Спосіб утилізації побутових відходів

1 Спосіб утилізації побутових відходів, що включає нагрівання відходів в термічному реакторі без доступу вільного кисню до температури 15001650°С і вивід одержаних в результаті термічної деструкції відходів, продуктів із реактора, який ві 35979 У прототипі відходи подаються у верхню частину шахтного реактора, а в нижню його частину вдувається кисень. Взаємодією кисню з твердим вуглецевим залишком піролізу одержують робочу температуру в нижній зоні – 1650°С, яка має забезпечити плавлення неорганічних компонентів відходів з переводом їх у шлаковий розплав. Шлаковий розплав постійно витікає в резервуар з водою. Гарячі гази, що утворюються в результаті горіння вуглецевого залишку, підіймаючись по висоті реактора, забезпечують піроліз відходів і їх сушення. На виході із реактора газ має температуру близько 100°С, високий вміст вологи, масел та інших баластних включень, і непридатний для безпосереднього використання. Після багатостадійного очищення газ "Purox" вміщує, %: водню – 24; оксиду вуглецю – 40; метану – 5,6; інших вуглеводнів – 5,4; двооксиду вуглецю – 24 і азоту – 1. Як і в вище приведеному аналогу, в прототипі теплове забезпечення процесу здійснюється за рахунок окислення вуглецевого залишку. Завдяки використанню чистого кисню, замість повітря в прототипі вдається запобігти розбавленню виробленого газу азотом, але вміст СО2 (окислювачів) в ньому залишається високим. Зменшення в вироблюваному газі окислювачів може досягатися лише зменшенням співвідношення кисень/вуглець. Але такий засіб неминуче приводить до зниження температури в зоні плавлення шлакових компонентів і призупинення випуску шлакового розплаву. Більш того, навіть заявлена в прототипі в якості робочої, температура 1650°С не гарантує розплавлення всіх можливих неорганічних компонентів ТПВ. Так, наприклад, SіO2 плавиться при 1680°С, СаО – при 2630°С, АL2О3 – при 2050°С. Об'єднання вказаних речовин в евтектику зі зниженою температурою плавлення без спеціальної підготовки малоймовірно, а роздільне їх попадання в зону плавлення значно знижує текучість шлаку з погіршенням і навіть повним припиненням його випуску, що дестабілізує процес в цілому. Газ, що відводиться в верхній зоні реактора з температурою близько 100°С не може бути використаний безпосередньо в якості товарного без попередньої обробки через значний вміст вологи, масел, важких вуглеводнів з токсичними властивостями (бензапірен), а також отруйних діоксинів і фуранів. Наявність великої кількості токсичних домішок у газі на виході із реактора обумовлена тим, що утворені в процесі первинного піролізу при температурах 200-300°С вищезгадані токсичні сполуки в суміші з іншими летучими, підіймаючись вгору назустріч завантажуваній зверху сировині і, частково охолодившись, виводяться із реактора, не зазнаючи хімічних перетворень, оскільки температурні умови для подальшої їх деструкції відсутні. Вказані технічні недоліки прототипу обумовлюють наступні негативні наслідки: – нестабільний хід процесу, неможливість забезпечити безперебійне плавлення всіх без винятку неорганічних. компонентів ТПВ без підвищення окислювального потенціалу атмосфери реактора; – низька якість виробленого газу безпосередньо на виході із реактора, обумовлена значним вмістом в ньому масел, вологи, окислювачів і токсичних хімічних сполук; – необхідність спеціальних заходів по знешкодженню наявних у газі токсичних сполук, утворених на стадії первинного піролізу (200-300°С – бензапірен, діоксини, фурани), оскільки умови для їх знешкодження (подальшої деструкції) безпосередньо у реакторі відсутні. Таким чином, способом утилізації побутових відходів, описаним у прототипі, неможливо: а) забезпечити безперебійне (стабільне) плавлення неорганічних компонентів довільного складу без порушення технологічних основ процесу; б) запобігти розбавленню вироблюваного газу маслами, вологою і окислювачами; в) забезпечити деструкцію (знешкодження) утворених в процесі піролізу токсичних сполук; і за рахунок цього покращити якість вироблюваного енергетичного газу і підвищити стабільність ходу процесу і його екологічну безпеку. В основу винаходу поставлена задача удосконалення способу утилізації побутових відходів, у якому шляхом використання в якості джерела тепла шару твердого грудкового електропровідного теплоносія, що нагрівається пропусканням електричного струму, забезпечується безперебійне плавлення неорганічних компонентів довільного хімічного складу, виключаються умови забруднення вироблюваного енергетичного газу баластними домішками (N2, СО2, O2), запобігається випуск із реактора хімічно шкідливих сполук, і за рахунок цього покращується якість вироблюваного енергетичного газу і підвищуються стабільність ходу процесу і його екологічна безпека. Поставлена задача вирішується тим, що в способі утилізації побутових відходів, який включає нагрівання відходів в термічному реакторі без доступу вільного кисню до температури 15001650°С і вихід одержаних в результаті термічної деструкції відходів продуктів із реактора, згідно винаходу, одержані продукти перед виведенням із реактора фільтрують крізь шар твердого грудкового електропровідного теплоносія, розігрітого до температури 1427-2727°С, а задану температуру в шарі забезпечують пропусканням через шар електричного струму. Доцільно, але не обов'язково, в якості твердого грудкового електропровідного теплоносія використовувати чистий грудковий графіт, або його суміш з вогнетривкими матеріалами. Приведені ознаки складають суть винаходу. Технічна суть винаходу пояснюється на фігурі, де; 1 – суміш твердих побутових відходів (ТПВ), завантажених у шахту реактора; 2 - шар твердого грудкового електропровідного теплоносія; 3 струмопідвідні електроди. Стрілками показано напрям руху генерованих із відходів газів. В нижній зоні термічного реактора, на поду розміщують шар твердого грудкового електропровідного теплоносія, наприклад, шар грудкового графіту 2, решту частини шахти реактора заповнюють твердими побутовими відходами 1. Електродами 3 до шару 2 підводять електричний струм і за рахунок Джоулевого тепла шар теплоносія розігрівається. Широкий діапазон регулювання параметрів 2 35979 джерела електричного струму (пічний трансформатор) дозволяє забезпечити практично любий інтервал температур в шарі, обмежений лише тепловою стійкістю графіту (температура плавлення графіту - 3600°С). В результаті нагрівання шару теплоносія, стовп завантажених у реактор відходів теж нагрівається з поступовим формуванням теплового поля, профіль якого зображено на фіг. 1 цифровими температурними інтервалами, і яке визначає робочий технологічний режим процесу. В нижній зоні реактора стовп ТПВ підплавляється, а зверху через шлюзовий затвор завантажується свіжа сировина – безперервно, або порціями, і таким чином здійснюється послідовнопоступовий рух відходів зверху вниз. Оскільки температура в шарі теплоносія може сягати вище точки плавлення будь-якого з можливих неорганічних компонентів ТПВ, то всі неорганічні включення відходів гарантовано розплавляються, і в вигляді шлакового розплаву безперервно виводяться із реактора. Таким чином, теплове забезпечення процесу, за рахунок електричного струму, пронизуючого шар теплоносія, гарантує стабільну роботу вузла шлаковидалення при будьякому складі відходів. При цьому внутрішня атмосфера реактора не потерпає негативних змін, так як для підвищення температури в зоні шлаковиведення збільшення повітряного або кисневого дуття не вимагається. Відповідно і газова фаза не забруднюється баластними домішками (N2, СО2, О2). В результаті склад вироблюваного енергетичного газу визначається лише складом органічних компонентів, завантажених в реактор ТПВ, і температурним режимом їх деструкції. Тут слід підкреслити, що ніякими іншими відомими засобами, крім прямого електронагріву шару теплоносія, досягти такого подвійного ефекту не уявляється можливим. Термічна деструкція органічної частини ТПВ починається в верхній частині шахти реактора при температурі близько 200°С виділенням летучих, переважно в вигляді важких вуглеводнів, які рухаються в прямотоці з масою сировини. Проходячи зверху вниз послідовно ділянки з монотонно зростаючою температурою, складні органічні компоненти ТПВ розкладаються на простіші, і чим вище температура, тим простіші залишаються сполуки. При цьому продукти низькотемпературної деструкції піддаються вторинному піролізу. Процес повного розкладення ТПВ на молекулярні складові закінчується при температурі близько 1200°С з одержанням H2, О2, N2, Сl2, S і твердого вуглецевого залишку С. При температурах вище 1200°С протікає активна взаємодія твердого вуглецю з киснем відходів та паром вологи (газифікація) з генеруванням CO; молекулярний хлор реагує з воднем з утворенням парів HСl, а сірка, реагуючи з киснем, утворює сірковий ангідрид SO2. Одержані газоподібні продукти профільтровуються крізь шар теплоносія і відсмоктуються з реактора на рівні нижньої зони шару. Така додаткова високотемпературна термообробка гарантує повне знешкоджування відводимого з реактора енергетичного газу, оскільки існування органічних токсичних сполук при температурах вище 1427°С неможливе навіть теоретично. (При температурах вище 1427°С виключається утворення бензапірену, а вміщуючі кисень діоксини і фурани за присутністю вуглецю піддаються деструкції вже при 700°С). Вироблений енергетичний газ на виході із реактора має наступний хімічний склад, %: СО-59,64; Н2-39,53; N2-0,49; HCl-0,22; S02-0,12. Таким чином, в результаті переробки ТПВ, по запропонованому способу, одержують екологічно чистий, практично без баластних домішок, енергетичний газ і шлак, який може бути використаний в будівельній індустрії. Така технологія повністю відповідає критеріям безвідходності виробництва, що свідчить про високий рівень екологічної безпеки запропонованого способу. Заявлений діапазон температур орієнтовано на екологічну безпеку процесу і обґрунтовується таким чином. Нижня температура 1427°С — гранична, нижче якої існує можливість утворення токсичного бензапірену (С20Н12). Окрім цього, при такій і більш низьких температурах – нестабільний процес плавлення тугоплавких компонентів. Верхня температура 2727°С – гранична, вище якої молекулярний азот починає розпадатись на атоми з можливим утворенням ціанідів. Нагрів шару теплоносія електричним струмом обґрунтовується тим, що електронагрів є єдиним технічно досконалим засобом, за допомогою якого досягається висока температура на потрібній ділянці шахти без забруднення атмосфери реактора баластними газовими домішками і без порушення умов піролізу ТПВ. Можливість здійснення описаного способу ілюструєтьсянаступними прикладами. Відповідно до приведеної вище послідовності дій, реалізуючих запропонований спосіб, здійснюють утилізацію ТПВ при характерних величинах заявленого діапазону температур. В табл. приведено показники, що характеризують екологічну безпеку процесу в залежность від температури фільтруючого шару. Таблиця Техніко-екологічні показники процесу в залежності від температури фільтруючого шару Темпера- Вміст сполук № тура у газі мг/м3 Стан вузла шлаковифільтрую п ведення бенза- ціачого шап пірен ніди ру, °С Ділянки в'язкого шла1. 1427 0,0002 ку в шарі, застигання шлаку в льотці Інтенсивна фільтрація, безпе2. 2077 ребійне видалення шлаку 3. 2727 -“4. 3000 0,01 -“Із табл. видно, що з точки зору екологічної безпеки, процес краще вести в температурній області близько 2000°С. При відсутності (попереднє видалення) тугоплавких неорганічних матеріалів ця температура може бути нижчою (1700-1900°С). При наявності ж тугоплавких компонентів для стабілізації процесу шлаковидалення температура 3 35979 шару підвищується до 2500-2727°С. Екологічні по казники при цьому не погіршуються. Фіг 4 35979 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2001 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 5