RU2408649C2 - Способ переработки органических отходов и устройство для его осуществления - Google Patents
Способ переработки органических отходов и устройство для его осуществления Download PDFInfo
- Publication number
- RU2408649C2 RU2408649C2 RU2008152111/05A RU2008152111A RU2408649C2 RU 2408649 C2 RU2408649 C2 RU 2408649C2 RU 2008152111/05 A RU2008152111/05 A RU 2008152111/05A RU 2008152111 A RU2008152111 A RU 2008152111A RU 2408649 C2 RU2408649 C2 RU 2408649C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pulp
- pyrolysis
- water
- waste
- thermochemical reactor
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
- C10G1/00—Production of liquid hydrocarbon mixtures from oil-shale, oil-sand, or non-melting solid carbonaceous or similar materials, e.g. wood, coal
- C10G1/10—Production of liquid hydrocarbon mixtures from oil-shale, oil-sand, or non-melting solid carbonaceous or similar materials, e.g. wood, coal from rubber or rubber waste
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
- C10L9/00—Treating solid fuels to improve their combustion
- C10L9/08—Treating solid fuels to improve their combustion by heat treatments, e.g. calcining
- C10L9/086—Hydrothermal carbonization
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
- Y02E50/30—Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Processing Of Solid Wastes (AREA)
- Treatment Of Sludge (AREA)
Abstract
Изобретение может быть использовано в энергетике. Органические отходы размельчают, после чего в размельченную массу отходов добавляют воду и перемешивают эту смесь так, чтобы концентрация воды в образовавшейся пульпе находилась в пределах 30-99%. Затем образовавшуюся пульпу подают насосом высокого давления 3 или поршнем в термохимический реактор 4, обеспечивая давление пульпы выше давления насыщенных паров воды во всем диапазоне рабочих температур термохимического реактора 4. Пульпу нагревают в термохимическом реакторе 4 до температур, при которых происходит пиролиз органических отходов с образованием твердой фракции продуктов пиролиза, воды и газовой фракции. Газовую фракцию, содержащую горючие газы и пары летучих жидкостей, отделяют от жидкой фазы. Газовую фракцию направляют в камеру сгорания либо на химическую переработку в синтетическое топливо, а из жидкой фазы извлекают полезные продукты и затем возвращают ее в технологический цикл, добавляя в размельченные отходы. Изобретение позволяет повысить экономические и экологические показатели пиролизной технологии при переработке влажных и жидких органических отходов. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Изобретение относится к области энергетики, а более конкретно к альтернативным независимым источникам получения тепловой и электрической энергии, жидких, твердых и газообразных энергоносителей, а также полезных химических продуктов при пиролизной переработке бытовых, сельскохозяйственных и промышленных органических отходов, в частности древесины, листвы, навоза и навозных стоков, птичьего помета, торфа, гнили, соломы, резиновой и пластиковой крошки, черного щелока, осадка сточных вод, жидких отходов пищевой, пивоваренной и спиртовой промышленности и других типов жидких и твердых органических отходов.
Широко известны способы получения тепловой и электрической энергии, энергоносителей и химических продуктов при термической переработке органических отходов. Простейшим способом получения энергии из отходов является их сжигание в печах, топках и других устройствах с получением тепла и водяного пара, где пар может затем использоваться в паровых машинах для получения электроэнергии.
Другим способом получения энергии, а также энергоносителей является газификация органических отходов, в частности древесных чурок в газогенераторных установках, представляющая собой процесс термического разложения этих отходов под действием высоких температур (до 1100°С) в процессе горения этих же отходов при ограниченном доступе воздуха. Получаемый в таких установках генераторный газ может использоваться уже не только в качестве котельного топлива, но и как горючее для двигателей внутреннего сгорания и являться сырьем для производства синтетических жидких и газообразных моторных топлив (см, например, RU 2303192 С1, МКП F22B 33/18, C10J 3/86 от 29.06.2006, публ. 20.07.2007, Бюл. №20 «Комплекс газотеплоэлектрогенераторный»). Из-за наличия в самом генераторном газе продуктов сгорания и азота воздуха генераторный газ обладает низкой теплотворной способностью и ограниченными возможностями для применения в синтезе моторных топлив.
И без того низкие энергетические показатели газогенераторных установок усугубляются большими габаритами оборудования для обеспечения сушки кускового сырья. Это является следствием низкой эффективности передачи тепловой энергии от горячего газа к перерабатываемому сырью из-за низких коэффициентов теплопроводности газа и сырья, невозможности быстро поднять температуру до 330°C и более градусов Цельсия внутри кускового сырья для его газификации, пока не испарится вода, содержащаяся в этом сырье. Из-за неоднородности сырья по составу, влажности, по размерам кусков, а также большой продолжительности выхода установок на рабочий режим, эта технология с трудом поддается автоматизации.
Указанные недостатки устраняются в пиролизной технологии переработки отходов, проводимой при температурах 400-900°C без доступа воздуха. Продукты пиролиза имеют высокую теплотворную способность, широкий спектр по составу получаемых углеводородов и представляют наибольший интерес для применения как непосредственно в энергетических установках, так и для дальнейшей химической переработки в моторное топливо.
Известный способ переработки органосодержащего сырья путем пиролиза, защищенный патентом (RU 2260615 С1, МКП C10B 49/00, 47/16, 7/02 от 21.04.2004, публ. 20.09.2005, Бюл. №26), предполагает скоростной пиролиз в потоке предварительно подготовленного сырья (измельченного до размеров около долей мм и подсушенного) при температурах 450-800°C в зависимости от выбранной технологии получения итоговых продуктов. Тепловая энергия передается сырью контактным путем через его соприкосновения с предварительно нагретыми, имеющими высокую теплопроводность, катящимися рабочими телами - билами. Эффективная теплопередача при контакте от твердых нагретых билов высушенному измельченному сырью обеспечивает быстрый нагрев и газификацию всей массы перерабатываемого сырья. Возможность непрерывной работы установки придает ей хорошую производительность, экономичность и надежность. Высокая степень автоматизации позволяет надежно контролировать заданные параметры технологического процесса. Продукты пиролиза используются непосредственно для выработки тепловой и электрической энергии и для переработки в жидкое, твердое и газообразное топливо с заданными свойствами.
Однако данная пиролизная технология, также как и упомянутые выше газогенераторные технологии и технологии прямого сжигания отходов, требует предварительной сушки этих отходов (для пиролиза влажность отходов не должна превышать, как правило, 10%, а для газогенераторных установок и установок прямого сжигания - 30-50%), на которую тратится значительное количество энергии, требуются специальные сушильные устройства. Выделяемые при сушке пары и газы могут создавать экологические проблемы по выбросам, особенно, если отходы содержат ртуть, свинец, цинк, серу, диоксины, бензопирены и др. примеси (листва в городе, промышленные отходы и т.п.). Пиролиз по вышеприведенной технологии таких отходов, как жидкие стоки животноводческих комплексов, свежий птичий помет, отходы пищевых производств, осадки сточных вод, черный щелок и т.п., имеющие влажность до 90-99%, оказывается слишком затратным, экологически и экономически нецелесообразным (подробнее об экономических и технических сторонах вопроса см, например: «Биомасса древесины и биоэнергетика. Монография» / Д.А.Занегин, И.В.Воскобойников, В.А.Кондратюк, В.М.Щелоков. - М.: ГОУ ВПО МГУЛ, 2008. - Т.1 - 428 с.; - Т.2 - 456 с.).
Целью настоящего изобретения является устранение указанного недостатка, повышение экономических и экологических показателей пиролизной технологии при переработке влажных и жидких органических отходов.
Указанная цель достигается тем, что в известном способе переработки органических отходов, включающем размельчение этих отходов, их газификацию в термохимическом реакторе путем пиролиза и подачу газообразных продуктов пиролиза в камеру сгорания энергетической установки либо на химическую переработку в синтетическое топливо, в размельченную массу отходов добавляют воду и перемешивают эту смесь так, чтобы концентрация воды в образовавшейся пульпе находилась в пределах 30-99%, затем образовавшуюся пульпу подают насосом высокого давления или поршнем в термохимический реактор, обеспечивая давление пульпы выше давления насыщенных паров воды во всем диапазоне рабочих температур термохимического реактора, нагревают пульпу в термохимическом реакторе до температур, при которых происходит пиролиз органических отходов с образованием низкомолекулярных соединений (CO, CO2, H2, CH4, метанол, диметиловый эфир и др.), выделяют твердую фракцию продуктов пиролиза, воду с продуктами пиролиза охлаждают, понижают их давление, в том числе и путем совершения полезной работы, отделяют газовую фракцию, содержащую горючие газы и пары летучих жидкостей, от жидкой фазы, газовую фракцию направляют в камеру сгорания либо на химическую переработку в синтетическое топливо, из жидкой фазы, состоящей в основном из воды, извлекают полезные продукты (например, уксусную кислоту, соли и др.) и затем возвращают ее в технологический цикл, добавляя в размельченные отходы.
Другое отличие способа состоит в том, что давление пульпы в термохимическом реакторе создают в пределах 22,0-40,0 МПа, максимальную температуру в указанном термохимическом реакторе доводят до 350-900°C и обеспечивают выдержку пульпы при этих параметрах в пределах 0,1-10 минут.
Третье отличие состоит в том, что нагрев пульпы и охлаждение воды с продуктами пиролиза производят путем теплообмена между ними в рекуперативном теплообменнике, где поток воды с продуктами пиролиза и исходная пульпа движутся в противоположных направлениях, а тепловую энергию для компенсации тепловых потерь подводят к потоку пульпы в дополнительном теплообменнике, подсоединенному к горячей части рекуперативного теплообменника, например, забирая тепло от выхлопных газов после камеры сгорания энергетической установки.
Четвертое отличие состоит в том, что выделение неконденсируемых газов (H2, CO, CH4) из продуктов пиролиза производят из потока пульпы при температурах ниже
370°C вне зависимости от давления, а летучих жидкостей (этанол, метанол, диметиловый эфир и др.) при температурах ниже 240°С и давлениях ниже 10 МПа в условиях, когда основная часть воды находится в конденсированном состоянии, при этом снижение давления газообразных продуктов пиролиза производят дросселированием или совершением работы в детандере. Повышенные по сравнению с нормальными давление и температура горючих компонентов позволяют проводить в оптимальных условиях реакции синтеза углеводородов на катализаторах, а также без дожимного компрессора направлять горючее непосредственно из термохимического реактора в камеры сгорания газотурбинных или дизельных установок.
Пятое отличие состоит в том, что при создании пульпы в воду добавляют присадки, например, едкий натр или сульфат натрия. Присадки ускоряют процесс пиролиза как за счет снижения энергии активации химических реакций, так и за счет растворения и гомогенизации отдельных видов твердых отходов. Присадки данного типа широко используют, в частности, в целлюлозно-бумажной промышленности при варке целлюлозы.
В устройстве для реализации предлагаемого способа поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве для переработки органических отходов, содержащем измельчитель отходов, термохимический реактор для пиролиза этих отходов, энергетическую установку, реактор синтеза энергоносителей из пиролизных газов и ректификационную колонну для разделения энергоносителей, устройство снабжают: бункером с мешалкой для приготовления пульпы из смеси измельченных органических отходов с водой; насосом или поршнем для создания высокого давления в потоке проходящей через термохимический реактор пульпы; золосборником для приема и удаления твердой фракции продуктов пиролиза; газоотделителем для выделения пиролизных газов от жидкой фракции.
Другое отличие в устройстве согласно предлагаемому способу состоит в том, что для нагрева пульпы до рабочих температур в термохимическом реакторе используют рекуперативный теплообменник спирального типа и дополнительный теплообменник с нагревом пульпы от внешнего источника тепла, при этом к дополнительному теплообменнику со стороны выхода пульпы устанавливают золосборник.
Третье отличие состоит в том, что в термохимическом реакторе на выходе продуктов термохимической реакции из зоны пиролиза устанавливают детандер для утилизации потенциальной энергии сжатия продуктов пиролиза.
Четвертое отличие состоит в том, что в качестве энергетической установки используют без дожимного компрессора двигатель внутреннего сгорания, дизельный двигатель, газотурбинный двигатель, паровой двигатель, двигатель Стирлинга и др. с электрогенератором и утилизатором тепловой энергии выхлопных газов.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами.
На Фиг.1 представлена упрощенная технологическая схема переработки органических отходов согласно предлагаемому способу.
На Фиг.2 представлена упрощенная схема термохимического реактора. Технологическая схема переработки органических отходов, представленная на Фиг.1, содержит измельчитель 1 органических отходов; бункер 2 с мешалкой (не показана) для приготовления пульпы; насос высокого давления 3 для создания потока приготовленной пульпы через термохимический реактор 4, где происходит пиролиз отходов и отделение золы из потока; реактор синтеза углеводородов 5 с выводом их на разделитель фракций (реактор синтеза может и отсутствовать, если в нем нет необходимости); двигатель 6 вместе с электрогенератором 7 для выработки электрической энергии; утилизатор 8 тепловой энергии воды, выходящей из термохимического реактора, и растворенных в воде остаточных продуктов пиролиза; утилизатор 9 тепловой энергии от системы охлаждения двигателя. На чертеже не указаны устройство для утилизации тепловой энергии выхлопных газов двигателя и детандер для утилизации энергии сжатия продуктов пиролиза.
Термохимический реактор 4 (см. Фиг.2) содержит рекуперативный теплообменник 10 для предварительного нагрева пульпы и охлаждения продуктов пиролиза и дополнительный теплообменник 11 для разогрева пульпы и получения в термохимическом реакторе заданной температуры пиролитического процесса. Термохимический реактор 4 снабжен золоуловителем 12, газоотделителем легких газов 13, устройством для понижения давления 14 и газоотделителем паров летучих жидкостей 15.
Предлагаемая технологическая схема переработки органических отходов функционирует следующим образом.
Органические отходы типа древесных опилок, опавшей листвы, торфа, жидких навозных стоков, птичьего помета, спиртовой барды и т.п. поступают в измельчитель отходов 1, где размеры твердой фракции (если она имеется) доводятся до таких, чтобы они не застревали в насосе высокого давления и гидродинамическом тракте. Реально их размер не должен превышать нескольких миллиметров. Ограничения по размерам частиц, связанные с обычным пиролитическим процессом, здесь гораздо менее существенны, поскольку в предлагаемой технологии нет процесса испарения воды из отходов, которое отбирает тепловую энергию от энергоносителя, и, во-вторых, теплопередача отходам от нагретой воды гораздо эффективнее теплопередачи от нагретого газа (примерно на два порядка).
Измельченные и отсепарированные по размеру отходы поступают в бункер для приготовления пульпы 2. Сюда же поступает вода, которую лучше получать из термохимического реактора 4. Большинство отходов биологического происхождения имеют влажность более 50% (влажность древесины около 50%, влажность помета и навозных стоков - 80-95%). Избыток воды, поступающей в бункер для приготовления пульпы 2 из термохимического реактора 4, сливается в канализацию или используется в других целях.
Минимальная влажность приготовленной пульпы определяется возможностями насоса и гидродинамического тракта к ее прокачке. Для некоторых типов отходов (каменный уголь, резиновая крошка и т.п.) минимальная влажность может доходить до 30-40%, для большинства отходов биологического происхождения минимальная влажность составляет 80-90%.
Однородность пульпы обеспечивается механической мешалкой (не показана). Мешалка позволяет также «отмывать» отходы от налипшей грязи, песка и т.п., которые в силу большей плотности опускаются на дно бункера и периодически удаляются.
Посредством насоса высокого давления 3, обычно это насос мембранного типа, подготовленная пульпа подается в термохимический реактор 4. Вместо насоса высокого давления может быть использован, в частности, гидропресс.
В термохимическом реакторе 4 (см. Фиг.2) пульпа попадает в рекуперативный теплообменник 10, где, двигаясь в прямом направлении, ее температура неуклонно растет за счет теплообмена с движущимися в противоположном направлении продуктами пиролиза. Температура продуктов пиролиза может достигать 350-900 C. Поэтому важно, чтобы давление пульпы было бы таким, чтобы давление водяного пара было всегда его меньше. В этом случае мы избегаем кризиса теплообмена, возникающего из-за паровых подушек, который резко уменьшает эффективность теплообмена и в ряде случаев может приводить к разрушению теплообменного аппарата. С другой стороны, мы таким образом избегаем отложений накипи на стенках, что также сказывается на эффективности теплообмена и ресурсе работы теплообменника. Из-за отсутствия паровых подушек, то есть отсутствия испарения воды, требующий больших затрат энергии, фазовый переход воды из жидкого состояния в газообразное в предлагаемой технологии не происходит.
Процесс пиролиза некоторых отходов (торфа, древесины и т.п.) сопровождается при определенных температурах экзотермическими процессами, т.е. происходит с выделением энергии, но, как правило, этого недостаточно, чтобы вывести технологический процесс пиролиза на заданный температурный режим. Поэтому на горячем конце рекуперативного теплообменника 10 устанавливают дополнительный высокотемпературный теплообменник 11, в котором за счет энергии, получаемой при сжигании части пиролизных газов, либо энергии выхлопных газов энергетической установки 4, либо электроэнергии, получаемой от этой установки, или другим образом достигают заданной температуры пиролиза. Объем вторичного контура теплообменника 11, скорость потока перерабатываемых в нем отходов рассчитывают такими, чтобы обеспечить достаточно большое (обычно 0,1-10 мин) время нахождения отходов при высоких температурах, поскольку скорость некоторых термохимических процессов идет по мономолекулярному механизму и практически зависит только от температуры реагентов. Если не требуется получать твердые продукты типа угольного порошка, температура в теплообменнике 11, как правило, должна превышать 650°C. В этих условиях вода сама становится активным окислителем органических веществ и эффективно идет реакция твердого углерода с водой:
C+H2O=CO+H2.
Таким образом удается перевести всю горючую конденсированную фазу органических отходов в газовую фазу. Негорючие окислы и минералы выпадают в осадок и собираются в золоуловителе 12.
После проведения пиролиза продукты пиролиза в сопровождении воды поступают в обратную петлю рекуперативного теплообменника 10. При температурах продуктов пиролиза менее 370°C, когда сформируется жидкая фаза воды, можно выделять из жидкости легкие газы (H2, CO, CH4) с помощью газоотделителя 13 и направлять их в реактор синтеза углеводородов 5 для получения метилового и этилового спиртов или 92 бензина, или сразу на энергетическую установку 6. Но возможно их отделять вместе с летучими жидкостями (этиловый и метиловый спирты, ДМЭ и др.) с помощью газоотделителя 15 после снижения давления до 10 МПа и ниже с помощью устройства 14 и снижения температур до 240°C и ниже. В этом случае также обеспечиваются условия для ректификационного способа выделения и разделения летучих жидкостей.
Вода после прохождения термохимического реактора 4 поступает через утилизатор тепловой энергии в бункер 2, углеводороды - на переработку в реактор синтеза 5 или в энергетическую установку 6, зола, которая может содержать полезные вещества, - из золосборника 12 на утилизацию или захоронение.
Рассмотрим некоторые примеры конкретного использования изобретения. Пример 1. Пусть отходами являются древесные опилки влажностью 50%. И пусть нам надо перерабатывать 0,1 кг опилок в секунду (или 6 кг опилок в минуту или 360 кг опилок в час или 8,64 тонн опилок в сутки). Будем предполагать влажность пульпы 90%.
Тогда получаем:
1. С учетом теплотворной способности горючей массы древесины около 20 МДж/кг полная тепловая мощность установки при условии, что вся энергия древесины уйдет в тепловую энергии, составит:
Wт=0,1 (кг/с)×0,5×20 (МДж/кг)=1 МВт тепловой мощности.
2. Тепловая энергия горючей массы в значительной степени будет реализована в виде энергии сгорания получаемых в результате пиролиза горючих газов С предположением эффективного к.п.д. преобразования тепловой энергии в электрическую 0,2, получаем вырабатываемую электрическую мощность:
Wэ=0,2×Wт=0,2 MBт.
3. При зольности древесины 0,5% от горючей массы образование золы будет происходить со скоростью:
З=0,1 (кг/с)×0,5×0,005=0,00025 (кг/с) или 21,6 кг/сутки.
Оценим энергетические затраты на создание потока пульпы с давлением Р=30 МПа:
Итак, нужно прокачивать объем пульпы:
Qп=0,1 (кг/с)×(0,5+4,5)=0,5 (кг/с)=0,5 (л/с)=0,0005 (м3/с).
Мощность, которую нужно прикладывать для прокачки, составит:
Wп=Qп×P=30×1000000×0,0005 (Вт)=15 кВт.
С учетом к.п.д. насоса 0,5 (обычно он выше) затраты на прокачку составят:
15/0,5=30 кВт.
Если в поток продуктов пиролиза поставить детандер, то, учитывая, что объемный расход продуктов пиролиза за счет газов заметно больше объемного расхода пульпы, затраты на прокачку пульпы будут заметно меньше.
Таким образом, энергетические затраты на пиролиз при высоком давлении в потоке воды составляют не более 15% от вырабатываемой электроэнергии или не более 3% от тепловой энергии, получаемой от древесных отходов.
Что же касается эффективности получения летучих горючих газов при данной технологической схеме пиролиза, хорошо известно из многочисленных экспериментов (см. также приведенную выше ссылку - Биомасса древесины и биоэнергетика. Монография), что повышенные давления и повышенная концентрация паров воды приводят к улучшению показателей выработки полезных продуктов пиролиза.
Пример 2. Переработка 100 тонн птичьего помета в сутки с влажностью 95%
Делая расчеты аналогично Примеру 1 при теплотворной способности горючей массы помета 20 МДж/кг, принимая количество минералов в помете 5% от сухой массы, получаем:
Тепловая мощность:
Wт=100000×20×0,05/(24×3600)=1,16 МВт;
Электроэнергия (при к.п.д.=0,2):
Wэ=0,2×Wт=232 кВт;
Затраты на прокачку помета при давлении 30 МПа:
Wпэ=0,5×30 (МПа)×100 (м3/сутки)/(24×3600)=17,4 кВт;
Производство минералов - золы (минеральных удобрений):
З=100000 (кг/сутки)×0,05×0,05=250 кг/сутки.
Пример 2 показывает эффективность получения энергии, горючего и минеральных удобрений из помета при его влажности 95%.
Приведенные примеры показывают эффективность предлагаемого способа переработки органических отходов для получения тепловой и электрической энергии, а также полезных химических продуктов.
Claims (9)
1. Способ переработки органических отходов, включающий газификацию отходов в термохимическом реакторе путем пиролиза и подачу газообразных продуктов пиролиза в камеру сгорания энергетической установки либо на химическую переработку в синтетическое топливо, отличающийся тем, что органические отходы предварительно размельчают, в размельченную массу отходов добавляют воду и перемешивают эту смесь так, чтобы концентрация воды в образовавшейся пульпе находилась в пределах 30-99%, затем образовавшуюся пульпу подают насосом высокого давления или поршнем в термохимический реактор, обеспечивая давление пульпы выше давления насыщенных паров воды во всем диапазоне рабочих температур термохимического реактора, нагревают пульпу в термохимическом реакторе до температур, при которых происходит пиролиз органических отходов с образованием низкомолекулярных соединений, выделяют твердую фракцию продуктов пиролиза, воду с продуктами пиролиза охлаждают, понижают их давление в том числе и путем совершения полезной работы, отделяют газовую фракцию, содержащую горючие газы и пары летучих жидкостей, от жидкой фазы, газовую фракцию направляют в камеру сгорания либо на химическую переработку в синтетическое топливо, из жидкой фазы извлекают полезные продукты и затем возвращают ее в технологический цикл, добавляя в размельченные отходы.
2. Способ переработки по п.1, отличающийся тем, что давление пульпы в термохимическом реакторе создают в пределах 22,0-40,0 МПа, максимальную температуру в указанном термохимическом реакторе доводят до 350-900°С и обеспечивают выдержку пульпы при этих параметрах в пределах 0,1-10 мин.
3. Способ переработки по п.1, отличающийся тем, что нагрев пульпы и охлаждение воды с продуктами пиролиза производят путем теплообмена между ними в рекуперативном теплообменнике, где поток воды с продуктами пиролиза и исходная пульпа движутся в противоположных направлениях, а тепловую энергию для компенсации тепловых потерь подводят к потоку пульпы в дополнительном теплообменнике, подсоединенном к горячей части рекуперативного теплообменника, например, забирая тепло от выхлопных газов после камеры сгорания энергетической установки.
4. Способ переработки по п.1, отличающийся тем, что неконденсируемые газы H2, CO, CH4 из продуктов пиролиза выделяют из потока пульпы при температурах ниже 370°С вне зависимости от давления, а пары летучих жидкостей - при температурах ниже 240°С и давлениях ниже 10 МПа в условиях, когда основная часть воды находится в конденсированном состоянии, при этом снижение давления газообразных продуктов пиролиза производят дросселированием или совершением работы в детандере.
5. Способ переработки по п.1, отличающийся тем, что при создании пульпы в воду добавляют присадки, например, едкий натр и сульфат натрия.
6. Устройство для переработки влажных и жидких органических отходов согласно способу по п.1, содержащее термохимический реактор для пиролиза этих отходов, энергетическую установку и газоотделитель для отделения пиролизных газов от жидкой фракции, отличающееся тем, что устройство дополнительно содержит размельчитель отходов, бункер с мешалкой для приготовления пульпы из смеси размельченных органических отходов с водой, насос или поршень для создания высокого давления в потоке проходящей через термохимический реактор пульпы, реактор синтеза энергоносителей из пиролизных газов, ректификационную колонну для разделения энергоносителей и золосборник для приема и удаления твердой фракции продуктов пиролиза.
7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что для нагрева пульпы до рабочих температур используют рекуперативный теплообменник спирального типа и дополнительный теплообменник с нагревом пульпы от внешнего источника тепла, при этом к дополнительном теплообменнику со стороны выхода из него пульпы подсоединен золосборник.
8. Устройство по п.6, отличающееся тем, что термохимический реактор на выходе продуктов термохимической реакции из зоны пиролиза соединен с детандером для утилизации потенциальной энергии сжатия продуктов пиролиза.
9. Устройство по п.6, отличающееся тем, что в качестве энергетической установки используют двигатель внутреннего сгорания, дизельный двигатель, газотурбинный двигатель, паровой двигатель или двигатель Стирлинга с электрогенератором и с утилизатором тепловой энергии выхлопных газов.
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008152111/05A RU2408649C2 (ru) | 2008-12-29 | 2008-12-29 | Способ переработки органических отходов и устройство для его осуществления |
| PCT/RU2009/000730 WO2010077182A1 (ru) | 2008-12-29 | 2009-12-28 | Способ переработки органических отходов и устройство для его осуществления |
| US12/998,824 US20110239620A1 (en) | 2008-12-29 | 2009-12-28 | Method for processing organic waste and a device for carrying out said method |
| CA2748985A CA2748985A1 (en) | 2008-12-29 | 2009-12-28 | Method for processing organic waste and a device for carrying out said method |
| EP09836456.5A EP2385091A4 (en) | 2008-12-29 | 2009-12-28 | PROCESS FOR PROCESSING ORGANIC WASTE AND DEVICE FOR CARRYING OUT THE METHOD |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008152111/05A RU2408649C2 (ru) | 2008-12-29 | 2008-12-29 | Способ переработки органических отходов и устройство для его осуществления |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2008152111A RU2008152111A (ru) | 2010-07-10 |
| RU2408649C2 true RU2408649C2 (ru) | 2011-01-10 |
Family
ID=42309995
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008152111/05A RU2408649C2 (ru) | 2008-12-29 | 2008-12-29 | Способ переработки органических отходов и устройство для его осуществления |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20110239620A1 (ru) |
| EP (1) | EP2385091A4 (ru) |
| CA (1) | CA2748985A1 (ru) |
| RU (1) | RU2408649C2 (ru) |
| WO (1) | WO2010077182A1 (ru) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2482160C1 (ru) * | 2011-11-24 | 2013-05-20 | Алексей Викторович Тимофеев | Способ термической переработки органического сырья и устройство для его осуществления |
| RU2554355C1 (ru) * | 2014-06-10 | 2015-06-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное объединение РГ ИННОВАЦИИ" | Способ переработки органического сырья в топливо |
| RU2573034C1 (ru) * | 2014-09-19 | 2016-01-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технологический университет" (ФГБОУ ВПО "КНИТУ") | Способ термической переработки органосодержащего сырья |
| RU2587455C1 (ru) * | 2015-01-27 | 2016-06-20 | Закрытое акционерное общество "ТехноХимИнжиниринг" (ЗАО "ТХИ") | Способ утилизации отходов вододисперсионных полимерных материалов |
| RU2676295C2 (ru) * | 2016-08-25 | 2018-12-27 | Общество с ограниченной ответственностью "ЭКОС ИНВЕСТ" | Способ переработки органических отходов |
| RU2688661C1 (ru) * | 2018-10-08 | 2019-05-22 | Сергей Федорович Прущак | Способ переработки помета |
| RU2696231C1 (ru) * | 2018-10-26 | 2019-07-31 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Нпк "Энергоэффективные Технологии" | Способ утилизации углеродсодержащих материалов |
| RU192295U1 (ru) * | 2019-07-08 | 2019-09-11 | Общество с ограниченной ответственностью "Бизнес Мир" (ООО "Бизнес Мир") | Устройство для переработки пищевых отходов |
| RU2734832C1 (ru) * | 2019-12-23 | 2020-10-23 | Антон Сергеевич Пашкин | Мусоросжигательный завод, устройство и способ |
| RU2760292C2 (ru) * | 2017-07-27 | 2021-11-23 | АйГЭЗ ЭНЕРДЖИ ГМБХ | Фракционное отделение ценных веществ от водных многокомпонентных смесей |
| RU2766454C1 (ru) * | 2021-03-22 | 2022-03-15 | Леонид Александрович Аминов | Способ переработки органических отходов |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB0912214D0 (en) * | 2009-07-14 | 2009-08-26 | Eden Robert D | Pyrolyser |
| WO2012098014A1 (de) * | 2011-01-20 | 2012-07-26 | Basf Coatings Gmbh | Wässriges polyurethanbeschichtungsmittel und daraus hergestellte beschichtungen mit hoher kratzbeständigkeit und guter chemikalienbeständigkeit |
| US9085735B2 (en) * | 2013-01-02 | 2015-07-21 | American Fuel Producers, LLC | Methods for producing synthetic fuel |
| CN105757674B (zh) * | 2016-04-06 | 2018-06-08 | 神雾科技集团股份有限公司 | 含碳有机物热解产物热能利用的系统和方法 |
| CN107084396B (zh) * | 2017-04-25 | 2018-12-28 | 杨心辉 | 环保型城市固体废弃物直接焚烧气化供能系统及工作方法 |
| ES2769916A1 (es) * | 2018-12-28 | 2020-06-29 | Almirall Josep Grau | Instalacion de transformacion de residuos organicos y procedimiento asociado |
Family Cites Families (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3505204A (en) * | 1967-04-10 | 1970-04-07 | Univ Of Wyoming The | Direct conversion of carbonaceous material to hydrocarbons |
| US3714038A (en) * | 1970-12-18 | 1973-01-30 | Black Clawson Co | Process and product for converting organic materials by pyrolysis or hydrogenation |
| US4338199A (en) * | 1980-05-08 | 1982-07-06 | Modar, Inc. | Processing methods for the oxidation of organics in supercritical water |
| US4543190A (en) * | 1980-05-08 | 1985-09-24 | Modar, Inc. | Processing methods for the oxidation of organics in supercritical water |
| DE3133562A1 (de) * | 1981-08-25 | 1983-03-10 | Fried. Krupp Gmbh, 4300 Essen | "verfahren zur herstellung fluessiger kohlenwasserstoffe" |
| US5630854A (en) * | 1982-05-20 | 1997-05-20 | Battelle Memorial Institute | Method for catalytic destruction of organic materials |
| US4536584A (en) * | 1983-10-03 | 1985-08-20 | The Standard Oil Company (Ohio) | Process for the thermochemical conversion of biomass |
| US4657681A (en) * | 1985-04-22 | 1987-04-14 | Hughes William L | Method of converting organic material into useful products and disposable waste |
| CA2137261C (en) * | 1992-06-05 | 2003-08-19 | Douglas C. Elliott | Method for the catalytic conversion of organic materials into a product gas |
| US5292442A (en) * | 1992-10-01 | 1994-03-08 | Texaco Inc. | Process for disposing of sewage sludge |
| JP3057250B2 (ja) * | 1998-11-18 | 2000-06-26 | 財団法人石炭利用総合センター | 有機廃棄物の処理方法 |
| JP2002155286A (ja) * | 2000-11-20 | 2002-05-28 | Mitsubishi Materials Corp | 重質炭素資源の改質方法 |
| RU2260615C1 (ru) | 2004-04-21 | 2005-09-20 | Бахтинов Николай Алексеевич | Способ переработки минерального и твердого органосодержащего сырья методом пиролиза и установка для его осуществления |
| RU2275416C1 (ru) * | 2005-03-28 | 2006-04-27 | Владимир Алексеевич Лихоманенко | Способ термохимической переработки органического сырья в топливные компоненты и установка для его осуществления |
| ITRM20050207A1 (it) * | 2005-05-02 | 2006-11-03 | Pyrolb S R L | Procedimento integrato per il trattamento di rifiuti mediante pirolisi e relativo impianto. |
| EP1772202A1 (de) * | 2005-10-04 | 2007-04-11 | Paul Scherrer Institut | Verfahren zur Erzeugung von Methan und/oder Methanhydrat aus Biomasse |
| JP4950554B2 (ja) * | 2006-04-28 | 2012-06-13 | 株式会社ニッショー機工 | ガス化燃焼装置 |
| RU2303192C1 (ru) | 2006-06-29 | 2007-07-20 | Закрытое акционерное общество Акционерная фирма "Перспектива" Опытно-механический завод | Комплекс газотеплоэлектрогенераторный |
| US8419902B2 (en) * | 2009-05-19 | 2013-04-16 | Greenlight Energy Solutions, Llc | Method and system for wasteless processing and complete utilization of municipal and domestic wastes |
-
2008
- 2008-12-29 RU RU2008152111/05A patent/RU2408649C2/ru not_active IP Right Cessation
-
2009
- 2009-12-28 CA CA2748985A patent/CA2748985A1/en not_active Abandoned
- 2009-12-28 EP EP09836456.5A patent/EP2385091A4/en not_active Withdrawn
- 2009-12-28 US US12/998,824 patent/US20110239620A1/en not_active Abandoned
- 2009-12-28 WO PCT/RU2009/000730 patent/WO2010077182A1/ru active Application Filing
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2482160C1 (ru) * | 2011-11-24 | 2013-05-20 | Алексей Викторович Тимофеев | Способ термической переработки органического сырья и устройство для его осуществления |
| RU2554355C1 (ru) * | 2014-06-10 | 2015-06-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное объединение РГ ИННОВАЦИИ" | Способ переработки органического сырья в топливо |
| RU2573034C1 (ru) * | 2014-09-19 | 2016-01-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технологический университет" (ФГБОУ ВПО "КНИТУ") | Способ термической переработки органосодержащего сырья |
| RU2587455C1 (ru) * | 2015-01-27 | 2016-06-20 | Закрытое акционерное общество "ТехноХимИнжиниринг" (ЗАО "ТХИ") | Способ утилизации отходов вододисперсионных полимерных материалов |
| RU2676295C2 (ru) * | 2016-08-25 | 2018-12-27 | Общество с ограниченной ответственностью "ЭКОС ИНВЕСТ" | Способ переработки органических отходов |
| RU2760292C2 (ru) * | 2017-07-27 | 2021-11-23 | АйГЭЗ ЭНЕРДЖИ ГМБХ | Фракционное отделение ценных веществ от водных многокомпонентных смесей |
| RU2688661C1 (ru) * | 2018-10-08 | 2019-05-22 | Сергей Федорович Прущак | Способ переработки помета |
| RU2696231C1 (ru) * | 2018-10-26 | 2019-07-31 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Нпк "Энергоэффективные Технологии" | Способ утилизации углеродсодержащих материалов |
| RU192295U1 (ru) * | 2019-07-08 | 2019-09-11 | Общество с ограниченной ответственностью "Бизнес Мир" (ООО "Бизнес Мир") | Устройство для переработки пищевых отходов |
| RU2734832C1 (ru) * | 2019-12-23 | 2020-10-23 | Антон Сергеевич Пашкин | Мусоросжигательный завод, устройство и способ |
| WO2021133217A3 (ru) * | 2019-12-23 | 2021-08-19 | Антон Сергеевич ПАШКИН | Мусоросжигательный завод, устройство и способ |
| RU2766454C1 (ru) * | 2021-03-22 | 2022-03-15 | Леонид Александрович Аминов | Способ переработки органических отходов |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP2385091A1 (en) | 2011-11-09 |
| EP2385091A4 (en) | 2014-07-30 |
| RU2008152111A (ru) | 2010-07-10 |
| WO2010077182A1 (ru) | 2010-07-08 |
| US20110239620A1 (en) | 2011-10-06 |
| CA2748985A1 (en) | 2010-07-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2408649C2 (ru) | Способ переработки органических отходов и устройство для его осуществления | |
| RU2373263C2 (ru) | Способ превращения твердых биоотходов в возобновляемое топливо | |
| AU725988C (en) | Energy efficient liquefaction of biomaterials by thermolysis | |
| US5853548A (en) | Energy efficient liquefaction of biomaterials by thermolysis | |
| RU2161168C2 (ru) | Эффективная утилизация топлив и отходов, содержащих хлор и/или влагу | |
| US7228806B2 (en) | Biomass gasification system | |
| CN100381352C (zh) | 用垃圾、生物质和水为原料的等离子体制氢方法及设备 | |
| JP2011514236A (ja) | 廃棄物を処理するための装置及び方法 | |
| JP5938788B2 (ja) | 湿潤バイオマスを、熱化学的に炭化、およびガス化する方法 | |
| Pande et al. | Biomass conversion to energy | |
| ZA200703757B (en) | Slurry dewatering and conversion of biosolids to a renewable fuel | |
| Adeniyi et al. | Conversion of biomass to biochar using top‐lit updraft technology: a review | |
| Ani | Utilization of bioresources as fuels and energy generation | |
| Demirbas | Thermochemical conversion processes | |
| Zabot et al. | Power the future with bioenergy from organic wastes | |
| CN103629659A (zh) | 一种废水与生物质产热工艺 | |
| CN205443177U (zh) | 一种污泥炭化制炭装置 | |
| RU2688661C1 (ru) | Способ переработки помета | |
| Kemka | Alternative Energy from Waste | |
| Ciuła et al. | Conversion of Sewage Sludge into Biofuels via Different Pathways and Their Use in Agriculture: A Comprehensive Review | |
| Koga et al. | New biomass utilization technologies such as methane fermentation and pyrolysis | |
| WO2023094984A1 (en) | Process and apparatus for producing a crude oil precursor and crude oil from organic waste | |
| Spath et al. | 08 STEAM RAISING | |
| Johansson | 90lQ3878 BioStirling: a small biomass power converslon system using an advanced Stirling engine |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20111230 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20121010 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20131230 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20150727 |
|
| PD4A | Correction of name of patent owner | ||
| PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20200716 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20201230 |