Спосіб переробки твердих побутових і промислових відходів

1. Спосіб переробки твердих побутових і промислових відходів (ТПіПВ), що включає безперервне завантаження підготовлених ТПіПВ в реактор, їхню газифікацію шляхом термохімічної обробки й газову сепарацію продуктів термохімічної реакції, який відрізняється тим, що термохімічну реакцію здійснюють у присутності парокисневої суміші, продукти термохімічної реакції й газового сепарування додатково піддають послідовно електрофізичній, хімічній й хіміко-термічній обробці, при цьому здійснюють теплообмін під час і після газифікації, а також після електрофізичної обробки. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що газифікацію здійснюють при тиску від 0,5 МПа й вище. 3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що газифікацію здійснюють при температурі 11001200 °С. 4. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що газову сепарацію виконують у циклонних U 2 (19) 1 3 необхідне для сушіння й термічного розкладання й перетворення негорючих компонентів у розплавлені шлаки, забезпечують за рахунок часткового спалювання вуглистої речовини в потоці попередньо підігрітого приблизно до 1000°С повітря, що подають у зону первинного горіння. Після газифікатора суміш горючих газів і пар, при температурі 450-500°С змішують із підігрітим повітряним потоком, піддають очищенню й направляють у камеру вторинного горіння, у якій спалюють при температурі 1150-1300°С. Потік горючих газів (після очищення або без його) використовують як джерело енергії в теплоцентралях, комунальних казанових і цементних печах. Описаний вище спосіб забезпечує продуктивність 200т/сут., ккд процесів технології становить порядку 70%, [див. Біомаса як джерело енергії: пер. з англ. під ред. С. Соуфера, О. Заброскі. - М.: Мир, 1985.- 368с.]. Однак, у даному процесі гази, що відходять, містять значну кількість двоокису вуглецю, що негативно впливає на екологічні характеристики атмосфери. В якості окислювача використовують повітря, основною метою переробки відходів є одержання тепла, що також обмежує використання даного процесу. Вироблений газ по своїх характеристиках значно гірше природного газу й не може перекачуватися по єдиних газотранспортних системах. Також у даному процесі не виробляється перегріта пара, придатна для виробництва електроенергії, і жорстко обмежена кількість відходів, що переробляють. Відомий спосіб термічної переробки побутових і промислових відходів, що включає запуск газогенератора, дозоване завантаження в нього відходів, підогрів газогенератора гарячим повітрям, обробку каталізатором горючого газу перед тим як його допалюють [див. опис до патенту РФ №2283987, М.кл. F23G 5/027, опубл. 20.09.06]. Спосіб включає перемішування відходів, що переробляють, по замкнутому контуру в гарячих вихлопних газах двигуна внутрішнього згоряння з випалюванням вуглистих залишків, подачу зольних залишків і шлаків у камеру вивантаження через колосникову решітку газогенератора й очищення газогенератора перед обслуговуванням. Спосіб, описаний вище, дозволяє робити піроліз відходів по всьому замкнутому контуру теплоелектронагрівниками й горючими вихлопними газами по всій висоті швелькамери при заданій температурі її перепаду. Димові й вихлопні гази після газогенератора піддають очищенню й повному допалюванню шляхом прожарювання залишків у камері прожарювання без виносу шкідливих часток в атмосферу, а горючі гази використовують для роботи двигуна при економії основного палива. Однак, в основі процесу покладений піроліз, у результаті якого утворюється складна суміш газоподібних і рідких вуглеводнів, частина яких використовується для роботи двигуна, а інша викидається разом з відходами, що негативно впливає на екологічні характеристики атмосфери. 30535 4 Дану суміш буде досить складно використати в промисловому застосуванні, особливо це, стосується смол. Основною метою даного способу знищення відходів є також одержання тепла без одержання перегрітої пари, придатної для виробництва електроенергії. Відомий спосіб обробки ТПВ, що включає нагрівання обертової печі для випалу, завантаження твердих відходів в обертову піч для випалу, обертання печі з утворенням газів і твердого залишку, видалення залишку з обертової печі, транспорт газів з обертової печі в понижуючу ємність, нагрівання газів у понижуючій ємності, охолодження газів, вхідних у понижуючу камеру, транспорт газів і розпилення в абсорбційну сушарку, обробка газів в абсорбційній сушарці для видалення радіонуклідів, транспорт газів у пиловловлювач й видалення залишків радіонуклідів з газів у пиловловлювачі [див. опис до патентної заявки США № US 2005/0051066, М.кл. F23J 11/00; F23B 7/00, опубл. 10.03.2005]. Описаний вище спосіб дозволяє одержати очищений газ для генерування енергії методом піролізу, однак основною метою є знищення відходів. Вміст одержуваних газів залежить від вмісту сировини, що переробляють, і у зв'язку з тим, що використовується безпосереднє нагрівання теплоносієм, одержуваний газ має низьку теплотворну здатність і по своїх фізикохімічних властивостях придатний тільки для місцевого використання й не може перекачуватися по єдиних газотранспортних системах. Також у даному процесі не виробляється перегріта пара, придатна для виробництва електроенергії. Відомий також спосіб обробки твердих побутових відходів, що включає завантаження ТПВ, ініціацію процесу піролізу шляхом подачі гарячого дуття, одержання піролізного газу [див. опис до патенту РФ №2254518, М. кл. F23G 5/24, 5/027, 5/16, опубл. 20.06.2005]. Отриманий у такий спосіб газ утилізують шляхом спалювання, використання в газовій турбіні й у казаніутилізаторі для генерації пари й т.д. Однак, як основний процес використовується піроліз, що приведе до утворення складної суміші низькокалорійних газоподібних і рідких вуглеводнів не придатних для широкого промислового застосування. Основними продуктами переробки є тепло й електроенергія. Найбільш близьким до рішення, що заявляють, по призначенню, технічній сутності й досягаємому результату при використанні є спосіб переробки твердих побутових і промислових відходів, що включає безперервне завантаження підготовлених ТПіПВ в реактор, їхню газифікацію й газову сепарацію продуктів термохімічної реакції [див. Біомаса як джерело енергії: переклад з англ. під ред. С. Соуфера, О. Заброскі. - М.: Мир, 1985. с.240-245]. Спосіб лежить в основі рециркуляційного процесу SYNGAS, що дозволяє одержувати зі здрібнених міських відходів збагачений метаном газ, який може бути використаний як замінник природного газу на промислових об'єктах й у комунальному господарстві. Відповідно до технології SYNGAS 5 здрібнені, але не розділені тверді міські відходи спочатку подають у реактор для одержання метану, де відбувається виділення летучих компонентів. Більше важкі рідкі продукти, що утворюються у процесі піролізу, крекірують до метану, а потім органічну вуглисту речовину, відділену від металу й скла, водяною парою направляють у газифікатор, куди подають кисень і повітря. Гарячий газ, який утвориться в газифікаторі, надходить безпосередньо в реактор для одержання метану. При цьому метал і скло, відділені від вуглистої речовини, направляють в охолодний резервуар. Описана вище технологія SYNGAS дозволяє ефективно використати ресурси сировини, тому що температура в реакторі для одержання метану досить низька для запобігання шлакоутворення металу й скла й у той же час досить висока для відділення органічної частини від металу й скла в процесі піролізу й крекінгу. Відділення металу й скла від органічної вуглистої речовини відбувається легко внаслідок різниці в щільності. Однак, газ, одержуваний за технологією SYNGAS, має середню калорійність і може бути отриманий і використаний безпосередньо в казані самої установки, яку опалюють одержуваним газом. Джерелом кисню для такої установки повинна служити спеціальна установка, що в сполученні зі зробленим метаном робить пропоновану технологію далеко небезпечною. Значна частина одержуваної енергії витрачається на виробництво необхідних для роботи установки пари й кисню. Тому метою технічного рішення, що заявляють, є підвищення ефективності використання ресурсів органічній і неорганічній складовій відходів, зниження негативного впливу на екологію процесу переробки, а також одержання альтернативних енергоносіїв. В основу корисної моделі поставлена задача поліпшення способу переробки твердих побутових і промислових відходів, у якому, внаслідок виконання термохімічної реакції в присутності пароводяної суміші, додаткової електрофізичної, хімічної й хіміко-термічної обробки продуктів термохімічної реакції й газового сепарування, теплообміну під час і після газифікації, а також після електрофізичної обробки, забезпечується синтез газоподібних і рідких вуглеводнів, кінцевий продукт здобуває характеристики аналогічні по фізико-хімічних властивостях природному газу або світлим нафтопродуктам. За рахунок цього підвищується ефективність використання органічної складової відходів, а відсутність контакту відходів, що переробляють, у процесі переробки з навколишнім середовищем зводить до мінімуму забруднення останнього. ТПіПВ в результаті застосування пропонованого способу стають джерелом одержання енергоносіїв, що відновляється, оскільки кінцевий продукт пропонованого способу може бути спрямований у газові магістралі споживачів газу або використаний аналогічно світлим нафтопродуктам. Поставлена задача вирішується тим, що у відомому способі переробки твердих побутових і 30535 6 промислових відходів, що включає безперервне завантаження підготовлених ТПіПВ в реактор, їхню газифікацію шляхом термохімічної обробки й газову сепарацію продуктів термохімічної реакції, відповідно до винаходу, термохімічну реакцію здійснюють у присутності паро-кисневої суміші, продукти термохімічної реакції й газової сепарації додатково піддають послідовно електрофізичної, хімічної й хіміко-термічній обробці, при цьому здійснюють теплообмін під час і після газифікації, а також після електрофізичної обробки. Відповідно до корисної моделі, газифікацію здійснюють при тиску від 0,5МПа й вище. Відповідно до корисної моделі, газифікацію здійснюють при температурі 1100-1200°С. Відповідно до корисної моделі, газову сепарацію виконують у циклонних установках до рівня вмісту твердої фази не більше 0,3г/м3 при температурі не більше 150°С. Відповідно до винаходу, електрофізичну обробку здійснюють при температурі 100-150°С до не більше 0,1мг/м3 домішки. Відповідно до винаходу, хімічну обробку виконують до зниження змісту HCL не більше 0,1мг/м3 і H2S не більше 0,5мг/м3. Відповідно до винаходу, хіміко-термічну обробку виконують до підвищення змісту вуглеводнів не менш 75%. Відповідно до винаходу, хіміко-термічну обробку виконують у присутності каталізаторів на основі солей кобальту, заліза, нікелю, молібдену й хрому. Відповідно до винаходу, температуру газу екзотермічних реакцій знижують безпосередньо на виході з газогенератора шляхом двоступінчастого теплообміну з 800-900°С до 200 -250°С. Відповідно до винаходу, синтез вуглеводнів здійснюють при температурі 180-340°С і підвищеному тиску 0,5 й вище. Відповідно до винаходу, температура кінцевого продукту не перевищує 50°С. Як видно з викладу сутності рішення, що заявляють, воно відрізняється від прототипу й, отже, є новим. Пропонований спосіб принципово відрізняється від викладених вище способів тим, що спочатку відходи перетворюють у технологічні гази за допомогою парокисневого дуття, з наступним синтезом з них рідких або газоподібних вуглеводнів. Вміст кінцевих продуктів не залежить від вмісту вхідних відходів. Це дозволяє переробляти різні види органічних відходів. У процесі переробки не утворюються такі небезпечні сполуки, як фурани й діоксини. Температура в зоні реакції досягає 1100-1200°С за рахунок екзотермічних реакцій окислювання складних вуглеводнів до СО. У даних умовах зазначені вище сполуки не утворюються. Відсутність контакту технологічних газів з навколишнім середовищем у процесі їхньої переробки зводить до мінімуму можливість її забруднення. Пропонований спосіб придатний для промислового застосування. Спосіб призначений для утилізації твердих побутових і промислових 7 30535 відходів і використання ТПіПВ як поновлюване джерело енергії. Пропонований спосіб реалізують таким чином. Переробку ТПіПВ починають із підготовки відходів для забезпечення безперервної подачі сировини в газогенератор (реактор). Після ініціації термохімічного процесу подальший процес газифікації здійснюють у присутності паро-кисневої суміші. Температура в зоні реакції досягає 11001200°С за рахунок екзотермічних реакцій окислювання складних вуглеводнів до CO і Н2. Процес газифікації здійснюють при тиску від 0,5МПа й вище. Після першого етапу одержання синтезу-газу на виході з газогенератора температура продукту термохімічної обробки сировини становить 800-900°С. У результаті теплообміну температуру газу знижують, і газову сепарацію виконують у циклонних установках до рівня вмісту твердої фази не більше 0,3г/м3 при температурі не більше 150°С. Після газової сепарації газ піддають електрофізичної обробці при температурі 100-150°С до не більше 0,1мг/м3 домішків й хімічному очищенню від хімічних забруднень типу H2S й НСl. Другий етап одержання синтезу-газу являє собою насичення очищених й охолоджених продуктів термохімічної обробки сировини синтезованими вуглеводнями, які утворюють у реакторах синтезу при температурі 180-340°С і підвищеному тиску від 0,5МПа й вище в присутності каталізаторів на основі солей кобальту, заліза, нікелю, молібдену й хрому. У результаті одержують синтез-газ зі вмістом вуглеводнів не менш 75%. Після перевірки якості синтез-газу його накачують у відповідні ємності для зберігання, подальшої підготовки й використання через звичайні газопроводи. У випадку одержання рідких вуглеводнів, виконують операції по їхньому охолодженню й переробці методами аналогічними для переробки світлих нафтопродуктів. Пропонований спосіб може забезпечувати переробку необмеженої кількості вихідної сировини. У таблиці 1 наведені характеристики способу для різних об'ємів переробки ТПіПВ. 8 висококалорійних газоподібних і рідких вуглеводнів. При використанні даного способу ТПіПВ стають поновлюваним джерелом енергоресурсів, оскільки кінцевий продукт переробки пропонованим способом може бути спрямований у газові магістралі споживачів гачу або використаний як світлі нафтопродукти. Таблиця 1. Газифікацію здійснюють при тиску, МПа Газифікацію здійснюють при температурі, °С Електрофізичне очищення, UкB Витрата каталізатора, кг/м3 Температура синтезу, °С Тиск синтезу, МПа Приклад 1.60т/сут. 0,5-0,6 К.к.д. способу становить 98%, теплова енергія кінцевого продукту від 5000ккал і вище. Як видно з викладу сутності рішення, що заявляють, і прикладів його здійснення, спосіб має підвищену ефективність використання органічної частини ТПіПВ, зводить до мінімуму негативний вплив на навколишнє середовище в процесі переробки ТПіПВ. Основним результатом використання даного способу є одержання Приклад 2.149т/сут. Приклад 3.389т/сут. 0,8-1,0 1,0-1,5 800-1000 1100-1200 1100-1200 40-60 40-60 0,0015 270-320 0,8-1,0 40-60 270-320 0,5-0,6 270-320 1,0-1,5