RU2117217C1 - Method of reworking solid domestic and industrial wastes - Google Patents
Method of reworking solid domestic and industrial wastes Download PDFInfo
- Publication number
- RU2117217C1 RU2117217C1 RU96110932A RU96110932A RU2117217C1 RU 2117217 C1 RU2117217 C1 RU 2117217C1 RU 96110932 A RU96110932 A RU 96110932A RU 96110932 A RU96110932 A RU 96110932A RU 2117217 C1 RU2117217 C1 RU 2117217C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- slag
- waste
- bath
- wastes
- oxides
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Processing Of Solid Wastes (AREA)
- Gasification And Melting Of Waste (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к способам переработки отходов и может быть использовано в коммунально-бытовом хозяйстве, энергетике, промышленности строительных материалов, металлургии и других отраслях промышленности. The invention relates to methods for processing waste and can be used in household, energy, building materials industry, metallurgy and other industries.
В результате человеческой деятельности образуется большое количество твердых бытовых (одежда, обувь, упаковки, пищевые отходы и др.) и промышленных отходов (остатки сырья, материалов или полуфабрикатов, образовавшихся при изготовлении продукции), которые обычно подлежат захоронению на специальных полигонах за пределами населенных пунктов. Однако места захоронения отходов захламляют огромные площади, а продукты гниения и распада мусора являются источником загрязнения атмосферы, почвы и грунтовых вод. К настоящему времени определились два основных пути борьбы с нарастающей массой твердых отходов: сжигание и переработка. As a result of human activity, a large amount of municipal solid waste (clothing, shoes, packaging, food waste, etc.) and industrial waste (residues of raw materials, materials or semi-finished products formed during the manufacture of products) are generated, which are usually subject to burial at special landfills outside settlements . However, landfills litter vast areas, and the products of decay and decay of garbage are a source of pollution of the atmosphere, soil and groundwater. To date, two main ways to deal with the growing mass of solid waste have been identified: incineration and processing.
Сжигание остается пока наиболее распространенным способом термического обезвреживания отходов, имеющим наряду с достоинствами (резкое сокращение объема отходов, получение дополнительного тепла) и серьезные отрицательные последствия. Прежде всего это вредные выбросы в атмосферу. При сжигании полимерных материалов и пластмасс выделяются токсичные вещества, в том числе тяжелые металлы и диоксины. В состав дымовых газов входят также хлористый и фтористый водород и тяжелые металлы. В золе и шлаках, образующихся при сжигании твердых бытовых отходов (батарейки, аккумуляторы, люминесцентные лампы, краски) обнаружены высокие концентрации токсичных металлов и даже радиоактивных элементов [1]. Incineration remains the most common way of thermal disposal of waste, which has, along with its advantages (a sharp reduction in the volume of waste, additional heat) and serious negative consequences. First of all, these are harmful emissions into the atmosphere. When burning polymer materials and plastics, toxic substances are released, including heavy metals and dioxins. Flue gases also include hydrogen chloride and fluoride and heavy metals. High levels of toxic metals and even radioactive elements were found in the ash and slag generated by the incineration of municipal solid waste (batteries, accumulators, fluorescent lamps, paints) [1].
Недостатком этого способа является также то, что процесс горения без применения дополнительного топлива возможен лишь для отходов определенного состава (содержание влаги менее 50%, золы менее 60% и горючих веществ более 25%). The disadvantage of this method is that the combustion process without the use of additional fuel is possible only for waste of a certain composition (moisture content less than 50%, ash less than 60% and combustible substances more than 25%).
Переработка твердых бытовых и промышленных отходов, наряду с их обезвреживанием, имеет своей целью также получение полезных продуктов и осуществляется с помощью пиролиза, газификации, переработки в шлаковом расплаве и биокомпостирования. Для повышения эффективности переработки применяют сортировку отходов и их раздельную обработку. The processing of solid household and industrial wastes, along with their disposal, also has the goal of obtaining useful products and is carried out using pyrolysis, gasification, slag processing and biocomposting. To increase the efficiency of processing, waste sorting and separate processing are used.
Так, по одной из известных технологий, органическая часть отходов, которые могут разлагаться в результате жизнедеятельности аэробных микроорганизмов, подвергается компостированию, а некомпостируемые отходы (кожа, резина, дерево, пластмасса, неорганические фракции) подвергают низкотемпературному пиролизу (550oC), в результате которого получают пирокарбон и горючий газ. Пирокарбон может использоваться в металлургии вместо графита или при производстве асфальта как наполнитель битумных материалов, газ - в качестве топлива, а компост - в качестве биотоплива в теплицах и как органическое удобрение.So, according to one of the known technologies, the organic part of the waste that can decompose as a result of the activity of aerobic microorganisms is composted, and non-composted waste (leather, rubber, wood, plastic, inorganic fractions) is subjected to low-temperature pyrolysis (550 o C), as a result which receive pyrocarbon and combustible gas. Pyrocarbon can be used in metallurgy instead of graphite or in the production of asphalt as a filler for bitumen materials, gas as a fuel, and compost as biofuel in greenhouses and as an organic fertilizer.
Пиролизу и газификации подвергается органическая масса твердых бытовых и промышленных отходов. В результате разложения органических соединений под действием высоких температур и при отсутствии или недостатке кислорода образуется твердый остаток (углерод), смола и газ. Organic mass of solid household and industrial waste is subjected to pyrolysis and gasification. As a result of decomposition of organic compounds under the influence of high temperatures and in the absence or lack of oxygen, a solid residue (carbon), resin and gas are formed.
В процессе газификации с помощью газифицирующих агентов органическая часть отходов или продукты ее термической переработки превращаются в горючие газы. In the process of gasification using gasification agents, the organic part of the waste or products of its thermal processing are converted into combustible gases.
С санитарной точки зрения процесс пиролиза обладает лучшими показателями по сравнению с сжиганием. Количество отходящих газов, подвергаемых очистке, при пиролизе намного меньше, чем при сжигании отходом. Уменьшение твердого остатка, более полный выход летучих продуктов и более интенсивное разложение органической массы достигается при высокотемпературном пиролизе. При этом происходит также оплавление минеральной составляющей отходов с образованием шлака, который может быть использован в промышленности строительных материалов. From a sanitary point of view, the pyrolysis process has better performance than burning. The amount of exhaust gas to be cleaned during pyrolysis is much less than when burning with waste. The reduction of the solid residue, a more complete yield of volatile products and a more intensive decomposition of the organic mass is achieved by high-temperature pyrolysis. At the same time, the mineral component of the waste is also melted to form slag, which can be used in the building materials industry.
В [2] описаны способы высокотемпературного пиролиза (Торракс, Пьюрокс), которые осуществляются в печи - реакторе шахтного типа. Твердые отходы загружают в верхнюю часть реактора, в нижнюю часть которого подают воздух или кислород, создавая зону горения, в которой происходит плавление и шлакование несгораемых материалов. Подаваемые сверху отходы проходят зону сушки и попадают в зону пиролиза, где под действием высокой температуры, практически без доступа воздуха, разлагаются на горючий газ, углерод и инертные материалы. Горючие газы поднимаются вверх навстречу поступающим отходам, фильтруются на них от пыли и хлопьевидных фракций, а на выходе из зоны пиролиза их отсасывают вентилятором и направляют в газоочистительную систему. Твердые же продукты пиролиза (углерод и инертные материалы) оседают в виде шлака и металла в зоне первичного сгорания и плавления в нижней части реактора, откуда их впоследствии удаляют. In [2], high-temperature pyrolysis methods (Torrax, Pyrox) are described which are carried out in a shaft-type reactor furnace. Solid waste is loaded into the upper part of the reactor, into the lower part of which air or oxygen is supplied, creating a combustion zone in which melting and slagging of non-combustible materials takes place. Wastes supplied from above pass through the drying zone and fall into the pyrolysis zone, where they are decomposed into combustible gas, carbon and inert materials under the influence of high temperature, almost without air. Combustible gases rise up to the incoming waste, are filtered off by dust and flocculent fractions, and at the exit from the pyrolysis zone they are sucked off by a fan and sent to a gas purification system. Solid pyrolysis products (carbon and inert materials) settle in the form of slag and metal in the primary combustion and melting zone in the lower part of the reactor, from where they are subsequently removed.
Недостатком такого способа является то, что вентиляционной системой удаляются, наряду с газами, образовавшимися в зоне пиролиза при высоких температурах, также и газы, образовавшиеся при низких температурах в зоне, примыкающей к каналу вентиляционной системы. Поскольку температура газа, выходящего из зоны пиролиза реактора, составляет около 120oC, то в конце этой зоны не исключено образование диоксинов и фуранов. Известно, что образования этих вредных веществ не происходит при температурах выше 850oC. Кроме того, применение воздушного или кислородного дутья для поддержания процесса горения приводит к окислению металлической части шихты и переводу ее в шлак, а также к увеличению объема образующихся газов, что усложняет их очистку и требует увеличения мощности вентиляционной системы.The disadvantage of this method is that the ventilation system removes, along with the gases generated in the pyrolysis zone at high temperatures, also the gases formed at low temperatures in the area adjacent to the channel of the ventilation system. Since the temperature of the gas leaving the reactor pyrolysis zone is about 120 ° C., the formation of dioxins and furans is not ruled out at the end of this zone. It is known that the formation of these harmful substances does not occur at temperatures above 850 o C. In addition, the use of air or oxygen blast to maintain the combustion process leads to the oxidation of the metal part of the charge and its transfer to slag, as well as to an increase in the volume of generated gases, which complicates their cleaning and requires an increase in the capacity of the ventilation system.
Известные технологии переработки отходов в высокотемпературном шлаковом расплаве (1300 - 1700oC) позволяют утилизировать широкую гамму бытовых и промышленных отходов органического и неорганического происхождения. В шлаковом расплаве осуществляются газификация, скоростной пиролиз и сжигание отходов за счет их быстрого вовлечения в барботируемую воздухом или кислородом шлаковую ванну. Минеральная часть отходов растворяется в шлаке, а металлические отходы расплавляются. В процессе переработки получают инертный шлак, являющийся сырьем для производства строительных материалов, металлический сплав и горючий газ. Предлагаемые технологии переработки в шлаковом расплаве отличаются составом шлака, режимом и способами продувки ванны, способами стабилизации и поддержания на заданном уровне теплового режима, методами повышения экономичности процесса и др.Known technologies for processing waste in high-temperature slag melt (1300 - 1700 o C) allow you to utilize a wide range of household and industrial wastes of organic and inorganic origin. In the slag melt, gasification, high-speed pyrolysis and burning of waste are carried out due to their rapid involvement in the slag bath sparged with air or oxygen. The mineral part of the waste is dissolved in the slag, and the metal waste is melted. In the process of processing receive inert slag, which is the raw material for the production of building materials, metal alloy and combustible gas. The proposed processing technologies in the slag melt differ in the composition of the slag, the mode and methods of purging the bath, the methods of stabilizing and maintaining the thermal regime at a given level, methods for increasing the efficiency of the process, etc.
Известен способ термической переработки твердых отходов [3], по которому для повышения эксплуатационной надежности процесса и изменения в широких пределах температуры шлаковой ванны без снижения производительности в продуваемую кислородсодержащим газом в режиме барботажа шлаковую ванну совместно с отходами загружают топливо, оксиды металлов или металлолом. There is a method of thermal processing of solid waste [3], according to which to increase the operational reliability of the process and to change the temperature of the slag bath over a wide range without sacrificing productivity, the slag bath, together with the waste, is charged with fuel, metal oxides, or scrap metal into the slag bath being purged.
Недостатками такого способа являются необходимость использования дополнительного топлива, окислительный характер процесса и большие потери металла за счет его окисления и перехода в шлак оксидов. The disadvantages of this method are the need to use additional fuel, the oxidizing nature of the process and the large loss of metal due to its oxidation and transition to slag oxides.
Известен способ термического разложения твердых бытовых отходов в электродуговой печи [2], по которому в результате интенсивного разложения горючих составляющих образуется коксовый остаток и газ, содержащий в основном водород и оксид углерода. Минеральная часть отходов плавится и разделяется на металл и шлак. Оксид железа, содержащийся в шлаке, вступает в реакцию с коксовым остатком, восстанавливается до металла с образованием оксида углерода. Восстановившийся металл непрерывно отделяется от шлака. A known method of thermal decomposition of municipal solid waste in an electric arc furnace [2], according to which as a result of intensive decomposition of combustible components, a coke residue and a gas containing mainly hydrogen and carbon monoxide are formed. The mineral part of the waste is melted and separated into metal and slag. The iron oxide contained in the slag reacts with the coke residue, is reduced to metal with the formation of carbon monoxide. The recovered metal is continuously separated from the slag.
Недостатком этого способа является интенсивное разложение молекул азота и водорода в зоне электрических дуг. В присутствии железа, являющегося катализатором реакции, степень разложения молекул азота и водорода значительно увеличивается. В результате окисления азота образуются вредные соединения в виде окислов азота (NOx). В зоне горения электрических дуг происходит интенсивное окисление и испарение элементов, входящих в состав отходов с образованием возгонов, которые при конденсации могут образовывать мелкодисперсную пыль.The disadvantage of this method is the intensive decomposition of nitrogen and hydrogen molecules in the zone of electric arcs. In the presence of iron, which is a catalyst for the reaction, the degree of decomposition of nitrogen and hydrogen molecules increases significantly. As a result of nitrogen oxidation, harmful compounds are formed in the form of nitrogen oxides (NO x ). In the combustion zone of electric arcs, intense oxidation and evaporation of the elements that make up the waste occurs with the formation of sublimates, which, when condensed, can form fine dust.
Наиболее близким к изобретению является способ переработки твердых бытовых и промышленных отходов, обеспечивающий высокие экологические требования и экономичность процесса благодаря обезвреживанию и глубокому разрушению вредных, токсичных веществ, а также комплексному использованию отходов [4] . Способ заключается в том, что твердые бытовые и промышленные отходы, содержащие углерод и его соединения, железо и оксиды металлов подают в расплавленную шлаковую ванну для последующей термической переработки путем сжигания в среде кальцийферритных шлаков при 1300 - 1700oC, с последующей обработкой отходящих газов железосодержащим материалом, в качестве которого может быть использован металлизованный сплав после сжигания отходов и(или) металлическая стружка, и(или) лом черных металлов. При этом осуществляют раздельный выпуск шлака и металла.Closest to the invention is a method of processing solid household and industrial waste, providing high environmental requirements and process efficiency due to the neutralization and deep destruction of harmful, toxic substances, as well as the integrated use of waste [4]. The method consists in the fact that solid household and industrial wastes containing carbon and its compounds, iron and metal oxides are fed into a molten slag bath for subsequent thermal processing by burning in a medium of calcium ferrite slag at 1300 - 1700 o C, followed by treatment of the exhaust gases with iron material, which can be used metallized alloy after burning waste and (or) metal shavings, and (or) scrap of ferrous metals. In this case, separate production of slag and metal is carried out.
Недостатком способа является использование процесса сжигания, в результате которого образуются вредные соединения в виде оксидов азота, а также диоксины и фураны, увеличивается объем отходящих газов, что приводит к необходимости увеличения мощности газоочистительной системы. Кроме того, при сжигании увеличиваются потери металла за счет его окисления и перехода окислов в шлаковую фазу. Потери металла за счет окисления и образования окалины происходят и при пропускании отходящих газов через железосодержащий материал, так как отходящие после сжигания отходов газы всегда содержат газы-окислители CO2, H2O.The disadvantage of this method is the use of the combustion process, as a result of which harmful compounds are formed in the form of nitrogen oxides, as well as dioxins and furans, the volume of exhaust gases increases, which leads to the need to increase the power of the gas cleaning system. In addition, when burning, the loss of metal increases due to its oxidation and the transition of oxides to the slag phase. Metal losses due to oxidation and scale formation occur when the exhaust gases are passed through an iron-containing material, since the exhaust gases after incineration always contain oxidizing gases CO 2 , H 2 O.
Предлагаемый способ решает задачу уменьшения окислительных процессов при термической переработке отходов в шлаковом расплаве, результатом чего является снижение вредных выбросов в атмосферу, увеличение выхода металлического сплава, с состав которого входят не только металлы, содержащиеся в отходах, но и элементы, восстановленные углеродом из оксидов. The proposed method solves the problem of reducing oxidative processes during the thermal processing of waste in slag melt, which results in a reduction of harmful emissions into the atmosphere, an increase in the yield of a metal alloy, which includes not only metals contained in the waste, but also elements recovered by carbon from oxides.
Сущность способа заключается в том, что при предлагаемой переработке твердых бытовых и промышленных отходов путем загрузки и термической обработки их в постоянно поддерживаемой в расплавленном состоянии шлаковой ванне и последующего разделения шлака и металлического расплава и очистки отходящих газов, термическую обработку в шлаковой ванне проводят без доступа воздуха при 1300 - 1800o, очистку, обезвреживание и охлаждение отходящих газов проводят путем пропускания их противотоком через кусковой материал, содержащий шлакообразующие вещества, при загрузке его в шлаковую ванну отдельно от отходов. При этом температуру шлаковой ванны могут поддерживать путем пропускания через расплавленный шлак электрического тока с помощью погруженных электродов.The essence of the method lies in the fact that with the proposed processing of solid household and industrial wastes by loading and heat treating them in a slag bath constantly maintained in the molten state and then separating the slag and the metal melt and purifying the exhaust gases, the slag bath is heat treated without air at 1300 - 1800 o, purification, neutralization and cooling the flue gases is carried out by passing them through a countercurrent particulate material comprising slag vesch CTBA, when loaded into a slag bath separately from waste. In this case, the temperature of the slag bath can be maintained by passing electric current through the molten slag using immersed electrodes.
В результате процесса переработки отходов в шлаковом расплаве с температурой 1300 - 1800oC без доступа воздуха происходит скоростной высокотемпературный пиролиз органических составляющих отходов на простейшие составляющие с образованием летучих соединений CO2, CO, H, CH4, N2, H2S и других газов, а также твердого углерода в виде сажи. Недостаток кислорода исключает окислительные процессы, что позволяет сохранить углерод и использовать его в качестве восстановителя, а также уменьшает количество вредных примесей (диоксинов, фуранов, оксидов азота и др.). Известно, что при этом общее количество отходящих газов по сравнению с сжиганием уменьшается в 3 - 7 раз, что облегчает их последующую очистку и позволяет уменьшить мощности и габариты газоочистительных систем.As a result of the waste recycling process in a slag melt with a temperature of 1300 - 1800 o C without air access, high-speed high-temperature pyrolysis of the organic components of the waste into the simplest components occurs with the formation of volatile compounds CO 2 , CO, H, CH 4 , N 2 , H 2 S and others gases, as well as solid carbon in the form of soot. The lack of oxygen eliminates oxidative processes, which allows you to save carbon and use it as a reducing agent, and also reduces the amount of harmful impurities (dioxins, furans, nitrogen oxides, etc.). It is known that, in this case, the total amount of exhaust gases in comparison with combustion decreases by 3–7 times, which facilitates their subsequent purification and reduces the power and dimensions of gas cleaning systems.
Осуществление встречного движения отходящих из зоны пиролиза газов и кускового материала, содержащего шлакообразующие вещества и оксиды (минералы, оксиды металлов), поступающего отдельным от остальных отходов потоком в шлаковую ванну, позволяет использовать физическое тепло горячих газов для подогрева материала, а также способствует очистке отходящих газов от пыли, так как кусковой материал играет роль зернистого фильтра, который задерживает пылевидные и хлопьевидные частицы. Отложения сажи на кусковом материале образуют пористый углеродный фильтр, адсорбирующий вредные примеси из газа. Фильтрующий материал непрерывно обновляется с возвращением загрязненных частиц в шлаковый расплав, где происходит интенсивный высокотемпературный пиролиз и обезвреживание адсорбированных органических соединений. The oncoming movement of the gases and bulk material leaving the pyrolysis zone containing slag-forming substances and oxides (minerals, metal oxides), which flows separately to the slag bath from the other waste, allows the physical heat of hot gases to be used to heat the material, and also helps to clean the exhaust gases from dust, as the bulk material plays the role of a granular filter that traps dusty and flaky particles. Soot deposits on the bulk material form a porous carbon filter adsorbing harmful impurities from the gas. The filter material is continuously updated with the return of contaminated particles to slag melt, where intense high-temperature pyrolysis and neutralization of adsorbed organic compounds occur.
Отходящие газы, содержащие такие восстановители, как оксид углерода и водород, а также углерод сажистых отложений, вызывают протекание восстановительных реакций кускового материала, содержащего шлакообразующие вещества и оксиды, способствуют их металлизации и увеличивают количество жидкого металлического сплава на выходе из печи. Это повышает технико-экономические показатели процесса. Первичное охлаждение газов в загрузочной колонне облегчает их последующую очистку. Waste gases containing reducing agents such as carbon monoxide and hydrogen, as well as carbon black, cause the reduction reactions of bulk material containing slag-forming substances and oxides, contribute to their metallization and increase the amount of liquid metal alloy at the outlet of the furnace. This improves the technical and economic performance of the process. The primary cooling of the gases in the charging column facilitates their subsequent purification.
Способ поясняется чертежом, на котором изображена установка, с помощью которой он реализуется, где 1 - герметизированная ванна печи; 2 - графитовые электроды; 3 - загрузочная колонна основная; 4 - твердые бытовые и промышленные отходы; 5 - загрузочная колонна дополнительная, нижняя часть которой расположена в непосредственной близости от поверхности шлаковой ванны; 6 - кусковой материал, содержащий шлакообразующие вещества и оксиды; 7 - дозатор; 8 - трансформатор; 9 - жидкая металлическая ванна; 10 - шлаковая ванна; 11 - вытяжной зонт. The method is illustrated in the drawing, which shows the installation with which it is implemented, where 1 is a sealed bath of the furnace; 2 - graphite electrodes; 3 - main loading column; 4 - solid household and industrial waste; 5 - additional loading column, the lower part of which is located in close proximity to the surface of the slag bath; 6 - lump material containing slag-forming substances and oxides; 7 - dispenser; 8 - transformer; 9 - liquid metal bath; 10 - slag bath; 11 - exhaust hood.
Осуществляется способ следующим образом. The method is as follows.
В герметизированной ванне печи 1 наводят шлаковую ванну с помощью жидкого или твердого старта. Заливка шлака при жидком старте и засыпка шлака при твердом производится через дозатор 7. Возбуждение дуги при твердом старте осуществляют графитовыми электродами 2, получающими питание от понижающего трансформатора 8. После наведения шлаковой ванны поддерживают требуемую температуру расплавленного шлака, как правило 1300 - 1800oC бездуговым способом за счет тепла, выделяемого при протекании электрического тока в шлаковом расплаве 10 через находящиеся в нем графитовые электроды 2. Твердые бытовые и промышленные отходы 4, включающие в себя металлургические шлаки, формовочные смеси, отходы зачистки литья, твердые шламы, пластмассы, древесные и текстильные отходы, резину, макулатуру и др., загружают через основную колонну 3 в расплавленную шлаковую ванну 10, где под действием постоянно поддерживаемой температуры без доступа воздуха подвергают скоростному пиролизу с выделением газов CO2, CO, CH4, H2, N2, H2S и др., а также твердого углерода. Минеральная часть отходов переходит в шлаковый расплав 10, металлические предметы и элементы, получаемые в результате реакций восстановления, протекающих в зоне шлаковой ванны и загрузочной колонне 5, благодаря наличию газов H2, CO и углерода образуют жидкую металлическую ванну 9. Образующиеся в результате пиролиза, газификации отходов и восстановительных реакций газы с помощью газоотсоса направляют в нижнюю часть дополнительной загрузочной колонны 5 с кусковым материалом 6, содержащим шлакообразующие вещества и оксиды, которые поступают в шлаковый расплав 10, двигаясь навстречу газовому потоку. Через дополнительную загрузочную колонну в ванну поступает от 15 до 30% перерабатываемой шихты. Благодаря тому что нижняя часть дополнительной загрузочной колонны 5 находится в непосредственной близости от поверхности шлакового расплава, температура входящего в нее газового потока максимально приближена к температуре шлакового расплава, т.е. достаточно высока. Газовый поток выводится из загрузочной колонны 5 в верхней ее части и далее поступает на окончательную очистку в газоочистительную систему. Движущийся навстречу отходящему газовому потоку кусковой материал 6 играет роль зернистого фильтра, который задерживает пылевидные и хлопьевидные фракции и возвращает их в шлаковый расплав. Степень очистки печного газа от пыли при прохождении его через дополнительную загрузочную колонну составляет 70 - 85%. Отложения сажи на кусковом материале 6, образующиеся при разложении органической части отходов 4, создают пористый фильтр, который способствует дополнительной очистке отходящих газов за счет адсорбции вредных примесей, причем фильтрующий материал непрерывно обновляется, возвращая загрязненную часть в шлаковый расплав. Образовавшиеся в результате разложения отходов и восстановительных реакций газы содержат окись углерода и водород, с помощью которых частично восстанавливаются оксиды металлов, если они содержатся в кусковом материале в дополнительной загрузочной колонне 5 или непосредственно в ванне по следующим реакциям:
3Fe2O3 + CO ---> 2Fe3O4 + CO2;
Fe3O4 + CO2 <---> 3FeO + CO2;
FeO + CO <---> Fe + CO2;
1/4Fe3O4 + CO <---> 3/4Fe + CO2;
3Fe2O3 + H2 ---> 2Fe3O4 + H2O;
Fe3O4 + H2 <---> 3FeO + H2O;
FeO + H2 <---> Fe + H2O;
1/4Fe3O4 + H2 <---> 3/4Fe + H2O.In a sealed bath of the furnace 1 induce a slag bath using a liquid or solid start. The slag is poured during a liquid start and slag is filled with a solid through the batcher 7. The arc is activated during a solid start by means of graphite electrodes 2, powered by a step-down transformer 8. After the slag bath is guided, the required temperature of the molten slag is maintained, as a rule 1300 - 1800 o C without arc the method due to the heat generated during the flow of electric current in the slag melt 10 through the graphite electrodes 2 located in it. Solid household and industrial waste 4, including meth allurgical slags, molding sand, casting scrap, solid sludge, plastics, wood and textile waste, rubber, waste paper, etc., are loaded through the main column 3 into a molten slag bath 10, where they are subjected to high-speed pyrolysis under the influence of constantly maintained temperature without access to air with the release of gases CO 2 , CO, CH 4 , H 2 , N 2 , H 2 S and others, as well as solid carbon. The mineral part of the waste passes into the slag melt 10, metal objects and elements obtained as a result of reduction reactions occurring in the zone of the slag bath and the loading column 5, due to the presence of gases H 2 , CO and carbon form a liquid metal bath 9. Formed by pyrolysis, gasification of waste and reduction reactions, gases are sent by a gas suction pump to the lower part of an additional loading column 5 with lump material 6 containing slag-forming substances and oxides that enter into the slag melt 10, moving towards the gas stream. From an additional loading column, from 15 to 30% of the processed charge enters the bath. Due to the fact that the lower part of the additional loading column 5 is in close proximity to the surface of the slag melt, the temperature of the gas stream entering it is as close as possible to the temperature of the slag melt, i.e. high enough. The gas stream is discharged from the charging column 5 in its upper part and then goes to the final gas treatment system for final cleaning. Moving towards the exhaust gas stream, the bulk material 6 plays the role of a granular filter that traps the dust and flocculent fractions and returns them to the slag melt. The degree of purification of furnace gas from dust when it passes through an additional loading column is 70 - 85%. Soot deposits on the piece of material 6, resulting from the decomposition of the organic part of the waste 4, create a porous filter that promotes additional purification of exhaust gases by adsorption of harmful impurities, and the filter material is continuously updated, returning the contaminated part to the slag melt. The gases formed as a result of decomposition of waste and reduction reactions contain carbon monoxide and hydrogen, with the help of which metal oxides are partially reduced if they are contained in bulk material in an additional loading column 5 or directly in the bath according to the following reactions:
3Fe 2 O 3 + CO ---> 2Fe 3 O 4 + CO 2 ;
Fe 3 O 4 + CO 2 <---> 3FeO + CO 2 ;
FeO + CO <---> Fe + CO 2 ;
1 / 4Fe 3 O 4 + CO <---> 3 / 4Fe + CO 2 ;
3Fe 2 O 3 + H 2 ---> 2Fe 3 O 4 + H 2 O;
Fe 3 O 4 + H 2 <---> 3FeO + H 2 O;
FeO + H 2 <---> Fe + H 2 O;
1 / 4Fe 3 O 4 + H 2 <---> 3 / 4Fe + H 2 O.
Протеканию восстановительных реакций способствует нагрев кускового материала отходящими горячими газами. Подогрев и частичное восстановление шихты отходящими газами повышают экономичность процесса. В дальнейшем выпускаемый шлак может быть использован в промышленности строительных материалов, а металлический сплав, содержащий железо, углерод, кремний, хром и другие легирующие элементы - в металлургии. The course of the reduction reactions is facilitated by heating the bulk material with exhaust hot gases. Heating and partial recovery of the mixture with exhaust gases increase the efficiency of the process. In the future, the produced slag can be used in the building materials industry, and a metal alloy containing iron, carbon, silicon, chromium and other alloying elements in metallurgy.
Ведение процесса в шлаковом расплаве без доступа воздуха позволяет осуществить скоростной высокотемпературный пиролиз, обеспечив при этом высокую степень разложения органических отходов на простые составляющие и пониженное содержание вредных примесей (окислов азота, диоксинов и др.), а также уменьшить в несколько раз количество образующихся газов, что позволяет, в свою очередь, снизить мощность и габариты газоочистительной системы. The process in the slag melt without air access allows for high-speed high-temperature pyrolysis, while ensuring a high degree of decomposition of organic waste into simple components and a low content of harmful impurities (nitrogen oxides, dioxins, etc.), as well as reduce the amount of gases generated several times, which allows, in turn, to reduce the power and dimensions of the gas cleaning system.
Способ позволяет перерабатывать смеси отходов при изменении соотношения органической и минеральной частей в широком диапазоне (табл. 1), в том числе и негорючие отходы при очень небольшом количестве органических отходов. Отходы такого состава ввиду низкого содержания горючих компонентов и высокого содержания золы не могут быть утилизированы в мусоросжигательных установках. The method allows to process waste mixtures when changing the ratio of organic and mineral parts in a wide range (table. 1), including non-combustible waste with a very small amount of organic waste. Wastes of this composition, due to the low content of combustible components and the high ash content, cannot be disposed of in incineration plants.
Пример. Через основную загрузочную колонну в ванну печи загружали твердые отходы, в состав которых входят формовочные смеси, металлургические шлаки, отходы огнеупорных материалов, отходы зачистки литья, пластмассы, промасленные опилки и бумага, древесные отходы. Через дополнительную загрузочную колонну в шлаковую ванну подавали
1-й вариант: кусковый материал, содержащий шлакообразующие вещества и оксиды, а именно - металлургический шлак дуговых сталеплавительных печей;
2-й вариант: кусковой материал, содержащий шлакообразующие вещества и оксиды, а именно - отходы огнеупорных материалов, например магнезит;
3-й вариант: кусковый материал, содержащий шлакообразующие вещества и оксиды, а именно - железорудные окатыши.Example. Through the main loading column, solid waste was loaded into the furnace bath, which included molding sand, metallurgical slag, refractory waste, casting scrap, plastics, oiled sawdust and paper, wood waste. Through an additional loading column in the slag bath served
1st option: bulk material containing slag-forming substances and oxides, namely, metallurgical slag of arc steel-smelting furnaces;
2nd option: bulk material containing slag-forming substances and oxides, namely waste refractory materials, such as magnesite;
3rd option: lump material containing slag-forming substances and oxides, namely iron ore pellets.
При загрузке кускового материала, содержащего шлакообразующие вещества и оксиды по первому варианту, восстанавливаются оксиды железа, содержащиеся в шлаке, оксиды кремния, марганца, остальные компоненты участвуют в образовании шлака. When loading bulk material containing slag-forming substances and oxides according to the first embodiment, the iron oxides contained in the slag, silicon oxides, manganese oxides are reduced, and the remaining components participate in the formation of slag.
По второму варианту - не происходит восстановление оксидов, содержащихся в магнезите, образуется только шлак. According to the second option - the oxides contained in magnesite are not reduced, only slag is formed.
По третьему варианту - происходит восстановление оксидов железа из окатышей, остальные компоненты участвуют в образовании шлака. According to the third option, iron oxides from the pellets are reduced, the remaining components are involved in the formation of slag.
При этом кусковой материал во всех трех вариантах служит зернистым фильтром. Органическая часть загружаемых в ванну веществ составляет 50%, неорганическая - 50%. Элементный состав отходов приведен в табл. 2. В результате переработки получаются металлический сплав, шлак и горючие газы, которые после очистки сжигаются с утилизацией тепла. Показатели процесса приведены в табл. 3. Как видно из табл. 3, по сравнению с известной технологией объем газов, отходящих из ванны, уменьшается примерно в 4 раза, масса металлического сплава увеличивается более чем в 4 раза. In this case, the bulk material in all three variants serves as a granular filter. The organic part of the substances loaded into the bath is 50%, inorganic - 50%. The elemental composition of the waste is given in table. 2. As a result of processing, a metal alloy, slag and combustible gases are obtained, which, after treatment, are burned with heat recovery. Process indicators are given in table. 3. As can be seen from the table. 3, in comparison with the known technology, the volume of gases leaving the bath decreases by about 4 times, the mass of the metal alloy increases by more than 4 times.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU96110932A RU2117217C1 (en) | 1996-05-30 | 1996-05-30 | Method of reworking solid domestic and industrial wastes |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU96110932A RU2117217C1 (en) | 1996-05-30 | 1996-05-30 | Method of reworking solid domestic and industrial wastes |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2117217C1 true RU2117217C1 (en) | 1998-08-10 |
| RU96110932A RU96110932A (en) | 1998-08-20 |
Family
ID=20181297
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU96110932A RU2117217C1 (en) | 1996-05-30 | 1996-05-30 | Method of reworking solid domestic and industrial wastes |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2117217C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2669316C1 (en) * | 2017-10-02 | 2018-10-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский государственный архитектурно-строительный университет" КГАСУ | High-temperature processing plant for solid household wastes |
| RU2677550C2 (en) * | 2017-05-29 | 2019-01-17 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный университет" (ФГБОУ ВО "ВГУ") | Method of using construction wastes as component of slag-forming mixtures |
| US11753591B2 (en) | 2021-03-08 | 2023-09-12 | Extiel AP, LLC | Device for pyrolysis of carbonaceous materials and method |
-
1996
- 1996-05-30 RU RU96110932A patent/RU2117217C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 1. Крельман Э.Б. Переработка твердых бытовых отходов. - Мир науки, техники и образования, 1995, N 1-2, с.17 - 21. 2. Пальгунов П.П., Сумароков М.В. Утилизация промышленных отходов. - М.: Стройиздат, 1990, с.78 - 81. 3. * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2677550C2 (en) * | 2017-05-29 | 2019-01-17 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный университет" (ФГБОУ ВО "ВГУ") | Method of using construction wastes as component of slag-forming mixtures |
| RU2669316C1 (en) * | 2017-10-02 | 2018-10-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский государственный архитектурно-строительный университет" КГАСУ | High-temperature processing plant for solid household wastes |
| US11753591B2 (en) | 2021-03-08 | 2023-09-12 | Extiel AP, LLC | Device for pyrolysis of carbonaceous materials and method |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5364441A (en) | Cotreatment of sewage and steelworks wastes | |
| KR101489526B1 (en) | Reduction treatment apparatus and method of reduction treatment | |
| WO2004048851A1 (en) | Integrated plasma-frequency induction process for waste treatment, resource recovery and apparatus for realizing same | |
| US5405429A (en) | Method for treatment and conversion of refuse incineration residues into environmentally acceptable and reusable material, especially for construction purposes | |
| JPH09505854A (en) | Method for treating solid residues from a refuse incineration plant and apparatus for implementing this method | |
| US4846083A (en) | Method of processing contaminated mineral substances | |
| CN107338358A (en) | Heavy metal in flying ash is Ji the removal methods of bioxin | |
| CA2133328A1 (en) | Method and device for processing free-flowing materials | |
| TW502099B (en) | Process for reprocessing slag and/or ash from the thermal treatment of refuse | |
| JP2004538122A (en) | Method for heat treating residual material containing oil and iron oxide | |
| JP2000157832A (en) | Treatment of waste activated carbon and treatment of activated coke | |
| KR20060104255A (en) | Pig iron manufacture method of material and device that do waste tire to heat soure and contains ferrite oxide | |
| GB2228071A (en) | Method of reducing dust waste products produced in a shaft furnace | |
| RU2117217C1 (en) | Method of reworking solid domestic and industrial wastes | |
| JPH09235559A (en) | Utilization of residue and waste in terms of material and energy in upright furnace | |
| KR100470730B1 (en) | Smelting Incineration Apparatus and Method of Solid Waste Treatment | |
| CN1318435A (en) | Comprehensive innocuous utilization technique of lake and city sludge | |
| CA2345412A1 (en) | Method for the heat treatment of residues containing heavy metals | |
| Shibaike et al. | Shredder dust recycling with direct melting process | |
| RU2349654C1 (en) | Method for recycling of household and industrial wastes | |
| JP2013076149A (en) | Recycling system | |
| CZ285229B6 (en) | Process of melting oxidic slags and residues after burning and apparatus for making the same | |
| AU638559B2 (en) | Cotreatment of sewage and steelworks wastes | |
| RU2087559C1 (en) | Method and apparatus for processing wastes containing organic substances, heavy metals and their oxides | |
| RU2160318C2 (en) | Method of complex reworking of wastes after burning organic fuels (versions) |