RU2079051C1

RU2079051C1 - Method of processing of solid domestic garbage

Info

Publication number: RU2079051C1
Application number: RU94021264/06A
Authority: RU
Inventors: Г.Б. Манелис; Е.В. Полианчик; В.П. Фурсов; А.Д. Червонный; Н.Г. Альков; В.А. Рафеев; В.В. Черемисин; А.А. Юданов; Н.А. Червонна; Н.А. Червонная
Original assignee: Институт химической физики в Черноголовке РАН
Priority date: 1994-06-23
Filing date: 1994-06-23
Publication date: 1997-05-10
Also published as: FR2721691A1; RU94021264A; FR2721691B1

Abstract

FIELD: processing of solid domestic garbage by gasification. SUBSTANCE: solid domestic garbage containing combustible components is charged in a vertical shaft furnace (reactor) admitted to which in countercurrent to solid domestic garbage is a gasifying agent containing oxygen. Conditions of pyrolysis of solid domestic garbage are provided in the reactor with subsequent incineration (gasification) of carbon residues of pyrolysis. Conditions of processing of solid domestic garbage are optimized by adjusting the flow rate of the gasifying agent and relation between the content of non-combustible and combustible components in solid domestic garbage and content of oxygen in gasifying agent, as well as, if possible, by introducing solid non-combustible material or solid fuel as a component of solid domestic garbage to be processed. The combustion temperature is to be maintained within 700 to 1400 C. Fixed gases, having a high calorific power, can be used as fuel. EFFECT: facilitated procedure. 14 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к методам переработки твердых бытовых отходов, содержащих бумагу, дерево, резину, текстиль, пластмассы и другие горючие компоненты, путем пиролиза и газификации горючих составляющих мусора и получения продуктов пиролиза и горючего газа. The invention relates to methods for processing municipal solid waste containing paper, wood, rubber, textiles, plastics and other combustible components, by pyrolysis and gasification of combustible waste components and the production of pyrolysis products and combustible gas.

Вторичная переработка твердых бытовых отходов (ТБО) это актуальная проблема, поскольку количество накапливаемых отходов постоянно растет, а экономически и экологически приемлемых методов их уничтожения/переработки не существует. Большую часть ТБО вывозят на свалки без переработки, где их захоранивают, перекладывая таким образом экологические проблемы на грядущие поколения. Существующие мусоросжигающие заводы перерабатывают лишь небольшую часть от накапливемых ежегодно ТБО. Эти заводы обычно капиталоемки и имеют сложные и дорогостоящие системы очистки дымовых газов, необходимые для того, чтобы вписать мусоросжигающие заводы в действующие экологические стандарты. The recycling of municipal solid waste (MSW) is an urgent problem, since the amount of accumulated waste is constantly growing, and there are no economically and environmentally acceptable methods for their destruction / recycling. Most of the solid waste is transported to landfills without processing, where they are disposed of, thereby shifting environmental problems to future generations. Existing waste incinerators process only a small part of the solid waste accumulated annually. These plants are usually capital-intensive and have sophisticated and expensive flue gas cleaning systems necessary to fit waste incinerators into current environmental standards.

Известен ряд методов переработки ТБО в режиме горения. Наиболее распространенным в настоящее время является способ прямого сжигания ТБО в печах на колосниковых решетках специальной конструкции в потоке воздуха. Этот метод приводит к образованию воздушных загрязнений, которые можно предотвратить лишь путем сложной и дорогой вторичной очистки дымовых газов. Более перспективными представляются методы, основанные на предварительной газификации ТБО с получением топливного газа, который много легче очистить, чем дымовые газы, хотя бы вследствие многократно меньшего объема первого. A number of methods for processing solid waste in the combustion mode are known. The most common at present is the method of direct burning of solid waste in furnaces on grate grates of a special design in an air stream. This method leads to the formation of air pollution, which can only be prevented by the complex and expensive secondary treatment of flue gases. More promising are methods based on the preliminary gasification of solid waste with the production of fuel gas, which is much easier to clean than flue gases, at least due to the much smaller volume of the first.

Известен ряд методов, основанных на последовательной слоевой газификации твердых органических топлив в противотоке газа-окислителя в печах шахтного типа. Применительно к переработке горючего сланца известна схема (см. Патенты US-A-2 796390 (Elliott) и US-A-2 798032 (Martin et al.)). A number of methods are known based on sequential layer-by-layer gasification of solid organic fuels in countercurrent oxidizing gas in shaft-type furnaces. With regard to the processing of oil shale, a scheme is known (see Patents US-A-2 796390 (Elliott) and US-A-2 798032 (Martin et al.)).

Общая схема газификации твердых органических топлив в противотоке газифицирующего агента может быть представлена в следующем виде. The general scheme of gasification of solid organic fuels in countercurrent gasification agent can be presented in the following form.

Газифицирующий агент, содержащий кислород и возможно воду и/или углекислый газ, поступает в зону горения, в которой кислород взаимодействует с углеродом твердого топлива в виде кокса или полукокса при температурах около 900 1500^oC. Газифицирующий агент подается в реактор противотоком к топливу таким образом, что газ-окислитель по крайней мере частично предварительно пропускается через слой горячих твердых продуктов горения, в которых углерод уже отсутствует. В этой зоне происходит охлаждение твердых продуктов горения и соответственно нагрев газифицирующего агента перед его поступлением в зону горения. В зоне горения свободный кислород газифицирующего агента полностью расходуется и горячие газообразные продукты горения, включающие диоксид углерода и пары воды, поступают в следующий слой твердого топлива, называемый зоной восстановления, в которой диоксид углерода и водяной пар вступают в химические реакции с углеродом топлива, образуя горючие газы. Тепловая энергия раскаленных в зоне горения газов частично расходуется в этих реакциях восстановления. Температура газового потока снижается по мере того, как газ протекает сквозь твердое топливо и передает последнему свое тепло. Нагретое в отсутствие кислорода топливо подвергается пиролизу. В результате пиролиза получаются кокс, смолы пиролиза и горючие газы. Продукт газ пропускается через свежезагруженное топливо с тем, чтобы газ остыл, а топливо подогрелось и просохло. Наконец, продукт газ, содержащий пары углеводородов, водяной пар, а также смолы, выводится для последующего использования.A gasifying agent containing oxygen and possibly water and / or carbon dioxide enters the combustion zone in which oxygen interacts with the carbon of the solid fuel in the form of coke or semi-coke at temperatures of about 900 1500 ^o C. The gasifying agent is fed into the reactor countercurrent to the fuel in this way that the oxidizing gas is at least partially preliminarily passed through a layer of hot solid combustion products in which carbon is already absent. In this zone, solid combustion products are cooled and, accordingly, the gasifying agent is heated before it enters the combustion zone. In the combustion zone, the free oxygen of the gasifying agent is completely consumed and hot gaseous products of combustion, including carbon dioxide and water vapor, enter the next layer of solid fuel, called the reduction zone, in which carbon dioxide and water vapor react chemically with the carbon of the fuel, forming combustible gases. The thermal energy of the gases heated in the combustion zone is partially consumed in these reduction reactions. The temperature of the gas stream decreases as the gas flows through the solid fuel and transfers its heat to the latter. The fuel heated in the absence of oxygen undergoes pyrolysis. Pyrolysis produces coke, pyrolysis resins and combustible gases. The product gas is passed through freshly loaded fuel so that the gas cools down and the fuel warms up and dries out. Finally, a product gas containing hydrocarbon vapors, water vapor, and also tar is discharged for later use.

ТБО входят в класс твердых пиролизуемых высокозольных топлив, которые можно перерабатывать путем противоточной газификации. Обычно ТБО содержат значительное количество горючих веществ: бумаги, дерева, резины, пластмасс, органических веществ, содержащихся в пищевых отходах и т. п. которые могут при переработке давать горючий газ. Твердые остатки, выводимые из зоны горения обычно оказываются экологически приемлемыми. MSW are included in the class of solid pyrolyzable high-ash fuels, which can be processed by countercurrent gasification. Usually MSW contain a significant amount of combustible substances: paper, wood, rubber, plastics, organic substances contained in food waste, etc., which can produce combustible gas during processing. Solid residues discharged from the combustion zone are usually environmentally friendly.

Наиболее близкий к заявляемому является метод газификации (см. патент US-A-4 732091 (Gould)). Согласно этому методу твердое топливо (включая и ТБО) загружают в верхнюю часть вертикальной шахтной печи. ТБО направляют с управляемой скоростью через последовательность камер, разделенных горизонтальными подвижными решетками, в которых топливо пиролизуется и сгорает в противотоке паровоздушного газифицирующего агента. Этот метод дает способ для разрыхления мусора в процессе переработки и, таким образом, для обеспечения его газопроницаемости. Дает он и способ управления поступлением ТБО в соответствующие зоны. Основной недостаток метода наличие в нем движущихся решеток. В высокотемпературных зонах движущиеся решетки неизбежно будут быстро изнашиваться. Кроме того, частицы пыли и смол будут отлагаться на движущихся конструкциях реактора, нарушая его работу. Продукт газ выводится из реактора в верхней части последнего при температуре 430 450^oC, а температура горения составляет 870 930^oC.Closest to the claimed is the gasification method (see patent US-A-4 732091 (Gould)). According to this method, solid fuel (including solid waste) is loaded into the upper part of a vertical shaft furnace. MSW is directed at a controlled speed through a sequence of chambers separated by horizontal movable gratings in which the fuel is pyrolyzed and burned in countercurrent gas-vaporizing agent. This method provides a method for loosening debris during processing and, thus, to ensure its gas permeability. It also gives a way to control the receipt of solid waste in the corresponding zones. The main disadvantage of this method is the presence of moving gratings in it. In high temperature zones, moving grilles will inevitably wear out quickly. In addition, dust and tar particles will be deposited on the moving structures of the reactor, disrupting its operation. The product gas is removed from the reactor in the upper part of the latter at a temperature of 430 450 ^o C, and the combustion temperature is 870 930 ^o C.

Общая для известных методов газификация ТБО проблема их низкая энергетическая эффективность. Эти методы становятся особенно неэффективными при переработке мусора с непостоянным составом. Другая общая проблема это высокая температура получаемого газа. Это делает его непосредственную очистку затруднительной, хотя, как правило, он содержит кислые компоненты (сероводород, хлористый водород, фтористый водород), которые надлежит удалить до направления газа на сжигание. Кроме того, при температуре выше 300^oC смолы, присутствующие в газе, полимеризуются и образуют отложения на стенках газоводов.A common problem for the known gasification of solid waste is their low energy efficiency. These methods become especially ineffective when processing waste with inconsistent composition. Another common problem is the high temperature of the produced gas. This makes direct cleaning difficult, although, as a rule, it contains acidic components (hydrogen sulfide, hydrogen chloride, hydrogen fluoride), which must be removed before the gas is sent for combustion. In addition, at temperatures above 300 ^o C, the resins present in the gas polymerize and form deposits on the walls of the gas ducts.

Целью изобретения является обеспечение эффективной переработки ТБО, в том числе низкокалорийных, без использования дополнительных источников энергии и с получением экологически приемлемых (после соответствующей очистки) продуктов. The aim of the invention is the provision of efficient processing of solid waste, including low-calorie, without the use of additional energy sources and with the production of environmentally acceptable (after appropriate treatment) products.

Для достижения поставленной цели предлагается способ газификации твердых бытовых отходов, содержащих твердую органическую часть 10 90 мас. воду 10 70 мас. и твердую негорючую часть 10 80 мас. To achieve this goal, a method for the gasification of municipal solid waste containing a solid organic part of 10 to 90 wt. water 10 70 wt. and solid non-combustible part 10 to 80 wt.

Предлагаемый метод включает следующие основные этапы. The proposed method includes the following main steps.

Частично горючие ТБО загружают в реактор, например печь шахтного типа, для проведения в нем последовательно сушки ТБО и затем пиролиза/газификации горючих составляющих ТБО. Кислородсодержащий газ-окислитель, например воздух, подается в реактор через ту его часть, где накапливается твердый остаток переработки, так, чтобы в существенной мере направить газовый поток противотоком через загрузку ТБО последовательно через ряд зон, как описано ниже. Сначала через зону сушки, где температура ТБО повышается до 200^oC за счет теплообмена с потоком продукт-газа; в этой зоне ТБО высушивается, а газовый поток охлаждается перед выводом последнего из реактора. Газообразные продукты сушки, пиролиза и газификации выводят из этой зоны как продукт-газ. Затем загрузка поступает в зону пиролиза и коксования, где за счет теплообмена с газовым потоком температура постепенно возрастает с 200 до 800^oC и горючие составляющие ТБО пиролизуются, давая в конце концов кокс. Затем загрузка, содержащая этот кокс, поступает в зону горения и газификации, где температура загрузки составляет 700 1400^oC. Здесь кокс реагирует с горячим газом-окислителем, давая топливный газ. Твердый остаток горения поступает в зону охлаждения, где он охлаждается противотоком газифицирующего агента от температуры горения до температуры разгрузки. Встречный поток газа-окислителя, в свою очередь, нагревается до температуры, близкой к температуре горения, прежде, чем он поступает в зону горения. Вышеприведенная классификация зон отчасти произвольна. Эти зоны можно было бы определить и иначе, например по температуре газов, составу реагентов и т. п. При любой классификации зон существенным является то, что за счет противотока газа и твердой загрузки происходит предварительный нагрев газа-окислителя (газифицирующего агента) на твердом остатке горения, а в дальнейшем горячие газообразные продукты горения передают свое тепло исходной загрузке.Partially combustible solid waste is loaded into a reactor, for example, a shaft-type furnace, for sequentially drying the solid waste and then pyrolyzing / gasifying the combustible components of the solid waste. An oxygen-containing oxidizing gas, such as air, is fed into the reactor through that part where the solid residue of the processing is accumulated, so that the gas flow is substantially directed in countercurrent flow through the MSW charge sequentially through a series of zones, as described below. First, through the drying zone, where the temperature of the MSW rises to 200 ^o C due to heat exchange with the product gas stream; in this zone, the MSW is dried, and the gas stream is cooled before the latter is removed from the reactor. The gaseous products of drying, pyrolysis and gasification are removed from this zone as product gas. Then the charge enters the pyrolysis and coking zone, where due to heat exchange with the gas stream, the temperature gradually rises from 200 to 800 ^o C and the combustible components of the MSW are pyrolyzed, eventually giving coke. Then the charge containing this coke enters the combustion and gasification zone, where the charge temperature is 700-1400 ^o C. Here, the coke reacts with the hot oxidizing gas to produce fuel gas. The solid combustion residue enters the cooling zone, where it is cooled by the countercurrent of the gasifying agent from the combustion temperature to the discharge temperature. The counter flow of the oxidizing gas, in turn, is heated to a temperature close to the combustion temperature, before it enters the combustion zone. The above classification of zones is somewhat arbitrary. These zones could have been determined differently, for example, by the temperature of the gases, the composition of the reagents, etc. For any classification of the zones, it is essential that, due to the gas countercurrent and solid charge, the oxidizing gas (gasifying agent) is preheated on the solid combustion, and subsequently hot gaseous combustion products transfer their heat to the initial charge.

Следует также отметить, что упомянутый противоток вовсе не обязательно подразумевает пространственное перемещение мусора. В частности, процесс может быть реализован как непрерывный путем непрерывной или порционной загрузки ТБО в реактор и выгрузки из него твердого остатка по мере того, как ТБО расходуются в процессе. В этом частном случае ТБО действительно перемещаются противотоком к газовому потоку. Однако тот же процесс можно осуществить как процесс в неподвижном слое, где реактор загружается и разгружается после его остановки. В этом случае упомянутая последовательность зон движется по загрузке и мусор попадает в соответствующую зону по мере того, как эта зона приходит в определенное сечение реактора. It should also be noted that the countercurrent does not necessarily imply spatial movement of the garbage. In particular, the process can be implemented as continuous by continuously or portionwise loading the MSW into the reactor and unloading the solid residue from it as the MSW is consumed in the process. In this particular case, the MSW actually moves countercurrently to the gas stream. However, the same process can be carried out as a process in a fixed bed, where the reactor is loaded and unloaded after it is stopped. In this case, said sequence of zones moves along the charge and debris enters the corresponding zone as this zone enters a certain section of the reactor.

Максимальную температуру в зоне горения (она же максимальная температура в реакторе) поддерживают в пределах 700 1400^oC (предпочтительно 1000 - 1200^oC) и при этом температуру продукт-газа на выходе из реактора поддерживают ниже 400^oC (предпочтительно ниже 250^oC).The maximum temperature in the combustion zone (it is the maximum temperature in the reactor) is maintained within the range of 700–1400 ^° C (preferably 1000–1200 ^° C), while the temperature of the product gas at the outlet of the reactor is kept below 400 ^° C (preferably below 250 ^° C) )

Температурный режим процесса регулируют путем управления по крайней мере одним из следующих параметров: массовой доли кислорода в газифицирующем агенте "a", массовой доли негорючего материала в ТБО "b" и массовой доли горючего материала в ТБО "c", поддерживая при этом отношение A ab/c в пределах 0,1 4,0. При этом предпочтительное значение "A" лежит в пределах 0,15 < A < 1,0. Для обычных средних составов городского мусора оптимальными являются условия 0,2 < A < 0,5. Регулирование вышеуказанных температур может также включать и регулирование расхода газа-окислителя (преимущественно в пределах 200 5000 кг/ч на квадратный метр проходного сечения реактора в зоне горения и газификации) и доли горючих составляющих в ТБО (преимущественно в пределах 20 60). The temperature regime of the process is controlled by controlling at least one of the following parameters: mass fraction of oxygen in gasification agent "a", mass fraction of non-combustible material in MSW "b" and mass fraction of combustible material in MSW "c", while maintaining the ratio A ab / c within 0.1 4.0. Moreover, the preferred value of "A" lies in the range of 0.15 <A <1.0. For ordinary average compositions of urban waste, the optimal conditions are 0.2 <A <0.5. The regulation of the above temperatures may also include the regulation of the flow rate of the oxidizing gas (mainly within 200–5000 kg / h per square meter of the reactor cross section in the combustion and gasification zone) and the fraction of combustible components in the MSW (mainly within 20–60).

При этом отношение "A" увеличивают и/или расход газа-окислителя уменьшают, если температура продукт-газа превышает предписанные пределы; упомянутое отношение A уменьшают и/или расход газа-окислителя уменьшают, если максимальная температура в зоне горения и газификации превышает предписанные пределы; упомянутое отношение А увеличивают и/или расход газифицирующего агента увеличивают и/или массовую долю горючего в ТБО увеличивают, если максимальная температура в зоне горения и газификации падает ниже предписанных пределов. The ratio "A" is increased and / or the flow rate of the oxidizing gas is reduced if the temperature of the product gas exceeds the prescribed limits; said ratio A is decreased and / or the flow rate of the oxidizing gas is reduced if the maximum temperature in the combustion and gasification zone exceeds the prescribed limits; the aforementioned ratio A is increased and / or the flow rate of the gasification agent is increased and / or the mass fraction of fuel in solid waste is increased if the maximum temperature in the combustion and gasification zone falls below the prescribed limits.

Регулирование отношения "А" может, в частности, осуществляться за счет введения в ТБО дополнительно кусков твердого негорючего материала или изделий из подобного материала, предпочтительно с максимальными линейными размерами кусков до 250 мм (или кускового твердого топлива) в количестве до 30 от массы исходных ТБО. Последняя возможность относится к крайнему случаю переработки влажных отходов с очень малым содержанием горючих составляющих. В частности, можно переработать твердый остаток горения и использовать его часть для регулирования состава ТБО. ТБО могут также предварительно готовиться путем фракционирования и измельчения с тем, чтобы сделать их более однородными по размерам. Подготовка производится таким образом, чтобы куски ТБО по линейным размерам не превышали 350 мм. Хотя эта операция не обязательна, она может существенно улучшить газопроницаемость загрузки и сделать более однородными соответствующие зоны. The regulation of the ratio “A” can, in particular, be carried out by introducing additional pieces of solid non-combustible material or products from a similar material into the MSW, preferably with a maximum linear size of pieces of up to 250 mm (or lump of solid fuel) in an amount up to 30 by weight of the original MSW . The latter possibility relates to the extreme case of processing wet waste with a very low content of combustible constituents. In particular, it is possible to process the solid combustion residue and use part of it to control the composition of solid waste. MSW can also be preliminarily prepared by fractionation and grinding in order to make them more uniform in size. Preparation is carried out in such a way that the pieces of solid waste in linear dimensions do not exceed 350 mm. Although this operation is not necessary, it can significantly improve the gas permeability of the load and make the corresponding zones more uniform.

Отношение "А" можно также регулировать за счет изменения состава газифицирующего агента, например обогащая или обедняя его кислородом, вводя в газифицирующий агент воду (жидкую или пар), двуокись углерода и т. д. В частности, могут использоваться двуокись углерода и вода, извлеченные из продукт-газа (например, углекислый газ, получаемый как побочный продукт при аминной очистке газа, и вода, сконденсированная из газа). Для того, чтобы использовать и обезвредить воду, загрязненную органическими соединениями, полученную в ходе процесса, ее можно вводить в зону горения и газификации и/или зону охлаждения золы в области, где температура высока (температура твердых продуктов выше 400^oC) и преобладает окислительная атмосфера, что позволяет окислить органические примеси, присутствующие в воде. Подобный способ подачи воды также обеспечивает дополнительный путь аварийного управления максимальной температурой в случае, когда температура выходит за предписанные пределы.The “A” ratio can also be adjusted by changing the composition of the gasification agent, for example, enriching or depleting it with oxygen, introducing water (liquid or steam), carbon dioxide, etc. into the gasification agent. In particular, carbon dioxide and water recovered from a product gas (for example, carbon dioxide obtained as a by-product from amine gas purification, and water condensed from gas). In order to use and neutralize water contaminated with organic compounds obtained during the process, it can be introduced into the combustion and gasification zone and / or the ash cooling zone in the area where the temperature is high (the temperature of solid products is above 400 ^o C) and oxidative prevails atmosphere, which allows the oxidation of organic impurities present in water. Such a method of supplying water also provides an additional way of emergency control of the maximum temperature in the case when the temperature goes beyond the prescribed limits.

Для очистки продукт-газа от серы и иных кислотных компонентов, например хлора, фтора, в состав ТБО вводят реагент, например известняк или доломит, химически связывающий кислые компоненты в соединения, выводимые из реактора в составе твердого остатка горения. To purify the product gas from sulfur and other acidic components, such as chlorine, fluorine, a reagent, such as limestone or dolomite, chemically bonding acidic components to compounds removed from the reactor as part of the solid combustion residue is introduced into the MSW composition.

Вышеупомянутые отношение "А" являет собой основной параметр для осуществления процесса в оптимальном режиме. The aforementioned ratio “A” is the main parameter for the implementation of the process in the optimal mode.

Действительно, оптимально протекающий процесс должен (по возможности одновременно) удовлетворять следующим критериям:
а) высокий энергетический КПД;
б) высокая производительность;
в) высокая калорийность газа;
г) низкая температура продукт-газа;
д) низкая температура твердого остатка.Indeed, an optimally proceeding process should (if possible simultaneously) satisfy the following criteria:
a) high energy efficiency;
b) high performance;
c) high calorific value of gas;
d) low temperature of the product gas;
d) low temperature solid residue.

Легко видеть, что критерии (а) и (в д) взаимно согласованы. Действительно, высокий энергетический КПД означает, что соответственно значительна передача теплосодержания от исходного топлива к продукт-газу и мала тепловая энергия выводимых продуктов. Кроме того, низкая температура продуктов упрощает обращение с ними, в то же время критерии (а в) одновременно удовлетворяются, когда температура переработки высока, и, значит, скорости химических реакций в зоне горения высоки, а химические равновесия сдвинуты в сторону образования горючих газов (что обычно достигается при температуре выше 1000^oC, при этом максимальная температура ограничена возможным плавлением конструкций реактора и/или твердых продуктов в реакторе).It is easy to see that criteria (a) and (c) are mutually agreed. Indeed, a high energy efficiency means that, correspondingly, the heat transfer from the initial fuel to the product gas is significant and the thermal energy of the output products is small. In addition, the low temperature of the products simplifies handling, while criteria (a c) are simultaneously satisfied when the processing temperature is high, which means that the rates of chemical reactions in the combustion zone are high and chemical equilibria are shifted towards the formation of combustible gases ( which is usually achieved at temperatures above 1000 ^o C, while the maximum temperature is limited by the possible melting of the structures of the reactor and / or solid products in the reactor).

Таким образом, задача в основном сводится к тому, чтобы совместить высокую температуру горения с низкими температурами продуктов. Сама по себе противоточная схема процесса дает частичный ответ на этот вопрос, поскольку она обеспечивает теплообмен продуктов, давая им избавиться от существенной части тепловой энергии до того, как они покидают реактор. Тем не менее, поставленная задача на существующем уровне техники не решена. Все дело в том, что регулирование заявленных параметров, а именно массовой доли кислорода в газе-окислителе, и массовых долей горючих и негорючих составляющих в ТБО, если эти параметры регулируются по одному, а не координированно, не приводит к оптимальному (в соответствии с вышеуказанными критериями) режиму процесса. Thus, the task basically boils down to combining the high combustion temperature with the low temperatures of the products. The countercurrent process scheme itself provides a partial answer to this question, since it provides heat transfer to the products, allowing them to get rid of a substantial part of the thermal energy before they leave the reactor. However, the task at the current level of technology is not solved. The thing is that the regulation of the declared parameters, namely the mass fraction of oxygen in the oxidizing gas, and the mass fractions of combustible and non-combustible components in the MSW, if these parameters are regulated one by one, and not coordinated, does not lead to optimal (in accordance with the above criteria) process mode.

На фиг. 1 представлена зависимость температуры горения от состава модельного мусора (состоящего из угля и кусков огнеупорного кирпича), перерабатываемого в процессе с неподвижным слоем. Точки представляют экспериментальные значения, а линии результаты расчета температуры горения (I), температуры газа на выходе из реактора (II) и температуры твердых продуктов (III) для достаточно длинного и теплоизолированного реактора непрерывного действия. Легко видеть, что зависимость температуры горения от состава топлива носит экстремальный характер, максимум достигается при определенном содержании горючего. Легко понять, почему вышеперечисленные параметры комбинируются в отношении "А" как в значимую величину. В самом деле, отношение "а/с" прежде всего представляет собой обратное отношение расходов ТБО и газифицирующего агента, которые связаны стехиометрическим коэффициентом расходов топлива и кислорода, а стехиометрическое соотношение не может существенно изменяться. В то же время массовая доля негорючих в ТБО определяет эффективность теплообмена между газифицирующим агентом, подаваемым в зону охлаждения, и твердым остатком. In FIG. Figure 1 shows the dependence of the combustion temperature on the composition of model garbage (consisting of coal and pieces of refractory bricks) processed in a fixed-bed process. The points represent the experimental values, and the lines represent the results of the calculation of the combustion temperature (I), the gas temperature at the outlet of the reactor (II) and the temperature of the solid products (III) for a sufficiently long and thermally insulated continuous reactor. It is easy to see that the dependence of the combustion temperature on the composition of the fuel is extreme, the maximum is achieved at a certain fuel content. It is easy to understand why the above parameters are combined in relation to "A" as a significant value. In fact, the “a / s” ratio primarily represents the inverse ratio of the MSW and gasification agent costs, which are related by the stoichiometric coefficient of fuel and oxygen consumption, and the stoichiometric ratio cannot change significantly. At the same time, the mass fraction of non-combustible in MSW determines the efficiency of heat transfer between the gasifying agent supplied to the cooling zone and the solid residue.

Таким образом, только согласованное регулирование трех составляющих "А" параметров может обеспечить оптимальный режим процесса. Thus, only the coordinated regulation of the three components of the "A" parameters can ensure the optimal process mode.

Влияние абсолютного значения расхода газифицирующего агента более очевидно: чем больше расход, тем выше максимальная температура горения. На то есть две причины: во-первых, дело в относительной роли теплопотерь в тепловом балансе реактора (топлопотери становятся относительно меньше при большей производительности). Вторая причина заключается в кинетических ограничениях на эндотермические реакции в зоне горения. В то же время больший расход газа-окислителя вызывает (при фиксировании прочих параметров) более высокую температуру продукт-газа, поскольку больший расход газа делает менее эффективным теплообмен между продукт-газом и загрузкой. The influence of the absolute value of the flow rate of the gasification agent is more obvious: the higher the flow rate, the higher the maximum combustion temperature. There are two reasons for this: firstly, the point is the relative role of heat loss in the heat balance of the reactor (heat loss becomes relatively less with greater productivity). The second reason is the kinetic restrictions on endothermic reactions in the combustion zone. At the same time, a greater consumption of an oxidizing gas causes (while fixing other parameters) a higher temperature of the product gas, since a higher gas consumption makes heat transfer between the product gas and the charge less efficient.

Массовая доля горючего в ТБО, которая является косвенным показателем калорийности мусора, должна приниматься во внимание и возможно регулироваться в крайнем случае чрезмерно влажного и низкокалорийного мусора. Она может быть увеличена путем дополнительного введения твердого топлива (в той мере, в какой это не противоречит регулированию через "А") или же, в ином случае, путем предварительной сушки мусора. The mass fraction of fuel in solid waste, which is an indirect indicator of the calorie content of garbage, should be taken into account and possibly regulated in the extreme case of excessively wet and low-calorie garbage. It can be increased by additional introduction of solid fuel (to the extent that this does not contradict regulation through “A”) or, alternatively, by preliminary drying of garbage.

На фиг. 2 схематично представлено одно из возможных воплощений процесса. ТБО (F) измельчают в дробилке 1, затем в смесителе 2 смешивают с твердым негорючим материалом (S) и затем загружают в реактор шахтного типа 4 через шлюзовую камеру 3. ТБО проходят последовательно через зоны сушки 5, пиролизы 6, горения 7 и охлаждения 8. Твердый остаток горения (R) непрерывно выгружают через шлюз 9 со скоростью, регулируемой таким образом, чтобы обеспечить положение зоны горения на определенной высоте от дна реактора. Упомянутый твердый остаток фракционируют на грохоте 10 и часть его возвращают в качестве дополнительного твердого материала, а остальной направляют на захоронение. Воздух (А) подается компрессором 11 в нижнюю часть реактора. Продукт-газ (G) отбирают в верхней части реактора и направляют в конденсатор 12. Вода (W), сконденсированная из продукт-газа, рециркулируется в зону охлаждения для дожигания органических загрязнителей. Продукт-газ направляют для дальнейшего использования, которое может включать дальнейшую очистку и сжигание его для нагрева, например, парового котла. Температура в соответствующих зонах непрерывно измеряют и, когда температуры выходят за предписанные оптимальные пределы, производят постройку управляющих параметров. In FIG. 2 schematically illustrates one possible embodiment of the process. MSW (F) is ground in crusher 1, then mixed with solid non-combustible material (S) in the mixer 2 and then loaded into the shaft type reactor 4 through the lock chamber 3. The MSW pass sequentially through the drying zones 5, pyrolysis 6, combustion 7 and cooling 8 The solid combustion residue (R) is continuously discharged through the airlock 9 at a speed controlled in such a way as to ensure that the combustion zone is at a certain height from the bottom of the reactor. Said solid residue is fractionated on a screen 10 and part of it is returned as additional solid material, and the rest is sent for burial. Air (A) is supplied by compressor 11 to the bottom of the reactor. Product gas (G) is sampled at the top of the reactor and sent to condenser 12. Water (W) condensed from the product gas is recycled to the cooling zone to re-burn organic pollutants. The product gas is sent for further use, which may include further cleaning and burning it to heat, for example, a steam boiler. The temperature in the respective zones is continuously measured and, when the temperatures go beyond the prescribed optimal limits, the control parameters are constructed.

Изобретение, в отличие от известных методов, предлагает эффективный способ газификации ТБО с высоким выходом горючего газа и высокой энергетической эффективностью. Низкая температура продукт-газа упрощает его последующую очистку и предотвращает полимеризацию ненасыщенных смол пиролиза в трубопроводах. В то же время высокая температура горения гарантирует высокую калорийность неконденсируемого газа и высокую производительность процесса. The invention, in contrast to known methods, offers an effective method of gasification of solid waste with a high yield of combustible gas and high energy efficiency. The low temperature of the product gas simplifies its subsequent purification and prevents the polymerization of unsaturated pyrolysis resins in pipelines. At the same time, a high combustion temperature ensures high calorific value of non-condensable gas and high process productivity.

Пример. Для моделирования процесса переработки твердых бытовых отходов была использована экспериментальная установка с неподвижным слоем. Основной узел установи реактор с огнеупорной футеровкой длиной 1600 мм и внутренним диаметром 250 мм. В ходе опыта непрерывно контролировали температуры и давления по зонам. В нижнем фланце реактора находится патрубок, через который паровоздушную смесь подают в реактор. Через отверстие в верхнем фланце продукт-газ поступает в конденсатор, где происходит охлаждение газа и конденсация паров воды и жидких углеводородов. Конденсируемые газообразные продукты смешиваются с воздухом и сжигаются в дожигателе. Example. To simulate the process of processing municipal solid waste, an experimental setup with a fixed bed was used. Install the main unit with a refractory lining with a length of 1600 mm and an inner diameter of 250 mm. During the experiment, temperature and pressure were continuously monitored by zones. In the lower flange of the reactor is a pipe through which the vapor-air mixture is fed into the reactor. Through the hole in the upper flange, the product gas enters the condenser, where the gas is cooled and the water vapor and liquid hydrocarbons condense. Condensable gaseous products are mixed with air and burned in an afterburner.

В качестве модели бытовых отходов использовали смесь, содержащую, мас. As a model of household waste used a mixture containing, by weight.

Пищевые отходы (картофель) 35
Картон, бумага 30
Дерево 2
Текстиль 5
Металл 3
Резина и пластик 6
Стекло 7
Камни и песок 12
Смесь дополнительно увлажняли до влажности 40 также в нее вводили куски огнеупорного кирпича размером 3 7 см в количестве 50 мас. В процессе переработки температура в зоне горения составила 1370^oC, температура продукт-газа на выходе из реактора не превышала 200^oC, температура золы в зоне охлаждения составила 250^oC. Весовые измерения показали, что зольный остаток (без учета кирпича) составил 28 от первоначальной массы ТБО. Условленный конденсат состоял преимущественно из воды, малое количество (менее 3) составили жидкие углеводороды в виде масла темного цвета. Неконденсируемый горючий газ устойчиво сгорал в дожигателе без видимых следов дыма или копоти.Food waste (potatoes) 35
Cardboard on paper 30
Tree 2
Textile 5
Metal 3
Rubber and plastic 6
Glass 7
Stones and sand 12
The mixture was additionally moistened to a moisture content of 40; pieces of refractory brick of size 3 7 cm in the amount of 50 wt. During processing, the temperature in the combustion zone was 1370 ^o C, the temperature of the product gas at the outlet of the reactor did not exceed 200 ^o C, the temperature of the ash in the cooling zone was 250 ^o C. Weight measurements showed that the ash residue (excluding brick) was 28 from the initial mass of solid waste. The specified condensate consisted mainly of water, a small amount (less than 3) were liquid hydrocarbons in the form of a dark oil. Non-condensable combustible gas stably burned in the afterburner without visible traces of smoke or soot.

Claims

1. A method for processing municipal solid waste by loading the latter into the reactor, feeding into the reactor a gasifying agent containing oxygen from the side of the reactor, where solid products of processing are accumulated, solid products from the reactor are withdrawn, and drying, pyrolysis and combustion in the form of a product gas so that gasification is carried out by sequentially staying waste in the heating and drying zone, the pyrolysis zone, the combustion (oxidation) zone and the cooling zone, characterized in that Maximum Feed temperature was maintained in the reactor within 700 1400 ^o C by adjusting at least one parameter selected from the following: mass fraction a of oxygen in the gasifying agent, mass fraction b incombustible material in the waste and a mass fraction c of combustible material in the waste, while maintaining the ratio And ab / s in the range of 0.1 to 4.0.

2. The method according to p. 1, characterized in that the maximum temperature in the reactor is maintained within 1000 -1200 ^o C.

3. The method according to p. 2, characterized in that the ratio of A is maintained within 0.15 <A <1.0.

4. The method according to p. 3, characterized in that the ratio A is maintained within 0.2 <A <0.5.

5. The method according to p. 4, characterized in that the temperature of the product gas is maintained below 400 ^o C.

6. The method according to p. 5, characterized in that the temperature of the product gas is maintained below 250 ^o C.

7. The method according to p. 6, characterized in that to change the value of A and / or the mass fraction of combustible material in the waste, pieces of solid non-combustible and non-consumable materials and / or articles thereof are additionally added to the waste in an amount of up to 200% by weight of the original waste and / or injected solid lump fuel in an amount up to 30% by weight of the original waste.

8. The method according to p. 7, characterized in that water and / or carbon dioxide are added to the gasification agent.

9. The method according to p. 8, characterized in that water is introduced into the reactor by supplying it to the combustion zone and / or the cooling zone in an area where the temperature of the solid materials exceeds 400 ^o C.

10. The method according to p. 9, characterized in that for the purification of the product gas from sulfur, chlorine, fluorine compounds, components, for example limestone, which chemically bind these compounds to products that are removed from the reactor as part of solid processing products, are introduced into the waste composition waste.

11. The method according to p. 10, characterized in that the regulation of the composition of the waste is carried out by preliminary before loading into the mixing reactor the source waste with solid non-combustible material and / or lump fuel.

12. The method according to p. 11, characterized in that the preliminary preparation of the waste is carried out, for example, sorting, grinding, so that the waste loaded into the reactor does not exceed 350 mm in linear dimensions.

13. The method according to p. 12, characterized in that the process is carried out periodically, for which the loading of waste and the unloading of solid processing products is carried out after shutdown of the reactor.

14. The method according to p. 12, characterized in that the process is carried out continuously, for which they are produced continuously, for which they produce continuous or batch loading of waste and unloading of solid processing products without stopping the reactor.

15. The method according to p. 14, characterized in that they control the flow of gasification agent supplied to the reactor.