Способ переработки отходов, содержащих органические вещества, тяжелые металлы и их окислы, и устройство для его осуществления

 

Использование: технология переработки промышленных и бытовых отходов. Сущность: способ переработки отходов, содержащих органические вещества, осуществляют путем пиролиза в обогреваемой камере под слоями зернистого материала, древесных опилок, аморфного графита и факелом, дроблении твердого остатка пиролиза, просева, магнитной сепарации, при этом перед пиролизом отходы сортируют, а после дробления твердого остатка пиролиза мелкую фракцию, содержащую окислы металлов, смешивают с частицами алюминия, и смесь подогревают в процессе пиролиза до температуры начала алюмотермии в слое огнеупорных частиц, причем дожигание горючих газов осуществляют в слое зернистого материала путем подвода в его верхнюю часть воздуха и образования в ней кипящего слоя. Мелкую фракцию и алюминиевые частицы смешивают со стальным порошком, выделенным из отходов абразивной обработки стали. В атмосферный гарфит дополнительно вводят окислы металлов, выделенные из отходов. Слой огнеупорных частиц формируют из атмосферного графита в смеси с окислами металла либо с окислами металлов и стальным порошком, выделенным из отходов абразивной обработки стали. Предложенное устройство снабжено песочными затворами, охватывающими верхнее и нижнее основания вертикальной трубы, причем дисперсный клапан погружен в верхний песочный затвор и содержит патрубок для подвода газа в слой дисперсного клапана, а нижний песочный затвор соединен с емкостью для сбора жидкости, в том числе жидкого металла. Кроме того, внутри трубы размещена съемная решетка со слоем огнеупорных частиц, патрубком для отвода топочных газов в теплообменник. Верхняя и нижняя части трубы, погруженные в слои песочных затворов, выполнены с двойной стенкой для отвода газов, причем нижний песочный затвор снабжен перфорированным днищем и коллектором под этим днищем, а двойная стенка верхнего затвора снабжена патрубком с вентилем. 2 с. и 12 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к технике переработки промышленных и бытовых отходов и может найти применение в металлургии, промышленной таплоэнергетике, химической и других отраслях промышленности.

Известны способы переработки отходов, содержащих металлы и органические веществ, например способы переработки аккумуляторного лома вместе с коксом в шахтных печах с продувкой кислородом или воздухом, напоминающие доменный процесс, (Вторичные материальные ресурсы цветной металлургии Справочник М. Экономика, 1984, с. 90 92, с. 117: проспект ВДНХ СССР "Кислородно-электротермический способ переработки аккумуляторного лома "КЭПАЛ". ЦНИИ экономики и информации цветной металлургии, 1979).

Отличие этих способов друг от друга заключается лишь в подготовке отходов к отжигу в шахтной печи, которая в общем случае включает дробление, грохочение, гидросепарацию либо ручное удаление органики из отходов, сушку, агломерацию пыли с последующим направлением агломератов в печь отжигалибо переработку отходов в шахтной печи безо всякой предварительной подготовки.

Недостатки этих способов образование значительного количества газов и пыли, образующийся при подаче воздуха и сжигании органики вместе с коксом, сложность оборудования термообработки и подготовки отходов, очистки газов и агломерации пыли.

Вместе с тем при обработке бытовых отходов по способу по авт. свид. СССР N 1791672, кл. F 23 G 5/027, 1990, было обнаружено, что этот способ оказался универсальным по отношению ко всем отходам, содержащим органические вещества, так как в них попадали и свинцовые аккумуляторы, и гальванические элементы, и алюминиевый кабель, и дюралюминиевые баллончики аэрозолей, и консервные банки, и хромсодержащие отходы кожевенного производства, и даже ванадийсодержащие отходы тепловых электростанций. Этот способ переработки отходов, содержащих органические вещества, в том числе тяжелые металлы и их окислы (прототип), заключается в пиролизе отходов в обогреваемой камере под солями зернистого материала, древесных опилок, частиц стали, аморфного графита и факелом, дроблении твердого остатка пиролиза, просева, магнитной сепарации.

Хлор и пары серной кислоты, проходя через слой частиц стали, улавливались и образовали соответственно FeCl₃ и Fe₂(SO₄)₃. После дробления, просева твердого остатка пиролиза и магнитной сепарации прежде всего извлекались слитки свинца, алюминия, цинковые гранулы, медные и латунные детали. При обследовании остатков аккумуляторного лома, попавшего в бытовые отходы, подвергнутые пиролизу под слоем зернистого материала, было обнаружено, что от него остались лишь слитки свинца и спеки кокса с частично восстановленной окисью свинца. Было также обнаружено, что при температуре около 850 900^oC окись свинца стекла в нижнюю часть капсулы. Но если при этом туда же стекал жидкий алюминий, то начиналась алюмотермическая реакция восстановления свинца с подъемом температуры свыше 3000^oC, при которой происходило расплавление металла капсулы (обогреваемой камеры).

Таким образом, недостаток способа заключается в том, что в случае смеси различных отходов, содержащихся в бытовом мусоре, а именно свинцовых аккумуляторов, гальванических батарей, окисленных отходов шлифования, хромсодержащих и содержащих окислы ванадия отходов, происходит взаимодействие расплавленного алюминия (при переплавке баллончиков и консервных банок) с расплавленной окисью свинца, с окисью хрома, двуокисью марганца, с окисленным стальным порошком, т.е. осуществляется неуправляемая алюмотермическая реакция с расплавлением капсулы. Кроме того, до загорания факела возможно насыщение слоя зернистого материала жидкостями, например водой и смолой, с потерей его сыпучести и образованием в нем каналов, разгерметизирующих камеру.

Наиболее близким к изобретения по технической сущности и достигаемому результату является устройство для реализации способа переработки отходов, содержащих органические вещества, включающее камеру в виде вертикальной трубы с дисперсным клапаном и патрубком для отвода горючих газов, печь, охватывающую камеру, теплообменник вокруг части трубы с подводом в него нагретых газов, выделяющихся в ходе пиролиза (авт. свид. СССР N 1791672, кл. F 23 G 5/027, 5/10, 1990 г).

Недостаток устройства состоит в том, что при переработке отсортированных отходов уже практически невозможно создать гидравлический затвор непосредственно из этих отходов, а также в неэффективности сжигания газообразных продуктов пиролиза и утилизации тепла вследствие их неполного сгорания, возможности пробоя слоя дисперсного клапана паро-газовыми струями при его насыщении жидкостями, выделяющимися в процессе пиролиза, кроме того, конструктивно не решена проблема эффективной разгрузки камеры при восстановлении и спекании металлов, содержащихся в твердом остатке высокотемпературного пиролиза.

Технический результат повышение эффективности переработки отходов, содержащих органические вещества, в том числе тяжелые металлы и их окислы.

Технический результат достигается в способе переработки отходов, содержащих органические вещества, в том числе тяжелые маталлы и их окислы, путем пиролиза в обогреваемой камере под слоями зернистого материала, древесных опилок, частиц стали, аморфного графита и факелом, дроблении твердого остатка пиролиза, просева, магнитной сепарации, отличающемся тем, что перед пиролизом отходы сортируют, а после дробления твердого остатка пиролиза мелкую фракцию, содержащую окислы металлов, смешивают с частицами алюминия и смесь подогревают в процессе пиролиза до температуры начала алюмотермии в слое огнеупорных частиц, причем дожигание горючих газов осуществляют в слое зернистого материала путем подвода в его верхнюю часть воздуха и образования в ней кипящего слоя.

Кроме того, после сортировки в качестве отходов используют аккумуляторный лом.

Кроме того, в качестве отходов используют гальванические элементы.

Кроме того, перерабатывают хромсодержащие отходы кожевенного производства.

Кроме того, переработке подвергают ванадийсодержащие отходы топок для сжигания мазута.

Кроме того, переработке подвергают маслосодержащие отходы абразивной обработки стали.

Кроме того, частицы алюминия получают путем дробления в шаровой мельнице твердого остатка пиролиза и переплава алюминийсодержащих бытовых отходов.

Кроме того, мелкую фракцию и алюминиевые частицы смешивают со стальным порошком, выделенным из отходов абразивной обработки стали.

Кроме того, в аморфный графит дополнительно вводят окислы металлов, выделенные из отходов.

Кроме того, слой огнеупорных частиц формируют из аморфного графита в смеси с окислами металла.

Кроме того, слой огнеупорных частиц формируют из аморфного графита в смеси с окислами металлов и стальным порошком, выделенным из отходов абразивной обработки стали.

Устройство для реализации способа переработки отходов, содержащих органические вещества, в том числе тяжелые металлы и их окислы, включающее камеру в виде вертикальной трубы с дисперсным клапаном и патрубком для отвода горючих газов, печь, охватывающую трубу, теплообменник вокруг части трубы с подводом в него нагретых газов, снабжено песочными затворами, охватывающими верхнее и нижнее основания вертикальной трубы, причем дисперсный клапан погружен в верхний песочный затвор и содержит патрубок для подвода газа в слой дисперсного клапана, а нижний песочный затвор соединен с емкостью для сбора жидкости, в том числе жидкого металла, кроме того, внутри трубы размещена съемная решетка со слоем огнеупорных частиц.

Кроме того, устройство снабжено патрубком для отвода топочных газов в теплообменник с возможностью перемещения его выходного отверстия по трем координата с песочными затворами, формируемыми после установки патрубка в заданном положении.

Кроме того, верхняя и нижняя части трубы, погруженные в слои песочных затворов, выполнены с двойной стенкой для отвода газов, причем нижний песочный затвор снабжен перфорированным днищем и коллектором под этим днищем, а двойная стенка верхнего затвора снабжена патрубком с вентилем.

Осуществление нового способа обеспечивает восстановление металлов за счет экзотермической реакции в смеси алюминия с окислами тяжелых металлов и эндотермической реакции в оболочке из смеси окислов металла с углеродом, охватывающей экзотермическую смесь. При этом осуществляют утилизацию тепла как в процессе эндотермической реакции, так и в процессе пиролиза отходов, содержащих органические вещества, в том числе при конденсации паров металла на отходах, и получается конечный продукт в виде слитков металла и ферросплавов.

Очевидно, что чем выше температура в камере сгорания горючих газов при оптимальной подаче в нее воздуха, тем выше полнота их сгорания и выше температура дисперсного клапана, что и обеспечивается сжиганием газообразных продуктов пиролиза в слое зернистого материала дисперсного клапана с формированием кипящего слоя над плотным слоем, размещенным над газораспределительной решеткой.

Таким образом, под повышением эффективности переработки подразумеваются повышение интенсивности процесса пиролиза и восстановления металла, содержащегося в твердом остатке пиролиза, аморфным графитом и алюминиевыми гранулами за счет проведения встречных и экзо- и эндотермических реакций (в том числе и пиролиза) с утилизацией тепла, исключение насыщения жидкостями слоя дисперсного клапана до появления факела. В противном случае пришлось бы механически разрыхлять этот слой, разрушая в нем каналы, либо осуществлять его специальный подогрев, вплоть до восстановления его сыпучести. За счет теплоизоляции зоны экзотермической реакции слоем огнеупорных частиц тепловой поток направлен в зону пиролиза с максимальными поглощением тепла и температурным напором.

На фиг. 1 изображено устройство для реализации способа переработки отходов, содержащих органические вещества; на фиг. 2 схема формирования прослойки из эндотермической смеси окисленных металлов с аморфным графитом вокруг слоя с экзотермической смесью окислов металлов с частицами алюминия.

Устройство содержит вертикальную камеру 1 в виде трубы, охваченную печью 2 с верхним песочным затвором 3 и дисперсным клапаном 4, погруженным в песочный затвор 3 кольцевой обечайкой 5, охватывающей трубу 1 с зазором, с нижним песочным затвором 6, в который она вставлена обечайкой 7, охватывающей трубу 1 с зазором; песочный затвор 6 охватывает емкость для сбора жидкости 8. Труба 1 под песочным затвором 3 охвачена камерой 9 для утилизации тепла отводимых газов с патрубками 10 и 11 их подвода и отвода. Внутри трубы 1 размещена съемная решетка 12. Дисперсный клапан 4, установленный на трубе 1, содержит корпус 13 с газораспределительной решеткой 14, коллектором 15, патрубком для подвода воздуха (газа) 16, перфорированные трубки 17, соединенные с коллектором 15. В корпусе 13 дисперсного клапана 4 размещен слой зернистого материала 18. Дисперсный клапан 4 снабжен специальным сборным патрубком 19 для отвода газов в камеру 9, содержащим патрубок 20, колпак 21 с патрубком 22, песочный затвор 23, патрубок 24, и перегородкой 25 с отверстием, в которое входит патрубок 22, песочный затвор 26, коллектор 27 с корпусом 28, решеткой 29, песочным затвором 30, соединенный с патрубком 10, с герметизацией песочным затвором 31. Обечайка 5 снабжена патрубком с вентилем 32 для отвода пара и газа. Песочные затворы 3 и 6 содержат съемные обечайки 33 и 34. Песочный затвор 6 содержит газораспределительную решетку 35, коллектор 36, патрубок 37 и вентиль. Внутри трубы на решетке 12 размещен слой огнеупорных гранул 38, а в нем экзотермическая смесь окислов с частицами алюминия 39, а над этим слоем загружены обрабатываемый материал 40 (например, аккумуляторы) и смесь окислов металла с аморфным графитом 41. Труба 1 удаляется из печи с помощью захватов 42.

Устройство работает следующим образом.

В трубе 1 на решетке 12 формируют слой огнеупорных гранул, выполненных из огнеупорной глины. В пакет из полиэтилена загружается смесь окиси свинца и алюминиевых гранул и устанавливается по центру трубы 1 на слое огнеупорных гранул 38. Далее мешок с экзотермической смесью 39 засыпается огнеупорными гранулами. Размер гранул таков, что через их слой свободно протекает жидкий металл. На этот слой загружаются отработанные аккумуляторы 40, а зазор между стенкой трубы 1 и аккумуляторами 40 заполняется смесью аморфного графита и окиси свинца, являющейся, в частности, промежуточным теплоносителем 41. Труба с помощью захватов 42 вставляется в нагретую печь 2, опираясь обечайкой 7 на решетку 35. После этого на трубу устанавливается дисперсный клапан 4 и между обечайками 33, 34 и 5, 7 засыпается дисперсный материал, образуя песочные затворы 3 и 6. Вентили 32 и 38 пори этом открыты. После формирования песочных затворов 3 и 6 и удаления водяного пара вентили 32 и 38 перекрываются, корпус 28 устанавливается на патрубке 10 (для устойчивости корпуса 28 патрубок 10 выполнен прямоугольным или в виде двух параллельных труб). Формируется песочный затвор 31. Как только над патрубком 20 появляется дым и пожигается факел, через патрубок 5 в коллектор 15, перфорированные трубки 17 подается сжатый воздух. После этого на решетке 29 устанавливают корпус 24, патрубок 20 с факелом перекрывают колпаком 21, введя при этом патрубок 22 в отверстие перегородки 25. Затем формируется песчаный затвор 30. При этом горение горючих газов продолжается под колпаком 21, а по мере прогрева слоя дисперсного материала (известняка) распространяется внутрь слоя. Расход воздуха устанавливается такой, чтобы обеспечить создание кипящего слоя над трубками 17, в то время как плотный слой дисперсного материала, лежащий под трубами 17 на решетке 14, препятствует попаданию воздуха внутрь корпуса 1, но пропускает восходящий поток газообразных продуктов пиролиза. Изменением количества подаваемого воздуха достигалось регулирование температуры отводимых газов. При необходимости часть газов можно отводить через патрубок с вентилем 32.

В ходе пиролиза образующиеся газы отводятся как вверх, так и вниз, через решетку 35, коллектор 36, песочный затвор 6, являющийся, таким образом, и дисперсным клапаном, что препятствует подъему давления внутри трубы 1. По мере пиролиза, в частности, аккумуляторов происходили разложение органики, уменьшение объема отходов, расплавление свинца, который стекал в емкость 8.

Раскаленные газы, вращаясь вихрем вокруг трубы в камере 9, предварительно подогревали обрабатываемый материал. Выделяющийся серный ангидрид, образующийся при распаде: Pb 30 PbO + 30, связывается известняком, образуя гипс. При нагревании PbO при температуре 530-550^oC образуется PbO, которая плавится при температуре 886^oC. Выделяющийся кислород взаимодействует с углеродом и органикой, дополнительно повышая температуру внутри трубы 1. К моменту достижения температуры плавления окиси свинца 886^oC алюминиевые частицы расплавляются и находятся в оболочке из окиси свинца. Первой достигает температуры 886^oC часть слоя 39, находящаяся ближе к центру печи. В этот момент расплавленная окись свинца начинает взаимодействовать с расплавленным алюминием. Температура достигает нескольких тысяч градусов, при этом идет частичное оплавление огнеупорных гранул. Одновременно идет восстановление свинца углеродом, сопровождающееся поглощением тепла. Наличие аморфного графита препятствует стеканию окиси свинца, но при этом образуются капельки свинца. Окись свинца, находящаяся внутри аккумуляторов, частично восстанавливается и спекается с аморфным графитом. После прекращения горения факела корпус 28 удаляется, труба 1 с помощью захватов 42 выводится из печи 2 и устанавливается на слое песка для охлаждения.

После охлаждения трубы 1 клапан 4 снимается, обечайка 33 удаляется, а песок осыпается. Труба переворачивается, и ее содержимое выгружается на грохот с ячейками 10-15 мм, через которые проваливаются огнеупорные гранулы. Песочный затвор с емкостью 8, наполненной свинцом, удаляются, а на них место устанавливается другой песочный затвор.

Следует заметить, что в начальный период разогрева отходов, когда факел то загорается, то гаснет из-за избытка водяного пара, в результате чего выделяется значительное количество дымовых газов, смешанных с паром, возможно подключение патрубка 16 к источнику природного газа, и тогда при поджигании смеси последнего с паром и дымовыми газами осуществляются бездымное горение факела и разогрев слоя дисперсного клапана 4. Подача природного газа прекращается, когда достигается устойчивое горение факела. В этот момент патрубок 16 подключается к источнику сжатого воздуха.

В данном устройстве перерабатываются также алюминийсодержащие бытовые отходы с отводом жидкого алюминия в емкостью 8 при отсутствии угара алюминия, маслосодержащие отходы шлифования, ванадийсодержащие остатки мазута с отводом до 75% масла и мазута (в от их исходного содержания) в емкость 8.

При переработке, например, гальванических отходов возможен вариант проведения алюмотермической реакции, приведенной на фиг. 2. В полиэтиленовый мешок загружается смесь двуокиси марганца, алюминиевых гранул и окисленного стального порошка, выделенного из отходов шлифования. Этот мешок помещается в другой, большего размера, мешок на прослойку из смеси марганца с углем и стальным порошком 43, после чего меньший мешок полностью засыпается этой смесью, образуя эндотермическую оболочку. Большой мешок помещается на слой огнеупорных частиц в трубе и засыпается этими частицами, а над этим слоем загружаются гальванические элементы. В ходе пиролиза часть цинка стекает в емкость 8, часть испаряется и конденсируется в слое зернистого материала дисперсного клапана 4 и песочного затвора 6. В качестве зернистого материала используются гранулы латуни, полученные после переплава ее отходов, дробления в шаровой мельнице и просева шлака. Пары цинка конденсируются на поверхности латунных гранул. Повышение температуры за счет алюмотермической реакции восстановления марганца обеспечивает полное испарение цинка, частичное восстановление марганца углеродом и образование ферромарганца в виде слитков и спеков. Насыщенные цинком латунные гранулы переплавлялись и использовались в дальнейшем для выплавки латуни. Гальванические элементы после пиролиза и отжига дробятся в шаровой мельнице, просеиваются и подвергаются магнитной сепарации. При дроблении гальванических элементов со стальным корпусом часть из них разрушалась, а двуокись марганца в смеси с углем измельчалась в порошок. После магнитной сепарации надрешеточного продукта отдельно извлекались графитовые электроды. Неразрушенные элементы, в которых произошло частичное восстановление и спекание марганца, имеющие меньшую удельную магнитную восприимчивость, отделялись от пустых железных корпусов. Неразрушенные гальванические элементы в дальнейшем спекались со стальным порошком, а спеки переплавлялись с полной утилизацией железных корпусов и усвоением марганца.

Пример 2. Перерабатывался аккумуляторный лом. Аккумуляторы промывались водой, чтобы удалить остатки серной кислоты, и загружались внутрь стальной трубы диаметром 430 мм на слой гранул из дробленого шамота и огнеупорной глины, размещенный на съемной решетке. Труба помещалась в печь диаметром 600 мм и нижним основанием погружалась в песочный затвор с емкостью для сбора жидкого металла, затем устанавливался дисперсный клапан с погружением его нижнего основания в песочный затвор.

Материал дисперсного клапана выполнен из известняка, с тем чтобы улавливать серный ангидрид и сернистый газ.

После загорания факела в слой известняка подавался сжатый воздух так, что этот слой разделялся на две части: нижняя представляла собой плотный слой, верхняя псевдоожиженный слой. По мере прогрева слоя горение распространялось непосредственно в псевдоожиженный слой, обеспечивая высокую температуру этого слоя и более эффективное сгорание газообразных продуктов пиролиза. Серный ангидрид связывался известняком, образуя гипс. Температура слоя и отходящих газов регулировалась расходом воздуха, а также вентилем 38 (фиг. 1), позволяющим направлять часть горючих газов на дожигание непосредственно в камере 9 или в другом месте. Нагрев печи проводили до температуры 930^oC. После прекращения горения факела труба удалялась из печи, устанавливалась на слой зернистого материала в смеси с графитом и охлаждалась, в то время как другая труба загружалась в печь. После охлаждения дисперсный клапан снимался, труба переворачивалась и ее содержимое выгружалось вместе со съемной решеткой. Спеки графита с окисью и частично восстановленного свинца вручную удалялись и загружались в шаровую мельницу. Выделенная после дробления окись свинца (путем просева через сито с ячейками 1 мм) взвешивалась и перемешивалась в барабане с алюминиевыми гранулами. Фракция + 1 мм прессовалась в брикеты и переплавлялсь. Полученную шихту в количестве 20 кг загружали в полиэтиленовый мешок. В трубу вновь вставляли съемную решетку, формировали на ней слоя огнеупорных гранул. На этот слой по центру трубы устанавливали мешок с шихтой, и дополнительной загрузкой гранул вокруг мешка создавали огнеупорную оболочку. Затем на верхнюю поверхность этой оболочки загружались аккумуляторы, а зазоры между ними и стенкой трубы заполнялись графитом в смеси с окисью свинца. После этого труба вводилась в печь, в песочный затвор устанавливалось ее нижнее основание, а над верхним основанием размещался дисперсный клапан и формировался верхний песочный затвор.

Заполнением зазора между аккумулятором и стенкой трубы графитом в смеси с окисью свинца обеспечивались, во-первых, более высокая теплопроводность от стенки трубы к аккумуляторам в сочетании со значительной поверхностью контакта аккумуляторов с теплопроводящей массой, а, во-вторых, одновременное восстановление свинца, что повышает полезную загрузку объема трубы и производительность переработки.

Вместо известняка для улавливания серного ангидрида можно использовать дробленую железную окалину. В условиях эксперимента на выходе из дисперсного клапана устанавливалась дополнительно прослойка из алюминиевых гранул для поглощения хлора. Образующийся AlCl возгонялся и затем конденсировался в специальном холодильнике.

При температуре 900^oC печь отключалась, но ее температура продолжала повышаться до 1100^oC. Через дисперсный клапан выделялся белый сладковатый дым. Как только температура печи опускалась до 800^oC, труба удалялась из нее. После охлаждения труба переворачивалась и из нее выгружалась смесь окисленного свинца с аморфным графитом, частично спекшаяся, спеки окиси свинца с графитом, шамотные огнеупорные гранулы и оплавленные спеки этих гранул. Спеки гранул измельчались для повторного использования. Смесь окисленного свинца с аморфным графитом измельчалась в шаровой мельнице и просеивалась через сито. Фракция + 1 мм представляла собой гранулы свинца, которые затем прессовались в брикеты и переплавлялись. Во фракцию 1 мм после определения в ней остаточного количества углерода вводили дополнительное количество окиси свинца, с тем чтобы весь углерод пошел на его восстановление, перемешивали и загружали в верхнюю часть трубы, заполненную аккумуляторами.

Пример 3. Переработке подвергали хромсодержащие отходы кожевенного производства. Предварительно они подвергались выпариванию до влажности 20 - 25% диспергированию и фильтрационной сушке. Кстати, при достижении влажности порядка 20 25% и отстое отходов наблюдался постепенный их саморазогрев до температуры 90^oC и сушка происходила за счет тепла, выделяющегося при частичном разложении органических веществ. Данная технология гарантирует отсутствие образования шестивалентного хрома.

Высушенные отходы загружались в трубу на слой стальных шаров. Труба устанавливалась в печь на песочном затворе, после чего ее верхнее основание перекрывалось дисперсным клапаном. Пиролиз проводился в нагревом печи до 800^oC и выдержкой до прекращения горения факела. Выпаривание проводили за счет утилизации тепла отходящих газов. Твердый остаток пиролиза, содержащий 17% хрома, смешивали с алюминиевыми гранулами в соотношении, определяемом реакцией: CrO + 2Al 2Cr + AlO.

Смесь помещали в полиэтиленовые мешки, которые вентилятором выдувались из некомпостируемых бытовых отходов на выходе с конвейера (переработка проводилась на Минском малом государственном предприятии "Экорес"). Но предварительно на дне мешка формировалась прослойка из смеси железной окалины и алюминиевых частиц. Окалину получали за счет окислительного отжига стального порошка, выделенного из отходов шлифования. После этого мешок устанавливали в другом, большего размера, мешке на слое из смеси 50% стального порошка ШХ-15, выделенного из отходов шлифования, и 50% твердого остатка пиролиза, содержащего 17% хрома. Затем меньший мешок полностью засыпали указанной смесью. Большой мешок устанавливали по центру трубы на слое огнеупорных частиц в смеси с аморфным графитом и засыпали этой смесью. Графит препятствовал спеканию огнеупорных частиц. Над этим слоем загружались высушенных отходы кожевенного производства.

Взаимодействием окислов железа с алюминием достигалась температура, при которой начиналось интенсивное взаимодействие окиси хрома с алюминием. За счет выделяющегося тепла смесь частиц стального порошка и твердого остатка пиролиза спекается. Следует отметить, что в ходе пиролиза температурное поле внутри трубы неоднородное: там, где идет пиролиз, температура гораздо ниже, чем в зоне, где размещена смесь отходов, прошедших обработку пиролизом, с алюминием. Поэтому алюмотермическая реакция начинается до того, как закончится процесс пиролиза, идущий с поглощением тепла: все это обеспечивает утилизацию тепла алюмотермической реакции и интенсифицирует процесс пиролиза.

После прекращения горения факела труба удалялась из печи, охлаждалась, после чего с нее снимался дисперсный клапан, и она разгружалась. Твердый остаток пиролиза удалялся в виде цилиндрического спека. Слой огнеупорных частиц в смеси с графитом высыпался, и одновременно из трубы удалялся спек с оболочкой из спекшихся стальных частиц, окиси хрома и легкоплавкого флюса, внутри которого находился феррохром. При переплаве этого спека в индукционной печи была получена высокохромистая нержавеющая сталь.

Пример 4. Переработка ванадийсодержащий отходов заключается в формировании в трубе слоя зернистого материала из стальных шариков, на поверхность которого загружались отходы. Часть жидкой составляющей, фильтруясь, сливалась в отдельную емкость. Затем трубу вставляли в печь, а нижнее ее основание, находящееся за пределами печи, погружали в гидравлический затвор, аналогичный песочному на фиг.1, но вместо песка использовалась вода. Верхнее ее основание перекрывалось дисперсным клапаном. По мере нагрева до 300 500^oC вязкость жидких углеводородов уменьшалась (здесь указана температура в печи) и они стекали в зону охлаждения, там же конденсировались их пары. Часть паров и горючих газов дожигалась в дисперсном клапане. В результате получался полукокс, содержащий окись ванадия. Часть этого полукокса подвергали дальнейшему пиролизу с подъемом температуры до 850^oC, в результате образовался кокс с содержанием ванадия около 20% Этот кокс смешивали с алюминиевыми гранулами и окисленным стальным порошком. Полученная смесь загружалась в полиэтиленовый мешок. Этот мешок охватывался сначала оболочкой из смеси стального порошка и кокса, содержащего окись ванадия, затем оболочкой огнеупорных частиц. Над этим слоем размещался слой полукокса, содержащий окись ванадия. Благодаря этому в ходе пиролиза и восстановления окиси железа коксом поглощался тепловой поток, идущий из зоны алюмотермической реакции. После разгрузки трубы из нее извлекался спек стального порошка, легированный ванадием, обладающий высокой прочностью и плотностью около 5 г/см³, что стало возможным вследствие полезного использования тепла экзотермической реакции и подъема температуры до уровня 1200^oC, хотя используемая печь не давала температуру выше 950^oC.

Следует заметить, что наличие в смеси окислов тяжелых металлов с алюминием углерода и окисленного стального порошка снижало интенсивность алюмотермического процесса, во-первых, из-за уменьшения концентрации смеси алюминия с окислами на единицу объема, во-вторых, из-за идущего с поглощением тепла параллельного процесса восстановления металла углеродом, интенсивность которого возрастала с увеличением температуры. Очевидно, что в результате окислительного отжига смеси угля (кокса) с окислами металлов можно полностью удалить углерод и получить смесь окислов с алюминием, позволяющую получить максимальный тепловой эффект.

Пример 5. Обработке подвергались отходы абразивной обработки стали ШХ-15 Минского подшипникового завода, вывезенные на свалку. Отходы содержали 7-8% масла, 10% абразива и остатки бакелитовой связки абразивного инструмента. Отходы промывали 1%-ным раствором серной кислоты (раствор получали при промывке свинцовых аккумуляторов) и водой, диспергировали путем грохочения на решетке с размером ячеек 20 мм, сушили в фильтрационной сушилке. При этом обеспечивалось низкотемпературное разложение и полимеризация масла. Далее отходы подвергались дроблению в шаровой мельнице, при этом их плотность утряски возрастала в 2-3 аза, достигая 2,5-2,7 г/см³, рассеву и магнитной сепарации. Этот порошок содержал 4-5% органики в виде отложений на поверхности стальных частиц и повышенное, до 3-4% количество кислорода. Затем готовилась экзотермическая смесь из выделенного стального порошка, окалины стали ШХ-15, окиси хрома и алюминиевых частиц и укладывалась в полиэтиленовый пакет. Последний устанавливался на слое стального порошка в другом, большего размера, пакете и полностью засыпался слоем стального порошка, образующего вокруг экзотермической смеси пористую оболочку. Пакет устанавливался в трубе на слое огнеупорных частиц, размещенном на съемной решетке.

После засыпки этого пакета частицами абразива, смешанными с графитом, в трубу загружалась разъемная обечайка со стальным порошком, подвергаемым пиролизу. Обечайка также засыпалась слоем абразива, смешанного с графитом. Процесс пиролиза органики сопровождался горением факела. При температуре печи 850-900^oC начинается алюмотермическая реакция. Температура слоя, охватывающего экзотермическую смесь, поднимается до 1300-1400^oC, температура слоя в обечайке достигает 1100-1200^oC, при этом значительное количество тепла поглощается в ходе эндотермической реакции восстановления металла углеродом.

После выдержки в отключенной при 900^oC печи, подъема в ней температуры и падения до 800^oC, труба из печи удалялась, охлаждалась и разгружалась. Из трубы извлекались обечайка со спеком восстановленного порошка и плотный прочный спек, содержащий феррохром. Первый спек поднимали и сбрасывали на бетонный пол с высоты 2 м. От удара часть его разрушалась на куски, последние загружались в шаровую мельницу и размалывались в порошок. Плотный спек и неразрушенная часть более рыхлого спека, отложенного в обечайке, направлялись на переплав. В дальнейшем именно из полученного после пиролиза и отжига стального порошка, имевшего уже плотность утряски 3,7-4 г/см³, формировали и экзотермическую смесь, и оболочку вокруг нее, что позволяло получить еще более плотный спек.

При переработке отходов шлифования, содержащих от 25 до 40% масла, последнее стекало в емкость, расположенную под трубой. Другая часть масла в виде паров и газообразных продуктов пиролиза сжигалась в слое дисперсного материала клапана.

Необходимо отметить принципиальную возможность полного улавливания паров серной кислоты, окислов серы и хлора в случае выполнения зернистого материала дисперсного клапана в виде последовательно расположенных прослоек отходов шлифования (стальных частиц), древесных опилок, а над ними слоя известняка, причем кипящий слой образует в период горения факела лишь верхняя часть слоя известняка.

Сортировку отходов на МГП "Экорес" перед пиролизом осуществляли вручную на конвейере с отбором алюминийсодержащих отходов, аккумуляторов, гальванических элементов. Направляемые на свалку отходы абразивной обработки стали, хромсодержащие отходы кожевенного производства, ванадийсодержащие остатки мазутного топлива складировались в зависимости от состава раздельно. Среди отходов абразивной обработки стали раздельному складированию подвергались отходы быстрорежущей стали, в том числе циклонные, сталей марки 65 Г и ШХ-15. Остальные отходы стали подвергались совместному складированию. Подобная сортировка, проведенная пока в порядке эксперимента, дает возможность осуществления нового способа переработки отходов, содержащих органические вещества, в том числе тяжелые металлы и их окислы, путем пиролиза в обогреваемой камере под слоями зернистого материала, аморфного графита и факелом, дробления твердого остатка пиролиза, провеса, магнитной сепарации без неупорядоченного перемешивания металлов и их окислов, с получением полезных продуктов. При этом смешивание мелкой фракции раздробленного твердого остатка пиролиза, содержащей окислы металла, с частицами алюминия и разогрев полученной смеси в слое огнеупорных частиц, осуществляемый в процессе пиролиза предварительно отсортированных отходов, обеспечивает максимальную производительность восстановлена металлов и пиролиза за счет утилизации тепла, выделяющегося в процессе алюмотерамии, при сохранении целостности трубы за счет ее внутренней теплоизоляции слоем огнеупорных частиц и направление теплового потока в зону пиролиза. При этом дожигание горючих газов в слое зернистого материала путем подвода ев его верхнюю часть воздуха и образования в ней кипящего слоя обеспечивает наиболее эффективное сочетание интенсивного сжигания газообразных продуктов пиролиза с одновременной работой дисперсного клапана, без насыщения слоя зернистого материала жидкостями с потерей его сыпучести и пробоем струями газа; обеспечивает создание дополнительного теплового потока, направленного внутрь трубы.

Переработка данным способом аккумуляторного лома обеспечивает за один цикл получение слитков свинца, полное восстановление окиси свинца в смеси с алюминием и частичное в смеси с аморфным графитом (с окончательным ее восстановлением при повторном цикле обработки).

Переработка гальванических элементов обеспечивает утилизацию цинка, восстановление двуокиси марганца и получение спеков порошка, легированных марганцем.

Переработка хромсодержащих отходов обеспечивает восстановление хрома, получение феррохрома и спеков стального порошка, легированных хромом.

Переработка данным способом ванадийсодержащих отходов обеспечивает восстановление ванадия, получение феррованадия и спеков стального порошка, легированных ванадием.

Переработка отходов абразивной обработки стали обеспечивает восстановление и спекание порошка, получение спеков, легированных ферромарганцем, феррохромом, феррованадием, дает стальной порошок для проведения переработки твердого остатка пиролиза, содержащего окислы хрома, марганца и ванадия.

Переработка алюминийсодержащих бытовых отходов обеспечивает безугарную переработку алюминия с получением слитков и доступного раскислителя в виде гранул, соответствующих ГОСТ 295-79.

Смешивание мелкой фракции твердого остатка пиролиза, содержащего окислы металлов с алюминием и стальным порошком, обеспечивает получение ферросплавов товарных продуктов.

Введение в аморфный графит, являющийся промежуточным теплоносителем, окислов металлов, выделенных из отходов, обеспечивает поглощение тепла алюмотермии и повышает производительность переработки.

Формирование слоя огнеупорных частиц из смеси графита с окислами металлов обеспечивает создание оболочки из эндотермической смеси вокруг экзотермической с максимальным поглощением тепла в процессе восстановления металла углеродом, а ввод в эту смесь стального порошка обеспечивает получение легированных спеков.

Снабжение устройства для реализации способа песочными затворами, охватывающими верхнее и нижнее основания камеры, с погружением дисперсного клапана в верхних песочный затвор обеспечивает надежную и простую герметизацию камеры; при этом снабжение дисперсного клапана патрубком для подвода воздуха (природного газа) и газораспределителем в виде перфорированных трубок, погруженных в верхнюю часть слоя дисперсного клапана, обеспечивает эффективный разогрев дисперсного клапана, препятствующий насыщению его слоя влагой и пробою его газовыми струями, а также дополнительный разогрев камеры пиролиза; при этом соединение нижнего песочного затвора с емкостью для сбора жидкости, а также размещение внутри камеры съемной решетки со слоем огнеупорных частиц обеспечивают удаление из обрабатываемых отходов и утилизацию расплавленных металлов и жидких углеводородов.

Снабжение устройства сборным патрубком для отвода топочных газов в теплообменник с возможностью перемещения его выходного отверстия по трем координатам с песочными затворами, формируемыми после его ввода в теплообменник, обеспечивает ему функцию гибкого шланга при транспортировке по нему раскаленных газов.

Выполнение верхней и нижней частей камеры (в виде трубы), погруженных в песочные затворы с двойной стенкой для отвода газа и снабжение нижнего песочного затвора перфорированным днищем и коллектором, а двойной стенки верхнего затвора патрубком с вентилем обеспечивают полный или частичный отвод газа, минуя дисперсный клапан при интенсивном выделении водяного пара, регулировку температуры дисперсного клапана, надежность его работы и препятствует бесконтрольному накоплению газов в камере и прорыву их, минуя нижний песочный затвор.

Формула изобретения

1. Способ переработки отходов, содержащих органические вещества, тяжелые металлы и их окислы, включающий их пиролиз в обогреваемой камере под слоями зернистого материала, древесных опилок, частиц стали, аморфного графита факелом, дробление твердого остатка пиролиза, просев и магнитную сепарацию, отличающийся тем, что перед пиролизом отходы сортируют, а после дробления твердого остатка пиролиза мелкую фракцию, содержащую окислы металлов, смешивают с частицами алюминия и смесь подогревают в процессе пиролиза до температуры начала алюмотермии в слое огнеупорных частиц, при этом в слое зернистого материала осуществляют дожигание образованных горючих газов путем подвода в верхнюю часть слоя воздуха и образования в ней кипящего слоя.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве отходов используют аккумуляторный лом.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве отходов используют гальванические элементы.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве отходов используют хромсодержащие отходы кожевенного производства.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве отходов используют ванадийсодержащие отходы топок для сжигания мазута.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве отходов используют маслосодержащие отходы абразивной обработки стали.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что частицы алюминия получают путем дробления в шаровой мельнице твердого остатка пиролиза и переплава алюминийсодержащих бытовых отходов.

8. Способ по пп.1 и 6, отличающийся тем, что мелкую фракцию и частицы алюминия смешивают со стальным порошком, выделенным из отходов.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что в аморфный графит дополнительно вводят окислы металлов, выделенные из отходов.

10. Способ по п.1, отличающийся тем, что слой огнеупорных частиц формируют из аморфного графита в смеси с окислами металлов.

11. Способ по пп.1 и 6, отличающийся тем, что слой огнеупорных частиц формируют из аморфного графита в смеси с окислами металлов и стальным порошком, выделенным из отходов абразивной обработки стали.

12. Устройство для переработки отходов, содержащих органические вещества, тяжелые металлы и их окислы, содержащее камеру в виде вертикальной трубы с дисперсным клапаном и патрубком для отвода горючих газов, печь, охватывающую трубу, теплообменник вокруг части трубы с подводом в него нагретых газов, отличающееся тем, что оно снабжено песочными затворами, охватывающими верхнее и нижнее основания вертикальной трубы, причем дисперсный клапан погружен в верхний песочный затвор и имеет патрубок для подвода газа и газораспределитель в виде перфорированных трубок, погруженных в слой дисперсного клапана, а нижний песочный затвор соединен с емкостью для сбора жидкости и жидкого металла, при этом внутри трубы размещена съемная решетка со слоем огнеупорных частиц.

13. Устройство по п.12, отличающееся тем, что оно снабжено патрубком для отвода топочных газов в теплообменник с возможностью перемещения его выходного отверстия по трем координатам с песочными затворами, формируемыми после установки патрубка в заданном положении.

14. Устройство по пп.12 и 13, отличающееся тем, что верхняя и нижняя части трубы, погруженные в слои песочных затворов, выполнены с двойной стенкой для отвода газов, причем нижний песочный затвор выполнен с перфорированным днищем и коллектором под этим днищем, а двойная стенка верхнего затвора имеет патрубок с вентилем.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2