RO108692B1 - Procedeu de valorificare energetică, a deșeurilor din industria celulozei și hârtiei - Google Patents

Abstract

Invenția valorifică, energetic, autoterm, deșeurile umede sau uscate, cu putere calorică inferioară, peste 200 cal/kg, producând abur curat, din majoritatea umidității deșeurilor și combustibil gazos, de bună calitate, cu respectarea exigențelor ecologice și cu eficiență economică, superioară.

Description

Prezenta invenție se referă la un procedeu de valorificare energetică, a deșeurilor din industria celulozei și hârtiei, cum sunt : nămolul biologic, coaja de lemn și rumegușul de la secționări, borhotul lignosulfonic, precum și ale altor deșeuri similare, din alte industrii.

In literatura de specialitate, nu se menționează nici o soluție convenabilă tehnicoeconomică, fapt care a condus la depozitarea deșeurilor, pe suprafețe mari, cu cheltuieli importante de transport și manipulare, dezavantajând sensibil ecologia, pe zone întinse, cu afectarea apelor de suprafață și subterane, a aerului și chiar a întregului ecosistem biologic zonal.

Procedeul conform invenției atenuează dezavantajele de mai sus, asigurând totodată producerea de abur de presiune joasă sau medie și combustibil gazos, de foarte bună calitate (cu Pc; de cel puțin 4000 kcal/nV), în care se poate regăsi peste 90% din căldura superioară de ardere (puterea calorică superioară), prin aceea că amestecul de deșeuri, cu putere calorică inferioară, de cel puțin 500 și respectiv 250 kcal/kg, când umiditatea sa este de 70% și respectiv 30 %, se usucă la 105°C, cu ajutorul unui purtător de căldură solid, constituit din pietriș cu granule de 8 ... 12 mm, care se răcește de la 200°C la 90°C ... 115°C, amestecul de deșeuri circulând în contracurent sau echicurent cu pietrișul. Aburul format, în prima zonă a uscătorului, conține gaze necondensabile, iar cel din ultima zonă de uscare conține volatile, parțial combustibile, aburul generat, în zonele extreme, este colectat separat de cel din zona medie și folosit la gazificarea cocsului rezultat din făina de deșeuri după parcurgerea pirolizoarelor și implicit la producerea gazului de apă, aburul din zona mediană, colectat separat, este folosit la obținerea gazului de apă (eventual în scopul destinderii într-o turbină cu condensație, pentru producere de energie electrică) sau ca agent termic, încălzitor de apă caldă, pentru consumul tehnologic, igienicosanitar și menajer. Separarea zonelor se face prin ecrane fixe, susținute de conducte de colectare a aburului, deasupra nivelului pietrișului. Pietrișul este trecut într-un încălzitor, în care ajunge la 1100 ... 1200°C, prin arderea unei părți din combustibilul produs de instalația de valorificare, iar partea solidă și combustibilă a deșeurilor, mărunțită, sub dimensiunile granulelor de pietriș, de care se separă prin ciuruire, este pirolizată, în două trepte (sau numai într-una) și supusă apoi unei gazificări cu abur, toate aceste procese endoterme beneficiind de aportul termic al masei de pietriș, în etape care asigură răcirea continuă a pietrișului de la 1200 la 1050°C, în treapta a doua de piroliză, de la 1050 la800°C în gazificare și de la 800 la 600°C în prima treaptă de piroliză, la ieșirea din gazificator, cu circa 800°C, pietrișul este amestecat cu cenușa reziduală, de care se separă prin ciuruire. Căldura sensibilă a cenușii este valorificată, prin intermediul unui circuit separat de pietriș, la uscarea deșeurilor, iar pietrișul cu 800°C este folosit la prima treaptă de pirolizare. După prima treaptă de piroliză, făina semicocsificabilă este separată de pietriș prin ciuruire și trecută la trepata a Il-a de piroliză, iar pietrișul este folosit ca sursă de căldură la uscarea deșeurilor, după o prealabilă amestecare și omogenizare cu restul de pietriș evacuat din uscător, care plafonează temperatura amestecului la 200°C. Excedentul eventual de pietriș de la treapta I de piroliză este reintrodus la încălzitorul de pietriș. Procedeul permite, ca în cazul deșeurilor de sulf, datorită puterii calorice relativ mari a gazului și atmosferei, în evoluția făinii, sulful să fie regăsit cu concentrații maximale ca SH₂ în gaze, din care se separă avantajos prin procedee cunoscute; de asemenea, procedeul asigură reoxidarea la nivel de Fe^ și Fe^l, a fierului din cenușa reziduală, prin folosirea aburului ca agent de gazificare, recuperând căldura consumată anterior pentru reducerea oxizilor de fier. In aplicarea procedeului, intrările constau din : deșeul umed, energia electrică, necesară antrenării utilajelor și aerul comburant (la focarul încălzitorului de pietriș), iar ieșirile constau din : combustibil gazos (cu gudroane și ape fenolice și amoniacale) la circa 550°C, cu Pc, de circa 6500 kcal/nV, din prima treaptă de piroliză, combustibil gazos (cu gudroane și ape mai puține) la circa 900°C, cu Pc, de 4500 keal/m_n ³, din a doua treaptă de piroliză , combustibil gazos (gaz de apă) la 1000°C cu Pc, de 2500 kcal/nVrezultat din gazificarea cocsului cu aport de abur produs la uscare și care se consumă înde108692 osebi la încălzirea pietrișului, proporția de gaze fiind condiționată de compoziția deșeului ; mai rezultă abur relativ curat, utilizabil la încălzirea de apă în scopuri menajere, igienico- sanitare și tehnologice, cenușă colectabilă, concentrat nedispersată în gaze, precum și gaze de ardere de la focarul încălzitorului de pietriș.

Procedeul conform invenției este realizat într-un ansamblu cunoscut de utilaje, cuprinzând : un uscător, un pirolizor - treapta I, un pirolizor - treapta a Il-a, un gazificator, un separator de cenușă, un omogenizator, un încălzitor de pietriș cu anexe (focar, recuperator de căldură din gazele de ardere, exhaustor și ventilator de aer) și un răcitor de cenușă. Uscătorul de deșeuri combustibile, umede, este constituit dintr-un corp cilindric, orizontal, în care deșeurile se introduc, pe la un capăt, cu un șnec sau printr-o conductă de pompare și care vin în contact cu pietriș încălzit până la 200°C, care asigură aportul de căldură necesar vaporizării apei, aburul format în prima și ultima zonă a uscatorului este colectat separat de cel din zona mediană și folosit la gazificarea cocsului rezultat din făina de deșeuri. Aburul, din zona mediană, colectat separat, este folosit, în scopul destinderii, întro turbină cu condensație sau ca agent termic, încălzitor de apă, pentru consumul tehnologic, igienico-sanitar și menajer; separarea zonelor se face prin ecrane fixe, susținute de conductele de colectare a aburului, deasupra nivelului pietrișului. La capătul de ieșire, al făinii uscate, uscătorul este prevăzut cu un ciur rotativ, prin care trece numai făina, nu și pietrișul. In uscător, intră deșeu umed la 20°C și pietriș la 200°C și ies : abur saturat, la presiunea atmosferică, cu temperatura de 100°C, pietriș la 90°C și făină uscată la 105°C. Pirolizorul - treapta I, pentru făină uscată, este un cuptor cilindric, orizontal, rotativ, în care intră, în echicurent, făina uscată la 105°C și pietrișul la 800°C, din separatorul de cenușă; aici are loc semicocsificarea făinii la 600°C și separarea semicocsului prin ciuruire; din acest pirolizor. ies : pietriș la 610°C, făină semicocsificată la 590°C și combustibil gazos la 550°C. Pirolizorul treapta a Il-a, al făinii semicocsificabile, este de asemenea un cuptor cilindric rotativ, orizontal, prevăzut cu o componentă statică, la intrarea pietrișului de 1200°C, în care pietrișul formează un taluz, din care cuptorul rotativ preia pietrișul cu flux reglabil prin reglarea taluzului; contactul dintre pietriș și făină asigură devolatilizarea completă a făinii, generarea de gaze de piroliză și formarea de cocs, care se evacuează din pirolizor împreună cu pietrișul răcit la 950 ... 1050°C. Gazificatorul constă dintr-un cilindru static, cu ax vertical, în care amestecul de pietriș și făină cocsificată la 1050°C este repartizat uniform printr-un trunchi de con; amestecul întâlnește abur de la uscător, în contracurent; aburul, amestecat eventual cu gaze rezultate din gudroane, în scopul cracării lor, este distribuit de asemenea uniform, pe secțiunea orizontală, inferioară, iar gazul de apă rezultat, este colectat în secțiunea orizontală, superioară, a cilindrului. Omogenizatorul amestecă două fluxuri de pietriș, cu temperaturi diferite și este un corp cilindric, rotativ, orizontal, în care pietrișul din cele două fluxuri tinde spre o temperatură uniformă și eventual vine în contact cu un nisip, care umple o parte din golurile dintre granulele de pietriș și care intensifică transferul căldurii dintre granulele mai calde și cele relativ reci, realizând un coeficient global, de transfer superficial de căldură, de peste 350 W/m²K; fluxurile care intră în omogenizator provin de la pirolizorul - treapta I și de la uscător, temperatura amestecului fiind limitată la 200°C, pentru a evita spargerea granulelor în contact cu deșeul cald. încălzitorul de pietriș este constituit dintr-un cilindru vertical, prevăzut cu două trunchiuri de con, pentru repartizarea și colectarea uniformă a pietrișului, încălzit de gaze de ardere, generate de un focar și repartizate de asemenea, uniform, în masa de pietriș, prin canele metalice, căreia îi cedează căldură în contracurent; anexele (focarul, recuperatorul de căldură din gazele de ardere evacuate, exhaustorul de gaze, ventilatorul de aer) sunt în sine cunoscute.Răcitorul de cenușă este un corp cilindric, vertical, în care cenușa se răcește, încălzind un flux de pietriș, vehiculat între răcitor și uscător;

In continuare, se prezintă legăturile între utilaje și fluxul tehnologic; o parte din pietrișul evacuat din uscător este dus la omogenizator, în care se amestecă pietriș de

600°C de la pirolizorul treapta I, formând fluxul de pietriș cu 200°C, necesar alimentării uscătorului; urmărind, în continuare, evoluția făinii, aceasta ajunge la pirolizorul-treapta I, în care se amestecă cu pietriș la 800°C, provenit de la separatorul de cenușă și este pirolizată la 600°C, generând un combustibil gazos și făină semicocsificată, care este trecută la pirolizorultreapta I, în care se amestecă cu pietriș de 1200°C, de la încălzitorul de pietriș și se cocsifică, formând un gaz combustibil la 900°C; amestecul de pietriș și făină cocsificată intră în gazificator, în care se generează gaz de apă și din care ies pietriș amestecat cu cenușă la 800°C și gaz de apă la 950°C; în separatorul de cenușă, aceasta este separată de pietriș prin ciuruire; pietrișul intră în pirolizorul treapta I, cenușa în răcitorul de cenușă; căldura cenușii este cedată uscătorului, printr-un circuit secundar de pietriș, dotat cu un elevator. Inițierea proceselor în instalație se face cu combustibil din exterior, lichid sau gazos, care încălzește pietrișul și când acesta iese din gazificator la circa 500°C, uscătorul se încarcă cu deșeu, se produce făină uscată, după care se intră în regimul descris anterior.

Principalele avantaje ale invenției constau în :

- diminuarea poluării și reducerea cheltuielilor de transport ;

- producerea de abur, din umiditatea deșeurilor, pe seama diferenței dintre puterile calorice superioară și inferioară ale deșeurilor combustibile respective ;

- producerea de gaz combustibil, pe seama puterii calorice inferioare a deșeurilor;

- instalația este elastică și procedeul poate fi oricând întrerupt și reluat ; dacă se sparg granule de pietriș (regăsite ca stare de cenușă), pietrișul poate fi oricând împrospătat;

- puterea calorică a gazului fiind relativ mare, în cazul deșeurilor cu sulf, datorită atmosferei reducătoare în evoluția făinii, sulful se regăsește cu concentrații maximale, ca SH₂, în gaze, din care se separă prin procedee cunoscute, producând un sulf mai ieftin decât cel provenit din minele de sulf

- cenușa provenită din nămoluri biologice, conform procedeului, este bogată în componente chimice, valorificabile ca îngrășământ sau ca amendament în agricultură.

In continuare, se dă un exemplu de realizare a invenției, în legătură cu figura, care reprezintă schema de valorificare energetică, a deșeurilor, dintr-o unitate de producție industrială, de celuloză și hârtie, prevăzută cu două trepte de piroliză. Deșeurile, cu mare umiditate, se introduc într-un uscător rotativ, cilindric, orizontal 1, în care se întâlnesc un pietriș, cu temperatura de 200°C, provenit dintr-un omogenizator 2, realizat ca un cuptor cilindric, rotativ, orizontal și de la un răcitor de cenușă 3, care este de asemenea un cuptor rotativ, cilindric, orizontal. Pietrișul este relativ monogranular și se poate obține din separarea granulometrică, a pietrișului silicos de râu. Făina uscată se introduce într-un pirolizor 4 treapta I, constituit dintr-un cuptor cilindric, orizontal, rotativ, în care se amestecă cu pietrișul încălzit la 800°C, provenit de la un separator 5 de cenușă . In acest pirolizor, are loc formarea gazului de piroliză la 600°C; făina semicocsificată separată printr-un ciur rotativ, solidar cu 4, este ridicată la un alt pirolizor 6, treapta a Π-a, constituit de asemenea dintr-un cuptor cilindric, rotativ, orizontal, în care se amestecă cu pietrișul încălzit la 1200°C, într-un încălzitor 7. încălzitorul 7 este alimentat cu pietriș scos din uscătorul 1 și din pirolizorul 4. Agentul termic primar al încălzitorului 7 este constituit din gazele de ardere, generate de un focar 8, alimentat cu combustibil gazos, provenit de la un gazificator 9. Gazele de ardere evacuate din încălzitorul 7, preîncălzesc aerul comburant al focarului 8 într-un schimbător de căldură 10, dotat cu un exhaustor de gaze 11 și un ventilator de aer 12.Combustibilul gazos din pirolizoarele 4 și 6 trece prin gazificatorul 9, în scopul cracării și reducerii producției de gudroane; el se regăsește în amestec cu gazul de apă, format din carbonul existent în cocsul din făină pirolizată și abur provenit din uscătorul 1, surpresat de un ventilator 13, încălzit într-un schimbător de căldură 14, cu aport termic al combustibilului gazos, generat de instalație, vehiculat de un ventilator 15.

Claims (3)

1. Revendicări

   1. Procedeu de valorificare energetică, a deșeurilor din industria celulozei și hârtiei, caracterizat prin aceea ca, în scopul reducerii

   Ί poluării, al producerii de abur și al producerii unui combustibil gazos, cu Pc; în medie de circa 4000 kcal/n^³, amestecul de deșeuri cu PCj de cel puțin 500 și respectiv 250 kcal/kg, cu umiditate 70 %, respectiv 30 %, se usucă la 105 °C, cu căldura cedată de o masă de pietriș, cu granule de 8 ... 12 mm, și care se răcește de la 200, la 90°C ... 115°C, amestecul de deșeuri circulând în contracurent sau echicurent cu pietrișul, iar aburul format în prima zonă de uscare conține gaze necondensabile, iar cel din ultima zonă de uscare conține gaze parțial combustibile, aburul generat în zonele extreme este colectat separat de cel din zona medie și folosit la gazificarea cocsului, rezultat din făina de deșeuri, după piroliză și implicit la producerea gazului de apă, aburul din zona mediană, colectat separat, este folosit la obținerea gazului de apă sau ca agent termic încălzitor de apă caldă, pentru diverse scopuri, pietrișul fiind încălzit la 1100°C ... 1200°C prin arderea unei părți din combustibilul produs prin procedeul respectiv de valorificare, iar partea solidă și combustibilă a deșeurilor, mărunțită sub dimensiunile granulelor de pietriș, de care se separă prin simplă ciuruire, este pirolizată în una sau două trepte și supusă apoi unei gazificări cu abur, toate aceste faze endoterme beneficiind de aportul termic al masei de pietriș, în etape care asigură răcirea continuă a pietrișului de la 1200 la 1050°C, în treapta a doua de piroliză, de la 1050 la 800°C în gazificare și de la 800 la 600 °C, în prima treaptă de piroliză, la ieșirea de la gazificare, cu circa 800°C, pietrișul este amestecat cu cenușa reziduală, de care se separă prin ciuruire, iar căldura sensibilă a cenușii este valorificată, prin intermediul unui circuit separat de pietriș, la uscarea deșeurilor, pietrișul cu 800°C fiind folosit Ia prima treaptă de piroliză, după prima treaptă de piroliză, făina semicocsificată este separată de pietriș și trecută în treapta a doua de piroliză, iar pietrișul este folosit ca sursă de căldură, la uscarea deșeurilor, după o prealabilă amestecare și omogenizare cu restul de pietriș, evacuat de la uscare, care limitează temperatura amestecului la 200°C, excedentul eventual de pietriș, de la treapta I de piroliză, este introdus la operația de încălzire.
2. 2. Procedeu conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că, în cazul deșeurilor cu conținut de sulf, acesta este regăsit, în gaze, sub formă de H₂S.
3. 3. Procedeu conform revendicărilor 1 și 2, caracterizat prin aceea că, din proces rezultă combustibil gazos, cu o temperatură de 550°C și Pc; de 6500 kcal/nV, din prima treaptă de piroliză și care conține și gudroane și ape fenolice și amoniacale, un combustibil gazos cu o temperatură de 900°C cu Pq de 4500 kcal/nV, din a doua treaptă de piroliză, având un oarecare conținut de gudroane și ape fenolice și amoniacale, cu combustibil gazos - gaz de apă - cu o temperatură de 1000°C și Pcj de 2500 kcal/m_n ³ și care este în special utilizat la încălzirea pietrișului, mai rezultând și abur curat, cenușă colectabilă, precum și gaze de ardere.