BG64210B1 - Метод за обработване на течен флуид, съдържащ една летлива фракция - Google Patents

Description

Област на техниката

Изобретението се отнася до метод за обработване на поне един течен флуид и до инсталация, предназначена за осъществяване на този метод.

Предшестващо състояние на техниката

Нормите за замърсяване на околната среда, които стават все по-стриктни, налагат сортиране на битовите и промишлени отпадъци по много прецизни физико-химически критерии, преди тези отпадъци да се складират на предвидените за това места.

Един от най-широко прилаганите методи за отстраняване на неоползотворени вещества сега е те да се складират в бункер. Тези вещества, наречени отпадъци, са от различен произход, например битови, промишлени, селскостопански, и могат да съдържат различни неорганични и органични вещества.

Тези отпадъци могат да са токсични и да са с различна устойчивост по отношение на околната среда. Някои от тях, считани за токсични по отношение на околната среда поради химическата си природа, сериозно могат да влошат естествената екосистема, ако се инфилтрират в нея.

Също така, необходимо е да се предотврати максимално проникването на тези компоненти в структурите на почвата и следователно задължително е тяхното улавяне и последващо обработване.

Когато са струпани, т.е. притиснати, тази отпадъци се намират в анаеробни условия, при които в отсъствие на кислород, в начална фаза се образуват органични киселини, след това, при втора фаза се образува биогаз. Едновременно с това се получава течен флуид.

Биогазът съдържа по-специално въглероден диоксид, метан, водна пара, сероводород, амини, фосфини и има относително ниска енергетична стойност, която въпреки това е интересна за използване в индустрията. Биогазът има и недостатъци - предизвиква корозия и е с неприятна миризма. Тези недостатъци налагат преди оползотворяването на енергетичния потенциал на биогаза той да бъде подложен на предварителна обработка, която е трудна за осъществяване, поради високата стойност на транспортиране на биогаза и отдалечеността на местата за складирането му 5 от тези за обработването и по отношение на потенциалните му потребители.

Освен това, течният флуид обикновено се извлича чрез дренаж от дъното на бункерите, в които са складирани отпадъците. Стро10 гите мерки за защита на околната среда налагат хвостохранилищата да се правят непропускливи за инфилтрации в почвата. Тази непропускливост се получава чрез покритие от глина и/или от пластмасов материал. Тази за15 щита увеличава количеството извлечен течен флуид.

Флуидът съдържа освен това и токсични съединения, съдържащи тежки метали и/или водоразтворими соли. Следователно, наложи20 телно е той да бъде подложен на предварителна химическа обработка, с цел примесите, които той съдържа да се трансформират в безвредни, преди изхвърлянето му в природата.

Освен това, известно е, че флуидът има 25 корозионно въздействие, по-специално по отношение на бетона.

При повечето от прилаганите до сега методи ниската ефективност, високата себестойност на обработването на тези течни и га30 зообразни отпадъци възпрепятстват използването им.

На практика използването на класическите биологични методи води до изхвърляне на замърсители в природата поради ниската 35 ефективност при обработването им.

Методите, използващи химическо оксидиране, изискват използването на допълнителни реактиви (водороден прекис, озон), чието дозиране непрекъснато трябва да се приспосо40 бява към променящата се природа на химическите съставки, съдържащи се във флуида.

Директното изгаряне на флуида изисква допълнителна инсталация за филтриране на дима с цел улавяне на частици от получените 45 при изгарянето соли.

Във WO93/25292 е описан метод за обработване на флуид, при който той се концентрира в изпарител, където е в пряк контакт с газове, подпомагащи горенето. От флуида се 50 извлича течност под формата на пара. Летливата фракция на флуида след това се насочва към топлообменник, предназначен да отдаде топлината си, преди изхвърлянето му в атмосферата. Концентрираната фракция от флуида се извлича в изпарителя, като една ненапълно обработена част от него може да бъде върната отново в изпарителя.

Следователно съществува необходимост от качествено, лесно, пълноценно, икономично, т.е. на място, без замърсяване на околната среда обработване на отпадъци в течно състояние и в газообразно състояние, които са считани за замърсяващи, поради токсичността и корозионното им въздействие, тъй като имат високо съдържание на вода.

Техническа същност на изобретението

Обект на изобретението е метод за обработване поне на един необработен течен флуид с високо съдържание на вода и съдържащ една летлива и една тежка фракция с цел разделянето на тези две фракции.

Методът съгласно изобретението се състои в:

а) изгаряне на най-малко един газообразен флуид с цел получаване на газообразен продукт на горенето;

б) рекупериране на топлината на газообразния продукт с цел загряване на течния флуид, с помощта на циркулационен кръг на течност, имащ първи топлообменник газ/течност и втори топлообменник течност/течност;

в) циркулиране под налягане на загретия течен флуид;

г) отделяне чрез изпаряване на компонентите на летливата фракция от течния флуид;

д) оксидиране чрез горене на компонентите на летливата фракция;

е) извличане на тежката фракция в концентриран вид, като методът позволява едновременното обработване на поне един течен флуид и поне един газообразен флуид.

Предмет на изобретението е предимството да се избегне изхвърлянето на остатъците под формата на течност в околната среда, чрез използване на наличната в значително количество енергия на газообразния флуид. Използването на тази енергия позволява превръщането в пара на остатъците, изхвърлени в атмосферата.

Предмет на изобретението е и предимството, че може да се обработва отпадък в течно състояние, като се използва друг отпадък в газообразно състояние, без да се добавя допълнителен реактив, като едновременно с то ва позволява превръщането в пара на една част от първоначалния обем на течния отпадък.

Освен това, методът съгласно изобретението позволява оксидиране чрез горене на органичните съединения, присъстващи в летливата фракция на течния отпадък, без да изисква използване на допълнително гориво и възможност за рекупериране, чрез втечняване, на цялата или част от тази летлива фракция.

Методът за обработване съгласно изобретението е по-специално приложим за различните по състав течни флуиди в зависимост от мястото, където те се съхраняват и откъдето се извличат, в зависимост от различния етап, през който са взети от едно и също място или от различни места. За разлика от биологичните методи, за постигането на максимална производителност, методът съгласно изобретението е напълно независим от склонността към биологично разпадане на течния флуид.

Освен това, компактността на необходимите устройства за задействането на метода улеснява транспортирането с камион на отделните съоръжения и следователно се намаляват разходите.

Освен това, изобретението се отнася и до инсталация за осъществяване на описания метод.

Тази инсталация се състои основно от: входящ тръбопровод за подаване на поне един газообразен флуид, горивна камера, топлинен циркулационен кръг, който съдържа един топлообменник газ/течност и втори топлообменник течност/течност, вентилатор, предназначен за контролирано изхвърляне в атмосферата на газовете от горивната камера, предварително охладени след преминаването им през топлообменника, входящ тръбопровод за течния флуид, изпарител, предназначен за превръщане в пара на летливата фракция на течния флуид, съоръжение за извличане на тежката фракция.

Течният флуид циркулира за предпочитане с частично освободения от летливата си фракция флуид.

Изгарянето на газообразния флуид се осъществява, за предпочитане, при температура, по-висока от около 900°С, а това на летливата фракция - при температура, по-висока от около 500®С.

При рециклирането течният флуид може да циркулира за предпочитане под налягане, след това да бъде загрят при температура, повисока от температурата на изпаряване на летливата фракция на течния флуид.

Топлинната рекуперация се осъществява от охладените горивни газове при температура, по-ниска от около 700°С. За предпочитане е те да се изхвърлят в атмосферата с температура от около 200°С.

Тежката фракция съдържа по-специално тежки органични вещества и водоразтворими соли. Тя представлява между 1 до 20% от първоначалния обем на течния флуид преди обработването му съгласно изобретението.

За предпочитане, използваният съгласно изобретението газообразен флуид е биогазът, който може да съдържа поне едно горимо съединение в газообразно състояние (например метан) и освен това може да съдържа поне едно газообразно съединение, избрано между вода, въздух, въглероден диоксид, серни съединения, амини или техни смеси.

Течният флуид, използван при метода съгласно изобретението, е за предпочитане един флуид, съдържащ вода, като може да съдържа поне едно съединение, избрано от групата на натриевите соли, калиевите соли, калциевите, магнезиевите, хлорните, сулфатните соли, азотните съединения, амониевите соли, фосфорните соли, йони Fe-Η-, йони Мп++, йони Zn++, хром, олово, мед, кадмий, никел, органични примеси, чието количество може да се измери чрез определяне необходимото количество кислород за химическата реакция, органични примеси, чието количество може да се измери чрез определяне необходимото количество кислород за биологичния процес, органичен въглерод, както и техните смеси.

Скоростта на подаване на необработения течен флуид е функция от скоростта на изходящите газообразни продукти на горенето.

Пояснение на приложените фигури

Изобретението е илюстрирано с приложените фигури, от които:

Фигура 1 представлява в схематичен вид основните елементи на инсталацията, с помощта на която се реализира метода;

. Фигура 2 - в схематичен вид основните елементи на инсталацията, при която топлоизточникът е само един.

На фиг. 1 инсталацията е означена с 1. Тази инсталация съдържа входящ тръбопро вод 2 за биогаз, свързан в долната част 3 на една горивна камера 4. Тръбопровод 5 за отвеждане на газообразните продукти на горенето е свързан с горната част 6 на горивна камера 4. Съоръжение 7 за въвеждане на атмосферен въздух е свързано с тръбопровод 5. Регулиращ вентил 7а позволява изменянето на дебита на този въздух.

Горивната камера 4 може да бъде горелка, пещ за изгаряне на отпадъци или всяко друго аналогично съоръжение. Горивната камера 4 е с продълговата форма, като в единия си край има горивно устройство. Изгорелите газове излизат от другия край.

Горивната камера 4 може да бъде разположена вертикално, хоризонтално или с наклон под ъгъл “а” по отношение на вертикалната ос, което й позволява да има необходимата за метода съгласно изобретението ефективност.

Тръбопровод 5 е свързан с един общ циркулационен кръг 8 за термичен обмен, който се състои от топлообменник 9 газ/течност, топообменник течност/течност 10 и циркулационна помпа 11.

Топлообменник 9 е свързан чрез вентилатор 12 с атмосферата. . ...

Инсталацията съгласно изобретението: съдържа циркулационен кръг 13, който се състои от топлообменник 10, изпарител 14 и устройство 15 за извличане на твърдата фракция на флуида. Изпарителят 14, съоръжен с изпарителна камера (непоказана на фигурата), е изработен от корозионноустойчив материал, например стомана или легирана стомана. Изборът на материала зависи от химическото естество на флуида, който ще се обработва.

Изход 16 на топлообменника 10 е свързан чрез редица тръбопроводи с изпарител 14. Горната част 19 на изпарител 14 е свързан чрез тръбопроводи с горивната камера 4 на достатъчно разстояние от горящия пламък, за да позволи правилно и едновременно изгаряне на летливата фракция на флуида и биогаза.

Долната част 20 на изпарител 14 е свързана чрез тръбопровод към вход 21а на помпа 21. Тежката фракция, която още съдържа летливи съединения, отдава топлината си и след това се връща в цикъла. Изход 216 на помпа 21 е свързана чрез тръбопровод към вход 22 на топлообменник 10.

Входен тръбопровод 23 захранва инста лацията за обработване с флуид чрез помпа 24, с цел да запази постоянно количеството на флуида за обработване. Изход 24а на помпа 24 е свързан с вход 21а на помпа 21.

Температурата на необработения флуид под налягане е от 10 до ЗО°С.

Инсталацията за отделяне 15 е свързана чрез тръбопровод към изход 216 на помпа 21.

Когато инсталацията функционира, тръбопровод 2 захранва с биогаз долната част 3 на горивна камера 4. Горещите газове, получени при горенето, които са с температура, по-висока от около 900°С, се извеждат през горната част 6 на горивната камера 4 към топлообменник 9. Освободената топлина се предава на флуида за обработване в топлообменния циркулационен кръг 8.

Горещите газове, излизащи от горивната камера 4, са частично охладени до температура между 700 до 200°С, преди да влязат в топлообменник 9, така че да бъдат съвместими с материала, от който е изработен топлообменник 9. На изхода на топлообменника температурата на газовете е около 200°С. Тази температура предотвратява образуването на дим, което се дължи на наличието на водна пара.

Помпа 11 осъществява циркулирането на течния флуид, чиято роля е да фиксира до температура около 175°С евентуалните топлинни колебания, дължащи се на различията в качеството на флуида. Това помага да се избегне изпаряването му, както и риска да се замърсят вътрешните стени.

Флуидът за обработване, загрят в топлообменник 10, циркулира под налягане в циркулационния кръг 13.

Този загрят флуид се изпарява след това в изпарител 14.

Отдадената топлина предизвиква изпаряване на летливата фракция на флуида. Летливата фракция, получена при изпаряването, излиза под ниско свръхналягане през горната част 19 на изпарител 14, за да бъде въведена в горивна камера 4 в близост с пламъка, за да не променя качеството на горене на биогаза.

Увлечените с водната пара летливи съединения се оксидират при температура по-висока от около 500°С. По време на това оксидиране, молекулите на примесите се унищожават чрез термично оксидиране. Освободената по време на горенето на тези летливи газове енергия се смесва с тази, освободена при горе нето на биогаза, за да бъде след това рекуперирана, както това е обяснено по-горе.

Неизпарената тежка фракция на флуида представлява смес главно от органични вещества, суспензия от твърди вещества и соли. Тази фракция се концентрира в долната част 20 на изпарителя 14 и се отделя непрекъснато от инсталацията чрез устройство 15, за да бъде подложена по-късно на специфично обработване. Отделянето зависи от температурата на наличния флуид в изпарителя 14. Фактически, температурата е функция от концентрацията на тежката фракция. Показанията от редовното отчитане на температурата в изпарител 14 могат да се допълват с измервания на специфичното съпротивление и вискозитета на флуида.

Концентрираната тежка фракция може да съдържа до 100 g/Ι разтворени соли (основно калциев и натриев хлорид) и тежки органични вещества.

Помпа 21 осигурява циркулирането и смесването на тежката фракция, която съдържа все още летливи съединения с необработения флуид, като това се осъществява под налягане.

Както е показано на фиг. 2, термообменният циркулационен кръг има само един топлообменник 9 газ/течност.

В този случай температурата на входа и на изхода на различните флуиди (течност, газ) са идентични с тези, посочени при обяснението на фиг. 1.

Флуидът се загрява при преминаването му през топлообменник 9. Температурата на изгорелите газове на входа на топлообменника е от около 700 до 200°С.

Claims (12)

1. Патентни претенции

   1. Метод за обработване поне на един необработен течен флуид с високо съдържание на вода, който включва една летлива и една тежка фракция с цел отделянето им една от друга, характеризиращ се с това, че включва:

   - изгаряне на поне един газообразен флуид с цел да се получи газообразен продукт на горенето;

   - рекупериране на топлината на газообразния продукт с цел да се загрее течния флуид с помощта на циркулационен кръг на течността, който съдържа първи топлообменник газ/течност и втори топлообменник течност/ течност;

   - циркулиране под налягане на загретия течен флуид;

   - отделяне на летливата фракция на течния флуид чрез изпаряване;

   - циркулиране на необработения течен флуид заедно с частично освободения от летливата фракция флуид;

   - оксидиране на компонентите на летливата фракция чрез горене, и

   - извличане на тежката фракция в концентриран вид, като методът осигурява едновременното обработване на поне един течен флуид и на поне един газообразен флуид.
2. 2. Метод съгласно претенция 1, характеризиращ с това, че изгарянето на газообразния флуид се осъществява при температура, по-висока от около 900°С.
3. 3. Метод съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че изгарянето на летливата фракция на течния флуид се осъществява при температура, по-висока от около 500°С.
4. 4. Метод съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че течният флуид циркулира под налягане, след това се загрява до температура, по-висока от температурата на изпаряване на летливата фракция на течния флуид.
5. 5. Метод съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че рекуперирането на топлината се осъществява въз основа на факта, че охладените газообразни продукти на горенето са с температура, по-ниска от около 700°С, а споменатите продукти се изпускат в атмосферата с температура около 200°С.
6. 6. Метод съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че тежката фракция, съдържаща разтворими във вода соли и тежки органични вещества, представлява около 1 до 20% от първоначалния обем на течния флуид преди обработването му.
7. 7. Метод съгласно претенции 1 и 2, характеризиращ се с това, че газообразният флуид е биогаз, съдържащ поне едно горимо съединение в газообразно състояние, свързано или не с поне едно друго газообразно съединение, избрано между вода, въглероден диоксид, въздух, сулфурирани съединения, аминирани съединения и техни смеси.
8. 8. Метод съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че течният флуид е излугващо средство, съдържащо вода и поне едно съединение, избрано от групата на натриеви соли, калиеви соли, калциеви соли, магнезиеви соли, хлорни соли, фосфорни соли, йони Fe++, йони Мп++, йони Zn++, хром, олово, мед, кадмий, никел, органични примеси, чието количество може да се измери чрез определяне необходимото количество кислород за химическата реакция, органични примеси, чието количество може да се измери чрез определяне необходимото количество кислород за биологичния процес, общ органичен въглерод, както и техни смеси.
9. 9. Метод съгласно една от претенциите 1, 2, 4 или 8, характеризиращ се с това, че скоростта на подаване на необработения течен флуид е функция на скоростта на изходящите газообразни продукти на горенето.
10. 10. Инсталации за реализиране на метода съгласно една от предходните претенции, характеризираща се с това, че съдържа: входящ тръбопровод (2) за подаване на поне един газообразен флуид, горивна камера (4), циркулационен кръг (13) за рекупериране на топлината, състоящ се от първи топлообменник (9) газ/течност и втори топлообменник (10) течност/течност, вентилатор (12), предназначен за контролирано изхвърляне в атмосферата на газовете, идващи от горивната камера (4), и предварително охладени при преминаването си през топлообменника (9), тръбопровод (23) за захранване с течния флуид, изпарител (14), предназначен за изпаряването на летливата фракция на течния флуид, съоръжение (15) за извличане на тежката фракция.
11. 11. Инсталация съгласно претенция 10, характеризираща се с това, че тя е снабдена също с поне едно съоръжение (7) за вкарване на атмосферен въздух, както и съоръжение с поне един регулиращ клапан (7а), предназначено за охлаждане на топлите горивни газове, постъпващи от горивната камера (4), чрез смесването им с атмосферния въздух.
12. 12. Инсталация съгласно претенция 10, характеризираща се с това, че изпарителят (14) се състои от: изпарителна камера, съставена от горна част (19), от която летливата фракция се извежда към горивната камера (4), за да бъде изгорена, и от долна част (20), от която тежката фракция, съдържаща летливи съединения, се рекуперира и след това рециклира; помпа (24) за вкарване на необработения течен флуид под налягане при температура от около 10 до 30°С, с цел да се запази непроменено общото количество течен флуид за обработване; циркулационна помпа (21), позволяваща циркулирането и смесването на тежката фракция, съдържаща летливи съеди нения, с необработения течен флуид.