RU2552259C2 - Method of processing of domestic and industrial wastes to furnace fuel and hydrocarbon substance and device to this end - Google Patents
Method of processing of domestic and industrial wastes to furnace fuel and hydrocarbon substance and device to this end Download PDFInfo
- Publication number
- RU2552259C2 RU2552259C2 RU2013126238/03A RU2013126238A RU2552259C2 RU 2552259 C2 RU2552259 C2 RU 2552259C2 RU 2013126238/03 A RU2013126238/03 A RU 2013126238/03A RU 2013126238 A RU2013126238 A RU 2013126238A RU 2552259 C2 RU2552259 C2 RU 2552259C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- furnace
- flue gases
- gases
- gas
- fuel
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Processing Of Solid Wastes (AREA)
- Gasification And Melting Of Waste (AREA)
- Separation, Recovery Or Treatment Of Waste Materials Containing Plastics (AREA)
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION
Изобретение относится преимущественно к технологиям утилизации твердых бытовых отходов (ТБО), городского мусора, отходов полимерной, пищевой, деревообрабатывающей, нефтехимической отраслей промышленности, а также частичной переработки некондиционных запасов торфяного и каменноугольного сырья. Изобретение позволяет вовлекать органические компоненты указанных отходов в качестве техногенного источника топливных материалов в топливно-энергетическом комплексе. Предлагаемая технология может быть использована в коммунальном хозяйстве, а также на предприятиях нефтепереработки и коксохимии для получения углеродного карбонизата (кокса), коксового газа и газойлевых смол, по своему качеству удовлетворяющих стандартным техническим нормативам Российской Федерации.The invention relates primarily to technologies for the disposal of municipal solid waste (MSW), urban waste, waste from the polymer, food, woodworking, petrochemical industries, as well as partial processing of substandard stocks of peat and coal raw materials. The invention allows the organic components of these wastes to be involved as a technogenic source of fuel materials in the fuel and energy complex. The proposed technology can be used in utilities, as well as in oil refining and coke chemistry enterprises to produce carbon carbonate (coke), coke oven gas and gas oil resins, which in quality meet the standard technical standards of the Russian Federation.
Уровень техникиState of the art
Известен способ утилизации твердых бытовых, промышленных и полимерных отходов путем их предварительного подсушивания, подачи в пиролизную камеру, сжигания с разделением на твердый остаток и газообразную составляющую, которые затем подвергаются высокотемпературной обработке в шлакометаллической ванне плавильной печи (патент РФ N 2135896, кл. F23G 5/027 от 28.12.1998). Техническая реализация способа требует значительных капитальных и эксплуатационных затрат, расходных материалов и ресурсов с высокой рыночной стоимостью, характеризуется крайне низкой экономической эффективностью с точки зрения получения целевых продуктов.A known method of disposal of solid household, industrial and polymeric waste by pre-drying it, feeding it into the pyrolysis chamber, burning it with separation into a solid residue and a gaseous component, which are then subjected to high-temperature processing in a slag metal bath of a melting furnace (RF patent N 2135896, class F23G 5 / 027 dated 12/28/1998). The technical implementation of the method requires significant capital and operating costs, consumables and resources with a high market value, characterized by extremely low economic efficiency in terms of obtaining target products.
Известен способ переработки твердых бытовых отходов (ТБО) путем пиролиза с последующей утилизацией энергии пиролизных газов (патент РФ N 2254518, кл. F23G 5/24, F23G 5/027 от 23.10.2003). Способ включает загрузку ТБО и сыпучего инертного теплоносителя в вертикальную шахтную печь, инициацию процесса пиролиза путем подачи горячей пароводяной смеси, получение низконапорного пиролизного газа и его сжигание с утилизацией теплоты сгорания. Способ обеспечивает высокую степень утилизации отходов. Однако энергоэффективность и практическая реализация предложенного способа остается на относительно низком уровне из-за особенностей состава и качества ТБО.A known method of processing municipal solid waste (MSW) by pyrolysis and subsequent utilization of the energy of pyrolysis gases (RF patent N 2254518, CL F23G 5/24, F23G 5/027 from 10.23.2003). The method includes loading solid waste and a loose inert coolant into a vertical shaft furnace, initiating the pyrolysis process by supplying a hot steam-water mixture, obtaining a low-pressure pyrolysis gas and burning it with utilization of the heat of combustion. The method provides a high degree of waste disposal. However, energy efficiency and practical implementation of the proposed method remains at a relatively low level due to the characteristics of the composition and quality of solid waste.
Известна СВЧ-печь преимущественно для нагрева жидких и сыпучих материалов (патент РФ N 7646, кл. F27D 11/12 от 20.03.1996), содержащая камеру нагрева, по крайней мере один волновод и канал запредельного сечения для подачи материала, при этом канал для подачи материала установлен в волноводе и между диэлектрическими перегородками и камерой нагрева. Наиболее существенным недостатком данного прототипа является невозможность достижения высоких температур (свыше 500°C) и проведения высокотемпературной обработки углеродных материалов в течение длительного времени, так как предлагаемый материал диэлектрических перегородок волноводов (фторопласт) подвергается термодеструкции при температурах выше 350°С. Также не учтено влияние термических расширений (удлинений) металлических частей конструкции СВЧ-печи на диэлектрические перегородки, потому что при высоких температурных напорах (разность температур между нагреваемым веществом в камере и окружающим воздухом в зоне СВЧ-активации) происходит значительное изменение физико-механических свойств металла и увеличивается механическое давление жестких стальных частей на хрупкие фторопластовые (либо керамические) перегородки.A known microwave oven is mainly for heating liquid and bulk materials (RF patent N 7646, class F27D 11/12 of 03/20/1996), containing a heating chamber, at least one waveguide and a channel of transverse section for supplying material, while the channel for material feed is installed in the waveguide and between the dielectric partitions and the heating chamber. The most significant drawback of this prototype is the inability to reach high temperatures (above 500 ° C) and to carry out high-temperature processing of carbon materials for a long time, since the proposed material of the dielectric partitions of the waveguides (fluoroplast) undergoes thermal degradation at temperatures above 350 ° C. Also, the effect of thermal expansions (extensions) of the metal parts of the microwave oven structure on the dielectric partitions is not taken into account, because at high temperature pressures (the temperature difference between the heated substance in the chamber and the ambient air in the microwave activation zone), a significant change in the physical and mechanical properties of the metal and the mechanical pressure of hard steel parts on brittle fluoroplastic (or ceramic) partitions increases.
Наиболее близким аналогом (прототипом предложенного изобретения) является устройство для переработки органических компонентов отходов и автомобильных шин в моторное топливо с применением СВЧ-излучения (Яцун А.В. Газообразные продукты пиролиза автомобильных покрышек под действием сверхвысоких частот / А.В. Яцун, П.Н. Коновалов, Н.П. Коновалов // Химия твердого топлива. - 2008. - №3. - с.70-75). Предложенный способ отличается высокой энергоэффективностью благодаря воздействию СВЧ-поля на физико-химические реакции пиролиза органических веществ. Основным недостатком указанного способа является низкая производительность ретортного реактора, избирательность процесса в силу различной диэлектрической проницаемости компонентов отходов и, как следствие, ограниченность применения для утилизации многокомпонентного состава из-за отсутствия подговительных этапов измельчения и сепарации, значительные потери электромагнитного излучения в окружающую среду, выявленные при эксплуатации устройства.The closest analogue (prototype of the proposed invention) is a device for processing organic components of waste and car tires into motor fuel using microwave radiation (Yatsun A.V. Gaseous products of pyrolysis of car tires under the influence of microwave frequencies / A.V. Yatsun, P. N. Konovalov, NP Konovalov // Chemistry of solid fuel. - 2008. - No. 3. - p. 70-75). The proposed method is highly energy efficient due to the influence of the microwave field on the physicochemical pyrolysis reactions of organic substances. The main disadvantage of this method is the low productivity of the retort reactor, the selectivity of the process due to the different dielectric constant of the waste components and, as a result, the limited use for the disposal of multicomponent composition due to the lack of suitable stages of grinding and separation, significant losses of electromagnetic radiation into the environment, revealed during operation of the device.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Задачей настоящего изобретения является увеличение производительности, практического выхода печного топлива и углеродного вещества, повышение энергоэффективности и упрощение аппаратурного оформления процесса. Для решения указанных задач применяется создание комбинированного электромагнитного (СВЧ) и теплового поля в рабочей среде (перерабатываемых органических компонентах отходов) без доступа воздуха для твердых бытовых отходов либо в инертной среде (азот, водяной пар) для некоторых специальных легкоокисляющихся отходов производства.The objective of the present invention is to increase productivity, practical yield of heating oil and carbon substance, increasing energy efficiency and simplifying the hardware design of the process. To solve these problems, the creation of a combined electromagnetic (microwave) and heat field in the working environment (recyclable organic waste components) without air for solid household waste or in an inert environment (nitrogen, water vapor) for some special easily oxidized production waste is used.
Сущность способа утилизации отходов заключается в следующем. Применительно к несортированным твердым бытовым отходам подготовительным этапом является измельчение отходов до 95%-ного содержания класса крупности 1…10 мм, извлечение балластных (неорганических) компонентов, состоящих из фракций металла, стекла, строительного мусора, смета, отсева, в пневмосепараторе под действием напора разделяющего агента (в частности, воздуха). Так как неорганические компоненты имеют плотность твердой фазы более 1200 кг/м3, происходит их осаждение в высоконапорном потоке разделяющего агента (например, воздуха, отработанных дымовых газов, водяного пара), а более легкие (менее 1200 кг/м3) органические компоненты (полимеры, синтетика, текстиль, древесно-растительные остатки, пищевые отходы, бумага, картон и т.п.) выносятся потоком разделяющего агента в приемный бункер-распределитель. Далее в специальной камерной секционной печи осуществляют физико-химическое разложение извлеченных органических компонентов под действием тепловой обработки 430-1000°C без доступа кислорода совместно с активацией электромагнитным сверхвысокочастотным излучением частотой 2,5 ГГц. Мощность излучения и расход топлива на создание температуры определяются в зависимости от производительности и состава ТБО. Процесс проводят в полунепрерывном режиме в течение 12 часов, структура процесса сгруппирована следующими стадиями:The essence of the method of waste disposal is as follows. With regard to unsorted municipal solid waste, the preparatory stage is the grinding of waste up to 95% content of
1) 20…100°C - разогрев ТБО;1) 20 ... 100 ° C - heating of solid waste;
2) 100…200°C - сушка ТБО, плавление полимерных компонентов;2) 100 ... 200 ° C - drying of solid waste, melting of polymer components;
3) 200…400°C - первичное разложение полимерных компонентов, древесно-растительных, пищевых и бумажно-картонных фракций;3) 200 ... 400 ° C - the primary decomposition of polymer components, wood-vegetable, food and paper-cardboard fractions;
4) 400…700°C - физико-химическое разложение ТБО с образованием смол и газовой фазы;4) 400 ... 700 ° C - physico-chemical decomposition of solid waste with the formation of resins and gas phase;
5) 700…1000°C - прокаливание продуктов реакций разложения ТБО с получением углеродного вещества (карбонизация).5) 700 ... 1000 ° C - calcination of the products of the decomposition of solid waste with the receipt of a carbon substance (carbonization).
При достижении 1000°C происходит изотермическая выдержка ТБО, в результате которой выделяется парогазовая фаза и образуется углеродный остаток (углеродное вещество), на 70-90% состоящий из технически чистого углерода. Практический выход углеродного вещества зависит от состава ТБО и в среднем составляет 35…45% из первоначальной массы ТБО с расчетной влажностью 20%. После разгрузки углеродного вещества из печи осуществляют его тушение инертными газами с целью охладить углерод до температур ниже его температуры самовоспламенения (ниже 200°C). Инертные газы (смесь воздуха и водяных паров) принимают на себя теплоту углеродного вещества и направляются в котел-утилизатор на выработку водяного пара для ректификационного узла. После утилизации выделенной теплоты охлажденные газы возвращают на тушение углерода.Upon reaching 1000 ° C, the MSW is isothermally aged, as a result of which the vapor-gas phase is released and a carbon residue (carbon substance) is formed, which is 70-90% consisting of technically pure carbon. The practical yield of carbon substance depends on the composition of solid waste and averages 35 ... 45% of the initial mass of solid waste with a design humidity of 20%. After the carbon substance is unloaded from the furnace, it is quenched with inert gases in order to cool the carbon to temperatures below its autoignition temperature (below 200 ° C). Inert gases (a mixture of air and water vapor) take on the heat of the carbon substance and are sent to the recovery boiler to generate water vapor for the distillation unit. After utilizing the generated heat, the cooled gases are returned to quench the carbon.
Низконапорную парогазовую фазу, образующуюся в процессе карбонизации ТБО, направляют в скруббер на промывание, где осуществляется контакт с промывной водой, вследствие чего обеспечивается конденсация паров жидких углеводородов (смол) - продуктов реакций разложения ТБО, содержащихся в исходной парогазовой фазе. Несконденсированные низконапорные газы, содержащие преимущественно ацетилен, этилен, метан, аммиак, водород, оксиды углерода (II) и (IV) и т.д., выводят из скруббера на осушку в слое адсорбента (главным образом, силикагеля), после чего направляют на дожигание в печь карбонизации в качестве топлива.The low-pressure vapor-gas phase formed in the process of solidification of solid waste is sent to the scrubber for washing, where it is in contact with the washing water, which ensures the condensation of the vapor of liquid hydrocarbons (resins), the products of the decomposition of solid waste contained in the initial gas-vapor phase. Non-condensed low-pressure gases, containing mainly acetylene, ethylene, methane, ammonia, hydrogen, carbon oxides (II) and (IV), etc., are removed from the scrubber for drying in an adsorbent layer (mainly silica gel), and then sent to afterburning in a carbonization furnace as a fuel.
Сконденсированную фракцию углеводородов (смол) направляют в колонные аппараты на ректификацию, где смолы подогреваются в испарителях водяным паром, выработанным в узле тушения углерода. Ректификацию проводят под вакуумом (200…400 мм водяного столба), благодаря чему снижаются температуры кипения и происходит отгонка воды из углеводородной фракции. Обезвоженная углеводородная фракция является аналогом-заменителем печного топлива с температурой кипения 100…250°C, практический выход ее составляет в среднем 10% из общей массы первоначальных ТБО с расчетной влажностью 20%. Возможна ее перегонка на более узкие фракции (100…140°C с содержанием ароматических углеводородов >80% и октановым числом ОИ 60-65, 140…180°C с содержанием ароматических углеводородов >50%, 180…250°C с преимущественным содержанием олефинов и парафинов), однако необходимость данного этапа определяется технико-экономическими критериями, так как выход узкой углеводородной фракции 100…140°C составляет не более 2-3% (масс.) из общей массы первоначальных ТБО и не всегда является целесообразным с экономической точки зрения.The condensed fraction of hydrocarbons (resins) is sent to the distillation column apparatus, where the resins are heated in the evaporators with water vapor generated in the carbon quenching unit. Rectification is carried out under vacuum (200 ... 400 mm water column), due to which boiling points are reduced and water is distilled off from the hydrocarbon fraction. The dehydrated hydrocarbon fraction is an analogue substitute for heating oil with a boiling point of 100 ... 250 ° C, its practical yield is on
Образующиеся в процессе работы печи продукты сгорания топлива (дымовые газы) направляют на двустадийную газоочистку. Первая стадия газоочистки (термокаталитическая стадия) заключается в пропускании неохлажденных дымовых газов (температура более 700°C) через псевдоожиженный слой катализатора (прокаленного муллитокремнеземистого волокна с медно-кобальтовыми промоторами) с целью улавливания высокотоксичных окислов хлор- и фторорганических соединений (таких как диоксины, фураны, бензапирены, бифенилы, меркаптаны). По мере осмоления и загрязнения катализатор с обезвреженными веществами (класс опасности IV-V) направляют на регенерацию (повторный обжиг) либо утилизацию (захоронение).The products of fuel combustion (flue gases) formed during the operation of the furnace are sent to a two-stage gas treatment. The first gas treatment stage (thermocatalytic stage) consists in passing uncooled flue gases (temperature over 700 ° C) through a fluidized bed of catalyst (calcined mullite-siliceous fiber with copper-cobalt promoters) to capture highly toxic oxides of organochlorine and fluorine compounds (such as dioxins, , benzapyrenes, biphenyls, mercaptans). In the process of tarring and contamination, the catalyst with the neutralized substances (hazard class IV-V) is sent for regeneration (re-firing) or disposal (disposal).
Вторая стадия газоочистки (хемосорбция) предназначена для коллективного удаления токсичных компонентов NH3, H2S, оксидов NxOy, SxOy, СО, CO2 из дымовых газов в барботажных скрубберах, в которых осуществляют взаимодействие с хемосорбентом - водным раствором щелочи NaOH (концентрация 15% масс.) и карбамида (концентрация 10% масс), в результате происходит химическая нейтрализация оксидов азота, серы, углерода и физическая абсорбция азота и сероводорода с получением суспензии сульфата аммония (NH4)2SO4 и карбоната натрия Na2CO3 как конечного товарного продукта. Хемосорбент приготовляют в реакторе-гомогенизаторе, куда предварительно подают воду, карбамид в кристаллическом виде и концентрированный водный раствор NaOH. В процессе хемосорбции дымовые газы охлаждаются с 400°C до 80…120°C.The second stage of gas purification (chemisorption) is intended for the collective removal of toxic components NH 3 , H 2 S, oxides N x O y , S x O y , CO, CO 2 from flue gases in bubble scrubbers in which they interact with a chemisorbent - aqueous solution alkali NaOH (concentration of 15 wt%) and urea (concentration of 10 wt%), as a result of the chemical neutralization of nitrogen oxides, sulfur, carbon and physical absorption of nitrogen and hydrogen sulfide to obtain a suspension of ammonium sulfate (NH 4 ) 2 SO 4 and sodium carbonate Na 2 CO 3 as final merchandise product. A chemisorbent is prepared in a homogenizer reactor, to which water, urea in crystalline form and a concentrated aqueous NaOH solution are preliminarily fed. During chemisorption, flue gases are cooled from 400 ° C to 80 ... 120 ° C.
Далее на выходе из скрубберов осуществляют доочистку очищенных дымовых газов в центробежных сепараторах и/или рукавных фильтрах с целью удаления влаги и диспергированных частиц, после чего дымовые газы отгоняют дымососами через дымовую трубу и выбрасывают в атмосферу.Then, at the exit from the scrubbers, post-treatment of the cleaned flue gases in centrifugal separators and / or bag filters is carried out in order to remove moisture and dispersed particles, after which the flue gases are driven off by smoke exhausters through the chimney and emitted into the atmosphere.
Отработанный хемосорбент в процессе газоочистки принимает теплоту дымовых газов и нагревается до 80…90°C, далее осуществляется его охлаждение оборотной водой до 30°C в теплообменниках. После стадии теплообмена поток хемосорбента разделяют в делителе. Одну часть потока возвращают на хемосорбцию, другую часть направляют на вакуум-кристаллизацию (выделение из суспензии кристаллического сульфата аммония в качестве товарного продукта) в кожухотрубчатый аппарат с паровым подогревателем и сепарационной зоной. Предусмотрено обезвоживание кристаллов сульфата аммония методом фильтрации через полупроницаемую мембрану.The spent chemisorbent in the process of gas purification takes the heat of the flue gases and heats up to 80 ... 90 ° C, then it is cooled with recycled water to 30 ° C in heat exchangers. After the heat exchange step, the chemisorbent stream is separated in a divider. One part of the flow is returned for chemisorption, the other part is sent for vacuum crystallization (separation of crystalline ammonium sulfate from the suspension as a commercial product) into a shell-and-tube apparatus with a steam heater and a separation zone. The dehydration of crystals of ammonium sulfate by filtration through a semipermeable membrane is provided.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
Фиг.1 - Принципиальная технологическая схема переработки бытовых и производственных отходов в печное топливо и углеродное вещество:Figure 1 - Schematic diagram of the processing of household and industrial waste into heating oil and carbon substance:
В1-2 - дымосос (газодувка), H1-4 - насосы центробежные, Е1-3 -емкостные бункеры-накопители, Д - дробилка роторно-ножевая, Пс -пневмосепаратор, ФР1 - фильтр рукавный, Пг - котел-утилизатор (парогенератор), Т1-4 - теплообменники, К1-3 - колонны ректификационные, А - адсорбер, ТКР - реактор термокаталитический, АВ - вакуум-кристаллизатор, КБ - конденсатор барометрический, ВН - насос вакуумный, НФ - нутч-фильтр, В31-28 - вентиль запорный, КН1-3 - клапан обратный, КШ1-30 - кран шаровый регулирующий, КО1-2 -конденсатоотводчик. Линии и потоки: Т7 - пар водяной греющий, Т8 -конденсат, В4 - вода оборотная (подача), В5 - вода оборотная (возврат), 1 - ТБО крупность 5…2000 мм, 2 - ТБО крупность 1…10 мм, 3 - воздух, 4 - легкая фракция (<1200 кг/м3), 5 - топливо, 6 - дымовые газы, 7 - парогазовая фаза, 8 - несконденсированные газы, 9 - водно-смоляная эмульсия, 10 - кубовый остаток, 11 - печное топливо, 12 - вода промывная, 13 - хемосорбент, 14 - дымовые газы очищенные, 15 - сульфат аммония растворенный, 16 - дымовые газы осушенные, 17 - сульфат аммония обезвоженный, 18 - хемосорбент непрореагировавший, 19 - паровоздушная смесь.B1-2 - smoke exhaust (gas blower), H1-4 - centrifugal pumps, E1-3 - storage silos, D - rotary knife crusher, Ps-pneumatic separator, FR1 - bag filter, Pg - recovery boiler (steam generator), T1-4 - heat exchangers, K1-3 - distillation columns, A - adsorber, TKR - thermocatalytic reactor, AB - vacuum crystallizer, KB - barometric condenser, VN - vacuum pump, NF - suction filter, V31-28 - shut-off valve , KN1-3 - check valve, KSh1-30 - control ball valve, KO1-2 -condensate drain. Lines and streams: T7 - heating steam, T8-condensate, B4 - recycled water (supply), B5 - recycled water (return), 1 -
Фиг.2 - Схематичный продольный разрезпечной камеры: 1 - нижняя фундаментная плита, 2 - опора, 3 - верхняя фундаментная плита, 4 - ось шнека разгрузочного питателя, 5 - дисковый затвор, 6 - камера карбонизации (печная секция), 7 - ось шнека загрузочного питателя, 8 - загрузочный питатель, 9 - топливная магистраль, 10 - горелка, 11 - зона горения, 12 - волновод СВЧ-излучения, 13 - газосборник дымовых газов, 14 - общий загрузочный питатель-распределитель, 15 - газосборник коксового газа, 16 - разгрузочный питатель, 17 - СВЧ-генератор, 18 - расходный бункер, 19 - газодувка, 20 - пластинчатый конвейер, 21 - приемный бункер.Figure 2 - Schematic longitudinal section of the furnace chamber: 1 - lower base plate, 2 - support, 3 - upper foundation plate, 4 - axis of the discharge feeder screw, 5 - disk shutter, 6 - carbonization chamber (furnace section), 7 - screw axis loading feeder, 8 - loading feeder, 9 - fuel line, 10 - burner, 11 - combustion zone, 12 - microwave radiation waveguide, 13 - flue gas collector, 14 - common loading distributor, 15 - coke oven gas collector, 16 - discharge feeder, 17 - microwave generator, 18 - feed hopper, 19 - gas blower, 20 - pla belt conveyor, 21 - receiving hopper.
Фиг.3 - Схематичный поперечный разрез печной камеры: 1 - нижняя фундаментная плита, 2 - опора, 3 - верхняя фундаментная плита, 4 - ось шнека разгрузочного питателя, 5 - дисковый затвор, 6 - камера карбонизации (печная секция), 7 - ось шнека загрузочного питателя, 8 - загрузочный питатель, 9 - топливная магистраль, 10 - горелка, 11 - зона горения, 12 - волновод СВЧ-излучения, 13 - газосборник дымовых газов, 14 - общий загрузочный питатель-распределитель, 15 - газосборник коксового газа, 16 - разгрузочный питатель, 17 - СВЧ-генератор, 18 - расходный бункер, 19 - газодувка, 20 - пластинчатый конвейер, 21 - приемный бункер.Figure 3 - Schematic cross section of the furnace chamber: 1 - lower foundation plate, 2 - support, 3 - upper foundation plate, 4 - axis of the discharge feeder screw, 5 - disk shutter, 6 - carbonization chamber (furnace section), 7 - axis loading feeder screw, 8 - loading feeder, 9 - fuel line, 10 - burner, 11 - combustion zone, 12 - microwave radiation waveguide, 13 - flue gas collector, 14 - common loading distributor, 15 - coke oven gas collector, 16 - discharge feeder, 17 - microwave generator, 18 - feed hopper, 19 - gas blower, 20 - pl stinchaty conveyor 21 - receiving hopper.
Фиг.4 - Общий вид сверху печной батареи:Figure 4 - General top view of the furnace battery:
1 - нижняя фундаментная плита, 2 - опора, 3 - верхняя фундаментная плита, 4 - ось шнека разгрузочного питателя, 5 - дисковый затвор, 6 - камера карбонизации (печная секция), 7 - ось шнека загрузочного питателя, 8 - загрузочный питатель, 9 - топливная магистраль, 10 - горелка, 11 - зона горения, 12 - волновод СВЧ-излучения, 13 - газосборник дымовых газов, 14 - общий загрузочный питатель-распределитель, 15 - газосборник коксового газа, 16 - разгрузочный питатель, 17 - СВЧ-генератор, 18 - расходный бункер, 19 - газодувка, 20 - пластинчатый конвейер, 21 - приемный бункер.1 - lower foundation plate, 2 - support, 3 - upper foundation plate, 4 - axis of the discharge feeder screw, 5 - disk shutter, 6 - carbonization chamber (furnace section), 7 - axis of the loading feeder screw, 8 - loading feeder, 9 - fuel line, 10 - burner, 11 - combustion zone, 12 - microwave radiation waveguide, 13 - flue gas collector, 14 - common loading feeder-distributor, 15 - coke oven gas collector, 16 - unloading feeder, 17 - microwave generator , 18 - feed hopper, 19 - gas blower, 20 - plate conveyor, 21 - receiving hopper.
Фиг.5 - Схематичный вид устройства печной батареи (изометрия).5 is a schematic view of the furnace battery device (isometry).
Осуществление изобретенияThe implementation of the invention
На фиг.1 представлена принципиальная схема технологического процесса утилизации бытовых и производственных отходов посредством переработки органических компонентов в печное топливо и углеродное вещество. Установка для осуществления процесса работает следующим образом.Figure 1 presents a schematic diagram of a technological process for the disposal of domestic and industrial waste by processing organic components into heating oil and carbon substance. Installation for implementing the process works as follows.
Твердые бытовые отходы измельчаю в роторно-ножевой дробилке Д до крупности 1…10 мм в одну или две стадии. Измельченный продукт загружают в промежуточный бункер-накопитель Е3 и посредством пневмотранспорта напором воздуха, подаваемого газодувкой В1, направляют в пневмосепаратор Пс для разделения на тяжелую балластную (неорганическую) и легкую (органическую) фракции. Балластную фракцию выводят из пневмосепаратора ленточным конвейером через шлюзовый затвор. Легкую фракцию (органические компоненты ТБО) из конфузорной зоны пневмосепаратора направляют в накопитель печи карбонизации ПК.I grind municipal solid waste in a rotary knife crusher D to a particle size of 1 ... 10 mm in one or two stages. The crushed product is loaded into an intermediate storage hopper E3 and, via pneumatic conveying, the air pressure supplied by the B1 blower is sent to the ps air separator for separation into heavy ballast (inorganic) and light (organic) fractions. The ballast fraction is removed from the pneumatic separator by a conveyor belt through a lock gate. The light fraction (organic solid waste components) from the confuser zone of the pneumatic separator is sent to the drive of the PC carbonization furnace.
Схема печи карбонизации представлена на фиг.2-5. Печь карбонизации состоит, по меньшей мере, из одной печной камеры 6, разделенной отопительными простенками толщиной 110 мм (выполненными из шамотного фасонного кирпича). Подовая зона камеры выкладывается на верхней фундаментной плите 3 из жаропрочного бетона. Верхняя фундаментная плита устанавливается на опорные железобетонные блоки 2, которые, в свою очередь, установлены на нижнюю фундаментную плиту 1 (на ленточном фундаменте).The scheme of the carbonization furnace is shown in Fig.2-5. The carbonization furnace consists of at least one
Обогрев печных камер осуществляют путем сжигания газообразного топлива в горелках 10 в соответствии с тремя режимами:The heating of the furnace chambers is carried out by burning gaseous fuel in the
1) пусковой режим I - 100% природный газ + холодный воздух (коэффициент избытка 1,1);1) starting mode I - 100% natural gas + cold air (excess coefficient 1.1);
2) переходный режим II - смесь из 50% (об.) природный газ +50% (об.) коксовый газ + холодный воздух (коэффициент избытка 1,1);2) transition mode II - a mixture of 50% (vol.) Natural gas + 50% (vol.) Coke oven gas + cold air (excess ratio 1.1);
3) основной режим III - из 50% (об.) природный газ + 50% (об.) коксовый газ + горячий воздух (коэффициент избытка 1,5).3) main mode III - from 50% (vol.) Natural gas + 50% (vol.) Coke oven gas + hot air (excess coefficient of 1.5).
Газообразное топливо подают из внешнего газопровода 9 через смеситель и воздухоподогреватель в горелки 10, расположенные в поде печи между камерными простенками. Теплота передается от сжигания газа через простенки. Число горелок на одну печную секцию не менее 2 (без учета пилотных горелок и устройств контроля пламени). С верхней стороны зона горения 11 ограничена перекрытием из огнеупорной железобетонной плиты, в которую монтируются отверстия (дымоходы) для отвода дымовых газов в газосборник 13. Также имеются проходки для труб в своде печных камер и газосборники 15, предназначенные для вывода образующихся в процессе термодеструкции шихты газообразных летучих продуктов, именуемых далее коксовым газом.Gaseous fuel is supplied from the
Загрузку сырьевой шихты осуществляют от общего загрузочного питателя 8 шнеками 7 через шлюзовые штуцера в своде печных камер. Свод камеры выполнен из огнеупорных плит, установленных конусообразно. Корпус питателя и шнек выполнены из жаропрочной стали. В загрузочном шлюзе установлен дисковый затвор 5 с пневмоприводом, перекрывающий камеру после ее загрузки сырьем.The raw material charge is loaded from the
Аналогично устроен узел разгрузки готового углеродного вещества из камеры. По окончании периода карбонизации открывают нижний затвор и приводят во вращение разгрузочный шнек 4. Углеродное вещество выводят из печных камер к общему разгрузочному питателю 20. Общий разгрузочный питатель представляет собой пластинчатый конвейер в герметичном корпусе. При этом в корпус газодувкой 19 подают охлажденные и очищенные инертные газы для тушения (охлаждения) углеродного вещества. Охлажденный продукт поступает в приемный бункер-приямок 21. Газовая среда, принявшая теплоту углеродного вещества, очищается от пыли и сажи в циклоне, далее поступает в котел-утилизатор для генерации водяного пара (на фиг.2, 3, 4, 5 не показаны), где охлаждается и возвращается обратно в цикл тушения.The assembly of the unloading of the finished carbon substance from the chamber is similarly arranged. At the end of the carbonation period, the lower shutter is opened and the
Все питатели снабжены электроприводами с частотными преобразователями. Электродвигатели устанавливаются на специальных стойках с наружной стороны корпуса шнековых механизмов.All feeders are equipped with electric drives with frequency converters. Electric motors are installed on special racks from the outside of the case of screw mechanisms.
Толщина общей футеровки печи из легковесного бетона типа АЛАКС-1,6 составляет 170 мм. С наружной стороны футеровки устанавливается металлический поддерживающий каркас из малых и больших двутавровых опорных стоек, соединенных между собой ребрами жесткости (равнополочными уголками). Опорные стойки крепятся к нижней фундаментной плите анкерными болтами, к футеровке - посредством металлических штырей и силовых пружин, передающих колебания, и деформации стен печи (в том числе и температурные расширения).The thickness of the overall lining of the furnace made of lightweight concrete type ALAKS-1.6 is 170 mm. On the outside of the lining, a metal supporting frame is installed from small and large I-beam support posts connected to each other by stiffeners (equal-angle corners). The support posts are attached to the lower foundation plate by anchor bolts, to the lining - by means of metal pins and power springs that transmit vibrations and deformation of the furnace walls (including thermal expansion).
Каркас оборудован лестницами и площадками для обслуживания гляделок, труб и газосборников.The frame is equipped with stairs and platforms for servicing peepers, pipes and gas collectors.
С боковой стороны футеровки на площадках устанавливается, по меньшей мере, один короб с системой СВЧ-излучения 17. В металлическом коробе устанавливается СВЧ-генератор, к которому присоединяется штуцер волновода с радиопроницаемой мембраной. При наличии 4 и более секций в печи СВЧ-генераторы устанавливаются параллельно друг другу и сообщаются волноводами 12 с камерами поглощения остаточного излучения (закрытыми баками, наполненными водой). Волновод представляет собой радиопроницаемую трубу круглого сечения, выполненную из кварцевого стекла либо искусственной слюды, слюдопласта и т.п., монтируемую через простенки и печные камеры. Промежутки трубы между простенками в зоне горения с наружной стороны покрыты нержавеющей сталью (отрезки трубы круглого профиля толщиной 10 мм). Это выполняется для минимизации распространения СВЧ-волн в зону горения и предотвращения термического разрушения диэлектрического волновода.At least one box with a
Парогазовую фазу, выделяемую при разложении ТБО в печи карбонизации (см. фиг.1), направляют путем естественной конвекции по газосборнику на промывание водой в скруббер К1, представляющий собой ректификационную колонну с барботажными тарелками или массообменной насадкой (в зависимости от соотношений нагрузок по пару и жидкости). Сконденсированную жидкость насосом Н3 подают в ректификационную колонну К2 со встроенным испарителем Т1, в который направляют водяной пар с избыточным давлением 6…7 атм. В результате перегонки под вакуумом в качестве дистиллята выходят пары промывной воды, которые охлаждают в теплообменнике Т2 и частично в виде флегмы подают насосом Н4 в колонну К2 на орошение. Обезвоженная фракция углеводородов с температурой кипения 100…250°C выходит из испарителя Т1 и под действием гравитационных сил стекает в теплообменник-холодильник Т3, охлаждается до 40°C и направляется в складское хозяйство.The vapor-gas phase released during the decomposition of MSW in the carbonization furnace (see Fig. 1) is sent by natural convection through a gas collector to water washing into a K1 scrubber, which is a distillation column with bubbled trays or a mass transfer nozzle (depending on the ratio of steam and liquids). Condensed liquid is pumped by pump Н3 to distillation column K2 with an integrated evaporator T1, into which water vapor with an overpressure of 6 ... 7 atm is sent. As a result of distillation under vacuum, steam of washing water comes out as a distillate, which is cooled in a heat exchanger T2 and partially fed as a reflux to a column K2 for irrigation. The dehydrated hydrocarbon fraction with a boiling point of 100 ... 250 ° C leaves the T1 evaporator and flows under the influence of gravitational forces into the T3 heat exchanger-cooler, is cooled to 40 ° C and sent to the warehouse.
Дымовые газы печи карбонизации откачивают дымососом В2 на термокаталитический реактор ТКР с псевдоожиженным слоем катализатора для первой стадии газоочистки. В скруббере К3 происходит вторая стадия газоочистки (хемосорбция), куда подают химическим насосом Н2 хемосорбент, приготовленный в емкости-гомогенизаторе Е2. Очищенные и охлажденные дымовые газы выбрасывают в атмосферу через сепаратор ФР1, дымосос (либо вентилятор повышенного давления) В1 и дымовую трубу Тр. Отработанный раствор хемосорбента направляют в вакуум-кристаллизатор АВ, представляющим собой кожухотрубчатый аппарат с паровым подогревателем и сепарационной зоной. В данном аппарате под действием нагрева водяным паром (давление пара 5-7 атм) и вакуумирования (до 0,5 атм) в барометрическом конденсаторе БК происходит удаление части растворителя и образуются кристаллы сульфата аммония и карбоната натрия - конечных продуктов газоочистки. Суспензию кристаллов самотеком выводят в емкостные нутч-фильтры для обезвоживания. Фильтрат, содержащий в себе растворенные частицы непрореагировавшего хемосорбента, охлаждают в теплообменнике Т4 и возвращают в колонну КЗ на рецикл.The flue gases of the carbonization furnace are pumped out by a B2 exhaust fan to a TCR thermocatalytic reactor with a fluidized bed of catalyst for the first gas treatment stage. In the K3 scrubber, the second stage of gas purification (chemisorption) takes place, where a chemisorbent prepared in a H2 homogenizer tank is supplied with a chemical pump H2. The purified and cooled flue gases are emitted into the atmosphere through the separator FR1, a smoke exhaust fan (or high-pressure fan) B1 and a chimney Tr. The spent chemisorbent solution is sent to the AB vacuum crystallizer, which is a shell-and-tube apparatus with a steam heater and a separation zone. In this apparatus, under the action of heating with water vapor (
Технический результатTechnical result
Данный способ переработки бытовых и производственных отходов и предложенное его аппаратурное оформление позволяют увеличить выходы целевых товарных продуктов, повышая тем самым глубину утилизации до 95-98%. Также данный способ характеризуется сравнительно низкими энергозатратами (виду отсутствия проблемы шлакообразования и плавления балластных неорганических компонентов отходов), ориентировочно в 1,5-2 раза ниже в сравнении с известными способами утилизации.This method of processing household and industrial wastes and its proposed hardware design can increase the yields of targeted commercial products, thereby increasing the depth of utilization to 95-98%. Also, this method is characterized by relatively low energy consumption (due to the absence of the problem of slag formation and melting of ballast inorganic components of the waste), approximately 1.5-2 times lower in comparison with the known methods of disposal.
Предложенное устройство позволяет повысить энергоэффективность (на 25…30% в сравнении с известными аналогами) и производительность (до 60%) процессов разложения и карбонизации как углеродсодержащих органических отходов, так и низкосортных топлив в сравнении с известными аналогами. В устройстве осуществляются совместные термодеструкция, пиролиз посредством конвективной теплопередачи и термолиз веществ посредством поглощения энергии элкетромагнитной волны, благодаря чему повышается теплотехнический коэффициент полезного действия, значение которого может достигать 92%, и скорость коксования (карбонизации) продуктов (до 250 мм в зависимости от теплофизических свойств и порозности материала). Кроме того, узлы загрузки и разгрузки сырья позволяют сократить эксплуатационные расходы, минимизировать использование подсобной транспортной инфраструктуры и трудоемких механизмов.The proposed device can improve energy efficiency (by 25 ... 30% compared with known analogues) and productivity (up to 60%) of the decomposition and carbonization of both carbon-containing organic waste and low-grade fuels in comparison with known analogues. The device carries out joint thermal degradation, pyrolysis by convective heat transfer and thermolysis of substances by absorbing the energy of an electromagnetic wave, thereby increasing the thermal efficiency, which can reach 92%, and the rate of coking (carbonization) of products (up to 250 mm depending on thermophysical properties and porosity of the material). In addition, the nodes of loading and unloading of raw materials can reduce operating costs, minimize the use of auxiliary transport infrastructure and labor-intensive mechanisms.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013126238/03A RU2552259C2 (en) | 2013-06-10 | 2013-06-10 | Method of processing of domestic and industrial wastes to furnace fuel and hydrocarbon substance and device to this end |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013126238/03A RU2552259C2 (en) | 2013-06-10 | 2013-06-10 | Method of processing of domestic and industrial wastes to furnace fuel and hydrocarbon substance and device to this end |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2013126238A RU2013126238A (en) | 2014-12-20 |
RU2552259C2 true RU2552259C2 (en) | 2015-06-10 |
Family
ID=53278090
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013126238/03A RU2552259C2 (en) | 2013-06-10 | 2013-06-10 | Method of processing of domestic and industrial wastes to furnace fuel and hydrocarbon substance and device to this end |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2552259C2 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2646621C2 (en) * | 2016-05-26 | 2018-03-06 | Федеральное государственное учреждение "Федеральный исследовательский центр "Фундаментальные основы биотехнологии" Российской академии наук" (ФИЦ Биотехнологии РАН) | Method for processing organic components of solid residential waste and waste of mechanobiological cleaning of residential waste water and a device for its implementation |
RU2767786C1 (en) * | 2020-04-30 | 2022-03-21 | Канонир Евгений | Method and device for pyrolysis of municipal and other waste |
RU2811374C1 (en) * | 2023-11-03 | 2024-01-11 | Василий Александрович Гладков | Method and complex of drying, degassing, decontamination and processing of wastes from agricultural industrial complex and food, non-food agricultural products |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2629721C2 (en) * | 2015-04-24 | 2017-08-31 | Сергей Яковлевич Чернин | Device for thermal treatment of hazardous waste |
PL431333A1 (en) * | 2019-09-30 | 2020-03-09 | Reoil Spółka Z Ograniczoną Odpowiedzialnością | Installation for production and method of producing oil, gas and carbonizate for carbon black from elastomers, in particular rubber waste, in the continuous pyrolysis process |
CN116444078A (en) * | 2023-04-18 | 2023-07-18 | 河海大学 | Treatment system and method for landfill leachate |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5330623A (en) * | 1987-11-11 | 1994-07-19 | Holland Kenneth M | Process of destructive distillation of organic material |
RU2065220C1 (en) * | 1994-03-18 | 1996-08-10 | Институт структурной макрокинетики РАН | Method for recovery of highly active graphite-containing solid waste |
RU2106248C1 (en) * | 1992-01-30 | 1998-03-10 | Эмери Майкровэйв Менеджмент Инк. | Method of controlled non-pyrolytic reducing treatment of materials and device for its realization |
RU2191692C2 (en) * | 2000-12-13 | 2002-10-27 | Красноярский государственный технический университет | Device for reprocessing rubber articles |
RU2361731C1 (en) * | 2008-01-09 | 2009-07-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Иркутский государственный технический университет" (ГОУ ИрГТУ) | Method of reprocessing worn-out tires and/or industrial rubber products and device to this end |
-
2013
- 2013-06-10 RU RU2013126238/03A patent/RU2552259C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5330623A (en) * | 1987-11-11 | 1994-07-19 | Holland Kenneth M | Process of destructive distillation of organic material |
RU2106248C1 (en) * | 1992-01-30 | 1998-03-10 | Эмери Майкровэйв Менеджмент Инк. | Method of controlled non-pyrolytic reducing treatment of materials and device for its realization |
RU2065220C1 (en) * | 1994-03-18 | 1996-08-10 | Институт структурной макрокинетики РАН | Method for recovery of highly active graphite-containing solid waste |
RU2191692C2 (en) * | 2000-12-13 | 2002-10-27 | Красноярский государственный технический университет | Device for reprocessing rubber articles |
RU2361731C1 (en) * | 2008-01-09 | 2009-07-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Иркутский государственный технический университет" (ГОУ ИрГТУ) | Method of reprocessing worn-out tires and/or industrial rubber products and device to this end |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2646621C2 (en) * | 2016-05-26 | 2018-03-06 | Федеральное государственное учреждение "Федеральный исследовательский центр "Фундаментальные основы биотехнологии" Российской академии наук" (ФИЦ Биотехнологии РАН) | Method for processing organic components of solid residential waste and waste of mechanobiological cleaning of residential waste water and a device for its implementation |
RU2767786C1 (en) * | 2020-04-30 | 2022-03-21 | Канонир Евгений | Method and device for pyrolysis of municipal and other waste |
RU2816183C1 (en) * | 2023-02-08 | 2024-03-26 | Государственное автономное образовательное учреждение Астраханской области высшего образования Астраханский Государственный Архитектурно-Строительный Университет | Method of processing solid household wastes |
RU2811374C1 (en) * | 2023-11-03 | 2024-01-11 | Василий Александрович Гладков | Method and complex of drying, degassing, decontamination and processing of wastes from agricultural industrial complex and food, non-food agricultural products |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2013126238A (en) | 2014-12-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2711498C2 (en) | Gasification system | |
RU2552259C2 (en) | Method of processing of domestic and industrial wastes to furnace fuel and hydrocarbon substance and device to this end | |
AU699600B2 (en) | Improved pyrolytic conversion of organic feedstock and waste | |
US9631153B2 (en) | Adaptable universal method for producing synthetic products | |
US6589417B2 (en) | Thermal apparatus and process for removing contaminants from oil | |
RU2392543C2 (en) | Method and device for processing of domestic and industrial organic wastes | |
US8518336B2 (en) | Cascading planar baffle reactor | |
RU2393200C2 (en) | Method of thermal treatment of solid organic wastes and plant to this end | |
BRPI1000208A2 (en) | low temperature conversion vibrant heat exchanger equipment for organic waste treatment and organic waste treatment process by employing low temperature conversion vibrant heat exchanger equipment | |
RU2621097C2 (en) | Device for thermal destruction of waste from polyethylene and polypropylene | |
US10829693B2 (en) | Apparatus, system, and method for shale pyrolysis | |
RU2649446C1 (en) | Method and device for processing carbon-containing waste | |
EP3444319B1 (en) | Indirectly heated retorting reactor with heat pipes and system for retorting oil shale | |
CA2750129A1 (en) | Thermal process to transform contaminated or uncontaminated feed materials into useful products, uses of the process, products thereby obtained and uses thereof, manufacturing of the corresponding plant | |
CN106630529A (en) | System for generating power via pyrolytic gasification of organic sludge | |
Kaur et al. | Commercial or pilot-scale pyrolysis units for conversion of biomass to bio-oils: state of the art | |
CN102925180B (en) | Oil shale external heat radiation type retort | |
RU2629721C2 (en) | Device for thermal treatment of hazardous waste | |
RU2320699C1 (en) | Method and apparatus for thermal processing of high-ash and low-grade solid fuels | |
EA011643B1 (en) | Pyrolysis of residual hydrocarbons | |
RU2632812C2 (en) | Plant for thermochemical processing of carbonaceous raw material | |
CN205838921U (en) | Fine coal rapid pyrolysis apparatus | |
CN203238216U (en) | External heat radiation type dry distillation furnace for oil shale | |
KR101545825B1 (en) | Novel microwave assisted flash pyrolysis system and method thereof | |
CN102936509B (en) | External heat radiation type dry distillation system for oil shale |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PD4A | Correction of name of patent owner | ||
QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE Effective date: 20151028 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200611 |