Установка піролізу відходів

1 Установка піролізу ВІДХОДІВ, ЩО МІСТИТЬ реа ктор з вузлами завантаження і розвантаження ВІДХОДІВ, яка відрізняється тим, що реактор, виконаний у вигляді двох окремих реакторів Р1 і Р2, виконаних, наприклад у вигляді двох склянок установлених, наприклад, соосно й утримуючих легкоплавкий матеріал, наприклад, суміші рідких солей і лугів з частками окислів, металів, ІОНІВ металів і карбонатів, сопла введення ВІДХОДІВ Й окислювача в легкоплавкий матеріал, причому температура реактора Р1 складає до 1200°С, а Р2 до 1700°С 2 Установка за п 1, в якій реактори Р1 і Р2 з'єднані 3 джерелом живлення і служать електродами Пропонований винахід відноситься до хімічної техніки, зокрема до установок піролізу побутових і промислових ВІДХОДІВ і нафти, а також до металургійної промисловості для прямого відновлення металів ВІДОМІ установки піролізу органічних речовин, що містять реактор у вигляді шахтної печі з зоною неповного горіння піролізних газів, вузли завантаження і розвантаження твердих побутових ВІДХОДІВ (ТПВ) і патрубки для виходу піролізних газів з обсягу твердих побутових ВІДХОДІВ Це установки Торакс, Пьюрокс (США), [1] П П Пальгунов, M B Сумароков, бібліотечка "Охорона навколишнього середовища" Утилізація промислових ВІДХОДІВ, Стройиздат, 1990, с 75 Недоліком даного пристрою є низька ефективність піролізу з-за повільного і нерівномірного нагрівання твердих побутових ВІДХОДІВ конвекцією і випромінюванням Найбільш близьким до пропонованого технічним рішенням, обраним як прототип є установка піролізу по пат СРСР №727152 [2], що містить реактор у вигляді шахтної печі з зоною неповного горіння піролізних газів, вузли завантаження і роз 3 Установка за п 1, в якій вхідне сопло і зливний патрубок містять холодильники 4 Установка за п 1, в якій легкоплавкий матеріал містить електрохімічні прискорювачі реакцій - частки металів і іони металів, причому в гальванічних елементах електродами є метали й кокс, а електролітом - розплавлені солі 5 Установка за п 4, в якій легкоплавкий матеріал містить прискорювачі реакцій окислювання вуглецю, наприклад СаСОз, NaCI, РезО4, пари води й йоду 6 Установка за п 4, в якій легкоплавкий матеріал містить електротермічні прискорювачі реакцій частки металів і окислів 7 Установка за п 4, в якій легкоплавкий матеріал містить прискорювач відновлення сірки - боксит 8 Установка за п 4, в якій легкоплавкий матеріал містить прискорювач відновлення металів з їх окислів - сажу і іони металів вантаження твердих побутових ВІДХОДІВ, патрубки для виходу піролізних газів і пристрій для перемішування і переміщення ВІДХОДІВ Однак такий пристрій недостатньо ефективний У відомих установках піролізу відбувається повільний і нерівномірний конвекційний нагрів твердих побутових ВІДХОДІВ При температурах усередині шматків і по обсягу реактора від 100 до 1500°С и наявності кисню утвориться багато отруйних речовин, диоксинів, фенолу, фуранів, хлору, окислів азоту по КІЛЬКОСТІ порівнянних з виділюваними смптяспалюючими і КОКСОХІМІЧНИМИ заводами І усі вони виводяться через патрубок із всього обсягу ВІДХОДІВ Для їх очищення потрібно часта зміна поглинальних елементів, каталізаторів і точне дотримання технологічних режимів, що вимагає наявності складного устаткування і кваліфікованого персоналу Тому вартість і маса очисних споруджень більше ніж установки Через низьку ефективність піролізу установки мають великі габарити і вагу У них застосовані дорогі вогнетриви до 50$ кг, вагою 100 тонн, що необхідно щомісяця змінювати чи ремонтувати При швидкому відключенні установки і швидкому 00 ю 57984 завантаженню вологих твердих побутових ВІДХОДІВ вони руйнуються В основу винаходу поставлена задача прискорити реакції окислювання і підвищити температуру в зоні піролізу до 3000°С Підвищити швидкість і рівномірність нагрівання твердих побутових ВІДХОДІВ без утворення шкідливих речовин Розкладати до елементарних складових ШКІДЛИВІ речовини Технічний результат, що може бути отриманий при здійсненні винаходу полягає в підвищенні ефективності газифікації речовин, у підвищенні швидкості процесу, надійності і еколопчності У зниженні маса габаритних характеристик і вартості При застосуванні легкоплавких речовин на порядок збільшується передача тепла і швидкість розкладання ТПВ в порівнянні з відомими установками піролізу типу Торакс, Пьюрокс, Лангард і ін , причому одночасно з піролізом відбувається очищення від шкідливих речовин ВІДПОВІДНО збільшуються продуктивність установок піролізу і зменшуються маса габаритні характеристики і вартість При застосуванні легкоплавких речовин легко герметизувати реактори, створюючи на їх, висновку пробки за допомогою трубчастих холодильників на зливальному патрубку Зменшення температури корпусу до 800-1000°С дозволяє виготовляти надійні малогабаритні промислові установки з низькою вартістю Поставлена задача зважується за рахунок того, що в установці піролізу органічних речовин, що містить реактор, де вузли завантаження і розвантаження твердих побутових ВІДХОДІВ і патрубки для виходу піролізних газів, який виконаний у вигляді двох окремих реакторів, установленим, наприклад, соосно й утримуючим пласт розплаву суміші солей 3 металами й окислами, причому температура першого реактора складає до 1200°С, а другого до 1700°С Пласт легкоплавкого матеріалу містить піролізні гази з можливістю їх барботацм Реактори Р1 і Р2 з'єднані з джерелом живлення і служать електродами Вхідний і зливальний патрубки містять холодильники Легкоплавкий матеріал містить частки окислів, металів і (чи) іони металів, бокситу, крейду, карбіду кальцію Сутність винаходу пояснюється кресленням На фіг представленим у розрізі загальний вид пропонованого реактора Реактор синтезу газу складається з двох окремих реакторів Р1 і Р2, виконаних у вигляді склянок Р1, установлений на ізоляторах - 1 У ньому завантажені тверді побутові відходи і герметично закриті кришкою Температура по висоті змінюється від 500°С у кришки до 1000°С унизу Знизу на 1/4 висота реактори заповнені пластом розплаву суміші солей з металами й окислами, наприклад повареною сіллю с частками заліза, алюмінію і їх окислів - 2 Реактори Р1 і Р2 підключені до трансформатора через прохідний ізолятор 4 і є двома електродами, що вставлені в пласт легкоплавкої речовини У Р2 установлений додатковий нагрівач - наприклад СИЛІТОВЬІЙ, нагрітий до 1500°С - 3, поверх нього по-пластово завантажені гранули бокситу, кераміки, крейди, карбонату кальцію й ш Вхідне сопло 5 і зливальний 6 патрубок міс тять холодильники, при включенні яких отвір герметизується, а при вимиканні розгерметизовується в результаті розплавлювання легкоплавкої речовини Повітря подається через патрубок 7 Робота піролізної установки здійснюється в такий спосіб Вихідна сировина, у якості якої використовуються, промислові, побутові відходи чи вугілля подаються через сопло в герметичний реактор Р1 Розігрів установки роблять нагрівачами, дугою чи спалюванням палива, що вводиться із сіллю У даному прикладі реактори Р1 і Р2 з'єднані з джерелом живлення через прохідний ізолятор 4, ізольовані керамічними підставками 1 і служать електродами Нагрівання легкоплавкої при 500-1000°С речовини 2 відбувається за рахунок виділення тепла в опорі речовини Попереднє нагрівання виробляється нагрівачами, чи дугою від вугільних електродів 3, із прохідними ізоляторами 8, встановленими в Р2 Надалі установка працює автономно Температурний режим підтримується за рахунок внутрішнього окислювання в розплаві солей частини газу і коксу, що виділяються при піролізі Повітря подасться через патрубки 7 При повному окислюванні вуглецю в розплаві 95% хімічної енергії палива використовується на нагрівання розплаву і ВІДХОДІВ Відходи В реакторі прогріваються від 100°С зверху до 1000°С знизу і в центрі розплаву до 3000°С за рахунок прискорення реакцій окислювання вуглецю електрохімічними каталізаторами Унизу Р1 у розплаві легкоплавкої речовини з малою в'язкістю, відбувається піроліз твердих побутових ВІДХОДІВ, за рахунок впливу на кожну молекулу по всьому обсязі речовини прискорювачів і температури, при якій здійснюється розщеплення органічних мас на газ, пару і твердий залишок За рахунок рівномірного нагрівання твердих побутових ВІДХОДІВ у розплаві відбувається низькотемпературна газифікація при температурі 850°С, практично без утворення шкідливих речовин - сірководню, диоксинов Одночасно в розплаві солі відбувається попереднє очищення від шкідливих речовин, наприклад хлору Для цього до складу легкоплавкої речовини введені обпилювання активної речовини і каталізаторів, наприклад, обпилювання окислів чи заліза алюмінію, що утворять хлориди і сульфіди металів Уводяться також крейда чи вапняк Періодично розплави солей зливають і видаляють з них метали, наприклад електролізом чи коагуляцією ХІМІЧНИМИ речовинами При цьому можна одержувати порошки металів мікронних розмірів Піролізні гази барботуються через розплав, очищуються, додатково газифікуються і надходить у реактор Р2, де проходячи через зону високої температури, що містить гранули бокситу, кераміки, крейди, карбонату кальцію, що додатково розкладається на вуглець і водень, при цьому розкладаються до елементарних складових і ШКІДЛИВІ речовини, що залишилися Окисли і хлориди металів у середовищі рідкого каталізатора, яким служать розплави солей у присутності водню і вуглецю відновлюються в чисті метали При цьому можна одержувати порошки 57984 металів мікронних розмірів Зокрема, при взаємодії в розплаві мідного купоросу з алюмінієм одержують порошки МІДІ У пласті твердої солі створюється лунка, що робить оптимальним процес розкладання Після піролізу сировини в ПІДДОНІ реактора залишаються кокс, шматки неорганічного матеріалу і шлак, вапно, цемент, скло, що зливаються в герметичні бункери і форми Солі Й ОКИСЛИ прискорюють розкладання вугілля за рахунок упровадження К, Са в межбазисні грати графіту, зменшують енергію зв'язку вуглецю і CO Наприклад, СаСОз прискорює швидкість їхнього горіння в 7 разів, NaCI у 3 рази Пари води також служать каталізатором горіння Без пара води оксид вуглецю не горить За таких умов у зоні окислювання розвиваються високі температури і тиски Швидкістю горіння легко керувати Наприклад, уведення 1% йоду чи його солей зменшує швидкість окислювання в 100 разів Виділення Н, тепла і прискорення реакцій виробляється також електрохімічними реакціями При введенні в розплав часток металу виходить маса гальванічних елементів - електродами є метали і кокс, а електролітом розплавлені солі Ці елементи є електрохімічними каталізаторами синтезу речовин У них відбувається електроліз речовин з утворенням атомарного кисню, водню, Na, СІ, металотермія, електричні розряди зі швидкостями близькими до світлових, зухвалу могутню кавітацію А величезна електрична енергія подвійних електричних шарів на поверхні часток металів заряджає паливо Кінетична енергія кавітаційного пухирця, що захлопнувся, досягає 119Дж чи 7,44 10 °ГеВ чи 7,44 10 і ГеВ Це величезна величина Тому кавітаційні міхури руйнують самі МІЦНІ матеріали Сучасні прискорювачі дають дише сотні ГеВ Тиск у міхурі (2*107Па) 10млн Н/м2 і швидкість розширення до 200м/с Якщо газовий міхур досягне найбільшого розміру, тиск усередині нього різко падає Розплавлений метал, що міститься в ньому, скипає і викидається в розплав разом з величезною електричною енергією подвійних електричних шарів на поверхні часток металів Кавітаційний міхур працює як універсальний прискорювач реакцій будь-яких речовин, що потрапили в його обсяг У ньому можуть відбуватися й екзотермічні й ендотермічні ХІМІЧНІ і ядерні реакції, реакції розподілу і синтезу, наприклад 1Н1+1Н1>1Н2+1,442МеВ Місцеві перегріви вище 3000°С і кавітація виникають і при термічних реакціях іонізованих алюмінію і натрію з окислами Швидкістю реакцій керують і магнітними полями і кавітацією Підвищення віддачі енергії горіння палива й одержання аномальне високих температур досягається за рахунок активної взаємодії электро заряджених часток палива з навколишнім його іонізованим окислювачем, утворення і з'єднання атомарного водню, ОН, О з води, а також натрію і хлору при електролізі, при реакціях з розпеченими металами і вуглецем При з'єднанні атомарних речовин досягаються аномально високі температури, що плавлять, випаровують, ріжуть, спекають навіть тугоплавкі матеріали Наявність розплавле ної солі з високою теплопровідністю і теплоємністю, могутня кавітація і электро гідравлічні удари підсилюють цей ефект порівнюючи його з ефектом підвищення температури до 10000°С у стиснутої магнітними полями плазмі Загальне використання перерахованих вище фізико-хімічних процесів приводить до авто каталітичному прискоренню реакцій окислювання і підвищенню температури окислювання, до досягнення високої ЩІЛЬНОСТІ енергії в локальній зоні простору до утворення нових речовин і використанню електричної і внутрішньої енергії речовин і вакууму Розплав солей з електрохімічними прискорювачами створює умови для реалізації керованого процесу розкладання і є теплоємним середовищем для добору й акумулювання енергії Для одержання високої ЩІЛЬНОСТІ енергії необхідна спеціальна геометрична форма реактора Ця форма створюється в холодному шарі солі смолоскипом окислювання В установці піролізу виявлена надлишкова енергія 3 грами деревних обпилювань за секунди перетворили в пару і частково сплавили 10 грам нержавіючої сітки з температурою кипіння 3000°С і 4г алюмінію перетворили в дрібні пари оксиду Це порозумівається тим, що додаткова енергія виділяється в результаті використання електричної енергії речовин, каталітичного процесу, при якому електрон водневого атома переходить на більш низький енергетичний рівень 3,73кєВ синтезом нових елементів (Болотов), використанням енергії вакууму (Р Фейнман) В розплаві солей одночасно відбувається пряме відновлення речовин з руд і окислів Активована сажа служить енергійним відбудовником металів з їхніх окислів Відновлення Cu, Ni починається з 300°С, a Fe з 400°С Магнітними полями магнітів установлених поза реакторами прискорюють відновлення магнітних матеріалів, витягають і осаджують їх на корпус чи форми Відновлення сірки із сульфідів і окислів відбувається в присутності бокситу Пари сірки барботують через розплав і осаджують на холодних стінках холодильника Кисень витягають магнітними полями в ємності (не показані) чи використовують для внутрішнього горіння При повному окислюванні вуглецю і водню установка експлуатується в замкнутому режимі роботи Для виключення викидів оксиду і диоксида вуглецю його пропускають через рідкий розплав з електрохімічним каталізатором і одержують рідке паливо При цьому виділяється кисень Відбираючи кисень, одержують нафту, бензин і солярку При частковому доборі одержують метанол Швидкістю синтезу палива з СОг керують введенням у розплав часток металу, причому в гальванічних елементах електродами є метали і кокс, а електролітом розплавлені солі з температурою 100350°С, наприклад сплав хлоридів ЛІТІЮ І калію, а кисень відбирають магнітними полями Такі ж процеси можуть йти під землею, коли виходить нафта Аналіз отриманого таким методом метанолу, підтвердив, що він не відрізняється від промислового Пари води, солей і металів використовують як робоче тіло в турбінах і інших пристроях Вироблений водень застосовують як паливо в двигунах і 57984 інших пристроях Піролізні установки можуть установлюватися безпосередньо на борті транспорту, а їхні двигуни при цьому працюють від будь-якого виду палива Установка ПК 1, розміром з цебро дозволяє одержати з ВІДХОДІВ, водень і синтез газ у КІЛЬКОСТІ достатнім для роботи легкового автомобіля При застосуванні ПК для забезпечення паливом двигунів автомобілів, тракторів, літаків вони стають абсолютно пожаро безпечними, тому що у секунди з ТПВ виділяються грами водню і вуглецю, що при вибуху не можуть заподіяти шкоди транспортному засобу Комплекс не чуттєвий до ХІМІЧНОГО І тепло фізичного складу сировини Сортування не потрібно Працює і на рудах і на отрута хімікатах і на вугільній породі і на сланцях і на токсичному паливі Одночасно при роботі може відновлювати метали, миттєво плавити алюміній, плавити, гартувати і нагрівати для вигину стекло, запікати кераміку, виробляти до 50% по масі коксу чи активованого вуглецю, вапно і цемент, одержувати пара з температурою 1000°С, одержувати недосяжні для ХІМІЧНИХ палив температури і тиску Приклад 1 Як паливо в установку завантажують залізну руду і ТПВ У цьому випадку відбувається відновлення руди з виділенням тепла Добавка поташу прискорює швидкість реакції в кілька разів, Реакція проходить з подальшим одержанням чистих металів Приклад 2 Як паливо в сопло завантажують окисли, наприклад бора і кремнію У цьому випадку відбувається без газове горіння в розплаві солі з виділенням тепла Комп'ютерна верстка Е Гапоненко 8 Приклад 3 Як паливо в установку завантажують обпилювання руди і металів У цьому випадку водень є окислювачем Реакції йдуть у розплаві солі з виділенням тепла - ТіЬЬ - 69,5, Febb - 0,84, Znbb - 169,ЗкДж/моль Отримані дорогі продукти застосовуються для збереження водню, одержання порошків s покрить Приклад 4 Токсичні речовини СІ, F, S реагують у розплаві солей з металами і лугами з утворенням корисних речовин і тепла, наприклад 2Са(ОН)2+СІ2=СаСІ2+Са(СЮ)2+2Н2О Приклад 5 Азот при температурі в зоні горіння 3000°С реагує в розплаві солей з неметалами і металами і їхніми окислами з виділенням тепла й утворенням нітридів - твердих, тугоплавких матеріалів Енергії одна тонна ТПВ виділяє 3000кВт ч із кпд 90%, а для запуску установки потрібно 10кВт, після чого вона працює автономно, тому строк окупності установки ПК близько 6 МІСЯЦІВ ФІЗИКО-ХІМІЧНІ процеси, що відбуваються в ре акторі пропонованої піролізної установки дозволяють перетворити ШКІДЛИВІ речовини, наприклад, сірководень і хлор в екологічно безпечні з'єднання і чисту сірку і довести викиди в атмосферу до припустимих ГОСТ [1] Технічний аналіз технічного вуглецю отриманого при газифікації ВІДХОДІВ гумових покришок, (%) волога аналітична, 0,6, зольність, 6,7, загальної сірки, 0,93, вихідлетучих речовин, 2,7 Елементарний склад (на суху масу) % вуглець, 90,7, водень, 0,62, кисень + азот, 0,05, теплота згоряння вища 7760ккал/кг (32,47МДж/кг), нижча 7150ккал/кг Результати аналізу складу газу, % водень 40, метан 42, азот 2 Підписано до друку 05 08 2003 Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ТОВ "Міжнародний науковий комітет", вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна