Способ термической утилизации твердых бытовых отходов
Владельцы патента RU 2536944:
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" (RU)
Изобретение относится к области переработки, обезвреживания и утилизации твердых бытовых отходов. Для термической утилизации отходов бурят скважину, проводят газификацию органических компонентов отходов при помощи контролируемого нагрева и подачи топлива с получением синтез-газа и его последующим выводом. При этом скважину бурят на полигоне захоронения отходов. Газификацию проводят непосредственно в массиве складированных отходов с помощью проложенной в скважине газовоздушной магистрали, которую перемещают внутри массива по вертикали путем погружения/извлечения подводящих и отводящих труб, а по горизонтали - путем бурения скважин по рассчитанной сетке с чередованием подводящих и отводящих труб. Изобретение обеспечивает стабилизацию массива отходов, сокращение энергозатрат и затрачиваемого времени.
Изобретение относится к области переработки, обезвреживания и утилизации отходов бытовых и/или промышленных.
Из существующего уровня техники известен способ термической утилизации твердых бытовых отходов, включающий сушку, пиролиз отходов с разделением их на твердую и газообразную часть и расплав твердой части (патент RU №2147712 от 30.09.1998). Перед подачей твердого остатка в ванне предварительно наводят шлаковый расплав, нагревают его до температуры 1400-1500°C, загружают в полученный расплав материалы и отходы, содержащие металлическое железо, для получения шлакожелезистого расплава. Газообразную составляющую пиролиза вводят в контакт со всей поверхностью жидкого шлакометаллического расплава.
Недостатками известного способа являются необходимость использования большого количества природных ресурсов и громоздкой установки, а также необходимость транспортировки отходов с полигона и на полигон.
Наиболее близким способом того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является способ утилизации отходов, включающий вскрытие угольного пласта скважиной, формирование полости подземного газогенератора и последующее газифицирование углеродсодержащей фракции отходов в подземном газогенераторе, причем полость подземного газогенератора формируют посредством гидромониторного агрегата, при этом боковым стенкам и кровле полости придают вид свода естественного равновесия в пределах ее проектных размеров, после чего прекращают гидравлическую выемку угля, откачивают воду и осуществляют термическую подготовку массива к газификации, для чего в полость подают газ с температурой 350-400°C, по завершении чего полость газогенератора загружают углеродсодержащей фракцией бытовых отходов, которые перед вводом в подземный газогенератор подвергают пиролизу при температуре 500-600°C, при этом в загруженный отходами газогенератор подают газовую смесь, включающую CO2, O2, кроме того, после выхода процесса газификации на устойчивый режим в состав дутья вводят пары воды, при этом после окончания выгазовывания первой порции отходов полость газогенератора заполняют следующей порцией отходов и так далее до полного заполнения полости газогенератора зольным остатком (патент RU №2167011 от 20.05.2001). Данный способ принят в качестве прототипа.
Признаки прототипа, совпадающие с существенными признаками заявляемого способа - бурение скважины; проведение газификации органических компонентов отходов при помощи контролируемого нагрева и подачи топлива с получением синтез-газа и его последующим выводом.
Недостатком известного способа, принятого за прототип, является то, что для его осуществления необходима установка подземного газификатора-реактора в угольном пласте, что ведет к техническим трудностям и высоким издержкам. Кроме того, необходима транспортировка отходов к данному месту, что делает невозможным проведение одновременно стабилизации полигона и обезвреживания отходов внутри самого полигона.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание способа термической утилизации ТБО, позволяющего одновременно проводить стабилизацию полигона и обезвреживать отходы внутри самого полигона в короткий промежуток времени; снижение энергозатрат и стоимости проведения процесса утилизации.
Поставленная задача была решена за счет того, что в известном способе термической утилизации твердых бытовых отходов, включающем бурение скважины, проведение газификации органических компонентов отходов при помощи контролируемого нагрева и подачи топлива с получением синтез-газа и его последующим выводом, согласно изобретению бурят скважину на полигоне захоронения отходов и газификацию проводят непосредственно в массиве складированных отходов с помощью проложенной в скважине газовоздушной магистрали, которую перемещают внутри массива по вертикали путем погружения-извлечения подводящих и отводящих труб, а по горизонтали - путем бурения скважин по рассчитанной сетке с чередованием подводящих и отводящих труб.
Признаки заявляемого технического решения, отличительные от прототипа, - бурят скважину на полигоне захоронения отходов; газификацию отходов проводят непосредственно в массиве складированных отходов с помощью газовоздушной магистрали, проложенной в скважине; газовоздушную магистраль перемещают внутри массива по вертикали путем погружения-извлечения подводящих и отводящих труб, а по горизонтали - путем бурения скважин по рассчитанной сетке с чередованием подводящих и отводящих труб.
Бурение скважины на полигоне отходов и проведение газификации отходов непосредственно в массиве складированных отходов позволит обеспечить снижение объема отходов, что приводит к стабилизации полигона. А отсутствие необходимости транспортировки отходов к месту утилизации приводит к снижению энергозатрат.
Осуществление газификации с помощью газовоздушной магистрали, проложенной в скважине и перемещаемой внутри массива по вертикали путем погружения-извлечения подводящих и отводящих труб, а по горизонтали - путем бурения скважин по рассчитанной сетке с чередованием подводящих и отводящих труб, позволит упростить технологическую схему процесса, а также снизить стоимость процесса газификации по причине отсутствия необходимости установления реактора в месте проведения реакции.
Предлагаемый способ осуществляется в следующей последовательности.
На полигоне отходов бурят скважину, в которой прокладывают газовоздушную магистраль с горелкой и электрическим поджигом. За счет подачи и горения топлива температура в прилегающей к горелке зоне повышается. При достижении температуры 600°C начинается горение отходов. Подача топлива остается постоянной до достижения в зоне горения температуры 900-1000°C, подачу воздуха регулируют в зависимости от требуемых параметров термической деструкции отходов. При достижении 900°C внутри участка массива отходов образуется реакторная зона, в которой происходит контролируемая газификация органических компонентов твердых отходов в автотермическом режиме, что позволяет сократить подачу топлива. В данных условиях происходит образование синтез-газа, на количественные и качественные параметры которого можно воздействовать путем изменения количества подаваемого воздуха. В околореакторном пространстве за счет системы перфорированных труб создается зона пониженного давления, в результате чего синтез-газ извлекается из тела полигона и может быть использован в энергетических целях с последующей или предварительной очисткой.
Перемещение газовоздушной магистрали (реакторной зоны) внутри массива осуществляют по вертикали путем погружения-извлечения подводящих и отводящих труб, по горизонтали - путем бурения скважин по рассчитанной сетке с чередованием подводящих и отводящих труб.
Преимущество заявляемого способа состоит в том, что он позволяет уменьшить объем складируемых отходов, обеспечить стабилизацию массива отходов в длительном временном аспекте и провести их утилизацию, подготовить полигон к рекультивации и дальнейшему использованию площадки, сократив при этом энергозатраты и стоимость.
Способ термической утилизации твердых бытовых отходов, включающий бурение скважины, проведение газификации органических компонентов отходов при помощи контролируемого нагрева и подачи топлива с получением синтез-газа и его последующим выводом, отличающийся тем, что бурят скважину на полигоне захоронения отходов и газификацию проводят непосредственно в массиве складированных отходов с помощью проложенной в скважине газовоздушной магистрали, которую перемещают внутри массива по вертикали путем погружения-извлечения подводящих и отводящих труб, а по горизонтали - путем бурения скважин по рассчитанной сетке с чередованием подводящих и отводящих труб.
