СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ОРГАНИЧЕСКИХ ОТХОДОВ И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1999 года по МПК F23G5/00 

Изобретение относится к способам и устройствам для сжигания топлива, а именно к переработке органических отходов в твердом, жидком и газообразном состоянии.

Известен способ переработки мусора путем термического разложения и химического взаимодействия нерассортированного мусора с добавками (см. патент США N 3697256, НКИ кл.75-40, опубл. 1972 ), где процесс переработки проходит в зонах низких средних и высоких температур, причем зона высоких температур достигается сжиганием кокса.

Недостаток способа - высокая себестоимость. Этот недостаток обусловлен дороговизной и дефицитом исходного сырья (кокса).

Наиболее близким к заявляемому способу термической переработки органических отходов является принятый за прототип способ переработки органических отходов (см. патент РФ N 2043572, М кл. F 23 G 5/00, опубл. 10.09.95), включающий термическое разложение их без доступа воздуха, гидролиз карбида кальция при температуре не менее 700^oC и давлении не менее 0,2 МПа, конденсацию продуктов гидролиза и синтез карбида кальция при температуре не менее 1600^oC в присутствии оксида кальция.

Недостатком данного способа является высокая себестоимость. Данный недостаток обусловлен высокой энергоемкостью процесса. Кроме того, известный процесс отличается многостадийностью, как-то: переработка твердых органических отходов совместно с известью (оксидом кальция) в карбид кальция.

Известно устройство для сжигания отходов (см.а.с. СССР N 1663319, М.кл. F 23 G 5/00, заявл. 27.02.89), содержащее корпус, бункер для отходов, выполненное со спиральной нарезкой конусообразное днище с кольцевым золотником, патрубки для подачи отходов и воздуха и отвода продуктов сгорания, вращающийся диск с радиальными ребрами, размещенными над конусообразным днищем и прикрепленным к бункеру, выполненному в виде полого вала, и измельчающим жерновом, выполненным с пазами и установленным под вращающимся диском, при этом ребра диска размещены в пазах жернова с зазором.

Недостатком известного устройства является высокая себестоимость, обусловленная конструктивными особенностями устройства.

Известен также принятый за прототип инсинератор (См. Патент РФ N 2087803, М. кл. F 23 G 5/00, опубл. 20.08.97), содержащий вертикально расположенную топочную камеру из теплоизоляционного материала с люком в верхней части для загрузки мусора и по крайней мере одну форсунку, причем внутри топочной камеры установлена камера сжигания, выполненная из жаропрочного теплопроводного материала, с открытой поверхностью в ее верхней части для загрузки мусора и выхода газообразных продуктов сгорания, при этом форсунка установлена над камерой сжигания, а в нижней части камеры сжигания размещен закрываемый люк для выгрузки золы.

Недостатком такого устройства являются ограниченные возможности применения и высокая себестоимость реализуемой им технологии. Данный недостаток обусловлен конструктивными особенностями устройства.

Целью настоящего изобретения является снижение себестоимости при одновременном повышении безопасности и увеличении функциональных возможностей способа термической переработки органических отходов.

Для решения этой задачи в известном способе переработки органических отходов, включающем термическое разложение органических отходов без доступа воздуха в присутствии известняка, синтез и гидролиз карбида кальция и конденсацию продуктов гидролиза, согласно изобретению, синтез карбида кальция и его гидролиз проводят одновременно в одном реакторе в едином технологическом процессе при избыточном давлении не более 0,01 МПа, при температуре не менее 1600^oC, во время синтеза и гидролиза карбида кальция проводят его активацию путем разбрызгивания, тепловую энергию, снятую с контура реактора, используют потребители тепла, при этом способ реализуют установкой для термической переработки органических отходов, выполненной в виде реактора, включающего корпус, приемный бункер, заслонку, форсунку, источник тепла, измерительные приборы, разгрузочное устройство, кроме того, она дополнительно содержит установленные внутри реактора активатор и теплообменники с парогенератором, а источник тепла выполнен в виде электродов, оснащенных механизмом подачи их в реактор и устройством для ручной подачи электродов.

Между отличительными признаками и достигнутым техническим результатом существует следующая причинно-следственная связь. Установлено, что при температуре свыше 1600^oC и избыточном давлении 0,01 МПа ацетилен в продуктах отсутствует, что позволит, таким образом, вести термическую переработку органических отходов в едином процессе при минимальном избыточном давлении (0,01 МПа), обеспечивая максимальную безопасность процесса переработки. Применение в процессе синтеза и гидролиза карбида кальция метода активации путем разбрызгивания позволит активизировать процесс в целом, также облегчить выход готового продукта, исключая его дробление и применение дополнительных усилий для его извлечения. Использование тепловой энергии, снятой с контура реактора, для потребителей тепла делает процесс переработки в целом энергетически выгодным, снижая его себестоимость. В этом случае кроме высококалорийного газа при переработке органических отходов будет одновременно производиться, в зависимости от потребности, горячая вода, пароводяная смесь или перегретый пар. Предложенная технология позволит снизить себестоимость переработки органических отходов за счет расширения диапазона применения самого метода, сделать весь процесс переработки более энергетически выгодным, что намного дешевле, чем в объектах-аналогах и прототипе.

По имеющимся у заявителя сведениям, совокупность существенных признаков заявляемого изобретения не известна из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствия изобретения критерию "новизна".

По мнению заявителя, сущность заявляемого изобретения не следует главным образом из известного уровня техники, так как из него не выявляется вышеуказанное влияние на достигаемый технический результат - новое свойство объекта - совокупности признаков, которые отличают от прототипа заявляемое изобретение, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию "изобретательский уровень".

Совокупность существенных признаков, характеризующих сущность изобретения, может быть многократно использована в технологии переработки органических отходов предложенным способом при одновременном снижении его себестоимости, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию "промышленная применимость".

Сущность способа поясняется чертежом и примером конкретного выполнения.

Установка для термической переработки органических отходов выполнена в виде реактора 1, включающего корпус 2, снабженный загрузочным приемным бункером 3, с герметично закрывающейся крышкой 4 и выполненной в виде шиберной заслонкой 5, источник тепла, выполненный в виде электродов 6,7 (d = 26 мм), оснащенных механизмом подачи 8 упомянутых электродов в реактор 1, измерительные приборы 9 в виде манометров, разгрузочное устройство 10, установленные внутри реактора активатор 11 и теплообменники с парогенератором 12. Реактор 1 имеет цилиндрическую форму d = 320 мм, l = 940 мм, выполненную из стали толщиной 4 мм. Электроды помещены в изоляторы 13 с уплотняющим устройством 14. Ниже электродов находится выполненный в виде лопастного колеса, приводимого в движение электромотором, активатор 11 для разбрызгивания образующегося карбида кальция. Подача электродов 6, 7 осуществляется механизмом подачи 8, выполненным в виде червячного устройства, приводимого в движение электромотором (на чертеже не показаны). В установке предусмотрены также форсунки 15, предохранительный клапан 16 и винтовое устройство 17 для ручной подачи электродов 6, 7.

В процессе термической обработки органических отходов в установку ввели на 1/3 реактора смесь древесных опилок с тонкомолотым известняком с размером частиц менее 0,1 мм в соотношении 1: 1,5. В оставшуюся часть реактора 1 загрузили отсортированный от металла и минеральных составляющих бытовой мусор. Пуск установки осуществляли зажиганием электрической дуги и включением активатора 11. Через полученный в реакторе 1 карбид кальция пропускали дымовые газы, полученные от сгорания древесины. Известняк вводили в реактор лишь при пуске установки, в дальнейшем использовали кальций многократно по схеме:
CaCO₃ ---> СО + CO₂; CaO + 3C ---> CaC₂ + CO; CaC₂ + H₂O ---> CaO + C_nH_m и т.п.

Применение предложенной технологии переработки органических отходов значительно снижает себестоимость всего способа и одновременно позволяет получать энергетически выгодный процесс переработки. Кроме того, предложенный способ более прост и значительно безопасен.

Способ термической переработки органических отходов и установка для его осуществления относятся к способам и устройствам для переработки органических отходов в твердом, жидком и газообразном состоянии. Для достижения технического результата - повышения безопасности процесса в целом и увеличения функциональных возможностей - способ включает термическое разложение органических отходов без доступа воздуха в присутствии известняка, конденсацию продуктов гидролиза; синтез и гидролиз карбида кальция проводят одновременно в одном реакторе в едином технологическом процессе при температуре не менее 1600^oС при избыточном давлении не более 0,01 МПа и во время синтеза и гидролиза карбида кальция проводят его активацию путем разбрызгивания, а тепловую энергию, снятую с контура реактора, используют потребители тепла. Способ реализуют с помощью установки, выполненной в виде реактора, включающего корпус, снабженный загрузочным приемным бункером, с герметично закрывающейся крышкой и выполненной в виде шиберной заслонкой, форсунки, измерительные приборы в виде манометров, разгрузочное устройство, установленные внутри реактора активатор, теплообменники с парогенератором. Источник тепла выполнен в виде электродов, оснащенных механизмом их подачи. Установка оснащена также предохранительным клапаном и устройством для ручной подачи электродов. 2 c. и 3 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Способ термической переработки органических отходов, включающий термическое разложение органических отходов без доступа воздуха, синтез и гидролиз карбида кальция и конденсацию продуктов гидролиза, отличающийся тем, что синтез карбида кальция и его гидролиз проводят одновременно в одном реакторе в едином технологическом процессе при избыточном давлении не более 0,01 МПа и при температуре не менее 1600^oС в присутствии известняка. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что во время синтеза и гидролиза карбида кальция проводят его активацию путем разбрызгивания. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что тепловую энергию, снятую с контура реактора, направляют потребителям тепла. 4. Установка по пп.1 - 3, выполненная в виде реактора, включающего корпус, приемный бункер, заслонку, форсунку, источник тепла, разгрузочное устройство, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит измерительные приборы, установленные внутри реактора активатор и теплообменники с парогенератором, а источник тепла выполнен в виде электродов, оснащенных механизмом подачи их в реактор. 5. Установка по п.4, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит устройство для ручной подачи электродов.