RU2489475C1

RU2489475C1 - Method of treating organic wastes

Info

Publication number: RU2489475C1
Application number: RU2011151356/05A
Authority: RU
Inventors: Наиль Фарилович Тимербаев; Рушан Гареевич Сафин; Диляра Фариловна Зиатдинова; Руслан Рушанович Сафин; Алмаз Ринатович Садртдинов; Зульфия Гаптелахатовна Саттарова; Альбина Рашидовна Хисамеева; Салават Зиннурович Хайрутдинов; Альбина Альбертовна Семенова
Priority date: 2011-12-15
Filing date: 2011-12-15
Publication date: 2013-08-10
Also published as: RU2011151356A

Abstract

FIELD: chemistry.

SUBSTANCE: method involves consecutive steps for gasification with a gasifying agent of wastes of timber cutting and wood processing companies in direct flow conditions by pyrolysis, oxidation and reduction to obtain synthesis gas and solid inorganic products, a step for purifying and compressing the synthesis gas, a step for synthesis of liquid hydrocarbons by catalytic processing of the synthesis gas in two reaction zones, a step for separating the liquid hydrocarbons to engine fuel and a step for recycling the separated products. The gasifying agent used is pyrolysis gases formed from conductive heating of the wastes with generator gas and blow-off gases after separating the reaction products. Oxidation is carried out with oxygen-rich air. Charcoal at temperature of 500-550°C, containing a selective catalyst, is also fed into the reduction zone. After gasification, solid organic wastes are separated into ash and a recirculating selective catalyst. Sensible heat of the exhaust generator gas is recuperated for preliminary drying of timber felling wastes to moisture content of 25-30%.

EFFECT: invention reduces power consumption.

1 dwg

Description

Изобретение относится к области утилизации лигносодержащих отходов, в частности отходов лесозаготовительной и деревообрабатывающей промышленности, путем их газификации с последующим каталитическим превращением полученного синтез-газа в жидкие моторные топлива.The invention relates to the field of utilization of ligno-containing waste, in particular waste from the logging and woodworking industries, by gasifying them with the subsequent catalytic conversion of the resulting synthesis gas into liquid motor fuels.

Известен способ переработки отходов, включающий их газификацию при 350-1000°С и обработку газифицирующим агентом до содержания органических веществ в отходах ниже 100 г/т. Далее полученную газовую смесь подвергают расщеплению при 950-1050°С в течение 1 с на низкомолекулярные соединения или элементы, которые вводят в воду при 200-800°С для разделения на синтез-газ и низкомолекулярные соединения. Синтез-газ обрабатывают в присутствии катализатора с получением жидких углеводородов или спиртов, газообразных углеводородов и двуокиси углерода, см. Патент RU №2014346, МПК 5 C10J 3/00, 1994.A known method of processing waste, including their gasification at 350-1000 ° C and treatment with a gasifying agent to the organic matter content in the waste below 100 g / t. Next, the resulting gas mixture is subjected to cleavage at 950-1050 ° C for 1 s into low molecular weight compounds or elements that are introduced into water at 200-800 ° C for separation into synthesis gas and low molecular weight compounds. The synthesis gas is treated in the presence of a catalyst to produce liquid hydrocarbons or alcohols, gaseous hydrocarbons and carbon dioxide, see Patent RU No. 2014346, IPC 5 C10J 3/00, 1994.

Описанный способ требует больших энергетических затрат, к тому же для поддержания теплового баланса процесса газификации органических отходов в конвертер подают кислород и водород, полученные путем электролиза воды, который является весьма дорогим процессом.The described method requires high energy costs, in addition, to maintain the heat balance of the process of gasification of organic waste, oxygen and hydrogen obtained by electrolysis of water, which is a very expensive process, are fed into the converter.

Известен также способ переработки органических отходов, включающий стадию плазмотермической газификации путем обработки отходов газифицирующим агентом в присутствии горючего газа с получением газовой смеси (синтез-газа) и твердых неорганических продуктов, каталитическую переработку синтез-газа в газообразные и жидкие углеводороды, полученный после газификации синтез-газ или синтез-газ вместе с жидкими органическими отходами, подают в реактор синтеза углеводородов и подвергают превращению на бифункциональном катализаторе, содержащем оксиды цинка и хрома, хрома и меди в комбинации с кислотным компонентом - цеолитом типа ZSM-5, морденитом или силикоалюмофосфатом, в жидкие моторные топлива или жидкие моторные топлива и компоненты базы масел. Процесс в реакторе синтеза углеводородов проводят при давлении 2-100 атм и температуре 200-500°С, а газообразные побочные продукты, получаемые на стадии синтеза углеводородов, используют на стадии газификации или направляют в топливную сеть предприятия, см. Патент RU №2217199, МПК 7 A62D 3/00, C02F 11/00, 2003.There is also a known method of processing organic waste, including the stage of plasma-thermal gasification by treating the waste with a gasifying agent in the presence of a combustible gas to produce a gas mixture (synthesis gas) and solid inorganic products, catalytic processing of synthesis gas into gaseous and liquid hydrocarbons obtained after synthesis gasification gas or synthesis gas, together with liquid organic waste, is fed to a hydrocarbon synthesis reactor and subjected to conversion on a bifunctional catalyst, containing it oxides of zinc and chromium, copper and chromium in combination with an acid component - zeolite type ZSM-5, mordenite or silicoaluminophosphate, into a liquid fuel or a liquid fuel base oils and components. The process in the hydrocarbon synthesis reactor operated at a pressure of 2-100 atm and a temperature of 200-500 ° C, and gaseous by-products produced in the hydrocarbon synthesis step is used in the gasification step or sent to a fuel network of the enterprise, see. Patent RU №2217199, IPC 7 A62D 3/00, C02F 11/00, 2003.

Недостатком данного способа является то что, плазмотермическая газификация требует больших энергетических затрат.The disadvantage of this method is that plasma thermal gasification requires high energy costs.

Наиболее близким к предлагаемому способу по своей сущности является способ переработки органических отходов, включающий: стадию плазменной газификации с температурой не меньше 1300°С, путем обработки отходов газифицирующим агентом, содержащим кислород и водяной пар с получением синтез-газа и твердых неорганических продуктов, стадию очистки и компримирования синтез-газа, стадию синтеза жидких углеводородов каталитической переработкой в двух реакционных зонах, при этом в первой реакционной зоне расположен катализатор, оксидная часть которого и кислотный компонент находятся в смешанной или раздельной комбинации, а во второй реакционной зоне расположен кислотный катализатор, содержащий цеолит со структурой ZSM-5 или ZSM-11, стадии сепарации жидких углеводородов до моторного топлива, стадию утилизации сепарированных продуктов, при этом процесс в реакторе синтеза проводят в первой реакционной зоне при температуре 160-420°С и давлении 2-100 атм, а во второй реакционной зоне при температуре 300-500°С и давлении 2-100 атм, см. Патент RU №2333238, МПК C10J 3/16 (2006.01), В09В 3/00 (2006.01), C02F 11/00 (2006.01), 2008.The closest to the proposed method in essence is a method for processing organic waste, comprising: a step of plasma gasification of a temperature not less than 1300 ° C, by treatment of waste gasifying agent containing oxygen and steam to produce synthesis gas and solid inorganic product purification stage and compressing the synthesis gas, the stage of the synthesis of liquid hydrocarbons by catalytic processing in two reaction zones, while in the first reaction zone there is a catalyst, the oxide part torogo and the acid component are mixed or separate combination, and the second reaction zone is an acid catalyst comprising a zeolite with structure ZSM-5 or ZSM-11, step separation of liquid hydrocarbons to motor fuel, the step of recycling the separated products, and the process in the reactor synthesis is carried out in the first reaction zone at a temperature of 160-420 ° C and a pressure of 2-100 atm, and in the second reaction zone at a temperature of 300-500 ° C and a pressure of 2-100 atm, see Patent RU No. 2333238, IPC C10J 3 / 16 (2006.01), B09B 3/00 (2006.01), C02F 11/00 (2006.01), 2008.

Основными недостатками данного способа являются: высокая температура плазменной газификации, вызывающая повышенный износ высокотемпературных материалов при переносе тепла через стенки реактора; высокие энергетические затраты, обусловленные плазменной газификацией.The main disadvantages of this method are: high temperature of plasma gasification, causing increased wear of high-temperature materials during heat transfer through the walls of the reactor; high energy costs due to plasma gasification.

Задачей данного способа является сокращение энергетических затрат при переработке органических отходов.The objective of this method is to reduce energy costs in the processing of organic waste.

Техническая задача решается способом переработки органических отходов, включающим стадию газификации путем обработки органических отходов газифицирующим агентом, с получением синтез-газа и твердых неорганических продуктов, стадию очистки и компримирования синтез-газа, стадию синтеза жидких углеводородов каталитической переработкой синтез-газа в двух реакционных зонах, при этом в первой реакционной зоне расположен катализатор, оксидная часть которого и кислотный компонент находятся в смешанной или раздельной комбинации, а во второй реакционной зоне расположен кислотный катализатор, содержащий цеолит со структурой ZSM-5 или ZSM-11, стадию сепарации жидких углеводородов до моторного топлива, стадию утилизации сепарированных продуктов, при этом каталитическую переработку синтез-газа проводят в первой реакционной зоне при температуре 160-420°С и давлении 2-100 атм, а во второй реакционной зоне при температуре 300-500°С и давлении 2-100 атм, в котором в качестве органических отходов используют отходы лесозаготовок и деревообрабатывающих предприятий, стадию газификации отходов ведут в прямоточном режиме путем пиролиза, окисления и восстановления с получением генераторного газа, в качестве газифицирующего агента используют пиролизные газы, образующиеся в результате кондуктивного нагрева органических отходов генераторным газом, а также газы сдувок после сепарации продуктов реакций, окисление осуществляют воздухом, обогащенным кислородом, в восстановительную зону дополнительно вводят древесный уголь с температурой 500-550°С, содержащий селективный катализатор, твердые органические отходы после газификации сепарируют на золу и рециркулирующий селективный катализатор, а физическое тепло отходящего генераторного газа рекуперируют для предварительной сушки отходов лесозаготовок до влагосодержания 25-30%.The technical problem is solved by the method of processing organic waste, including the stage of gasification by treating organic waste with a gasifying agent, to produce synthesis gas and solid inorganic products, the stage of purification and compression of synthesis gas, the stage of synthesis of liquid hydrocarbons by catalytic processing of synthesis gas in two reaction zones, while in the first reaction zone there is a catalyst, the oxide part of which and the acid component are in a mixed or separate combination, and in the second the reaction zone is an acid catalyst comprising a zeolite with structure ZSM-5 or ZSM-11, the step of separating the liquid hydrocarbon fuel to the engine, the step of recycling the separated products, and the catalyst recycle synthesis gas is carried out in a first reaction zone at a temperature of 160-420 ° C and a pressure of 2-100 atm, and in the second reaction zone at a temperature of 300-500 ° C and a pressure of 2-100 atm, in which waste from logging and woodworking enterprises is used as organic waste, I conduct the gasification stage of the waste t in direct-flow mode by pyrolysis, oxidation, and reduction to produce generator gas, pyrolysis gases generated as a result of conductive heating of organic waste by generator gas are used as gasification agent, as well as blow-off gases after separation of reaction products, oxidation is carried out with oxygen enriched air, the recovery zone is additionally introduced charcoal with a temperature of 500-550 ° C, containing a selective catalyst, solid organic waste after gasification of the separator The recirculating selective catalyst is also pulverized to ash, and the physical heat of the waste generator gas is recovered for preliminary drying of the logging waste to a moisture content of 25-30%.

Решение технической задачи позволяет сократить энергетические затраты при переработке органических отходов.The solution to the technical problem reduces energy costs in the processing of organic waste.

Способ осуществляют следующим образом, см. Фиг.1: в бункер 1 загружают отходы деревообработки, которые поступают в сушильную камеру 2 для предварительной сушки до влагосодержания 25-30%.The method is as follows, see Figure 1: in the hopper 1 load the waste wood, which enters the drying chamber 2 for preliminary drying to a moisture content of 25-30%.

Обработку органических отходов ведут газифицирующим агентом, с получением синтез-газа и твердых неорганических продуктов.Organic waste is treated with a gasifying agent to produce synthesis gas and solid inorganic products.

Стадию газификации отходов ведут в прямоточном режиме, при этом отходы деревообработки шнековым дозатором 3 подают в газогенератор 4, в котором в средней части находится зона пиролиза 5. Пиролиз отходов осуществляют при температуре 450-500°С. В результате процесса пиролиза получают пиролизные газы, которые направляют в зону окисления 6. Для осуществления процесса окисления пиролизных газов через форсунки 7 поступает окислитель, в качестве которого используют воздух, обогащенный кислородом, подаваемый газодувкой 8 через сепаратор воздуха (обогатитель воздуха кислородом) 9. Далее продукты окисления подают в зону восстановления 10. В зону восстановления шнековым транспортером 12 дополнительно подают древесный уголь с температурой 500-550°С, смешанный с селективным катализатором, последний способствует увеличению образования оксида углерода за счет ускорения реакции взаимодействия угля с двуокисью углерода, содержащегося в генераторном газе.The waste gasification stage is carried out in a straight-through mode, while the woodworking waste with the screw doser 3 is fed to a gas generator 4, in which the pyrolysis zone 5 is located in the middle. Pyrolysis of the waste is carried out at a temperature of 450-500 ° C. As a result of pyrolysis receive pyrolysis gases, which is sent to the oxidation zone 6. To carry out the oxidation of the pyrolysis gases through the nozzle 7 enters the oxidizer, which is used as oxygen-enriched air, supplied by compressor 8 via an air separator (air dressing oxygen) 9. Further oxidation products are fed to a reduction zone 10. Charcoal with a temperature of 500-550 ° C. mixed with a selective catalyst is additionally fed to the reduction zone by a screw conveyor 12, the latter contributes to an increase in the formation of carbon monoxide by accelerating the reaction of the interaction of coal with carbon dioxide contained in the generator gas.

Древесный уголь вырабатывается в установке углежжения (УУ) 13. Генераторный газ, образовавшийся в зоне восстановления 10, кондуктивно нагревает стенки зоны пиролиза 5 газогенератора 4. В зону окисления 6 через форсунки 14 вводят газы сдувок и легкие углеводороды. В нижней части камеры находится гибкий шнековый транспортер 11 для сепарации золы от селективного катализатора и подачи последнего на рециркуляцию. Далее генераторный газ подают в циклон 15 для очистки от золы и затем в систему охлаждения: вначале в рекуперативный теплообменник 16, работающий по принципу «газ-газ», охлаждаемый воздухом с помощью вентилятора 17, затем в холодильник 18, охлаждаемый оборотной водой. Затем генераторный газ подают в рукавный фильтр 19, где происходит дополнительная очистка от золы. Далее его подают в сепаратор 20 для выделения из него примесей (метана, двуокиси углерода, воды), которые поступают через форсунки 14 в зону окисления 6. Полученный синтез-газ сжимается компрессором 33 и подается в реактор 21 для его каталитической переработки. В первой реакционной зоне процесс протекает на катализаторе, содержащем оксиды цинка и хрома в комбинации с кислотным компонентом-цеолитом типа ZSM-5, при температуре 160-420°С и давлении 2-100 атм. Газовая смесь после первой реакционной зоны поступает во вторую реакционную зону и контактирует с кислотным многофункциональным катализатором-цеолитом при температуре 300-500°С и давлении 2-100 атм. Полученные продукты реакции охлаждают вначале в рекуперативном теплообменнике 22, затем оборотной водой в холодильнике 23, после чего они поступают в сепаратор высокого давления (СВД) 24, а затем в сепаратор низкого давления (СНД) 25 и в отстойник 26. В отстойнике 26 из нестабильной бензиновой фракции выделяют воду, которую собирают в емкости для оборотной воды 27. Далее из воды выделяют метан, который поступает в линию сдувочных газов 28. Бензиновую фракцию направляют в выпарной аппарат 29 для сепарации легких углеводородов. Из выпарного аппарата 29 бензиновую фракцию при помощи жидкостного насоса 30 собирают в сборнике готовой продукции 31. В эжекторе 32 синтез-газ эжектируют рециркулирующим газом с помощью компрессора 33.The charcoal produced in coal burning installation (CU) 13. The product gas formed in the recovery zone 10, conductively heats the walls of the pyrolysis zone 4. The gas generator 5 oxidation zone 6 via nozzle 14, blow-offs introduced gases and light hydrocarbons. In the lower part of the chamber is a flexible screw conveyor 11 for separating ash from a selective catalyst and supplying the latter for recycling. Further product gas is fed to the cyclone 15 for removal of ash and then into the cooling system: first, the recuperative heat exchanger 16, operating on the principle "gas-gas" air-cooled by a fan 17, then to the cooler 18, cooled by circulating water. Then the generator gas is fed into the bag filter 19, where additional ash removal takes place. Then it is fed to the separator 20 to separate impurities (methane, carbon dioxide, water) from it, which enter through the nozzles 14 into the oxidation zone 6. The resulting synthesis gas is compressed by the compressor 33 and fed to the reactor 21 for its catalytic processing. In the first reaction zone, the process proceeds on a catalyst containing zinc and chromium oxides in combination with an acid component-zeolite type ZSM-5, at a temperature of 160-420 ° C and a pressure of 2-100 atm. The gas mixture after the first reaction zone enters the second reaction zone and is contacted with an acidic multifunctional zeolite catalyst at a temperature of 300-500 ° C and a pressure of 2-100 atm. The resulting reaction products are first cooled in a recuperative heat exchanger 22, then with recycled water in the refrigerator 23, after which they enter a high pressure separator (SVD) 24, and then to a low pressure separator (SND) 25 and to a settling tank 26. In a settling tank 26 from unstable gasoline fraction emit water, which is collected in a tank for recycled water 27. Next, methane is extracted from the water, which enters the line of purge gases 28. The gasoline fraction is sent to the evaporator 29 for the separation of light hydrocarbons. From the evaporator 29, the gasoline fraction is collected using a liquid pump 30 in a finished product collector 31. In the ejector 32, the synthesis gas is ejected with recirculating gas using a compressor 33.

Сдувочные газы с сепараторов 24, 25 и с отстойника 27, а также легкие углеводороды с выпарного аппарата 29, выделяемые в ходе процесса, направляют через форсунки 14 в газогенератор 4 в зону окисления 6.Sludge gases from separators 24, 25 and from the settling tank 27, as well as light hydrocarbons from the evaporator 29, emitted during the process, are sent through nozzles 14 to the gas generator 4 to the oxidation zone 6.

В сушильной камере 2 осуществляют конвективную сушку древесных отходов теплоносителем, получаемым в рекуперативном теплообменнике 16.In the drying chamber 2, convective drying of wood waste is carried out with the heat carrier obtained in the recuperative heat exchanger 16.

Влагосодержание должно быть на уровне 25-30%: если будет меньше 25%, то в синтез-газе уменьшится содержание водорода, если будет больше 30%, то синтез-газ получится с повышенным влагосодержанием.The moisture content should be at the level of 25-30%: if it is less than 25%, then the hydrogen content in the synthesis gas will decrease, if it is more than 30%, then the synthesis gas will be obtained with increased moisture content.

Температура дополнительно вводимого древесного угля поддерживается на уровне 500-550°С. При температуре меньше 500°С, ухудшаются условия для проведения восстановительной реакции. При температуре больше 550°С усложняется аппаратурное оформление процесса подачи древесного угля.The temperature of the additionally introduced charcoal is maintained at a level of 500-550 ° C. At a temperature of less than 500 ° C, the conditions for conducting a reduction reaction worsen. At temperatures above 550 ° C, the hardware design of the charcoal supply process is complicated.

Таким образом, заявляемый объект позволяет сократить энергетические затраты при переработке органических отходов.Thus, the claimed facility allows to reduce energy costs in the processing of organic waste.

Claims

A method of processing organic waste, including the stage of gasification by treating organic waste with a gasifying agent to produce synthesis gas and solid inorganic products, the stage of purification and compression of synthesis gas, the stage of synthesis of liquid hydrocarbons by catalytic processing of synthesis gas in two reaction zones, the first the reaction zone is a catalyst, the oxide part of which and the acid component are in a mixed or separate combination, and in the second reaction zone is located a slot catalyst containing a zeolite with a ZSM-5 or ZSM-11 structure, a stage for separating liquid hydrocarbons to motor fuel, a stage for utilizing separated products, while the catalytic processing of synthesis gas is carried out in the first reaction zone at a temperature of 160-420 ° C and a pressure of 2 -100 atm, and in the second reaction zone at a temperature of 300-500 ° C and a pressure of 2-100 atm, characterized in that waste from logging and woodworking enterprises is used as organic waste, the stage of gasification of waste is carried out in direct-flow mode by pyrolysis, oxidation and reduction to produce generator gas, pyrolysis gases generated as a result of conductive heating of organic waste by generator gas are used as gasification agent, as well as blow-off gases after separation of reaction products, oxidation is carried out with oxygen enriched air into the reduction zone enter charcoal with a temperature of 500-550 ° C, containing a selective catalyst, solid organic waste after gasification is separated into ash and recycle selective thermal catalyst, and the physical heat of the off-gas generator is recovered for pre-drying the logging waste to a moisture content of 25-30%.