СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ОРГАНИЧЕСКИХ ОТХОДОВ Российский патент 1998 года по МПК F23G5/00 F23G5/27 

Изобретение относится к способам переработки органических отходов в твердом, жидком и газообразном состоянии и может быть использовано в коммунальном хозяйстве для утилизации бытовых отходов, а также в отраслях легкой, химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей промышленности и сельском хозяйстве при переработке производственных отходов.

Известен способ переработки мусора путем химического разложения и химического взаимодействия нерассортированного мусора с добавками. Процесс происходит в зонах низких, средних и высоких температур. Зона высоких температур достигается сжиганием кокса [1].

Недостатком известного способа является расход дефицитного кокса.

Известен также способ переработки мусора путем термического разложения и химического взаимодействия не рассортированного мусора с добавками без доступа воздуха при T≥700^oC и давлении P≥0,2 МПа, в качестве добавки используют измельченный карбид кальция, который подают в зону реакции отдельным потоком. Образующиеся продукты реакции конденсируют при нормальной температуре и давлении 0,2 МПа [2].

Недостатком этого способа является использование дорогостоящего и дефицитного карбида кальция, а также переработка органических отходов лишь в одном (твердом) агрегатном состоянии.

Кроме того, известен способ переработки всех видов органических отходов путем гидролиза карбида кальция при T≥700^oC и P≥0,2 МПа, при котором карбид кальция получают путем термического разложения твердых органических отходов совместно с окисью кальция при температуре не менее 1600^oC [3].

Недостатком этого способа является сложность процесса переработки отходов, обусловленная многостадийностью процесса (переработка твердых отходов в карбид, извлечение его, дробление, гидролиз, очистка реактора от твердых продуктов гидролиза).

Задачей изобретения является удешевление процесса переработки и расширение диапазона его применения.

Это достигается тем, что гидролиз карбида кальция и его синтез проводят в едином реакторе и едином технологическом режиме при температуре свыше 1600^oC и избыточном давлении не менее 0,01 МПа в присутствии известняка.

Известно, что при соблюдении условий гидролиза CaC₂ "выше критических для ацетилена" повышение температуры ведет к уменьшению критического давления, т. е. при T_крит_→ ∞,P_крит_→ 0 [3]. Следовательно, если карбид кальция будет реагировать с водой в момент его образования, т.е. при T≥1600^oC, то критическое давление (давление при котором исключается образование ацетилена) будет существенно меньше 0,2 МПа.

Опытным путем установлено, что при T≥1600^oC и избыточном давлении 0,01 МПа, ацетилен в продуктах гидролиза отсутствует. Это обстоятельство позволяет вести переработку отходов при минимальном избыточном давлении (0,01 МПа), что обеспечивает максимальную безопасность процесса переработки.

Для обеспечения процесса переработки органических отходов в едином технологическом режиме образующийся в зоне высокой температуры (T≥1600^oC) карбид кальция разбрызгивается активатором, что исключает образование карбида кальция "на блок" и обеспечивает его гидролиз в зоне более низких температур.

Активатор представляет собой лопостное колесо на валу, который приводится в движение электромотором. В зоне высокой температуры неизбежно протекает реакции CaO + C ---> CaC₂ + CO, образующийся жидкий карбид кальция, попадая на лопость активатора, разбрызгивается. Капельки жидкого карбида кальция, попадая в зону более низкой температуры, взаимодействуют со свободной или пирогенетической водой с образованием CaC₂ + H₂O ---> CaO + C_nH_m.

В целом технологический режим выглядит следующим образом: в зоне высокой температуры, т. е. в дуговом разряде, где температура выше 2000^oC при пиролизе твердых органических отходов совместно с известняком CaCO₃ неизбежно протекают следующие реакции:
при разложении органического вещества образуется углерод;
при разложении известняка CaCO₃ ---> CaO + CO₂ (T≥800^oC) образуется окись кальция CaO или гидроокись кальция Ca(OH)₂, образующийся углерод реагирует с окисью кальция с образованием карбида кальция по схеме
CaO + 3C = CaC₂ + CO.

Окись кальция в случае использования известняка образуется по схеме
CaCO₃ ---> CaO + CO₂ (T≥800^oC).

В случае использования гидроокиси кальция по схеме
C(OH)₂ ---> CaO + H₂O (T≥500^oC).

Образующийся карбид кальция (CaC₂) разбрызгивается активатором и в зоне умеренной температуры реагирует с водой с образованием метана и его гомологов, т. е. карбид кальция возникает лишь как промежуточный продукт, существует лишь ничтожные доли секунды и убедится, что он возникает, можно лишь сравнением состава газа при пиролизе органического вещества с известью и без нее. Образующийся в зоне высокой температуры CaC₂ разбрызгивается активатором, что обеспечивает гидролиз карбида с образованием углеводородов нефтяного ряда. В конечном счете продукты переработки твердых органических отходов будут представлены продуктами их пиролиза твердых органических (CO₂, CO, CH₄ и др.) и продуктами их гидролиза CaC₂ (CH₄, C₂H₄, C₂H₆, C₃H₈, C₄H₁₀, C₅H₁₂, C₆H₁₄, ..., C_nH_m).

Для того чтобы свободная и пирогенетическая вода наиболее полно реагировала с образующимся карбидом кальция, продукты переработки должны выводиться из реактора в его нижней части. Для утилизации жидких органических отходов применяется та же схема, но они предварительно смешиваются с твердыми органическими отходами.

Пример 1. В пилотную установку, изготовленную из стального листа 4 мм, размером (мм): 185x286x300, снабженную угольными электродами (d=12 мм) и активатором, через загрузочное устройство вводился известняк, а затем отсортированный от металла и минеральных частиц бытовой мусор, после чего включались электрическая дуга и активатор. Полученный горючий газ имеет следующий состав (%): CO₂=29,60; CO=17,40; H₂=12,60; CH₄=18,63; C₂H₆=4,11; C₃H₈=2,1; N₂=18,56.

Пример 2. Фенольная вода с Тюменского завода пластмасс с содержанием фенола и его производных 5,2% смешивалась с отходами деревообработки (опил, стружка) в отношении 1: 1 и вводилась в реактор, куда предварительно был введен известняк, после чего включалась электрическая дуга и активатор. Полученный горючий газ имеет следующий состав (%): CO₂=27,40; CO=16,51; H₂= 11,40; CH₄=20,32; C₂H₄=3,8; C₃H₆=1,18; C₄H₆=0,71; N₂=18,68.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет отказаться от получения карбида кальция, в карбидных печах, его извлечения, дробления, гидролиза в специальных установках, что существенно упрощает процесс переработки органических отходов на основе гидролиза карбида кальция в сверхкритических для ацетилена условиях и делает этот способ максимально приемлемым для утилизации отходов, поскольку переработка органических отходов происходит в едином технологическом режиме.

Способ переработки органических отходов может быть использован в отраслях легкой, химической, нефтеперерабатывающей, нефтехимической промышленности, сельском и коммунальном хозяйстве. Способ включает термическое разложение органических отходов в присутствии оксида кальция без доступа воздуха, гидролиз карбида кальция и его синтез, осуществляемые в едином реакторе и в едином технологическом режиме при температуре свыше 1600^oC и избыточном давлении не менее 0,01 МПа, в присутствии известняка, причем образующийся карбид кальция разбрызгивают активатором, что исключает образование карбида кальция "на блок" и обеспечивает его гидролиз. Технический результат - упрощение и удешевление процесса переработки органических отходов на основе гидролиза карбида кальция в сверхкритических для ацетилена условиях.

Способ переработки органических отходов, включающий термическое разложение органических отходов в присутствии оксида кальция без доступа воздуха, гидролиз карбида кальция при температуре не менее 700^oC, отличающийся тем, что гидролиз карбида и его синтез проводят в едином реакторе и в едином технологическом режиме при температуре свыше 1600^oC и избыточном давлении не менее 0,01 МПа в присутствии известняка, причем образующийся карбид кальция разбрызгивают активатором, что исключает образование карбида кальция "на блок" и обеспечивает его гидролиз.