СПОСОБ ФИНИШНОЙ ДЕСТРУКЦИИ ПРОДУКТОВ ПИРОЛИЗА ТВЕРДЫХ КОММУНАЛЬНЫХ ОТХОДОВ Российский патент 2018 года по МПК C10B53/00 F23G5/27 

Изобретение относится к области переработки твердых коммунальных и прочих органических отходов, в частности может быть использовано в коммунально-бытовом хозяйстве при сжигании отходов с гарантированным подавлением вредных веществ, в том числе диоксинов, и утилизацией теплоты сгорания отходов.

Известен способ добычи углеводородов из жилого мусора или отходов/или отходов органических материалов, включающий засыпку материалов в горизонтальный вращающийся реактор для проведения первой реакции крекинга, обработку остатков от первого крекинга в спиральной мешалке реактора для выполнения второго крекинга реакции, кроме того, включает пиролиз или каталитический крекинг, сбор углеводородов, предварительную обработку материалов для удаления влаги, выполнение крекинга при определенном температурном режиме (Патент US 6133491. Опубл. 17.10.2000; Патент CN 2349867. Опубл. 06.04.2000).

Известен способ переработки твердых отходов в шлаковом расплаве, который предусматривает подсушку и подачу шихты минимальными порциями в разные места ванны, где сжигают и плавят ее в барботируемом шлаковом расплаве. Продукты сгорания термически разлагают и промывают под обтекателем с помощью газопромывателей многозонной печи при температуре 1350°С, что позволяет избавиться от галогенов в отходах и диссоциированного хлора по тракту до турбинного охлаждения газа. Промывка печного газа производится газожидкостной средой, выбрасываемой барботируемым расплавом, который содержит избыточный водород и СО. За счет управляемого синтеза в зонах печи создаются новые вещества, которые нейтрализуют в распылительном абсорбере сухой очистки газов. Охлаждение дымового газа производится в 3 этапа и завершается в электрофильтре, дымососе и дымовой трубе. Предлагаемый способ реализован в проекте Мусоросжигательного завода нового поколения (МСЗнп-15), который термически обезвреживает 15 т/ч отходов. Допустимое содержание галогенов в отходах не более 0,6% по массе. Степень сортировки отходов - любая. Расход природного газа в печи - 5000 м³/ч. Прогнозируемый расчет показал, что способ непрерывной переработки отходов на МСЗнп-15 позволяет уменьшить содержание контролируемых выбросов вредных веществ значительно ниже нормы ПДК (России), а также гарантированно снизить в трубе выбросы неконтролируемых высокотоксичных диоксинов и фуранов в 800 раз по сравнению с Европейской нормой, равной 0,1 нг/м³, принятой в России. Технология МСЗнп-15 позволяет решать глобальные экологические проблемы: обеспечение экологической безопасности окружающей природной среды; ликвидация полигонного захоронения отходов; постепенное уничтожение диоксиновой агрессии в регионах; получение новых продуктов, обогащенных коллоидами, и снижение радиоактивного фона в продуктах плавки; создание сырьевой базы для наноиндустрии. Предполагаемый бездотационный способ переработки отходов может использоваться при реконструкции старых заводов, а также в отраслях обороны, металлургии, медицины и коммунальных службах регионов (Патент №2451089 RU. Опубл. 20.05.2012).

Известен способ переработки органосодержащего сырья методом пиролиза, включающий нагрев сырья до температуры его деструкции с последующим отводом образующихся парогазовой фракции и твердых компонентов для дальнейшей конденсации с образованием жидких углеводородов и несконденсированного горючего пиролизного газа и переработки, в котором нагрев сырья проводят с одновременным его контактом с нагретой газовым теплоносителем, подаваемым в рабочее пространство пиролизного реактора, поверхностью материала с высокой теплопроводностью и транспортированием сырья сквозь рабочее пространство пиролизного реактора винтовым конвейером (Патент №2352606 RU. Опубл. 20.04.2009 г.).

Известен способ сжигания твердых бытовых и прочих органических отходов, включающий сжигание отходов при подаче предварительно нагретого воздуха, дожигание газообразных продуктов сжигания, последующую обработку для связывания HCl, Cl₂, HF, пропускание через теплообменник - котел, газоочистку, в котором перед подачей в печь на сжигание отходы сепарируют, измельчают органическую часть отходов до размеров не более 100 мм, смешивают отходы с нагретым до температуры 300-400°С воздухом, подачу в циклонную печь осуществляют тангенциально с линейной скоростью не ниже 28 м/с, сжигание осуществляют при температурах 1320-1350°С, дожигание осуществляют в камере каталитического дожигания при температурах 1300-1500°С, обработку для связывания HCl, Cl₂, HF ведут в камере декарбонизации известняковой муки с получением негашеной извести, перед подачей в котел обработанные продукты сжигания пропускают через воздухоподогреватель, а после котла - через систему мокрой газоочистки, причем тепловую энергию котла подают потребителям (Патент №2249766 RU. Опубл. 10.04.2005).

Известен способ термохимической переработки твердого органического вещества методом контактного нагрева без доступа кислорода с переходом части твердого органического вещества в паровую фазу и последующей конденсацией части продуктов переработки, в котором нагрев органического вещества осуществляют путем прогона твердого органического вещества внутри канала сечением, уменьшающимся в направлении потока твердого органического вещества, образованного нагретой поверхностью материала с высоким коэффициентом теплопроводности, причем температуру в сужающемся канале повышают в направлении потока твердого органического вещества от 400 до 750°С, а отбор газифицированных продуктов термохимической переработки, имеющих различные температуры газификации, производят в соответствующих температурных зонах канала на пути прохождения органического вещества (Патент №2242677 RU. Опубл. 20.12.2004 г.).

Известен способ проведения самоподдерживающегося низкотемпературного плазменного молекулярного синтеза, включающий операцию воздействия с помощью специально создаваемого для этой цели физического поля на объемы газа в зоне обработки и наложение магнитного поля с заданной напряженностью на зону возникновения генерируемой при обработке плазмы, а также предварительную активацию с помощью нагрева расположенных в области генерации плазмы объемов газовой среды, с осуществлением всех перечисленных переходов в отдельной камере, имеющей ограниченный технологический объем, заполняемый обрабатываемой газовой средой под атмосферным давлением, в котором в качестве воздействующего на газовую среду физического поля используется переменное магнитное; обработка объемов газовой среды осуществляется с помощью последнего при его напряженности 1,0⋅10⁴-1,0⋅10⁶ А/м с диапазоном частоты 20-70 Гц; в качестве обрабатываемой газовой среды применяются входящие в состав окружающей атмосферы газы воздуха; предварительную активацию используемых для этого объемов газовой среды осуществляют путем кратковременного 0,002-0,006 ч внесения туда порции горящей пропановой смеси, при этом конкретная продолжительность такой подачи будет определяться моментом начала протекания процесса устойчивой плазменной генерации, после чего подача в полость камеры этой поджигающей смеси прекращается (Патент №2428823 RU. Опубл. 10.12.2011 г.).

Однако в известном способе температура плазмообразования составляет порядка 6000°С, что не позволяет осуществить деструкцию ТКО с использованием существующих конструкционных материалов.

Задачей настоящего изобретения является снижение энергопотребления процесса пиролиза, исключение образования диоксинов, результат проявляется в образовании шлаков имеющих химический состав характерный для минералов природной окружающей среды, возможности использования тепловой энергии для теплоснабжения потребителей, использование пиролизного газа для газоснабжения.

Поставленная задача решается тем, что в способе финишной деструкции продуктов пиролиза твердых коммунальных отходов, включающем использование переменного магнитного поля, имеющего напряженность, деструкцию осуществляют по следующей схеме: на входе твердые коммунальные отходы, а на выходе пиролизный газ и минерализованные продукты пиролиза органических веществ, используют действие двух физических процессов: нагревание до температуры 400-600°С и облучение переменным магнитным полем напряженностью Н от 1⋅10⁴ до 5⋅10⁶ А/м синусоидальной формы и частотой 40-80 Гц на двух или трех уровнях в зависимости от объема пространства, в котором происходит нагрев ТКО и их пиролиз, осуществляют остаточную деструкцию, используют переменное магнитное поле, образующееся в источнике мощностью от 60 до 300 кВт, которое при остаточной деструкции продукты пиролиза превращает в аэрозоли и аэровзвеси, электромагнитная активация продуктов пиролиза с помощью ПМП позволяет снизить температуру пиролизном пространстве с 900°С до 400-600°С и температуру остаточной деструкции на выходе до 600-700°С, при этом в пиролизном пространстве исключается образование химически стойких диоксинов и или других токсичных веществ, а на выходе процесса образуются минеральные вещества в газообразном и твердом состоянии.

Способ финишной деструкции продуктов пиролиза твердых коммунальных отходов осуществляют следующим образом.

Способ минерализации включает в себя деструкцию молекул органических веществ, находящихся в газообразном и жидком состоянии. Под действием переменного магнитного поля (ПМП), в качестве источника которого служат фокусирующие насадки генератора ПМП, фокусирующие насадки формируют электромагнитное поле напряженностью Н - 1⋅10⁴ - 5⋅10⁶ А/м синусоидальной формы частотой 40-80 Гц в пиролизном пространстве. Фокусирующие насадки располагаются в пиролизном пространстве на двух или трех уровнях, а также в выходе продуктов пиролиза в окружающую среду. На выходе происходит деструкция и минерализация продуктов пиролиза твердых коммунальных отходов (ТКО), а также продуктов сгорания топлива (природного или пиролизного газа). Под действием переменного магнитного поля происходит поляризация молекул продуктов пиролиза. Энергия переменного магнитного поля передается электронам, т.е. происходит возбуждение и ионизация атомов веществ, образующихся в результате пиролиза, и изменение их электрических свойств, что приводит к деструкции молекул органических веществ. Указанный процесс протекает в продуктах пиролиза, находящихся в газообразном и жидком состоянии. При этом образуются молекулы O₃, H₂O₂, ОН и др., которые активно вступают в химические реакции с продуктами пиролиза, превращая органические вещества в минералы. ПМП так же воздействует на твердые фракции ТКО, при этом в цепях органических веществ возникают поля напряжений из-за смещения атомов и разрыва химических связей. Каскады смещений (дислокаций) увеличивают внутренние напряжения в цепи молекул органических веществ, что ускоряет их деструкцию. Этот процесс носит автокаталитический характер. Совместное энергетическое воздействие от 2-х источников: нагрева и облучения переменным магнитным полем достаточно для протекания всех химических реакций, обеспечивающих деструкцию органических веществ, образующихся во время пиролиза, независимо от их агрегатного состояния и их минерализацию. При этом исключается образование диоксинов и др. токсичных веществ, характерных при простом сжигании ТКО. При выполнении способа реализуется следующая схема утилизации ТКО: на входе ТКО, на выходе пиролизный газ и минерализованные вещества в газообразном и твердом состоянии. Пиролизный газ является топливом. Тепловая энергия, образующаяся на выходе, подлежит использованию для систем теплоснабжения. Минеральные шлаки и газообразные отходы, не обладают свойствами опасными для природной окружающей среды. ПМП создается в пиролизном пространстве с помощью фокусирующих насадок.

В пиролизном пространстве и на выходе процесса образуется ПМП высокой напряженности, которое является дополнительным энергетическим источником активации химических реакций происходящих при деструкции ТКО. На выходе происходит деструкция аэрозолей продуктов пиролиза, образующихся в пиролизном пространстве после отделения определенного объема пиролизного газа. Действие ПМП интенсифицирует химические реакции органических веществ на выходе, находящихся в газообразном и жидком состоянии, что приводит к их минерализации.

Электромагнитная активация продуктов пиролиза с помощью ПМП позволяет снизить температуру в пиролизном пространстве с 900°С до 400-500°С и температуру на выходе от 1000-1200 до 600-700°С, что способствует энергосбережению.

Газы после выхода имеют температуру порядка 600°С, поэтому могут служить источником тепловой энергии. Тепловая энергия, полученная в результате этого, может быть использована для систем теплоснабжения и горячего водоснабжения. На выходе выделяются газы, входящие в состав атмосферного воздуха CO; CO₂; NO_x. Благодаря интенсификации процесса деструкции молекул органического вещества происходит его минерализация и образование шлаков, имеющих химический состав, характерный для минералов природной окружающей среды: SiO₂; Al₂O₃; СаО; Fe₂O₃; MgO.

Предлагаемый способ позволяет осуществить пиролиз ТКО при пониженных температурах, исключить образование диоксинов и других токсичных продуктов пиролиза и их полную минерализацию.

Изобретение относится к области переработки твердых коммунальных и прочих органических отходов, в частности может быть использовано в коммунально-бытовом хозяйстве при сжигании отходов с гарантированным подавлением вредных веществ, в том числе диоксинов, и утилизацией теплоты сгорания отходов. Результатом является снижение энергопотребления процесса пиролиза, исключение образования диоксинов, в том числе в образовании шлаков, имеющих химический состав, характерный для минералов природной окружающей среды, и возможности использования тепловой энергии для теплоснабжения потребителей, а также использования пиролизного газа для газоснабжения. Указанный результат достигается тем, что деструкцию осуществляют по следующей схеме: на входе твердые коммунальные отходы (ТКО), а на выходе пиролизный газ и минерализованные продукты пиролиза органических веществ. Используют действие двух физических процессов: нагревание до температуры 400-600°С и облучение переменным магнитным полем (ПМП) напряженностью Н от 1⋅10⁴ до 5⋅10⁶ А/м синусоидальной формы и частотой 40-80 Гц на двух или трех уровнях в зависимости от объема пространства, в котором происходит нагрев ТКО и их пиролиз. Осуществляют остаточную деструкцию, используют переменное магнитное поле, образующееся в источнике мощностью от 60 до 300 кВт. При остаточной деструкции продукты пиролиза превращаются в аэрозоли. Электромагнитная активация продуктов пиролиза с помощью ПМП позволяет снизить температуру в пиролизном пространстве с 900°С до 400-600°С и температуру остаточной деструкции на выходе до 600-700°С. При этом в пиролизном пространстве исключается образование химически стойких диоксинов и/или других токсичных веществ, а на выходе процесса образуются минеральные вещества в газообразном и твердом состоянии.

Способ финишной деструкции продуктов пиролиза твердых коммунальных отходов (ТКО), включающий использование переменного магнитного поля (ПМП), имеющего напряженность, отличающийся тем, что деструкцию осуществляют по следующей схеме: на входе твердые коммунальные отходы, а на выходе пиролизный газ и минерализованные продукты пиролиза органических веществ, используют действие двух физических процессов: нагревание до температуры 400-600°C и облучение переменным магнитным полем напряженностью Н от 1⋅10⁴ до 5⋅10⁶ А/м синусоидальной формы и частотой 40-80 Гц на двух или трех уровнях в зависимости от объема пространства, в котором происходит нагрев ТКО и их пиролиз, осуществляют остаточную деструкцию, используют переменное магнитное поле, образующееся в источнике мощностью от 60 до 300 кВт, которое при остаточной деструкции продукты пиролиза превращает в аэрозоли и аэровзвеси, электромагнитная активация продуктов пиролиза с помощью ПМП позволяет снизить температуру в пиролизном пространстве с 900°C до 400-600°C и температуру остаточной деструкции на выходе до 600-700°C, при этом в пиролизном пространстве исключается образование химически стойких диоксинов и/или других токсичных веществ, а на выходе процесса образуются минеральные вещества в газообразном и твердом состоянии.