Установка для термической деструкции преимущественно твердых коммунальных отходов с получением углеродистого остатка Российский патент 2021 года по МПК F23G5/27 C10B47/00 B09B3/00 

Изобретение относится преимущественно к технологиям утилизации преимущественно твердых коммунальных отходов (ТКО), включая городской мусор, а также иные виды отходов, близких к ним по свойствам, в частности отходы полимерной, пищевой, деревообрабатывающей, нефтехимической промышленности.

Особенностью переработки твердых отходов, преимущественно твердых коммунальных отходов (ТКО), обусловлены их свойствами, которые характеризуются склонностью к прилипанию, слеживаемости. Кроме того, для ТКО характерны специфические физико-механические свойства - высокий угол естественного откоса 50…75°, высокий коэффициент внутреннего трения ~ 1,6. В связи с этим ТКО нельзя отнести к легкосыпучим грузам, поэтому при разработке устройств для переработки ТКО должно учитываться, что ТКО не могут свободно выгружаться под действием гравитационных сил.

Известна установка переработки твердых бытовых отходов термической деструкцией твердых бытовых отходов (ТБО), который ведут путем пиролиза (патент RU 2254518). Установка содержит вертикальную шахтную печь с бункером для загрузки ТБО и сыпучего инертного теплоносителя. Установка снабжена эжекторной камерой сгорания с пассивным соплом, к которому подключен трубопровод отвода низконапорного пиролизного газа из печи. К активному соплу эжектора камеры сгорания подключен напорный трубопровод воздушного компрессора. Трубопровод отвода продуктов сгорания из камеры подключен к входу газовой турбины, которая приводит во вращение генератор электрического тока. К выхлопу турбины подключены котел-утилизатор и экономайзер пароводяного контура, который содержит также паровую турбину, конденсатор и конденсатный насос. Инициацию пиролиза осуществляют подачей горячей пароводяной смеси, а полученный низконапорный пиролизный газ сжигают, утилизируя теплоты сгорания.

Известная установка может обеспечить высокую степень переработки ТБО. Однако энергоэффективность и практическая реализация остается на невысоком уровне, в том числе из-за особенностей состава и качества ТБО. Кроме того, известная установка не обеспечивает возможность получения углеродистого остатка для последующего использования, в том числе в качестве топлива.

Известен пиролизный реактор (патент RU 2613063), включающий герметичную камеру для нагрева и сушки отходов (ТКО) и расположенную ниже камеры сушки герметичную металлическую камеру пиролиза с внешним нагревом для термохимического пиролизного разложения отходов за счет конвективного нагрева отходов от раскаленного металлического корпуса, нагревание которого осуществляется за счет пропуска горячих бескислородных газов во внешнюю полость между металлическим корпусом и наружной теплоизоляционной оболочкой.

В известном устройстве ТКО подвергают разгрузке через шнековые питатели, соединенные с пиролизными камерами через вертикальные патрубки малых диаметров под углом 90°. Поскольку ТКО нельзя отнести к легкосыпучим грузам, постольку они не могут свободно выгружаться под действием гравитационных сил через вертикальные патрубки представленной конструкции. Поэтому недостатком известного устройства является низкая эффективность стадии сушки, обусловленная разнородным фракционным составом ТКО по форме, крупности частиц, влажности и температурам плавления, низкой насыпной плотностью слоя ТКО. Также к недостаткам устройства относится низкая надежность конструкции камер пиролизного реактора, шнековых систем выгрузки продуктов переработки в нижней горячей зоне пиролизного реактора, особенно в части обеспечения герметичности камеры пиролиза.

Известен мусороперерабатывающий комплекс для термической деструкции ТКО с получением углеродистого остатка (патент RU 2659924), который содержит блок пиролиза, включающий по меньшей мере две пиролизные установки, конвейерную линию для подачи подготовленных отходов к реакторам, конвейерную линию для транспортировки углеродистого остатка в приемный бункер. B барабанном реакторе цилиндрическая камера сгорания размещена соосно и сопряжена с внутренним контуром обогрева рабочего объема реактора. Возле внутренней стенки цилиндра реактора по всей его длине размещен шнековый транспортер, под реактором расположен шнековый транспортер-охладитель. Термическое воздействие на подготовленные отходы осуществляют последовательно в два этапа: сначала удаляют поверхностную (капиллярную) воду при температуре 120-150°С, а затем применяют термическую деструкцию в диапазоне температур 200-450°С при непрерывном ворошении сырья в барабанном реакторе. Разделяют парогазовую смесь на воду и топливные фракции.

Известная установка обеспечивает возможность термической деструкции при низких температурах пиролиза. Вместе с тем, основным недостатком способа является низкая производительность пиролизного барабанного реактора, так как ТКО характеризуются низкой насыпной плотностью, склонностью к слипанию, слеживаемости. Для эффективного использования известной установки и реализации термической деструкции ТКО в крупнотоннажном масштабе производительностью от 20 тонн ТКО в час, потребуется создание реакторов с большим объемом реакционной зоны. В цилиндрическом барабанном реакторе с диаметром более 1 метра и длиной более 20 метров практически невозможно обеспечить равномерный обогрев отходов до нужных температур путем конвективной теплопередачи от внутреннего контура обогрева ввиду низких коэффициентов теплопроводности разнородного слоя твердых частиц ТКО. В связи с этим масштабирование известного комплекса с обеспечением эффективности переработки ТКО представляется затруднительным. Также к недостаткам следует отнести выбор диапазона температур термической деструкции 250-450°С. При таких температурах происходит неполное разложение углеродсодержащих фракций ТКО, более полная деструкция сложных компонентов ТКО (целлюлозосодержащие древесно-растительные фракции, бумага, картон, пищевые отходы) осуществляется при температурах от 700°С и более, а следовательно, качество углеродистого остатка в известной установке является низким.

Наиболее близким к заявляемому, является устройство для термического обезвреживания опасных отходов (патент RU 2629721), обеспечивающее процесс термической деструкции углеродсодержащих твердых, жидких и пастообразных отходов при температуре 500 - 950°С в инертной бескислородной среде в термолизном реакторе с рабочей камерой шириной 300 мм, загрузочным питателем и нижним разгрузочным шнековым транспортером. Устройство содержит последовательно соединенные накопительный бункер, термолизный реактор с загрузочным питателем и нижним разгрузочным устройством, емкость для охлаждения углеродного остатка термолиза отходов, бункер временного складирования углеродного остатка с системой пробоотбора для экспресс-анализа токсичности и установку плазменного дожига углеродного остатка с приемной шлаковой ванной, а также линию фракционирования с насадочным скруббером, адсорбером и колонными аппаратами для выделения жидкой углеводородной фракции продуктов термолиза и несконденсированного синтез-газа, используемого в качестве вторичного топлива в реакторе термолиза, систему водоочистки производственных сточных вод, трехстадийную очистку дымовых газов термолизного реактора. Реактор термолиза содержит по крайней мере одну камеру термолиза, система газоочистки содержит три стадии очистки с извлечением окислов тяжелых металлов, а система водоочистки включает в себя три ступени физико-химической очистки.

Недостатками известного устройства является низкая энергоэффективность процесса переработки разнородных по свойствам ТКО, ненадежность конструкции термолизного реактора, в частности, расположение разгрузочного шнекового транспортера в нижней горячей зоне рабочей камеры (с температурой стенки 900-1050°С) термолизного реактора при длительной эксплуатации приведет к его деформации из-за температурных удлинений и перегрева металла в узлах крепления к реактору, а вследствие деформации будет происходить разгерметизация реактора, содержащего взрывоопасные газы-продукты термической деструкции отходов (преимущественно ацетилен, этилен, метан, аммиак, водород, оксиды углерода (II) и (IV)). Также к недостаткам данного устройства следует отнести необоснованно узкую ширину (300 мм) рабочих камер термолизного реактора, что при масштабировании применительно к созданию крупнотоннажных мусороперерабатывающих комплексов мощностью от 20 тонн ТКО в час приведет к сравнительно высоким капитальным и эксплуатационным затратам, так как для увеличения производительности потребуется значительно количество таких рабочих камер. Использование плазменного сжигания твердого углеродистого продукта термической деструкции твердых коммунальных отходов, относящихся к классу мало опасных и практически безопасных отходов (согласно действующей в РФ классификации по степени воздействия на окружающую среду), которое входит в состав известного устройства, также приводит к экономически нецелесообразным очень высоким капитальным и эксплуатационным затратам для крупнотоннажных мусороперерабатывающих комплексов.

Задачей настоящего изобретения является создание крупнотоннажного мусороперерабатывающего комплекса для термической деструкции различных отходов (включая твердые, жидкие, пастообразные, коммунальные, бытовые и производственные, опасные и практически безопасные) производительностью от 200 000 тонн ТКО в год за счет увеличения производительности реакторов термической деструкции, повышения доли перерабатываемых фракций ТКО от исходной массы, увеличения практического выхода углеродистого остатка как главного продукта переработки ТКО, повышение энергоэффективности и упрощение аппаратурного оформления процесса термической деструкции.

Для решения поставленной задачи предлагается установка для термической деструкции преимущественно твердых коммунальных отходов с получением углеродистого остатка, содержащее последовательно связанные узел подготовки и измельчения отходов с участком подачи измельченных отходов в термолизный реактор, снабженный сверху загрузочным питателем и узлом разгрузки в нижней части, который соединен с блоком сбора углеродистого остатка, образующего в процессе термолиза отходов, снабженный системой охлаждения, а также соединенная с термолизным реактором многоступенчатая линия очистки отходящих газообразных фракций, многоступенчатая система водоочистки и линии сбора жидкой фазы и отходов на захоронение, отличается тем, что термолизный реактор выполнен многокамерным, состоящий из вертикальных стальных реакционных камер прямоугольного сечения, каждая из которых имеет ширину 600 - 620 мм, длину не менее 1200 мм, высоту 6000 – 7000 мм и выполнена с возможностью обогрева по высоте снизу вверх, снабжена наружной футеровкой, выполненной из огнеупорных материалов, внешней двухслойной футеровкой с теплоизоляционным и огнеупорным слоями, опорным металлическим каркасом, при этом реакционные камеры соединены друг с другом с возможностью обеспечения их последовательно-параллельной работы, каждая реакционная камера снабжена газогорелочным устройством, в зоне которого размещено сопло для сжигания вторичного топлива, выполненное с возможностью дополнительной подачи нагретого воздуха, загрузочный питатель представлен по меньшей мере одним загрузочным бункером и шиберным затвором для загрузки перерабатываемых отходов, соединенных с участком подачи измельченных отходов, который выполнен в виде непрерывного ленточного конвейера с ковшовым элеватором и соединен с ленточным конвейером возврата избытка исходных отходов (сырья), в нижней части каждой реакционной камеры размещен узел разгрузки, выполненный в виде разгрузочного конуса, шлюзового затвора-питателя и шнекового транспортера-охладителя, при этом корпусы разгрузочного конуса, шлюзового затвора-питателя и шнекового транспортера-охладителя последовательно соединены друг с другом, снабжены рубашкой водяного охлаждения и соединены с устройством подачи охлаждающей воды, обеспечивающей создание единого контура охлаждения с замкнутым циклом оборота охлаждающей воды, при этом каждый шнековый транспортер-охладитель дополнительно соединен с линией циркуляции водяных паров для охлаждения углеродистого остатка путем его контактирования с охлаждающей промывной водой, а каждая реакционная камера соединена с коллекторами топливного газа, сырого синтез-газа и дымовых газов.

В заявляемой установке узел подготовки и измельчения отходов может представлять собой площадку временного накопления отходов, конвейерную линию отбора крупногабаритных материалов, разрыватель пакетов с бытовым мусором, конвейерную линию сортировки отходов, установку двухстадийного измельчения отходов до класса крупности 1-10 мм, линию рецикла недоизмельченного сырья (исходных отходов) для реализации многократного дробления, магнитный сепаратор фракции черного металла, вихретоковый сепаратор фракции цветных металлов, воздушный сепаратор легкой фракции, вибрационный грохот, конвейерную линию рецикла недоизмельченного сырья (исходных отходов).

Участок подачи измельченных отходов может быть представлен подающим ленточным конвейером, обеспечивающим возможность непрерывной подачи отходов на переработку, ковшовый элеватор, загрузочный скребковый конвейер в закрытом исполнении с загрузочными желобами, а также ленточный конвейер возврата отходов, незагруженных в реакционные камеры.

Реактор термолиза состоит из вертикальных реакционных камер прямоугольного сечения, каждая из которых имеет ширину 600 - 620 мм, предпочтительно 600 мм, длину не менее 1200 мм, предпочтительно 1200 мм, высоту 6000 – 7000 мм с наружной футеровкой из огнеупорных материалов, внешней двухслойной футеровкой с теплоизоляционным и огнеупорным слоями, опорным металлическим каркасом, в нижней части газогорелочными устройствами в зоне которых размещены сопла сжигания вторичного топлива с подачей нагретого воздуха. Реакционные камеры соединены друг с другом с возможностью обеспечения последовательно-параллельной работы нескольких реакционных камер с единой системой загрузки измельченных отходов и разгрузкой продуктов термической деструкции.

В нижней части реакционные камеры содержат узел разгрузки углеродистого остатка, состоящий из последовательно соединенных разгрузочного конуса, шлюзового затвора-питателя и шнекового транспортера-охладителя с рубашкой водяного охлаждения, обеспечивая единый контур охлаждения узла разгрузки. В корпусе шнекового транспортера-охладителя дополнительно размещен контур охлаждения углеродистого остатка, содержащий встроенные форсунки для подачи и разбрызгивания охлаждающей промывной воды, в результате чего происходит охлаждение («мокрое» тушение) горячего углеродистого остатка, выдаваемого из реакционной камеры при температуре более 700°С, с целью исключения дальнейшего возможного самовоспламенения на открытом воздухе. Также в корпусе шнекового транспортера-охладителя установлены штуцеры для отвода загрязненных водяных паров, образующихся при охлаждении («мокром» тушении) углеродистого остатка. Линия циркуляции водяных паров, образующихся в результате охлаждения углеродистого остатка в шнековом транспортере-охладителе, содержит газодувку, скруббер-газопромыватель для конденсации и очистки загрязненных водяных паров, приемный резервуар для временного накопления промывной воды и ее очистки путем механического отстаивания, насосное оборудование и систему трубопроводов с запорно-регулирующей арматурой для замкнутого оборота промывной воды на шнековый транспортер-охладитель.

Узел разгрузки углеродистого остатка соединен с закрытым пластинчатым конвейером, через который осуществляется выгрузка охлажденного углеродистого остатка, направляемого на установку формования и упаковки товарного продукта. Охлажденный углеродистый остаток представляет собой товарный продукт – синтетический уголь.

Каждая реакционная камера соединена с коллекторами топливного газа, сырого синтез-газа и дымовых газов, представляющих собой отходящие газы, коллекторы соединены с линиями очистки отходящих газов.

Линии очистки сырого синтез-газа и образующихся жидких фракций представлены газодувкой, насадочным скруббером-газопромывателем, линией отвода избыточной выпаренной воды на цикл промывки скруббера, приемным резервуаром, установкой очистки и переработки термолизной смолы.

Коллектор дымовых газов соединен с четырехстадийной линией очистки, содержащей теплообменники для охлаждения горячих дымовых газов до 200°С, абсорбер насадочного типа для очистки дымовых газов от кислотных оксидов, хлороводорода и фтороводорода «мокрым» известковым способом со встроенным шламоотстойником, абсорбер насадочного типа для очистки дымовых газов от оксидов азота «мокрым» карбамидным способом, контактный аппарат очистки дымовых газов от оксида углерода каталитическим способом, воздуходувку, расходные емкости-смесители, многокамерный рукавный фильтр со встроенной системой встряхивания и продувки фильтровальных рукавов, ленточный конвейер и приемные бункеры для разгрузки твердых продуктов газоочистки, линию подачи нагретого воздуха на сжигание вторичного топлива, дымовую трубу.

Многоступенчатая система водоочистки производственных сточных вод выполнена трехступенчатой и представлена тонкослойным отстойником, флотатором, напорными сорбционными фильтрами, приемными резервуарами, линиями отвода шламов и осадка.

Заявляемая установка для термической деструкции преимущественно твердых коммунальных отходов обеспечивает создание равномерного теплового поля в реакционных камерах для термической деструкции ТКО без доступа воздуха либо в инертной среде азота или среде водяного пара или иной среде, выбираемой для некоторых специальных легкоокисляющихся компонентов ТКО в процессе термической деструкции (термолиз) сырья (исходных отходов) при температурах от 400 до 750°С, которая осуществляется в центральной зоне вертикальных реакционных камер прямоугольного сечения, обогреваемые снизу вверх по всей высоте, с размером по ширине 600 - 620 мм, по длине не менее 1200 мм, по высоте высоту 6000 – 7000 мм, снабжена наружной футеровкой, выполненной из огнеупорных материалов, внешней двухслойной футеровкой с теплоизоляционным и огнеупорным слоями, обеспечивающие равномерность прогрева реакционных камер по их высоте. Выполнение реакционных камер с указанными геометрическими размерами и формой, выполнение термолизного реактора с многослойной футеровкой обеспечивают возможность проведения процесса термолиза в зоне температур, существенно меньшей, чем в прототипе. В заявляемом устройстве совместно осуществляют термическую деструкцию (термолиз, полукоксование отходов с получением газообразных горючих фракций и углеродистого остатка), а также обезвреживание отходов путем сокращения их исходной массы, посредством равномерной конвективной теплопередачи по всей высоте реакционных камер реактора (основного технологического аппарата), благодаря чему повышается теплотехнический коэффициент полезного действия, значение которого может достигать 92%. Также одной из главных отличительных особенностей заявляемой установки является создание режима последовательно-параллельной работы нескольких реакционных камер в единой технологической линии с использованием единой непрерывной конвейерной линии подачи сырья (исходных отходов), что обеспечивает непрерывность технологического режима по загрузке сырья и выгрузке продуктов переработки. Еще важной особенностью заявляемой установки является выполнение узла разгрузки углеродистого остатка соединенным с разгрузочным конусом реакционных камер, оборудованным единым водоохлаждаемым контуром и дополнительным контуром шнекового транспортера-охладителя для охлаждения углеродистого остатка промывной водой, соединенным с линий циркуляцией водяных паров, обеспечивающим охлаждение узла разгрузки углеродистого остатка, повышая надежность термолизного реактора за счет исключения возможности перегрева его нижней части. Схема сбора цепи узлов и блоков в заявляемом устройстве позволяет повысить производительность до величины более 200 000 тонн ТКО в год. Заявляемая установка обеспечивает возможность повышения доли перерабатываемых фракций ТКО от исходной массы за счет полноты термической деструкции в каждом реакционном аппарате, увеличить практический выход углеродистого остатка как главного продукта переработки ТКО, повысить энергоэффективность и безопасность процесса, в том числе за счет обеспечения возможности сжигания газообразных продуктов переработки с последующим использованием в качестве вторичного топлива. Кроме того, заявляемые в устройстве узлы загрузки отходов в реакционные камеры и узел разгрузки позволяют сократить эксплуатационные расходы, минимизировать использование подсобной транспортной инфраструктуры и трудоемких механизмов, снизить уровень негативного воздействия на окружающую среду путем уменьшения эмиссии вредных продуктов переработки ТКО в атмосферу в несколько раз по сравнению с аналогами.

Сравнение заявляемой установки с известным устройством позволяет сделать вывод о наличии отличительных признаков, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого устройства критерию «новизна». Заявляемая совокупность существенных признаков обеспечивает получение нового технического результата, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого устройства критерию «изобретательский уровень».

Сущность технологического комплекса поясняется следующими рисунками.

На Фиг. 1 схематично показана принципиальная технологическая схема заявляемой установки.

На Фиг. 2 схематично показан узел заявляемой установки мощностью 24 тонны ТКО в сутки – единичный термолизный реактор с одной реакционной камерой (главный вид).

На Фиг. 3 схематично показан узел заявляемой установки мощностью 24 тонны ТКО в сутки – единичный термолизный реактор с одной реакционной камерой (сечение 1-1).

На Фиг. 4 схематично показан узел заявляемой установки мощностью 24 тонны ТКО в сутки – единичный термолизный реактор с одной реакционной камерой (план на отм. +5,600 м).

На Фиг. 5 показана структурная схема заявляемой установки мощностью 300 000 тонн ТКО в год, состоящая из 4 параллельных блоков реакторов термолиза, в каждом из которых последовательно соединены 10 реакционных камер.

На Фиг. 6 схематично показана принципиальная схема последовательно-параллельного соединения блоков реакторов термолиза в заявляемой установке.

На Фиг. 7 схематично показан узел заявляемой установки мощностью 300 000 тонн ТКО в год с блоком реакторов термолиза, состоящим из нескольких реакционных камер (продольный разрез).

На Фиг. 8 — схематично показан узел заявляемой установки мощностью 300 000 тонн ТКО в год с блоком реакторов термолиза, состоящим из нескольких реакционных камер в поперечном разрезе (сечение по реакционным камерам).

На Фиг. 9 схематично показана техническая проблема, характерная для барабанных вращающихся реакторов пиролиза отходов (ранее известное решение).

На представленных чертежах показаны: (1) – узел подготовки и измельчения отходов, (2) – подающий конвейер, (3) – ковшовый элеватор, (4) – скребковый цепной конвейер, (5) (5.1 5.2) – конвейер возврата избытка измельченных отходов, (6) – термолизный реактор (реакторный блок), (7) – реакционные камеры, (8) – газогорелочные устройства, (9) – разгрузочные конусы, (10) – шлюзовый затвор-питатель, (11) – шнековый транспортер-охладитель, (12) – шиберный затвор, (13) – загрузочные бункеры, (14) – коллектор синтез-газа, (15) – коллектор дымовых газов, (16) – коллектор топливного газа, (17) – конвейер углеродистого остатка, (18) – установка формования и упаковки товарного продукта - угля, (19) – газодувка, (20) – скруббер-газопромыватель, (21) – приемный резервуар, (22) и (24) – газодувки, (23) – насадочный скруббер-газопромыватель, (25) – приемный резервуар, (26) – нагнетательный дымосос, (27) и (29) – теплообменники, (28) – контактный аппарат, (30) и (33) – воздуходувки, (31) и (32) – абсорберы, (34) – рукавный фильтр, (35) – ленточный конвейер, (36), (37) и (38) – расходные емкости-смесители, (39) – дымосос, (40) – дымовая труба, (41) – факельная установка (свеча аварийного сброса горючих газов), (42) – градирня, (43) – вентилятор, (44) – расходный резервуар, (45) – установка переработки смолы, (46) – тонкослойный отстойник, (47) – флотатор, (48) – приемный резервуар, (49) – напорный сорбционный фильтр, (50) – приемный резервуар, (51) – запорно-регулирующая арматура. Линии и потоки: I –исходные твердые коммунальные отходы (сырье)- ТКО, II – измельченные отсортированные отходы, III – возврат избытка ТКО, IV – углеродистый остаток, V – сырой синтез-газ, VI – очищенный синтез-газ, VII – топливный газ, VIII – воздушное дутье, IX – дымовые газы загрязненные, X – дымовые газы обеспыленные, XI – дымовые газы очищенные, XII – воздух, XIII – вода техническая, XIV – гашеная известь, XV – известковая суспензия, XVI – карбамид, XVII – рабочий раствор реагентов, XVIII – отработанные растворы, XIX – активированный уголь, XX – гашеная известь, XXI – реагентная воздушная смесь, XXII – отходы газоочистки, XXIII – термолизная смола сырая, XXIV – очищенная термолизная смола, XXV – загрязненная сточная вода, XXVI – пары охлаждения углеродистого остатка, XXVII – конденсат, XXVIII – нагретая вода, XXIX – охлаждающая оборотная вода, XXX – сточная вода 1-й ступени очистки (осветленная), XXXI – флотореагент, XXXII – флотошлам, XXXIII – сточная вода 2-й ступени очистки, XXXIV – сточная вода очищенная, XXXV – катализатор газоочистки.

Заявляемая установка содержит узел подготовки и измельчения отходов (1), включающий в себя площадку временного накопления ТКО, конвейерную линию отбора недробимых крупногабаритных материалов, разрыватель пакетов с бытовым мусором, конвейерную линию сортировки отходов на основе ручного или механизированного отбора ценных фракций вторичного сырья (бумага, картон, полиэтилен, ПЭТ, металлические частицы, алюминиевые банки, стекло и т.д.), участок двухстадийного измельчения хвостов сортировки, магнитный сепаратор фракции черного металла, вихретоковый сепаратор фракции цветных металлов (отбор неперерабатываемых частиц проволоки, электрических кабелей, батареек, аккумуляторов, фольги, фантиков, электротехнического лома и т.п.), воздушный сепаратор легкой фракции, вибрационный грохот, конвейерную линию рецикла недоизмельченного сырья на повторное измельчение.

Участок подачи измельченных отходов содержит подающий конвейер (2) ленточного типа, ковшовый элеватор (3) типа нории, скребковый цепной конвейер (4) в закрытом исполнении с загрузочными желобами, ленточный конвейер возврата избытка отходов (5).

Основу заявляемой установки составляет термолизный реактор (6), оснащенный огнеупорной футеровкой, опорным металлическим каркасом, размещенным снаружи, реакционными камерами (7) прямоугольного сечения шириной 600 мм, длиной 1200 мм, высотой 6000 – 7000 мм, газогорелочными устройствами (8) и соплами для сжигания вторичного топлива, газогорелочным устройством, в зоне которого размещено сопло для сжигания вторичного топлива, коллекторами топливного газа (16), сырого синтез-газа (14), дымовых газов (15).

Термолизный реактор (6) содержит реакционные камеры (7), выполненные в виде вертикально расположенных прямоугольных параллелепипедов, имеющих в сечении прямоугольную форму, из жаропрочной нержавеющей стали с наружной футеровкой из огнеупорных материалов (на основе шамота), закрепленных на опорном металлическом каркасе, представляющие собой внешние металлоконструкции. Каждая из реакционных камер (7) соединена с загрузочными желобами скребкового конвейера посредством газоплотных шиберных затворов (12) для загрузки измельченных отходов через загрузочные бункеры (13).

Разгрузка основного продукта переработки ТКО из реакционных камер (7) осуществляется через разгрузочный конус (9), оснащенный шлюзовым затвором- питателем (10), шнековым транспортером-охладителем (11), которые оснащены единым водоохлаждаемым контуром (42), (43), (44) и (51) с замкнутой системой циркуляции технической воды, поступающей по линии XIII, через рубашку охлаждения разгрузочного конуса (9), шлюзового затвора- питателя (10) и шнекового транспортера-охладителя (11). При этом шнековый транспортер-охладитель (11) имеет отдельный контур для охлаждения непосредственно углеродистого остатка промывной водой. Указанный контур образован из последовательно соединенных друг с другом шлюзового затвора- питателя (10), шнекового транспортера-охладителя (11), скруббера-газопромывателя (20), приемного резервуара (21), образующих линию циркуляции водяных паров для охлаждения углеродистого остатка. В шнековом транспортере-охладителе (11) предусмотрены штуцеры для подачи промывной воды на охлаждение горячего углеродистого остатка контактным («мокрым») способом и штуцеры для отвода грязных водяных паров. Разгрузочный штуцер шнекового транспортера-охладителя (11) соединен с приемным узлом закрытого пластинчатого конвейера (17) для транспортировки углеродистого остатка на установку формования и упаковки товарного продукта – синтетического угля (18).

Грязные водяные пары, образующиеся в результате контактного охлаждения углеродистого остатка в шнековом транспортере-охладителе (11), удаляются посредством механического побуждения газодувкой (19) на скруббер-газопромыватель (20), соединенный с приемным резервуаром (21) и системой циркуляции промывной водой-конденсатом.

Линии очистки отходящих газов, представляющих собой продукты термической деструкции (термолиза) ТКО, осуществляют функцию создания необходимого разряжения в термолизном реакторе (6) (неглубокого вакуума, исключающего выделение среды в реакционной камере (7) в окружающую среду), своевременного удаления отходящих газов.

Удаление из термолизного реактора (6) синтез-газа, представляющего собой влажный (сырой) метансодержащий синтез-газ, с последующей его сушкой и извлечением жидких углеводородных смол, осуществляют через коллектор синтез-газа (14) посредством взрывозащищенной газодувки (22). Коллектор синтез-газа (14) соединен с насадочным скруббером-газопромывателем (23) из которого очищенный синтез-газ направляется на сжигание в качестве вторичного топлива посредством дополнительно установленной газодувкой (24). Для обезвреживания аварийных выбросов сырого и очищенного синтез-газа в заявляемом устройстве предусмотрена факельная установка (41). В насадочном скруббере-газопромывателе (23) осуществляется одновременное охлаждение синтез-газа промывной водой, конденсация выпаренной влаги ТКО, улавливание (абсорбция) жидких углеводородных смол – продуктов термической деструкции ТКО. Сырая обводненная термолизная смола насосами (на схеме не показаны) подается в приемный резервуар (25) и далее на установку переработки смолы (45).

Линия очистки и удаления дымовых газов, образующихся в термолизном реакторе, включает в себя нагнетательный дымосос (26), теплообменник (27) кожухотрубного или иного типа для охлаждения горячих дымовых газов, контактный аппарат (28) для каталитической очистки от окиси углерода (СО), теплообменник (29) кожухотрубного или иного типа для второй ступени охлаждения дымовых газов, воздуходувку (30) для подачи охлаждающего воздуха в теплообменники (27) и (29), абсорберы (31) и (32) насадочного типа для очистки дымовых газов от кислотных оксидов и вредных газообразных примесей (хлороводород, фтороводород, сероводород), многокамерный рукавный фильтр (34) для обеспыливания и очистки дымовых газов от взвешенных твердых частиц (сажи), аэрозолей загрязняющих веществ (тяжелые металлы, полиароматические углеводороды типа бензапирена, полихлорированные дибензодиоксины и дибензофураны), ленточный конвейер (35) и приемные бункеры (на схеме не показаны) для сбора и удаления твердых отходов газоочистки, расходные емкости – смесители (36, 37, 38) для подготовки растворов реагентов газоочистки, воздуходувку (33) для нагнетания реагентно-воздушной смеси на рукавный фильтр (34), дымосос (39) и дымовую трубу (40) для отвода дымовых газов в атмосферу.

Линия очистки загрязненной производственной сточной воды состоит из тонкослойного отстойника (46) для гравитационного разделения твердых взвешенных частиц (песок, пыль, сажа); флотатора (47) для очистки от углеводородных смол, близких по свойствам к нефтепродуктам; напорного сорбционного фильтра (49) для очистки от кислотных остатков. Вышеописанная конструкция позволяет очистить сброс от взвешенных частиц, сажи, углеводородных смол, соединений тяжелых металлов, хлорид-, нитрат-, сульфат-, фосфат-ионов до приемлемых норм для биологической очистки на производственных или городских очистных сооружениях.

В заявляемой установке реализован замкнутый оборот охлаждающей технической воды, включающий в себя градирню (42) закрытого типа со встроенным вентилятором (43), соединенную трубопроводами с расходным резервуаром (44), из которого охлажденная вода подается в рубашку водяного охлаждения разгрузочных конусов (9), шлюзового затвора-питателя (10) и шнекового транспортера-охладителя (11) реакционных камер (7) термолизного реактора (6). Также в заявляемом устройстве реализован замкнутый оборот охлаждающей промывной воды для «мокрого» тушения горячего углеродистого остатка, включающий в себя газодувку (19), скруббер-газопромыватель (20), соединенный с приемным резервуаром (21) и системой циркуляции очищенной промывной воды-конденсата.

Заявляемая установка работает следующим образом.

Отходы, направляемые на переработку, разгружают на площадку временного накопления отходов в составе узла подготовки и измельчения отходов (1), затем фронтальными погрузчиками подают на конвейерную линию отбора крупногабаритных материалов, где осуществляется отбор недробимых кусков, состоящих преимущественно из неорганических (негорючих) веществ – компонентов строительного мусора, камней, почвогрунта, металлических изделий и т.д. Далее отходы направляют на конвейерную линию сортировки отходов с ручным либо механизированным отбором ценных фракций вторичного сырья, включающую в себя разрыватель пакетов с бытовым мусором, конвейерную линию сортировки отходов на основе ручного или механизированного отбора ценных фракций вторичного сырья (бумага, картон, полиэтилен, ПЭТ, металлические частицы, алюминиевые банки, стекло и т.д.). После извлечения ценных фракций вторичного сырья, хвосты сортировки направляют по конвейерной линии на участок последовательного двухстадийного измельчения, осуществляемого в ножевых измельчителях-шредерах, крупность исходного питания >400 мм крупность дробленых продуктов 1-й стадии 150 мм, крупность дробленых продуктов 2-й стадии <1…10 мм. Далее измельченные отходы подают через конвейерную линию на вибрационный грохот для разделения на надрешетный и подрешетный фракции. Надрешетную фракцию, содержащую недоизмельченные отходы крупностью >10…20 мм, подают на рецикл на повторное измельчение для достижения требуемой крупности частиц. Подрешетную фракцию, содержащую отходы крупностью <1…10 мм, с помощью ленточных конвейеров направляют на последовательно установленные магнитный сепаратор для автоматизированного извлечения мелкой фракции черного металла, вихретоковый сепаратор для извлечения мелкой фракции цветных металлов (автоматизированный отбор неперерабатываемых частиц проволоки, электрических кабелей, батареек, аккумуляторов, фольги, фантиков, электротехнического лома и т.п.), воздушный сепаратор для извлечения тяжелой фракции негорючих неперерабатываемых примесей (почвогрунт, камни, стекло, силикатные материалы и т.д.).

Подрешетную фракцию отходов направляют на термическую деструкцию в термолизном реакторе (6) (реакторном блоке), которая транспортируется посредством подающего конвейера (2) ленточного типа непрерывного действия, вертикально расположенного ковшового элеватора (3) типа нории, скребкового цепного конвейера (4) в закрытом исполнении через загрузочные желоба, установленные в нижней части, отходы поступают в реакционные камеры (7) термолизного реактора (6). Загрузочные желоба скребкового цепного конвейера (4) соединены через шиберные затворы (12), выполненные газоплотными, с загрузочными бункерами (13) термолизного реактора (6). Шиберные затворы (12) оснащены электроприводом, выполнены с возможностью открывания и закрывания попеременно. Термолизный реактор (6) состоит из реакционных камер (7), которые обогреваются равномерно конвективным способом с наружных сторон по всей высоте. Обогрев осуществляют теплом от дымовых газов, образуемых при сжигании топливного газа в газогорелочных устройствах (8) и движущихся в пространствах между наружной поверхностью стенок реакционной камеры и внутренней поверхностью футеровки. Внешняя футеровка термолизного реактора (6) выполнена в два слоя – слой, обращенный в сторону обогревательной зоны, выполнен из огнеупорного материала (на основе фасонных шамотных изделий); слой, обращенный в окружающую среду, выполнен из теплоизоляционных строительных материалов (например, пенодиатомитовый кирпич). Расчетная температура стенки реакционных камер (7) составляет от 800 до 1050°С. Температура перерабатываемой среды внутри реакционной камеры (7) в середине слоя составляет от 750-800°С. При указанной температуре в инертной бескислородной среде осуществляются физико-химические реакции разложения углеродсодержащих компонентов отходов на летучую парогазовую фракцию и твердый углеродистый остаток (полукокс). Процесс термической деструкции в термолизном реакторе (6) ведут в полунепрерывном режиме в течение 12 часов, например, со следующими стадиями:

1) 20…100°С – разогрев отходов;

2) 100…200°С – сушка отходов, плавление полимерных компонентов;

3) 200…400°С – первичное разложение полимерных компонентов, древесно-растительных, пищевых и бумажно-картонных фракций;

4) 400…700°С – физико-химическое разложение отходов с образованием смол и газовой фазы;

5) 700…1000°С – прокаливание продуктов реакций разложения отходов с получением углеродного вещества (карбонизация).

При достижении температуры 700…750°С осуществляется изотермическая выдержка отходов, в результате которой выделяется парогазовая фаза и образуется углеродистый остаток, состоящий на 70-90% из углерода (в пересчете на сухую массу). Практический выход углеродистого остатка зависит от состава отходов и в среднем составляет 25…45% от первоначальной массы со средней влажностью 25%.

В заявляемой установке ширина реакционных камер (7) термолизного реактора (6) составляет около 600 мм, что обеспечивает максимальную глубину прогрева стационарного слоя перерабатываемых отходов в полости реакционной камеры (7), имеющих в сечении прямоугольную форму, при осуществлении их нагрева по высоте снизу вверх. Указанная ширина реакционных камер (7) при длине не менее 1200 мм, является определяющим геометрическим размером для последующего масштабирования применительно к созданию крупнотоннажных мусороперерабатывающих комплексов производительностью от 200 000 тонн ТКО в год и более. Реакционные камеры иной формы (вращающиеся барабанные цилиндрические емкости, горизонтальные и вертикальные реторты круглого сечения, змеевиковые печи, шахтные и кольцевые печи и т.п.) масштабированию путем увеличения единичной мощности не подлежат по причине невозможности увеличения диаметров и длины емкостей из-за создания необогреваемых зон в центре слоя таких реакционных камер (Фиг. 9). Число реакционных камер в термолизном реакторе и количество термолизных реакторов в реакторном блоке определяется расчетным путем исходя из времени (цикла) термолизной деструкции отходов и необходимой производительности по входящему потоку отходов с учетом их насыпной плотности (удельного веса).

В процессе термической деструкции отходов, происходит уменьшение их исходного уровня и уменьшение массы отходов в реакционной камере (7). По мере снижения уровня загрузки в реакционной камере (7) и выгрузки образующегося углеродистого остатка, в реакционную камеру (7) подают новую порцию отходов для проведения термической деструкции.

Выгрузку углеродистого остатка осуществляют гравитационным способом через разгрузочный конус (9), размещенный в нижней части реакционной камеры (7), который также выполнен из жаропрочной нержавеющей стали и оснащен рубашкой водяного охлаждения для отвода избыточного тепла. Разгрузочный конус (9) соединен со шлюзовым затвором-питателем (10), который выполнен водоохлаждаемым и имеет электропривод от мотор-редуктора, обеспечивает герметичную выгрузку углеродистого остатка и снижает приток воздуха в реакционную камеру (7). Шлюзовый затвор-питатель (10) через фланец соединен со шнековым транспортером-охладителем (11), в котором раскаленный углеродистый остаток подвергают охлаждению (тушению) до температуры ниже температуры самовоспламенения «мокрым» способом путем непосредственного контакта с промывной водой, распыляемой внутри корпуса шнекового транспортера-охладителя (11). К рубашке водяного охлаждения корпусов разгрузочного конуса (9), шлюзового затвора-питателя (10) и шнекового транспортера-охладителя (11) воду для охлаждения подводят из системы замкнутого водооборота заявляемого устройства, а отработанную нагретую воду направляют на вентиляторную градирню (42) закрытого типа, в которой происходит охлаждение воды воздушным потоком до температуры 27-30°С, после чего охлажденную воду через расходный резервуар (44) возвращают в цикл оборота с частичной добавкой свежей технической воды для компенсации потерь из-за каплеуноса.

Охлажденный углеродистый остаток при температуре <100°С по конвейеру углеродистого остатка (17), представляющего собой закрытый пластинчатый конвейер, направляют на установку формования и упаковки товарного продукта – синтетического угля (18). Водяные пары, образующиеся при охлаждении углеродистого остатка в шнековом транспортере- охладителе (11), откачивают газодувкой (19) на скруббер-газопромыватель (20), в котором пары промывают технической оборотной водой с последующим удалением избытка конденсата в приемный резервуар (21) и далее направляют на локальные очистные сооружения. Скруббер-газопромыватель (20) представляет собой полый вертикальный стальной аппарат цилиндрической формы, в верхней части которого установлены форсунки для подачи циркулирующей охлаждающей воды. Водяные пары от тушения углеродистого остатка направляют в нижнюю часть аппарата, сверху противотоком подают охлаждающую воду, в результате противоточного контактирования этих потоков происходит охлаждение и конденсация паров. Образующийся конденсат удаляют на локальные очистные сооружения, часть конденсата отбирают на рецикл на орошение скруббера- газопромывателя (20).

Полученный товарный продукт – синтетический уголь возможно направить на установку гранулирования для производства топливных пеллет.

В процессе термической деструкции образуется летучая парогазовая фракция, которая представляет собой влажный метансодержащий газообразный продукт, содержащий пары углеводородных смол - сырой синтез-газ. Количественный выход сырого синтез-газа зависит от состава и влажности отходов, в среднем находится в пределах 10…30% от исходной массы. Удаление сырого синтез-газа из реакционных камер (7) осуществляют через сборный трубопровод - коллектор синтез-газа (14), установленный в верхней части термолизного реактора (6). Сырой синтез-газ откачивают посредством газодувки (22), выполненной взрывозащищенной, и направляют в насадочный скруббер-газопромыватель (23), представляющий собой насадочный колонный аппарат-абсорбер. В насадочном скруббере-газопромывателе (23) проводят одновременное охлаждение синтез-газа промывной водой, конденсацию выпаренной влаги, улавливание и конденсацию термолизных смол (жидких углеводородных смол) – продуктов термической деструкции. Температура сырого синтез-газа на входе в насадочный скруббер-газопромыватель (23) составляет 400-500°С, а внутри синтез-газ охлаждают до температуры 80-100°С. Образующуюся сырую обводненную углеводородную смолу с насадочного скруббера-газопромывателя (23) насосами подают в приемный резервуар (25), где осуществляют отстаивание и первичное разделение на смолу и загрязненную водную фазу. Термолизная смола представляет собой смесь воды и жидкой широкой фракции углеводородов (преимущественно непредельные ациклические углеводороды и ароматические сложные соединения) с температурой кипения 105-360°С, по свойствам близкой к темному печному топливу или низкосернистому мазуту марки М-100. Отстоянную термолизную смолу направляют далее на установку переработки смолы (45) для дальнейшей утилизации в качестве жидкого темного печного (котельного) топлива, например обезвоживанием в центробежных сепараторах, выпариванием в испарителях, атмосферной перегонки в ректификационных аппаратах. Практический выход углеводородной смолы зависит от морфологического состава отходов (в особенности от содержания фракций пластика – полиэтилен, полистирол, полиуретан, ПЭТФ, резино-технические изделия и т.п.), составляет в среднем 5…10 мас.% от массы исходного влажного сырья. Сконденсированную выпаренную водную фазу направляют обратно в цикл промывки синтез-газа на насадочный скруббер-газопромыватель (23), избыток водной фазы отводят в линию водоочистки. Очищенный промывкой синтез-газ, содержащий преимущественно ацетилен, этилен, метан, аммиак, водород, оксиды углерода (II) и (IV) и т.д., подают с помощью дополнительной взрывозащищенной газодувки (24) к соплам, вмонтированным в нижнюю часть футеровки термолизного реактора (6) для сжигания в качестве вторичного топлива. Для обезвреживания аварийных выбросов сырого и очищенного синтез-газа предусмотрена факельная установка (41).

Дымовые газы, образующиеся в процессе обогрева термолизного реактора (6), направляют на 4-стадийную газоочистку. Неочищенные горячие дымовые газы откачивают дымососом (26) из обогревательных пространств термолизного реактора (6) через коллекторы-дымоходы (15), представляющие собой каналы круглого либо прямоугольного сечения, выполненные из огнеупорных материалов. Температура горячих неочищенных дымовых газов находится в пределах 800…1100°С. Для ее снижения используется теплообменники (27) и (29), в которых происходит охлаждение дымовых газов воздухом. Вместо теплообменников (27) и (29) возможно применение котла-утилизатора, в котором происходит снижение температуры дымовых газов и нагрев воды в паро-водяном цикле с выработкой вторичной тепловой энергии (водяной пар низкого давления, либо горячая вода). Температура охлажденных дымовых газов после теплообменников (27) и (29) составляет около 200°С. Нагретый воздух из теплообменника (29) подают к соплам в зоне горелочных устройств (8) термолизного реактора (6) для сжигания синтез-газа.

Первая стадия очистки дымовых газов предназначена для очистки выбросов от загрязняющих веществ - кислотных оксидов (диоксид серы SO₂, диоксид углерода СО₂, хлороводород HCl, фтороводород HF) «мокрым» способом со степенью очистки от диоксида серы не менее 90% и основана на процессе физико-химической абсорбции загрязняющих веществ из дымовых газов водным раствором реагентов (хемосорбентов). В качестве реагентов используют суспензию гашеной извести Ca(OH)₂. Сущность процесса поясняется следующими химическими реакциями, продуктами которых являются нерастворимые безопасные для атмосферного воздуха вещества - карбонат, сульфит, сульфат, хлорид и фторид кальция:

SO₂ + Ca(OH)₂ = CaSO₃·1/2H₂O

SO₂ + Ca(OH)₂ + 1/2O₂ + H₂O = CaSO₄·2H₂O

Ca(OH)₂ + СО₂ = CaCO₃ + H₂O

SO₃ + Ca(OH)₂ = CaSO₄·1/2H₂O

2HCl + Ca(OH)₂ = CaCl₂ + 2H₂O

2HF + Ca(OH)₂ = CaF₂ + 2H₂O

Процесс очистки ведут в абсорбере (31), представляющем собой вертикальный цилиндрический емкостной аппарат с внутренней массообменной насадкой (в виде цилиндрических колец или шаров) и форсунками для распыления реагента. В расходной емкости-смесителе (36) готовят известковую суспензию путем смешивания гашеной извести, подаваемой из силоса пневмотранспортом, с технической водой. Затем химическими насосами известковую суспензию подают в верхнюю часть абсорбера (31), где распределяют по сечению абсорбера (31) с помощью форсунок, размещенных рядами. Дымовые газы подают в нижнюю часть абсорбера (31) и удаляются из верхней его части. Отработанный реагент с продуктами газоочистки направляют через встроенный шламоотстойник на локальные очистные сооружения.

Вторая стадия очистки дымовых газов предназначена для очистки выбросов от азотсодержащих токсичных компонентов (аммиак NH₃, оксиды NxOy) и сероводорода H2S, «мокрым способом» со степенью очистки от диоксида азота не менее 95%. Стадия основана на процессе физико-химической абсорбции азотсодержащих компонентов хемосорбентом - водным раствором карбамида (концентрация 40 – 100 г/л.), в результате происходит химическая нейтрализация оксидов азота и серы с получением суспензии сульфата аммония (NH₄)₂SO₄ и нитрата аммония NH₄NO₃, подлежащих сбросу в систему водоочистки. Температура дымовых газов, направляемых на газоочистку, составляет 100-150°С. Хемосорбент приготовляют в расходной емкости-смесителе (37), куда предварительно подают воду, карбамид в кристаллическом виде, и в зависимости от концентрации загрязняющих веществ при необходимости – реагенты-добавки для корректирования pH водного раствора, например концентрированный водный раствор NaOH или аммиачную воду. Процесс проводится в абсорбере (32), представляющем собой вертикальный цилиндрический емкостной аппарат с внутренней массообменной насадкой и форсунками для распыления реагента. Раствор хемосорбента подают химическими насосами из расходной емкости-смесителя в верхнюю часть абсорбера и распределяют по сечению абсорбера (32) с помощью рядов форсунок (по меньшей мере 3 ряда форсунок). На поверхности массообменной насадки (в виде цилиндрических колец или шаров) происходит контактирование дымовых газов и хемосорбента. Очищенные дымовые газы движутся противотоком снизу вверх абсорбера (32). Отработанный реагент откачивают из нижней части абсорбера (32) насосами на локальные очистные сооружения.

Третья стадия очистки дымовых газов основана на адсорбции аэрозолей загрязняющих веществ (тяжелые металлы, полиароматические углеводороды типа бензапирена, полихлорированные дибензодиоксины и дибензофураны) «сухим» способом с применением активированного угля различных марок при температуре 100-120°С. Также на данной стадии предусмотрена дополнительная очистка дымовых газов от серосодержащих вредных компонентов (оксиды серы SOх, сероводород H₂S, сероуглерод и т.д.). В очищенные дымовые газы из расходной емкости- смесителя (38) вдувают реагентную смесь из активированного угля и гашеной извести (в сухом кристаллическом виде) посредством воздуходувки (33) для создания необходимого давления. Состав реагентной смеси: гашеная известь (гидроксид кальция) – 90 мас.%, активированный уголь – 10 мас.%. Величину давления и расход реагентной смеси определяют расчетным путем исходя из требуемой производительности системы очистки и конструктива аппаратов. Адсорбция аэрозолей загрязняющих веществ происходит в рукавном фильтре (34) во всем его объеме и на поверхности. Рукавный фильтр (34) представляет собой многокамерный емкостной аппарат с последовательно установленными на опорной плите цилиндрическими трубками из фильтровального материала (ткань, полиамидные или полиэфирные волокна). Загрязненные дымовые газы подают в нижнюю часть рукавного фильтра (34) к фильтровальным рукавам под опорную плиту, на которых происходит осаждение пыли, продуктов газоочистки и непрореагировавших твердых частиц. Очищенные и обеспыленные дымовые газы удаляются из верхней части фильтра за счет тяги дымососов (39). В рукавном фильтре (34) предусмотрена система встряхивания фильтровальных рукавов и их продувки воздухом. Отходы газоочистки с помощью ленточного конвейера (35) направляются на отгрузку в приемные контейнеры для вывоза на дальнейшее захоронение.

Четвертая стадия очистки дымовых газов предназначена для удаления оксида углерода (II) CO, основана на каталитическом процессе со степенью очистки не менее 90%. В качестве катализаторов используется катализатор на основе оксида алюминия типа РК-211, заводской готовности согласно ТУ 38.1011380-97 от 14.08.1998. Принцип действия катализатора состоит в том, что на нем протекает реакция окисления СО кислородом, содержащимся в дымовых газов, при температурах 200…250 °С:

СО + 1/2О₂ = СО₂

Обеспыленные дымовые газы после рукавного фильтра (34) подают на теплообменник (27), где они подогреваются до температуры 250°С за счет тепла неочищенных дымовых газов. Затем дымовые газы подают на четвертую ступень газоочистки в контактный аппарат (28), представляющий собой стальную емкость круглого сечения с газораспределительными решетками и полками для слоя катализатора. Катализатор периодически загружают в аппарат через люки-лазы и разгружают по мере его выработки для последующей утилизации методом обжига на заводе-изготовителе. На катализаторе происходит окисление СО кислородом воздуха до концентрации СО 50 мг/м³.

Очищенные дымовые газы после стадии каталитической очистки подлежат инструментальному контролю содержания основных загрязняющих веществ (пыль, сажа, влажность, оксиды углерода, азота, серы) в выбросах с помощью специализированного непрерывно действующего устройства-газоанализатора, вмонтированного в дымовую трубу (40). Дымовые газы направляют на выброс в атмосферу за счет тяги дымососов (39). Газоанализатор функционирует в составе программно-аппаратного комплекса анализа, интегрированного в автоматизированную систему управления технологическим процессом.

Производственные стоки, образующиеся в результате конденсации паров охлаждения углеродистого остатка, а также в результате конденсации выпаренной влаги и «мокрой» очистки дымовых газов, направляют на локальные очистные сооружения, представляющие собой совокупность аппаратов механической и физико-химической очистки сточных вод. Процесс очистки производственных стоков проводится в три стадии.

Первая стадия очистки загрязненной производственной сточной воды основана на тонкой механической очистке воды в тонкослойном отстойнике (46) за счет гравитационного разделения твердых взвешенных частиц (песок, пыль, сажа, твердые продукты 1-й стадии газоочистки). Осветленную водную фазу после отстаивания направляют насосами на вторую стадию очистки сточных вод во флотатор (47). Образующийся осадок из тонкослойного отстойника в виде шлама удаляют встроенным шнековым транспортером из нижней части аппарата, разгружают в приемный бункер и направляют на вывоз на захоронение на специализированных полигонах либо на утилизацию. Количественный выход осадка зависит от производительности системы газоочистки и содержания загрязнений в отходящих дымовых газах.

Вторую стадию очистки производственных стоков осуществляют во флотаторе (47) для отделения водной фазы от углеводородных смол, близких по свойствам к нефтепродуктам, за счет всплытия и сбора с поверхности воды слоя смолы, с использованием добавок-флотореагентов либо флокулянтов различного типа. Состав реагентов определяется опытным путем в зависимости от состава и концентрации смол в производственных стоках. Шлам флотации отводят через приемный резервуар-шламонакопитель для дальнейшей утилизации или обезвреживания методом сжигания.

Третью стадию очистки загрязненных производственных стоков ведут тонкой физико-химической очисткой преимущественно от ионов кислотных остатков, соединений тяжелых металлов в напорных сорбционных фильтрах (49), представляющий собой фильтрующий стальной аппарат в виде горизонтального или вертикального цилиндра с подводящей трубой для предварительно очищенной жидкости и отводящей – для вывода условно чистой воды из установки, содержащий кассеты с фильтрующим элементом. В качестве фильтрующего элемента могут быть использованы любые известные для этих целей материалы -поглотители – активированный уголь, кварцевый песок, цеолиты, керамзит. Состав фильтрующего элемента определяют опытным путем в зависимости от концентраций загрязняющих веществ в продуктах переработки. По меньшей мере устанавливают два напорных сорбционных фильтров (49), которые являются взаимозаменяемыми и обеспечивают бесперебойную работу линии: один аппарат рабочий, второй - резервный, подключаемый на период загрузки новой партии сорбента. Условно чистые сточные воды направляются в канализацию для дальнейшего сброса в канализационные системы или водные объекты. Отработанный загрязненный сорбент, содержащий уловленные вредные вещества, разгружают в приемные бункеры и вывозят на захоронение.

Трехстадийная система водоочистки и линии сбора жидкой фазы и отходов на захоронение позволяет очистить производственные стоки от взвешенных частиц, сажи, углеводородных смол, соединений тяжелых металлов, хлорид-, нитрат-, сульфат-, фосфат-ионов до приемлемых норм для биологической очистки на производственных или городских очистных сооружениях.

Все трубопроводы оснащаются запорно-регулирующей арматурой с электроприводом, приборами для измерения температуры и давления. Термолизный реактор (6), вышепоименованные аппараты для очистки синтез-газа и очистки дымовых газов оснащены известными в науке и технике приборами для измерения температуры, давления, расхода уровня веществ.

Заявляемая установка была апробирована в пилотном масштабе для проведения опытно-экспериментальных исследований и подтверждено, что термическая деструкция углеводородсодержащих отходов, в том числе отсортированных ТКО, обеспечивает высокую эффективность при использовании установки с соблюдением следующих этапов: предварительно крупные фрагменты отходов измельчают до 1…10 мм, отходы для последующей переработки берут с относительной влажностью не более 45 мас.%, термическую деструкцию ведут в диапазоне температур 400-800°С, которая реализуется в середине стационарного слоя в реакционной камере термолизного реактора из-за заявляемых геометрических параметров реакционных камер. Из летучих газообразных продуктов, образующихся в результате термической деструкции, в скруббере-газопромывателе извлекаются термолизные смолы широкого фракционного состава с температурами кипения 105…360°С. Неконденсируемый синтез-газ на 30% по массе состоит из метана и представляет собой вторичное топливо, используемое для обогрева термолизного реактора. По мере усадки перерабатываемых отходов в термолизном реакторе и удаления продуктов переработки из реакционной камеры, непрерывность процесса обеспечивается периодической дозагрузкой новой порции отходов в соответствующие реакционные камеры. В результате термической деструкции основным продуктом переработки ТКО является углеродистый остаток, который представляет собой синтетический уголь в виде безопасной порошкообразной массы, которая по теплотехническим свойствам близка к энергетическому бурому углю. Выход синтетического угля составляет 25 - 45 мас.% от исходного сырья в зависимости от его влажности и морфологического состава.

Заявляемая установка может быть изготовлена известными способами с использованием известного оборудования. Это позволяет сделать вывод о соответствии заявленной установки критерию «промышленная применимость».

Использование заявляемой установки позволяет обеспечить комплексную переработку отходов различного происхождения, содержащих углеводородную составляющую, с получением синтетического угля в качестве товарного продукта, обеспечить энергоэффективность процесса термической деструкции на 25 - 30% выше в сравнении с известными аналогами, а также существенно повысить производительность процесса термической деструкции. Использование заявляемой установки позволяет обеспечить выход синтез-газа, пригодного для последующего использования в качестве вторичного топлива для проведения процесса термической деструкции, обеспечить выход термолизной смолы, пригодной к дальнейшему использованию в качестве жидкого темного печного (котельного) топлива, повысить выход синтетического угля, пригодного для использования в качестве твердого топлива. Суммарный выход вышеуказанных полезных продуктов переработки отходов составляет до 90 – 95%, что позволяет сделать вывод о глубокой комплексной переработке отходов.

Изобретение относится преимущественно к технологиям утилизации преимущественно твердых коммунальных отходов (ТКО), включая городской мусор, а также иные виды отходов, близких к ним по свойствам, в частности отходы полимерной, пищевой, деревообрабатывающей, нефтехимической промышленности. Технический результат – глубокая комплексная переработка отходов различного происхождения, содержащих углеводородную составляющую, с получением синтетического угля в качестве товарного продукта с одновременным повышением энергоэффективности и производительности процесса термической деструкции. Установка содержит последовательно связанные узел подготовки и измельчения отходов с участком подачи измельченных отходов в термолизный реактор, многоступенчатые линию очистки отходящих газообразных фракций, водоочистки и сбора жидкой фазы и отходов на захоронение. Термолизный реактор выполнен многокамерным, состоит из вертикальных стальных реакционных камер прямоугольного сечения, каждая из которых имеет ширину 600 - 620 мм, длину не менее 1200 мм, высоту 6000 – 7000 мм и выполнена с возможностью обогрева по высоте снизу вверх, снабжена наружной футеровкой, выполненной из огнеупорных материалов, внешней двухслойной футеровкой с теплоизоляционным и огнеупорным слоями, опорным металлическим каркасом. Реакционные камеры соединены друг с другом с возможностью обеспечения их последовательно-параллельной работы, каждая реакционная камера снабжена сверху загрузочным питателем, снизу - газогорелочным устройством, узлом разгрузки, который соединен с блоком сбора углеродистого остатка, образующегося в процессе термолиза отходов. Узел разгрузки выполнен в виде разгрузочного конуса, шлюзового затвора-питателя и шнекового транспортера-охладителя, при этом корпусы разгрузочного конуса, шлюзового затвора-питателя и шнекового транспортера-охладителя последовательно соединены друг с другом, снабжены рубашкой водяного охлаждения и соединены с устройством подачи охлаждающей воды, обеспечивающей создание единого контура охлаждения с замкнутым циклом оборота охлаждающей воды, при этом каждый шнековый транспортер-охладитель дополнительно соединен с линией циркуляции водяных паров для охлаждения углеродистого остатка путем его контактирования с охлаждающей промывной водой, а каждая реакционная камера соединена с коллекторами топливного газа, сырого синтез-газа и дымовых газов. 2 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Установка для термической деструкции преимущественно твердых коммунальных отходов с получением углеродистого остатка, содержащая последовательно связанные узел подготовки и измельчения отходов с участком подачи измельченных отходов в термолизный реактор, снабженный сверху загрузочным питателем и узлом разгрузки в нижней части, который соединен с блоком сбора углеродистого остатка, образующегося в результате термолиза отходов, снабженный системой охлаждения, а также соединенную с термолизным реактором многоступенчатую линию очистки отходящих газообразных фракций, многоступенчатую систему водоочистки и линию сбора жидкой фазы и отходов на захоронение, отличающаяся тем, что термолизный реактор выполнен многокамерным, состоящим из вертикальных стальных реакционных камер прямоугольного сечения, каждая из которых имеет ширину 600 - 620 мм, длину не менее 1200 мм, высоту 6000 – 7000 мм и выполнена с возможностью обогрева по высоте снизу вверх, снабжена наружной футеровкой, выполненной из огнеупорных материалов, внешней двухслойной футеровкой с теплоизоляционным и огнеупорным слоями, опорным металлическим каркасом, при этом реакционные камеры соединены друг с другом с возможностью обеспечения их последовательно-параллельной работы, каждая реакционная камера снабжена газогорелочным устройством, в зоне которого размещено сопло для сжигания вторичного топлива, выполненное с возможностью дополнительной подачи нагретого воздуха, загрузочный питатель представлен по меньшей мере одним загрузочным бункером и шиберным затвором для загрузки перерабатываемых отходов, соединенных с участком подачи измельченных отходов, который выполнен в виде непрерывного ленточного конвейера с ковшовым элеватором и соединен с ленточным конвейером возврата избытка отходов, в нижней части каждой реакционной камеры размещен узел разгрузки, выполненный в виде разгрузочного конуса, шлюзового затвора-питателя и шнекового транспортера-охладителя, при этом корпусы разгрузочного конуса, шлюзового затвора-питателя и шнекового транспортера-охладителя последовательно соединены друг с другом, снабжены рубашкой водяного охлаждения и соединены с устройством подачи охлаждающей воды, обеспечивающей создание единого контура охлаждения с замкнутым циклом оборота охлаждающей воды, при этом каждый шнековый транспортер-охладитель дополнительно соединен с линией циркуляции водяных паров для охлаждения углеродистого остатка путем его контактирования с охлаждающей промывной водой, а каждая реакционная камера соединена с коллекторами топливного газа, сырого синтез-газа и дымовых газов.

2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что коллектор дымовых газов соединен с четырехстадийной линией очистки, содержащей абсорберы насадочного типа, рукавный фильтр и контактный аппарат, выполненный с возможностью предварительного двухступенчатого охлаждения дымовых газов соответственно до 200°С и 100 -150°С.

3. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что коллектор сырого синтез-газа соединен с линией очистки сырого синтез-газа и образующихся жидких фракций, которая выполнена из соединенных друг с другом газодувкой, насадочным скруббером-газопромывателем, линией отвода очищенного синтез-газа в зону газогорелочного устройства для использования в качестве вторичного топлива, линией отвода избыточной выпаренной воды на промывку скруббера-газопромывателя, приемным резервуаром, установкой очистки и переработки термолизной смолы в жидкое темное печное топливо.