СПОСОБ УТИЛИЗАЦИИ ОТХОДОВ Российский патент 2000 года по МПК F23G5/34 F23G5/27 E21B43/295 

Изобретение относится к области переработки и утилизации отходов бытовых и (или) промышленных, включающих отходы углесодержащих материалов.

Известен способ утилизации отходов, включающий обезвоживание отходов и последующий их пиролиз в реторте, с воспламенением материала за счет работы высокоинтенсивного лазера. Лазер используют до тех пор, пока не образуется количество метана и других летучих компонентов, достаточное для поддержания процесса пиролиза (см. пат США, МКИ E 23 С 5/12, 1988).

Недостаток этого решения безвозвратное уничтожение материала потенциально пригодного для производства энергетического топлива и загрязнение окружающей среды, как тепловое, так и продуктами сжигания отходов.

Известен способ утилизации отходов, включающий обогащение массы отходов отделением твердой неуглеродсодержащей фракции, измельчение углеродсодержащей фракции и последующее ее газифицирование в газогенераторе (см. статью Тихомирова А. Г. и др. Твердые бытовые отходы - важный источник энерго- и ресурсосбережения. Промышленная энергетика, 1990, 12, с. 45-47).

Недостаток этого технического решения - необходимость последующей утилизации или захоронения отходов процесса газификации, отвлечение больших площадей под сооружение комплексов по переработке отходов, необходимость ограничения температурных параметров процесса газификации или, соответственно, необходимость использования специальных термостойких материалов, что удорожает комплекс оборудования, используемого при газификации.

Известен также способ утилизации отходов, включающий отделение неуглеродсодержащей фракции и последующее их газифицирование в подземном газогенераторе (см. пат. РФ N 2069591, кл. В 09 В 3/00, Е 21 В 43/295, 1996).

Недостаток этого технического решения - снижение качества исходящих газов - продуктов газификации, по теплотворной способности, или снижение производительности подземного газогенератора, как "утилизатора отходов" до уровня обеспечивающего устойчивость режима газификации (исключающего подавление этого процесса отходами, в том числе и увлажненными, подаваемыми в газогенератор).

Задача, на решение которой направлено заявленное решение, выражается в обеспечении устойчивой работы подземного газогенератора в процессе утилизации отходов, при повышении калорийности газов - продуктов газификации.

Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, выражается в исключении необходимости дополнительных операций по форсированию работы газогенератора при обеспечении независимости его работы от влажности и состава бытовых отходов, кроме того повышается теплотворная способность газов - продуктов газификации.

Поставленная задача решается тем, что способ утилизации отходов, включающий отделение неуглеродсодержащей фракции и последующее их газифицирование в подземном газогенераторе, отличается тем, что перед вводом в подземный газогенератор углеродсодержащую фракцию отходов подвергают пиролизу при температуре 500 - 600^oC, при этом газообразные продукты пиролиза смешивают с газообразными продуктами процесса газификации, а оставшуюся твердую фракцию и (или) продукты очистки газообразных продуктов пиролиза вводят в подземный газогенератор, причем для осуществления процесса пиролиза утилизируют тепло отводимых газов - продуктов газификации и (или) продуктов их сгорания. Кроме того, газообразные продукты пиролиза очищают от негорючих газовых фракций и (или) смолы и (или) воды.

Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о его соответствии критерию "новизна".

Признак "перед вводом в подземный газогенератор углеродсодержащую фракцию отходов подвергают пиролизу" обеспечивает постоянство физико-химического состава материалов, вводимых в подземный газогенератор, исключает необходимость затрат тепла на предварительную обработку материала непосредственно в газогенераторе (т. е. исключается возможность резких изменений условий процесса газификации), что обеспечивает решение поставленной задачи.

Признак, регламентирующий параметры процесса пиролиза, был принят по следующим соображениям: при температурах пиролиза, меньших названного предела, не обеспечивается полное удаление летучих фракций, поддержание температур, больших названного диапазона, бессмысленно, поскольку все летучие фракции уже отсутствуют.

Признак "при этом газообразные продукты пиролиза смешивают с газообразными продуктами процесса газификации" обеспечивает утилизацию газообразных продуктов пиролиза и, одновременно, возможность повышения теплотворной способности газов - продуктов процесса подземной газификации.

Признак "оставшуюся твердую фракцию и (или) продукты очистки газообразных продуктов пиролиза вводят в подземный газогенератор" обеспечивает утилизацию твердой фракции отходов.

Признаки "причем для осуществления процесса пиролиза утилизируют тепло, отводимых газов - продуктов газификации и (или) продуктов их сгорания" обеспечивают возможность утилизации "тепловых отходов" процесса газификации или сжигания газа - продукта процесса газификации и тем самым способствуют повышению экономичности процесса "подготовки отходов к газифицированию".

Признак второго пункта формулы изобретения обеспечивает повышение потребительских качеств газообразных продуктов процесса пиролиза.

На фиг. 1 показана схема реализации способа при осуществлении пиролиза отходов за счет тепла выхлопных газов газотурбинной установки; на фиг. 2 - то же, при осуществлении пиролиза отходов за счет тепла выхлопных газов газотурбинной установки и отходящих газов - продуктов газификации, на фиг. 3 - то же, при осуществлении пиролиза отходов за счет тепла отходящих газов - продуктов газификации.

На чертежах показаны дутьевая (закладочная) 1 скважина, газоотводящая скважина 2, полость газогенератора 3, залежь 4 углеродсодержащего материала, например угля, установка для пиролиза отходов 5 с теплообменными полостями 6, блоки оборудования 7 очистки отходящих газов, газотурбинная установка (ГТУ) 8 с генератором электрического тока.

Конструктивно скважины 1 и 2 могут быть одинаковы и отличаются только оборудованием, подключенным на их вход - выход.

Подготовка подземного газогенератора к работе сводится к бурению скважин 1 и 2 с поверхности до залежи 4 угля, сбойке забоев скважин 1 и 2 с последующим розжигом огневого забоя в каналах, соединяющих забои этих скважин. Объем формируемой подземной полости определяется временем работы огневого забоя в режиме газификации вмещающего массива угля. Величину этого объема задают из условия свободного размещения в его части, прилегающей к скважине 1, порции ококсованных отходов, время газификации которой соответствует интервалу между подачей очередных порций отходов. По мере выгазовывания угля и увеличения объема полости 3 объемы подачи отходов можно увеличить.

Отводимый газ пропускают через оборудование очистки 7, обеспечивающее удаление негорючих газообразных фракций (например, двуокиси углерода и окислов азота) и вредных жидких и твердых примесей (для чего отводимый газ охлаждают до температуры конденсации паров смолы и подвергают очистке от пыли и сажистых частиц), после чего передают потребителю.

До начала процесса утилизации бытовых и промышленных отходов отходы процесса газификации накапливаются в герметичных емкостях.

В качестве исходного материала для приготовления газифицируемого материала используют отходы промышленного производства, (в том числе и отходы гальванического производства и нефтесодержащие воды), твердые бытовые отходы (макулатура, текстиль, пластмассы, органика, в том числе и пищевая), либо в смеси, либо порознь.

Указанные твердые отходы подвергают обогащению с выделением твердой неуглеродсодержащей фракции (металла, стекла, керамики и т.п.), что позволяет вернуть эти материалы в хозяйственный оборот.

Операцию обогащения выполняют либо непосредственно в районе размещения газогенератора, либо на городских пунктах сбора отходов, располагающих соответствующим оборудованием, что предпочтительнее, т. к. позволяет уменьшить объемы перевозок. Технический процесс разделения отходов на фракции аналогичен процессу, используемому в объединении "Спецтранс" (г. Ленинград) и является следующим: (на чертежах не показан) отходы из приемного отделения подают во вращающиеся теплоизолированные барабаны, обеспечивающие измельчение и перемешивание отходов. Постоянная аэрация (на 1 кг отходов подают 0,2 - 0,8 м³) воздуха пробуждает аэробную микрофлору, которая разогревает массу сначала до 20 - 30^oC, а потом до 50^oC. Затем за счет воздействия термофильной микрофлоры температура возрастает до 60^oC. При этом происходит обеззараживание массы твердых бытовых отходов. Процесс продолжается 2 суток, после чего обезвреженные отходы подаются ленточным конвейером на сортировку, где из отходов выделяют металлы, стекло и т. п. твердую фракцию.

Подготовленные таким образом твердые отходы вводят в рабочую полость установки для пиролиза отходов 5.

Конструктивно установка для пиролиза отходов 5 представляет из себя герметичную емкость с теплообменниками, например герметичными полостями 6, снабженными трубопроводами 9 для подключения к источнику или источникам теплоносителя и отвода последнего, трубопроводом 10 для отвода газа - продукта пиролиза, и герметичными люками для загрузки отходов и выгрузки кокса (на чертежах не показаны).

В зависимости от принятой схемы подачи теплоносителя теплообменные полости 6 связывают либо с газоотводящей скважиной 2 подземного газогенератора (как показано на фиг.3), либо с выхлопным коллектором (на чертежах не показан) ГТУ (как показано на фиг. 1), либо с обеими названными объектами одновременно.

При подаче теплоносителя в теплообменные полости 6 масса отходов разогревается (температуру процесса поддерживают на уровне 500-600^oC). Поскольку нагрев проводят без доступа воздуха, осуществляется пиролиз массы отходов. Последние обугливаются и теряют влагу и летучие фракции, которые по трубопроводу 10 поступают в блок оборудования 7 очистки отходящих газов и далее, после отделения смол, воды и негорючих газовых фракций либо передается потребителю, либо сжигается в газотурбинной установке, с выработкой электроэнергии. Выгрузку образовавшегося кокса осуществляют через люк в нижней части емкости 5, загрузку отходов - через верхний.

Кокс после дезинтеграции вводят через скважину 1 в полость 3 газогенератора, поддерживая скорость его подачи (объем в единицу времени) таким образом, чтобы она не превышала скорости выгазовывания материала (в противном случае забьются дутьевые 1 скважины и процесс газификации заглохнет).

По мере выгазовывания угольного массива 4 скорость подачи газифицируемого материала увеличивают до максимально допустимой по пропускной способности скважины, поскольку объем полости 3 увеличивается.

При необходимости форсирования теплового режима в газогенераторе в дутье, подаваемом в полость 3, увеличивают содержание кислорода. Стабильные параметры загружаемого материала обеспечивают стабильную работу газогенератора.

Таким образом, при наличии в окрестностях крупных населенных пунктов запасов углесодержащих твердых полезных ископаемых, даже непригодных к широкому промышленному использованию, обеспечивается возможность утилизации с захоронением бытовых и промышленных отходов.

При этом дополнительно обеспечивается возможность получения товарного газа.

Изобретение может быть использовано для переработки и утилизации отходов бытовых и (или) промышленных, включающих отходы углесодержащих материалов. Технический результат: обеспечение устойчивой работы подземного газогенератора в процессе утилизации отходов, при повышении калорийности газов - продуктов газификации. Способ утилизации отходов включает отделение неуглеродсодержащей фракции и последующее их газифицирование в подземном газогенераторе. Перед вводом в подземный газогенератор углеродсодержащую фракцию отходов подвергают пиролизу при температуре 500-600°С, при этом газообразные продукты пиролиза смешивают с газообразными продуктами процесса газификации, а оставшуюся твердую фракцию и (или) продукты очистки газообразных продуктов пиролиза вводят в подземный газогенератор, причем для осуществления процесса пиролиза утилизируют тепло отводимых газов-продуктов газификации и (или) продуктов их сгорания. Кроме того, газообразные продукты пиролиза очищают от негорючих газовых фракций и (или) смолы и (или) воды. 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Способ утилизации отходов, включающий отделение неуглеродсодержащей фракции и последующее их газифицирование в подземном газогенераторе, отличающийся тем, что перед вводом в подземный газогенератор, углеродсодержащую фракцию отходов подвергают пиролизу при температуре 500 - 600^oC, при этом газообразные продукты пиролиза смешивают с газообразными продуктами процесса газификации, а оставшуюся твердую фракцию и (или) продукты очистки газообразных продуктов пиролиза вводят в подземный газогенератор, причем для осуществления процесса пиролиза утилизируют тепло отводимых газов-продуктов газификации и (или) продуктов их сгорания. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что газообразные продукты пиролиза, очищают от негорючих газовых фракций и (или) воды.