UA57984C2

UA57984C2 - Apparatus for waste pyrolysis

Info

Publication number: UA57984C2
Application number: UA2002064586A
Authority: UA
Inventors: Володимир Якович Шафоростов
Original assignee: Володимир Якович Шафоростов
Priority date: 2002-06-04
Filing date: 2002-06-04
Publication date: 2003-11-17

Abstract

Apparatus for waste pyrolysis includes a reactor with units for charge and discharge of the waste. Reactor is made as two separate reactors P1 and P2 arranged, for instance, as two cups installed, for instance, coaxially and holding material with high melting temperature, for instance, mix of liquid salts and alkali with parts of oxides, metals, metal ions and carbonates, the nozzles for waste introduction and oxidizer to material with high melting temperature; at that temperature of the reactor P1 is up to 1200°С, and Р2 - up to 1700С.

Description

Опис винаходуDescription of the invention

Винахід відноситься до хімічного обладнання, зокрема до установі для піролізу побутових і промислових відходів і нафти, а також до металургійної промисловості для прямого відновлення металів.The invention relates to chemical equipment, in particular to a facility for the pyrolysis of household and industrial waste and oil, as well as to the metallurgical industry for the direct recovery of metals.

Відомі установки піролізу органічних речовин, що містять реактор у вигляді шахтної печі із зоною неповного згоряння піолізних газів, вузли завантаження і розвантаження твердих побутових відходів і патрубки для виходу піролізних газів з об'єму твердих побутових відходів (ТПВ). Це установки Торакс Пьюрокс (США) (11 (П.П. Пальгунов, М.В. Сумароков. Бібліотечка "Охорона навколишнього середовища". Утилізація промислових 70 відходів, Стройиздат, 1990, с.75).There are well-known installations for the pyrolysis of organic substances, which contain a reactor in the form of a mine furnace with a zone of incomplete combustion of pyrolysis gases, nodes for loading and unloading solid household waste and nozzles for the release of pyrolysis gases from the volume of solid household waste (SWW). These are Thorax Purex installations (USA) (11 (P.P. Palgunov, M.V. Sumarokov. "Environmental Protection" Library. Utilization of industrial 70 waste, Stroyizdat, 1990, p. 75).

Недоліком даного пристрою є низька ефективність піролізу через повільне і нерівномірне нагрівання твердих побутових відходів за рахунок конвекції і випромінювання.The disadvantage of this device is the low efficiency of pyrolysis due to slow and uneven heating of solid household waste due to convection and radiation.

Найбільш близькими до запропонованого технічного рішення є установка піролізу Лангард (США) або установка за ас. СРСР Мо727152 |2), що містить пристрій для перемішування і переміщення відходів. Однак 12 такий пристрій недостатньо ефективний.The closest to the proposed technical solution is the Langard pyrolysis plant (USA) or the plant under the ace. USSR Mo727152 |2), containing a device for mixing and moving waste. However, such a device is not efficient enough.

У відомих установках піролізу відбувається повільний і нерівномірний конвективний нагрів твердих побутових відходів. При температурі всередині шматків відходів і по обсягу реактора від 100 до 15007 при наявності кисню утворюються багато отруйних речовин, діоксинів, фенолу, фуранів, хлору, окислів азоту, які за кількістю можна порівняти з викидами мусороспалювальних і коксохімічних заводів. | всі вони виводяться через патрубок із всього об'єму відходів. Для їх очищення слід часто заміняти поглинальні елементи, каталізатори і точно дотримуватись технологічних режимів, що вимагає наявності складного устаткування і кваліфікованого персоналу. Тому вартість і маса очисних, споруд більше ніж установки.In known pyrolysis installations, solid household waste is heated slowly and unevenly by convective heating. At the temperature inside the pieces of waste and the volume of the reactor from 100 to 15,007 in the presence of oxygen, many poisonous substances, dioxins, phenol, furans, chlorine, nitrogen oxides are formed, which in quantity can be compared with the emissions of waste incineration and coke chemical plants. | all of them are removed through a pipe from the entire volume of waste. To clean them, you should often replace the absorbing elements, catalysts and strictly follow the technological regimes, which requires the presence of complex equipment and qualified personnel. That is why the cost and mass of treatment plants is more than that of installations.

Через низьку ефективність піролізу установки мають великі габарити і вагу. В них застосовані дорогі вогнетриви вартістю до 50Ф/кг, вагою до 100 тонн, які треба щомісяця замінювати чи ремонтувати. При швидкому с відключенні установки і швидкому завантаженні вологих ТПВ вогнетриви руйнуються. Ге)Due to the low efficiency of pyrolysis, the units have large dimensions and weight. They use expensive refractories costing up to 50F/kg, weighing up to 100 tons, which must be replaced or repaired every month. Refractories are destroyed when the installation is quickly shut down and wet solid waste is quickly loaded. Gee)

В основу винаходу поставлена задача підвищити швидкість і рівномірність нагрівання ТПВ. Для цього реактор складається з двох окремих реакторів і заповнений знизу до 1/4 висоти легеоплавкою при 500-10007С речовиною з малою в'язкістю. При цьому піроліз і низькотемпературна газифікація відбуваються при постійній температурі тільки в обсязі розплаву без утворення шкідливих речовин. Одночасно при барботації піролізного З газу через розплав легкоплавкої речовини відбувається попереднє очищення від шкідливих речовин, наприклад со хлору. У реакторі Р2 піролізний газ, проходячи через зону високої температури, остаточно розкладається на синтез-газ. При цьому шкідливі речовини розкладаються до елементарних складових. оThe invention is based on the task of increasing the speed and uniformity of solid waste heating. For this, the reactor consists of two separate reactors and is filled from the bottom up to 1/4 of the height with a low-viscosity substance that melts at 500-10007C. At the same time, pyrolysis and low-temperature gasification occur at a constant temperature only in the volume of the melt without the formation of harmful substances. At the same time, during the bubbling of pyrolysis gas through the melt of a low-melting substance, preliminary cleaning of harmful substances, such as chlorine, takes place. In the P2 reactor, the pyrolysis gas, passing through the high-temperature zone, is finally decomposed into synthesis gas. At the same time, harmful substances are decomposed into elementary components. at

Технічний результат, що може бути отриманий при здійснені винаходу, полягає в підвищенні ефективності ча газифікації речовин, у підвищенні швидкості процесу, надійності і екологічності, у зниженні масо-габаритнихThe technical result that can be obtained during the implementation of the invention consists in increasing the efficiency of the gasification of substances, in increasing the speed of the process, reliability and environmental friendliness, in reducing the mass and dimensional

Зо характеристик і вартості устаткування. оFrom the characteristics and cost of the equipment. at

При застосуванні легсоплавких речовин на порядок збільшуєтьЦ " передача тепла ТПВ у порівнянні з відомими установками піролізу типу Торакс, Пьюрокс, Лангард і ін., причому одночасно з піролізом відбувається очищення від шкідливих речовин. Відповідно збільшується продуктивність установок піролізу і зменшуються « масогабаритні характеристики і вартість. З 70 При застосуванні легкоплавких речовин легко герметизувати реактори, створюючи на зливальному патрубку с пробки за допомогою трубчастих холодильників.When using low-melting substances, the heat transfer of MSW increases by an order of magnitude in comparison with known pyrolysis installations such as Thorax, Purox, Langard, etc., and at the same time as pyrolysis, cleaning of harmful substances takes place. Accordingly, the productivity of pyrolysis installations increases and the weight, size characteristics and cost decrease. With 70 When using low-melting substances, it is easy to seal the reactors by creating plugs on the drain pipe with the help of tube coolers.

Із» Зменшення температури газифікації до 800-10007С дозволяє виготовляти надійні малогабаритні промислові установки з низькою, вартістю.From" Reducing the gasification temperature to 800-10007С allows for the production of reliable small-sized industrial installations with low cost.

Поставлена задача вирішується за рахунок того, що в установці піролізу органічних речовин, що містить 5 реактор, вузли завантаження і розвантаження твердих побутових відходів і патрубки для виходу піролізних і-й газів, реактор виконаний у вигляді двох окремих реакторів, установлених, наприклад, співвісно. Реактори -і містять шар легкоплавкого матеріалу, наприклад кухонної солі, причому температура першого реактора сягає до 1200", а другого - до 17007С. Шар легкоплавкого матеріалу містить піролізні гази з можливістю їх барботації. о Реактори РІ і Р2 з'єднані з джерелом живлення і слугують електродами. Легкоплавкий матеріал містить о 20 частки окислів і (чи) іони металів, крейди, карбіду кальцію.The task is solved due to the fact that in the installation of pyrolysis of organic substances, which contains 5 reactors, loading and unloading nodes of solid household waste and pipes for the release of pyrolysis gases, the reactor is made in the form of two separate reactors installed, for example, coaxially. Reactors - and contain a layer of low-melting material, for example table salt, and the temperature of the first reactor reaches 1200", and the second - up to 17007C. The layer of low-melting material contains pyrolysis gases with the possibility of their bubbling. o Reactors RI and P2 are connected to a power source and the low-melting material contains about 20 parts of oxides and (or) ions of metals, chalk, calcium carbide.

Сутність винаходу пояснюється фіг., де представлений у розрізі загальний вигляд запропонованого реактора.The essence of the invention is explained in fig., where the general view of the proposed reactor is presented in section.

Т» Реактор синтез-газу складається з 2 сполучених реакторів Р1 і Р2, виконаних у вигляді банок. Р1 установлений на ізоляторах 1. У ньому завантажені тверді побутові відходи герметично закриті кришкою. Температура по висоті змінюється від 500"С біля кришки до 10007 знизу. На 1/4 висоти реактори заповнені легсоплавкою при 22 5001000 речовиною з малою в'язкістю, наприклад і кухонною сіллю 2. Реактори РІ і Р2 підключені доT» Synthesis gas reactor consists of 2 connected reactors P1 and P2, made in the form of cans. P1 is installed on insulators 1. Solid household waste loaded in it is hermetically closed with a lid. The temperature along the height varies from 500"C near the lid to 10007 at the bottom. At 1/4 of the height, the reactors are filled with a low-melting substance at 22 5001000 with a low viscosity, for example, table salt 2. Reactors RI and P2 are connected to

ГФ) трансформатора і є, двома електродами, що вставлені в шар легкоплавкої речовини. юю У Р2 установлений додатковий нагрівач 3, наприклад силітовий, нагрітий до 15007С, а поверх нього пошарово завантажені гранули! кераміки, крейди, карбонату кальцію й ін. Вхідний 5 і зливальний 6 патрубки містять холодильники. Повітря подається через патрубок 7. 60 Робота піролізної установки здійснюється в такий спосіб. Вихідна сировина, в якості якої використовуються промислові, побутові відходи чи відходи вугілля, подається в бункер (на фіг. не показаний). Сортування і дроблення сировини не потрібно. З бункера через шибер, що герметизується охолодженням легкоплавкої речовини, сировина завантажується в герметичний реактор Р1.HF) of the transformer are two electrodes inserted into a layer of low-melting substance. yuyu In P2, an additional heater 3 is installed, for example, silitic, heated to 15007С, and granules are loaded layer by layer on top of it! ceramics, chalk, calcium carbonate, etc. Inlet 5 and drain 6 nozzles contain refrigerators. Air is supplied through nozzle 7. 60 The operation of the pyrolysis unit is carried out in the following way. The raw material, which is used as industrial, household waste or coal waste, is fed into the hopper (not shown in the figure). Sorting and crushing of raw materials is not required. Raw material is loaded into the hermetic reactor P1 from the hopper through the gate, which is sealed by cooling the low-melting substance.

Попереднє нагрівання легкоплавкої речовини здійснюється нагрівачами З із прохідними ізоляторами 8, бо встановленими в Р2. Надалі її розігрівають нагрівачами чи спалюванням палива, що вводиться із сіллю. У даному прикладі реактори Р7 і Р2 з'єднані з джерелом живлення через прохідний ізолятор 4, ізольовані керамічними підставками 1 і слугують електродами. Нагрівання легкоплавкої речовини 2 до 500-100007С відбувається за рахунок виділення тепла в опорі легкоплавкої речовини 2.Pre-heating of the low-melting substance is carried out by heaters C with pass-through insulators 8, because they are installed in P2. In the future, it is heated by heaters or by burning fuel introduced with salt. In this example, the reactors P7 and P2 are connected to the power source through the pass-through insulator 4, isolated by ceramic supports 1 and serve as electrodes. The heating of the low-melting substance 2 to 500-100007С occurs due to the release of heat in the resistance of the low-melting substance 2.

Відходи в реакторі прогріваються від 100"С зверху до 10007"С знизу. Знизу РІ у розплаві легкоплавкої речовини з малою в'язкістю відбувається піроліз ТПВ, тобто відбувається руйнування структури сировини і ЇЇ газифікація, за рахунок впливу на кожну молекулу по всьому обсязі речовини температури до 1000"С, при який здійснюється розщеплення органічних мас на газ, пару і твердий залишок.The waste in the reactor is heated from 100"C at the top to 10007"C at the bottom. From the bottom of the RI in the melt of a low-melting substance with a low viscosity, pyrolysis of solid waste occurs, that is, the destruction of the structure of the raw material and its gasification occurs due to the effect on each molecule throughout the entire volume of the substance at a temperature of up to 1000 "С, during which the organic masses are split into gas, steam and solid residue.

За рахунок рівномірного і інтенсивного нагрівання ТПВ у розплаві відбувається низькотемпературна /о газифікація при температурі 85073 практично без утворення шкідливих речовин: сірководню і діоксинів.Due to the uniform and intensive heating of solid waste in the melt, low-temperature gasification takes place at a temperature of 85073 without the formation of harmful substances: hydrogen sulfide and dioxins.

Одночасно в розплаві солі відбувається попереднє очищення від шкідливих речовин, наприклад хлору. Для цього до складу легкоплавкої речовини введені частки активної речовини і каталізаторів, наприклад, частки окислів заліза чи алюмінію, що утворять хлориди і сульфіди металів. Вводяться також крейда чи вапняк.At the same time, preliminary cleaning of harmful substances, such as chlorine, takes place in the molten salt. For this, particles of the active substance and catalysts, for example, particles of iron or aluminum oxides, which form metal chlorides and sulfides, are added to the composition of the low-melting substance. Chalk or limestone are also introduced.

Практично немає необхідності їхнього введення, тому що у складі ТПВ присутні металеві банки та інший брухт, /5 будівельна штукатурка, а розплави багатьох солей розчиняють метали. Періодично розплави солей зливають і виділяють з них метали, наприклад електролізом чи коагуляцією хімічними речовинами. При цьому можна одержувати порошки металів мікронних розмірів.There is practically no need to introduce them, because the solid waste contains metal cans and other scrap, /5 construction plaster, and the melts of many salts dissolve metals. Periodically, melts of salts are drained and metals are extracted from them, for example by electrolysis or coagulation with chemicals. At the same time, it is possible to obtain metal powders of micron size.

Піролізний газ барботується через розплав, очищається, додатково газифікується і надходить у реактор Р2, де проходить Через зону високої температури, що містить гранули кераміки, крейди, карбонату кальцію і 2о додатково розкладається на синтез-газ, при цьому шкідливі речовини, що залишилися, розкладається до елементарних складових.The pyrolysis gas is bubbled through the melt, purified, further gasified and enters the P2 reactor, where it passes through a high-temperature zone containing granules of ceramics, chalk, calcium carbonate and 2o and is further decomposed into synthesis gas, while the remaining harmful substances are decomposed to elementary components.

Із однієї тони ТПВ можна отримати до ЗО00ОкВтОг енергії з ККД до 9095. Для запуску установки потрібно 10кВтОГг енергії, після чого вона працює автономно. Строк окупності установки становить біля бміс.From one ton of solid waste, you can get up to 3000kWh of energy with an efficiency of up to 9095. To start the installation, you need 10kWh of energy, after which it works autonomously. The payback period of the installation is about bmis.

Фізико-хімічні процеси, що відбуваються в реакторі запропонованої піролізної установки, дозволяють сч об перетворити шкідливі речовини, наприклад сірководень і хлор, в екологічно безпечні сполуки і чисту сірку, а викиди в атмосферу довести до припустимих відповідними стандартами. Аналіз технічного вуглецю, отриманого і) при газифікації відходів гумових покришок, показав (90): волога - 0,6, зольність - 6,7, загальна сірка - 0,93, летючі речовини - 2,7. Елементний склад (на суху масу), о: вуглець - 90,7, водень - 0,62, кисеньтказот - 0,05.Physico-chemical processes taking place in the reactor of the proposed pyrolysis plant allow us to transform harmful substances, such as hydrogen sulfide and chlorine, into environmentally safe compounds and pure sulfur, and bring emissions into the atmosphere to acceptable standards. Analysis of technical carbon obtained i) during gasification of rubber tire waste showed (90): moisture - 0.6, ash content - 6.7, total sulfur - 0.93, volatile substances - 2.7. Elemental composition (per dry weight), about: carbon - 90.7, hydrogen - 0.62, oxygen and nitrogen - 0.05.

Теплота згоряння від 7150 до 77бОккал/кГ. Склад газу, 90: водень - 40, метан - 42, азот - 2. « зо Після газифікації сировини в піддоні реактора залишаються кокс, шматки неорганічного матеріалу і шлак, що зливаються в герметичні бункери і форми. соHeat of combustion from 7150 to 77 bOcal/kg. Gas composition, 90: hydrogen - 40, methane - 42, nitrogen - 2. After gasification of raw materials, coke, pieces of inorganic material and slag remain in the reactor tray, which are poured into sealed bunkers and molds. co

Claims

The formula of the invention part 2, , , , , , , Is)

1. Waste pyrolysis installation containing a reactor with waste loading and unloading units, which differs in that the reactor is made in the form of two separate reactors P and P2, made, for example, in the form of two glasses installed, for example, coaxially and holding a low-melting material, for example, mixtures of liquid salts and alkalis with particles of oxides, metals, ions of metals and carbonates, nozzles for the introduction of waste and "70 oxidizers into a low-melting material, and the temperature of the reactor P1 is up to 12007С, and P2 up to 170020. with

2. Installation according to claim 1, in which reactors RI and P2 are connected to a power source and serve as electrodes.

3. Installation according to claim 1, in which the inlet nozzle and the drain pipe contain refrigerators. :with"

4. Installation according to claim 1, in which the low-melting material contains electrochemical reaction accelerators - metal particles and metal ions, and in galvanic cells, the electrodes are metals and coke, and the electrolyte is molten salts. sl

5. The installation according to claim 4, in which the low-melting material contains accelerators of carbon oxidation reactions, for example, CaSoO, Masi, RezO, water vapor and iodine.

-

6. Installation according to claim 4, in which the low-melting material contains electrothermal reaction accelerators - particles of metals and oxides.

7. Installation according to claim 4, in which the low-melting material contains a sulfur reduction accelerator - bauxite. (uh)

8. Installation according to claim 4, in which the low-melting material contains an accelerator for the recovery of metals from their oxides - their soot and metal ions. F) name) 60 b5