерации энергии [1].

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, принятого за прототип, относится то, что известное устройство не позволяет подготавливать метано-водородное топливо, аккумулировать метано-водородное топливо в газгольдере и применять метано-водородное топливо на тепловых электростанциях до и выше 50 МВт, также устройство не позволяет аккумулировать в газгольдере низкокалорийное топливо (биогаз), полученное из органических отходов и сжигать комбинированно с другими видами топлива на тепловых электростанциях до и выше 50 МВт.

Сущность изобретения заключается в использовании блока смешивания топлива, предназначенного для подготовки метано-водородного топлива и последующего его аккумулирования в газгольдере, откуда метано-водородное топливо будет поступать на тепловую электростанцию для комбинированного сжигания топлив в модернизированном энергетическом оборудовании (энергетический котел, водогрейный котел, газотурбинная установка, котел утилизатор); газгольдера для аккумулирования низкокалорийного топлива (биогаз) откуда низкокалорийное топливо (биогаз) будет поступать на тепловую электростанцию для комбинированного сжигания топлив в модернизированном энергетическом оборудовании (энергетический котел, водогрейный котел, газотурбинная установка, котел утилизатор).

Технический результат - перевод части энергетического оборудования «традиционных» тепловых электростанций на комбинированное сжигание топлива; использование возобновляемых источников энергии на тепловой электростанции; повышение КПД тепловой электростанции; снижение вредных выбросов в атмосферу.

Указанный единый технический результат при осуществлении группы изобретений по объекту - способу достигается тем, что способ экологически чистой переработки твердых бытовых отходов на мультитопливном энергетическом комплексе включает стадию переработки органических отходов с получением биогаза и гумуса, полученный в результате обработки органических отходов биогаз используют для получения углекислоты и метана, который используют для получения энергии, синтез-газ используют для получения энергии и топлива, а расплавленный шлак перерабатывают в теплоизоляционные материалы.

Особенность заключается в том, что прием твердых бытовых отходов на мультитопливный энергетический комплекс производится раздельно на площадке для приема и подготовки органических и неорганических отходов, неорганические отходы, после измельчения, перерабатываются на установке плазменно-химической переработки, кроме того полученное топливо, биогаз и синтез-газ, используется на тепловой электрической станции для получения тепловой и электрической энергии.

Указанный единый технический результат при осуществлении группы изобретений по объекту - устройство достигается тем, что устройство экологически чистой переработки твердых бытовых отходов на мультитопливном энергетическом комплексе включает установку по переработке органики, установку плазменно-химической переработки, установку по переработке расплавленного шлака, блок очистки биогаза, блок переработки CO₂, блок получения углекислоты, блок каталитической переработки.

Особенность заключается в том, что биогаз поступает в газгольдер для аккумулирования низкокалорийного топлива, откуда он будет подаваться на тепловую электростанцию; блок очистки и разделения синтез газа производит водород, который поступает в блок подготовки топлива, кроме этого в блок подготовки топлива поступает метан (природный газ) от газораспределительного пункта электростанции. Подготовленное топливо поступает в газгольдер для аккумулирования метано-водородного топлива, откуда оно будет подаваться на тепловую электростанцию; тепловая электростанция является мультитопливной, на которую топливо поступает от газгольдера для аккумулирования низкокалорийного топлива, газгольдера для аккумулирования метано-водородного топлива и газораспределительного пункта электростанции.

Сущность группы изобретений поясняется чертежом, на котором представлена схема устройства, реализующая заявленный способ.

Способ осуществляется с помощью устройства, включающего: площадку 1 для приема и подготовки органических и неорганических отходов; установку 2 плазменно-химической переработки; блок 3 очистки и разделения синтез-газа; блок 4 подготовки топлива; газораспределительный пункт 5 электростанции; газгольдер 6 для аккумулирования метано-водородного топлива; тепловую электростанцию 7; блок 8 каталитической переработки; установку 9 по переработке расплавленного шлака; установку 10 по переработке органики; блок 11 очистки биогаза; блок 12 переработки СО₂; блок 13 получения углекислоты; газгольдер 14 для аккумулирования низкокалорийного топлива.

Выходы блока 3 очистки и разделения синтез газа и газораспределительного пункта 5 электростанции связаны с входом блока 4 подготовки топлива. Выход блока 4 подготовки топлива связан с газгольдером 6 для аккумулирования метано-водородного топлива. Выходы газгольдера 14 для аккумулирования низкокалорийного топлива, газгольдера 6 для аккумулирования метано-водородного топлива и газораспределительного пункта 5 электростанции связаны со входом тепловой электростанции 7.

Заявленная группа изобретений реализуется следующим образом.

На площадку 1 для приема и подготовки органических и неорганических отходов поступают органические и неорганические отходы III, IV, V класса опасности. После сортировки на площадке 1 для приема и подготовки органических и неорганических отходов неорганические (горючие) отходы после измельчения (до 3-5 мм) подают на установку 2 плазменно-химической переработки работающей в диапазоне температур 2500-5500°С, гарантируя практически полное преобразование исходного сырья в синтетический газ (далее синтез-газ). В блоке 3 очистки и разделения синтез-газа, синтез-газ направляется в скруббер Вентури, а затем в колонну для охлаждения, очистки от пыли, хлор водорода и других примесей. Очищенный синтез-газ выходит через оросительную колонну и направляется на мокрый электрофильтр для более тонкой очистки. Из блока 3 очистки и разделения синтез-газа выходит два потока, по первому выходит водород с чистотой не менее 98% и поступает в блок 4 подготовки топлива, в который также поступает природный газ от газораспределительного пункта 5 электростанции, для образования метано-водородного топлива с содержанием водорода в диапазоне 15-20% от общего объема, по второму потоку выходит синтез-газ который поступает в блок 8 каталитической переработки для получения этанола. Метано-водородное топливо из блока 4 подготовки топлива поступает в газгольдер для аккумулирования метано-водородного топлива 6 под высоким давлением. Из газгольдера 6 для аккумулирования метано-водородного топлива топливо поступает на тепловую электростанцию 7 для комбинированного сжигания топлив в модернизированном энергетическом оборудовании (энергетический котел, водогрейный котел, газотурбинная установка, котел утилизатор) и получения электроэнергии и тепловой энергии. Конечным продуктом плазменно-химической установки 2 будет нейтральный расплавленный шлак, который поступает на установку 9 по переработке расплавленного шлака. По своему химическому составу расплавленный шлак близок к природному базальту, из которого изготавливают теплоизоляционные материалы с использованием громоздкого оборудования.

Органические отходы в количестве до 30% от общей массы поступившей на площадку 1 для приема и подготовки органических и неорганических отходов направляют на установку 10 по переработке органики. Органика поступает в шаровую водяную мельницу, вода на которую подается из фекальной емкости. В дальнейшем материал в виде измельченной пульпы нагревается до температуры 70-90°С через теплообменники сетевой водой, поступающей от тепловой электростанции 7. Горячая пульпа поступает в биогазогенератор, где идет процесс брожения при температуре 54-55°С с выделением газа метана и с удалением избытка воды и осаждением ила. Ил поступает в черводню, кассеты которой размещены в отапливаемом от тепловой электростанции 7 помещении. Кассеты заправляются коробами с червем, который перерабатывает весь ил в коробе, после чего его частично отбирают, сушат и упаковывают на реализацию на комбикормовые заводы. Ил, превращенный в биогумус, подсушивают и направляют на реализацию как биологическое удобрение.

Биогаз после установки 10 по переработке органики поступает в блок 11 очистки биогаза, где главным образом его очищают от сероводорода и аммиака. Далее биогаз с содержанием метана до 55-60%) поступает в блок 12 переработки СО₂, отделившийся диоксид углерода поступает в блок получения углекислоты 13, где диоксид углерода подготавливают для нужд химической промышленности, металлургии и сельского хозяйства в виде технической углекислоты. Биогаз с содержанием метана 70-98% поступает в газгольдер 14 для аккумулирования низкокалорийного топлива. Из газгольдера 14 для аккумулирования низкокалорийного топлива топливо поступает на тепловую электростанцию 7 для комбинированного сжигания топлив в модернизированном энергетическом оборудовании (энергетический котел, водогрейный котел, газотурбинная установка, котел утилизатор) и получения электроэнергии и тепловой энергии. Таким образом, тепловая электростанция 7 является мультитопливной с возможностью использования топлива полученного из возобновляемых источников энергии.

Литература

1. Патент РФ на полезную модель №2570331, опубл. 10.12.2015.

1. Способ экологически чистой переработки твердых бытовых отходов на мультитопливном энергетическом комплексе, включающий переработку органических отходов с получением биогаза и гумуса, переработку расплавленного шлака в теплоизоляционные материалы, отличающийся тем, что прием твердых бытовых отходов на мультитопливный энергетический комплекс производят раздельно на площадке для приема и подготовки органических и неорганических отходов, неорганические отходы после измельчения перерабатывают на установке плазменно-химической переработки, а полученное топливо, биогаз и синтез-газ используют на тепловой электрической станции для получения тепловой и электрической энергии.

2. Устройство экологически чистой переработки твердых бытовых отходов на мультитопливном энергетическом комплексе, включающее установку по переработке органики, установку плазменно-химической переработки, установку по переработке расплавленного шлака, блок очистки биогаза, блок переработки СО₂, блок получения углекислоты, блок каталитической переработки, отличающееся тем, что оно снабжено газгольдером для аккумулирования метано-водородного топлива и газгольдером для аккумулирования низкокалорийного топлива, газораспределительным пунктом электростанции, блоком очистки и разделения синтез газа и блоком подготовки топлива, при этом выходы блока очистки и разделения синтез газа и газораспределительного пункта электростанции связаны с входом блока подготовки топлива, выход которого связан с газгольдером для аккумулирования метано-водородного топлива, а выходы газгольдера для аккумулирования низкокалорийного топлива, газгольдера для аккумулирования метано-водородного топлива и газораспределительного пункта электростанции связаны со входом тепловой электростанции.

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Способ получения молекулярного водорода, монооксида углерода и углеродсодержащего продукта включает обеспечение молекулярного водорода и молекулярного кислорода, нагрев слоя углеродсодержащего материала до температуры более 800°С за счет реакции молекулярного водорода с молекулярным кислородом, отвод образовавшегося синтез-газа, содержащего молекулярный водород и монооксид углерода.

Устройство дополнительной обработки и способ дополнительной обработки по меньшей мере газов после процесса газификации в псевдоожиженном слое, а также логический блок и его применение // 2769442

Изобретение относится к устройству и способу дополнительной обработки по меньшей мере газов после процесса газификации в псевдоожиженном слое, в частности после высокотемпературного газогенератора Винклера. Устройство дополнительной обработки по меньшей мере газов после процесса газификации в псевдоожиженном слое, в частности после высокотемпературного газогенератора Винклера (HTW газогенератора) процесса газификации в псевдоожиженном слое под давлением, содержит блок сепарации твердых частиц, который может быть расположен после процесса газификации в псевдоожиженном слое и перед охладителем газа и который может быть использован для дополнительной обработки газов; при этом устройство дополнительной обработки содержит блок промежуточного охлаждения, который может быть расположен после процесса газификации в псевдоожиженном слое и перед блоком сепарации твердых частиц, содержащий возвратную линию для водяного пара газификации, которая выполнена с возможностью быть соединенной с процессом газификации в псевдоожиженном слое, причем блок сепарации твердых частиц выполнен в виде блока циклонного свечного фильтра.

Способ газификации углеродсодержащего сырья и устройство для его осуществления // 2744602

Изобретение относится к области газификации углеродсодержащего сырья и может быть использовано в химической, нефтехимической, коксогазовой, энергетической и других смежных отраслях промышленности, преимущественно для переработки углеродсодержащего сырья с получением энергетических и технологических газов, получения синтез-газа путем парциального окисления потока, содержащего углерод.

Газогенератор // 2743473

Изобретение относится к области переработки твердого топлива, в частности, к газогенераторам. Газогенератор содержит корпус, расположенный вертикально, размещенную в корпусе с образованием зазора внутреннюю рабочую камеру, в которой происходит процесс газификации, газоотводный патрубок, фурменный пояс с фурмами для подачи окислителя в рабочую камеру, расположенную внизу корпуса зольную камеру, загрузочное устройство.

Комплекс для переработки твердых органических отходов // 2741004

Изобретение раскрывает комплекс для переработки твердых органических отходов деревообрабатывающей промышленности посредством их паровой плазменной газификации с получением синтез-газа, включающий блок предварительной подготовки и подачи сырья, блок плазменной обработки, блок теплообменного оборудования, блоки генерации тепловой и электрической энергии, блок управления, характеризующийся тем, что блок предварительной подготовки и подачи сырья содержит устройства для предварительной осушки, измельчения и дозированной подачи сырья с размером частиц 10-20 мм, блок плазменной обработки содержит плазменный реактор газификации сырья, в котором имеется электрохимический источник высокотемпературной плазмы и реакционная зона для проведения химической реакции образования синтез-газа при температуре 1600-2000°С, блок теплообменного оборудования содержит колонну, обеспечивающую охлаждение синтез-газа за счет контактного теплообмена с теплоносителем, и систему теплообменников рекуперации тепла для осуществления возможности осушки сырья в блоке предварительной подготовки и подачи сырья, блок подготовки синтез-газа содержит сепаратор для отделения конденсированного шлака, смолы, растворов оксидов щелочных металлов и части кислотных газов от образованного синтез-газа, а также узел фильтров, обеспечивающих очистку и осушку синтез-газа, блок генерации тепловой энергии включает работающие на синтез-газе газовые котлы, блок генерации электроэнергии включает работающие на синтез-газе поршневые и/или турбинные электрогенераторы, а блок управления выполнен с возможностью автоматизированного управления алгоритмами запуска, вывода на режим, регулирования, выключения комплекса, а также противопожарного и экологического мониторинга.

Способ получения синтез-газа // 2732808

Изобретение относится к области получения синтез-газа путем термохимической переработки комбинированного сырья, состоящего из растительного сырья и тяжелого углеводородного сырья, и может быть использовано в промышленности (энергетике, нефтехимии) для производства целевых продуктов синтеза. Проводят нагрев воды с введенными в нее в количестве 0,25-2,0 мг/л примесями до температуры 80-100°С.

Способ пиролиза гранулированной биомассы в автотермальном режиме // 2732411

Изобретение относится к способам термической обработки различных видов биомассы, в частности гранулированной биомассы - отходов сельского хозяйства, лесозаготовки, деревообработки. Способ включает: после активизации экзотермической реакции в результате терморазложения гемицеллюлозы подача греющего теплоносителя в реактор прекращается, а разогрев и пиролиз свежих порций биомассы происходит за счет тепла экзотермических реакций, переносимого от нижних разогретых слоев к верхним слоям загружаемой гранулированной биомассы пиролизными газами и водяным паром, поднимающимся из секции охлаждения, благодаря чему устанавливается автотермальный режим.

Способ и установка для газификации углеродосодержащего сырья // 2731637

Изобретение относится к установке и способу газификации твердых видов углеродосодержащего топлива. Установка включает реактор, содержащий внешние и внутренние стенки, в пространстве между которыми расположен газопроницаемый огнеупорный материал, при этом внутренние стенки образуют расширяющуюся книзу шахту, загрузочное устройство, установленное в верхней части шахты, и разгрузочное устройство, установленное в нижней части шахты.

Способ термической деструкции сыпучей органики в вертикальном реакторе газификации // 2725434

Изобретение относится к способу термической деструкции органических веществ и отходов. Способ включает подачу сырья с размером фракции 1-30 мм шнековым транспортером, снабженным частотным приводом, в вертикальную камеру подачи сырья, включающую ротор с лопатками, перемещение сырья снизу вверх через камеру, разогретую до 900-950 ºС, в которой сырье распадается на кокс и газовую составляющую, перемещение самотеком кокса сверху вниз по накопителю, соединенному с верхней частью камеры подачи сырья, в шнековый спиральный транспортер, оборудованный водяной рубашкой, перемещение кокса по транспортеру снизу вверх под наклоном 28-32º к горизонтали и одновременное охлаждение, выгрузку охлажденного кокса в накопительный бункер, выведение газовой составляющей из верхней части камеры посредством патрубка вниз обратно в зону вторичного нагрева камеры горения, повторное воздействие на газы температурой 930-980 ºС в течение 1,5 секунд и выведение газов из нижней части патрубка в систему дальнейшей обработки перед использованием.

Автоматизированный энерготехнологический комплекс по глубокой переработке и утилизации несортированных твердых бытовых и промышленных отходов // 2724171

Изобретение относится к области переработки твердых бытовых и промышленных отходов (ТБПО) текущего поступления в высокотемпературных печах шахтного типа. Техническим результатом является повышение эффективности, расширение функциональных возможностей.

Способ переработки твердых бытовых отходов во вторичное сырье // 2783180

Изобретение относится к области экологии и может быть использовано для переработки, сортировки и дезинфекции твердых бытовых отходов, в том числе и в комплексной переработке захоронений твердых бытовых отходов. Способ переработки твердых бытовых отходов во вторичное сырье включает измельчение отходов, сушку и дальнейшую прессовку.