Способ переработки бытовых отходов и установка для его осуществления

Изобретение относится к области химико-термической обработки, а именно к способам и устройствам для пиролиза и газификации твердых продуктов. Способ переработки бытовых отходов (БО) заключается в том, что из бункера загружают в реактор БО, производят пиролиз и газификацию БО в расплаве солей, в емкости фильтрации пропускают продукты газификации через расплав солей. При этом способе в бункер с БО запускают углекислый газ, производят поляризацию в электростатическом поле запускаемой в реактор дозы БО, впрыскивают в реактор поляризованный в электростатическом поле водяной пар, производят поджиг БО за счет разрядного тока между электродами в высокопотенциальном поле, в емкость фильтрации впускают поляризованный водяной пар. Установка для осуществления данного способа содержит устройство загрузки БО с бункером, реактор, емкость фильтрации, электроды. В нее введена емкость с предварительно созданным расплавом солей, в устройство загрузки БО введены шнековый транспортер, шлюзовый затвор, шнековый толкатель, в трубопроводах, соединяющих шнековый толкатель с реактором, магистраль водяного пара - с реактором и емкостью фильтрации выполнены устройства для создания электростатического поля. Технический результат - повышение эффективности и экологичности процесса пиролиза и газификации. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области химико-термической обработки, а именно к способам и устройствам для пиролиза и газификации твердых продуктов.

Известен способ переработки бытовых отходов [1], заключающийся в том, что загружают в реактор отходы, сушат их, а затем производят нагрев бытовых отходов и пиролиз в горючей газовой среде. Установка содержит вертикальный реактор в виде двух шахт, соединенных горловиной, камеру сгорания, устройство для загрузки бытовых отходов.

Наиболее близким по технической сущности является способ переработки бытовых отходов [2], заключающийся в том, что из бункера загружают в реактор измельченные бытовые отходы, производят пиролиз и газификацию бытовых отходов в расплаве солей, в емкости фильтрации пропускают продукты газификации через расплав солей. Установка для переработки бытовых отходов в соответствии с данным способом содержит устройство загрузки бытовых отходов с бункером, реактор с нагревателями, емкость фильтрации с расплавом солей и нагревателями, источник питания переменного тока, электроды.

Недостатком такого способа переработки бытовых отходов являются неполное сгорание горючих составляющих бытовых отходов и загрязненность выходных газов диоксинами вследствие присутствия кислорода воздуха в бытовых отходах.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности процесса пиролиза и газификации и повышение его экологичности.

Данный технический результат достигается в способе переработки бытовых отходов, заключающемся в том, что из бункера загружают в реактор измельченные бытовые отходы, производят пиролиз и газификацию бытовых отходов в расплаве солей, в емкости фильтрации пропускают продукты газификации через расплав солей, тем, что в бункер с бытовыми отходами запускают углекислый газ, перед загрузкой в реактор формируют дозу бытовых отходов, прошедшую процесс поляризации посредством электростатического поля, до операции пиролиза и газификации сначала заполняют реактор расплавом солей, переместив его из емкости с предварительно созданным расплавом солей, выдерживают нахождение расплава солей в реакторе в течение времени, необходимого для разогрева до температуры расплава солей, удаляют расплав солей из реактора, затем загружают в реактор дозу бытовых отходов, впрыскивают в реактор перегретый водяной пар, предварительно прошедший процесс поляризации посредством электростатического поля, в смеси дозы бытовых отходов с образовавшимся в результате растворения остатков расплава солей в водяном пару электролитом производят поджиг бытовых отходов посредством разрядного тока между электродами, между которыми образован высоковольтный потенциал, перемещают расплав солей из емкости с предварительно созданным расплавом солей в реактор, в емкость фильтрации впускают предварительно поляризованный посредством электростатического поля перегретый водяной пар.

Данный технический результат достигается в установке для переработки бытовых отходов, содержащей устройство загрузки бытовых отходов с бункером, реактор с нагревателями, емкость фильтрации с расплавом солей и нагревателями, источник питания переменного тока, электроды, тем, что в нее введена емкость с предварительно созданным расплавом солей, оборудованная нагревателями, в устройство загрузки бытовых отходов введены шнековый транспортер, шлюзовый затвор, шнековый толкатель, причем выход шнекового транспортера соединен с входом шлюзового затвора, выход шлюзового затвора соединен с входным отверстием бункера, шнековый толкатель расположен на выходе бункера, поддон бункера соединен первым трубопроводом с емкостью с углекислым газом; реактор соединен вторым трубопроводом со шнековым толкателем, третьим трубопроводом - с магистралью перегретого водяного пара, четвертым и пятым трубопроводами - с емкостью с предварительно созданным расплавом солей, емкость фильтрации соединена шестым трубопроводом с магистралью перегретого водяного пара, седьмым трубопроводом - с емкостью с предварительно созданным расплавом солей, восьмым трубопроводом - с реактором, в первом, втором, третьем, четвертом, пятом, шестом и седьмом трубопроводах установлены соответственно первая, вторая, третья, четвертая, пятая, шестая и седьмая заслонки, в восьмом трубопроводе установлен обратный клапан; при каждом из второго, третьего и шестого трубопроводов выполнено устройство для создания электростатического поля; электроды выполнены плоскими по форме, первый и второй электроды установлены в реакторе, третий и четвертый электроды установлены в емкости фильтрации; в установку для переработки бытовых отходов введен источник высоковольтного питания постоянного тока, первый и второй электроды предназначены для подключения к источнику высоковольтного питания постоянного тока и переключения к источнику питания переменного тока, третий и четвертый электроды подключены к источнику питания переменного тока.

В частном случае выполнения установки для переработки бытовых отходов устройство для создания электростатического поля выполнено как часть трубопровода из диэлектрического материала, например эбонита, на которой расположена кольцевая обмотка, подключенная к источнику питания постоянного тока.

Посредством запуска в бытовые отходы углекислого газа происходит вытеснение воздуха из бытовых отходов, в результате чего уменьшается количество задымленных продуктов переработки, что повышает экологичность способа переработки бытовых отходов.

При введении в реактор прошедших поляризацию в электростатическом поле бытовых отходов и перегретого водяного пара при наличии высоковольтного разряда между электродами в реакторе происходит более полная атомитазация бытовых отходов, что при пиролизе и газификации приводит к более полному превращению бытовых отходов в синтез-газ. В результате повышаются эффективность процесса переработки бытовых отходов и его экологичность.

Подобным же образом повышается эффективность и экологичность процесса переработки бытовых отходов при запуске в емкость фильтрации поляризованного в электростатическом поле перегретого водяного пара за счет атомитазации недоработанных продуктов пиролиза и газификации.

На фиг.1 представлен общий вид установки для переработки бытовых отходов, на фиг.2 - вид устройства для создания электростатического поля.

Установка для переработки бытовых отходов (фиг.1) содержит устройство 1 для загрузки бытовых отходов со шнековым конвейером 2, бункером 3, шлюзовым затвором 4, шнековым толкателем 5, реактор 6 с нагревателями 7 и электродами 8, 9, содержащую нагреватели 10 емкость 11 с предварительно созданным расплавом солей, емкость фильтрации 12 с нагревателями 13 и электродами 14, 15.

Электроды 8, 9, 14, 15 выполнены плоскими с наибольшим распространением их поверхностей в объемах реактора 6 и емкости фильтрации 12.

Для наблюдения за процессами в реакторе 6 в нем может быть выполнено смотровое окно, выполненное из ситалла.

В устройстве 1 для загрузки бытовых отходов вход шнекового конвейера 2 соединен с емкостью 16 с бытовыми отходами, выход шнекового конвейера 2 соединен с входом шлюзового затвора 4, выход которого соединен с входным отверстием бункера 3. Емкость 17 с углекислым газом соединена первым трубопроводом 18 с поддоном 19 бункера 3. Выходное отверстие бункера 3 соединено со шнековым толкателем 5. Шнековый конвейер 2 и шнековый толкатель 5 приводятся в действие посредством электродвигателей.

Реактор 6 соединен вторым трубопроводом 20 со шнековым толкателем 5, третьим трубопроводом 21 - с магистралью перегретого водяного пара 22, четвертым 23 и пятым 24 трубопроводами - с емкостью 11 с предварительно созданным расплавом солей.

Емкость фильтрации 12 соединена шестым трубопроводом 25 с магистралью перегретого водяного пара 22, седьмым трубопроводом 26 - с емкостью 11 с предварительно созданным расплавом солей, восьмым трубопроводом 27 - с реактором 6.

В первом 18, втором 20, третьем 21, четвертом 23, пятом 24, шестом 25 и седьмом 26 трубопроводах установлены заслонки соответственно 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34. В восьмом трубопроводе 27 установлен обратный клапан 35.

К емкости фильтрации 12 подсоединены девятый трубопровод 36 с заслонкой 37 для выпуска синтез-газа и десятый трубопровод 38 с заслонкой 39 для слива отработанного расплава солей. С емкостью 11 с предварительно созданным расплавом солей соединен одиннадцатый трубопровод 40 с заслонкой 41 для слива отработанного расплава солей. Люк 42 в емкости 11 с предварительно созданным расплавом солей предназначен для загрузки солей, например NaCl и KCl.

Во втором трубопроводе 20 выполнено устройство 43 для создания электростатического поля, в третьем трубопроводе 21 - устройство 44 для создания электростатического поля, в шестом трубопроводе 25 - устройство 45 для создания электростатического поля.

Нагреватели 7, 10, 13, электроды 14,15 запитываются от сети переменного тока 220 В 50 Гц.

Электроды 8, 9 через переключатель подключены либо к высоковольтному источнику питания постоянного тока напряжением, например 1000 В, либо при переключении - к сети переменного тока 220 В 50 Гц.

Устройство 43 для создания электростатического поля (фиг.2) выполнено как часть 46 трубопровода 20, на которой расположена катушка 47 с кольцевой обмоткой 48, выводы «а» и «б» которой подключены к источнику питания постоянного тока напряжением, например 27 В.

В качестве материала части 46 трубопровода 20 может быть применен такой диэлектрик, как эбонит.

Аналогично с устройством 43 выполнены устройства 44, 45 для создания электростатического поля.

Установка для переработки бытовых отходов (фиг.1) в соответствии со способом переработки отходов работает следующим образом. В емкость 11 через люк 42 засыпают соли NaCl, KCl и посредством нагревателей 10 доводят их до расплава при температуре 800-900°С. Открывая заслонку 34 в седьмом трубопроводе 26, перемещают в емкость фильтрации 12 часть расплава солей, поддерживая его температуру в вышеуказанных пределах с помощью нагревателей 13.

Предварительно измельченные до фракций размером не более 20 мм с помощью установки для подготовки бытовых отходов из емкости 16 бытовые отходы посредством шнекового конвейера 2 подаются в шлюзовый затвор 4, через который бытовые отходы перемещаются в бункер 3. После заполнения бункера 3 бытовыми отходами шнековый конвейер 2 и шлюзовый затвор 4 останавливаются. Открывают заслонку 28 в первом трубопроводе 18, из емкости 17 подают в поддон 29 бункера 3 углекислый газ, который, заполняя пустоты в бытовых отходах, вытесняет воздух из бункера 3.

Далее включается шнековый толкатель 5, который работает в течение времени, достаточном для создания пробки из бытовых отходов в пространстве до заслонки 29. Пробка из бытовых отходов препятствует выходу продуктов переработки из реактора 6.

Следующим шагом открывают заслонку 31 в четвертом трубопроводе 23 и сливают расплав солей в реактор 6, выдерживают нахождение расплава солей в реакторе 6 в течение времени, необходимого для разогрева реактора 6 до температуры расплава солей, используя включение нагревателей 7. Закрывают заслонку 31, открывают заслонку 32 в пятом трубопроводе 24, сливают расплав солей в емкость 11, закрывают заслонку 32.

Затем заслонку 29 открывают, доза бытовых отходов перегружается в реактор 6. Так как бытовые отходы состоят в основном из материалов, относящимся к неполярным диэлектрикам, а находящаяся в бытовых отходах вода относится к полярным диэлектрикам, то при прохождении бытовых отходов через устройство 43 для создания электростатического поля, в котором за счет протекания тока через обмотку 48 создаваемого от источника питания постоянного тока происходит поляризация зарядов выполненного из эбонита трубопровода 20, все диэлектрики в бытовых отходах поляризуются и на их концах концентрируются поляризованные заряды.

Закрывают заслонку 29, открывают заслонку 30 в третьем трубопроводе 21. Перегретый водяной пар из магистрали 22 проходит через устройство 44 для создания электростатического поля и, как диэлектрик, электризуется и поступает в реактор 6, где растворяет остаток расплава солей с образованием электролита. Заслонку 30 закрывают.

Так как на электроды 8, 9 подано постоянное напряжение 1000 В, а между ними находятся наэлектризованные материалы во взвеси с электролитом, начинается процесс течения тока между электродами 8, 9 и происходит процесс бескислородного поджига бытовых отходов, в результате чего температура в реакторе 6 достигает таких высоких значений, при которых молекулы воды распадаются на атомы водорода и кислорода, при сгорании бытовых отходов выделяется углерод, происходят реакции взаимодействия углерода с кислородом и водородом. Открывают заслонку 31 в четвертом трубопроводе 23 и из емкости 11 с предварительно созданным расплавом солей через сопловые блоки в верхней части реактора 6 расплав солей переливают в реактор 6, а заслонку 31 закрывают, отключают электроды 8, 9 от источника высоковольтного питания постоянного тока и подключают их к сети переменного тока, открывают заслонку 30 в третьем трубопроводе 21 и впускают наэлектризованный перегретый водяной пар в реактор 6.

В результате в реакторе 6 в расплаве солей происходит процесс пиролиза и газификации несгоревших остатков бытовых отходов. Образующиеся газы через обратный клапан 35 и восьмой трубопровод 27 направляются в емкость фильтрации 12, в которую, открыв заслонку 38 трубопровода 25, впускают перегретый водяной пар, прошедший процесс поляризации при прохождении через устройство 45 для создания электростатического поля. Проходя через расплав солей в присутствии атомарного водорода и атомарного кислорода, образовавшихся в результате разложения в высокотемпературной среде поляризованных молекул воды, газ очищается от диоксинов и в виде чистого синтез-газа подается потребителю через открытую заслонку 37 в трубопроводе 36.

Электроды 8, 9, когда на них подают напряжение от сети переменного тока 220 В частотой 50 Гц, служат для нагревания расплава солей в реакторе 6 путем прохождения через расплав солей тока между электродом 8 и электродом 9.

Аналогичным образом для нагревания расплава солей в емкости фильтрации 12 служат электроды 14, 15.

Через смотровое окно в реакторе 6 можно наблюдать за процессом химико-термической переработки бытовых отходов и на этой основе управлять им. Расплав солей, загрязненных шлаками, можно сливать из емкости 11 через трубопровод 40 и из емкости фильтрации 12 через трубопровод 38.

Так как процесс переработки бытовых отходов дополнен операциями вытеснения воздуха из бытовых отходов и замещения его углекислым газом, сжигания бытовых отходов в созданной между электродами 8, 9 высокотемпературной средой, пиролиза и газификации в растворе солей со средой атомизированного водорода и атомизированного кислорода, фильтрации в расплаве солей со средой атомизированного водорода и атомизированного кислорода, то повышается эффективность процесса переработки бытовых отходов вследствие более полной их переработки, повышается экологичность технологии переработки бытовых отходов вследствие отсутствия диоксинов в выходных газообразных продуктах.

Источники информации

1. Патент Украины №25813 А, МКИ F23G 5/027. Способ термической переработки твердых органических отходов и установка для его осуществления. 1999 г.

2. Патент Украины №57984 С2, МКИ F23G 5/027. Установка для пиролиза отходов. 2003 г.

1. Способ переработки бытовых отходов, заключающийся в том, что из бункера загружают в реактор измельченные бытовые отходы, производят пиролиз и газификацию бытовых отходов в расплаве солей, в емкости фильтрации пропускают продукты газификации через расплав солей, отличающийся тем, что в бункер с бытовыми отходами запускают углекислый газ, перед загрузкой в реактор формируют дозу бытовых отходов, прошедшую процесс поляризации посредством электростатического поля, до операции пиролиза и газификации сначала заполняют реактор расплавом солей, переместив его из емкости с предварительно созданным расплавом солей, выдерживают нахождение расплава солей в реакторе в течение времени, необходимого для разогрева реактора до температуры расплава солей, удаляют расплав солей из реактора, затем загружают в реактор дозу бытовых отходов, впрыскивают в реактор перегретый водяной пар, предварительно прошедший процесс поляризации посредством электростатического поля, в смеси дозы бытовых отходов с образовавшимся в результате растворения остатков расплава солей в водяном пару электролитом производят поджиг бытовых отходов посредством разрядного тока между электродами, между которыми образован высоковольтный потенциал, перемещают расплав солей из емкости с предварительно созданным расплавом солей в реактор, в емкость фильтрации впускают предварительно поляризованный посредством электростатического поля перегретый водяной пар.

2. Установка для переработки бытовых отходов в соответствии со способом по п.1, содержащая устройство загрузки бытовых отходов с бункером, реактор с нагревателями, емкость фильтрации с расплавом солей и нагревателями, электроды, отличающаяся тем, что в нее введена емкость с предварительно созданным расплавом солей, оборудованная нагревателями, в устройство загрузки бытовых отходов введены шнековый транспортер, шлюзовый затвор, шнековый толкатель, причем выход шнекового транспортера соединен с входом шлюзового затвора, выход шлюзового затвора соединен с входным отверстием бункера, шнековый толкатель расположен на выходе бункера, поддон бункера соединен первым трубопроводом с емкостью с углекислым газом; реактор соединен вторым трубопроводом со шнековым толкателем, третьим трубопроводом с магистралью перегретого водяного пара, четвертым и пятым трубопроводами с емкостью с предварительно созданным расплавом солей, емкость фильтрации соединена шестым трубопроводом с магистралью перегретого водяного пара, седьмым трубопроводом с емкостью с предварительно созданным расплавом солей, восьмым трубопроводом с реактором, в первом, втором, третьем, четвертом, пятом, шестом и седьмом трубопроводах установлены соответственно первая, вторая, третья, четвертая, пятая, шестая и седьмая заслонки, в восьмом трубопроводе установлен обратный клапан; при каждом из второго, третьего и шестого трубопроводов выполнено устройство для создания электростатического поля; электроды выполнены плоскими по форме, первый и второй электроды установлены в реакторе, третий и четвертый электроды установлены в емкости фильтрации; в установку для переработки бытовых отходов введен источник высоковольтного питания постоянного тока, первый и второй электроды предназначены для подключения к источнику высоковольтного питания постоянного тока и переключения к источнику питания переменного тока, третий и четвертый электроды подключены к источнику питания переменного тока.

3. Установка для переработки бытовых отходов по п.2, отличающаяся тем, что устройство для создания электростатического поля выполнено как часть трубопровода, выполненного из диэлектрического материала, например эбонита, на которой расположена кольцевая обмотка, подключенная к источнику питания постоянного тока.