BG61459B1

BG61459B1 - Инсталация и метод за използване на горливи вещества, по-специално на индустриални и домашни отпадъци

Info

Publication number: BG61459B1
Application number: BG98329A
Authority: BG
Inventors: Peter Jeney; Ernst Christen
Original assignee: Peter Jeney; Ernst Christen
Priority date: 1992-12-24
Filing date: 1993-12-23
Publication date: 1997-08-29
Also published as: SI9300672A; CN1093454A; EP0604826A1; CA2112337A1; IL108116A; BG98329A; FI935829A; AU665474B2; RU2120468C1; PL301625A1; NO934803L; SK147093A3; KR940015367A; LV11334B; JPH06293890A; US5464454A; FI935829A0; LV11334A; NO934803D0; TR28920A

Abstract

1. Инсталация за газифициране, състояща се най-малко от един реактор за изгаряне или газифициране, включващ камера за изгаряне, съответно газифициране, с най-малко едно горивно и едно газово захранване и с най-малко един газоотвод,характеризираща сес това, че реакторът за изгаряне или газифициране(1) е реактор с двоен купол, при който камерата за изгаряне, съответно газифициране, е образувана от един външен купол (1В) и един предимно концентричен на него, въртящ се вътрешен купол (1А), като най-малко един от куполите (1А, 1В) е с възможност да се измества във вертикална посока.

Description

Област на техниката

Изобретението се отнася до инсталация за използване на горливи вещества и поспециално до инсталация за премахване на горливи индустриални отпадъци при добив на енергия, както и до метод за превръщане на горливите вещества в подходяща за този метод форма, по-специално в брикети с определена калоричност.

Предшестващо състояние на техниката

Известни са инсталации за изгаряне на домашни отпадъци с едновременно получаване на енергия. Експлоатацията на такива инсталации с индустриални отпадъци, особено с такива, които се отнасят към специалните, е проблематично, тъй като специалните отпадъци включват халогенсъдържащи продукти, които могат да доведат до повреждане на самата инсталация за изгаряне. Освен това за сигурното изгаряне на специалните отпадъци са необходими равномерни температури, които трудно се поддържат, тъй като добавянето на различни отпадъци с различна калоричност води до нежелано спадане на температурата. Този проблем днес се решава най-често, като при горенето се използват допълнителни енергоносители. При изгаряне на специалните отпадъци се получават опасни вещества, например диоксини и дибензофурани, които представляват също проблем, който се решава, като температурата на горене се поддържа непрекъснато над 1260°С.

Освен това повечето горливи вещества са склонни да образуват един плътен повърхностен слой по време на горенето, който затруднява пълното изгаряне или газифициране.

Друг проблем представлява междинното или крайно съхраняване на токсични, особено на течни, а също така и на твърди отпадъци, което изисква скъпоструващи мерки за сигурност. Заедно с това, днес става все по-трудно намирането на нови площадки, както за сметища за споменатите специални отпадъци, така и за инсталации за изгаряне на тези специални отпадъци, а също така проблем е и експлоатацията на вече съществуващите инсталации.

Освен това транспортирането, особено 5 на течни токсични индустриални отпадъци, представлява един генерален, общоизвестен проблем.

Техническа същност на изобретението

Задача на настоящото изобретение е да се създаде инсталация, която позволява попълно, при това бедно на или освободено от вредни вещества, изгаряне, съответно газифициране на твърди горливи вещества, предимно при високи температури и с получаване на енергия, както и да се създаде метод за получаване на твърдо гориво с определена калоричност от течни и твърди отпадъци, които са поне отчасти горливи.

Задачата се решава с помощта на един реактор с двоен купол и с горивна камера, оформена между неподвижен външен и въртящ се вътрешен купол, предимно в комбинация с катализаторна станция за приготвяне на газова смес, подпомагаща газифицирането.

Описание на приложените фигури

Изобретението се илюстрира по-подробно с помощта на приложените фигури, от които:

Фигура 1 представлява инсталация за изгаряне, съответно газифициране, със затворен цикъл и добив на енергия;

Фигура 2 показва подробно една катализаторна станция 2 и

Фигура 3 показва подробно схематично изображение на инсталация за получаване на твърдо гориво под форма на брикети с определена калоричност, по-специално от горливи индустриални или домашни отпадъци.

Означенията на фигурите имат следното значение:

реактор за газифициране, съответно изгаряне

1А вътрешен купол 50 1В външен купол катализаторна станция енергиен генератор инсталация за брикетиране, резервоар за складиране или за доставка на гориво отделител на течност контейнер за добиване на водороднокислородна смес, който е взривообезопасен контейнер за повторна обработка на утайката регулиращ вентил/дозиращ уред разтвор на лантаниди утайка топлообменник топлинен източник, например за газ от реактор 1 топлопровод за повторна преработка помпа захранване на инсталацията за изгаряне на водородно-кислородна смес контейнер за раздробяване на твърди калорични отпадъци резервоар за съхранение на течни калорични отпадъци средства за добавяне на реактиви /регулиращи химикали/ контейнер за добавяне на средства, подпомагащи горенето смесителен резервоар захранване с раздробени твърди отпадъци средство за подаване на метали /Си, Zn, Мп/, съответно техни соли и/или силикати

22А средство за подаване на втвърдяващо вещество смесителен реакционен резервоар 23А радиоактивно облъчване нагнетателна помпа или преса средство за подаване на хомогенно гориво директно в инсталацията за изгаряне

25А средство за подаване на хомогенно гориво в слад

Примери за изпълнение на изобретението

Камерата за газифициране се намира между два купола 1А и 1В и е снабдена наймалко с едно горивно и едно газово захранване, както и най-малко с един газоотвод.

Куполите 1А и 1В са направени от материал, устойчив на високи температури. Изискванията към материала на куполите 1А и 1В се определят от горивото, респективно от температурата, която трябва да се достигне с него. За да се осъществи бедно или освободено от вредни вещества изгаряне или газифициране на индустриални отпадъци, особено на токсични индустриални отпадъци, са необходими високи температури, обикновено най-малко над 1260°С, предимно от 1500°С до 2000°С. За тези температури са особено подходящи реактори 1 с куполи 1А и 1В от специални керамики, каквито например са създадени за космическите полети, както и куполи от подходящи термичноустойчиви метални сплави или от други подходящи термичноустойчиви материали.

Куполите 1А и 1В представляват концентрични сферични сегменти, които преминават в конус. Вътрешният купол 1А се върти, което води до равномерно изгаряне без образуване на катакомби и преди всичко може да се измества спрямо външния купол 1В. Чрез това изместване се регулира размерът на камерата за изгаряне, съответно газифициране, между куполите 1А и 1 В, а заедно с това се регулират скоростта на протичане на процеса и дебитът на материала. Изместването се осъществява, по-специално във вертикална посока. Може да се предвиди и изместване в друга посока, за да се променя геометрията на горивната камера. За повечето от приложенията на реактора 1, подходящо разстояние между двата купола 1А и 1В в основата му е около от 5 до 10.10 ²т.

Диаметърът на вътрешния купол 1А е обикновено повече от 1 m, а най-често размерът му е 1,5 m. С един такъв реактор 1 може да се изгаря, респективно газифицира, 10³ kg гориво.

Отворът за подаване на горивото е предимно отгоре на купола 1В.

Освен това реакторът 1 е снабден с наймалко един газоподаващ, съответно газоотвеждащ тръбопровод и предимно са предвидени няколко такива, които са разположени кръгообразно и на различни нива по външния купол 1В, като се използват произволно. Тръбопроводите за подаване, съответно отвеждане, на газ са разположени в долните 2/3 на външния купол спрямо неговата вътрешна височина.

Оказва се, че температурата на газифициране, съответно на изгаряне може да бъде силно повишена, ако при процеса на газифициране се подава не само въздух и/или кислород, а водородно-кислородна смес и по този начин се повишава значително коефициентът на полезно действие на процеса на газифициране, респективно изгаряне.

Такава водородно-кислородна смес може да се получи по който и да е познат химичен начин, например електролитно. Един специален, евтин и с нисък разход на енергия начин за получаване на тази смес е добиването й при използване на вещества, подпомагащи изгаря- 5 нето, които са на лантанидна основа в кисел разтвор.

Получаването на газова смес се осъществява в катализаторна станция 2, по-специално в резервоар под налягане. 10

За получаване на водород и кислород, средството, подпомагащо изгарянето и съдържащо лантаниди /в по-голяма степен лантан и цирий/, се подава предимно в контейнер под налягане към киселина, в която са разтворени 15 съединенията на лантанидите. Този разтвор катализира дисоциацията на вода до водород и кислород. Когато pH се повиши, лантанидите се утаяват и реакцията спира. Утайката може да се разтвори отново чрез подкиселяване или 20 във взривообезопасен контейнер за добиване на водородно-кислородна смес 6 под налягане или, което е за предпочитане, в отделен контейнер за повторна обработка на утайката 7, след което отново да се включи в реакцията. 25 Добавянето на малки количества манган и/или цинк, и/или мед, и/или никел, най-често в количество от 1-10 % спрямо съдържанието на лантанидите, може да повлияе положително на процеса на изгаряне. 30

Оказва се също така, че реакцията, осъществена при температура 50-60°С, е съпроводена с получаване на смес с обемни съотношения на водород:кислород от около 1:2 до 1:5 и предимно 1:3. 35

За по-изгодно, реакторните газове от пещта се подават в катализаторната станция 2, където чрез топлообменник 11 те подгряват водния катализаторен разтвор. Това води до подобрена реакционна способност на катализа- 40 тора и с това-до подобрено производство на водород и кислород.

Реакторните газове се анализират предимно между катализаторната станция 2 и енергийния генератор 3 и, ако е необходимо, 45 се смесват с Н₂ и О₂, след което получената желана газова смес се подава на енергийния генератор 3, респективно на задвижващ агрегат на токов генератор, и там се изгаря при получаване на електроенергия. Обикновено по- 50 голямата част от отработените газове при получаването на електроенергия се обогатяват предимно с Н₂ и О₂ и се подават отново в реактора 1, а една малка част от тях се изхвърля в околната среда през предпазен вентил и, при желание, след обработка с катализатор за димни газове.

Катализаторната станция 2, освен това е свързана с реактора 1 за газифициране така, че чрез подаване на водород и кислород, температурата и съотношението на газовете в реактора да могат да се регулират за оптимални условия на газифициране.

Благодарение на затворения в значителна степен цикъл и високите температури, които се постигат, между другото благодарение на абсорбционните процеси, се получават извънредно “чисти” отработени газове.

Инсталацията по целесъобразност е снабдена на различни места с измервателни апаратури, които контролират състава на газовата смес и предпазват от твърде висока концентрация на водород. По причини за сигурност, концентрацията на водород в тръбопроводите не трябва да надвишава 4 обемни %.

Естествено, една инсталация за изгаряне, съответно газифициране, може да обхваща повече реактори 1, което е особено изгодно, за да може режимът на работа да бъде непрекъснат при всякакви дейности по поддържането на инсталацията.

С инсталацията, съгласно настоящото изобретение, от 10³ kg отпадъци могат да се получат най-малко 1500 kWh електроенергия, само при 2 % шлака и около 1 % пепел, например при температура 1500°С, връщане на 90 % от отработените газове и концентрация на водорода около 4 %.

За оптимално провеждане на процеса е желателно да се използва гориво с непрекъснати, т.е. константни за продължителен период от време и дефинирани, горивни качества. Такова гориво може да се получи по метода, представляващ също предмет на настоящото изобретение.

Като изходни вещества за такова гориво, може да се използва една широка палитра от индустриални и домашни отпадъци, в частност също така и токсични отпадъци. Особено подходящи за тази цел са индустриални отпадъци, например отпадъци от химическата и фармацевтична индустриална и изследователска дейност, отпадъци от минерални масла, съот4 ветно техни продукти, от органични разтворители, включително бои, лакове, лепила и смоли, от пластмаси, гуми и текстилни материали.

Такива отпадъци могат да се превърнат в подходящо гориво при прилагане на поподробно описания по-долу метод, предмет на настоящото изобретение.

Методът съгласно изобретението е илюстриран по-подробно с помощта на приложената фигура 3.

Отпадъците за преработка се анализират и, ако е необходимо, според техния анализ се оставят на междинно съхранение. Важни аналитични стойности за метода са: степен на халогениране, калоричност, както и pH.

Твърдите и течните отпадъци се подготвят поотделно.

Твърдите органични отпадъци се раздробяват в контейнер 16 за раздробяване на твърди калорични отпадъци. Течните органични отпадъци се подават от резервоари за складиране 17 на течни калорични отпадъци и се смесват с реактиви, постъпващи от контейнери за добавяне 18 на реактивите.

Тези реактиви могат да бъдат киселини или основи, които са необходими за регулиране на pH на крайния продукт и/или окислители. Желателно е при добавяне на реактивите да се получи екзотермична реакция. След интензивно смесване на течностите в смесителен резервоар 20, те се подават заедно с раздробените твърди материали в смесителен реакционен резервоар 23. Едновременно с отпадъците в резервоара 23 се подава и втвърдяващо вещество от средство за подаване 22А на втвърдяващо вещество. След това влажната още смес се подава на нагнетателна помпа 14 или преса, където при температура 20-120°С и налягане от 2-4.10⁵ N/m², често даже до 400.10⁵ N/m² се образува един втвърден продукт. По този начин може да се получи стабилен продукт, даже при обикновени условия, който може да бъде оценен като “безопасен” с тест за извличане. Същевременно се извършва значително обезводняване. Водата се изпарява частично, а остатъкът в течна форма може да се върне обратно в един от предишните етапи на метода. Този продукт може да се подаде на инсталацията за изгаряне, съответно газифициране, накрая в произволна агрегатна форма. Това е възможно особено тогава, когато втвърдяващото вещество е необходимо, за да придаде на продукта наймалко частично термопластични свойства.

Като реактиви в контейнера за добавяне 18 са подходящи да се използват всякакви основи и киселини, предпочитат се обаче натриева основа и/или калциев хлорид, и/или калциев сулфат, както и силни неорганични киселини и/или органични киселини от отпадъчни продукти, както и редукционни и окислителни средства, например халогени, кислород, озон, както и особено смеси от желязо /II/- и желязо /III/, соли, предимно оксиди в количества от 0,2-0,3 обемни %.

Като втвърдяващо вещество в средството за подаване 22А, за предпочитане е да се предвидят мономери и евентуално олигомери, както и разтворими силикати, например водно стъкло, които при обикновени реакционни условия, 20-120°С и налягане 2-400.10⁵ N/m², водят до втвърдяване на отпадъчната смес, без при това да се прояват някои свойства, които могат да възпрепятстват процеса на изгаряне. Като особено подходящи за тази цел са акрилните мономери, особено естерите на акрилната киселина, полиакрилната киселина и/или техните соли /например акрилон от BASF/ както и вече гореспоменатото водно стъкло.

Понякога добавянето на полиоли и диизоцианити е желателно, предимно за повишаване на сигурността на съхранение /невъзможност за извличане, повишаване на температурата на възпламеняване/.

Оказва се, че едновременната преработка на твърди и течни отпадъци е изгодна. При съотношение 65-45 % твърди отпадъци: 35-55 % течни отпадъци може например с много малко естер на акрилната киселина, обикновено с по-малко от 3 %, да се получи втвърден продукт. При ниско съдържание на твърди отпадъци естествено трябва да се добави повече втвърдяващо вещество.

Методът освен това е разработен така, че в реакционния резервоар 23 да може да се извърши допълнително дозиране на реактиви.

Освен това методът предвижда възможността към реакционния продукт да се добавя средство, подпомагащо изгарянето 19. То може по принцип да се подаде на всяко едно място преди реакционния резервоар 23, но за да се постигне равномерно разпределение, за предпочитане е това средство, подпомагащо изгарянето 19, да се подава в смесителния резервоар 20. Едно особено подходящо средство, подпомагащо изгарянето 19, е това, което съдържа соли на лантаниди. Например средството, подпомагащо изгарянето 19, може да се 5 състои само от монацитен пясък, в които лантанидите са обогатени /в интервал от 3 до 30 % / или от смес на чисти лантанидни соли, предимно със силикат като носител или от материали, които съдържат тези вещества. Естествено могат да се използват и други руди, съдържащи лантаниди. Средството, подпомагащо изгарянето, се използва обикновено в концентрация до 20 %.

Добавянето на такова средство, подпомагащо изгарянето 19, позволява контролирано повишаване температурата обикновено с 100500°С при едно и също количество гориво така, че една външна катализаторна станция не е непременно необходима, въпреки че е предпочитана.

Методът, съгласно изобретението, освен това е така устроен, че директно преди реакционния резервоар 23 би могло да се включи друг етап, в който отпадъците, съдържащи халоген, се облъчват с гама лъчи, които се емитират, например от Co⁶⁰. Вследствие присъстващите реактиви, отцепените при облъчването халогенни атоми се отделят под форма на халогениди и се вграждат хомогенно в горивото.

Методът предвижда освен това възможност за директно подаване в реакционния резервоар 23 на други вещества, които съдържат предимно манган, цинк, никел, мед и/или силикати, в частност силикати на тези метали. Добавянето на силикати, съдържащи мед и/или манган, и/или цинк, и/или никел се оказва от една страна подходящо за изгарянето и от друга страна-превъзходно за образуване на шлака. Манган, цинк, никел и евентуално мед могат да подсилват действието на лантановия катализатор и се използват обикновено в количества от около 10 % от лантанидите. Оказва се, че такива метали, особено мед, подпомагат отстраняването на хлора от хлорираните въглеводороди чрез една най-малко частична каталитична реакция.

Приложение на изобретението

По метода, съгласно изобретението се получава и гориво с подобрени качества, полу10 чено съгласно изобретение, което съдържа лантаниди, както и силикати на манган, и/или цинк, и/или мед, и/или никел.

Горивото, получено съгласно изобретението, се използва предимно в инсталации за изгаряне, съответно газифициране, свързани с получаване на енергия. При употреба на халогенсъдържащ продукт, от екологични съображения, е полезно инсталацията за изгаряне, съответно газифициране да е свързана с инсталация за пречистване на отработените газове, в която да могат да се отстраняват получаващите се при процеса солна киселина и други лесно летливи вещества от отработения въздух. При продукт с неутрално pH и добро шлакообразуване, повечето от хлоридите остават в шлаката.

Claims

1. Инсталация за газифициране, състояща се от най-малко един реактор за изгаряне или газифициране, включващ камера за изгаряне, съответно газифициране, с най-малко едно горивно и едно газово захранване и с наймалко един газоотвод, характеризираща се с това, че реакторът за изгаряне или газифициране /1/ е реактор с двоен купол, при който камерата за изгаряне, съответно газифициране, е образувана от един външен купол / 1В/ и един предимно концентричен на него, въртящ се вътрешен купол /1А/, като наймалко един от споменатите куполи /1А, 1 В/ е с възможност да се измества във вертикална посока.

2. Инсталация за газифициране съгласно претенция 1, характеризираща се с това, че реакторът /1 / с двоен купол е снабден с наймалко едно захранване за директно и/или индиректно подаване на газова смес, съдържаща водород и кислород.

3. Инсталация за газифициране съгласно претенции 1 и 2, характеризираща се с това, че реакторът /1/ с двоен купол е свързан директно и/или индиректно с най-малко една катализаторна станция /2/ за получаване на водородно-кислородна смес.

4. Инсталация за газифициране съгласно една от претенции от 1 до 3, характеризираща се с това, че газоотводът на реактора /1/ с двоен купол е свързан директно или индиректно с един енергиен генератор /3/.

5. Инсталация за газифициране съгласно една от претенции от 1 до 4, характеризираща се с това, че енергийният генератор /3/ има един тръбопровод за отработени газове, който позволява минимално частично връщане на отработените газове от генератора /3/ обратно в реактора /1/.

6. Инсталация за газифициране съгласно една от претенции от 1 до 5, характеризираща се с това, че куполите / ΙΑ, 1 В/ на реактора /1/ с двоен купол са изработени от специална керамика и/или сплав с висока термична устойчивост.

7. Метод за получаване на твърдо гориво от органични индустриални и/или домашни отпадъци с една дефинирана калоричност, характеризиращ се с това, че твърди отпадъчни материали се раздробяват и се смесват с течни отпадъчни материали, след което се добавя втвърдяващо вещество и цялата смес се втвърдява под налягане.

8. Метод съгласно претенция 7, характеризиращ се с това, че твърдите отпадъчни материали и течните отпадъчни материали се влагат в съотношение 65-45 % твърд материал към 35-55 % течен материал.

9. Метод съгласно претенции 7 и 8, характеризиращ се с това, че като втвърдяващо вещество се използва естер на акрилната киселина и/или разтворими силикати, и/или полиакрилни киселини, и/или техни соли, и/или полиоли заедно с диизоцианити.

10. Метод съгласно една от претенции от 7 до 9, характеризиращ се с това, че към течните отпадъчни материали, преди смесването им с твърдите отпадъчни материали се добавят като реагенти киселини и/или основи, и/или редуциращи средства, и/или окислители, които евентуално могат да бъдат също отпадъчни материали и, че след смесването на твърдите и течните отпадъчни материали е възможно допълнително дозиране на реактивите.

11. Метод съгласно една от претенциите от 7 до 10, характеризиращ се с това, че към течните отпадъчни материали, преди смесването им с твърдите отпадъчни материали, се добавят лантаниди, така също в даден случай едновременно и/или след добавяне на твърдите отпадъчни материали се прибавят манган и/или цинк, и/или никел, и/или мед, и/или силикати, особено последните.

12. Метод съгласно една от претенциите от 7 до 11, характеризиращ се с това, че цялата смес се втвърдява при температура от 20 до 120°С и налягане от 2 до 400.10³ N/m².

13. Метод съгласно една от претенциите от 7 до 12, характеризиращ се с това, че директно преди смесване в един реакционен резервоар /23/ се провежда обработка с гамалъчи.

14. Средство, подпомагащо изгарянето, характеризиращо се с това, че съдържа лантаниди в кисел воден разтвор, в който лантанидите са в концентрация от 3 до 30 %.

15. Средство, подпомагащо изгарянето съгласно претенция 14, характеризиращо се с това, че лантанидите включват лантан и/или церий или материали, които ги съдържат, в концентрация до 20 %.

16. Средство, подпомагащо изгарянето съгласно претенции 14 и 15, характеризиращо се с това, че освен лантаниди съдържа и манган, и/или цинк, и/или никел, и/или мед, и/или силикати, особено силикати на един или няколко от споменатите метали в количества от около 10 % спрямо съдържанието на лантанидите.

17. Използване на средството, подпомагащо изгарянето, съгласно една от претенциите от 14 до 16 за получаване на водороднокислородна смес и/или като добавка към течните горива.

18. Твърдо гориво от органични индустриални отпадъци, което е с постоянна калоричност и съдържа лантаниди, характеризиращо се с това, че освен това съдържа и манган, и/ или цинк, и/или никел, и/или медсъдържащи силикати в количество от 1 до 10 % спрямо съдържанието на лантанидите.

19. Твърдо гориво съгласно претенция 18, характеризиращо се с това, че има калоричност над 1500 kWh, предимно 4000-5500 kWh.

20. Твърдо гориво съгласно претенции 18 и 19, характеризиращо се с това, че има неутрална рН-стойност.