UA58389A - Method for thermal processing of solid domestic and industrial waste and apparatus for its implementation - Google Patents

Abstract

Method for thermal processing of solid domestic and industrial waste includes feeding waste to vertical reactor, drying and pyrolysis of the waste with gaseous heat carrier, with discharge of vapor-gas mix from the reactor and its separation to pyrolysis gas and liquid fraction (condensate). As gaseous heat carrier one uses plasma, and as plasma-forming agent – pyrolysis gases. At that, liquid fraction (condensate) is partially or completely supplied to reactor for following destruction. Apparatus for thermal processing of solid domestic and industrial waste includes vertical reactor, unit for waste loading, vapor-gas mix collector and separation column, this is connected by pipeline with vapor-gas mix collector. Additionally it includes plasmotron, this is installed in the lower part of the reactor and connected by pipeline to output branch pipe of pyrolysis gas of the distribution column. At that, the output branch pipe of liquid fraction (condensate) of the distribution column is connected by pipeline with inner medium of the reactor.

Description

Опис винаходуDescription of the invention

Винахід відноситься до способів та установок для термічної переробки твердих побутових та промислових 2 відходів і може бути застосованим в енергетичній та хімічній галузях промисловості, а також в комунальному господарстві в комплексі з енергетичними паровими котлами.The invention relates to methods and installations for thermal processing of solid household and industrial 2 waste and can be applied in the energy and chemical industries, as well as in utilities in combination with power steam boilers.

Відомий спосіб термічної переробки твердих побутових та промислових відходів (авт. св. СРСР Мо 1038721).A known method of thermal processing of solid household and industrial waste (Authority of St. USSR Mo 1038721).

Суть винаходу за авторським свідоцтвом Мо 1038721 полягає в тому, що нагрів відходів до температури, при якій відбувається піроліз, здійснюється способом кондукційної теплопередачі Через корпус камери піролізу 710 продуктами спалювання, для чого камера піролізу розташована в печі.The essence of the invention according to the author's certificate Mo 1038721 is that the heating of waste to the temperature at which pyrolysis occurs is carried out by the method of conductive heat transfer through the body of the pyrolysis chamber 710 by combustion products, for which the pyrolysis chamber is located in the furnace.

Недоліком кондукційної теплопередачі є закладена в ній технічна суперечність: для кращої теплопередачі переробляємий матеріал мусить мати як можна більшу щільність, а для кращого відведення утворюваних газів матеріал мусить мати достатню пористість. Другим суттєвим недоліком способу є нерівномірність нагрівання матеріалу: перегрів його біля стін камери і недогрів його в осьовій зоні камери. Крім того, розміщення камери 12 піролізу безпосередньо в печі з температурою більше 11007 потребує дорогокоштовних конструкційних матеріалів.The disadvantage of conductive heat transfer is the technical contradiction inherent in it: for better heat transfer, the processed material must have the highest possible density, and for better removal of the generated gases, the material must have sufficient porosity. The second significant disadvantage of the method is uneven heating of the material: it is overheated near the walls of the chamber and underheated in the axial zone of the chamber. In addition, placing the pyrolysis chamber 12 directly in the furnace with a temperature greater than 11007 requires expensive construction materials.

Відомий теж спосіб термічної переробки твердих побутових та промислових відходів. Цей спосіб відомий під назвою "Торракс" (П.П.Пальгунов, М.В.Сумароков, Стройиздат, 1990, с 78-80). Суть цього способу полягає в тому, що для нагрівання відходів до потрібної температури використовується конвекційна теплопередача від газів, що надходять від зони спалення, яка розташована безпосередньо під зоною піролізу. Гарячі гази від зони спалення проходять уверх через шар відходів і віддають тепло в зонах сушки і піролізу.A method of thermal processing of solid household and industrial waste is also known. This method is known under the name "Torrax" (P.P. Palgunov, M.V. Sumarokov, Stroyizdat, 1990, p. 78-80). The essence of this method is that to heat the waste to the required temperature, convection heat transfer from the gases coming from the combustion zone, which is located directly below the pyrolysis zone, is used. Hot gases from the combustion zone pass up through the waste layer and give off heat in the drying and pyrolysis zones.

Основним недоліком способу є те, що відходи тільки частково піролізуються, а в більшій частині згоряють (тобто відбувається окислювальний піроліз), унаслідок чого теплота згоряння піролізного газу складає тільки 7-8МДж/м3. 29 Відомі більш досконалі спосіб термічної переробки твердих органічних відходів та установка для його « здійснення, які дозволяють здійснити сухий піроліз і одержати піролізний газ з теплотворчою здібністю 11-12The main disadvantage of the method is that the waste is only partially pyrolyzed, and most of it is burned (that is, oxidative pyrolysis occurs), as a result of which the heat of combustion of pyrolysis gas is only 7-8MJ/m3. 29 A more advanced method of thermal processing of solid organic waste and an installation for its implementation are known, which allow to carry out dry pyrolysis and obtain pyrolysis gas with heat-generating capacity 11-12

МДж/м (патент України на винахід Мо 25813 А, Е 23 С 5/027). Цей спосіб і установка використані в якості прототипу. Фу 20 Суть способу полягає в тому, що для проведення піролізу використовується конвекційний спосіб теплопередачі, при цьому в якості газоподібного теплоносія використовуються циркулюючі гази піролізу, які с нагріваються в автономній топці-теплообміннику димовими газами від спалювання частки піролізного газу, а для с сушки та нагрівання відходів до температури початку піролізу - димові гази, які відходять від топки-теплообмінника. Не зважаючи на те, що цей спосіб забезпечує отримання піролізного газу з достатньої 00 зв Високою теплотворчою здібністю, спосіб має суттєвий недолік, який полягає в тому, що унаслідок спалювання ою частки піролізного газу, кількість його, яка надходить споживачу, невелика. Крім того, цей спосіб не дозволяє забезпечити глибокий піроліз з інтенсивною деструкцією особливо шкідливих компонентів до простих з'єднань.MJ/m (patent of Ukraine for the invention Mo 25813 A, E 23 C 5/027). This method and installation is used as a prototype. Fu 20 The essence of the method is that a convection method of heat transfer is used to carry out pyrolysis, while circulating pyrolysis gases are used as a gaseous heat carrier, which are heated in an autonomous furnace-heat exchanger by flue gases from burning a portion of pyrolysis gas, and for drying and heating of waste to the temperature of the beginning of pyrolysis - flue gases leaving the furnace-heat exchanger. Despite the fact that this method ensures the production of pyrolysis gas with sufficient 00 zv High calorific value, the method has a significant drawback, which is that due to the burning of a portion of the pyrolysis gas, the amount of it that reaches the consumer is small. In addition, this method does not allow for deep pyrolysis with intensive destruction of particularly harmful components to simple compounds.

Це пов'язано з недостатньо високою температурою в зоні піролізу.This is due to insufficiently high temperature in the pyrolysis zone.

Установка для здійснення способу по патенту України Мо25813А містить в собі реактор, виконаний у вигляді « 70 Двох шахт, сполучених між собою звуженою горловиною з пристроями для завантаження відходів і -в вивантаження твердого залишку, розподільчу колону та топку-теплообмінник. с Установка має суттєвий недолік, який полягає в необхідності мати крім реактора ще один тепловий агрегат - :з» топку-теплообмінник, що ускладнює установку.The installation for the implementation of the method according to the patent of Ukraine Mo25813A contains a reactor made in the form of "70 Two shafts connected by a narrowed neck with devices for loading waste and unloading solid residue, a distribution column and a furnace-heat exchanger. c The installation has a significant drawback, which consists in the need to have, in addition to the reactor, another thermal unit - "c" furnace-heat exchanger, which complicates the installation.

В основу винаходу поставлена задача: удосконалити спосіб та установку для термічної переробки твердих побутових та промислових відходів шляхом утворення таких температурних та газових режимів, котрі сл забезпечили би можливість здійснення сухого піролізу з глибокою деструкцією всієї маси органічної частки відходів до простих атомно-молекулярних утворень, що дозволить отримати екологічно чистий енергетичний газ. со Поставлена задача вирішується завдяки тому, що в способі термічної переробки твердих побутових та с промислових відходів, який містить в собі подачу відходів в вертикальний реактор, сушку і піроліз відходів газоподібним теплоносієм, вивід з реактору парогазової суміші і розподіл її на піролізний газ та рідку (о) фракцію (конденсат), в якості газоподібного теплоносія використовують плазму, а в якості плазмоутворюючого с агенту - піролізні гази, які виділяють з парогазової суміші, при цьому рідку фракцію (конденсат) частково або повністю подають в реактор для подальшої деструкції.The invention is based on the task: to improve the method and installation for the thermal processing of solid household and industrial waste by creating such temperature and gas regimes, which would ensure the possibility of dry pyrolysis with deep destruction of the entire mass of the organic part of the waste into simple atomic-molecular formations, which will allow to obtain ecologically clean energy gas. The problem is solved due to the fact that in the method of thermal processing of solid household and industrial waste, which includes feeding waste into a vertical reactor, drying and pyrolysis of waste with a gaseous coolant, removing the vapor-gas mixture from the reactor and dividing it into pyrolysis gas and liquid ( o) fraction (condensate), plasma is used as the gaseous coolant, and pyrolysis gases are used as the plasma-forming agent, which are released from the steam-gas mixture, while the liquid fraction (condensate) is partially or completely fed into the reactor for further destruction.

Для здійснення способу установка для термічної переробки твердих побутових та промислових відходів, що містить у собі вертикальний реактор, пристрій для завантаження відходів, збірник парогазової суміші та розподільчу колону, з'єднану трубопроводом зі збірником паро газової суміші, додатково містить у собі вн. плазмотрон, розташований в нижній частині реактору і з'єднаний трубопроводом з вихідним патрубком піролізного газу розподільчої колони, при цьому вихідний патрубок рідкої фракції (конденсату) розподільчої колони з'єднано трубопроводом з внутрішнім середовищем реактору. во Загальними Кк! прототипом суттєвими ознаками способу є: подача відходів в вертикальний реактор; сушка і піроліз відходів газоподібним теплоносієм, вивід з реактору парогазової суміші, розподіл паро газової суміші на піролізний газ та рідку фракцію (конденсат). ве Відрізняючими від прототипу суттєвими ознаками способу є: застосування в якості газоподібного теплоносія плазми,To carry out the method, the installation for the thermal processing of solid household and industrial waste, which contains a vertical reactor, a device for loading waste, a steam-gas mixture collector and a distribution column connected by a pipeline to a steam-gas mixture collector, additionally contains internal plasmatron, located in the lower part of the reactor and connected by a pipeline to the outlet of the pyrolysis gas of the distribution column, while the outlet of the liquid fraction (condensate) of the distribution column is connected by a pipeline to the internal environment of the reactor. in General Kk! the essential features of the prototype method are: waste supply in a vertical reactor; drying and pyrolysis of waste with a gaseous coolant, removal of the steam-gas mixture from the reactor, distribution of the steam-gas mixture into pyrolysis gas and liquid fraction (condensate). The significant features of the method that differ from the prototype are: use of plasma as a gaseous heat carrier,

використання в якості плазмоутворюючого агенту піролізного газу, подачу рідкої фракції (конденсату) в реактор для подальшої деструкції.using pyrolysis gas as a plasma-forming agent, feeding the liquid fraction (condensate) into the reactor for further destruction.

Загальними з прототипом суттєвими ознаками установки є: вертикальний реактор; пристрій для завантаження відходів; збірник парогазової суміші; розподільча колона, яка з'єднана трубопроводом зі збірником паро газової суміші.Common essential features of the installation with the prototype are: vertical reactor; device for loading waste; collector of steam-gas mixture; the distribution column, which is connected by a pipeline to the steam-gas mixture collector.

Відрізняючими від прототипу суттєвими ознаками установки є: 70 розміщення в нижній частині реактора плазмотрону, з'єднання трубопроводом вихідного патрубку піролізного газу розподільчої колони з плазмотроном, з'єднання трубопроводом вихідного патрубку рідкої фракції (конденсату) розподільчої колони з внутрішнім середовищем реактору.The significant features of the installation that distinguish it from the prototype are: 70 placing the plasmatron in the lower part of the reactor, connecting the outlet pipe of the pyrolysis gas of the distribution column with the plasmatron, connecting the outlet pipe of the liquid fraction (condensate) of the distribution column with the internal environment of the reactor.

Сукупність суттєвих ознак винаходу є необхідною і достатньою на всі випадки, на які поширюється область /5 застосування винаходу.The set of essential features of the invention is necessary and sufficient for all cases covered by the scope of application of the invention.

Між суттєвими ознаками винаходу і технічним результатом - здійсненням сухого піролізу з глибокою деструкцією всієї маси органічної частки відходів до простих атомно-молекулярних утворень - існує причинно-наслідковий зв'язок, який пояснюється наступним чином. Для розкладання високомолекулярних органічних з'єднань на прості молекули і атоми потрібна висока температура і відсутність окисляючого середовища. Цим вимогам відповідає плазма, для утворення якої використано піролізний газ. Як відомо, енергія, яка передається плазмоутворюючому газу в стовпі електричної дуги, визначається як його енергією іонізації, так і енергією дисоціації молекул на прості атоми. | чим складніша молекула газу, тим більше вона потребує енергії на дисоціацію, тим більша її енергоємність. Тому піролізний газ, який має у своєму складі багатоатомні вуглецево-водневі з'єднання СН 4, СН; та двохатомні молекули водню Но, при подачі його в об стовп електричної дуги буде утворювати високо енергетичну плазму, теплоємність якої достатня для проведення піролізу органічних відходів, а також для здійснення глибокої деструкції конденсату, який « надходить до реактору від розподільчої колони.Between the essential features of the invention and the technical result - the implementation of dry pyrolysis with deep destruction of the entire mass of the organic fraction of waste into simple atomic-molecular formations - there is a cause-and-effect relationship, which is explained as follows. The decomposition of high-molecular organic compounds into simple molecules and atoms requires high temperature and the absence of an oxidizing environment. These requirements are met by the plasma, for the formation of which pyrolysis gas was used. As is known, the energy transferred to the plasma-forming gas in the electric arc column is determined both by its ionization energy and by the energy of dissociation of molecules into simple atoms. | the more complex the gas molecule, the more energy it needs for dissociation, the greater its energy intensity. Therefore, pyrolysis gas, which contains polyatomic carbon-hydrogen compounds CH 4, CH; and diatomic hydrogen molecules But, when it is fed into the column of an electric arc, it will form a high-energy plasma, the heat capacity of which is sufficient for the pyrolysis of organic waste, as well as for the deep destruction of the condensate that enters the reactor from the distribution column.

Для здійснення способу установку необхідно обладнати плазмотроном, який розташувати в нижній частині реактору і з'єднати трубопровідом з вихідним патрубком піролізного газу розподільчої колони, при цьому Ге! зо вихідний патрубок рідкої фракції (конденсату) розподільчої колони з'єднати з внутрішнім середовищем реактору.To implement the method, the installation must be equipped with a plasmatron, which should be placed in the lower part of the reactor and connected by a pipeline to the pyrolysis gas outlet of the distribution column, while Ge! connect the output pipe of the liquid fraction (condensate) of the distribution column to the internal environment of the reactor.

Таким чином, сукупність ознак способу і установки об'єднана єдиним винахідницьким задумом і є необхідною і со достатньою для досягнення поставленої задачі. соThus, the set of features of the method and the installation are united by a single inventive idea and are both necessary and sufficient to achieve the set task. co

На кресленні (Фіг.) зображена схема установки для термічної переробки твердих органічних побутових та промислових відходів. соThe drawing (Fig.) shows the scheme of the installation for thermal processing of solid organic household and industrial waste. co

Установка містить в собі: ю 1. - приймальний бункер. 2. - завантажувальний пристрій.The installation includes: 1. - receiving bunker. 2. - boot device.

З. - реактор. 4. - збірник парогазової суміші (частка внутрішньої порожнини реактору, яка знаходиться вище « завантажувального пристрою). в с 5. - плазмотрон. 6. - пристрій для подачі електродного дроту. ;» 7. - бухта електродного дроту. 8. - розподільча колона. 9. - пристрій для відведення рідкого шлаку. с 10. - трубопровід парогазової суміші. 11.- вхідний патрубок парогазової суміші. со 12. - вихідний патрубок піролізного газу. оо 13. - вихідний патрубок рідкої фракції. 14. - трубопровід подачі піролізного газу до плазмотрону. со 15. - запорно-регулююча арматура в газопровідній системі.Z. - reactor. 4. - collector of steam-gas mixture (the part of the internal cavity of the reactor, which is above the loading device). in p. 5. - plasmatron. 6. - a device for feeding the electrode wire. ;" 7. - electrode wire bay. 8. - distribution column. 9. - a device for removing liquid slag. p. 10. - steam-gas mixture pipeline. 11.- inlet pipe of steam-gas mixture. so 12. - outlet pipe of pyrolysis gas. Ltd. 13. - outlet nozzle of the liquid fraction. 14. - pyrolysis gas supply pipeline to the plasmatron. so 15. - shut-off and regulating valves in the gas pipeline system.

Ге) 16. - трубопровід подачі рідкої фракції до реактору. 17. - запорно-регулююча арматура в системі транспортування рідкої фракції. 18. - трубопровід подачі рідкої фракції споживачу. 19. - трубопровід піролізного газу.Ge) 16. - the pipeline for supplying the liquid fraction to the reactor. 17. - shut-off and regulating valves in the liquid fraction transportation system. 18. - the pipeline for supplying the liquid fraction to the consumer. 19. - pyrolysis gas pipeline.

Спосіб здійснюється наступним чином: Побутові та промислові відходи, попередньо відсортировані відThe method is carried out as follows: Household and industrial waste, pre-sorted from

Р» неорганічних компонентів, завантажують в приймальний бункер 1. Завантажувальним пристрієм2, виконаним у вигляді шнека, відходи ущільнюються і надходять безпосередньо в реактор 3. Відходи, які надійшли в реактор, переміщуються донизу і проходять послідовно зони сушки та піролізу. Необхідний температурний режим в бор реакторі забезпечується роботою плазмотрону 5, до якого безперервно за допомогою пристрою 6 подається електродний дріт, який змотується з бухти 7. До плазмотрону 5 по трубопроводу 14, який з'єднано з патрубком 12 розподільчої колони 8, подається піролізний газ, який використовується в якості плазмоутворюючого агенту.P" of inorganic components are loaded into the receiving hopper 1. The waste is compacted by the loading device 2, made in the form of an auger, and enters directly into the reactor 3. The waste that entered the reactor is moved downwards and passes successively through the drying and pyrolysis zones. The necessary temperature regime in the boron reactor is provided by the operation of the plasmatron 5, to which the electrode wire, which is wound from the bay 7, is continuously fed using the device 6. Pyrolysis gas is supplied to the plasmatron 5 through the pipeline 14, which is connected to the nozzle 12 of the distribution column 8, which is used as a plasma-forming agent.

Необхідна кількість газу регулюється за допомогою запорно-регулюючої арматури 15. Від енергії електричної дуги (температура 10000"С) плазмотрону піролізний газ дисоціює та іонізується і перетворюється в плазму з б5 температурою 4000"С. Через те що плазмоутворюючим агентом є піролізний газ, який містить в собі двохатомні і багатоатомні молекули, утворена плазма має високу теплоємність і теплопровідність. Унаслідок впливу на органічну частку відходів високих температур без доступу кисню відбувається глибока деструкція органічної речовини до простих з'єднань (Но, СО, СО», СН. і других ). Відбувається також деструкція шкідливих компонентів до простих з'єднань.The required amount of gas is regulated using the shut-off and regulating valve 15. The pyrolysis gas dissociates and ionizes from the energy of the electric arc (temperature 10,000"C) of the plasmatron and turns into plasma with a temperature of 4,000"C. Due to the fact that the plasma-forming agent is pyrolysis gas, which contains diatomic and polyatomic molecules, the formed plasma has a high heat capacity and thermal conductivity. As a result of the impact on the organic part of the waste of high temperatures without access to oxygen, a deep destruction of organic matter to simple compounds (NO, СО, СО», СН. and others) occurs. There is also destruction of harmful components to simple connections.

Утворена в процесі плазменної деструкції парогазова суміш підіймається до верхньої частини реактору, віддає своє фізичне тепло твердим відходам і з температурою 200-2507С надходить до збірника парогазової суміші 4. Із газозбірника 4 по трубопроводу 10 парогазова суміш надходить в розподільчу колону 8, яка виконана у вигляді трубчатого холодильника.The vapor-gas mixture formed in the process of plasma destruction rises to the upper part of the reactor, gives its physical heat to the solid waste and with a temperature of 200-2507C enters the vapor-gas mixture collector 4. From the gas collector 4 through the pipeline 10, the vapor-gas mixture enters the distribution column 8, which is made in the form of tubular refrigerator.

В розподільчій колоні 8 відбувається розподіл парогазової суміші на піролізний газ і рідку фракцію ( конденсат). Піролізний газ через вихідний патрубок 12 по трубопроводу 19 подається споживачу.In the distribution column 8, the steam-gas mixture is divided into pyrolysis gas and liquid fraction (condensate). The pyrolysis gas is supplied to the consumer through the outlet 12 through the pipeline 19.

З розподільчої колони 8 рідка фракція через вихідний 70 патрубок 13 по трубопроводу 18 частково подається споживачу, а частково по трубопроводу 16 до форсунки 20 для подальшої деструкції.From the distribution column 8, the liquid fraction through the outlet 70 of the nozzle 13 through the pipeline 18 is partially supplied to the consumer, and partially through the pipeline 16 to the nozzle 20 for further destruction.

Кількість рідкої фракції, яку подають до форсунки, регулюється за допомогою запорно-регулюючої арматури 17. Шлак, який накопичується в нижній частині реактору, періодично евакуюється за допомогою пристрою 9.The amount of the liquid fraction fed to the nozzle is regulated by the shut-off valve 17. The slag that accumulates in the lower part of the reactor is periodically evacuated by the device 9.

Claims (2)

19 Формула винаходу19 Formula of the invention 1. Спосіб термічної переробки твердих побутових та промислових відходів, який містить в собі подачу відходів у вертикальний реактор, сушіння і піроліз відходів газоподібним теплоносієм, виведення з реактора парогазової суміші і розподіл її на піролізний газ та рідку фракцію (конденсат), який відрізняється тим, що як газоподібний теплоносій застосовують плазму, а як плазмоутворюючий агент - піролізні гази, причому рідку фракцію (конденсат) частково або повністю подають в реактор для подальшої деструкції.1. The method of thermal processing of solid household and industrial waste, which includes feeding waste into a vertical reactor, drying and pyrolysis of waste with a gaseous coolant, removing the vapor-gas mixture from the reactor and dividing it into pyrolysis gas and liquid fraction (condensate), which differs in that that plasma is used as a gaseous coolant, and pyrolysis gases as a plasma-forming agent, and the liquid fraction (condensate) is partially or completely fed into the reactor for further destruction. 2. Установка для термічної переробки твердих побутових та промислових відходів, що містить в собі вертикальний реактор, пристрій для завантаження відходів, збірник парогазової суміші та розподільчу колону, з'єднану трубопроводом зі збірником парогазової суміші, яка відрізняється тим, що вона додатково містить у собі плазмотрон, розташований в нижній частині реактора і з'єднаний трубопроводом з вихідним патрубком « піролізного газу розподільчої колони, причому вихідний патрубок рідкої фракції (конденсату) розподільчої колони з'єднано трубопроводом з внутрішнім середовищем реактора. (о) (ее) (зе) (ее) ІС в) -2. Installation for thermal processing of solid household and industrial waste, which includes a vertical reactor, a device for loading waste, a steam-gas mixture collector and a distribution column connected by a pipeline to a steam-gas mixture collector, which is distinguished by the fact that it additionally contains plasmatron, located in the lower part of the reactor and connected by a pipeline to the pyrolysis gas outlet of the distribution column, and the outlet of the liquid fraction (condensate) of the distribution column is connected by a pipeline to the internal environment of the reactor. (o) (ee) (ze) (ee) IC c) - с . и? 1 (ее) (95) ге» ШИ 3е) 60 б5with . and? 1 (ee) (95) ге» SHY 3e) 60 b5