Спосіб утилізації органічних твердих побутових відходів

Спосіб утилізації органічних твердих побутових відходів, який включає первинний піроліз без доступ у повітря при температурі 400-980°С з отриманням первинної багатокомпонентної парогазової суміші та твердого вуглецевого залишку, подальше охолодження парогазової суміші, розподіл її на компоненти у вигляді ридкої та газоподібної фракцій, який відрізняється тим, що первинну парогазову суміш піддають послідовному багатоступеневому охолодженню з пониженням температури кожного ступеня, починаючи з початкової температури первинної парогазової суміші, на 70-100°С, отриману на кожному ступеню рідку фракцію окремих компонентів парогазової суміші повертають самопливом у реактор на piвень tn+t y= Т р = const, де: tn - температура п-ого ступеня охолодження; 0С, tу -температура реактора на зазначеному рівні; 0С, Тр - максимальна температура реактора; 0С, забезпечуючи сполучення первинного піролізу з повторним селективним піролізом окремих компонентів парогазової суміші, а залишену частину парогазової суміші направляють на наступну ступінь охолодження, процес ведуть до отримання на кінцевому ступеню рідкої фракції з зазначеною молекулярною масою, при цьому кількість ступенів охолодження знаходять за залежністю: Винахід стосується термічних способів утилізації органічних твердих побутових, промислових та сільськогосподарських відходів і може бути застосований у комунальному господарстві, хімічній, нафтохімічній та інших галузях промисловості для регенерації вуглеводнів в рідкі, газоподібні та тверді палива. Відомий спосіб переробки твердих відходів (див. Патент СРСР № 776576. М.кл3 F 23G 5/00, опубл. 30.10.80, БВ № 40), який включає подрібнення відходів, розподіл на неорганічну та органічну фракції, змішування органічної фракції з газом - носієм та джерелом тепла у вигляді гарячих часток високої щільності твердого неорганічного матеріалу, піроліз суміші і відокремлення піролізного газу від твердих часток, при цьому твердий залишок декарбонізують і використовують як тепло при піролізі. Ознаки, які збігаються з суттєвими ознаками заявленого способу: - первинний піроліз відходів; - утворення первинної багатокомпонентної парогазової суміші, її конденсація та отримання твердого вуглецевого залишку. Причини, які перешкоджають одержанню потрібного технічного результату: відомий спосіб не передбачає можливості збільшення глибини та рівня розкладу як твердих відходів, так і окремих компонентів парогазовоі суміші. Він забезпечує отримання рідкої фракції при первинній конденсації парогазової суміші з молекулярною масою не нижче 500, а це за характеристиками відповідає важкому паливу - мазуту. Найбільш близьким за технічною суттю до заявленого способу є “Спосіб утилізації полімерних матеріалів”, (див. авт. свід. СРСР № 201294 МКВ4 С 10G 1/10, опубл. 30.12.85 БВ № 48), який включає первинний піроліз без доступу повітря при температурі 400-980 0С з отриманням первинної багатокомпонентної парогазової суміші та твердого вуглецевою залишку, подальше охолодження парогазової суміші, розподіл її на компонент у вигляді рідкої та газоподібної фракції, а твердий вугле (19) UA (11) 36342 (13) A де: N - кількість ступенів охолодження; Tпгс - початкова температура первинної парогазової суміші, 0С; tс - температура кінцевого ступеню охолодження, 0С. 36342 цевий залишок подрібнюють та гранулюють разом із змочувальною рідиною, після чого висушують гранули, при цьому рідку фазу розділяють шляхом відстоювання на легкі вуглеводні та суміш важких вуглеводнів з водою, цю суміш застосовують як змочувальну рідину для гранулювання. Ознаки, які збігаються з суттєвими ознаками заявленого способу: - процес термічного розкладу органічних відходів методом первинного піролізу при температурі 400980 °С з отриманням первинної багатокомпонентної парогазової суміші та твердого вуглецевого залишку; - охолодження первинної багатокомпонентної парогазової суміші та розподіл її на рідку та газоподібну фракції. Причини, які перешкоджають одержанню потрібного технічного результату. Відомий спосіб передбачає первинний піроліз та одноступеневе охолодження парогазової суміші, що не дозволяє досягти потрібної глибини та рівня термічного розкладу як твердих відходів, так і окремих важких компонентів парогазової суміші з молекулярною масою вище 200, а також збільшення на виході до 85% рідкої фракції з молекулярною масою 100-200, яка відповідала б за своїми характеристиками легким бензиновим фракціям. Можливо одержати, завдяки відомому способу, методом відстоювання, рідкої фракції з молекулярною масою 300, не більше 4%, що за своїми характеристиками відповідає котельному паливу. Цей метод малоефективний і не дозволяє селективно діяти на окремі компоненти парогазової суміші, які мають молекулярну масу 700-1500, з метою їх додаткового розкладу (деструкції), а саме збільшення глибини внутрішніх перетворень важких компонентів парогазової суміші, та отримання більш легких компонентів з молекулярною масою 100-200. Цей недолік істотно зменшує функціональні можливості відомого способу. В основу запропонованого винаходу поставлено задачу створити спосіб утилізації органічних твердих побутови х відходів, в якому використання нових те хнологічних прийомів при піролізі відходів та охолоджена первинної парогазової суміші, дозволить збільшити глибину та рівень розкладу як твердих відходів, так і окремих компонентів парогазової суміші, що збільшить до 85% вихід палива легких бензинових фракцій. Суть винаходу полягає у тому, що в способі утилізації органічних твердих побутови х відходів, який включає первинний: піроліз без доступу повітря в реакторі при температурі 400-980 °С з отриманням первинною багатокомпонентної парогазовоі суміші та твердого вуглецевого залишку, подальше охолодження парогазової суміші, розподіл її на компонент у вигляді рідкої та газоподібної фракцій, відповідно винаходу, первинну парогазову суміш піддають послідовному багатоступеневому охолодженню з пониженням температури кожної ступені, починаючи з початкової температура первинної парогазової суміші, на 70-100 0С, отриману на кожній ступені рідку фракцію окремих компонентів парогазової суміші повертають самопливом у реактор на рівень tn + tv = Т р = const. де tn - температура n-ої ступені охолодження, °С ty –тем пература реактора на зазначеному рівні, °С, Трмаксимальна- температура реактора, °С, забезпечуючи сполучення первинного піролізу відходів з повторним піролізом окремих компонентів парогазової суміші, а залишену частину парогазової суміші направляють на наступну ступінь охолодження: де: N - кількість ступенів охолодження; Tпгс - початкова температура первинної парогазової суміші, °С; tс - температура кінцевого ступеню охолодження, °С. Розкриваючи причинно-наслідковий зв`язок між суттєвими ознаками запропонованого способу та досягнутим технічним результатом, слід відзначити наступне: Первинний піроли органічних твердих побутових відходів без доступ у повітря при температурі 400-980 °С приводить до їх термічного розкладу з отриманням багатокомпонентної парогазової суміші та твердого вуглецевого залишку, подальше охолождення парогазової суміші забезпечує конденсацію парів та отримання окремо рідкої та газоподібної фракції. Первинну парогазову суміш піддають багатоступеневому охолодженню з пониженням температури кожної ступені, починаючи з початкової температури первинної парогазової суміші на 70-100 0С, відбирають від первинної парогазової суміші окремі компоненти у вигляді важкої рідкої фракції з температурою, достатньою для підтримки ії в рідкому стані. При температурі навколишнього середовища вказані фракції набувають желеподібного стану, тому що їх молекулярна маса достатньо велика, біля 1500. Окремі компоненти парогазової суміші у вигляді важкої рідкої фракції повертають самопливом у реактор на заданий рівень в результаті забезпечують сполучення первинного піролізу відходів, з повторним селективним піролізом окремих компонентів парогазової суміші. Рідка фракція з кожної ступені повертається у реактор на заданий рівень з визначеною розрахунком температурою, при цьому забезпечується селективний піроліз рідкої фракції з кожної ступені окремо, відповідно збільшується глибина внутрішніх перетворень компонентів парогазової суміші та глибина, їх розкладу. В результаті цього зменшується їх молекулярна маса і рідке паливо переходить із розряду важких в розряд палива легких бензинових фракцій. Залишену частину парогазової суміші направляють на наступну ступінь охолодженая, процес ведуть до отримання на кінцевій ступені рідкої фракції з заданою молекулярною масою. Таким чином, сукупність істотних ознак дозволить збільшити глибину та рівень розкладу як твердих відходів, так і окремих компонентів парогазової суміші, що дасть можливість збільшити до 85% вихід палива легких бензинових фракцій. Суть винаходу пояснюється кресленням: де: на фіг. 1 - зображена схема установки для реалізації запропонованого способу; 2 36342 на фіг. 2 - зображений графік змін молекулярної маси сполук органічних твердих побутових відходів, які налічують рівні кількості полімерів, гуми, деревини, текстилю при їх первинному піролізі; на фіг. З - зображений графік (продовження графіка фіг. 2) зміни молекулярної маси компонентів парогазової суміші при сполученні первинного піролізу із трьохступеневим повторним селективним піролізом окремих компонентів парогазової суміші: а - крива, отримана при первинному піролізі відходів; б - крива, отримана при сполученні первинного піролізу відходів із 3-х ступеневим повторним селективним піролізом окремих компонентів парогазової суміші:  - область одноступеневого повторного піролізу компонентів парогазової суміші з підвищеною молекулярною масою 1500 - 700; ‚ - область двохступеневого повторного піролізу компонентів парогазової суміші з молекулярною масою 700-400; ƒ - область трьохступеневого повторного піролізу компонентів парогазової суміші з молекулярною масою 400-200; в и г – ділянки кривих, які отримані шляхом обмеження відповідно одно – чи двохступеневим повторним піролізом. Установка (фіг. 1) має герметичний реактор 1, який охоплений нагріваючим елементом (на кресленні не показано), ступені охолодження 2, 3, 4, 5, розташовані одна над іншою в залежності від зниження їх температури Реактор 1 та ступені охолодження 2, 3, 4 у верхній своїй частині обладнані паровідводящими патрубками 6, 7, 8, 9, а ступінь 5 обладнана газопроводом 10. Кожна ступінь охолодження у нижній своїй частині обладнана відстойниками 11, 12, 13, 14. Трубопроводи 15, 16, 17 з`єднують відстойники ІЗ, 12, 11 з реактором 1. Трубопровід 18 та газопровід 10 з`єднують кінцеву ступінь охолодження 5 відповідно із споживачами кондиційного рідкого палива та горючого газу. Реактор 1 обладнаний пристроєм для завантаження 19 та тр убопроводом 20 для вилучення твердого залишку. Спосіб здійснюють наступним чином: Для заданого складу органічних тверди х побутових відходів експериментальним шляхом знаходять максимальну температуру реактора (для відходів, що мають рівні кількості полімерів, гуми, деревини та текстилю вона становить 800 °С), при цьому температура первинної парогазової суміші буде 450 0С. Відповідно з формулою винаходу знаходимо кількість ступіней охолодження: - температура першої ступені 450-100=3 50 °С; - температура другої ступені 350-100=250°С; - температура третьої ступені 250-100=150 OC. По формулі tn + tu = T p = const, де: tn- температура n-oi ступені охолодження, 0С; tu - температура реактора на заданому рів0 ні: С; Tp- максимальна температура реактора, 0C. Визначаємо температуру реактора на заданому рівні: tu = Tp - t n - температура заданого рівня реактора повернення рідкої фракції першої ступені: tu1 = 800 – 350 = 450 0C; - другої ступені: tu2 = 800 – 250 = 550 0C; - третьої ступені: tu3 = 800 – 150 = 650 0C. Зазначений склад органічних твердих поб утових відходів завантажують через пристрій для завантаження 19 в реактор 1, нагрітий в нижній своїй точці до максимальної температури 800 0С. Із збільшенням висоти та наближенням до пристрою для завантаження 19, через який подається холодна сировина, температура реактору зменшується. Відходи, нагріваючись у реакторі 1 без присутності кисню; розпадаються з отриманням багатокомпонентної парогазової суміші та твердого залишку - напівкоксу. В процесі швидкого нагріву різних видів відходів з широким діапазоном енергії активації, у відходах з малою енергією активації збільшується запас теплової енергії і відповідно підсилюється коливальний, обертальний та поступальний рух молекул. Кожна окрема молекула у відповідь на підвищенні температури проявляє себе в більшій чи меньшій мірі як самостійна частка. І при накопленні достатьної енергії більша частина молекул випарюється без достатньої міри розпаду, одержуючи, завдяки відомому способу, первинну парогазозу суміш з важкими компонентами, молекулярна маса яких вимірюється біля 1000 (див. криву (а), показану на фіг. 3). У відповідності з запропонованим способом, зазначену парогазову суміш піддають послідовному багатоступеневому охолодженню з пониженням температури кожної ступені. Для цьо-го отриману в реакторі первинну парогазову суміш при температурі 450 0С через трубопровід 6 (фіг. 1) подають на першу ступінь охолодження 2, яка має температуру 350 °С. Важкі компонент і первинної парогазової суміші, що мають молекулярну масу 700-1500, конденсуються в рідку фракцію та збираються у відстійнику 11 (фіг. 1), потім через трубопровід 17 самопливом поступають у задану точку реактора 1, де температура 450 °С. Таким чином, зберігається умова, що сума температури рідкої фракції даної ступені та температури заданої точки в реакторі повинна бути рівною максимальній температурі реактора, тобто 800 0С, що забезпечить оптимальні умови для глибокого розпаду компонентів та відповідно зменшення їх молекулярної маси, з отриманням більш легких складників рідкого палива. Отримана у реакторі 1 вторинна парогазова суміш зазнає повторного селективного відбору важких компонентів за принципом, як і первинна де: tc - температура кінцевої четвертої ступені охолодження, приймаємо -50 °С; tпгс - початкова температура первинної парогазової суміші, рівна 450 °С. Зважаючи на пониження температури кожної ступені, починаючи з початкової температури первиної парогазової суміші, на (70 - 100) OC, визначаємо температуру кожної ступені при зниженні на 100 0С: 3 36342 бензинових фракцій, 250 м 3 горючого газу, біля 100 кг котельного мазуту та 100 кг напівкоксу. Склад рідкої фракції після піролізу відходів по запропонованному способу: Таблиця парогазова суміш. В результаті процес піролізу проходить по кривій б (фіг. 3) і характеризує область  одноступеневого повторного піролізу компонент в парогазової суміші з молекулярною масою 700 -1500. Якщо обмежитися першою ступінню охолодження, то подальший процес піролізу піде по кривій в паралельно кривій а (фіг. 3). Так як у відповідності з представленим розрахунком налічується 4 ступені, то залишена більш легка частина парогазової суміші по трубопроводу 7 (фіг. 11 находить на другу ступінь охолодження 3 з температурою 250 °С. Компоненти парогазової суміші, що мають молекулярну масу 700-400 (див. фіг. 3, область ‚), конденсуються в рідку фракцію і збираються у відстойнику 12, потім через трубопровід 16 самопливом надходять у задану точку реактора 1 з температурою 350 °С, де також піддаються повторному піролізу. Більш легка частим а парогазової суміші, яка залишилася, по трубопроводу 8 надходить на третю ступінь охолодження 4 з температурою 150 0С. Компоненти парогазозої суміші з молекулярною масою 400-200 (див. фіг. 3, область ƒ) конденсуються в рідку фракцію, збираються у відстійнику 13, потім через трубопровід 15 самопливом надходять у задану точку реактора, що має температуру 650 0С, де також піддаються повторному піролізу. Залишена кондиційна частина парогазової суміші, у якої молекулярна маса нижче 200 (фіг. 3) що відповідає бензиновій фракції, конденсується на четвертій ступені охолодження, це температура 50 0С, збирається у відстойнику 14 і через трубопровід 18 надходить до споживача, а залишений горючий газ через газовідводящий патрубок 10 також надходить до споживача. Таким чином, запропонований спосіб утилізації твердих побуто вих відходів дає можливість збільшити глибину і рівень розкладу як твердих відходів, так і окремих компонентів парогазової суміші, що збільшує до 85 % виходів, палива легких бензинових фракцій. Твердий залишок збирається у нижній частині реактора і через трубопровід 20 виводиться із реактора. Твердий залишок представляє собою напівкокс і може бути використаний як тверде пічне паливо. Із вище зазначених відходів, використовуючи даний спосіб, отримують 600 кг рідкого палива Назва показників Результати аналізу Вміст суми парафінових вуглеводнів, % мас 45 -//- олефінових вуглеводнів, % мас 29,6 -//- кисневмісних вуглеводнів, % мас 13,0 -//-ароматичних вуглеводнів, % мас 6,3 -//-нафтенових вуглеводнів, % мас 6,1 Вміст водню, % мас 12,0 Вміст вуглецю, % мас 86,0 Вміст азоту, % мас 0,8 Вміст кисню, % мас 2,1 Середня молекулярна маса 161,5 Газова фракція є піролізним горючим газом, складеним в основному із метану СН 4- 74,5 %, етану С2Н6- 3,2 %, етилену C 2Н4- 4,56 %, пропілену C2H6 - 4 % та інших горючих складників; в цілому за своїми характеристиками його можна порівняти з природим газом. Середня теплота згорання природного газу 36700 кДж/кг, піролізного газу – 40200 кДж/кг. Піролізний горючий газ може бути застосований для власних потреб, обігріву реактора. Запропонований спосіб має велике народногосподарське значення як для поліпшення екології, так і в економіці. Він дозволяє утилізувати відходи, які в природних умовах практично не розпа-даються і забруднюють навколишнє середовище, крім цього із зазначених відходів можливо отримати енергоресурси у вигляді рідкого палива для двигунів вн утрішнього згорання, які є гостродефіцитними в період енергетичної кризи. 4 36342 Фіг. 1 Фіг. 2 5 36342 Фіг. 3 __________________________________________________________ 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 ___________________________________________________________ 6