UA79548C2 - Method for waste utilization - Google Patents

Abstract

Method for utilization of wastes that include organic substances includes waste heating in thermal reactor without access of free oxygen to temperature 1500-1650 DEGREE C, discharge of products obtained as result of thermal destruction of waste from reactor after filtration through layer of solid lump electrical conductive heat carrier and separation of flow of gaseous products to cold and hot gas in swirl unit. Hot gas is directed to reactor, and cold gas is directed for consumption, at that temperature of output flow of cold gas is provided at level 400-100 DEGREE C.Stability of process is increased and possibility of formation of substances with high toxicity able to be collected in human body is brought to minimum.

Description

Опис винаходуDescription of the invention

Винахід відноситься до області утилізації та знешкодження твердих відходів довільного хімічного складу і 2 може бути використаний для переробки побутових, промислових та інших відходів.The invention relates to the field of utilization and disposal of solid waste of arbitrary chemical composition and 2 can be used for processing household, industrial and other waste.

Відомий спосіб утилізації відходів (Патент ША 59465 А, кл. Р230 5/00, опубл. 15.09.2003, бюл. Мод), що містить уведення відходів в обертову піч для випалу портландцементного клінкера і термічний розпад в окислому середовищі. Перед уведенням у піч відходи піддаються примусовому капсулюванню, причому як покривний матеріал використовують речовину із температурою плавлення 1250- 1450 С, у співвідношенні: тверді відходи 4-40 9о, покривна речовина - 60-96905.There is a known method of waste disposal (Patent SHA 59465 A, class P230 5/00, publ. 15.09.2003, Bull. Mod.), which includes the introduction of waste into a rotary kiln for burning Portland cement clinker and thermal decomposition in an oxidizing environment. Before entering the furnace, the waste is subjected to forced encapsulation, and a substance with a melting point of 1250-1450 C is used as a covering material, in the ratio: solid waste 4-40 9o, covering substance - 60-96905.

Аналог способу утилізації відходів має наступні недоліки: - існує загроза утворення високотоксичних речовин при утилізації відходів, які не тільки забруднюють атмосферу, але сорбуючись и осідаючи забруднюють літосферу і гідросферу; - додаткові витрати на примусове капсулювання відходів; - відходи завантажуються не чисті, а у співвідношенні с покривною речовиною, причому 90 покривної речовини значно більший ніж 95 самих відходів.An analogue of the method of waste disposal has the following disadvantages: - there is a threat of the formation of highly toxic substances during waste disposal, which not only pollute the atmosphere, but pollute the lithosphere and hydrosphere by being absorbed and settling; - additional costs for forced encapsulation of waste; - the waste is loaded not pure, but in proportion to the covering substance, and 90 of the covering substance is much greater than 95 of the waste itself.

Найбільш близьким аналогом є спосіб утилізації відходів (Патент ША 35979 А, кл. Б23055/ 027, опубл. 16.04.2001, бюл. Мо3|, що включає завантаження відходів у шахтний реактор, нагрівання відходів у реакторі без доступу вільного кисню до температури 1500-16502С7 з деструкцією органічної частини на прості складові і фільтрацію продуктів деструкції перед випуском з реактора крізь шар розігрітого електричним струмом до температури 1427-24272С грудкового електропровідного теплоносія.The closest analogue is the method of waste disposal (Patent SHA 35979 A, class B23055/ 027, publ. 16.04.2001, bulletin Mo3|, which includes loading waste into a mine reactor, heating the waste in the reactor without access to free oxygen to a temperature of 1500- 16502С7 with the destruction of the organic part into simple components and filtering of the destruction products before release from the reactor through a layer of electrically conductive heat carrier heated to a temperature of 1427-24272С.

У найбільш близькому аналозі стовп завантажених у реактор відходів розігрівають за рахунок струму, пропущеного через шар кускового графіту, поміщеного на подині. сч ря В результаті розігріву графіту до температури 1427-27272О у стовпі відходів, що знаходяться в камері піролізу формується теплове поле з температурою, яка монотонно знижується знизу вгору по висоті стовпа. (о)In the closest analogy, the column of waste loaded into the reactor is heated by the current passed through a layer of lump graphite placed on the pod. As a result of heating graphite to a temperature of 1427-27272O, a thermal field is formed in the column of waste located in the pyrolysis chamber with a temperature that monotonically decreases from the bottom to the top along the height of the column. (at)

Термічна деструкція органічної частини відходів починається у верхній частині шахти піролізу при температурі близько 2002 з виділенням летучих, котрі рухаються зверху вниз у прямотоці з масою відходів.Thermal destruction of the organic part of the waste begins in the upper part of the pyrolysis mine at a temperature of about 2002 with the release of volatiles, which move from top to bottom in a direct flow with the mass of waste.

Проходячи послідовно ділянки зі зростаючою температурою, складні органічні компоненти розкладаються на со зо більш прості, і чим вище температура, тим простіші сполуки.Passing successively through areas with increasing temperature, complex organic components are decomposed into simpler ones, and the higher the temperature, the simpler the compounds.

Процес повного розкладання відходів на молекулярні складові закінчується при температурі близько 12002 « з одержанням Н»о, О», Мо, Сі», З і твердого вуглецевого залишку С. юThe process of complete decomposition of waste into molecular components ends at a temperature of about 12002 °C with the production of H»o, O», Mo, Si», Z and a solid carbon residue С. ю

При температурах вище 12002С відбувається активна газифікація вуглецю паром вологи і киснем відходів з генеруванням СО і Но». оAt temperatures above 12002C, active gasification of carbon occurs with moisture vapor and waste oxygen with the generation of CO and NO." at

Отримані газоподібні продукти піролізу фільтруються крізь шар графіту і видаляються з реактора на рівні рч- нижньої зони шару, а розплавлені мінеральні компоненти у вигляді шлаку безперервно випускаються через нижню льотку.The resulting gaseous pyrolysis products are filtered through a graphite layer and removed from the reactor at the level of the lower zone of the layer, and the molten mineral components in the form of slag are continuously released through the lower jet.

Найбільш близький спосіб утилізації відходів має наступні недоліки: « - при охолодженні продуктів пролізу, при їх випуску із реактора, виникає імовірність повторного синтезу 70 високотоксичних речовин; - с - висока температура газів, що випускаються з реактора, сприяє виносу значної кількості тепла, що знижує є коефіцієнт корисної дії процесу. Ознаки, що збігаються з суттєвими ознаками заявляемого винаходу: "» - нагрівання відходів в термічному реакторі без доступу вільного кисню до температури 1500 -16502С; - вивід продуктів із реактора, одержаних в результаті термічної деструкції відходів; - фільтрація продуктів деструкції перед виведенням із реактора, крізь шар твердого грудкового - І електропровідного теплоносія, розігрітого до температури 1427 - 272726. с В основу винаходу поставлена задача удосконалення способу утилізації відходів, у якому шляхом введення додаткових конструктивних ознак забезпечується стабільність процесу та зведена до мінімуму можливість 1 виникнення високотоксичних речовин, яким властиві стійкість, здатністю до накопичення в організмі людини, ї» 50 повільний розпад, це дозволяє здешевіти процес очищення піролізних газів.The closest method of waste disposal has the following disadvantages: "- during cooling of prolysis products, when they are released from the reactor, there is a possibility of re-synthesis of 70 highly toxic substances; - c - the high temperature of the gases released from the reactor contributes to the removal of a significant amount of heat, which reduces the efficiency of the process. Features that coincide with the essential features of the claimed invention: "" - heating of waste in a thermal reactor without access to free oxygen to a temperature of 1500-16502С; - removal of products from the reactor obtained as a result of thermal destruction of waste; - filtering of destruction products before removal from the reactor, through a layer of solid lumpy - I electrically conductive coolant, heated to a temperature of 1427 - 272726. The basis of the invention is the task of improving the method of waste disposal, in which, by introducing additional structural features, the stability of the process is ensured and the possibility of the occurrence of highly toxic substances, which are characterized by stability, is minimized , the ability to accumulate in the human body, i" 50 slow decay, this makes it possible to make the process of cleaning pyrolysis gases cheaper.

Поставлена задача вирішується тим, що спосіб утилізації відходів, які містять органічні речовини, щоThe task is solved by the fact that the method of waste disposal, which contains organic substances, which

ІЧ е) включає нагрівання відходів в термічному реакторі без доступу вільного кисню до температури 1500 - 16502С, і вивід продуктів, одержаних в результаті термічної деструкції відходів, із реактора, в якому продукти деструкції перед виведенням із нього фільтрують крізь шар твердого грудкового електропровідного теплоносія, розігрітого до температури 1427-27272С, а задану температуру в шарі забезпечують пропусканням через шарIR e) includes heating of waste in a thermal reactor without access to free oxygen to a temperature of 1500 - 16502C, and removal of products obtained as a result of thermal destruction of waste from the reactor, in which the products of destruction before removal from it are filtered through a layer of solid lumpy electrically conductive heat carrier, heated to a temperature of 1427-27272C, and the specified temperature in the layer is ensured by passing through the layer

ГФ! електричного струму, згідно винаходу, газоподібні продукти термодеструкції відходів за допомогою компресора подають до вихрової установки, в якій їх розділяють на холодний і гарячий потоки газу, причому гарячий газ о спрямовують до реактору, а холодний направляють на споживання, при цьому температуру вихідного потоку холодного газу забезпечують на рівні 400 - 10026. 6о Указані ознаки складають суть винаходу, так як є необхідними та достатніми для досягнення технічного результату. Передбачається операція швидкого охолодження газу, яка здійснюється за допомогою компресора та вихрової установки, в якій розділяють потік газу на холодний і гарячий. Холодний газ направляється на споживання, а на холодний і гарячий. Холодний газ направляється на споживання, а гарячий газ - знову в зону піролізу, тим самим підвищуючи температуру та коефіцієнт корисної дії процесу, а також зводиться до мінімуму бо можливість проскоку високотоксичних речовин, чим забезпечується екологічна безпека процесу.GF! electric current, according to the invention, the gaseous products of the thermal destruction of waste with the help of a compressor are fed to a vortex plant, in which they are divided into cold and hot gas flows, and the hot gas is sent to the reactor, and the cold gas is sent to consumption, while the temperature of the cold gas outlet flow provide at the level of 400 - 10026. 6o The specified features make up the essence of the invention, as they are necessary and sufficient to achieve a technical result. A rapid gas cooling operation is provided, which is carried out with the help of a compressor and a vortex installation, in which the flow of gas is divided into cold and hot. Cold gas is directed to consumption, and to cold and hot. Cold gas is sent for consumption, and hot gas is sent back to the pyrolysis zone, thereby increasing the temperature and efficiency of the process, as well as minimizing the possibility of leakage of highly toxic substances, which ensures the environmental safety of the process.

Причинно - наслідковий зв'язок ознак, що складають суть винаходу, і технічним результатом, що досягається і пояснюється наступним.Cause-and-effect relationship between the features that make up the essence of the invention and the technical result achieved and explained as follows.

ПрикладExample

Технічна сутність винаходу пояснюється кресленням, де на фігурі 1 надана реалізація способу: 1 - відходи, 2 - електроди, З - шар теплоносія, 4 -компресор, 5 - вихрова трубка, б - трубопровід холодного газу, 7 - трубопровід гарячого газу, 8 - реактор. Стрілками показано напрям руху газів.The technical essence of the invention is explained by the drawing, where figure 1 shows the implementation of the method: 1 - waste, 2 - electrodes, C - heat carrier layer, 4 - compressor, 5 - vortex tube, b - cold gas pipeline, 7 - hot gas pipeline, 8 - reactor. Arrows show the direction of gas movement.

Шахта реактора 8 заповнювалась відходами 1, в нижній зоні термічного реактора 8, на поду розмістили шар теплоносія 3, наприклад, шар грудкового графіту, електродами 2 підводився електричний струм і за рахунок 7/0 Джоулевого тепла шар теплоносія З розігрівся. В результаті нагрівання шару теплоносія, стовп відходів 1, завантажених у реактор 8 теж нагрівся з поступовим формуванням теплового поля. В нижній зоні реактора 8 стовп відходів 1 підплавлявся, а зверху завантажувалась свіжа сировина -- безперервно, або порціями, і таким чином здійснювався послідовно-поступовий рух відходів зверху вниз.The shaft of the reactor 8 was filled with waste 1, in the lower zone of the thermal reactor 8, a layer of coolant 3, for example, a layer of lump graphite, was placed on the floor, an electric current was supplied by electrodes 2, and due to 7/0 Joule heat, the coolant layer З heated up. As a result of the heating of the coolant layer, the column of waste 1 loaded into the reactor 8 also heated up with the gradual formation of a thermal field. In the lower zone of the reactor 8, the column of waste 1 was melted, and fresh raw materials were loaded from above - continuously or in portions, and in this way a sequential-gradual movement of waste from top to bottom was carried out.

Оскільки температура в шарі теплоносія З може сягати вище точки плавлення будь - якого з можливих неорганічних компонентів відходів, то всі неорганічні включення відходів розплавились, і в вигляді шлакового розплаву безперервно відводились із реактора 8. Таким чином, теплове забезпечення процесу, за рахунок електричного струму пронизуючого шар теплоносія 3, гарантує стабільну роботу вузла шлаковидалення при будь - якому складі відходів.Since the temperature in the layer of the coolant Z can reach above the melting point of any of the possible inorganic components of the waste, then all the inorganic inclusions of the waste melted, and in the form of a slag melt were continuously removed from the reactor 8. Thus, the heat supply of the process, due to the electric current penetrating coolant layer 3 guarantees stable operation of the slag removal unit at any waste composition.

Термічна деструкція органічної частини відходів починалась в верхній частині шахти реактора при Температурі близько 200 «С виділенням летучих, переважно в вигляді важких вуглеводнів, які рухаються в прямотоці з масою сировини. Проходячи зверху вниз послідовно ділянки з монотонно зростаючою температурою, складні органічні компоненти відходів розкладались на простіші, ії чим вище температура, тим простіші залишались сполуки. При цьому продукти низькотемпературної деструкції піддавались вторинному піролізу. Процес повного розкладання відходів на молекулярні складові закінчувався при температурі близько с 1200 «С. При вищих температурах протікала активна взаємодія твердого вуглецю з киснем відходів та паром вологи з генеруванням СО; молекулярний хлор реагував з воднем з утворенням парів НС, а сірка, реагуючи з о киснем, утворювала сірковий ангідрид 50». Відходи нагрівали до температури 1650 20.The thermal destruction of the organic part of the waste began in the upper part of the reactor shaft at a temperature of about 200 °C with the release of volatiles, mainly in the form of heavy hydrocarbons, which move in a direct current with the mass of raw materials. Passing from top to bottom successively through areas with a monotonously increasing temperature, complex organic components of waste decomposed into simpler ones, and the higher the temperature, the simpler the compounds remained. At the same time, the products of low-temperature destruction were subjected to secondary pyrolysis. The process of complete decomposition of waste into molecular components ended at a temperature of about 1200 °C. At higher temperatures, there was an active interaction of solid carbon with waste oxygen and moisture vapor with the generation of CO; molecular chlorine reacted with hydrogen to form NH vapors, and sulfur, reacting with oxygen, formed sulfuric anhydride 50". The waste was heated to a temperature of 1650 20.

Переважний склад газоподібних продуктів термодеструкції відходів після фільтрації - Но, СО, СО», НьО, НОЇ,The predominant composition of gaseous products of the thermal destruction of waste after filtration is Но, СО, СО», НОО, НОЙ,

НьЗ і ін. Фільтрація необхідна для того, щоб відокремити тверді частки від газоподібних, тому що (оо) неприпустима наявність твердих часток у вихровій трубі.NZ and others. Filtration is necessary to separate the solid particles from the gaseous ones because (oo) the presence of solid particles in the vortex tube is unacceptable.

Обладнання - це вихрова труба, що розділяє газовий потік на холодний і гарячий (немає поділу на токсичний т і нетоксичний) описана в наступних загальнодоступних джерелах інформації: юю 1. А.В. Мартьнов, В.М. Бродянский. Что такое вихревая труба? - М.: Знергия, 1976.-152 с. 2. Меркулов А.П. Вихревой зффект и его применение в технике. М: Машиностроение, 1969, 183 с. Ф 3. Мартьіновский В.С., Алексеев В.П., Исследование зффекта вихревого температурного разделения газов и ї- паров, ЖТФ, вьпп. 10, 1956, Мо 26.The equipment is a vortex tube that separates the gas flow into cold and hot (there is no division into toxic and non-toxic) described in the following publicly available sources of information: 1. A.V. Martnov, V.M. Brodyansky What is a vortex tube? - M.: Znergia, 1976.-152 p. 2. Merkulov A.P. The vortex effect and its application in technology. M: Mashinostroenie, 1969, 183 p. F 3. V.S. Mart'inovskii, V.P. Alekseev, Investigation of the effect of the vortex temperature separation of gases and vapors, ZhTP, Vypp. 10, 1956, Mo 26.

Одержаний синтез - газ відсмоктувався з реактора компресором 4 та подавався на вихрову труб у 5, в якій відбувалось розділення потоку газу на холодний і гарячий потоки. На виході утворився потік охолодженого газу, « який направлявся по трубопроводу холодного газу б до споживачів, а потік гарячих газів направлявся по трубопроводу гарячого газу 7 знову в зону піролізу, тим самим підвищуючи температуру, за рахунок чого - с підвищувався коефіцієнт корисної дії процесу та заощаджувався електричний струм. ч Таким чином, в результаті переробки відходів по запропонованому способу одержується екологічно чистий "» енергетичний газ, підвищується коефіцієнт корисної дії процесу утилізації відходів, а також нейтралізується імовірність проскоку високотоксичних речовин в навколишнє природне середовище.The obtained synthesis - gas was sucked from the reactor by compressor 4 and fed to the vortex tubes in 5, in which the gas flow was separated into cold and hot flows. At the outlet, a flow of cooled gas was formed, which was directed through the cold gas pipeline b to the consumers, and the flow of hot gases was directed through the hot gas pipeline 7 back to the pyrolysis zone, thereby increasing the temperature, due to which the efficiency of the process increased and savings were made electric current h Thus, as a result of waste processing according to the proposed method, ecologically clean energy gas is obtained, the efficiency of the waste disposal process increases, and the probability of leakage of highly toxic substances into the natural environment is neutralized.

Відповідно до приведеної вище послідовності дій, які реалізуют запропонований спосіб, здійснювали -і утилізацію відходів при характерних величинах заявленого діапазону температур і часу. В таблиці приведені с показники, що характеризують екологічну безпеку процесу в залежності від температури і часу. сл я. т со о Із таблиці видно, що з точки зору екологічної безпеки, процес необхідно вести в температурній області ко близько 200 С, при охолодженні газу за дві секунди. боIn accordance with the sequence of actions given above, which implement the proposed method, waste disposal was carried out at the characteristic values of the declared range of temperatures and time. The table shows indicators characterizing the environmental safety of the process depending on temperature and time. sl i t so o From the table it can be seen that from the point of view of environmental safety, the process must be carried out in the temperature range of about 200 C, with gas cooling in two seconds. for

Claims (1)

Формула винаходуThe formula of the invention Спосіб утилізації відходів, які містять органічні речовини, що включає нагрівання відходів у термічному реакторі без доступу вільного кисню до температури 1500-1650 С і виведення продуктів, одержаних уThe method of disposal of waste containing organic substances, which includes heating the waste in a thermal reactor without access to free oxygen to a temperature of 1500-1650 C and removing the products obtained in 65 результаті термічної деструкції відходів, із реактора, при цьому продукти деструкції перед виведенням із реактора фільтрують крізь шар твердого грудкового електропровідного теплоносія, розігрітого до температури65 as a result of the thermal destruction of waste from the reactor, while the products of destruction before removal from the reactor are filtered through a layer of solid lumpy electrically conductive coolant heated to temperature 1427-2727 оС, а задану температуру забезпечують пропусканням через шар зазначеного теплоносія електричного струму, який відрізняється тим, що газоподібні продукти термодеструкції відходів після фільтрації за допомогою компресора подають до вихрової установки, в якій їх розділяють на холодний і гарячий потоки газу, причому гарячий газ спрямовують до реактора, а холодний направляють на споживання, при цьому температуру вихідного потоку холодного газу забезпечують на рівні 400-100 20. с з (8) (ее) « ІС) (о) і - -1427-2727 oС, and the specified temperature is provided by passing an electric current through the layer of the indicated heat carrier, which differs in that the gaseous products of the thermal destruction of waste after filtering with the help of a compressor are fed to a vortex plant, in which they are separated into cold and hot gas flows, and hot gas are directed to the reactor, and the cold one is directed to consumption, while the temperature of the cold gas outlet flow is ensured at the level of 400-100 20. s with (8) (ee) « IS) (o) and - - сwith І.Й и? -І се) 1 їз 50 ІЧ е) іме) 60 б5I.Y and? -I se) 1 iz 50 IR e) ime) 60 b5