СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ТВЕРДЫХ БЫТОВЫХ ОТХОДОВ Российский патент 2024 года по МПК B09B3/00 C10L5/46 

Изобретение относится к переработке твердых бытовых отходов (далее ТБО) в топливо и сырье для вращающихся цементных печей (далее ВЦП), где происходит высокотемпературный синтез цементного клинкера из сырья, подготовленного мокрым способом. Известен способ такой переработки [1] включающий сортировку исходных ТБО с первоначальным отсевом негорючих фракций. Оставшуюся массу предварительно измельчают до фракции 50-100 мм, сушат до влажности 5-10% и затем измельчают до фракции 8-10 мм. Измельченное сырье подогревают и подвергают термопластической экструзии с получением топливных гранул. Гранулы подаются в ВЦП со стороны форсунок, что позволяет экономить газовое и угольное топливо, а зола от их сгорания попадает в состав цементного клинкера.

Недостаток этого способа заключается в неполной переработке ТБО, поскольку негорючие фракции составляют свыше половины объема [2]. Для решения задачи полной утилизации ТБО используем прием инновационного консалтинга «наоборот». Посмотрим, как будут вести себя все компоненты ТБО, будучи добавленными в сырье для ВЦП, то есть загруженными в ВЦП не со стороны топливных форсунок, а со стороны подачи шлама (исходного сырья, подготовленного к обработке мокрым способом).

Влага из пищевых отходов. Удаляются в зоне сушки ВЦП (температура до 100°С) [3], также как и влага из шлама, которая [4].

Органика из пищевых отходов, макулатуры, дерева, пластмасс, резины, кожи, хлопчатобумажных тканей. Выгорают в зоне подогрева (температура с 100-800°С) ВЦП, как и органика, попавшая туда с глинистыми компонентами шлама. Тепло сгорания этой компоненты используется в зоне сушки. Поэтому зона сушки при использовании ТСД будет занимать в пространстве ВЦП меньший размер и общий расход топлива снизится. То есть добавка из ТБО будет топливно-сырьевой добавкой (далее ТСД)

Стекло, керамика. Плавится в зоне спекания ВЦП (температура 1280-1340°С) и войдет в состав расплава силикатных компонентов попавших туда с карбонатами и глиной.

Железо. Температура воспламенения монолитного железа 1050°С.То есть железо сгорает в зоне декарбонизации ВЦП (температура 800-1100°С), образуя окислы железа необходимые для получения цементного клинкера.

Алюминий. Температура самовоспламенения алюминия 330-369°С. То есть алюминий сгорает уже в зоне подогрева ВЦП (температура 100-800°С) образуя окислы алюминия необходимые для создания цементного клинкера.

Камень и песок (керамика и карбонаты). Являются необходимыми компонентами исходного шлама для приготовления цементного клинкера.

Кость. Полное сжигание органического вещества кости происходит при температурах выше 700°С, в зоне декарбонизации ВЦП. Окислы фосфора переходит в цементный клинкер, где их доля не должна превышать 0,5%. Учитывая, что содержание фосфора в ТБО составляет 04-0,8% [5] и ТСД при поступлении в ВЦП будет в шламе разбавляться карбонатами и глинистым сырьем, данная компонента не повлияет существенно на качество цементного клинкера.

Таким образом, все компоненты ТБО, попав в состав ТСД, не повлияют на качество цементного клинкера. Однако, ТСД как готовый продукт из-за наличия органической составляющей имеет следующие недостатки [6]:

- наличие патогенных и болезнетворных микроорганизмов и других биологических вредностей;

- возникновение очагов гниения и самопроизвольного возгорания.

Первый недостаток может быть преодолен с помощью приема инновационного консалтинга «вред в пользу», когда микроорганизмы используются для стерилизации ТБО. Для этого ТБО, предварительно измельченные на фракции 50-100 мм, перемешивают с молотой серой и субстратом содержащим культуру тионовых бактерий, а затем складируют для кратковременного хранения на открытых площадках в буртах. В процессе такого хранения тионовые бактерии, используя кислород воздуха, превратят молотую элементарную серу с развитой удельной поверхностью в серную кислоту [7], которая является сильнейшим антисептиком [8]. Крупный размер фракций ТБО при этом обеспечит воздухопроницаемость буртов. Серная кислота не только простерилизует поверхности всех фрагментов.

После стерилизации необходимо решить три задачи:

- предотвратить воздействие остаточной серной кислоты на людей и оборудование;

- прекратить дальнейшее действие тионовых бактерий;

- подготовить ТСД к прессованию.

Для решения первой задачи, стерилизованные ТБО, перемешиваются с предварительно измельченными в порошок отходами, содержащими карбонаты. При этом такое измельчение не приведет в итоге к повышенным энергетическим затратам, поскольку при приготовлении шлама для ВЦП исходное сырье, содержащее карбонаты измельчается в той же степени. При таком перемешивании серная кислота на поверхности фрагментов прореагирует с карбонатами с образованием сернокислого кальция, воды и углекислого газа.

Далее в полученную смесь добавляет, предварительно измельченные в порошок промышленные и строительные отходы, содержащие глину, которая при прессовании играет роль связующего, а также приблизит состав материала ТСД к составу загружаемого в ВЦП шлама [8].

Далее, для дальнейшей подготовки к прессованию ТСД дробятся на более мелкие фракции. Затем они поступают на пресс, где из них под давлением формуют блоки или гранулы из ТСД. В качестве связующего в таких блоках или гранулах выступает кроме глины также гипс (гидрат сульфата кальция), образованный из сернокислого кальция и воды. Поскольку тионовые бактерии за редким исключением являются аэробами, (не могут развиваться без кислорода воздуха) после прессования их развитие внутри блока прекращается. Прессование также исключает процессы аэробного гниения (удаление аэробных зон) и самовозгорания (уплотнение совместно с негорючими компонентами) в ТСД.

Поскольку глина и гипс как связующие обладает малой прочностью, разрушение блоков или гранул из ТСД на цементном заводе при загрузке их в ВЦП не потребует значительных энергетических затрат. Попадание гипса и остаточной серы в ВЦП не ухудшит качество получаемого цементного клинкера, поскольку при его производстве в шлам добавляются серосодержащие вещества [9].

Цель изобретения: полное использование ТБО в составе ТСД для производства цементного клинкера.

Поставленная цель достигается тем, что после измельчения ТБО на фракции 50-100 мм их перемешивают с молотой серой, субстратом содержащим культуру тионовых бактерий, и выдерживают для стерилизации на открытых площадках, затем стерилизованные ТБО перемешиваются с предварительно измельченными в порошок промышленными и строительными отходами, содержащими карбонаты, затем перемешивают с предварительно измельченными в порошок отходами содержащими глину, дополнительно измельчают и прессуют.

Таким образом, заявленный способ состоит из следующих операций:

- измельчение до фракции 50-100 мм;

- перемешивание с молотой серой и субстратом, содержащим культуру тионовых бактерий;

- выдерживание на открытых площадках;

- перемешивание с предварительно измельченными в порошок отходами, содержащими карбонаты;

- перемешивание с предварительно измельченными в порошок отходами содержащими глину;

- дополнительное измельчение полученной смеси;

- прессование.

Заявляемый способ с присущими ему существенными признаками может быть неоднократно и в различных вариантах, с использованием различных устройств и различных материалов и смесей материалов, успешно реализован на практике с получением указанного выше результата.

Пример. Способ переработки ТБО поясняется чертежом на Фиг. 1. Из приемного бункера (1) ТБО подаются в шредер (2), где предварительно измельчаются до фракции 50-100 мм. Измельченные фрагменты загружаются в люк смесительного барабана (3), где перемешиваются с водно-серной эмульсией и субстратом, содержащим культуру тионовых бактерий. Водно-серная эмульсия подается в загрузочный люк барабана насосом-дозатором от молотковой дробилки (4), где комовая сера смешивается с дренажными стоками. Субстрат, содержащий культуру тионовых бактерий, поступает самотеком из заводской лаборатории (5), где ее культивируют с использованием воздушного компрессора, элементарной серы и минеральных удобрений.

Из барабана (3), по окончанию перемешивания, ТБО выгружаются и перевозятся ковшовым погрузчиком на одну из площадок хранения (6), где выдерживаются в течение времени, за которое тионовые бактерии перерабатывают всю серу в серную кислоту, которая стерилизует ТБО. Избыточная влага, получившаяся при разложении органики тионовыми бактериями, удаляется по дренажной системе на помол серы (4). По окончании выдерживания на открытых площадках ТБО загружается ковшовым погрузчиком в открытый люк барабана гашения (7) для перемешивания их с карбонатным порошком. Карбонатный порошок готовится из отсева дробления доломитового щебня путем его переработки на молотковой дробилке (8) и загружается в барабан гашения с помощью пневматики. Барабан включается, и карбонатный порошок перемешивается с ТБО, реагируя с серной кислотой. После гашения избыточной серной кислоты в барабан гашения (7) с помощью пневматики загружается глинистый порошок. Этот порошок готовится из глинистых отходов обогащения углей на молотковой дробилке (4). После загрузки этого порошка смесь перемешивается, барабан (7) разгружается, и полученную смесь подают ковшовым погрузчиком на шредер (9) повторного измельчения перед прессованием. Из этого шредера измельченная полученная ТСД подается в приемный бункер пресса (10) для прессования. Полученные блоки или гранулы отгружаются на цементный завод.

Производство ТСД из ТБО позволит сэкономить топливо и сырье при производстве цементного клинкера. Будучи технологически несложным, оно может быть развернуто в любом городе и поселке и способствовать:

- полной переработке ТБО в ценную ТСД для промышленности строительных материалов;

- утилизировать крупнотоннажные отходы содержащие карбонаты и глину;

- открыть новое направление использования такого профицитного ресурса, как элементарная сера.

Источники информации:

[1] Патент РФ 2479622 С1 МПК C10L 5/46, C10L 5/08, В09В 3/00. Способ переработки твердых бытовых отходов в топливо для печей высокотемпературного синтеза цементного клинкера. Конев Виктор Александрович, Бондаренко Антонина Викторовна, Конев Михаил Викторович, Коршиков Владимир Дмитриевич, Чмырев Игорь Николаевич, Антипов Владимир Николаевич, Кривцов Алексей Юрьевич, Дегтярев Владимир Николаевич. Опубликовано: 20.04.2013 Бюл. №11.

[2] Электронный ресурс: Сайт «Вторичное сырье». Морфологический состав ТБО. https://www.nowaste.ru/household_waste/morfologicheskij-sostav-tbo.html Опубликовано 05.12.19

[3] Электронный ресурс: Сайт «Studfiles» Физико-химические процессы, протекающие в отдельных технологических зонах вращающейся печи при мокром способе производства. Температурный режим работы. https://studfile.net/preview/1971279/. Опубликовано 21.08.23.

[4] Электронный ресурс: Сайт «Besto». Промышленное производство цемента мокрым способом, https://www.avtobeton.ru/mokrii_sposob_proizvodstva_cementa.html. Опубликовано 21.08.23.

[5] Электронный ресурс: Сайт «Lektsii.org». Состав твердых бытовых отходов https://lektsii.org/7-22696.html#:~:text=%D0%98%D0%B7%

[6] О.Н. Кайгородов. Измельчительная техника для подготовки альтернативного топлива. Цемент и его применение №1, 2009 г

[7] Авторское свидетельство СССР 1099937 А1 МПК A23K 3/03. Консервант для кормов. Леушин Сергей Георгиевич, Мангулов Рузит Фаткулович, Чаплыгина Лидия Александровна. Опубликовано: 30.06. 1984 Бюл. №24.

[8] Электронный ресурс: Сайт «SciCtnter.online». Глины и суглинки для производства цемента https://scicenter.online/geologiya-sssr-scicenter/glinyi-suglinki-dlya-proizvodstva-164174.html

[9] Электронный ресурс: Сайт «Процемент». Влияние серного ангидрида на обжиг портландцементного клинкера https://cement.ucoz.ru/publ/21-1-0-70

Изобретение относится к способам переработки твердых бытовых отходов в топливо и сырье для вращающихся цементных печей, где происходит высокотемпературный синтез цементного клинкера из сырья, подготовленного мокрым способом. Способ включает дробление отходов и дальнейшее прессование. При этом после предварительного измельчения на фракции 50-100 мм твердые бытовые отходы перемешивают с молотой серой, субстратом содержащим культуру тионовых бактерий, и выдерживают для стерилизации на открытых площадках. Затем стерилизованные отходы перемешиваются с предварительно измельченными в порошок отходами, содержащими карбонаты, затем перемешивают с предварительно измельченными отходами содержащими глину, дополнительно измельчают и прессуют. Изобретение обеспечивает полное использование твердых бытовых отходов в составе топливо-сырьевой добавки для производства цементного клинкера. 1 ил.

Способ переработки твердых бытовых отходов в топливо и сырье для вращающихся цементных печей, где происходит высокотемпературный синтез цементного клинкера из сырья, подготовленного мокрым способом, включающий дробление отходов и дальнейшее прессование, отличающийся тем, что после предварительного измельчения на фракции 50-100 мм твердые бытовые отходы перемешивают с молотой серой, субстратом содержащим культуру тионовых бактерий, и выдерживают для стерилизации на открытых площадках, затем стерилизованные отходы перемешиваются с предварительно измельченными в порошок отходами, содержащими карбонаты, затем перемешивают с предварительно измельченными отходами содержащими глину, дополнительно измельчают и прессуют.