Комплексний спосіб переробки твердих побутових та промислових, типу побутових, відходів

1. Комплексний спосіб переробки твердих побутових та промислових, типу побутових, відходів, що включає термообробку з видаленням газоподібних продуктів і залишків термообробки і у вигляді рідкого (у вигляді живиці), та твердого, до складу якого входять залишок вуглецю, інертні матеріали, окисли важких металів, який відрізняється тим, що спочатку, для видалення та концентрування твердого та рідкого залишків термообробки і газоподібних продуктів, здійснюють термообробку методом спалахкового піролізу у піролізному реакторі, а потім, після класифікації, проводять комплексну переробку відпрацьованих продуктів, під час якої їх термообробку здійснюють у енергетичному реакторі типу котла-утилізатора, після чого тверді залишки брикетують. 2. Спосіб за п.1, який відрізняється тим, що у енергетичному реакторі здійснюють спалювання усіх вказаних продуктів піролізу і/або одержують самостійні продукти чи компоненти брикетування. 3. Спосіб за п.1, який відрізняється тим, що під час комплексної переробки відпрацьованих продуктів термообробку здійснюють шляхом спалювання піролізного газу з пилом вуглецю в енергетичному реакторі. U 2 (11) 1 3 ративна Республіка Німеччини, заявка №3831734, бюлетень „Изобретения стран мира”, в. 14 №1-2, 1991]. Отримують корисний продукт з відходів, які пройшли подрібнення, просушку та змішування зі в’язучою речовиною. Основним недоліком цього способу є те, що отримані продукти мають різні ступені забрудненості, та при використанні їх відбувається вторинне забруднення довкілля при досить довгому природному їхньому руйнуванні. Це обумовлено тим, що здійснюється переробка відходів (просушка, відділення неорганічних складових частин відходів) низької якості. Відомий також спосіб переробки твердих побутових та промислових, типу побутових, відходів - спосіб утилізації твердих відходів за методом „Тоггах”, США [Алексеев Г.М. Индустриальные методы санитарной очистки городов.-Л: Стройиздат, 1983р., с.7-9], що містить термообробку у реакторі піролізу з видаленням газоподібних продуктів і залишків термообробки у вигляді рідкого, у виді живиці (смоли), та твердого, до складу якого входять залишок вуглецю, інертні матеріали, окисли важких металів. Згідно цього способу тверді відходи завантажуються зверху у реактор піролізу і, під дією сили тяжіння, опускаються та по черзі здійснюється термообробка шляхом послідовного виконання таких операцій: сушіння, піролізу, первинного горіння і плавлення. Плавлення органічного продукту побутових відходів в зоні піролізу відбувається без доступу вільного кисню за рахунок тепла висхідного потоку гарячих газів із зони первинного горіння. Для згоряння твердих вуглеміщуючих продуктів піролізу та здійснення плавлення неорганічних компонентів твердих відходів, повітря підігрівають. Утворений розплав, що є залишком термообробки, виводять із реактора, газоподібні продукти піролізу відсмоктують і направляють на спалювання. У цьому способі проблематичним є виключення потрапляння вільного кисню в зону піролізу (можна це досягти тільки при спалюванні палива з недостатком кисню). Для забезпечення плавлення усіх неорганічних компонентів, необхідно одержання стабільно високих температур, а за таких умов, досягти цього практично неможливо. У зв’язку з тим, що відходи містять різні компоненти, які мають різну температуру плавлення, не всі мінеральні компоненти відходів розплавляються, це погіршує безперервність випуску шламу і дестабілізує процес у цілому. Отже, забезпечити стабільність протікання процесу піролізу з безперебійним плавленням усіх неорганічних включень та забезпечення безперервного випуску шламу описаним способом є проблематичним. Газоподібні продукти піролізу, що виводяться із реактора, не придатні для безпосереднього використання, оскільки вміщують велику кількість різноманітних токсичних речовин та баластних домішок та інш. За методом „Тоrrах” видалені газоподібні продукти треба багатостадійне очищати. 16559 4 Хімічний склад одержаного газу має високий вміст токсичних і баластних компонентів, а до складу залишку термообробки входить бензапірен, який має підвищену токсичність. Покращити якість газу і очистити його від хімічних шкодливих речовин описаним способом важко і це є небезпечним. Оскільки теплове забезпечення процесу здійснюється за рахунок окислення вуглецевого залишку, то вміст окислювачів у виробляємому газі дуже високий, а при зменшенні співвідношення кисеньвуглець відбувається зниження температури в зоні плавлення шлакових компонентів і призупинення шлакового розплаву, та при об’єднанні речовин, що входять до класу неорганічних компонентів твердих відходів зі зниженою температурою плавлення, малоймовірно роздільне їх попадання у зону плавлення, що значно знижує текучість шлаку з погіршенням умов його випуску та дестабілізує процес у цілому. Перераховані основні недоліки перешкоджають знешкодженню утворених в процесі піролізу токсичних сполук. Засоби способів, що описані вище, не дозволяють підвищити екологічну безпечність процесу. Серед відомих способів переробки сучасними для вказаних цілей є способи високотемпературного піролізу [наприклад, за патентом Німеччини №4329871/93429871/, С 10 В 53/00, від 03.09.93]. Відомі способи підлягають постійному удосконаленню тому, що до продукту, який отримано по закінченні процесу, пред’являються значні екологічні вимоги. Процеси ускладнюються, стають недостатньо надійними тому, що в них закладено велику кількість регульованих основних технологічних параметрів - термін розігріву відходів, рівномірність розігріву матеріалу, прискорення та ефективність температурного режиму, який зв’язаний з окисними процесами та токсичними залишками. Знищення відходів за технологією з застосуванням високотемпературного піролізу, потребує необхідність постійної підтримки високої температури у реакторі, що обумовлює значне споживання теплової енергії, значне зниження надійності футерівки, та така технологія не є безпечною. Компоненти відходів розплавляються нерівномірно, переміщення матеріалу порушено. Стабільність протікання процесу щодо безперебійного плавлення матеріалу дестабілізує процес у цілому. Таким чином, хід процесу піроліза не є стабільним, тому що не забезпечене безперебійне тління різнорідних компонентів відходів без підвищення процесу окислювання. І більш того, навіть газоподібні продукти піроліза, що виводяться з реактора, через низьку якість не придатні для подальшого використання, оскільки містять баластні домішки. Найбільш близьким (прототипом) до заявляємої корисної моделі є спосіб переробки твердих побутових та промислових відходів, який описаний у патенті України на винахід №20284 „Мусоросжигатель”, опубл. 27.02.98р. Вказаний спосіб, що описаний у прототипі, містить термообробку з видаленням газоподібних продуктів і залишків термообробки у вигляді рідкого, у виді живиці (смоли), та твердого, до складу якого входять залишок вуг 5 лецю, інертні матеріали, окисли важких металів. Термообробку здійснюють шляхом спалювання у камері, яка має газовий факел. Залишок термообробки у виді шлаку надходить до шлакозборнику, а видаленні газоподібні продукти та тонкодисперсна зола, пил змішують у парогенераторі з водяним паром та направляють у відстійник для відділення від рідини твердого осадку. При з’єднанні з водою окисли сірки та азоту образують водні кислоти. Агресивні гази розчиняються у воді, яку нейтралізують лугою. Недоліком цього способу є те, що досить популярний процес спалювання закінчується режимом очищення утворених газів шляхом змішування їх з водяним паром з подальшою конденсацією пародимової суміші для забезпечення відсутності вихлопу до атмосфери димових газів та тонкодисперсного пилу. Також, як і у аналогах, при регулюванні температурних режимів, окисних процесів та очищення токсичних відходів, потрібна велика кількість регулювання основних технологічних параметрів. Кінцеві продукти, що отримані, не є екологічно безпечними, та при використанні їх, має місце вторинне забруднення довкілля при досить довгому природному їхньому руйнуванні. Перераховані основні недоліки перешкоджають здійснення деструкції утворених в процесі піролізу токсичних сполук. Засоби способів, що описані вище, не дозволяють підвищити екологічну безпечність процесу. В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалення способу переробки твердих побутових та промислових, типу побутових відходів, (широкого спектру відходів: побутових та індустріального сміття) з метою збільшення отримання екологічно чистого корисного продукту, шляхом зниження регулювання основних технологічних параметрів, розширення технологічних можливостей використання продуктів комплексної переробки у власному виробництві, і при необхідності, у автономних технологічних процесах, при цьому практично відпадає потреба у сортуванні за різними ступенями забрудності, знижено негативний вплив на якість футерівки реакторів. Таким чином, головною метою є забезпечення позитивних показників екологічності при знешкодженні відпрацьованих продуктів та усунення вторинного забруднення довкілля, що забезпечує підвищення екологічної безпеки довкілля. Поставлена задача досягається тим, що у комплексному способі переробки твердих побутових та промислових, типу побутових, відходів, що містить термообробку з видаленням газоподібних продуктів і залишків термообробки у вигляді рідкого, у виді живиці, та твердого, до складу якого входять залишок вуглецю, інертні матеріали і окисли металу, спочатку, для видалення та концентрування твердого залишку, та рідкого залишку термообробки і газоподібних продуктів, здійснюють термообробку методом спалахкового піролізу у піролізному реакторі, а потім, після класифікації, проводять комплексну переробку відпрацьованих продуктів, під час якої їх термообробку здійснюють у енергетичному реакторі типу котла-утилізатора, 16559 6 після чого тверді залишки брикетують. При цьому піроліз здійснюють шляхом використання електрокаталізаторного спалаху. У енергетичному реакторі можна здійснювати спалювання усіх вказаних продуктів піролізу і/або можна одержувати самостійні продукти, чи компоненти брикетування, а також під час термообробці у енергетичному реакторі, здійснюють осклування інертного матеріалу у твердий компонент для брикетування і/або для одержання самостійного продукту. Під час комплексної переробки відпрацьованих продуктів термообробку можна здійснювати шляхом спалювання піролізного газу з пилом вуглецю у енергетичному реакторі, а брикетування здійснювати з додаванням відходів виробництв. У разі брикетування здійснюють пресування, а рідкий залишок піролізу, що є живицею, додають як в’яжуче до компонентів брикетування. Відпрацьовані продукти піролізу звільняють від металевих включень під час класифікації. Можна здійснювати спалювання отриманих продуктів у енергетичному реакторі повністю або частково, останні одержані тверді компоненти брикетують, чи використовують у разі потреби у інших технологічних процесах. Окисли металу використовують у якості каталізаторів для протікання спалахкового піролізу у власному виробництві, чи для інших цілей у разі потреби. Наведені ознаки складають суть корисної моделі, що заявляється, яка характеризується новою послідовністю операцій у процесі та зв’язками й особливостями технологічних операцій і режимів. Наявність наведених відмінних ознак дозволяє зробити висновок про новизну способу, що заявляється. Ефективність і оригінальність указаних відмінних ознак знаходяться у тісному зв’язку з досягнутим технічним результатом. Спосіб, що заявляється, пояснюється схемою (див. Фіг.), яка демонструє запропонований комплексний спосіб переробки твердих побутових та промислових, типу побутових, відходів, який містить термообробку з видаленням газоподібних продуктів і твердого та рідкого залишку термообробки. До твердого відноситься залишок вуглецю, інертні матеріали (песок, пил, глина, гравій, важки метали, цегла тощо), окисли важких металів. До вуглецю відносяться електропровідні компоненти. Щодо рідкого залишку, то це мазут, живиця (смола), паливо. Для видалення та концентрування твердого та рідкого залишків термообробки і газоподібних продуктів, спочатку здійснюють термообробку методом спалахкового піролізу у піролізному реакторі, а потім, після класифікації, проводять комплексну переробку відпрацьованих продуктів, під час якої їх термообробку здійснюють у енергетичному реакторі типу котла-утилізатора, після чого тверді залишки брикетують. Брикетування здійснюють для збереження структури та запобігання гідравлічної активності одержаного продукту. У якості наповнювачів (ком 7 понентів) при виготовленні брикетів може бути використаним дрібнодисперсний наповнювач залізоокисні відходи металургійних виробництв, вуглець збагачувальних фабрик, пиловидні відходи шахтних територій, побутові відходи міст та селищ та таке інше. При утворенні брикетів може бути здійснене пресування. Спалахковий піроліз доцільно здійснювати шляхом використання електро-каталізаторного спалаху, це досягається шляхом тимчасового включення електро-каталізаторних нагрівачів, якими постачений піролізний реактор. В процесі піролізу найбільша частина окислів важких металів осаджується у твердому (у залишку вуглецю, інертних матеріалах) та рідкому (у живиці) і зовсім незначна у газоподібних продуктах. Одержані продукти піроліза використовуються у власному процесі під час комплексної їхньої переробки. У енергетичному реакторі, допускається спалювання усіх вказаних продуктів піролізу і/або одержання у виді самостійних продуктів, чи компонентів брикетування. Можна здійснювати спалювання отриманих продуктів у енергетичному реакторі частково, останні одержані тверді компоненти брикетують (залежить від цілей використання). Під час комплексної переробки відпрацьованих продуктів термообробку можна здійснювати шляхом спалювання піролізного газу з пилом вуглецю у енергетичному реакторі. Здрібнені тверді побутові відходи (ТПВ) надходять до піролізного реактору , де здійснюється спалахковий низькотемпературний піроліз 1, при якому температура у внутрішнім просторі реактора досягає 300-450 С, а температура спалаху становить близько 1000-1300 С. Це необхідно для видалення та концентрування рідкого 2 залишку термообробки (на схемі - рідке паливо), газоподібних екологічно чистих продуктів 3 та твердого залишку 4. Отримані продукти класифікують отримують рідкий залишок (живицю) 2, газоподібні продукти 3 та твердий залишок 4. Під час комплексної переробки відпрацьованих продуктів термообробку здійснюють у енергетичному реакторі типу котла-утилізатора шляхом спалювання 5. Перед подачею твердого 4 до енергетичного реактору 5 можна спочатку проводити на сепараторі класифікацію 6 відпрацьованих продуктів піролізу 1 для звільнення від металевих включень. Під час вказаної термообробці 5 здійснюють осклування 7 інертного матеріалу у твердий компонент для брикетування і/або для одержання самостійного продукту (дорожнє покриття). Рідкий 2, твердий 4 залишки та осклувані 7 компоненти можуть бути використаними як компоненти брикетування 8. Крім того, до компонентів брикетування 8 можуть бути доданими відходи будь яких виробництв. Доцільно, але не обов’язково, рідкий 2 залишок пролізу 1, що є живицею, додавати як в’яжуче до компонентів під час брикетування 8. Залишки продуктів піролізу 1 спалюють 5 у енергетичному реакторі. Теплова енергія реактора (пар), що появиться під час спалювання 5, викори 16559 8 стовується для протікання процесу брикетування 8. Видалені металеві включення з сепаратора після класифікації 6 можуть надходити на брикетування 8. Продукти брикетування 8 видають споживачу. Газоподібні продукти 3 можуть бути використаними і у інших процесах після їх попереднього очищення 9 у пристрої, у який надходять для вказаних цілей ще й газоподібні продукти з енергетичного реактору, що утворилися під час спалювання 5. Отримані в процесі пролізу 1 окисли металу в подальшому використовують у якості каталізаторів. Плавлення продуктів побутових відходів в зоні піролізу 1 відбувається без доступу вільного кисню за рахунок тепла спалаху. Компоненти відходів розплавляються рівномірно, тим самим забезпечена стабільність переміщення матеріалу та стабільність протікання процесу щодо безперебійного плавлення матеріалу, що покращує процес у цілому. Газоподібні продукти 3 піролізу 1, що виводяться із реактора, придатні після попереднього очищення для безпосереднього використання, оскільки практично вміщують незначну кількість баластних речовин. Вони можуть бути перетворені після їх переробки у електрохімічному реакторі 10 у енергоносій, призначений, для використання під час протікання процесу брикетування 8. Оскільки теплове забезпечення процесу здійснюється не за рахунок окислення вуглецевого залишку, а за рахунок спалаху, то вміст окислювачів в виробляємому газі є достатнім що до вимог екологічності, а зменшене до мінімуму співвідношення кисень-вуглець не впливає на температурні режими щодо плавлення шлакових компонентів і руху (переміщення) шлакового розплаву в зоні плавлення, та практично не впливає на текучість шлаку і на якість умов його випуску. У запропонованому способі знешкодження утворених в процесі піролізу токсичних сполук здійснюється ефективно. Підвищення показників екологічності у комплексному способі, належним образом, залежить від якості отриманих у процессі піролізу продуктів, які використовуються у подальшому процесі, та позитивно впливають на температурні режими, режими плинністі розплаву під час комплексної переробки і режими підготовки компонентів для виготовлення брикетів. Завдяки використання запропонованого способу отримують екологічно чисті продукти: дорожно-будівельні матеріали та метали, які готові для переплавлення, без додаткової обробки. Отримані гаряча вода і/або пар використовують у власному виробництві. Окисли металу, які використовуються у якості каталізаторів під час протікання піролізу, можуть ще бути доданими до компонентів брикетування. При додаванні дрібних наповнювачів одержують гідравлічне в’яжуче. У залежності від кількості наповнювача, що вміщують в продукт, регулюють використання відходів виробництва під час брикетування та регулюють в’яжучу активність в залежності від цілей та сфери застосування. Після пе 9 16559 реробки описаним способом вказані речовини у брикетах надходять на металургійні підприємства і/або до вузлів опалювання чи до інших споживачів. При цьому в способі, що заявляється, використання будь яких активних компонентів не передбачається. Тверде технологічне паливо у вигляді низько сортового вугілля, що отримане з відходів вуглезбагачення, може використовуватися не тільки у якості кремнеземного компоненту, але може бути використане у якості відновника. Інші аналогічні речовини, що отримані, також можуть використовуватися багаторазово як відновники, чи для інших цілей у власному виробництві. Брикетування здійснюють відомими способами, в залежності від цілей щодо утилізації теплової енергії розплаву та конверсії газу, якщо його використовують, у відновний газ. Під впливом високотемпературних продуктів згоряння утворюється розплав, з якого механічним способом формують Комп’ютерна верстка О. Клюкін 10 брикети. У цьому випадку при охолодженні розплаву холодним газом та в результаті протікання термічної реакції взаємодії газу з високотемпературними продуктами згоряння, що супроводжують диспергований розплав, разом з брикетами, одержують гарячий відновний газ, який використовують як паливо. Крім цього, для брикетування може бути використана холодна вода. В цьому випадку після нагрівання її можна використовувати у системах водяного опалення. Відповідно до приведеної вище нової послідовності операцій та особливих умов технології проведення комплексної переробки, що реалізує запропонований спосіб, здійснюють утилізацію утворених в процесі піролізу відпрацьованих продуктів шляхом багаторазового використання у власному процесі, це є причиною усунення вторинного забруднення довкілля, що забезпечує підвищення екологічної безпеки цього виробництва. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601