Способ переработки твердых бытовых и промышленных отходов

 

Изобретение относится к области уничтожения отходов производства и может найти применение при переработке твердых бытовых и промышленных отходов. Технический результат: повышение производительности процесса переработки, термического коэффициента полезного действия всего цикла при одновременной экологической безопасности проведения переработки. Способ переработки твердых бытовых и промышленных отходов включает предварительную обработку и загрузку твердых бытовых и промышленных отходов в реактор, нагрев, сушку, пиролиз и сжигание с образованием продуктов переработки в газообразной и жидкой фазе, вывод продуктов переработки из реактора. Нагрев, сушку, пиролиз ведут в реакторе при абсолютном давлении 0,08-0,095 МПа, 15-30% пиролизного газа используют в качестве технологического, а остальную его часть используют в качестве энергетического топлива, при этом технологический пиролизный газ предварительно смешивают с воздухом с коэффициентом избытка 1,0-4,69, причем предварительную обработку бытовых отходов производят путем измельчения, смешивания с флюсом и прессования, после чего их пакуют в герметичные упаковки, которые загружают в реактор через шлюзовую камеру, при этом упаковки выполнены цилиндрической формы из полимерной пленки. 3 з.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области уничтожения отходов производства и может найти применение при переработке твердых бытовых и промышленных отходов.

Известен способ переработки твердых бытовых и промышленных отходов, включающий их подготовку и загрузку в вертикальную шахтную печь, подачу топлива и горячего воздуха в нижнюю часть шахтной печи, вывод пиролизного газа и парообразных компонентов, образующихся в результате горения в ее верхней части, вывод шлака и жидкого металла в нижней части шахтной печи, причем отходы заранее подвергают компактированию и резке на мерные куски, которые загружают в шахтную печь послойно с известняком и ниже загрузочного устройства создают избыточное давление газообразных продуктов (см. патент Российской Федерации 2105245, МПК F 23 G 5/00, опубл. 20.02.98 г.).

Существенными недостатками известного способа являются: - низкая эффективность процесса получения и использования пиролизного газа, обусловленная использованием в качестве газифицирующего агента горячего воздуха, приводящая к снижению производительности технологического процесса переработки отходов; - опасность экологического заражения окружающей среды частью не переработанных отходов, обусловленная тем, что давление, при котором осуществляется процесс в реакторе, выше атмосферного, что приводит к выбросам в атмосферу газообразных продуктов; - выход технологического оборудования из строя, обусловленный необходимостью выполнения операции нагрева воздуха до 1500^oС, при которой создается аварийная ситуация с выбросом в атмосферу горячего воздуха.

Наиболее близким к заявляемому является способ переработки твердых бытовых и промышленных отходов, включающий их предварительную обработку и загрузку в реактор, нагрев, сушку, пиролиз и сжигание с образованием продуктов переработки в газообразной и жидкой фазе, вывод продуктов переработки из реактора (см. УДК 620.92; Б63; ББК 31.15 "Биомасса как источник энергии": Пер. с англ./ Под ред. С. Соуфера, О. Заборски. - М., 1958, с.121).

В процессе способа переработки происходит пиролиз, в результате которого происходит получение пиролизного газа, часть которого сжигается и полученная теплота от продуктов сгорания путем теплопроводности подводится для выполнения технологических операций нагрева, сушки, пиролиза и сжигания, а другая часть пиролизного газа смешивается с воздухом, полученная топливовоздушная смесь сжигается, и горячие продукты сгорания подаются для выполнения технологических операций способа переработки.

Существенными недостатками известного способа являются: низкая производительность процесса переработки, обусловленная: - низкой эффективностью процесса переработки отходов, которая определяется введением подогретого воздуха, температура которого ограничена 1100^oС, не обеспечивающей интенсификацию процесса; - произвольной загрузкой отходов в реактор, при которой возникают пустоты, уменьшающие объем перерабатываемой массы отходов; - необходимостью выполнения операции нагрева воздуха, подаваемого из внешнего источника; - малый выход пиролизного газа внешнему потребителю, обусловленный тем, что основное его количество расходуется для нагрева воздуха, используемого в качестве газифицирующего агента; низкий термический коэффициент полезного действия цикла процесса переработки, обусловленный потерями тепла в атмосферу из регенерационных колонн при выполнении операции процесса нагрева воздуха в них, а также потерями тепла при движении нагретого воздуха по коммуникационным системам, связывающим эти колонны с реактором.

Техническим результатом предлагаемого технического решения является повышение производительности процесса переработки, термического коэффициента полезного действия всего цикла при одновременной экологической безопасности проведения переработки.

Сущность технического решения заключается в том, что в способе переработки твердых бытовых и промышленных отходов, включающем их предварительную обработку и загрузку в реактор, нагрев, сушку, пиролиз и сжигание с образованием продуктов переработки в газообразной и жидкой фазе, вывод продуктов переработки из реактора, согласно изобретению нагрев, сушку, пиролиз и сжигание ведут в реакторе при абсолютном давлении, 0,08-0,095 МПа, 15-30% пиролизного газа используют в качестве технологического, а остальную его часть используют в качестве энергетического топлива, при этом технологический пиролизный газ предварительно смешивают с воздухом с коэффициентом избытка 1,0-4,69, причем предварительную обработку бытовых отходов производят путем измельчения, смешивания с флюсом и прессования, после чего их пакуют в герметичные упаковки, которые загружают в реактор через шлюзовую камеру, при этом упаковки выполнены цилиндрической формы из полимерной пленки.

Проведение процессов нагрева, сушки, пиролиза и сжигания при абсолютном давлении 0,08-0,095 МПа обеспечивает экологическую безопасность процесса переработки за счет исключения выброса в атмосферу вредных веществ.

При абсолютном давлении меньшем 0,085 МПа возможен подсос воздуха из атмосферы, который обеспечивает проведение процесса переработки с коэффициентом избытка воздуха выше верхнего предела (4,69), что снижает эффективность процесса переработки и соответственно производительность.

При абсолютном давлении большем 0,095 МПа в отдельных зонах выполнения операций нагрева, сушки, пиролиза и сжигания возможно превышение давления выше атмосферного, что приводит к выбросам в атмосферу вредных веществ.

Использование 15-30% пиролизного газа для технологических целей и смешивание его с воздухом является достаточным и обеспечивает получение топливовоздушной смеси с заданным коэффициентом избытка воздуха, которая сжигается с получением высокотемпературных продуктов сгорания, включающих в себя горячий воздух, водяной пар и двуокись углерода, служащих газифицирующим агентом, необходимым для проведения эндотермических и экзотермических реакций в рабочей зоне реактора с получением пиролизного газа и жидкого шлака, что увеличивает интенсивность протекания процесса переработки и, соответственно, производительность.

При количестве пиролизного газа менее 15% не происходит получение газифицирующего агента в необходимых количествах и заданных параметрах для интенсификации процесса.

При количестве пиролизного газа более 30% снижается его удельная теплота сгорания, что приводит к уменьшению температуры газифицирующего агента и, как следствие, к замедлению эндотермических реакций, а также процессов нагрева, сушки, пиролиза.

Смешивание технологического пиролизного газа с коэффициентом избытка 1,0-4,69 обеспечивает оптимальную интенсификацию процесса и получение пиролизного газа с высокой удельной теплотой сгорания.

Смешивание с коэффициентом избытка воздуха менее 1,0 не обеспечивает проведение реакции окисления продуктов переработки полностью из-за недостатка кислорода, что приводит к тому, что температура в реакторе не достигает максимальной величины, и тем самым не происходит полного разложения органических веществ, которые выводятся из зоны реактора вместе с пиролизным газом, что требует дополнительной очистки пиролизного газа, особенно при переработке хлорорганических пластмасс, приводящей к образованию диоксинов.

Смешивание пиролизного газа с воздухом с коэффициентом избытка более 4,69 приводит к тому, что реакция окисления завершается полностью и в пиролизном газе отсутствуют окись углерода, водород и другие горючие компоненты, необходимые для дальнейшего сжигания пиролизного газа, что снижает эффективность процесса переработки и его производительность.

Использование части пиролизного газа внешним потребителем в качестве топлива для получения энергии увеличивает термический коэффициент полезного действия всего технологического цикла переработки за счет его полного использования.

Проведение предварительной обработки отходов путем их измельчения, смешивания с флюсом и прессования обеспечивает увеличение плотности перерабатываемых отходов за счет уменьшения объема пустот, способствует усилению процессов нагрева, сушки, пиролиза и сжигания, что увеличивает производительность переработки, а смешивание с флюсом связывает окислы серы, получаемые в процессе переработки, снижая тем самым выбросы в атмосферу после сжигания пиролизного газа, так как он соединяет серу, переводя ее в шлак.

Герметичные упаковки уменьшают контакт и взаимодействие отходов с атмосферой и предотвращают аэробные и анаэробные разложения внутри упаковки, сокращают длительность технологической операции сушки, что уменьшает длительность технологического цикла и соответственно увеличивает производительность процесса переработки.

Загрузка упакованных отходов через шлюзовую камеру исключает контакт перерабатываемых отходов как с атмосферой, так и с зонами протекания процессов нагрева, сушки, пиролиза и сжигания, способствуя тем самым устранению выбросов как вредных веществ, так и раскаленных газообразных продуктов, повышая тем самым экологическую безопасность протекания процесса переработки.

Упаковка отходов в полиэтиленовую пленку снижает вероятность выброса вредных веществ в атмосферу на этапах подготовки и транспортировки их до реактора, в котором протекают операции нагрева, сушки, пиролиза и сжигания, а цилиндрическая форма упаковок обеспечивает полную и плотную загрузку реактора, что увеличивает производительность процесса переработки.

Предложенный способ поясняется чертежом, где представлена технологическая схема процесса переработки твердых бытовых и промышленных отходов.

Способ осуществляют следующим образом.

ПРИМЕР 1. Перерабатываемые отходы из мусоровозов (самосвалов) разгружают в приемный бункер 1, откуда ленточным транспортером 2 поступают в устройство 3 измельчения и смешивания с флюсом и далее по ленточному транспортеру 4 направляются на участок 5 прессования и упаковки, где прессуют и пакуют в упаковки 6 цилиндрической формы, которые оборачивают специальной сеткой (на чертеже не показана) для закрепления формы, а затем несколькими слоями полимерной пленки. Полученные таким образом герметичные упаковки передаются на конвейер 7, с которого посредством толкателя (на чертеже не показан) поступают в шлюзовую камеру 8, крышка 9 которой закрывается, объем камеры герметизируется, и после открытия задвижки 10 последовательно заполняют рабочий объем 11 реактора 12, где производится нагрев, сушка, пиролиз и сжигание перерабатываемых отходов при абсолютном давлении 0,08 МПа. В результате чего образуется пиролизный газ и жидкий шлак. 15% полученного пиролизного газа используют в качестве технологического и направляют по трубопроводу 13 в камеру сгорания 14, а по трубопроводу 15 - в камеру сгорания 16, в которых смешивают с воздухом, с коэффициентом избытка 1,0, поступающим из воздуходувки 17 по трубопроводу 18, и полученную смесь подвергают сжиганию в этих камерах сгорания с образованием продуктов сгорания, которые из камеры 14 направляются для проведения технологических операций нагрева, сушки, пиролиза, а из камеры 16 - для проведения технологической операции сжигания в реакторе 12. Остальную часть пиролизного газа, полученного в реакторе 12, направляют по трубопроводу 19 в паровой котел 20. Перегретый пар под давлением по трубопроводу 21 подается на турбогенераторную установку 22 для выработки электрической энергии, а отработанный пар по трубопроводу 23 поступает в сепаратор 24, где конденсируется в воду, далее в сборник конденсата 25, и циркуляционным насосом 26 по трубопроводу 27 возвращается в паровой котел 20. Воздуходувка 17 обеспечивает необходимыми расходами воздуха реактор 12 и паровой котел 20. Газообразные продукты переработки по трубопроводам 28, 29 и 30 поступают в очистное устройство 31, которое обеспечивает очистку отходящих газов до норм ПДК, и дымососом 32 направляются в дымовую трубу 33.

Скапливающийся в нижней части реактора 12 жидкий шлак по летке 34 периодически выпускается на транспортное средство 35 и вывозится для дальнейшей переработки.

ПРИМЕР 2. Способ осуществляют аналогично примеру 1, но при абсолютном давлении 0,085 МПа, 25% пиролизного газа используют в качестве технологического, часть которого смешивают с воздухом с коэффициентом избытка 3,0 для выполнения технологических операций нагрева, сушки и пиролиза, а другую часть смешивают с воздухом с коэффициентом избытка 4,51 для выполнения технологической операции сжигания.

ПРИМЕР 3. Способ осуществляют аналогично примерам 1 и 2, при абсолютном давлении 0,095 МПа, 30% пиролизного газа используют в качестве технологического, который смешивают с воздухом с коэффициентом избытка 4,69 для выполнения технологических операций нагрева, сушки, пиролиза и сжигания.

Предлагаемый способ переработки твердых бытовых и промышленных отходов обеспечивает повышение производительности процесса переработки путем интенсификации процесса, увеличение термического коэффициента полезного действия при одновременной экологической безопасности проведения процесса переработки.

Формула изобретения

1. Способ переработки твердых бытовых и промышленных отходов, включающий их предварительную обработку и загрузку в реактор, нагрев, сушку, пиролиз и сжигание с образованием продуктов переработки в газообразной и жидкой фазе, вывод продуктов переработки из реактора, отличающийся тем, что нагрев, сушку, пиролиз ведут в реакторе при абсолютном давлении 0,08 - 0,095 МПа, 15 - 30% полученного пиролизного газа используют в качестве технологического, а остальную его часть используют в качестве энергетического топлива, при этом технологический пиролизный газ предварительно смешивают с воздухом с коэффициентом избытка 1,0 - 4,69.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что предварительную обработку отходов производят путем измельчения, смешивания с флюсом и прессования, после чего их пакуют в герметичные упаковки, которые загружают в реактор через шлюзовую камеру.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что герметичные упаковки выполнены цилиндрической формы.

4. Способ по п.2 или 3, отличающийся тем, что герметичные упаковки выполнены из полимерной пленки.

РИСУНКИ

Рисунок 1