Способ переработки отходов, содержащих органические вещества Советский патент 1993 года по МПК F23G5/27 

Изобретение относится к технике переработки промышленных и бытовых отходов и может найти применение в металлургии, промышленной теплоэнергетике, химической и других отраслях промышленности.

Известен способ переработки дисперсных материалов, содержащих органические вещества, заключающийся в обработке их в вакууме в вертикальном слое, движущемся в герметичной колонне, охваченной нагревателем, через слой вибрирующих ферромагнитных шаров, приводимый в движение импульсным магнитным полем.

Этот способ можно применять также для пиролиза древесных опилок, стружки и даже бревен (бревна, превращенные в древесный уголь, легко дробятся ферромагнитными шарами), а также их смеси. Однако для переработки бытовых отходов без их предварительного измельчения он не пригоден, иначе тряпки, кости, бутылки быстро забьют колонну. Кроме того, необходимо иметь вакуум-насос, что усложняет процесс переработки отходов.

Известен также способ переработки отходов, содержащих органические вещества (отходов шлифования), в капсулах с послойной загрузкой обрабатываемого и инертного материалов, охватываемых нагревателем.

Этот способ позволяет обрабатывать даже пылевидные органические материалы: слой дисперсного инертного материала является одновременно и фильтром, и обратным клапаном, препятствующим попаданию воздуха в обрабатываемый материал. При значительном количестве водяного пара и газов слой расширяется, а по мере уменьшения этого количества он уплотняется, стенки капсулы предотвращают выброс слоя инертного материала и являются таким же необходимым элементом, как и колонна в аппарате псевдоожиженно- го слоя.

ел

С

ivi

Ю

Ј

1 1Ю

Недостаток этого способа в том, что в ходе пиролиза обрабатываемый материал значительно уменьшается в объеме: усадка идет не только по высоте, но и по поперечному сечению слоя. Это приводит к тому, что инертный материал попадает в обрабатываемый материал: возникает проблема их разделения.

Цель изобретения - повышение эффективности переработки отходов.

Под эффективностью переработки отходов понимается получение более чистого конечного продукта, достижение экологически более чистого процесса переработки, повышение его производительности.

Поставленная цель достигается в способе переработки отходов, содержащих органические вещества, путем их отжига в капсулах под слоем инертной засыпки, отличающемся тем, что отходы в капсуле уп- лотняю т, обжиг ведут в засыпке из аморфного графита, а газообразные продукты отжига пропускают дополнительно и последовательно через слои металлических частиц, древесных опилок и инертного материала.

Кроме того, в качестве аморфного графита используют древесные опилки, отожженные в инертной засыпке.

Кроме того, после переработки содержимое капсулы дробят и подвергают рассеву.

На фиг.1 и 2 изображено устройство, реализующее предложенный способ.

Устройство содержит капсулу 1 с прессованными отходами 2, засыпанными аморфным графитом 3 как сверху, так и между боковой поверхностью брикета и стенкой капсулы 1. В верхней части капсулы 1 к ее фланцу крепится вкладыш 4 с сетчатым днищем 5, заполненный последовательно снизу вверх прослойками медной или латунной проволоки (стружки) 6 (возможно применение и стальной стружки при максимально возможных размерах ячеек сетки, чтобы они не забивались продуктами пиролиза и цинком), прослойкой древесных опилок 7 и инертных частиц (корунда, кварцевого песка либо серебристого графита) 8.. Вкладыш 4 охвачен герметичным корпусом-коллектором 9, прикрепленным вместе с ним к фланцу капсулы 1. Корпус-коллектор 9 имеет патрубок 10 для отвода газа на дожигание либо паровую конверсию с последующим синтезом метана либо жидких углеводородов (из смеси водорода с оксидом углерода) на окисленном железном катализаторе. Капсула 1 установлена внутри печи 11 для сжигания части отходов 12 и газа-продукта газификации этих отходов. Печь 11 содержит корпус 13, внутри которого размещена решетка 14 (кстати, имеющая возможность поворачиваться, чтобы скинуть в сборник крупные несгораемые предметы типа консервных банок и битого стекла, но на фиг.1 механизм поворота не показан, чтобы не загромождать чертеж. Под решеткой 14 имеется коллектор 15 и патрубок для подвода воздуха 16, а также горелка 17 для перво0 начального сжигания природного газа с последующим переключением его на газ, отводимый через патрубок 10, поступающий в горелку 17 через патрубок 18, Воздух же поступает в нее через патрубок 19. Перед

5 подачей газа на дно печи бросают горящую бумагу, а затем подают воздух и газ. Отходы 12 поступают в печь 11 сверху вниз. С учетом этого корпус-коллектор 9 выполнен со скосами, для направления отходов в зону

0 горения. Следует подчеркнуть, что сжигается лишь избыток отходов и что можно сжигать только газ, но в таком случае вместо мусора 12 можно использовать инертный дисперсный материал, являющийся проме5 жуточным теплоносителем между продуктами сгорания газа и капсулой 1, т.е. теплоноситель, находящийся в состоянии псевдоожижения. Внутри печи 11 размещены также направляющие 20 для ввода (и

0 отвода) капсул в печь. Естественно, что в печи может находиться не одна капсула. Форма ее может быть продолговатой (на всю длину печи).

Устройство, поясняющее способ пере5 работки отходов, представленное на фиг,1, работает следующим образом.

В печь.11 по направляющим 20 через окно вдвигается загруженная капсула 1. Окно закрывается. Патрубок 10 подсоединя0 ется к газопроводу, отводящему газ на переработку. В печь 11 подается природный газ и воздух, смесь их поджигается. Сверху в нее подаются отходы 12, а снизу по патрубку 16 - воздух, Образующееся в процес5 се сжигания мусора и газа тепло передается капсуле и внутри ее начинается пиролиз отходов с переводом всех, их органических компонентов в газ и аморфный графит. Засыпка 3 служит в качестве промежуточного

0 теплоносителя между стенками капсулы 1 и отходами 2, а также играет роль обратного клапана после выгрузки капсулы 1 из печи 11 в холодильник-бассейн с водой и удаления вкладыша 4 на регенерацию зернистого

5 фильтра-инертного материала 8. После насыщения цинком (содержание цинка при этом 52-56%) медных частиц 6 последние удаляются, прессуются и направляются на выплавку латуни. Особенно много цинка в компостируемых отходах, в которые добавляют осадки сточных вод, содержащих гальванические отходы, сбрасываемые промышленными предприятиями в канализацию. Прослойка 8 является также дисперсным обратным клапаном, слегка расширяющимся при избытке газа и уплотняющимся при уменьшении его количества. Древесные опилки прослойки 7 препятствуют налипанию инертного материала 8 на частицы металла 6. Образующееся при многократном использовании в прослойке 6 серебристое по цвету соединение меди с цинком весьма хрупкое, позволяющее при дроблении превращать проволоку и стружку в порошок. По мере превращения древесных опилок 7 в древесный уголь последний приобретает способность улавливать вредные примеси из газов, как в противогазе. Вся эта система дисперсных клапанов полностью предохраняет аморфный графит, находящийся в нагретой капсуле, а также металлы, в том числе алюминий и магний, содержащиеся в отходах, от воздействия кислорода воздуха и загорания.

В частности, возможен вариант электрической печи для первоначального нагрева отходов в сочетании с газовым подогревом, за счет сжигания в этой печи горючих газов, выделяющихся в ходе пиролиза этих отходов..,

В результате пиролиза органика разлагается: 80% по массе уходит в виде газа, а в капсуле остается около 20% аморфного графита, сохраняющего форму отдельных элементов отходов. После выгрузки из капсулы обработанные отходы в течение нескольких минут дробятся в шаровой мельнице, а дробленный материал просеивается через сито. Подобрав размер мелющих шаров и время дробления, обеспечивается только дробление аморфного графита. Тогда во фракции +0,5 мм остаются металлы и стекло, во фракции - 0,5 мм - аморфный графит. Далее смесь металлов и стекла по мере их накопления вновь дробятся в шаровой мельнице, просеиваются: в результате в крупной фракции остаются все металлы. Далее следует магнитная сепарация и отделение алюминия от меди.

Полученный аморфный графит (древесного и животного происхождения) оказался очень сильным восстановителем и используется заявителем для восстановления ока- лины. Его можно использовать и в пылеугольных топках и в металлургий при выплавке стали, а также в химии.

Пример. Обработке подвергались отходы с Минского мусороперерабатываю- щего завода в городском поселке Шабаны. Отходы (кости, тряпки, бумага, пищевые и

т.п.) предварительно перетирались в барабанах и подвергались магнитной сепарации. Затем эти отходы загружались в капсулы из нержавеющей стали марки

Х18Н10Т, уплотнялись на прессе, вновь догружались и вновь уплотнялись. Сверху они засыпались древесным углем-опилками. Это позволяло заполнить образующийся в ходе пиролиза зазор между отходами и

внутренней поверхностью капсулы промежуточным теплоносителем-древесным углем. Над слоем древесного угля размещали сетку с ячейками размером 1 мм, а над ней -отходы шлифования (микростружку) конструкционной стали. После этого прослойка металлических частиц засыпалась последовательно древесными опилками и элё кт рс- корундом, выделенным из отходов шлифования. Прослойка металлических частиц в ходе отжига спекалась в пористую губку, что позволяло легко извлекать из капсулы защитные прослойки без риска попадания электрокорунда в отходы, Достаточно большие размеры ячеек сетки предотвращают ее забивание частицами сажи. Древесные опилки предотвращали налипанйе частиц электрокорунда к металлической прослойке. Всего в каждую капсулу помещалось до 5 кг отходов. Размер частиц абразива: 0,3-0,5 мм, что гарантирует отсутствие воздуха внутри капсулы в период пиролиза отходов.

После загрузки в электропечь капсул температура в ней повышалась за время

полного выгорания отводимых газов (2 часа) с 400 до 930°С.

Горение газов, выходящих из фильтрующего слоя инертных частиц можно разделись на две стадии. На первой из них пламя

имело желтую окраску, и в составе дыма находилась сажа. Для полного дожигания ее осуществлялась подача воздуха в зону горения. Затем, начиная с температуры порядка 700°С, пламя становилось синим, а если его

погасить, то выделяющийся газ был бесцветным - вто р ая стадия горения.

В результате пиролиза 44 кг отходов было получено 14,1% аморфного графита,

10,3% стекла, 1,3% железа, 0,47% алюминия, 0,21% меди и латуни, 56% газа (убыль веса капсул с отходами за время горения газа), остальное (17%) - водяной пар. После выгрузки пориетШ спеки металлических частиц переплавлялись в индукционной печи, т.е. одновременно с переработкой мусора осуществлялась утилизация отходов шлифования. Кстати, для компенсации выгорания . углерода в ходе плавки перед загрузкой в капсулы в металлический порошок вводили

1-2% аморфного графита, полученного из отходов.

Для отделения стекла от графита дробление в шаровой мельнице вели в течение

2-5 мин: это время гарантировало измель- чение аморфного графита, но было недостаточно для дробления стекла. Далее смесь просеивалась через сито с размерами ячеек 0,16 мм, стекло в смеси с металлами направлялось на дальнейшее дробление в течение 20-30 мин, после чего обработанный материал просеивался через сито 1 мм. Оста1гок, фракция + 1 мм, направлялся на магнитную сепарацию, медь и алюминий разделялись вручную либо термическим способом.

Отжиг уплотненных отходов в засыпке аморфного графита обеспечивает максимальную загрузку капсулы, повышает теплопроводность отходов, компенсирует снижение теплопроводности из-за усадки брикетов за счет заполнения пустот аморфным графитом, имеющим достаточно высокую теплопроводность.

Дополнительный пропуск газообразных продуктов отжига последовательно че- рез слои металлических частиц, древесных опилок и инертного материала, предотвращает налипание инертного материала на металлические частицы, обеспечивает при разгрузке свободное отделение инертной засыпки от аморфного угля и отходов, вследствие спекания металлических частиц, а также улавливание серы (при использовании окисленных железных частиц) и паров цинка (при использовании медных частиц, в том числе медной проволоки, выделенной из отходов).

Использование отожженных древесных опилок в качестве слоя аморфного угля обеспечивает пористость этого слоя, предотвращая унос его частиц выделяющимися газами, позволяет утилизировать древесные отходы.

Последовательное дробление в течение разных промежутков времени с рассевом отходов позволяет на первой стадии отделить аморфный графит, на второй - стекло, на третьей - металлы.

Формула изобретения

1. Способ переработки отходов, содержащих органические вещества, путем их отжига в капсулах под слоем инертной засыпки, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности переработки отходов, отходы в капсуле уплотняют, обжиг ведут в засыпке из аморфного графита, а газообразные продукты отжига пропускают дополнительно и последовательно через слои металлических частиц, древесных опилок и инертного материала.

2. Способ по п.1,отличающийся тем, что в качестве аморфного графита используют древесные опилки, отожженные в инертной засыпке.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающий с я тем, что после переработки содержимое капсулы дробят и подвергают рассеву.

Фиг 2

Использование: для переработки промышленных и бытовых отходов металлургии, химической и других отраслей промышленности. Сущность изобретения: отходы отжигают в сбрикетированном виде в слое аморфного графита, а в инертную засыпку вводят металлические частицы и древесные опилки. В качестве аморфного графита используют древесные опилки, отожженные в инертной засыпке. В инертную засыпку вводят медные и стальные частицы. Отделение аморфного графита, стекла от металлов осуществляют поочередным дроблением и рассевом отожженных отходов. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.