BG98329A

BG98329A - Инсталация и метод за използване на горливи вещества, по- специално на индустриални и домашни отпадъци

Info

Publication number: BG98329A
Application number: BG98329A
Authority: BG
Inventors: Peter Jeney; Ernst Christen
Original assignee: Jeney; Christen
Priority date: 1992-12-24
Filing date: 1993-12-23
Publication date: 1994-08-30
Also published as: IL108116A0; AU5271593A; IL108116A; SI9300672A; SK147093A3; NO934803L; FI935829A0; EP0604826A1; KR940015367A; CA2112337A1; JPH06293890A; AU665474B2; PL301625A1; LV11334B; IS4113A; TR28920A; RU2120468C1; NO934803D0; CN1093454A; FI935829A

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 захранван е и с най-малко 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 най-малко един от куполите (ΙΑ, 1В) е с възможност да се измества във вертикална посока.

Description

ИНСТАЛАЦИЯ И МЕТОД ЗА ИЗПОЛЗВАНЕ НА ГОРЛИВИ ВЕЩЕСТВА, ПО-СПЕЦИАЛНО НА ИНДУСТРИАЛНИ ОТПАДЪЦИ И ДОМАШНИ ОТПАДЪЦИ

ОБЛАСТ НА ТЕХНИКАТА

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

ПРЕДШЕСТВАЩО СЪСТОЯНИЕ НА ТЕХНИКАТА

Известни са инсталации за изгаряне на домашни отпадъци с едновременно получаване на енергия. Работата на такива инсталации с индустриални отпадъци, особено с такива, които се отнасят към специалните, е проблематично, тъй като специалните отпадъци съдържат често хал огенсъдържащи продукти, които могат да доведат до повреждане на инсталацията за изгаряне. Освен това за сигурното изгаряне на специалните отпадъци са необходими равномерни температури на изгаряне, 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 за изгарянето се използват допълнителни енергоносители. Опасните вещества, които се получават при изгарянето на специалните отпадъци, напр. диоксини и дибензофурани, представляват също проблем, който се решава като температурите на изгаряне се поддържат непрекъснато над 1260 °C.

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

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

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

ТЕХНИЧЕСКА СЪЩНОСТ НА ИЗОБРЕТЕНИЕТО

Задача на настоящото изобретението е да създаде инсталация, която позволява по-пълното, бедно на или свободно от вредни вещества изгаряне, съответно газифициране на твърди горливи вещества, предимно при високи температури и с получаване на енергия, както и да 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 реактор с двоен купол с горивна камера между неподвижен външен и въртящ се вътрешен купол, особено в комбинация с катализаторна станция за приготвяне на газова смес, подпомагаща газифицирането.

ОПИСАНИЕ НА ПРИЛОЖЕНИТЕ ФИГУРИ

Изобретението се описва по-подробно с помощта на фигурите: фигура 1 представлява инсталация за газифициране, съответно изгаряне със затворен цикъл и добив на енергия, фигура 2 показва подробно една катализаторна станция 2 и фигура 3 показва подробно инсталация 4 за получаване на гориво под формата на брикети с определена калоричност, по-специално отгорливи индустриални или домашни отпадъци.

Означенията във фигурите означават:

реактор за газифициране, съответно изгаряне

1А вътрешен купол

1В външен купол катализаторна станция енергиен генератор инсталация за брикетиране, съответно склад за гориво или за подаване на гориво

отделител на течност резервоар за получаване на водородно-кислородна смес, взривообезопасен повторна обработка на утайката регулиращ вентил/уред за дозиране разтвор на лантаниди утайка топлообменник топлинен източник, напр. газ от реактор 1 тръбопровод за повторна обработка помпа захранване на инсталацията за изгаряне с водородно-кислородна смес раздробяване на калоричните твърди отпадъци танк за съхраняване на калорични течни отпадъци подаване на реактивите (регулиращи химикали) подаване на средствата, подпомагащи изгарянето смесителен танк подаване на раздробените твърди отпадъци подаване на металите (Си, Ζη, Μη) съотв. на техни соли и/или на силикатите

22А подаване на втвърдяващото вещество смесител ен и реакционен танк

23А радиоактивно облъчване нагнетателна помпа или преса подаване на хомогенното гориво в инсталацията за изгаряне директно или

25А подаване на хомогенното гориво в склада

ПРИМЕР ЗА ИЗПЪЛНЕНИЕ НА ИЗОБРЕТЕНИЕТО

Камерата за газифициране се намира между двата купола и трябва да е снабдена най-малко с едно горивно и едно газово захранване, както и най-малко с един газоотвод.

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

Куполите 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 и спрямо външния купол 1В. Чрез това изместване се регулира размера на камерата за изгаряне , съотв. газифициране между куполите 1А и IB, а заедно с това и скоростта 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 приложения подходящо разстояние между двата купола в основата е около 5 до 10 cm.

Диаметърът на вътрешния купол е обикновено повече от 1 т, найчесто около 1,5 m. С един такъв реактор на час може да се изгаря, респективно газифицира 1 тон гориво.

Отворът за подаване на горивото е предимно отгоре на купола. Освен това реакторът е снабден с най-малко 1 газодоставящ, съответно газоотвеждащ тръбопровод, предимно с няколко такива, които са разположени кръгообразно на различни нива по външния купол и се използват произволно. Тръбопроводите за подаване, съотв. отвеждане на газ са разположени в долните 2/3 на външния купол спрямо неговата вътрешна височина.

Оказа 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 повиши значително коефициентът на полезно действие на газифицирането, респективно изгарянето.

Такава водородно-кислородна смес може да се получи по който и да е начин, напр. електролитно. По специален евтин и с нисък разход на енергия начин тази смес се получава при използване на вещества, подпомагащи изгарянето, на лантанидна основа в кисел разтвор.

Получаването на газовата смес се извършва в катализаторна станция, по-специално в резервоар под налягане.

За получаване на водород и кислород, средството, съдържащо лантаниди (в по-голяма степен лантан и церий), подпомагащо изгарянето, се подава предимно в резервоар под налягане към киселина, в която съединенията на лантанидите са в разтвор. 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 подкисляване или в резервоара под налягане 6 или за предпочитане в отделен резервоар 7 и пак да се включи в реакцията. Добавянето на малки количества манган и/или цинк, и/или мед, и/или никел, най-често от 1 -10 % спрямо съдържанието на лантаниди, може да влияе положително.

Оказа се, че реакцията при 50-60 °C води до получаване на смес с обемни съотношения на водород:кислород от около 1:2 до 1:5, предимно 1:3.

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

Реакторните газове се анализират предимно между катализаторната станция 2 и генератор 3 и ако е необходимо се смесват с Н₂и О₂, след което желаната газова смес се подава на енергийния генератор 3, напр. на задвижващия агрегат на токовия генератор, и там се изгаря при получаване на електроенергия. Обикновено по-голямата част от отработените газове при получаването на електроенергия, се обогатяват предимно с Н₂и О₂ и се подават отново в реактора, а една малка част се изхвърля в околната среда през предпазен вентил -при желание след обработка с катализатор за димни газове.

Катализаторната станция е освен това свързана с реактора за газифициране, така че чрез подаване на водород и кислород температурата и съотношението на газовете в реактора да могат да се регулират на 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 е снабдена по целесъобразност 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 превишава 4 обемни %.

Естествено една инсталация за изгаряне, съответно газифициране може да обхваща повече реактори, което е особено изгодно, за да може работата да продължава при всякакви дейности по поддържането.

С инсталацията, съгласно изобретението, могат да се получат от 1 тон отпадъци и при само 2 % шлака и около 1 % пепел най-малко 1500 kWh електроенергия, напр. при температура на реактора 1500 °C, връщане на % от отработените газове и концентрация на водорода около 4 %.

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

Като изходни вещества за такова гориво може да се използва широка палитра от индустриални и домашни отпадъци, особено и токсични отпадъци. Специално подходящи са индустриалните отпадъци, напр. отпадъци от химическата и фармацевтичната индустрия и изследователска дейност, от минерални масла, съответно 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 с описания по-подробно долу метод, съгласно изобретението.

Методът, съгласно изобретението, се описва по-подробно с помощта на фиг. 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 отделно.

Твърдите органични отпадъци 16 се раздробяват. Течните органични отпадъци 17 се смесват с реактиви 18. При реактивите става дума за киселини или основи, които са необходими за регулиране на pH на крайния продукт и/или окислители. Желателно е при добавянето на реактивите да се получи екзотермична реакция. След интензивно смесване на течностите в смесителен танк 20 те се подават заедно с раздробените твърди материали в смесителен и реакционен танк 23. Едновременно с отпадъците в танк 23 се подава и втвърдяващо вещество 22А. След това влажната още смес се подава на нагнетателна помпа или преса, където при 20-120 °C и налягане от 2-4, често даже до 400 kg/cm² се образува един втвърден продукт. По този начин, може да се получи стабилен при обикновени условия продукт, който се оценява 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 накрая в произволна форма на инсталацията за изгаряне, съответно газифициране. Това е възможно особено, когато втвърдяващото вещество придаде на продукта най-малко частично термопластични свойства.

Като реактиви 18 са подходящи всякакви основи и киселини, предпочитани са обаче натриева основа и/или калциев хлорид, и/или калциев сулфат, както и силни неорганични киселини и/или органични киселини от отпадни продукти, както и редукционни и окислителни средства, напр. халогени, кислород, озон, както и особено смеси от желязо(П)- и желязо(Ш)соли, предимно оксиди в количества от 0,2 -0,3 обемни %.

Като втвърдяващо вещество 22А интерес представляват мономери и евентуално олигомери както и разтворими силикати, напр. водно стъкло, които при обикновени реакционни условия, 20-120 °C и 2-400 kg/ cm², водят до втвърдяване на отпадъчната смес без да се проявят някои свойства, които възпрепятстват процеса на изгаряне. Като особено подходящи се оказаха акрил ните мономери, особено естерите на акрилната киселина, полиакрилната киселина и/или техните соли (напр. акрилон® от BASF) както и вече горе споменатото водно стъкло.

Понякога добавянето на полиоли и диизоцианати е желателно, особено за повишаване на сигурността на съхранение (невъзможност за извличане, повишаване на температурата на възпламеняване).

Оказа се, че едновременната преработка на твърди и течни отпадъци е изгодна. При съотношение 65-45 % твърди отпадъци : 35-55 % течни отпадъци може напр. 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 е разработен освен това така, че в реакционния танк да може да се извърши допълнително дозиране на реактиви.

Освен това методът предвижда възможността към реакционния продукт да се добавя подпомагащо изгарянето средство 19. То може по принцип да се подаде на всяко място преди реакционния танк, но по причини за равномерно разпределение за предпочитане е - в смесителен танк 20. Едно особено подходящо средство, подпомагащо изгарянето съдържа соли на лантаниди. Например средството, подпомагащо изгарянето, може да се състои само от монацитен пясък, монацитен пясък, в който лантанидите са обогатени (на около 3 до 30 %) или от смес на чисти лантанидни соли, предимно със силикат като носител, или да ги съдържа тези вещества. Естествено могат да се използват и други руди, съдържащи лантаниди. Средството, подпомагащо изгарянето, се използва обикновено в концентрации до 20 %.

Добавянето на такова средство, подпомагащо изгарянето, позволява при едно и също количество гориво контролирано повишаване на температурата обикновено с 100-500°C, така че една външна катализаторна станция въпреки това е много желателна, но не непременно необходима.

Методът, съгласно изобретението, е освен това така устроен, че директно пред реакционния танк 23 би могъл да се включи друг етап, в който отпадъците, съдържащи халоген, се облъчват с гама лъчи, които се емитират напр. от “Co. Вследствие на присъстващите реактиви, отцепените при облъчването халогенни атоми, се отделят под формата на халогениди и се вграждат хомогенно в горивото.

Методът предвижда освен това възможността за подаване директно в реакционния танк на други вещества 23, които съдържат предимно манган, цинк, никел, мед и/или силикати, предимно силикати на тези метали. Добавянето на силикати, съдържащи мед и/или манган, и/или цинк, и/или никел се оказа 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. Оказа се, че такива метали, особено мед, подпомагат отстраняването на хлора от хлорираните въглеводороди чрез една наймалко частично каталитична реакция.

ПРИЛОЖЕНИЕ НА ИЗОБРЕТЕНИЕТО

По метода, съгласно изобретението, се получава и подобрено гориво, съгласно изобретението, което съдържа лантаниди както и силикати на манган и/или цинк, и/или мед, и/или никел.

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

ПАТЕНТНИ ПРЕТЕНЦИИ

Claims

ПАТЕНТНИ ПРЕТЕНЦИИ

1. Инсталация за газифициране, състояща се от или обхващаща най-малко един реактор за изгаряне или газифициране (1) с камера за изгаряне, съответно газифициране, с най-малко едно горивно и с наймалко едно газово захранване и с най-малко един газоотвод, характеризираща се с това, че реакторът за изгаряне, съответно газифициране е реактор с двоен купол (1), при който камерата за изгаряне, съответно газифициране се образува от един външен купол (1В) и един въртящ се, предимно концентричен, вътрешен купол (1А), като наймалко един от споменатите куполи (ΙΑ, 1В) се измества във вертикална посока.
2. Инсталация за газифициране, съгласно претенция 1, характеризираща се с това, че реакторът сдвоен купол (1) е снабден с наймалко едно захранване за директно и/или индиректно подаване на газова смес, съдържаща водород и кислород.
3. Инсталация за газифициране, съгласно претенция 1 или 2, характеризираща се с това, че реакторът с двоен купол (1) е свързан директно и/или индиректно с най-малко една катализаторна станция (2) за получаване на водородно-кислородна газова смес.
4. Инсталация за газифициране, съгласно една от претенциите 1 до

3, характеризираща се с това, че газоотводът на реактора с двоен купол (1) е свързан директно или индиректно с един енергиен генератор (3) чрез.
5. Инсталация за газифициране, съгласно една от претенциите 1 до

4, характеризираща се с това, че енергийният реактор (3) има един тръбопровод за отработени газове, който позволява най-малко частично връщане на отработените газове от генератора обратно в реактора.
6. Инсталация за газифициране, съгласно една от претенциите 1 до

5, характеризираща се с това, че куполите (ΙΑ, 1В) на реактора с двоен купол (1) са направени от специална керамика и/или сплав, с висока термична устойчивост.
7. Метод за получаване на твърдо гориво от органични индустриални отпадъци и/или домашни отпадъци с дефинирана калоричност, характеризиращсестова, че твърдите отпадъчни материали се раздробяват и се смесват с течните 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 използват в съотношение 65-45 % твърд материал : 35-55 % течност.
9. Метод, съгласно претенция 7 или 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 техните соли, и/или полиоли заедно с диизоцианати.
10. Метод, съгласно една от претенциите 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 редуктори и/или окислители, които евентуално могат да бъдат също отпадни материали и, че след смесването на твърдите и течни отпадъчни материал и е възможно допълнително дозиране на реактивите.
11. Метод, съгласно една от претенциите 7 до 10, характеризиращ се с това, че към течните отпадъчни материали, преди смесването им с твърдите отпадъчни материали се добавят лантаниди както и евентуално 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 на същите.
12. Метод, съгласно една от претенциите 7 до 11, характеризиращ се с това, че цялата смес се втвърдява при температура от 20 до 120 °C и налягане от 2 до 400 kg/cm².
13. Метод, съгласно една от претенциите 7 до 12, характеризиращ се с това, че директно преди реакционния танк (23) се провежда обработка с гама-лъчи.
14. Средство, подпомагащо изгарянето, характеризиращо се с това, че съдържа лантаниди в кисел, воден разтвор.

„
15. Средство, подпомагащо изгарянето, съгласно претенция 14, характеризиращо се с това, че лантанидите са лантан и/или церий или ги съдържат.
16. Средство, подпомагащо изгарянето, съгласно претенция 14 или 15, характеризиращо се с това, че освен това съдържа и манган, и/или цинк, и/или никел, и/или мед, и/или силикати, особено силикати на един или на няколко от споменатите метали.
17. Използване на средството, подпомагащо изгарянето, съгласно една от претенциите 14 до 16 за получаване на водородно-кислородна смес и/или като добавка към течните горива.
18. Твърдо гориво от органични индустриални отпадъци, което показва постоянна калоричност и съдържа лантаниди, характеризиращо се с това, че освен това съдържа манган-, и/или цинк-, и/или никел-, и/или медсъдържащи силикати.
19. Гориво, съгласно претенция 18, характеризиращо се с това, че показва калоричност над 1500 BTU, предимно 4000-5500 BTU.
20. Гориво, съгласно претенция 18 или 19, характеризиращо се с това, че показва неутрална рН-стойност.