BG66807B1 - Инсталация за преработка на отпадъци с оползотворяване на получените продукти - Google Patents

Abstract

Настоящото изобретение се отнася до инсталация за преработка на отпадъци с оползотворяване на получените продукти, предназначена за негоривното термично и пиролитичното им разграждане. Главните предимства на инсталацията са допълнителната пряка електрогенерация в нея, постигана благодарение на температурната разлика между реакторния и охладителния блок. Както и от допълнително производство на водородо-кислороден газ за сметка на отпадна водна пара и топлина при работата на системата. Изгарянето на произведения в системата водородо-кислороден газ значително увеличава енергийната й ефективност, като продуктът от изгарянето е чиста водна пара. Инсталацията, съгласно изобретението, включва входно-подготвителен блок (1) и реакторен блок (2). Характеризира се с това, че между реакторния блок (2) и охладителния блок (3) са монтирани термо-електрогенератори (4) и има колектор за отпадна пара (9), свързан към водородо-кислороден генератор (7), с преминаваща през него рециркулационна тръба с горещите газове (11), изходящи от двигателя с вътрешно горене (15) на когенераторния блок (5) и входящи в реакторния блок (2), а вход на водородо-кислороден генератор (7) е свързан с изход от резервоар за катализатор (8), при което изход от охладителния блок (3) е присъединен към вход на резервоара за произведените маслени фракции (13), като тръбен извод от него, през регулируем клапан (14), е присъединен към вход на резервоара за катализатор (8). 2 претенции, 1 фигура

Description

Област на техниката

Настоящото изобретение се отнася до инсталация за преработка на отпадъци с оползотворяване на получените продукти, предназначена за негоривното термично и пиролитичното им разграждане. По-специално за максимално енергийно оползотворяване на въглеводородо-съдържащи отпадъци и бракувани автомобилни гуми.

Предшестващо състояние на техниката

Нарастващата необходимост от разделяне и рециклиране на отпадни и бракувани продукти е резултат от прогресиращото замърсяване на природата от битови, промишлени, селскостопански, медицински и други отпадъци, както и прогресивно нарастващото количество на бракуваните автомобилни гуми.

Първите инсталации за изгаряне на отпадъци, още от средата на миналия век, не са природосъобразни и отдавна не са актуални. Следва да се има предвид, че и дори да се ползва нормално горене в тези инсталации, то образуваните при това емисии от въглеродни и други окиси в пъти по-малко замърсяват въздуха, в сравнение с вредните емисии от необработени отпадъци. В необработено състояние от тях се отделя метан, който е около 20 пъти по-вреден „парников” газ, от въглеродния диоксид, който е приет за еквивалентна единица за оценка на атмосферното замърсяване. Затова, най-лесният начин частично да се обезвредят излъчваните от необработени отпадъци метан и други горими газове е просто да се изгарят на самите сметища, което е и масова разпространена практика.

Използването на плазма и други енергоемки методи за неутрализиране на отпадъци все по-малко се препоръчват. Те значително се ограничават от най- новите законодателни изисквания на екологичните нормативи. Пиролитичната, плазмената и други видове технологии за преработка на отпадъци, при силен дефицит на въздух (кислород), е широко използван метод за третирането им. Но и в тези случаи се отделят вредни газове, макар и по-малко, в сравнение с инсталациите с нормално горене.

Едни от най-новите технически решения в тази област, със значително редуциране на вредните емисии, са познати от патентна публикация от Русия WO 2013089586 (А1), от патент на Корея KR 101270724 (В1), от патентни публикации от Корея WO 2013081230 (А1) и KR 20130094920 (А), и пак в такива от САЩ US 2013264831 (Al), US 2009064581 (Al), US 2009133407 (А1),... В посочените, както и в други подобни решения не е напълно решен проблемът с остатъчните продукти, замърсяващи околната среда, с изхвърляните замърсяващи газове, включително и със силно токсичните фуран и диоксини, които се изхвърлят във въздуха, при някои от тях.

Представените по-горе иновационни решения могат да бъдат още по-природосъобразни, когато се използват биотехнологии. Могат да се използват растения, които да поемат отделяния и нежелан въглероден диоксид. Такова решение е познато от патентен документ на Канада СА 2831835 (А1). В него се използват водорасли, които евтино и бързо се отглеждат. Използването на водорасли, които естествено абсорбират въглероден диоксид за получаване на биогориво, също е отдавна познато. Например, от система за енергийно оползотворяване на отпадъци с последващо ползване на водорасли за абсорбиране на въглероден диоксид, представена в патентен документ на Китай CN 103203169 (А). Подобно иновационно решение е познато и от патентна публикация от Италия WO 2013144915 (А1). Посоченият подход в тези иновации за абсорбиране на въглероден диоксид се ползва и при горивни енергийни инсталации с общо предназначение.

Чрез отглеждането на различни бързоразвиващи се растения се абсорбира въглероден диоксид от изхвърляните в атмосферата газове, независимо дали от реакторите за третиране на отпадъците, или от енергийни машини (типично когенератори) в състава на системите за обработка на отпадъци. Но остават проблемите с другите газове, като въглеродния оксид, азотните, серните и други окиси, както и пепел. А това води до сериозни екологични проблеми, защото не е допустимо самите системи за неутрализиране на отпадъците да замърсяват околната среда.

Вместо да се прилагат различни средства и технологии за частично неутрализиране на вредни

Описания на издадени патенти за изобретения № 01.2/31.01.2019 емисии от горенето, по-доброто решение е използването на негоривни технологии, което напълно изключва, каквито и да е било емисии на парникови газове.

Известни са иновационни технически решения за третиране на отпадъци чрез такива негоривни термични разграждащи технологии, включително и пиролиза, при които няма горене и съответно няма вредни отпадни газове, които неизбежно се получават при горенето на въглеводороди, които са основното съдържание на органичните отпадъци.

По такава базисно термична и пиролизна технология за разграждане на отпадъци работи система, позната от патентна публикация WO 2011145917 (А1). Тя включва входно-подготвителен блок, чийто изход е свързан към входа на реакторен блок. Тази система, както и всички подобни на нея, независимо дали са с нулеви вредни емисии или само с намалени такива, задължително имат ю охладители и използват различни видове ко-генератори. Те са предназначени за енергийно оползотворяване на отделяните горими газове и масла при разграждането на отпадъците. А специално последно разгледаната система е с нулеви вредни емисии, и затова може да е капсулована и да работи в затворени помещения. Тя предвижда използването на термично разпадане на отпадъците, при което се получават газообразни и течни горими въглеводороди, въглерод и кокс ..., без изобщо да има процес на горене в реактора (без окисление на въглеводороди). А горимите въглеводороди енергийно се оползотворяват от когенератори.

Но описаната инсталация има ниска енергийната ефективност, защото с отделяните в атмосферата горещи газове, включително и с водната пара, непрекъснато се изхвърля и немалка част от произведената топлина в инсталациите, включително и в когенераторите.

Последните, както и преди тях разгледаните системи, и всички други познати, са ниско енергийно ефективни, защото те изобщо не оползотворяват дълбочинно, нито отпадната топлина от реакторите, нито свободно изхвърляната от тях излишна пара. Макар и последната да не замърсява околната среда, с нея се изхвърлят и значителни количества топлинна енергия, от която би могло да се извлече допълнителна енергийна полза. Както и от самата пара да се генерира високо калоричен водородо-кислороден газ (воден газ), който пряко да гори в когенератора. Още повече, че при неговото горене се получава безвредна водна пара. При известните инсталации за енергийно оползотворяване на отпадъците не се използва достатъчно ефективно и отпадната топлина от когенераторите.

Техническа същност на изобретението

Задача и цел на настоящото изобретение е да се обезпечи високоенергийно-ефективна инсталация за преработка на отпадъци с оползотворяване на получените продукти, с която да се постигне едновременно допълнително производство на електрическа и топлинна енергия за сметка на отпадната пара и отпадната топлина при работата й, да се увеличи нейната енергийна ефективност като цяло, с което значително да се намали разхода й на гориво за единица произведена енергия.

Задачата е решена чрез инсталация за преработка на отпадъци с оползотворяване на получените продукти, включваща входно-подготвителен блок, чиито изход е свързан към входа на реакторен блок, характеризираща се с това, че първи изход на реакторния блок е свързан с вход на охладителен блок, а между реакторния блок и охладителния блок са монтирани термо-електрогенератори, като първи изход от охладителния блок е свързан към първи вход на когенераторен блок, а към втория му вход е свързана тръба за водородо-кислороден газ, изходяща от водородо-кислороден генератор, към чиито първи вход е свързан изход от резервоар за катализатор, а към втория му вход е свързана парна тръба, изходяща от колектор за отпадна пара, към чиито входове са свързани отходните тръби за излишната пара от охладителния блок и от филтри за произведените маслени фракции, при което първи електрически изходящ кабел от термо-електрогенераторите е свързан към електрически вход на водородо-кислородния генератор, а втори електрически изходящ кабел от термоелектрогенераторите, през инвертор, е свързан към електрически консуматори, както и електрически изход от когенераторен блок е свързан към електрически консуматори, а рециркулационна тръба с горещите газове, изходящи от когенераторния блок, преминаваща през водородо-кислородния генератор, е свързана с реакторния блок, към чиито втори изход е свързан контейнер за въглерод и кокс, а втори изход от охладителния блок е присъединен към вход на резервоар за произведените маслени фракции, като тръбен извод от

Описания на издадени патенти за изобретения № 01.2/31.01.2019 него, през регулируем клапан, е присъединен към вход на резервоара за катализатор.

В едно предпочитано изпълнение на инсталацията за преработка на отпадъци с оползотворяване на получените продукти когенераторният блок може да включва двигател с вътрешно горене с куплиран към него електрогенератор.

Главното предимство на инсталацията съгласно настоящото изобретение пряко следва от допълнителната електрогенерация в нея, постигана благодарение на температурната разлика между реакторния и охладителния блок. Тук има синергичен ефект, защото едновременно с генерацията на електроенергия от термо-електрогенераторите, в самия процес на електрогенерация, те поглъщат топлина и така активно охлаждат охладителния блок, което води до по-бързо отделяне на течните и газообразните въглеводородни фракции в системата и увеличаване на ефективността на процеса като цяло.

Второто предимство на инсталацията, съгласно изобретението, се дължи на използване на топлината и водата от изхвърляната излишна пара за производство на водородо-кислороден газ. Той представлява висококалорично гориво, което се ползва в когенераторния блок. Това допълнително гориво, постъпващо към горивните камери (в цилиндрите на двигателите с вътрешно горене) на когенераторния блок води и до по-бързо, по-ефективно горене и до много по-пълно изгаряне на постъпващите въглеводородни фракции в тях. Тук имаме втори синергичен ефект, изрязващ се в едновременно увеличаване на ефективността на когенераторния блок и намаляване на разхода на въглеводородни горива в него за единица произведена енергия.

Екологично предимство на инсталацията, следва не само от рециркулацията на изгорелите газове между когенераторния и реакторния блок, но и от изгарянето на „воден газ”. Той, не само е висококалорично гориво, но е и напълно екологично, защото при горенето му се образува напълно безвредна водна пара.

Значително повишената енергийна ефективност на инсталацията, съгласно изобретението, е важно нейно предимство и се дължи на използване на топлината в рециркулациоината тръба с горещите газове от когенераторния блок за допълнително подгряване на отпаднала водна пара и повишена енергийна ефективност в процеса на генерацията на „воден газ” от излишната пара.

Предимство на инсталацията е предвидената възможност за несложната й регулация. Тя гъвкаво се управлява (ръчно и/или автоматично) и с регулируемия клапан на тръбата, връщаща част от маслените фракции от резервоара към водородо-кислородния генератор, където те, в качеството им на катализатор, енергийно оптимизират процеса на генерацията на „воден газ”. Чрез тази регулация може да се постигат различни съотношения между количествата на произвежданата енергия от системата и количеството на произведеното от нея леко маслено гориво, ползвано в различни видове дизелови двигатели в корабния транспорт, селското стопанство, строителството и т.н.

Предимство на изобретението е универсалното му приложение при всички видове подобни системи с когенераторни блокове. Инсталацията може да бъде капсулована и да работи в затворени помещения, което също я прави широко приложима.

Пояснение на приложената фигура

Фигура 1 представлява технологична схема на инсталация за преработка на отпадъци с оползотворяване на получените продукти, съгласно изобретението.

Примери за изпълнение на изобретението

Показаното на фигура 1 е примерно изпълнение на инсталация за преработка на отпадъци с оползотворяване на получените продукти, съгласно изобретението. Тя включва входно-подготвителен блок 1, чиито изход е свързан към входа на реакторен блок 2. Характерно за нея е, че първи изход на реакторния блок 2 е свързан с вход на охладителен блок 3, а между реакторния блок 2 и охладителния блок 3 са монтирани термо-електрогенератори 4, като първи изход от охладителния блок 3 е свързан към първи вход на когенераторен блок 5, а към втория му вход 6 е свързана тръба за водородо-кислороден газ, изходяща от водородо-кислороден генератор 7, към чиито първи вход е свързан изход от резервоар за катализатор 8, а към втория му вход е свързана парна тръба, изходяща от колектор за отпадна пара 9, към чиито входове са свързани отходните тръби за излишната пара от охладителния

Описания на издадени патенти за изобретения № 01.2/31.01.2019 блок 3 и от филтри за произведените маслени фракции, при което първи електрически изходящ кабел от термо-електрогенераторите 4 е свързан към електрически вход на водородо-кислородния генератор 7, а втори електрически изходящ кабел от термо-електрогенераторите 4, през инвертор 10, е свързан към електрически консуматори, както и електрически изход от когенераторен блок 5 е свързан към електрически консуматори, а рециркулационна тръба с горещите газове 11, изходящи от когенераторния блок 5, преминаваща през водородо-кислородния генератор 7, е свързана с реакторния блок 2, към чиито втори изход е свързан контейнер за въглерод и кокс 12, а втори изход от охладителния блок 3 е присъединен към вход на резервоар за произведените маслени фракции 13, като тръбен извод от него, през регулируем клапан 14, е присъединен към вход на резервоара за катализатор 8.

Когенераторният блок 5 включва двигател с вътрешно горене 15 с куплиран към него електрогенератор 16.

Като втори пример посочваме гореописаното, но когато когенераторният блок 5 включва повече от един двигател с вътрешно горене 15, съответно с куплирани към тях електрогенератори 16.

Използване на изобретението

Инсталацията за преработка на отпадъци с оползотворяване на получените продукти, съгласно изобретението, работи по следната технологична схема, представена на фигурата.

Постъпващите отпадъци от подготвителния блок 1 чрез термично разграждане и пиролиза в реакторния блок 2, отделят течни и газообразни въглеводородни горива, други горими продукти и негорими остатъци. Негоримите остатъци от обработката на органични отпадъци са основно въглерод и кокс и те постъпват от долната част на реакторния блок в контейнера за въглерод и кокс 12. Част от горимите продукти постъпват в когенераторен блок 5 и изгарят в него. Част от течните горими продукти, които са различни леки фракции на маслени въглеводородни горива, постъпват в резервоар за произведените маслени фракции 13, където се складират. Част от тях, през тръбен извод от резервоара за произведените маслени фракции 13, и през регулируем клапан 14, постъпват в резервоара за катализатор 8. По принцип, за катализатор е предвидено използването и на въглеводороди, каквито са в резервоара за произведените маслени фракции 13.

В когенераторния блок 5, и по-специално в неговия двигател с вътрешно горене 15, като гориво постъпват газообразни и/или течни въглеводороди. Допълнително гориво е „водният газ“, който се генерира във водородо-кислородния генератор 7. Той захранва двигателя с вътрешно горене 15 с допълнително гориво, което се смесва с горимите въглеводороди. Допълнителното гориво не нарушава гориво-кислородния баланс на въглеводородната горивна смес, защото «водният газ» представлява водородо-кислороден газ. В него се съдържа, както горивото (водорода), така и окислителя му (кислорода) и то в необходимите точни пропорции, защото той се получава пряко от разпада на водна пара и при изгарянето на водорода пак се получава водна пара.

Благодарение на едновременната генерация в реакторния блок 2 на горими въглеводородосъдържащи газови и течни горива, се произвежда електрическа и топлинна енергия в когенераторния блок 5. Допълнителна електрическа и топлинна енергия в него се произвежда от допълнително изгаряният „воден газ”, който се произвежда във водородо-кислородния генератор 7 от отпадната водна пара, с участието на катализатор, електрическо поле и допълнително загряване на парата от горещите газове, преминаващи през рециркулацио ината тръба 11.

Електрическата енергия, генерирана основно от електрогенератора 16, който се върти от двигателя с вътрешно горене 15 на когенераторния блок 5, захранва външни електропотребители. А топлинната енергия от двигателя с вътрешно горене 15 на когенераторния блок 5 се ползва основно за собствени нужди на системата. Това става главно чрез рециркулацията на горещите газове от двигателя с вътрешно горене 15, които постъпват в реакторния блок 5 по рециркулациоината тръба 11. Тя преминава и през водородо-кислородния генератор 7, където отдава на парата част от топлината на горещите газове. С това допълнително се повишава температурата на парата, с което се постига по- ефективно производство на «воден газ». Той непрекъснато се генерира, за сметка на постъпващата излишната пара, събирана в колектора за отпадна пара 9 на системата, съгласно изобретението.

Описания на издадени патенти за изобретения № 01.2/31.01.2019

Допълнителна електрическа енергия пряко се получава от термо-електрогенераторите 4 (термоелектрогенераторен блок 4), които генерират постоянен електрически ток. Част от него постъпва във водородо-кислородния генератор 7 за ускоряване на производството на „воден газ”. Друга част от постоянния ток от термо-електрогенераторите 4, се преобразува от инвертор 10 в стандартна електроенергия за захранване на електрически потребители. Синергията в процеса на електрогенерация от термо-електрогенераторите 4, се изразява в едновременно поглъщане на топлина от охладителния блок 3 и така те изпълняват функция и на активни термоелектрически охладители.

Описаната инсталация, съгласно изобретението, може да намери широко приложение в най-различни вариантни технологии за термично и пиролитично разграждане и дълбочинно енергийно оползотворяване на отпадъци, както и при най-различни видове когенератори.

Всеки вариант за приложение на системата, съгласно изобретението, се проектира, в зависимост от конкретното задание. То включва анализ на състава на отпадъците, тяхната влажност, тяхното количество, ритмичността и графика на доставките и т.н. Съответно се подбират параметрите на отделените блокове 1, 2, 3, 4 и 5. Този подбор е предмет на детайлно проектиране и следва от предварително направени компютърни симулации за различните работни режими на системата и тяхното автоматизирано или не автоматизирано управление.

След подбора на основните параметри се правят нови симулации на база на вече получените параметри за основните блокове 1, 2, 3, 4 и 5 и се проектират отделните възли и елементи на системата.

И накрая се изготвя алгоритъм, и съответния му софтуер за проектиране, който може пряко да се ползва за компютърно подпомогнато проектиране на системи с подобни параметри.

Благодарение на проиграните симулации и от анализа на резултатите от частични реализации на системата в реални условия беше натрупано значително ноу-хау. пряко приложимо в проектирането. Затова е целесъобразно то да се прави с предварително закупено ноу-хау. компютърни симулатори и проектантски софтуер, без да се губи време.

Инсталацията за преработка на отпадъци с оползотворяване на получените продукти, съгласно изобретението, схематично и обобщено е показана на фигура 1. Но тя е само частен случай, има чисто илюстративен характер и далеч не описва цялостната структура.

Инсталацията е изпълнима в много разнообразни варианти с различни видове блокове, от различни производители и с различна мощност, с различни характеристики и т.н. Посочените тук блокове 1,2,3 и 4 и 5 далеч не изчерпват възможностите за асемблиране на такива системи. Такива основни блокове, подобни на тях, както и другите възли и детайли, са познати и се предлагат на пазара.

Затова индустриалната реализация на инсталацията не представлява, нито инженерен, нито технически, нито проблем за продължителната и безаварийната й експлоатация.

Claims (2)

1. Патентни претенции

   1. Инсталация за преработка на отпадъци с оползотворяване на получените продукти, включваща входно-подготвителен блок (1), чиито изход е свързан към входа на реакторен блок (2), характеризираща се с това, че първи изход на реакторния блок (2) е свързан с вход на охладителен блок (3), а между реакторния блок (2) и охладителния блок (3) са монтирани термо-електрогенератори (4), като първи изход от охладителния блок (3) е свързан към първи вход на когенераторен блок (5), а към втория му вход (6) е свързана тръба за водородо-кислороден газ, изходяща от водородо-кислороден генератор (7), към чиито първи вход е свързан изход от резервоар за катализатор (8), а към втория му вход е свързана парна тръба, изходяща от колектор за отпадна пара (9), към чиито входове са свързани отходните тръби за излишната пара от охладителния блок и от филтри за произведените маслени фракции, при което първи електрически изходящ кабел от термо-електрогенераторите е свързан към електрически вход на водородо-кислородния генератор (7), а втори електрически изходящ кабел от термо-електрогенераторите (4), през инвертор (10), е свързан към електрически консуматори, както и електрически изход от когенераторен блок (5) е свързан към електрически консуматори, а рециркулационна тръба с горещите газове (11), изходящи от когенераторния блок (5), преминаваща през водородо-кислородния генератор (7), е свързана с реакторния блок (2), към чиито втори изход е свързан контейнер за въглерод и кокс (12), а втори изход от охладителния

   84 Описания на издадени патенти за изобретения № 01.2/31.01.2019 блок (3) е присъединен към вход на резервоар за произведените маслени фракции (13), като тръбен извод от него, през регулируем клапан (14), е присъединен към вход на резервоара за катализатор (8).
2. 2. Инсталация за преработка на отпадъци с оползотворяване на получените продукти съгласно претенция 1, характеризираща се с това, че когенераторният блок (5) включва двигател с вътрешно горене (15) с куплиран към него електрогенератор (16).