СПОСОБ ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ ОТРАБОТАННЫХ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 1997 года по МПК B09B3/00 C04B18/00 

Изобретение относится к способу обезвреживания отработанных материалов двух типов, а именно A и B.

Тип A это отработанный материал, имеющий относительно высокое содержание энергии.

Тип B это отработанный материал, содержащий воду, имеющий относительно низкое содержание энергии.

Известен способ обработки таких отходов, как например, шлам от дражирования, который может быть смешан с промышленными отходами, осадок от очистки и подобные материалы или порошковые осадки от сжигания, например летучая зола, при котором отбросный продукт преобразуют в пластическую массу путем сушки и/или смешения, причем массу превращают в форму отдельных частиц, из которых изготавливают керамические тела посредством сушки и спекания в условиях окисления и при конкретном постепенном увеличении температуры. После стадии сушки частицы (гранулы) сначала нагревают при температуре примерно 500-900^oC, например 700^oC, и затем при температуре примерно 1100^oC, например 1100-1160^oC. В результате осуществления этого процесса получают керамический продукт, который является безопасным для окружающей среды (ЕР-А-О-217433).

Недостатком упомянутого способа заключается в том, что необходимо значительное количество энергии, особенно для стадии спекания.

Неожиданно было обнаружено, что эту проблему можно решить комбинированной обработкой отходов двух типов, а именно типа A и типа B. Тип A представляет собой отходящий материал с относительно высоким уровнем содержания энергии, а тип B это содержащий воду отработанный материал с относительно низким уровнем содержания энергии.

В соответствии с изобретением эта обработка состоит из пиролиза материала типа A для получения газа и/или масла и углеродсодержащего остатка и смешения углеродсодержащего остатка с материалом типа B в соотношении, обеспечивающем в смеси менее 80% углеродистой составляющей, необходимой для спекания.

В способе обработки согласно изобретению материал типа A содержит предпочтительно более 40% по массе, в частности более 60% по массе органического материала, причем процентное содержание основано на сухом веществе. Примерами материала типа A являются осадок в масле и остатки с очистительных установок. Такой осадок может содержать, например, 40-90% по массе органического материала на основе сухого вещества. Характерной особенностью осадка из очистительных установок является присутствие в нем органического материала в виде волокнистого материала. Волокнистый материал может содержать от 2 до 60% по массе, осадка на сухой основе.

В способе согласно изобретению материал типа B содержит предпочтительно менее 30% по весу, и в частности менее 20 по весу органических материалов, причем процентное содержание основано на сухом материале. Примерами материала типа B могут быть загрязненная почва и грязь от землеройных снарядов, используемых при очистке гаваней, а также речной и озерный ил. В общем материал этого типа содержит около 2-30% по массе органических веществ на сухой основе сухого остатка. В отличие от осадков типа A, получаемых на очистительном оборудовании, грязь и ил от землеройных работ и загрязненная земля содержат так называемый короткий материал, а не волокнистый материал.

Пиролиз согласно способу обработки по данному изобретению осуществляют преимущественно при температуре порядка 450-725^oC, в частности:
в пределах 450-600^oC, предпочтительно при температуре 470-520^oC для продукта пиролиза, богатого по содержанию масла;
в пределах 600-725^oC, предпочтительно при температуре - 670-700^oC для продукта пиролиза, богатого содержанием газа;
при давлении от атмосферного до давления выше нормального примерно 15 кП, преимущественно около 10-12 кП для продукта богатого по содержанию в нем масла или до давления выше атмосферного, около 5 кП, преимущественно 3-3,5 кП, для продукта, богатого по содержанию в нем газа.

Предпочтителен пиролиз материала типа A для получения главным образом газа. При температуре свыше 725^oC выход газа существенно уменьшается и получаемый при пиролизе материал обугливается.

Возможно добавление веществ к материалу, подвергаемому процессу пиролиза, которые имеют относительно высокое содержание энергии. Примером такой добавки является древесная щепа.

Пиролиз осуществляют в окислительно бедной или бескислородной среде. Как правило, количество кислорода не должно превышать по объему 1% Такой кислорода может быть включен в материал, подвергаемый пиролизу, и он освобождается в процессе нагрева материалов. Если это необходимо, в процессе пиролиза можно применять такой инертный газ, как азот.

Освобождаемые в процессе пиролиза газы очень хорошо подходят в качестве топливного газа, например, для сушки и/или спекания. Теплотворная способность такого топливного газа составляет в общем случае порядка 19.00-22.500 к y/N m³.

В общем пиролиз осуществляют таким образом и за такой период времени, что в пиролизном остатке образуется примерно 5-20, предпочтительно 8-12 частей по массе углеродсодержащего остатка. Оказалось, что остаток, имеющий такое количество углеродистого материала, хорошо подходит к свойствам смешанного материала на стадии спекания. Во время спекания пиролизные газы можно непосредственно вводить в нагревательные устройства, другими словами, пиролизный газ можно вводить в пламя.

До смешения углеродсодержащего остатка с материалом типа B предпочтительно измельчать углеродсодержащий остаток. Это измельчение способствует улучшению гомогенизации.

Конечно, материал типа B может быть в таком состоянии, что его можно использовать непосредственно на стадии смешения в способе согласно изобретению. Однако во многих случаях потребуется предварительная обработка для обезвоживания материала типа B до приемлемого уровня содержания влаги. Шлам с очень высоким содержанием воды, такой как шлам с установок по очистке сточных вод, может быть сначала механически обезвожен до примерно 70% воды, считая на сухой материал. Такой шлам, а также другие исходные материалы, такие как шлам от драгирования, могут быть освобождены от избыточной воды в так называемом декантационном резервуаре. Дополнительная дегидратация достигается при пропускании материала через сетчатый ленточный пресс, в результате чего содержание воды может быть снижено до примерно 50% считая на сухой материал, при этом содержание влаги в материале должным образом регулируется прессованием. Другой возможностью снижения содержания влаги является физическое старение шлама от драгирования в декантационном резервуаре, в результате чего желаемое содержание влаги может быть достигнуто после не более чем одного года. Еще одной возможностью достижения этого содержания влаги является смешивание шлама от драгирования с относительно сухой, непластичной добавкой или со смесями таких веществ.

На стадии смешения согласно способу по данному изобретению используют, например, 1-50 частей, предпочтительнее 10-25 частей по массе углеродсодержащего остатка на 100 частей по весу материала типа B. Это является важным и отличительным признаком способа, в сравнении с описанным выше способом, поскольку в известном способе используют значительно большее количество осадка с относительно высоким содержанием энергии и незначительным количеством главным образом неорганических добавок. В соответствии с изобретением в данном способе всегда используют значительное количество главным образом неорганических остатков материала типа B.

Во время смешения согласно способу по данному изобретению можно добавлять другие материалы, которые могут подпадать под определение материала A, а также материала B. Важной добавкой может быть высушенный остаток, который может служить также для уменьшения содержания воды в смеси.

Способ согласно настоящему изобретению очень хорошо подходит для обработки отработанных каталитических материалов, например цеолитов, которые находят применение в нефтехимической отрасли промышленности. В общем этот конкретный отработанный материал будут добавлять на стадии смешения согласно способу обработки по данному изобретению.

Было обнаружено, что максимальный размер частиц материала, присутствующего на стадии смешения способа согласно настоящему изобретению, должен быть преимущественно меньше, чем примерно 0,5 мм. Вообще проведения отдельной стадии измельчения материала типа B не потребуется. С другой стороны, пиролизный остаток будет в форме достаточно крупного шлакоподобного материала, который следует измельчать перед осуществлением стадии 2 смешения. Желательно уменьшить этот крупный материал до максимального размера частиц, например 0,5 мм, предпочтительно 0,1 мм. Однако углеродсодержащий остаток и материал типа B могут иметь примерно одинаковое распределение размера частиц во время стадии смешения. Конкретный размер частиц способствует образованию однородных и механически прочных кусочков, и следовательно, получению керамических тел, имеющих одинаковый внешний вид.

Стадию формования можно осуществлять известным способом, например пропусканием основного материала через экструдер, после чего непрерывная лента нарезается на кусочки. Полученным таким образом кусочкам можно придать закругленную форму в барабане. Другим способом получения гранул является пропускание основного материала через так называемый грануляционный диск или барабан, что обеспечивает получение закругленных гранул.

Полученные гранулы затем высушивают, этот процесс может проводиться в той же печи, которая использовалась для спекания, например вращающаяся барабанная печь. Также возможно осуществлять высушивание в отдельной барабанной печи или в печи с решеткой или с использованием ленточного сушителя или барабанного сушителя. В качестве теплоносителя возможно использование отходящих газов, полученных любым способом. Эти газы и образующиеся пары должны собираться и очищаться для того, чтобы предотвратить, попадание загрязняющих элементов в окружающую среду.

Стадия спекания и сушки предпочтительно включает в себя стадию нагрева в присутствии кислорода при температуре 500 900^oC, в частности 600 - 800^oC, например при температуре 700^oC, и стадию спекания при температуре 1050 1250^oC, преимущественно 1100 1200^oC.

Важно, чтобы в процессе осуществления стадии спекания в смеси содержалось бы не более 80% от общей энергии, требуемой для спекания. Более высокое значение, чем 80% вызовет самопроизвольное горения подлежащего спеканию материала, результатом которого будет плохое качество конечного керамического продукта.

Предпочтительно, чтобы в смеси было бы меньше 60% в частности примерно 10-40% количеств энергии, требуемой для спекания.

Изобретение дополнительно поясняется схемой, представленной на чертеже.

На этой схеме материал, имеющий относительно высокое содержание энергии, например осадок с очистительной установки, обозначен в позиции 1. Отработанный материал 1 подвергается пиролизу в позиции 2. В результате образуется углеродсодержащий остаток 3 и газовая и/или масляная фаза 4. Оптимальные условия для производства масла или газа или обоих компонентов приведены выше.

С другой стороны, отработанный материал, содержащий воду и имеющий относительно низкое содержание энергии, например, шлам 6 от землеройных работ, просеивают в позиции 7. Крупный материал 8, например, имеющий размер частиц свыше 2 мм, удаляют. После этого достаточно грубого просеивания мелкие фракции можно отделить (не показано).

Содержание воды в осадке уменьшают в позиции 9 до значения, например, 30 50% по массе на основе сухого вещества.

Стадию 9 обезвоживания можно осуществлять посредством физического старения в декантационных бассейнах.

После обезвоживания материала до требуемого значения обезвоженный остаток, образующийся на стадии 9, а также углистый остаток 3 поступают в смесительную зону 11, в которой приготовляют однородную смесь. Эта гомогенизация происходит в результате перемешивания, измельчения или просеивания, или их комбинации.

После смешения и/или гомогенизации дополнительное обезвоживание, достигаемое механическими или термическими способами, проводят до требуемого значения, например до 65-75% по массе на основе сухого материала (не показано).

После гомогенизации смесь подвергают формованию в зоне 12. Эта зона формования может содержать, например, экструдер для получения прядей, которые режут на куски, которые затем могут дополнительно обрабатывать в барабане.

После стадии 12 формования отдельные куски передают в зону 13 сушки/спекания. Хотя для обоих видов обработки можно использовать раздельные зоны, однако сушку и спекание удобно осуществлять в одной печи. Конкретные условия по время стадии 13 указаны выше в данном описании.

После охлаждения материала в позиции 14 получают керамический продукт 15. Охлаждение на позиции 14 сопровождается выделением энергии, например, в виде теплого воздуха 16, который затем повторно используют в данном процессе, как это видно из схемы.

Отходящие газы, образующиеся во время стадии 13, указаны в позиции 17. В зоне 18 последующего сгорания отходящие газы 17 нагревают до максимума, например до 1200^oC. Затем отходящие газы пропускают через теплообменник 19, который дает выход энергии, в виде, например, горячего воздуха 20, который повторно используют в данном процессе, как это видно из прилагаемой схемы.

Охлажденные отходящие газы дополнительно обрабатывают в зоне 21 очистки в целях получения очищенных отходящих газов 22. С другой стороны газы, обработанные в зоне 21, можно направить, например, на стадию 2 пиролиза, как это видно на прилагаемой схеме.

Изобретение относится к способу обезвреживания отработанных материалов двух типов A и B. Тип A - это отходящий материал, имеющий относительно высокое содержание энергии, а тип B - это отходящий материал, содержащий воду, имеющий относительно низкое содержание энергии, причем упомянутый способ состоит из следующих стадий: пиролиз материала A для получения газа и/или масла углеродсодержащего остатка, смешение углеродсодержащего остатка с материалом B в соотношении, обеспечивающем в смеси менее 80% углеродистой составляющей, необходимой для спекания. 7 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ обезвреживания отработанных материалов, включающий формование из них гранул с посредующей сушкой и спеканием, отличающийся тем, что используют отработанные материалы двух типов А и В, где А материал, содержащий свыше 40% по массе горючих органических веществ, В материал, содержащий менее 30% по массе горючих огранических веществ и воду, причем материал А подвергают пиролизу для получения газа и/или масла и углеродсодержащего остатка с последующим смешением углеродсодержащего остатка и материалом В в соотношении, обеспечивающем в смеси менее 80% углеродистой составляющей, необходимой для спекания. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что материал А содержит сверх 60% по массе горючих органических веществ в пересчете на сухое вещество и представляет собой отходы очистительных установок или масляные остатки нефтяной промышленности. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что материал В содержит менее 20% по массе горючих органических веществ в пересчете на сухое вещество и представляет собой загрязненный грунт или шлам от землеройных работ. 4. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что пиролиз осуществляют при 450 725^oС, в частности: при 450 600^oС, преимущественно при 470 - 520^oС, до получения повышенного содержания масла в продукте пиролиза, или при 600 725^oС, преимущественно при 670 700^oС, для получения повышенного содержания газа в продукте пиролиза, при давлении от атмосферного до давления выше атмосферного до 15 кПа, преимущественно 10 12 кПа, для повышенного содержания масла в продукте пиролиза или от атмосферного давления до давления выше атмосферного до 5 кПа, преимущественно 3 3,5 кПа, для получения повышенного содержания газа в продукте пиролиза. 5. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что используют углеродсодержащий остаток в количестве 1 50, преимущественно 10 25 мас.ч. на 100 мас.ч. материала В. 6. Способ по пп.1 5, отличающийся тем, что перед смешением обезвоженный до содержания воды 40 60% по массе материала В и углеродистый остаток измельчают до получения порошкообразного или зернистого продукта помола, при этом максимальный размер частиц продукта помола материала В не выше 0,5 мм, а углеродсодержащего остатка меньше 0,1 мм. 7. Способ по пп.1 6, отличающийся тем, что спекание осуществляют в две стадии при 500 900^oС, преимущественно 600 800^oС, в присутствии кислорода и затем при 1050 1250^oС, преимущественно при 1100 - 1200^oС. 8. Способ по п.1, отличающийся тем, что углеродсодержащий остаток смешивают с материалом В в соотношении, обеспечивающем в смеси 60% по массе, преимущественно 10 40% углеродистой составляющей, необходимой для спекания.