Утилизатор бытовых отходов Российский патент 2020 года по МПК F23G5/27 

Область техники. Изобретение относится к утилизаторам бытовых отходов на основе высокотемпературного пиролиза сырья из неизмельченных твердых отходов с получением горючих газов и может быть использовано для утилизации твердых и жидких бытовых отходов.

Уровень техники. Известен способ утилизации бытовых отходов (БО) на основе пиролиза жидких углеводородов в трубчатых печах /RU 2497930/. Генерация высокотемпературного потока теплоносителя происходит путем сжигания в камере сгорания стехиометрической топливокислородной смеси. Газообразное или жидкое углеводородное сырье, предварительно смешанное с водяным паром, инжектируют в зону смешения.

Недостатком данного способа является необходимость подачи топливокислородной смеси, что ограничивает возможности применения изобретения.

Известен утилизатор бытовых отходов /RU 2524110/, содержащий загрузочную емкость, пиролизную камеру и нагревательные элементы, подсоединенные к источнику электропитания и обеспечивающие разделение на локально нагреваемые ячейки.

Недостатком утилизатора /RU 2524110/ является низкая температура пиролиза, что приводит к неполной и недостаточно качественной переработке утилизируемого сырья.

Наиболее близким по сущности изобретения является утилизатор бытовых отходов /RU 2684878, 15.04.2019/, содержащий загрузочную емкость 1 и пиролизную камеру (ПК) 2, соединенную по выходу с системой 3 переработки продуктов пиролиза, причем корпус пиролизной камеры 2 выполнен из термостойкого материала, а внутри корпуса установлен плазменный сжигатель 4 бытовых отходов (БО).

При этом плазменный сжигатель БО выполнен в виде электродугового нагревателя, установленного в верхней части пиролизной камеры, а загрузочная емкость - в виде подвижной полусферы с возможностью периодической загрузки и подачи БО в пиролизную камеру с нижней её стороны на время сжигания БО.

Недостатком утилизатора /RU 2684878/ является недостаточная производительность утилизации, связанная с периодической подачей БО в пиролизную камеру и пониженной температурой сжигания БО в пиролизной камере.

Постановка задачи. Задачей изобретения является повышение производительности утилизатора, а техническим результатом, обеспечивающим решение этой задачи – сокращение времени утилизации с одновременным повышением качества переработки БО.

Сущность изобретения.

Достижение заявленного технического результата и решение поставленной задачи обеспечивается тем что утилизатор бытовых отходов (БО) содержит загрузочную емкость и пиролизную камеру (ПК), соединенную по выходу с системой переработки продуктов пиролиза. При этом корпус пиролизной камеры выполнен из термостойкого материала, а внутри корпуса установлен плазменный сжигатель (ПС) бытовых отходов (БО).

Новым в утилизаторе является:

- Выполнение загрузочной емкость в виде бункера для БО, соединенного через шнековый механизм подачи и мельчения БО с входом пиролизной камеры.

- Выполнение плазменного сжигателя БО в виде блока водородных горелок, установленных в боковых стенках корпуса пиролизной камеры (ПК), сфокусированных факелами в центр её внутренней полости и соединенных по входу через соответствующие дозаторы с выходом генератора водорода.

- Выполнение системы переработки продуктов пиролиза в виде блока последовательно соединенных преобразователя кинетической энергии (ПКЭ) пиролизной плазмы в электрическую энергию, разделителя продуктов пиролиза (РПП) на составляющие газы и преобразователь разделенных газов (ПРГ) в полезные продукты.

- Установка пиролизной камеры (ПК) и преобразователь ПКЭ в герметичном кожухе, заполненном высокотемпературной охлаждающей жидкостью и снабженном патрубками для соединения с внешним теплообменником.

Доказательство достижения заявленного технического результата и решения поставленной задачи.

Выполнение загрузочной емкость в виде бункера для БО, соединенного через шнековый механизм подачи и мельчения БО с входом пиролизной камеры в отличие от прототипа /RU 2684878/ обеспечивает непрерывную подачу БО в пиролизную камеру и, тем самым, ускоряет процесс утилизации БО.

Выполнение плазменного сжигателя БО в виде блока водородных горелок, установленных в боковых стенках корпуса пиролизной камеры (ПК), сфокусированных факелами в центр её внутренней полости и соединенных по входу через соответствующие дозаторы с выходом генератора водорода позволяет повысит температуру в пиролизной камере до температуры сублимации БО и преобразования их непосредственно в плазму минуя жидкое и газообразное состояние БО.

Выполнение системы переработки продуктов пиролиза в виде блока последовательно соединенных ПКЭ, РПП и ПРГ позволяют последовательно во времени извлекать из плазменных продуктов пиролиза электрическую энергию, фильтровать из пиролизной плазмы полезные газы и синтезировать из отфильтрованных газов полезные продукты.

Установка ПК и ПКЭ в герметичном кожухе, заполненном высокотемпературной охлаждающей жидкостью и снабженном патрубками для соединения с внешним теплообменником, позволяют производить дополнительный отбор тепловой энергии утилизации для систем отопления и горячего водоснабжения.

В целом указанные технические преимущества предложенного утилизатора позволяют сократить время утилизации БО с одновременным повышением качества переработки БО в полезные продукты, тепловую и электрическую энергию.

В результате обеспечивается решение поставленной задачи по повышению производительности утилизатора с одновременным увеличением его коэффициента полезного действия.

Ссылка на чертежи. На фиг. 1 представлена конструкция предлагаемого утилизатора бытовых отходов (БО). На фиг. 2 – пример конструктивного исполнения генератора водорода комбинированного типа на основе резонансно-электролитического разложения воды. На фиг. 3 – рисунок, поясняющий конструкцию преобразователя кинетической энергии (ПКЭ) плазмы в электрическую энергию на основе магнитогидродинамического (МГД) генератора кондукционного типа. На фиг. 4 – поперечный разрез кондукционного МГД-генератора по линии А-А (фиг. 3). На фиг. 5 – рисунок, поясняющий конструкцию преобразователя кинетической энергии (ПКЭ) плазмы в электрическую энергию на основе МГД - генератора индукционного типа. На фиг. 6 – таблица молекулярных размеров основных пиролизных газов БО, поясняющая принцип мембранной фильтрации и разделения пиролизных газов на их составляющие. На фиг. 7 – функциональная схема разделителя продуктов пиролиза (РПП) на составляющие газы на основе мембранной фильтрации. На фиг. 8 – – таблица температурных характеристик пиролизных газов БО, поясняющая принцип температурного разделения пиролизных газов на жидкие составляющие. На фиг. 9 – рисунок, поясняющий конструкцию криогенного РПП на основе адиабатического охлаждения пиролизых газов до жидкого состояния и последовательного разделения их на жидкие фракции. На фиг. 10 – функциональная схема преобразователя разделенных газов (ПРГ) в полезные продукты на основе рационального смешения разделенных пиролизных газов. На фиг. 11 – рисунок поясняющий конструкцию высокотемпературного охладителя ПК и ПКЭ на основе комбинированного теплообмена жидкого лития и воды для систем отопления и горячего водоснабжения.

На фиг. 1-11 позициями обозначены:

1 – загрузочная емкость (бункер) бытовых отходов (БО);

2 - пиролизная камера (ПК);

3 – дозатор окислителя (кислород и/или воздух);

4 - система переработки продуктов пиролиза;

5 - механизм подачи и мельчения БО;

5.1 – привод механизма 5;

6 - водородная горелка;

7 – дозатор водородного горючего;

8 - генератор водорода;

8.1-корпус генератора водорода;

8. 2 – муфта подключения вывода водорода к горелкам 6 ПК 2;

8.3-патрубок вывода кислорода;

8.4-патрубок подвода расходной воды;

8.5- волновод подачи импульсов электромагнитного излучения (ЭМИ);

8.6 – фокусирующая линза;

8.7, 8.8 – положительный и отрицательный электрод электрического разделителя газа Брауна на водород и кислород соответственно;

8.9, 8.10 – первая и вторая токопроводящие сетки для 8.7, 8.8 электродов соответственно;

8.11, 8.12 – зона накопления водорода и кислорода соответственно;

8.13 - разделительная перегородка зон 8.11, 8.12;

8.14 – зона фокусировки ЭМИ;

8.15 – управляемый генератор ЭМИ;

9 -преобразователь кинетической энергии (ПКЭ) пиролизной плазмы в электрическую энергию;

9.1 – магнитогидродинамический (МГД) генератор кондукционного типа;

9.1.1 – сопло кондукционного генератора 9.1;

9.1.2, 9.1.3 – положительный и отрицательный токосъемные электроды соответственно;

9.1.4, 9.1.5 – первый и второй магниты;

9.1.6 – токосъемная электрическая цепь нагрузки;

9.2 – МГД - генератор индукционного типа;

9.2.1 – сопло индукционного генератора 9.2;

9.2.2 – токосъемная обмотка генератора 9.2;

10 - разделитель продуктов пиролиза (РПП) на составляющие газы;

10.1- мембранный разделитель пиролизных газов;

10.1.1 – блок компрессоров разделителя 10.1;

10.1.2 – блок мембранных фильтров (МБ) разделителя 10.1;

10.2- криогенный разделитель пиролизных газов;

10.2.1 – компрессор разделителя 10.2;

10.2.2 – криогенная установка;

10.2.2.1 – адиабатический охладитель пиролизных газов;

11 - преобразователь разделенных газов (ПРГ) в полезные продукты;

11.1 – блок управления ПРГ;

11.2 – дозатор газов;

11.3 – смеситель;

12 - высокотемпературный охладитель ПК 2 и ПКЭ 9;

12.1 – литий;

12.2 – змеевик;

12.3, 12.4 – входная и выходная муфты подключения теплообменника системы отопления и горячего водоснабжения;

13 – блок управления утилизатором;

14- клапан вывода шлама;

15 – дымосос;

16 – дымовая труба.

Раскрытие сущности изобретения.

Согласно фиг. 1- фиг. 11 утилизатор бытовых отходов содержит загрузочную емкость 1, выполненную в виде бункера для бытовых отходов (БО), соединенного через шнековый механизм 5 подачи и мельчения БО с входом пиролизной камеры (ПК) 2. Механизм 5 через привод 5.1 соединен с управляющим выходом блока 13 управления утилизатором (на фигурах не показано). Корпус ПК 2 выполнен из термостойкого материала. Внутри корпуса ПК 2 установлен плазменный сжигатель БО, включающий не менее четырех водородных горелок 6 для создания суммарной температуры в центре камеры 2 не менее 6000 °С, близкой к температуре на поверхности Солнца. Горелки 6 установлены в боковых стенках корпуса ПК 2 и сфокусированы факелами в центр внутренней полости камеры 2. Входы горелок 6 через дозатор 7 водорода соединены с выходом генератора 8 водорода.

Генератор 8 водорода для предлагаемого утилизатора БО может быть выполнен в виде электролитического, химического, твердотельного, электромагнитного или электродугового расщепителя воды на водород и кислород /RU 2596605/ или на основе их комбинации.

Согласно /RU 2596605/ электролитический расщепитель воды содержит емкость для воды с кислотным или щелочным катализатором. Емкость в верхней части разделена вертикальной перегородкой на два сектора. В нижней части секторов установлены разнополярные электроды, а в верхней части патрубки для вывода разделенных газов соответствующей полярности. У положительного электрода водород, а у отрицательного – кислород.

Химический расщепитель воды может быть выполнен в виде сменного одноразового генератора водорода, содержащего баллон с муфтой подключения водородной горелки 6. Внутри баллона установлена капсула с активным к воде веществом, соединенная через электромагнитный клапан и дозатор с полостью баллона, заполненного водой. В качестве активного к воде вещества использована смесь алюминиевого порошка 95% и галлия 5%. Вместо галлия, снимающего окисную пленку с алюминия и инициирующего при нормальной начальной температуре экзотермическую химическую реакцию алюминия с водой и выделение водорода, может быть использована, широко распространенная в быту, каустическая сода с увеличенным, относительно галлия, процентным содержанием в смеси с алюминием.

Твердотельный расщепитель воды может быть выполнен в виде твердотельного фильтра с микроканалами из материалов, связывающих кислород воды и пропускающих водород, причем в качестве связывающих материалов использованы редкоземельные материалы, типа губчатый неодим, или углеродные материалы с замещениями в их «нанотрубках» атомов углерода на атомы азота.

Электромагнитный расщепитель воды может быть выполнен в виде проточного для воды электромагнитного резонатора, с размерами кратными длине волны резонансного поглощения водой электромагнитных волн и нагруженного на магнетрон соответствующей частоты, например, с длинной волны (0,1-0.5 мм) усиленного поглощения водой радиоволн или с длинной волны бытовой СВЧ-печи.

Электродуговой расщепитель воды для предлагаемого утилизатора может содержать испаритель воды, установленный в корпусе электродугового нагревателя и соединенный по входу с источником воды, а по выходу – с муфтой подключения водородной горелки 6.

Конкретный вид генератора 8 водорода, используемого в заявленном утилизаторе, зависит от требуемой производительности утилизатора, и соответственно, требуемого объема потребления водорода горелками 6 пиролизной камеры (ПК) 2.

Кроме того, в целях экономии рабочего вещества и повышения взрывобезопасности утилизатора целесообразно обеспечить возможность оперативного управления объемом генерируемого водорода без предварительного его накопления во взрывоопасных объемах. Такая возможность появляется при использовании генератора водорода 8 комбинированного типа (фиг. 2) на основе резонансно-электролитического разложения воды и электрического разделения газа Брауна на водород и кислород.

Согласно фиг. 2 комбинированный генератор 8 водорода содержит герметичный корпус 8.1-генератора. В верхней части корпусе 8.1 установлен патрубок 8.3 для вывода кислорода и патрубок с быстросъемной муфтой 8.2 раздельного вывода водорода. С одной из боковых сторон нижней части корпуса 8.1 установлен патрубок 8.4 для подвода расходной воды в полость корпуса 8.1, а с другой – волновод 8.5 подачи электромагнитных импульсов (ЭМИ) от сверхвысокочастотного (СВЧ) генератора 8.15 коротких ЭМИ с указанной выше резонансной длинной волны. Для управления объемом (л\мин) выработки водорода на выходной муфте 8.2 генератор 8.15 ЭМИ выполнен в виде магнетрона с указанной выше резонансной частотой разложения молекул воды на составляющие водород и кислород и соединенного через импульсный модулятор (на фигурах не показано) с управляющим выходом блока 13 управления по частоте следования модулирующих импульсов. Для исключения доступа воды в СВЧ –волновод 8.5, на выходном его конце установлена линза 8.6, фокусирующая электромагнитное излучение (ЭМИ) в водной среде, нижней части полости корпуса 8.1 генератора 8. В верхней части корпуса 81 его полость разделена перегородкой 8.13 на две зоны 8.11, 8.12 для накопления водорода и кислорода соответственно. В зонах 8.11 и 8.12 установлены первая 8.9 и вторая 8.10 токопроводящие сетки. Сетки 8.9 и 8.10 соединены с соответствующими разнополярными электродами 8.7, 8.8 внешнего источника напряжения для разделения, образованного ЭМИ в воде газа Брауна на водород и кислород. Водородный выход генератора 8 соединен через муфту 8.2 и дозатор 7 водорода соединен с входами горелок 2 пиролизной камеры (ПК) 2, а кислородный выход - через патрубок 8.3 и дозатор 3 окислителя с полостью ПК 2 для окисления водородного горючего.

Открытый конец ПК 2 соединен с системой 4 переработки продуктов пиролиза. Система 4 переработки продуктов пиролиза содержит последовательно соединенные преобразователь 9 кинетической энергии (ПКЭ) пиролизной плазмы в электрическую энергию, разделитель 10 продуктов пиролиза (РПП) на составляющие газы и преобразователь 11 разделенных газов (ПРГ) в полезные продукты.

Преобразователь 9 (фиг. 1) кинетической энергии (ПКЭ) пиролизной плазмы в электрическую энергию выполнен в виде кондукционного 9.1 (фиг. 3 - фиг. 4) или индукционного 9.2 (фиг. 5) магнитного гидродинамического (МГД) генератора.

Кондукционный МГД – генератор 9.1 ПКЭ 9 содержит сопло 9.1.1 Ловаля кондукционного генератора 9.1. С внутренней стороны сопла 9.1.1 с двух противоположных сторон (верхней и нижней) установлены соответственно токосъемные плоские электроды 9.1.2 и 9.1.3, соединенные между собой через цепь 9.16 с полезной нагрузкой Rн утилизатора. На боковых сторонах сопла 9.1.1 (фиг. 4) установлены первый 9.1.4 и второй 9.1.5 магниты, образующие в полости сопла 9.1.1 магнитное поле, ориентированное перпендикулярно электрическому полю, находящемуся между электродами 9.1.2 и 9.1.3. Индукционный МГД – генератор 9.2 ПКЭ 9 содержит сопло 9.2.1 и токосъемную обмотку 9.2.2.

Преимуществом индукционного 9.2 МГД – генератора ПКЭ 9 перед кондукционным 9.1 является повышенная долговечность за счет отсутствия электрокоррозирующих токосъемных электродов, а недостатком пониженный КПД прямого преобразования энергии движущейся плазмы в электрическую энергию.

Для исключения перегрева утилизатора высокотемпературной пиролизной плазмой, а также для полезной утилизации их тепла пиролизная камера (ПК) 2 и преобразователь ПКЭ 9 установлены в герметичном кожухе, заполненном высокотемпературной охлаждающей жидкостью, например, литием, и снабженном патрубками для соединения с внешним теплообменником. Образованный, таким образом, высокотемпературный охладитель 12 позволяет с одной стороны утилизировать теряемое ранее тепло водородных горелок 6 для внешней системы теплоснабжения и горячего водоснабжения и, с другой стороны увеличивает время работы водородных горелок 6 исключая их перегрев и оплавление. Согласно фиг. 11 охладитель 12 содержит герметичный корпус, охватывающий ПК 2 и ПКЭ 9 и заполненный высокотемпературным литием 12.1, находящимся в жидком состоянии при горящих горелках 6. Внутри охладителя 12 установлен змеевик 12.2 для охлаждения жидкого лития. Концы змеевика 12.2 снабжены муфтами 12.3, 12.4 для подключения теплообменника системы отопления и горячего водоснабжения (на фигурах не показано). Для увеличения скорости отвода тепла и его утилизации охладитель 12 может быть снабжен дополнительными патрубками для принудительной циркуляции жидкого лития 12.1 через дополнительный теплообменник.

Выход ПКЭ 9 по отвердевшим составляющим пиролизной плазмы, в результате отбора электрической энергии, через центробежный сепаратор (на фигурах не показано) и клапан 14 вывода отвердевшего шлама соединен с накопителем строительных материалов, а по охлажденным газообразным составляющим через центробежный сепаратор - с газовым входом разделителя 10 продуктов пиролиза (РПП) на составляющие газы.

РПП 10 утилизатора БО может быть выполнен в виде мембранного 10.1 (фиг. 7) или криогенного 10.2 (фиг. 9) разделителя пиролизных газов. Для отделения от газов пиролизных частиц БО (кремний, углерод, металл), твердеющих на выходе ПКЭ 9 при охлаждении плазмы, на входе разделителей 10.1 и 10.2 установлены центробежные сепараторы (на фигурах не показано). Указанные сепараторы соединены по твердым продуктам сепарации через клапан 4 вывода (фиг. 1) шлама в накопитель для твердых строительных отходов, а по газообразным продуктам сепарации – с входами указанных разделителей 10.1 и 10.2

Мембранный разделитель 10.1 (фиг. 7) пиролизных газов РПП 10 основан на использовании различий в молекулярных размерах, составляющих пиролизных газов (фиг. 6) и содержит последовательно соединенные блок компрессоров 10.1.1 входных газов и блок мембранных фильтров (МБ) 10.1.2.

Криогенный разделитель 10.2 (фиг. 9) пиролизных газов РПП 10 основан на использовании различий в температуре сжижения составляющих пиролизных газов (фиг. 8) и содержит последовательно соединенные компрессор 10.2.1 входных газов и криогенную установку 10.2.2, включающую блок последовательно установленных вдоль линии охлаждения адиабатических охладителей 10.2.2.1 пиролизных газов. Жидкостные выходы охладителей 10.2.2.1 соединены с соответствующими трубными выходами РПП 10 (на фигурах не показано).

Выходы РПП 10 по разделенным составляющим пиролизного газа соединены с соответствующими трубными входами преобразователя разделенных газов (ПРГ) 11 в полезные продукты. Преобразователь ПРГ 11 основан на использовании эффекта взаимной диффузии молекул простых газов и образовании (синтезе) сложных молекулярных образований при определенных процентных соотношениях между составляющими газов и в простейшем случае содержит блок синтезаторов полезной продукции. Каждый синтезатор содержит многовходовой смеситель 11.3, соединенный по входу через управляемые дозаторы 11.2 газов со входными трубопроводами ПРГ 11, а по выходу синтез газа – с выходными трубопроводами РПП 11. Количество входов смесителя 11.3 определяется количеством компонентов, входящих в синтезируемый полезный продукт. Управляющие входы дозаторов 11.2, установленных на входах смесителя 11.3, соединены с соответствующими выходами блока 11.1 управления синтезом пиролизной продукции.

Управляющие входы блока 11.1 РПП 11, генератора 8 водорода, а также других исполнительных механизмов и дозаторов систем загрузки, пиролиза и переработки пиролизных газов соединены с управляющими выходами блока 13 управления утилизатором. Блок 13 управления утилизатором выполнен в виде промышленной электронно-вычислительной машины, снабженной аналого-цифровыми и цифроаналоговыми преобразователями и встроенным аппаратно-программным обеспечением для управления утилизацией бытовых отходов (на фигурах не показано).

Выход системы 4 переработки продуктов пиролиза по полезным синтезированным продуктам соединен с соответствующими накопителями товарной продукции, по твердому шламу – через выводной клапан 14 с системой переработки шлама в строительные материалы, а по неутилизированным газовым отходам через дымосос 15 – с дымовой трубой 16.

Работа утилизатора.

Утилизатор бытовых отходов работает следующим образом. Перед запуском утилизатора бункер 1 загружают бытовыми отходами. Далее на блоке 13 управления нажимают кнопку «Пуск» и блок 13 по заданной программе, заложенной в его память, выдает команды управления и через соответствующие сигнальные датчики (на фигурах не показано) контролирует их исполнение.

При этом включается генератор водорода 8. После выхода генератора 8 водорода в рабочий режим блок 13 открывает дозаторы 3 и 7 горючего (водорода) и окислителя (атмосферного воздуха или кислорода), в требуемой пропорции для розжига горелок 6 в пиролизной камере (ПК) 2. При достижении температуры в центре ПК 2 порядка 6000 °С открывается входная заслонка ПК 2 (на фигурах не показано) и включается привод 5.1 шнекового механизма 5 подачи и мельчения БО. Вращение шнекового механизма 5 приводит к захвату БО из бункера 1, его мельчению и вдавливанию измельченного БО в высокотемпературную зону ПК 2. Под действием температуры 6000 °С происходит сублимация твердых БО (бумага, пластмасса, туалетные, органические и медицинские отходы, примеси кремния, углерода и металлов) минуя жидкую и газообразную фазу и образование плазмы повышенного давления, содержащей смесь электронов и ионов (фиг.3). Образованная высокоскоростная пиролизная плазма через открытый конец ПК 2 выбрасывается в виде струи в полость преобразователя 9 кинетической энергии (ПКЭ) плазмы для выработки электрической энергии. Метод отбора электрической энергии от пиролизной плазмы зависит от конструктивного вида ПКЭ 9.

При выполнении ПКЭ 9 в виде кондукционного МГД-генератора 9.1 (фиг. 3) под действием магнитного поля между магнитами 9.1.4 и 9.1.5 отрицательно заряженные частицы плазмы за счет эффекта Лоренца оседают на пластинчатом электроде 9.1.1, а положительные – на электроде 9.1.2. В результате между электродами 9.1.1 и 9.1.2 образуется электрическая разность потенциалов, которая аккумулируется в соответствующем накопителе электрической энергии утилизатора (на фигурах не показано) и используется через цепь 9.1.6 для дополнительного электропитания внутреннего и/или внешнего электрооборудования утилизатора.

При выполнении ПКЭ 9 в виде индукционного МГД-генератора 9.1 протекающий через сопло 9.2.1 поток электрических зарядов за счет эффекта взаимоиндукции наводит в обмотке 9.2.2 электрическое напряжение, которое снимается с соответствующих выводов указанной обмотки и передается на указанный выше накопитель электричества.

При прохождении плазмы через указанные МГД – генераторы ПКЭ 9 производится отбор части кинетической энергии пиролизной плазмы и, как следствие, её охлаждение. Охлаждение приводит к снижению температуры плазмы и переход её в газообразное состояние с порошкообразными примесями кремния, углерода и металлов.

Поток газов с выхода ПКЭ 9 сепарируется центробежным сепаратором. При этом твердые продукты сепарации через клапан 4 (фиг. 1) поступают в накопитель строительных материалов, а газообразные – для дальнейшей переработки - на газовый вход разделителя 10 продуктов пиролиза (РПП) на составляющие газы. При выполнении РПП 10 на основе мембранного разделения пиролизных газов (фиг. 7) поступивший поток смеси пиролизных газов проходит блок 10.1.1 компрессоров и подается под соответствующим давлением на параллельно расположенные мембранные (МБ) фильтры блока 10.1.2 с различным проходным сечением их нанотрубок. При этом за счет разности молекулярных размеров (фиг. 6) составляющих пиролизных газов происходит их разделение и вывод в соответствующие выходные трубопроводы РПП 10.

При выполнении РПП 10 на основе криогенного разделения пиролизных газов (фиг. 9) поток смеси пиролизных газов с ПКЭ 9 проходит компрессор 10.2.1 и под давлением подается на последовательно установленные адиабатические 10.2.3 охладители криогенной установки 10.2.2. Под действием последовательного охлаждения производится разделение сжиженных газов за счет разности их температур кипения (фиг. 8) и вывод сжиженных газов в соответствующие выходные трубопроводы РПП 10.

Далее разделенные в РПП 10 газы подаются на преобразователь разделенных газов (ПРГ) 11 в полезные продукты. Составные газы через раздельные трубопроводы с соответствующими дозаторами 11.2 подаются на многоходовые смесители 11.3. В смесителе 11.3 составляющие газы смешиваются в соответствующей для синтеза сложного молекулярного продукта и выводятся через выходной патрубок смесителя 11.3 в соответствующие выходные трубопроводы ПРГ 11. Так при смешивании в двух ходовом смесителе 11.3 водорода и кислорода в соотношении 75% и 25% происходит образование полезного продукта –дистиллированной воды 100 %. Аналогичным образом осуществляется синтез и других полезных продуктов из утилизируемых бытовых отходов.

Промышленная применимость.

Изобретение разработано на уровне технического проекта и математического моделирования процесса утилизации бытовых отходов. Использование предложенного утилизатора позволяет сократить время утилизации БО с одновременным повышением качества переработки БО в полезные продукты, тепловую и электрическую энергию. Одновременно повышается экологичность процесса утилизации бытовых отходов за счет высокотемпературного сжигания и глубокой их переработки, приводящих к снижению токсичности и количества дымовых газов, выбрасываемых в окружающую среды. Ввиду повышенной экологичности применения изобретение можно использовать для решения проблем вывоза и складирования мусора путем размещения утилизаторов в непосредственной близости от городских источников бытовых отходов и мусорных полигонов.

Изобретение относится к утилизаторам бытовых отходов на основе высокотемпературного пиролиза сырья из неизмельченных твердых отходов с получением горючих газов и может быть использовано для утилизации твердых и жидких бытовых отходов. Изобретение позволяет сократить время утилизации БО с одновременным повышением качества переработки БО в полезные продукты, тепловую и электрическую энергию. Одновременно повышается экологичность процесса утилизации бытовых отходов за счет высокотемпературного сжигания и глубокой их переработки. Предлагается утилизатор бытовых отходов, содержащий загрузочную емкость и пиролизную камеру (ПК), соединенную по выходу с системой переработки продуктов пиролиза, причем корпус пиролизной камеры выполнен из термостойкого материала, а внутри корпуса установлен плазменный сжигатель бытовых отходов (БО), отличающийся тем, что загрузочная емкость выполнена в виде бункера для БО, соединенного через шнековый механизм подачи и мельчения БО с входом пиролизной камеры, плазменный сжигатель БО содержит не менее четырех водородных горелок, установленных в боковых стенках корпуса камеры, сфокусированных факелами в центр её внутренней полости и соединенных по входу через дозатор водорода с выходом генератора водорода, система переработки продуктов пиролиза содержит последовательно соединенные преобразователь кинетической энергии (ПКЭ) пиролизной плазмы в электрическую энергию, разделитель продуктов пиролиза (РПП) на составляющие газы и преобразователь разделенных газов (ПРГ) в полезные продукты, причем ПК и ПКЭ установлены в герметичном кожухе, заполненном высокотемпературной охлаждающей жидкостью и снабженном патрубками для соединения с внешним теплообменником. 8 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Утилизатор бытовых отходов, содержащий загрузочную емкость и пиролизную камеру (ПК), соединенную по выходу с системой переработки продуктов пиролиза, причем корпус пиролизной камеры выполнен из термостойкого материала, а внутри корпуса установлен плазменный сжигатель бытовых отходов (БО), отличающийся тем, что загрузочная емкость выполнена в виде бункера для БО, соединенного через шнековый механизм подачи и мельчения БО с входом пиролизной камеры, плазменный сжигатель БО содержит не менее четырех водородных горелок, установленных в боковых стенках корпуса камеры, сфокусированных факелами в центр её внутренней полости и соединенных по входу через дозатор водорода с выходом генератора водорода, система переработки продуктов пиролиза содержит последовательно соединенные преобразователь кинетической энергии (ПКЭ) пиролизной плазмы в электрическую энергию, разделитель продуктов пиролиза (РПП) на составляющие газы и преобразователь разделенных газов (ПРГ) в полезные продукты, причем ПК и ПКЭ установлены в герметичном кожухе, заполненном высокотемпературной охлаждающей жидкостью и снабженном патрубками для соединения с внешним теплообменником.

2. Утилизатор по п. 1, отличающийся тем, что генератор водорода выполнен в виде электролитического, химического, твердотельного, электромагнитного или электродугового катализатора воды.

3. Утилизатор по п. 2, отличающийся тем, что химический катализатор воды выполнен в виде сменного одноразового генератора водорода, содержащего баллон с водой, внутри которого установлена капсула с термохимическим катализатором, соединенная через электромагнитный клапан и дозатор с полостью баллона.

4. Утилизатор по п. 2, отличающийся тем, что твердотельный катализатор воды выполнен в виде твердотельного фильтра с микроканалами из материалов, связывающих кислород воды и пропускающих водород, причем в качестве связывающих материалов использованы редкоземельные материалы, типа губчатый неодим, или углеродные материалы с замещениями в их «нанотрубках» атомов углерода на атомы азота.

5. Утилизатор по п. 2, отличающийся тем, что электродуговой катализатор воды содержит испаритель воды, установленный в корпусе электродугового нагревателя и соединенный по входу с источником воды, а по выходу – с муфтой подключения водородной горелки.

6. Утилизатор по п. 1, отличающийся тем, что преобразователь кинетической энергии (ПКЭ) пиролизной плазмы в электрическую энергию выполнен в виде индукционного или кондукционного МГД – генератора.

7. Утилизатор по п. 1, отличающийся тем, что разделитель продуктов пиролиза (РПП) на составляющие газы выполнен в виде блока мембранных фильтров или в виде криогенной установки.

8. Утилизатор по п. 1, отличающийся тем, что преобразователь разделенных газов в полезные продукты выполнен в виде блока синтезаторов составляющих газов.

9. Утилизатор по п. 1, отличающийся тем, что в качестве высокотемпературной охлаждающей жидкости использован литий.