СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ТВЕРДЫХ ОТХОДОВ Российский патент 2000 года по МПК F23G5/27 

Описание патента на изобретение RU2147713C1

Изобретение относится к области термической переработки бытовых, промышленных, медицинских и других отходов, конкретнее к способу огневой переработки отходов, и может быть использовано в промышленности и коммунальном хозяйстве.

Известен способ термической переработки отходов, включающий сушку отходов, пиролиз подсушенных отходов с разделением на твердую и газообразную составляющие, удаление газообразной составляющей и введение ее в контакт с жидким слоем с последующей химико-термической обработкой компонентами твердой составляющей, образовавшей жидкий слой (патент Германии N 3940830, кл. F 23 G 5/027).

Недостатком этого способа является низкая степень обработки вредных и токсичных соединений, находящихся как в газе, так и в твердой составляющей пиролиза.

Известен способ термической переработки твердых отходов, включающий стадию предварительной сушки отходов, стадию пиролиза высушенных отходов с разделением их на твердый остаток и газы, стадию высокотемпературной обработки твердого остатка и газов пиролиза в шлакометаллическом расплаве в присутствии соединений щелочно-земельных металлов в ванне термической печи (патент России N 2104445, МКИ F 23 G 5/027).

Недостатком данного способа, принятого в качестве наиболее близкого аналога, является низкая эффективность обезвреживания как газов, так и твердого остатка. Стадии сушки и пиролиза фактически совмещены во времени и пространстве. Газы этих стадий объединены и направляются в термическую печь с низким температурным потенциалом. Практика показывает, что как бытовые, так и промышленные и медицинские отходы содержат соединения хлора, фтора, серы, фосфора и другие, которые при термическом разложении образуют кислые газы, диоксины, фураны, полиароматические углеводороды и другие соединения, наличие которых в продуктах термопереработки отходов требует дополнительных мероприятий для их устранения: определенного температурного уровня, времени пребывания, окислительной или восстановительной среды и тому подобные условия.

Настоящее изобретение направлено на обеспечение оптимальных условий термической переработки твердых отходов и, следовательно, в целом - на повышение эффективности очистки газов и твердого остатка от токсичных соединений.

Указанные технические результаты могут быть получены за счет того, что в способе термической переработки твердых бытовых отходов, включающем стадию предварительной сушки отходов, стадию пиролиза высушенных отходов с разделением их на твердый остаток и газы, стадию высокотемпературной отработки зольного остатка и газы пиролиза шлакометаллическим расплавом в присутствии соединений щелочно-земельных металлов в ванне термической печи, отходящие газы предварительной сушки и газы стадии обработки твердого остатка и газов пиролиза в ванне термической печи направляют в реактор для дожигания, предварительную сушку отходов осуществляют продуктами дожигания газов, стадию пиролиза высушенных отходов осуществляют при температуре 700-900oC и коэффициенте расхода воздуха 0,5-0,6, а обработку твердого остатка и газов пиролиза ведут при температуре 1300-1500oC и коэффициенте расхода воздуха 1,05-1,2, при этом предварительную сушку и дожигание газов в реакторе проводят в присутствии нейтрализующих реагентов - соединений щелочных металлов.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Осуществление предварительной сушки отходов продуктами дожигания газов позволяет исключить расход топлива на процесс, повысить его надежность, а также улучшить экологические показатели по выбросам за счет рецикла газов. В этом случае сушильным агентом являются дымовые газы, содержащие значительное количество водяных паров, что позволяет интенсифицировать процесс сушки за счет увеличения парциального давления водяных паров у поверхности испарения, что увеличивает движущую силу испарения.

Ведение сушки в присутствии щелочного реагента позволяет практически подготовить механическую смесь кислых компонентов с нейтрализующей добавкой - соединениями щелочных металлов, и при испарении в процессе сушки этих компонентов (как отходов, так и щелочи) провести нейтрализацию их в газовой фазе на стадии сушки.

На стадии сушки возможно использование только соединений щелочных металлов, так как в случае использования соединений щелочно-земельного металла перевод его в газовую фазу на этой стадии невозможен из-за малой летучести и, следовательно, нейтрализации кислых газов на этой стадии процесса не произойдет.

Ведение процесса пиролиза высушенных отходов при температуре 700-900oC и коэффициенте расхода воздуха 0,5-0,6 позволяет сохранить твердый коксовый остаток для последующей стадии обработки твердого остатка и газов пиролиза шлакометаллическим расплавом и значительно снизить расход энергии на эту стадию. Кроме того, кокс позволяет осуществить на стадии электротермического дожигания высокотемпературную сорбцию NOx и других токсичных компонентов, в том числе тяжелых металлов. Температурный интервал стадии пиролиза 700-900oC обеспечивает ведение процесса без расплавления твердого коксового остатка, что исключает разрушение футеровки жидким шлаком, испарение и вынос с газами тяжелых металлов, а также позволяет предотвратить образование NOx.

При осуществлении пиролиза высушенных отходов при температуре ниже 700oC резко падает интенсивность процесса и требуется подвод дополнительного тепла. При этом выход газа увеличивается, а выход кокса уменьшается, что неблагоприятно сказывается на последующей стадии термического дожигания. Кроме того, образуется значительное количество смол, что неблагоприятно сказывается на транспортировке отходов на последующую стадию.

При температуре выше 900oC увеличивается испарение тяжелых металлов и хлоридов, улавливание которых требует повышенных затрат, что снижает эффективность процесса термической переработки отходов.

При ведении процесса пиролиза с коэффициентом расхода воздуха менее 0,5 пиролиз высушенных отходов нереализуем без использования дополнительного источника тепла.

При ведении процесса пиролиза с коэффициентом расхода воздуха более 0,6 происходит резкий подъем температуры, что приводит к шлакообразованию, испарению тяжелых металлов и образованию NOx, что, в свою очередь, снижает эффективность процесса термопереработки отходов, требует дополнительных затрат.

Процесс обработки твердого зольного остатка и газов пиролиза проводят при температуре 1300-1500oC и коэффициенте расхода воздуха 1,05-1,2. Это позволяет осуществить полную термическую деструкцию отходов, исключить образование в продуктах термопереработки высокотоксичных диоксинов и фуранов и получить товарный продукт (гранулированный шлак), пригодный для дальнейшего использования.

Снижение температурного уровня процесса ниже 1300oC приводит к настылеобразованию на стенках плавильной ванны и затрудняет выпуск шлака.

Увеличение температуры процесса обработки зольного остатка выше 1500oC приводит к перерасходу энергии на проведение процесса, разрушению футеровки стен и свода плавильной печи.

Ведение процесса обработки зольного остатка и газов шлакометаллическим расплавом при кислородном эквиваленте менее 1,05 приводит к неполному выжиганию органических компонентов. Остатки органического углерода обнаруживаются в шлаке.

Ведение процесса обработки шлакометаллическим расплавом при коэффициенте расхода воздуха более 1,2 нецелесообразно вследствие перерасхода энергии, что снижает эффективность процесса термопереработки отходов, увеличивает эксплуатационные затраты.

Обработка зольного остатка и газов пиролиза шлакометаллическим расплавом осуществляется в присутствии соединений щелочно-земельных металлов, что обеспечивает высокую эффективность процесса химико-термической обработки как зольного остатка, так и газов пиролиза. Образующиеся при этом минеральные вещества и соли тяжелых металлов не выносятся с газами, а остаются в шлаке, который после выпуска остекловывается и может быть использован в дальнейшем для производства, например, строительных материалов: керамических плиток, базальта и тому подобного. Подача на эту стадию переработки отходов соединений щелочно-земельного металла позволяет провести нейтрализацию в жидкой ванне при высокой температуре и достаточном времени обработки.

Подача газов пиролиза отдельно от газов сушки на контактирование со шлакометаллическим расплавом позволяет осуществить их химико-термическую обработку компонентами шлака, связать токсичные кислые газы в минеральные соли и вывести их из процесса в виде остеклованного шлака. Летучие соединения тяжелых металлов, присутствующие в газах, улавливаются шлаком и частично восстанавливаются углеродом и переходят в металл, частично выводятся в остеклованном шлаке. Диоксины, фураны, полиароматические углеводороды газов в условиях высоких температур (1300 - 1500oC) разлагаются и окисляются. Пылевидные частицы, находящиеся в газах, также улавливаются шлаком.

Дожигание газов сушки и пиролиза проводят в присутствии соединений щелочных металлов, что позволяет нейтрализовать проскок на стадии сушки кислых газовых компонентов. Реакция нейтрализации происходит в газовой фазе при высокой интенсивности с малым расходом нейтрализующего реагента.

Способ осуществляют следующим образом.

Твердые отходы подвергают предварительной сушке продуктами дожигания газов сушки и пиролиза в реакторе, содержащими значительное количество водяных паров. В процессе сушки в сушильную камеру подают щелочной нейтрализующий реагент - соединение щелочного металла, что позволяет нейтрализовать кислые газы. Сушка проводится при умеренных температурах (200- 300oC), что обеспечивает испарение влаги и практически исключает испарение органических компонентов подогреваемых отходов.

Газы стадии сушки содержат незначительное количество органических компонентов и направляются в реактор на дожигание совместно с газом, отходящим из плавильной ванны.

Подсушенные отходы поступают в пиролизную камеру. Пиролиз отходов проводят при температуре 700 - 900oC и коэффициенте расхода воздуха 0,5-0,6, что позволяет получить твердый коксовый остаток и исключить смолообразование.

Твердый зольный остаток поступает на стадию термической, например, электротермической обработки шлакометаллическим расплавом, наведенным в плавильной ванне. Обработка проводится в присутствии соединения щелочно-земельного металла - нейтрализующего реагента, который подается в плавильную ванну. Процесс проводят при температуре 1300 - 1500oC и коэффициенте расхода воздуха 1,05 - 1,2. Это позволяет выжечь органические компоненты зольного остатка, перевести в шлак оксиды тяжелых металлов, остекловать их и использовать выпускаемый из печи шлак для производства строительных материалов. Присутствующие в зольном остатке органические компоненты на этой стадии подвергаются химико-термической обработке. Температурный уровень и время пребывания обеспечивают полную деструкцию и исключают наличие диоксинов и фуранов в жидком шлаке. Одновременно с обработкой зольного остатка осуществляется и термохимическая обработка пиролизного газа компонентами жидкого шлака и нейтрализующими присадками.

Газообразные продукты стадии обработки шлакометаллическим расплавом подаются в реактор, где они за счет своего высокого температурного потенциала используются для прокалки газов сушки, что позволяет значительно сократить расход топлива, необходимого для дожигания газов сушки. Для исключения возможного выхода в атмосферу кислых газов вследствие проскока этих газов на стадии сушки из-за низкого температурного уровня, процесс дожига газов в реакторе проводят в присутствии щелочного реагента - соединения щелочного металла.

Газообразные продукты термопереработки отходов после реактора частично направляют на стадию сушки, а остальное - на очистку от пыли известными методами и выбрасывают в атмосферу.

Пример осуществления способа.

На экспериментальной установке АО ВНИИЭТО производительностью 180 - 200 кг/час подвергались переработке твердые бытовые отходы, содержащие бумагу, пищевые отходы, дерево, текстиль, кожу, резину, кости, полимерные материалы, металл, стекло, шлаки и другие материалы.

Отходы загружались во вращающийся барабан, где подогревались отбираемым из реактора газом до температуры 200-300oC. В процессе сушки в барабан впрыскивался 10%-ый раствор соды. Из сушильного барабана подогретые отходы подавались на наклонный под пиролизной камеры, где проводилось их пиролитическое разложение на газообразную и твердую составляющие при температуре 700 - 900oC. Окислитель подавался через трубчатые толкатели, расположенные в поду пиролизной камеры, при этом коэффициент расхода воздуха поддерживался в пределах 0,5 - 0,6. Образующийся зольный остаток из пиролизной камеры поступал в плавильную ванну электропечи. Попадающие в плавильную ванну обезвоженные и разогретые до 900oC остатки керамической части отходов с остатками углеродистой составляющей шихты попадают на поверхность шлака, разогреваемого графитовым электродом до температуры 1300- 1500oC. Шлаковая ванна поддерживалась в жидком состоянии за счет пропускания через нее электрического тока силой 3,5-5 кА, который подводился от источника питания с помощью графитового электрода. Пиролизные газы также попадают в электрическую печь и омывают поверхность шлака, подвергаясь воздействию высоких температур. В процессе обработки зольного остатка и газов шлакометаллическим расплавом в печь подаются кальцийсодержащие добавки. Основное назначение кальцийсодержащих добавок - связать хлор, фтор и другие галогены, а также серу, фосфор в прочные шпинели с оксидами кремния и алюминия, что позволяет в определенной степени предотвратить образование диоксинов и фуранов на последующих элементах газового тракта, а также снизить вероятность "проскока" сернистого и фосфорного ангидридов в дымовую трубу. В процессе обработки зольного остатка и пиролизных газов шлакометаллической смесью в плавильной печи поддерживается кислородный эквивалент в пределах 1,05 - 1,2, чем обеспечивается полное дожигание органических компонентов зольного остатка. Оксиды меди, хрома, марганца и ряда других металлов, находящиеся в зольном остатке, в значительной степени восстанавливаются твердым углеродом или его оксидом, образуя на подине плавильной ванны слой чугуна, легированного этими металлами. Невосстановленные оксиды тяжелых металлов попадают в шлак, окрашивая его в различный цвет. По мере накопления массы жидкого слоя чугуна и шлака осуществляется их периодический выпуск через леточные отверстия.

Газы сушки и пиролиза подаются в реактор для нейтрализации "проскочивших" кислых газов и окислов азота. В реактор впрыскивается щелочной нейтрализатор - сода. Очищенные газы из реактора частично подаются в барабан для сушки отходов, а основная часть передается в систему пылеочистки и выбрасывается затем в атмосферу.

Сравнение предложенного способа термической переработки твердых отходов с известными способами показало, что содержание вредных и токсичных веществ на входе в систему пылегазоочистки при использовании заявляемого способа снижается в несколько раз. Так, содержание хлористого и фтористого водорода снижается в 2-3 раза, окислов азота - на 20-30%, оксидов и диоксидов углерода в 1,5-2,0 раза, полиароматических водородов в 1,5-1,8 раза.

Похожие патенты RU2147713C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ТВЕРДЫХ ОТХОДОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 1998
  • Попов А.Н.
  • Волохонский Л.А.
  • Мухин В.М.
  • Лебедев А.В.
  • Зотов В.Б.
  • Кузьмин А.М.
RU2135896C1
СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ТВЕРДЫХ ОТХОДОВ 1998
  • Попов А.Н.
  • Волохонский Л.А.
  • Киссельман М.А.
  • Косарев Е.А.
  • Лебедев А.В.
  • Шенин О.С.
  • Курлыкин В.Н.
RU2147712C1
УСТАНОВКА ДЛЯ ТЕРМИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ТВЕРДЫХ ОТХОДОВ 2000
  • Батыгин С.В.
  • Бернадинер М.Н.
  • Волохонский Л.А.
  • Девитайкин А.Г.
  • Лебедев А.В.
  • Попов А.Н.
  • Теслина И.Е.
RU2166697C1
УСТАНОВКА ДЛЯ СЖИГАНИЯ БЫТОВЫХ ОТХОДОВ 1998
  • Попов А.Н.
  • Зотов В.Б.
  • Лебедев А.В.
  • Бернадинер М.Н.
  • Сипаков А.А.
  • Сергеев В.А.
  • Ратновский А.А.
RU2135895C1
УСТАНОВКА ДЛЯ ТЕРМИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ТВЕРДЫХ ОТХОДОВ 1998
  • Попов А.Н.
  • Лебедев А.В.
  • Батыгин С.В.
  • Шенин О.С.
  • Бернадинер М.Н.
  • Ученов В.Б.
  • Боголюбов Г.Д.
  • Артемьев В.Д.
RU2137044C1
СПОСОБ ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЧИСТОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ТВЕРДЫХ БЫТОВЫХ ОТХОДОВ С ПРОИЗВОДСТВОМ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ И СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ И МУСОРОСЖИГАТЕЛЬНЫЙ ЗАВОД ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2012
  • Аньшаков Анатолий Степанович
  • Алексеенко Сергей Владимирович
RU2502017C1
КОМПЛЕКСНАЯ РАЙОННАЯ ТЕПЛОВАЯ СТАНЦИЯ ДЛЯ ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЧИСТОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ТВЕРДЫХ БЫТОВЫХ ОТХОДОВ С ПРОИЗВОДСТВОМ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ И СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ 2012
  • Аньшаков Анатолий Степанович
  • Алексеенко Сергей Владимирович
RU2502018C1
СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ТВЕРДЫХ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ 1997
  • Соболев И.А.
  • Дмитриев С.А.
  • Князев И.А.
  • Лифанов Ф.А.
RU2123214C1
СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОГО ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ ТВЕРДЫХ ОТХОДОВ 1998
  • Попов А.Н.
  • Бернадинер М.Н.
  • Батыгин С.В.
  • Курлыкин В.Н.
  • Шенин О.С.
RU2151958C1
СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ТВЕРДЫХ БЫТОВЫХ И ПРОМЫШЛЕННЫХ ОТХОДОВ И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ 2014
  • Михалев Андрей Васильевич
  • Широков Василий Иванович
RU2570331C1

Реферат патента 2000 года СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ТВЕРДЫХ ОТХОДОВ

Способ термической переработки твердых отходов относится к области переработки бытовых, промышленных, медицинских и других отходов и может быть использован в промышленности и коммунальном хозяйстве. Способ включает предварительную сушку отходов, пиролиз высушенных отходов с разделением на твердый остаток и газы, высокотемпературную обработку твердого остатка и газов пиролиза в шлакометаллическом расплаве в присутствии соединений щелочно-земельных металлов в ванне термической печи. Отходящие газы предварительной сушки и газы обработки твердого остатка и газов пиролиза в ванне термической печи направляют в реактор для дожигания. Предварительную сушку осуществляют продуктами дожигания газов. Пиролиз отходов осуществляют при температуре 700-900oС и коэффициенте расхода воздуха 0,5-0,6, а обработку твердого остатка и газов пиролиза в расплаве ведут при температуре 1300-1400°С и коэффициенте расхода воздуха 1,05-1,2. Предварительную сушку и дожигание газов в реакторе осуществляют в присутствии нейтрализующих реагентов - соединений щелочных металлов. Решаемая техническая задача - повышение эффективности очистки газов и твердого остатка от токсичных соединений.

Формула изобретения RU 2 147 713 C1

Способ термической переработки твердых отходов, включающий стадию предварительной сушки отходов, стадию пиролиза высушенных отходов с разделением на твердый остаток и газы, стадию высокотемпературной обработки твердого остатка и газов пиролиза в шлакометаллическом расплаве в присутствии соединений щелочно-земельных металлов в ванне термической печи, отличающийся тем, что отходящие газы предварительной сушки и газы стадии обработки твердого остатка и газов пиролиза в ванне термической печи направляют в реактор для дожигания, предварительную сушку осуществляют продуктами дожигания газов, стадию пиролиза отходов осуществляют при температуре 700 - 900oС и коэффициенте расхода воздуха 0,5 - 0,6, а обработку твердого остатка и газов пиролиза в расплаве ведут при температуре 1300 - 1500oС и коэффициенте расхода воздуха 1,05 - 1,2, при этом предварительную сушку и дожигание газов в реакторе осуществляют в присутствии нейтрализующих реагентов - соединений щелочных металлов.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2000 года RU2147713C1

СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ОТХОДОВ 1993
  • Беньямовский Д.Н.
  • Бернадинер М.Н.
  • Волохонский Л.А.
  • Киссельман М.А.
  • Ланде В.П.
  • Манукян Р.В.
  • Маякин А.С.
  • Попов А.Н.
  • Федоров Л.Г.
  • Букрин В.Б.
  • Окатов А.А.
  • Вертман А.А.
RU2104445C1
RU 2062284 C1, 20.06.1996
US 4574714 A, 11.03.1986
US 5396850 A, 14.03.1995
Беньямовский Д.Н., Тарасов Н.М
Переработка твердых бытовых и некоторых промышленных отходов методом высокотемпературного пиролиза, обзорная информация
Проблемы больших городов.-М.: МГЦНТИ, вып
IX, 1981, с.3-9.

RU 2 147 713 C1

Авторы

Попов А.Н.

Волохонский Л.А.

Лебедев А.В.

Бернадинер М.Н.

Даты

2000-04-20Публикация

1998-09-30Подача