Способ переработки твёрдых бытовых отходов

Изобретение относится к способам термической переработки твердых органических бытовых отходов. Способ переработки твердых бытовых отходов включает стадии магнитной сепарации и измельчения отходов до 5-10 мм, сушки рециркулирующими топочными газами, пиролиза твердых бытовых отходов с сепарацией пиролизных газов на горючие газы, пиролизное масло и воду, смешения угля с пиролизным маслом в соотношении 20:1 и экструдирования, повторного пиролиза гранул, охлаждения гранулированного угля, укупорки готовых угольных гранул. Кондуктивный пиролиз проводят в две стадии: на первой стадии пиролизная камера нагрета топочными газами до температуры 500-550°С, а на второй - 800-900°С. Охлаждение угля ведут до температуры 50-60°С путем орошения сепарированной водой. Изобретение обеспечивает создание энергоресурсосберегающего способа получения пиролизного масла и активированных угольных гранул, которые в зависимости от состава перерабатываемого сырья могут быть использованы в качестве высококалорийного топлива, абсорбента или биочара для обогащения почвы. 2 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к способам термической переработки твердых органических бытовых отходов с получением жидкого пиролизного топлива, может быть использовано в коммунально-бытовом хозяйстве, в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности, например, для переработки отходов бумаги, резины, текстиля и других материалов.

Известно решение RU 2734311 С1 «Способ переработки твердых бытовых отходов», МПК F23G 5/027, C10B 47/00, включающий загрузку твердых бытовых отходов через загрузочный гибкий транспортер во внутреннюю трубчатую пиролизную камеру, где топочными газами производят прогрев воздуха в пространстве между наружной трубчатой камерой и внутренней трубчатой пиролизной камерой, воздействуют температурой воздуха, проходящего через наружную трубчатую камеру и ребра внутренней трубчатой пиролизной камеры к выхлопной трубе, на внутреннюю трубчатую пиролизную камеру с возможностью ее нагрева и последующего разложения бытовых отходов на пиролизный газ, при помощи их перемешивания горизонтальными и вертикальными лопастями ножа, с последующим подъемом пиролизного газа в верхнюю часть внутренней трубчатой пиролизной камеры, и дальнейшего его поступления через патрубок пиролизных газов в пиролизную трубку, а затем - в конденсатор, где за счет трубок охлаждения производят разделение пиролизного газа на воду, пиролизное масло и неконденсируемый газ, который выходит из конденсатора по газовому патрубку, подается в рубашку охлаждения камеры сгорания горелки, где через отверстия поступает в камеру сгорания горелки, куда от вентилятора, через воздуховод и сопло, подают подогретый воздух для экзотермической реакции, а получаемый твердый остаток в виде углерода подают в нижнюю часть внутренней трубчатой пиролизной камеры, откуда твердый остаток выгружают в разгрузочный транспортер.

Недостатком прототипа является ненадежность работы установки: установленные в пиролизной камере ножи при высокой температуре и наличии металлических включений быстро выходят из строя, а теплообменная поверхность конденсатора быстро забивается смолистыми веществами конденсата пиролизного газа. Малое время пребывания топочных газовв рубашке камеры пиролиза уменьшает эффективное использование энергии экзотермических процессов. Твердый продукт на выходе низкого качества: имеет малую плотность и низкую удельную теплоту сгорания, приходящуюся на единицу объема.

Для осуществления заявленного способа получения активированного угля представлена технологическая схема аппаратурного оформления, см. Фиг. 1 и чертежи перфорированных металлических тарелок с S-образными лопастями на нечетных (А) и четных (Б) тарелках см. Фиг. 2.

Техническая задача, на которую направлено данное решение, это разработка способа переработки твердых бытовых отходов с повышенной эффективностью, предусматривающего возможность получения пиролизного масла и высококачественного твердого топлива.

Заявленный способ переработки фиг 1. состоит из: зоны подготовки отходов, включающий в себя магнитный сепаратор (1) для удаления металлический включений и дисковый измельчитель (2), зоны конвективной сушки (3), зоны первой стадии пиролиза (4), шнекового экструдера (5), зоны второй стадии пиролиза (6), зоны газификации (7), зоны укупорки (8), зоны конденсации пиролизных газов (9), зоны накопления пиролизного масла (10), роторных питателей (11а - 11г), абсорбера (12), топки (13), шнекового транспортера (14) с рубашкой (20в), буферной емкости (15), теплообменников (16а - 16б), газодувок (17а - 17б). Пиролизер первой стадии включает в себяперфорированные металлическиетарелки (18) с выгрузочными отверстиями (22а, 22б), S-образные лопасти (19) закрепленные на валу (21), рубашку со спиральными направляющими (20а).

Пиролизер второй стадии имеет рубашку со спиральными направляющими (20б).

Процесс переработки твердых бытовых отходов, см. Фиг. 1.

Твердые бытовые отходы непрерывно пропускают через магнитный сепаратор (1) для очистки от металлических включений и измельчают в дисковом измельчителе (2) для получения мелкофракционных частиц размером 5-10 мм. Измельченные отходы подают роторным питателем (11а) в сушильную камеру (3), где отходы подвергают конвективной сушке топочными газами из рубашки (20а) первой пиролизной камеры (4).

На входе конвективной сушилки (3) температуру поддерживают за счет рециркуляции отработанного теплоносителя с помощью газодувки (17а) и датчиков температуры и влажности. Высушенные твердые бытовые отходы направляют роторным питателем (11б) и шнековым транспортером (14) в первую камеру пиролиза (4) с установленными в ней перфорированными металлическими тарелками (18) и перемешивающим устройством в виде вала (21), на котором закреплены горизонтальные лопасти S-образной формы (19). Нечетные тарелки имеют выгрузочные отверстия (22а) в центре, а на четных тарелках выгрузочные отверстия (22б) располагаются на периферии. Твердые бытовые отходы внутри первой пиролизной камеры (4), нагретой до температуры 500-550°С, перемещают по нагретым поверхностям тарелок (18) к выгрузочным отверстиям поочередно от периферии к центру и наоборот вращением S-образных лопастей (19). Образующиеся пиролизные газы проходят через перфорацию тарелок и конвективно прогревают сырье. Пройдя первую стадию пиролиза, полученный уголь попадает в шнековый экструдер (5), где уголь смешивают с пиролизным маслом в соотношении 20:1 и экструдируют. Полученные гранулы подают на вторую стадию кондуктивного пиролиза при температуре 800-900°С в аппарате шахтного типа. Затем гранулированный уголь подают роторным питателем (11в) в камеру газификации (7) и остужают до температуры 50-60°С орошением водой, которая подается из буферной емкости (15). Охлажденный активированный грануллированный уголь размерами 5-10 мм роторным питателем (11г) направляют на укупорку (8). Пиролизные газы с первой и второй стадии пиролиза объединяют и эжектируют охлажденной водой, сепарированной из пиролизной жидкости. Пиролизная жидкость, скапливаясь в баке конденсатора (9), сепарируется на воду и пиролизное масло. Пиролизное масло отбирают в сборник (10) и частично подают в шнековый экструдер (5). Сепарированная вода из бака конденсатора (9) охлаждается и подается на эжектированиепиролизных газов и частично подается в буферную емкость (15). Продукты газификации из камеры газификации (7) и несконденсированные газы из конденсатора (9) совместно с подогретым воздухом, подаваемым газодувкой (17б), сжигают в топке (13) и получают топочные газы. Топочные газы из топки (13) последовательно пропускают через: теплообменник (16б), для подогрева воздуха; рубашки (20а, 20б) второй и первой пиролизной камеры (4,6), рубашку (20в) шнекового транспортера (14) и подают на конвективную сушку перерабатываемого сырья. Отработанные топочные газы из сушильной камеры (3) очищают в абсорбере (12) и выбрасывают в атмосферу. Абсорбат из абсорбера (12) направляют на рециркуляцию и частично в буферную емкость (15).

Данное изобретение иллюстрирует следующие примеры конкретного исполнения.

Пример 1. Способ переработки твердых бытовых отходов осуществляют следующим образом: отходы бумаги, резины текстиля влажностью 30% пропускают через магнитный сепаратор и измельчают в дисковом измельчителе до размеров 5 мм. Конвективную сушку измельченного сырья ведут в сушильной камере при температуре процесса сушки 250°С. Материалы из сушильной камеры направляют шнековым питателем на первую стадию кондуктивного пиролиза, который ведут при температуре 500°С. Полученный уголь направляю в шнековый экструдер смешивают с пиролизным маслом в соотношении уголь-масло 20:1 и экструдируют. Полученные гранулы направляют на вторую стадию кондуктивного пиролиза при температуре 800°С. Охлаждение угольных гранул ведут орошением водой до температуры 50°С. После охлаждения активированные гранулы и пиролизное масло подвергают аналитическим исследованиям.

Пример 2. Способ переработки твердых бытовых отходов осуществляют следующим образом: отходы бумаги, резины текстиля влажностью 60% пропускают через магнитный сепаратор и измельчают в дисковом измельчителе до размеров 7 мм. Конвективную сушку измельченного сырья ведут в сушильной камере при температуре процесса сушки 300°С. Материалы из сушильной камеры направляют шнековым питателем на первую стадию кондуктивного пиролиза, который ведут при температуре 525°С. Полученный уголь направляю в шнековый экструдер смешивают с пиролизным маслом в соотношении уголь-масло 20:1 и экструдируют. Полученные гранулы направляют на вторую стадию кондуктивного пиролиза при температуре 850°С. Охлаждение угольных гранул ведут орошением водой до температуры 55°С. Охлажденные активированные гранулы и пиролизное масло подвергают аналитическим исследованиям.

Пример 3. Способ переработки твердых бытовых отходов осуществляют следующим образом: отходы бумаги, резины текстиля влажностью 90% пропускают через магнитный сепаратор и измельчают в дисковом измельчителе до размеров 10 мм. Конвективную сушку измельченного сырья ведут в сушильной камере при температуре процесса сушки 350°С. Материалы из сушильной камеры направляют шнековым питателем на первую стадию кондуктивного пиролиза, который ведут при температуре 550°С. Полученный уголь направляю в шнековый экструдер смешивают с пиролизным маслом в соотношении уголь-масло 20:1 и экструдируют. Полученные гранулы направляют на вторую стадию кондуктивного пиролиза при температуре 900°С. Охлаждение угольных гранул ведут орошением водой до температуры 60°С. Готовые продукты: активированные гранулы и пиролизное масло подвергают аналитическим исследованиям.

Исследование свойствугольных гранул и пиролизного масла, полученных по заявленному способу, осуществляли в Центре коллективного пользования научным оборудованием по получению и исследованию наночастиц металлов, оксидов металлов и полимеров «Нанотехнологии и наноматериалы».

Адсорбционную активность угольных гранул по йоду, полученных по заявляемому способу, определяли в соответствии с ГОСТ 6217-74.

Плотность активированных гранул, полученных по заявляемому способу, определяли в соответствии с ГОСТ 10742-71.

Удельная теплота сгорания активированных гранул, полученных по заявляемому способу, определяли в соответствии с ГОСТ 147-2013.

Удельную теплоту сгорания пиролизных масел, полученных по заявленному способу, определяли в соответствии с ГОСТ 21261-91.

Данные по показателям активированных гранул и пиролизных масел приведены в Таблице 1.

Таблица 1

№ опыта	1	2	3
Размер частиц, мм	5	7	10
Температура процесса сушки, °С	250	300	350
Влажность сырья, %	30	60	90
Температура первой стадии пиролиза, °С	500	525	550
Температура второй стадии пиролиза, °С	800	850	900
Температура готовых гранул угля, °С	50	55	60
Адсорбционная активность по йоду, %	64	62	60
Плотность активированных гранул,	1400	1550	1600
Уд. теплота сгорания активированных гранул, МДж/кг	35	31	27
Уд. теплота сгорания пиролизного масла, МДж/кг	43	41	39

Анализ результатов аналитических исследований показывает, что предлагаемый способ позволяет получать угольные гранулы с высокой плотностью и теплотой сгорания, приближенные по свойствам к антрациту и пиролизное масло с высокой теплотой сгорания, пригодной в качестве жидкого топлива.

S-образные лопасти в пиролизной камере, вследствие предварительной очистки сырья от металлических включений, практически не изнашиваются, а, при конденсации пиролизного газа эжекцией охлажденной сепарированной водой, смолистые вещества не осаждаются на теплообменной поверхности конденсатора. Эти факторы заметно увеличивают надежность эксплуатации аппаратурного оформления при реализации предлагаемого способа.

Использование энергии топочного газа на всех эндотермических стадиях термической переработки органических отходов значительно увеличивают эффективность использования энергии экзотермических процессов при сжигании горючих газов.

Способ переработки твердых бытовых отходов, включающий загрузку твердых бытовых отходов шнековым транспортером в пиролизную камеру, оснащенную рубашкой, где ведут кондуктивный пиролиз с перемешиванием твердых бытовых отходов вращением вала, сопряженным с горизонтальными лопастями, выгрузку горячего угля, полученного при пиролизе, осуществляют шнековым экструдером, пиролизные газы, полученные при пиролизе, направляют в конденсатор, где их охлаждают и из них конденсируют пиролизную жидкость, которая, скапливаясь в баке конденсатора, сепарируется на воду и пиролизное масло, а несконденсированные горючие газы из конденсатора совместно с подогретым воздухом подают в топку, полученные топочные газы подают в рубашку камеры пиролиза, отличающийся тем, что твердые бытовые отходы перед загрузкой шнековым транспортером в пиролизную камеру очищают в магнитном сепараторе, измельчают до размеров 5-10 мм и направляют роторным питателем на конвективную сушку топочными газами из рубашки пиролизной камеры, пиролиз проводится в две стадии: на первой стадии камеру пиролиза нагревают до температуры 500-550°С топочными газами, проходящими по спиральной направляющей в рубашке пиролизной камеры, твердые бытовые отходы внутри пиролизной камеры перемещают по нагретым перфорированным поверхностям металлических тарелок к выгрузочным отверстиям поочередно от периферии к центру в нечетных тарелках и от центра к периферии в четных тарелках вращением S-образных лопастей, полученный горячий уголь смешивают с пиролизным маслом в соотношении уголь-масло 20:1 и гранулируют в шнековом экструдере, полученные гранулы подают на вторую стадию кондуктивного пиролиза при температуре 800-900°С в аппарате шахтного типа, который нагревают проходящими по спиральной направляющей рубашки второй пиролизной камеры топочными газами, полученными сжиганием горючих газов в топке, гранулированный уголь направляют роторным питателем в камеру газификации, где его охлаждают до температуры 50-60°С орошением водой, активированные гранулы отправляют на укупорку, пиролизные газы с первой и второй стадии пиролиза объединяют и эжектируют охлажденной сепарированной водой конденсатора, пиролизное масло отбирают в сборник и частично подают на смешение, сепарированная вода из бака конденсатора частично подается в буферную емкость, горючие газы получают смешением продуктов газификации из камеры газификации и несконденсированных газов из конденсатора, отработанные топочные газы из сушильной камеры очищают в абсорбере и выбрасывают в атмосферу, часть абсорбата из абсорбера направляют в буферную емкость, воду на орошение подают из буферной емкости.