СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ТВЕРДЫХ ОТХОДОВ В ТОПЛИВНЫЕ БРИКЕТЫ Российский патент 2024 года по МПК C10L5/06 C10L5/46 C10L10/14 

Область техники

Изобретение относится к области охраны окружающей среды и может быть использовано для эффективной утилизации твердых коммунальных отходов (ТКО) и дальнейшего использования их как высокоэффективного топлива в промышленных печах или в пиролизных котлах.

Уровень техники

Известен способ изготовления топливных брикетов из твердых бытовых отходов (ТБО) и других органических отходов (RU 2567861, МПК C01L5/46, опубл. 10/11/2015), включающий сортировку ТБО с выделением горючей массы, измельчение выделенной из ТБО горючей массы, сушку, подогрев измельченного материала, формирование из измельченного материала гранул, при этом сортировка исходных ТБО с выделением горючей массы осуществляется гидромеханическим способом, измельчению подвергается масса с влажностью 40…55%, подогрев массы осуществляется в интервале температур 550…1000°С, энергообеспечение производства топливных брикетов производится полностью за счет скрытой внутренней энергии горючей массы ТБО, в качестве связующего при формировании брикетов используется смолистый конденсат, выделенный из газообразных продуктов термического распада горючей массы, нагретой до температуры 550…1000°C.

Недостатком способа является то, что в результате газификации твёрдого топлива получают сырой генераторный газ, содержащий СО, СН₄, СО₂, Н₂О и небольшой процент смолистого вещества, которого не хватит на формирование плотного брикета.

Известен способ переработки твердых коммунальных отходов в твердое топливо (RU 2729638, МПК C01L5/46, опубл. 12.08.2020), включающий прием исходных ТКО, их сортировку с отсевом негорючих фракций, таких как элементы питания, камни, отходы стройматериалов, стеклобой и керамика, уличный смет, пищевые отходы, листья и др., извлечение вторичных материалов: бумаги, ветоши, пластика, в том числе черных и цветных металлов, измельчение оставшейся влажной горючей массы, ее сушку, дальнейший подогрев и термопластическую экструзию. Оставшуюся горючую массу влажностью более 15% предварительно обезвоживают в шнековых прессах, валковых прессах, сушилах, либо другим образом до влажности 5÷15%, измельчают до фракции 5÷50 мм, подогревают до температуры 180÷250°С и подвергают термопластической экструзии с получением топливных гранул или брикетов, а отходящие при подогреве горючей массы пары воды и газообразные продукты подвергают очистке от содержащихся в них галогенводородов. Способ позволяет улучшить экологическую обстановку, в том числе за счет уменьшения объема вывозимых на полигоны ТКО «хвостов».

Недостатком способа является сортировка негорючих фракций (кроме извлечения металла), т.к. на полигоне незначительный процент негорючих отходов (всего до 12 процентов), но это значительно усложняет технологический процесс и значительно увеличивает время уменьшения тела полигона отходов. Существенным недостатком является то, что весь процесс зациклен на применении в качестве основного связующего полимерных отходов. Учитывая, что отходы полимеров находят применение в стремительно развивающихся новых технологиях и уже происходит их значительный отбор на промежуточных пунктах приема отходов и на полигон поступает все меньшее количество полимерных отходов. Выпускаемые брикеты с полимерами не могут использоваться в бытовых установках.

Наиболее близким к заявляемому является способ переработки сортированных бытовых отходов в топливные брикеты (RU 2492158, МПК В09В3/00, опубл. 27.10.13), включающий измельчение ТБО, смешивание измельченного материала с водой связующими (торф низовой, лигнины, барда, кубовые остатки и т.п.) и отходами топливных или пищевых масел посредством жидкостного дозатора в количестве не более 5-6% от общей массы, прессование брикетов при давлении 150…200 кг/см² с последующей сушкой при температуре 50…60°C в течение 40…90 мин. Среднее содержание влаги в полученной массе обеспечивают в пределах от 25 до 55%; после смешивания в смесителе, подготовленную массу подают в бункер-накопитель, где ее хранят не менее 2-3 ч, и далее через дозатор бункера массу подают транспортером или лопатой вручную в загрузочную воронку экструдера.

Недостатком способа является очень низкая адгезия связующего, что делает производимый брикет не прочным; полностью отсутствует гидрофобизация, что делает брикет гигроскопичным; применение дополнительной логистики и формирования компонентов связующего, которых нет на полигоне отходов.

Раскрытие сущности

Техническая проблема заключается в разработке способа получения из «хвостовых» органических отходов – энергетических топливных брикетов (гранул), позволяющего производить быструю рекультивацию мусорных полигонов.

Технический результат заключается в повышении скорости изготовления топливных брикетов и повышении качества топливных брикетов.

Поставленная проблема решается тем, что в способе переработки твердых коммунальных отходов в топливные брикеты, включающем измельчение исходного сырья (органических отходов), нагрев при температуре 110-200°С, смешивание с наполнителями, подачу подготовленной массы на термопластичную экструзию, согласно решению, в качестве наполнителей берут связующее и катализатор, при этом в качестве связующего выбирают карбамидоформальдегидные смолы из группы аминопластов, а в качестве катализатора – хлористый аммоний или ортофосфорную техническую кислоту.

При высокой температуре (свыше 100°С) используют хлористый аммоний, при температуре до 100 целесообразно использовать пищевую кислоту (ортофосфорную техническую).

Наполнители могут также содержать измельченные полимерные отходы и/или антипирен, гидрофобизатор и антисептик.

Краткое описание чертежей

Изобретение поясняется чертежами: на фиг. 1 представлена технологическая схема установки для реализации способа изготовления брикетов, на фиг. 2 - фото получаемых брикетов.

Позициями на чертеже обозначено:

1. Приемник отходов;

2. Транспортерная лента подачи мусорной массы;

3. Магнитный сепаратор;

4. Приемник металлических отходов;

5. Приемный бункер;

6. Шредер

7. Камера предварительной сушки;

8. Установка мгновенной деструкции, для утилизации газов и подачи тепловой энергии;

9. Канал отвода образовавшихся газов для утилизации;

10. Высокотемпературный газ из установки 8 для установки 11;

11. Калорифер (теплообменник);

12. Канал для высокотемпературного газа, который обеспечивает нагрев в камере перемешивания в пресс-экструдере;

13. Камера подготовки рабочей массы;

14. Емкость подачи связующего;

15. Емкость подачи катализатора;

16. Приемник полимерных отходов;

17. Измельчитель полимерных отходов;

18. Дозатор измельченных полимерных отходов;

19. Пресс-экструдер;

20. Фильера;

21. Брикет;

22. Транспортер готовых брикетов.

Осуществление изобретения

Способ заключается в следующем.

В качестве исходного сырья выбирают так называемые «хвосты» - остатки отходов ТКО.

Мусорная масса из приемника 1 (площадка на полигоне) движется по транспортерной ленте 2. Магнитный сепаратор 3, установленный на пути движения массы, отделяет металл и отправляет его приемник металлических отходов 4. Очищенный от металла объем подают в приемный бункер 5, а затем в шредер 6, где измельчают. Измельченную массу загружают в камеру предварительной сушки 7, затем по наклонной транспортерной трубе подают в смеситель 13, в который также подают катализатор из емкости 14 и связующее из емкости 15. В смесителе 13 происходит смешивание отходов с наполнителями: связующим, катализатором, а также добавками, которые подают из мобильных сосудов дополнительно (на фиг. не показано). После смешивания со связующим и катализатором и добавками сырье поступает в пресс- экструдер 19, и далее через фильеру 20 выходит готовый брикет 21 заданной плотности и типоразмера и отправляется по транспортиру готовых брикетов 22 на место складирования.

Дополнительно к разогретой массе в камеру 13 можно добавлять (по возможности) полимеры из приемника полимерных отходов 16 через измельчитель полимеров 17 и дозатор 18 . Тестообразная масса будет принимать любую форму установленной на прессе фильеры. Все отходящие газы из камеры предварительной сушки 7 будут собираться и направляться по каналу для отвода газов 9 в специальную установку мгновенной деструкции в кипящем вихревом слое для полной утилизации - 8. Установка 8 может быть выполнена по патенту RU №218994.

В качестве связующего выбирают карбамидоформальдегидные смолы из группы аминопластов, например, КФМТ (карбамидоформальдегидная малотоксичная смола).

В качестве катализаторов (отвердителей) связующего применяют хлористый аммоний или пищевую кислоту. Пищевая кислота добавляется для желирования связующего (быстрого отверждения всей массы под прессовкой при температуре 50 С⁰).

Для улучшения качества брикетов могут быть добавлены антипирен, гидрофобизатор и антисептик. Полимеризация происходит очень быстро от 5 до 60 секунд.

Дополнительно может быть установлена конвейерная лента для сортировки мусора, удаления металла, стекла и камней. Установка может быть выполнена в различных модификациях по объёму массы перерабатываемых ТКО. В зависимости от оборудования производительность может быть от 100 кг в час до 5 тонн в час.

При производстве брикетов необходимо учитывать давление в пресс-экструдере и температуру, от этого зависят состав связующего, катализатора и их пропорции. Давление, в зависимости от вида оборудования может быть от 2 МП до 30 МП, а температура может быть от 20°С до 200°С, поэтому будет меняться и состав и пропорции введения компонентов наполнителя.

Пример 1

Исходное сырье измельчили до фракций размером 5-50 мм, нагрели до температуры 150°С, в качестве связующего добавили одну часть КФМТ на 10 частей исходного сырья. В качестве катализатора добавили хлористый аммоний в количестве 5 частей от массы связующего и добавки: антипирен, гидрофобизатор, антисептик до 3% от общей массы. По возможности добавляем в общую массу от 5 до 15 частей (от общей массы) измельченный пластик.

Сформировали брикеты при давлении 2 МП-4МП и температуре 110°С.

Пример 2

Давление в пресс-экструдере от 5 до 10 МП. Исходное сырье измельчили до фракций размером 5-50 мм, нагрели до температуры 150°С, в качестве связующего добавили одну часть КФМТ на 15 частей исходного сырья. В качестве катализатора добавили хлористый аммоний в количестве 5 частей от массы связующего и добавки: антипирен, гидрофобизатор, антисептик до 3% от общей массы. По возможности добавляем в общую массу от 5 до 15 частей (от общей массы) измельченный пластик. Сформировали брикеты при давлении 5-10 МП и температуре 150°С.

Пример 3

Давление в пресс-экструдере от 10 до 15 МП. Температура нагрева горючей массы 150°С. Пропорции: связующее 1 часть на 20 частей исходного вещества, хлористый аммоний как катализатор 5 частей от массы связующего, добавки (антипирен, гидрофобизатор, антисептик) до 3% от общей массы.

По возможности добавляем в общую массу от 5 до 15 частей (от общей массы) измельченный пластик.

Пример 4

Давление в пресс-экструдере от 15 до 30 МП. Температура 150°С. Пропорции: на 30 частей наполнителя добавляем 1 часть связующего, хлористый аммоний, добавляем 5 частей от массы связующего; добавки: (антипирен, гидрофобизатор, антисептик) до 3% от общей массы.

Давление в пресс-экструдере 30 МП, температура 50°С . При такой температуре добавление дробленого пластика не производится. Катализатором выбрана пищевая кислота в количестве 10% от массы связующего.

Результаты проведенных экспериментов (без добавления дробленого полимера) для различных значений давления и температуры из указанных интервалов приведены в таблице:

Количество исходного
сырья, г Количество связующего,
г Количество катализатора,
г Добавки,
г ИТОГО наполнителя,
г 1000 100 5 33.15 138.15 1000 66.7 3.3 32.1 102.1 1000 50 2.5 13.52 66.02

Полимеризация происходила очень быстро: от 5 до 60 секунд.

Получаемые брикеты обладают большой прочностью – выдерживают 6 падений, сопротивление на сжатие - ДСЖ=5 кг/см², плотностью 1-1,1 г/см³, повышенной гидрофобизацией, имеют повышенный порог воспламенения (начало возгорания от 240 град). Брикеты могут успешно использоваться в топочных промышленных, пиролизных котлах и печах, т.к. значение удельной энергии сгорания образца соответствует удельному значению сгорания каменных углей (до 30 МДж/кг).

Изобретение относится к способу переработки твердых коммунальных отходов в топливные брикеты, включающему измельчение исходного сырья, нагрев при температуре 110-200°С, смешивание с наполнителями, подачу подготовленной массы на термопластичную экструзию, в котором в качестве наполнителей берут связующее и катализатор, при этом в качестве связующего выбирают карбамидоформальдегидные смолы из группы аминопластов, а в качестве катализатора – хлористый аммоний или пищевую кислоту. Изобретение обеспечивает повышение скорости изготовления топливных брикетов и повышение качества топливных брикетов. 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл., 4 пр.

1. Способ переработки твердых коммунальных отходов в топливные брикеты, включающий измельчение исходного сырья, нагрев при температуре 110-200°С, смешивание с наполнителями, подачу подготовленной массы на термопластичную экструзию, отличающийся тем, что в качестве наполнителей берут связующее и катализатор, при этом в качестве связующего выбирают карбамидоформальдегидные смолы из группы аминопластов, а в качестве катализатора – хлористый аммоний или пищевую кислоту.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что добавляют к наполнителям измельченные полимерные отходы.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что добавляют к наполнителям антипирен, гидрофобизатор и антисептик.