Способ экологически чистой переработки твердых бытовых отходов на мультитопливном энергетическом комплексе и устройство для его осуществления Российский патент 2022 года по МПК B09B3/00 C10J3/00 

Группа изобретений относится к методам переработки твердых бытовых и промышленных отходов.

Известен способ переработки твердых бытовых и промышленных отходов, включающий стадии предварительной сортировки отходов на органические и неорганические, пиролизную переработку неорганических отходов и переработку органических отходов с получением биогаза и гумуса. Полученный на пиролизной установке пирогаз подвергают плазменно-химической переработке с получением синтез-газа и расплавленного шлака, при этом синтез-газ используют для получения энергии и топлива, а расплавленный шлак перерабатывают в теплоизоляционные материалы, кроме того, полученный в результате обработки органических отходов биогаз используют для получения углекислоты и метана, который используют для получения энергии и топлива [1].

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, принятого за прототип, относится то, что известный способ не предусматривает раздельный сбор мусора на органический и неорганический вне завода, что значительно увеличивает площадь и трудозатраты. Неорганические отходы поступают сначала на пиролизную переработку, что усложняет и процесс переработки и увеличивает время цикла.

Известна установка для переработки твердых бытовых и промышленных отходов, включающая завод по сортировке твердых бытовых и промышленных отходов, пиролизную установку, установку по переработке органики, установку плазменно-химической переработки, установку по переработке расплавленного шлака, блок очистки биогаза, блок получения синтез-газа, блок переработки углекислого газа, блок получения углекислоты, блок генерации энергии и блок каталитической переработки, при этом завод по сортировке твердых бытовых отходов по выходу продукции связан с пиролизной установкой и с установкой по переработке органики, а выход пиролизной установки связан со входом установки плазменно-химической переработки, выходы которой связаны со входами установки по переработке расплавленного шлака, блока генерации энергии и блока каталитической переработки, а выход установки по переработке органики связан со входом блока очистки биогаза, выход которого связан со входом блока переработки углекислого газа, выходы которого связаны со входами блока получения углекислоты, блока получения синтез-газа и блока генерации энергии [1].

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, принятого за прототип, относится то, что известное устройство не позволяет подготавливать метано-водородное топливо, аккумулировать метано-водородное топливо в газгольдере и применять метано-водородное топливо на тепловых электростанциях до и выше 50 МВт, также устройство не позволяет аккумулировать в газгольдере низкокалорийное топливо (биогаз), полученное из органических отходов и сжигать комбинированно с другими видами топлива на тепловых электростанциях до и выше 50 МВт.

Сущность изобретения заключается в использовании блока смешивания топлива, предназначенного для подготовки метано-водородного топлива и последующего его аккумулирования в газгольдере, откуда метано-водородное топливо будет поступать на тепловую электростанцию для комбинированного сжигания топлив в модернизированном энергетическом оборудовании (энергетический котел, водогрейный котел, газотурбинная установка, котел утилизатор); газгольдера для аккумулирования низкокалорийного топлива (биогаз) откуда низкокалорийное топливо (биогаз) будет поступать на тепловую электростанцию для комбинированного сжигания топлив в модернизированном энергетическом оборудовании (энергетический котел, водогрейный котел, газотурбинная установка, котел утилизатор).

Технический результат - перевод части энергетического оборудования «традиционных» тепловых электростанций на комбинированное сжигание топлива; использование возобновляемых источников энергии на тепловой электростанции; повышение КПД тепловой электростанции; снижение вредных выбросов в атмосферу.

Указанный единый технический результат при осуществлении группы изобретений по объекту - способу достигается тем, что способ экологически чистой переработки твердых бытовых отходов на мультитопливном энергетическом комплексе включает стадию переработки органических отходов с получением биогаза и гумуса, полученный в результате обработки органических отходов биогаз используют для получения углекислоты и метана, который используют для получения энергии, синтез-газ используют для получения энергии и топлива, а расплавленный шлак перерабатывают в теплоизоляционные материалы.

Особенность заключается в том, что прием твердых бытовых отходов на мультитопливный энергетический комплекс производится раздельно на площадке для приема и подготовки органических и неорганических отходов, неорганические отходы, после измельчения, перерабатываются на установке плазменно-химической переработки, кроме того полученное топливо, биогаз и синтез-газ, используется на тепловой электрической станции для получения тепловой и электрической энергии.

Указанный единый технический результат при осуществлении группы изобретений по объекту - устройство достигается тем, что устройство экологически чистой переработки твердых бытовых отходов на мультитопливном энергетическом комплексе включает установку по переработке органики, установку плазменно-химической переработки, установку по переработке расплавленного шлака, блок очистки биогаза, блок переработки CO₂, блок получения углекислоты, блок каталитической переработки.

Особенность заключается в том, что биогаз поступает в газгольдер для аккумулирования низкокалорийного топлива, откуда он будет подаваться на тепловую электростанцию; блок очистки и разделения синтез газа производит водород, который поступает в блок подготовки топлива, кроме этого в блок подготовки топлива поступает метан (природный газ) от газораспределительного пункта электростанции. Подготовленное топливо поступает в газгольдер для аккумулирования метано-водородного топлива, откуда оно будет подаваться на тепловую электростанцию; тепловая электростанция является мультитопливной, на которую топливо поступает от газгольдера для аккумулирования низкокалорийного топлива, газгольдера для аккумулирования метано-водородного топлива и газораспределительного пункта электростанции.

Сущность группы изобретений поясняется чертежом, на котором представлена схема устройства, реализующая заявленный способ.

Способ осуществляется с помощью устройства, включающего: площадку 1 для приема и подготовки органических и неорганических отходов; установку 2 плазменно-химической переработки; блок 3 очистки и разделения синтез-газа; блок 4 подготовки топлива; газораспределительный пункт 5 электростанции; газгольдер 6 для аккумулирования метано-водородного топлива; тепловую электростанцию 7; блок 8 каталитической переработки; установку 9 по переработке расплавленного шлака; установку 10 по переработке органики; блок 11 очистки биогаза; блок 12 переработки СО₂; блок 13 получения углекислоты; газгольдер 14 для аккумулирования низкокалорийного топлива.

Выходы блока 3 очистки и разделения синтез газа и газораспределительного пункта 5 электростанции связаны с входом блока 4 подготовки топлива. Выход блока 4 подготовки топлива связан с газгольдером 6 для аккумулирования метано-водородного топлива. Выходы газгольдера 14 для аккумулирования низкокалорийного топлива, газгольдера 6 для аккумулирования метано-водородного топлива и газораспределительного пункта 5 электростанции связаны со входом тепловой электростанции 7.

Заявленная группа изобретений реализуется следующим образом.

На площадку 1 для приема и подготовки органических и неорганических отходов поступают органические и неорганические отходы III, IV, V класса опасности. После сортировки на площадке 1 для приема и подготовки органических и неорганических отходов неорганические (горючие) отходы после измельчения (до 3-5 мм) подают на установку 2 плазменно-химической переработки работающей в диапазоне температур 2500-5500°С, гарантируя практически полное преобразование исходного сырья в синтетический газ (далее синтез-газ). В блоке 3 очистки и разделения синтез-газа, синтез-газ направляется в скруббер Вентури, а затем в колонну для охлаждения, очистки от пыли, хлор водорода и других примесей. Очищенный синтез-газ выходит через оросительную колонну и направляется на мокрый электрофильтр для более тонкой очистки. Из блока 3 очистки и разделения синтез-газа выходит два потока, по первому выходит водород с чистотой не менее 98% и поступает в блок 4 подготовки топлива, в который также поступает природный газ от газораспределительного пункта 5 электростанции, для образования метано-водородного топлива с содержанием водорода в диапазоне 15-20% от общего объема, по второму потоку выходит синтез-газ который поступает в блок 8 каталитической переработки для получения этанола. Метано-водородное топливо из блока 4 подготовки топлива поступает в газгольдер для аккумулирования метано-водородного топлива 6 под высоким давлением. Из газгольдера 6 для аккумулирования метано-водородного топлива топливо поступает на тепловую электростанцию 7 для комбинированного сжигания топлив в модернизированном энергетическом оборудовании (энергетический котел, водогрейный котел, газотурбинная установка, котел утилизатор) и получения электроэнергии и тепловой энергии. Конечным продуктом плазменно-химической установки 2 будет нейтральный расплавленный шлак, который поступает на установку 9 по переработке расплавленного шлака. По своему химическому составу расплавленный шлак близок к природному базальту, из которого изготавливают теплоизоляционные материалы с использованием громоздкого оборудования.

Органические отходы в количестве до 30% от общей массы поступившей на площадку 1 для приема и подготовки органических и неорганических отходов направляют на установку 10 по переработке органики. Органика поступает в шаровую водяную мельницу, вода на которую подается из фекальной емкости. В дальнейшем материал в виде измельченной пульпы нагревается до температуры 70-90°С через теплообменники сетевой водой, поступающей от тепловой электростанции 7. Горячая пульпа поступает в биогазогенератор, где идет процесс брожения при температуре 54-55°С с выделением газа метана и с удалением избытка воды и осаждением ила. Ил поступает в черводню, кассеты которой размещены в отапливаемом от тепловой электростанции 7 помещении. Кассеты заправляются коробами с червем, который перерабатывает весь ил в коробе, после чего его частично отбирают, сушат и упаковывают на реализацию на комбикормовые заводы. Ил, превращенный в биогумус, подсушивают и направляют на реализацию как биологическое удобрение.

Биогаз после установки 10 по переработке органики поступает в блок 11 очистки биогаза, где главным образом его очищают от сероводорода и аммиака. Далее биогаз с содержанием метана до 55-60%) поступает в блок 12 переработки СО₂, отделившийся диоксид углерода поступает в блок получения углекислоты 13, где диоксид углерода подготавливают для нужд химической промышленности, металлургии и сельского хозяйства в виде технической углекислоты. Биогаз с содержанием метана 70-98% поступает в газгольдер 14 для аккумулирования низкокалорийного топлива. Из газгольдера 14 для аккумулирования низкокалорийного топлива топливо поступает на тепловую электростанцию 7 для комбинированного сжигания топлив в модернизированном энергетическом оборудовании (энергетический котел, водогрейный котел, газотурбинная установка, котел утилизатор) и получения электроэнергии и тепловой энергии. Таким образом, тепловая электростанция 7 является мультитопливной с возможностью использования топлива полученного из возобновляемых источников энергии.

Литература

1. Патент РФ на полезную модель №2570331, опубл. 10.12.2015.

Группа изобретений относится к методам переработки твердых бытовых и промышленных отходов. Способ экологически чистой переработки твердых бытовых отходов на мультитопливном энергетическом комплексе включает переработку органических отходов с получением биогаза и гумуса, переработку расплавленного шлака в теплоизоляционные материалы. Прием твердых бытовых отходов на мультитопливный энергетический комплекс производят раздельно на площадке для приема и подготовки органических и неорганических отходов. Неорганические отходы после измельчения перерабатывают на установке плазменно-химической переработки, а полученное топливо, биогаз и синтез-газ используют на тепловой электрической станции для получения тепловой и электрической энергии. Устройство переработки твердых бытовых отходов включает установку по переработке органики, установку плазменно-химической переработки, установку по переработке расплавленного шлака, блок очистки биогаза, блок переработки СО₂, блок получения углекислоты и блок каталитической переработки. Устройство снабжено газгольдером для аккумулирования метано-водородного топлива и газгольдером для аккумулирования низкокалорийного топлива, газораспределительным пунктом электростанции, блоком очистки и разделения синтез газа и блоком подготовки топлива. При этом выходы блока очистки и разделения синтез газа и газораспределительного пункта электростанции связаны с входом блока подготовки топлива, выход которого связан с газгольдером для аккумулирования метано-водородного топлива, а выходы газгольдера для аккумулирования низкокалорийного топлива, газгольдера для аккумулирования метано-водородного топлива и газораспределительного пункта электростанции связаны со входом тепловой электростанции. Технический результат заключается в переводе части энергетического оборудования традиционных тепловых электростанций на комбинированное сжигание топлива, использование возобновляемых источников энергии на тепловой электростанции, снижение вредных выбросов в атмосферу. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ экологически чистой переработки твердых бытовых отходов на мультитопливном энергетическом комплексе, включающий переработку органических отходов с получением биогаза и гумуса, переработку расплавленного шлака в теплоизоляционные материалы, отличающийся тем, что прием твердых бытовых отходов на мультитопливный энергетический комплекс производят раздельно на площадке для приема и подготовки органических и неорганических отходов, неорганические отходы после измельчения перерабатывают на установке плазменно-химической переработки, а полученное топливо, биогаз и синтез-газ используют на тепловой электрической станции для получения тепловой и электрической энергии.

2. Устройство экологически чистой переработки твердых бытовых отходов на мультитопливном энергетическом комплексе, включающее установку по переработке органики, установку плазменно-химической переработки, установку по переработке расплавленного шлака, блок очистки биогаза, блок переработки СО₂, блок получения углекислоты, блок каталитической переработки, отличающееся тем, что оно снабжено газгольдером для аккумулирования метано-водородного топлива и газгольдером для аккумулирования низкокалорийного топлива, газораспределительным пунктом электростанции, блоком очистки и разделения синтез газа и блоком подготовки топлива, при этом выходы блока очистки и разделения синтез газа и газораспределительного пункта электростанции связаны с входом блока подготовки топлива, выход которого связан с газгольдером для аккумулирования метано-водородного топлива, а выходы газгольдера для аккумулирования низкокалорийного топлива, газгольдера для аккумулирования метано-водородного топлива и газораспределительного пункта электростанции связаны со входом тепловой электростанции.