Спосіб переробки побутових відходів у паливні компоненти

Реферат: Спосіб переробки побутових відходів у паливні компоненти включає завантаження попередньо нагрітої сировини в реактор для термохімічної переробки, термохімічну переробку сировини в присутності каталізатора, вивантаження залишку й розділення парогазової суміші на рідку й газову складові, причому як каталізатор використовують порошкоподібну суміш солей молібдену, що містять 4-5 % двоокису молібдену MoO2 і глинозему, при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: солі молібдену - 10-12, глинозем - інше, а термохімічну переробку ведуть при температурі 270-350 °C протягом 3-3,5 хв. шляхом створення спіралевидного потоку суміші подаваних назустріч один одному сировини й каталізатора обертанням мішалки реактора зі швидкістю 4300-4700 об./хв. UA 75656 U (54) СПОСІБ ПЕРЕРОБКИ ПОБУТОВИХ ВІДХОДІВ У ПАЛИВНІ КОМПОНЕНТИ UA 75656 U UA 75656 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до області термохімічної переробки органічної сировини й може бути використана для переробки побутових відходів у твердому, рідкому або змішаному станах у паливні компоненти. Відомий спосіб термічної переробки твердих органічних відходів, переважно гумовотехнічних виробів, що полягає в завантаженні відходів, низькотемпературному піролізі відходів у реакторі у протитечії з газоподібним теплоносієм, отриманим від спалювання технологічного палива, що вводиться в нижню частину реактора, вивантаженні вуглецевого залишку з наступним його охолодженням, конденсації одержуваної парогазової суміші з розділенням її на кілька фракцій паливної рідини й піролізний газ, при цьому завантаження відходів і вивантаження вуглецевого залишку з реактора здійснюють циклічно при відношенні маси завантажуваних відходів до маси вивантажуваного вуглецевого залишку, рівної 3:(0,8-1,2), завантаження відходів здійснюють із інтервалом, що включає час розігріву завантажуваних відходів і додатковий час, рівний 0,4-0,6 часу максимальної швидкості виділення піролізного газу, парогазову суміш перед конденсацією попередньо очищають від речовин саж і смолистих фракцій зрощенням органічною й/або водно-органічною рідиною при температурі 350-500 °C, конденсацію парогазової суміші з послідовним виділенням паливних фракцій проводять у діапазоні температур 70-350 °C, а конденсацію води при температурі 25-60 °C і одержуваний при цьому залишковий піролізний газ направляють на спалювання з утилізацією тепла, причому в період пуску з повним завантаженням реактора газоподібний теплоносій подають двома потоками: основний потік у кількості 60-70 % від загальної витрати - в осьову зону реактора, а інший - у його пристінну зону [RU № 2393200 С2, кл. C10G 1/10, C10L 5/48, С10В 49/02, C08J 11/00, F23G 5/027, опубл. 27.06.2010 р.]. Реалізація відомого способу зв'язана зі складністю регулювання процесу піролізу, низьким виходом рідких паливних компонентів, низьким рівнем очищення піролізного газу від смолистих фракцій, що призводить до змушеної нестабільної роботи устаткування через заростання його смолистими речовинами. Найбільш близьким аналогом пропонованої корисної моделі є спосіб термохімічної переробки органічної сировини у вигляді твердих побутових і виробничих відходів у паливні компоненти, що включає завантаження сировини в реактор для термохімічної переробки, термохімічну переробку сировини в присутності каталізатора, здійснювану в потоці газоподібного теплоносія, що вводиться в нижню частину реактора, вивантаження вуглецевого залишку й розділення парогазової суміші на рідку й газову складові, при цьому каталізатор уводять в органічну сировину перед завантаженням у реактор, здійснюють попереднє нагрівання й додаткову продувку органічної сировини від кисню, для рівномірної й повної обробки сировини в реактор щонайменше у двох місцях, уводять газоподібний теплоносій, що готовлять поза реактором, а розділення парогазової суміші здійснюють шляхом її східчастого пропущення через розділові апарати, де виділяють із суміші не менш двох фракцій рідких вуглеводнів і паливний газ, після чого суміш пропускають через теплообмінник для збору залишків фракцій рідких вуглеводнів, далі суміш направляють у циклон-сепаратор, де остаточно відокремлюють фракції рідких вуглеводнів, а очищений паливний газ направляють для подальшого використання [RU, № 2275416 С1, кл. C10L5/48, F23G5/027, опубл. 27.04.2006 p.]. Відомий спосіб не забезпечує досягнення необхідного технічного результату по наступних причинах. Вихідну органічну сировину завантажують у верхню секцію реактора після змішування його з каталізатором за якийзвичайно використовують мікрогранули цеоліту. Використовувані каталізатори мають низьку каталітичну активність, спричиняючи низьку активацію реакції між каталізатором і сировиною, що вимагає проведення термохімічного процесу при температурі вище 350 °C. При цьому утворюються коксокристали (сажа) і газ метан у результаті того, що переміщені атоми водню перетворюють ланцюжки СН2 у СН4. Це вимагає проведення процесу синтезу по методу Фішера-Тропша (високотемпературна газифікація з наступним перетворенням газу в продукти: синтез-газ, котельне паливо, що містить S і ін., наприклад діоксини), що порушує екологічну ситуацію. Низька каталітична активність каталізатора і його забруднення, а також змішування його із сировиною перед подачею в реактор призводить до утворення невеликої площі поверхні контакту каталізатора із сировиною, не дозволяє здійснювати активацію реакції на глибокому рівні, оскільки вона завершується передчасно, не забезпечуючи можливості більш повного реагування сировини з каталізатором. При цьому також зменшується вихід парогазової суміші, а утворений вуглецевий залишок являє собою спечену масу, що переміщається у вигляді пробки. У процесі руху такої маси по реактору порушується газодинаміка, газовий потік починає 1 UA 75656 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 зміщатися до периферії реактора, а вуглецевий залишок - до центра, що викликає закупорку робочого простору реактора. Термохімічна переробка сировини, здійснювана в потоці газоподібного теплоносія, що готовлять поза реактором, вимагає додаткових енерговитрат і призводить до забруднення атмосфери при його підготовці й транспортуванні до реактора. При цьому подача газоподібного теплоносія в реактор приводить до утворення азото-водневої суміші, погіршуючи безпеку процесу переробки. Все це призводить до одержання готового продукту невисокої якості й погіршення екологічної обстановки. В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалення способу переробки побутових відходів у паливні компоненти, у якому за рахунок технологічних особливостей і використання нового каталізатора забезпечується можливість проведення термохімічної переробки сировини без подачі теплоносія ззовні з активацією реакції на глибокому рівні за рахунок збільшення площі поверхні контакту каталізатора із сировиною й зниження часу її проходження, запобігаючи утворенню коксокристалів і метану, що приводить до одержання готового продукту високої якості при поліпшенні екологічної обстановки. Поставлена задача вирішується тим, що в способі переробки побутових відходів у паливні компоненти, що включає завантаження попередньо нагрітої сировини в реактор для термохімічної переробки, термохімічну переробку сировини в присутності каталізатора, вивантаження залишку й розділення парогазової суміші на рідку й газову складові, згідно з корисною моделлю, як каталізатор використовують порошкоподібну суміш солей молібдену, що містять 4-5 % двоокису молібдену МоО2 і глинозему при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: солі молібдену 10-12, глинозем - інше, а термохімічну переробку ведуть при температурі 270-350 °C протягом 3-3,5 хв шляхом створення спіралевидного потоку суміші подаваних назустріч один одному сировини й каталізатора обертанням мішалки реактора зі швидкістю 4300-4700 об/хв. Спосіб здійснюють таким чином. Побутові відходи, відділені від будівельного сміття, металу, скла подають із бункера в дезінтегратор, поздовжня вісь якого розташована під кутом 130° до поздовжньої осі бункера. У перфорованому барабані дезінтегратора здійснюють дроблення відходів лопатями шнека, що обертається зі швидкістю 2900-3100 об/хв, до фракції 2-40 мм із одночасним сушінням і розігрівом до 110-120 °C за рахунок вібротертя перероблюваних відходів. Далі здрібнену масу подають у циклонну сушарку, де за рахунок подачі нагрітого до температури 180 °C повітря, щоб уникнути окислювання сировини киснем повітря, здійснюють її розігрів і одержання вологості 10-14 %, при цьому ведуть контроль температури й вологості датчиками, установленими на циклонній сушарці. Підготовлену масу подають у змішувальну камеру турбіни, ротор якої має різновеликі виступи. У змішувальній камері здійснюють розігрів маси до температури, рівної 270-320 °C за рахунок високих обертів ротора, що забезпечує значне тертя сировини з елементами ротора й стінками камери. Отриману сировину завантажують через завантажувальний отвір у реактор із установленою в ньому вертикальною мішалкою, що обертається зі швидкістю 4300-4700 об/хв, елементи якої захоплюють розігріту сировину. Одночасно назустріч подаваній сировині подають попередньо підготовлений порошкоподібний каталізатор у кількості 0,8-1,2 % від маси сировини. Як каталізатор використовують порошкоподібну суміш солей молібдену, що містять 4-5 % двоокису молібдену МоО2 і глинозему при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: солі молібдену 10-11, глинозем - інше. Каталізатор готовлять шляхом змішування спеченого глинозему із солями молібдену, що містять двоокис молібдену МоО 2 у зазначеному співвідношенні й спікають при температурі 1800-2000 °C протягом 40 хв. Отриманий агломерат подрібнюють на дезінтеграторі й просівають на 4 ситах з різновеликими розмірами, після чого змішують і одержують порошкоподібний каталізатор фракцією, рівною 2-4 мм. У реакторі здійснюють термохімічну переробку сировини при температурі 270-350 °C протягом 3-3,5 хв шляхом створення спіралевидного потоку суміші подаваних назустріч один одному сировини й каталізатора обертанням мішалки реактора. При цьому активація реакції відбувається на глибокому рівні за рахунок збільшення площі поверхні контакту каталізатора із сировиною й підтримкою суміші в нагрітому стані. У міру проходження спіралевидного потоку розм'якшеної суміші від верху до днища реактора, вона перетворюється в безвуглецевий залишок, що містить сірку й інші домішки, осаджуючись на днищі. Залишок обдувають атмосферним повітрям, що розігрівають до температури 200 °C і подають для підігріву перероблюваних відходів у циклонну сушарку, при 2 UA 75656 U 5 10 15 20 25 30 35 цьому при транспортуванні повітря втрачає температуру й у сушарку подається при температурі 180 °C. Утворювану в реакторі вуглеводневу парогазову суміш через відвід по трубопроводу подають у ректифікаційну колону. Вуглеводневу парогазову суміш у ректифікаційній колоні піддають очищенню від механічних домішок, які залишають на вході колони. Вільну від сірки вуглеводневу парогазову суміш розділяють на рідку й газову складові паливних компонентів. Розділення парогазової суміші здійснюють шляхом її східчастого пропущення через розділові апарати, де виділяють із суміші фракцію рідких вуглеводнів, а очищений паливний газ направляють для подальшого використання. Отриману фракцію рідких вуглеводнів, близьку до моторного палива, зливають у ємкість, а безвуглецевий залишок вивантажують із реактора для подальшого використання як компоненти дорожнього будівництва, наповнювачів, породозаповнювачів, залежно від фракції. Використання як каталізатора порошкоподібної суміші солей молібдену, що містять 4-5 % двоокису молібдену МоО2 і глинозему при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: солі молібдену 10-11, глинозем - інше, дозволяє здійснювати активацію реакції на більш глибокому рівні при збереженні його каталітичної активності протягом більш тривалого часу. Це обумовлено тим, що процес його взаємодії з обертовою сировиною відбувається по значній площі поверхні контакту, а здійснення термохімічної переробки при температурах не більше 350 °C, запобігаючи забрудненню каталізатора, дає можливість більш повно прореагувати каталізатору із сировиною. Оскільки каталізатор пропонованого складу має високу каталітичну активність, забезпечуючи активацію реакції на глибокому рівні, процес його розкладання відбувається при температурі 270-350 °C, запобігаючи утворенню коксокристалів і газу метану. Термохімічна переробка за пропонованою температурою приводить до утворення коротких ланцюжків СН2, що є основним компонентом рідкого палива (котельне, дизельне, реактивне). Крім того, використання каталізатора у вигляді порошкоподібної суміші фракцією, рівною 24 мм знижує час проходження реакції на більш глибокому рівні в результаті збільшення площі поверхні контакту каталізатора із сировиною, оскільки в реакції беруть участь спочатку дрібні частки, потім більші. При цьому підвищується вихід більш чистого продукту - парогазової суміші, що знижує витрати на очищення дистиляту, а в залишку залишаються всі шкідливі домішки. Приклад. Пропонований і відомий способи переробки побутових відходів здійснювали для одержання моторного палива. Для реалізації пропонованого способу як каталізатор використовували порошкоподібну суміш солей молібдену, що містять 4-5 % двоокису молібдену МоО2 і глинозему, для реалізації способу-найближчого аналога використовували мікрогранули цеоліту. Технологічні параметри представлені в таблиці, де варіанти №№ 1-3 - пропонований спосіб, № 4 - найближчий аналог. Таблиця № пп 1 2. 3. 4. 40 45 Склад каталізатора, мас. % солі молібдену Температура Вологість сировини, що сировини, % подається в глинозем реактор, °C 10 90 11 89 12 88 Мікросферичний цеоліт 14 12 10 23 270 300 320 370 Температура термохімічної переробки, °C 270 330 350 370 Швидкість обертання мішалки реактора, об/хв 4700 4500 4300 50 Час, хв. 3 3,2 3,5 35 Отримане по пропонованому способу моторне паливо відповідає дизельному паливу із цетановим числом 52-54 і вільно від шкідливих домішок, таких як сірка, металеві домішки та ін. Моторне паливо, отримане по способу-найближчому аналогу, містить шкідливі домішки й відповідає дизельному паливу із цетановим числом 42-45, що досягнуто проведенням процесу синтезу по методу Фішера-Тропша. Проведення термохімічної переробки при більш низькій температурі, не потребуючої підготовки газоподібного теплоносія і його подачі ззовні в реактор, знижує енергетичні витрати в порівнянні з відомим способом на 12-15 %. Реалізація пропонованого способу забезпечує поліпшення екологічної обстановки в результаті запобігання викидам СО2 і метану. 3 UA 75656 U Таким чином, використання заявлюваного способу переробки побутових відходів у паливні компоненти приводить до одержання готового продукту високої якості при поліпшенні екологічної обстановки за рахунок можливості проведення термохімічної переробки сировини без подачі теплоносія ззовні з активацією реакції на глибокому рівні. 5 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 10 15 Спосіб переробки побутових відходів у паливні компоненти, що включає завантаження попередньо нагрітої сировини в реактор для термохімічної переробки, термохімічну переробку сировини в присутності каталізатора, вивантаження залишку й розділення парогазової суміші на рідку й газову складові, який відрізняється тим, що як каталізатор використовують порошкоподібну суміш солей молібдену, що містять 4-5 % двоокису молібдену MoO2 і глинозему, при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: солі молібдену - 10-12, глинозем - інше, а термохімічну переробку ведуть при температурі 270-350 °C протягом 3-3,5 хв. шляхом створення спіралевидного потоку суміші подаваних назустріч один одному сировини й каталізатора обертанням мішалки реактора зі швидкістю 4300-4700 об./хв. Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4