способ переработки отходов

Формула изобретения

Способ переработки отходов, включающий загрузку отходов в реактор, их нагрев при помощи сжигания газообразного топлива, отличающийся тем, что первоначально посредством наружного нагрева реактора до температуры 350-500°С за счет сжигания 2-5% природного газа осуществляют запуск реактора, после чего природный газ отключают и к горелкам нагревательной печи принудительно при помощи насоса подводят продукт переработки отходов - несконденсировавшийся горючий газ и одновременно с этим при помощи кольцевого канала в реактор подают смесь газов в основном СО₂ - продукта сгорания природного газа и несконденсировавшегося газа и водяного пара, при этом соотношение в смеси СО ₂ и водяных паров, подаваемой в реактор, принимают равным от 2:1 до 6:1.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии переработки отходов и может быть использовано для переработки резиновых отходов, пластмассовых изделий, мусора и др. с уменьшенным количеством вредных выбросов.

Известен способ и устройство для получения бензина, дизельного топлива и сажи из отходов резины и/или отходов пластмассовых изделий. См. патент РФ №2142494. Публ. 10.12.99 г. Устройство содержит пиролизный аппарат, в который через питатель загружают исходные материалы, после чего в аппарате винтовой мешалкой материалы перемешиваются и подаются в аппарат каталитического крекинга, причем аппарат для десульфирования или дехлорирования включает абсорбционный аппарат, содержащий основание и абсорбционный аппарат с неподвижным слоем катализатора.

Известное устройство работает следующим образом. После загрузки исходных материалов и завершения пиролизной реакции получившуюся сажу удаляют спиральной мешалкой из пиролизного реакционного сосуда. Другие получившиеся вещества газовой фазы, имеющие более низкую молекулярную массу, подвергают в резервуаре десульфированию, и/или денитрации, и/или дехлорированию. Оставшаяся сера, азот и хлор удаляются при прохождении через неподвижный слой катализатора, при этом одновременно проводится первичный каталитический пиролиз. Материалы газовой фазы помещают в аппарат для каталитического крекинга. Вещества, полученные каталитическим крекингом, разделяют, получая желаемые продукты. Винтовая мешалка, расположенная в пиролизном реакторе, согласно изобретению снижает коксование реагирующих веществ и усиливает проводимость тепла. В изобретении используется специальный катализатор, увеличивающий срок его службы.

К недостаткам известного устройства и технологии переработки отходов можно отнести сложность конструкции установки, ограниченные технологические возможности и возможность загрязнения атмосферы.

Известен способ переработки резиновых отходов и устройство для его осуществления - прототип. См. описание изобретения к заявке №95107474 от 15.05.95 года «Способ переработки резиновых отходов».

Устройство для реализации способа переработки резиновых отходов содержит камеру с заслонками, реактор с решеткой, парогенератор с пароперегревателем, который с помощью крана и трубопровода соединен с реактором, паропровод выхода продуктов разложения с краном, холодильник для отделения масла, трубопровод и эжектор для подачи твердых продуктов разложения, охладитель, сепаратор, накопитель металла, пресс, насос, шлюзовую камеру, теплообменник, горелку, транспортер, емкость для масла, датчик температуры. В шлюзовую камеру при открытой заслонке подают резиновые отходы, которые при открывании промежуточной заслонки при закрытой шлюзовой камере попадают в реактор и задерживаются на его решетке. Затем в реактор подают перегретый водяной пар (300-500°С). Пар нагревает отходы, которые разлагаются с выделением летучих (газообразных), которые в смеси с паром поступают по трубопроводу в холодильник, где за счет охлаждения конденсируется масло, а газовую составляющую направляют в эжектор, где последняя смешивается с потоком перегретого водяного пара. Полученная смесь поступает в реактор. Твердые продукты разложения отходов подаются в дробилку, где их размалывают, затем в размолотые отходы подают насыщенный водяной пар, который охлаждает продукты разложения, а сам нагревается и подается в эжектор и сепаратор, где происходит отделение металла от углеродистого остатка. Металл при помощи транспортера из сепаратора подают в накопитель, а углеродистый остаток в пресс. Одновременно из холодильника в пресс подают газы, которые, проходя через теплообменник, нагреваются и, проходя через смесь углеродистого остатка, нагревают ее до температуры 100-500°С. Далее газы попадают в газо-мазутную горелку, где сжигаются, а нагретая спрессованная в брикеты масса подается в накопитель. Масло, выделяемое в холодильнике, насосом подается накопитель и в топливную смесь и горелку, обеспечивающую работу парогенератора. Масло с помощью насоса подают в шлюзовую камеру, куда одновременно подают очередную порцию отходов.

Известная конструкция устройства и технология переработки отходов - достаточно сложная, имеет большую энергоемкость.

Задачей настоящего изобретения является устранение недостатков прототипа, в частности расширение технологических возможностей устройства, уменьшение вредных выбросов в атмосферу, снижение энергоемкости процесса и упрощение технологии переработки отходов.

Поставленная изобретением задача достигается тем, что первоначально, посредством наружного нагрева реактора до температуры 350-500°С за счет сжигания 2-5% природного газа, осуществляют запуск реактора, после чего природный газ отключают и к горелкам нагревательной печи принудительно при помощи насоса подают продукт переработки отходов - несконденсировавшийся горючий газ и одновременно с этим при помощи кольцевого канала в реактор подают смесь газов - в основном СО₂-продукта сгорания природного газа и несконденсировавшегося газа и водяного пара, при этом соотношение в смеси газа СО₂ и водяных паров, подаваемых в реактор, принимают равным от 2:1 до 6:1.

Признаки выполнения способа, заключающиеся в том, что первоначально, посредством наружного нагрева реактора до температуры 350-500°С за счет сжигания 2-5% природного газа, осуществляют запуск реактора, после чего природный газ отключают и к горелкам нагревательной печи принудительно при помощи насоса подают продукт переработки отходов - несконденсировавшийся горючий газ и одновременно с этим при помощи кольцевого канала в реактор подают смесь газов в основном СО₂-продукта сгорания природного газа и несконденсировавшегося газа и водяного пара, при этом соотношение в смеси газа СО₂ и водяных паров, подаваемых в реактор, принимают равным от 2:1 до 6:1, являются признаками новыми, неочевидными, промышленно выполнимыми и направлены на достижение поставленной изобретением технической задачи уменьшения вредных выбросов в атмосферу, снижения энергоемкости процесса и упрощение технологии переработки отходов. Так, закольцованная подача в реактор выходящих из нагревательной печи газов, смешиваемых в процессе прохождения по кольцевому каналу с водяными парами в соотношении от 2:1 до 6:1, обеспечивает взрывобезопасность выполнения операций при переработке отходов и дополнительно создает условия для более полной переработки отходов и более интенсивного выделения газов, несконденсировавшаяся часть которых вновь поступает на нагрев реактора.

На чертеже схематично представлено устройство для осуществления предлагаемого способа.

Устройство, осуществляющее предлагаемый способ переработки отходов, состоит из транспортерного загрузчика 1, реактора 2, размещенного в полости 3 нагревательной печи 4. Подогреватель 5 пара и газа смонтирован с возможностью охвата кольцевого канала 6 (трубопровода), выводящего из нагревательной печи отработанные газы, в основном СО ₂, и трубопровода 7 подачи первоначально в канал 6, а затем в реактор 2 водяного пара, смешанного с отработанными газами нагревательной печи 4. Кольцевой канал 6 с одной стороны соединен с полостью 3 нагревательной печи 4, а с другой стороны с полостью реактора 2. Через нагреватель 5 проходит кольцевой канал 6 и трубопровод 7 подвода водяного пара, при этом трубопровод 7 соединен с кольцевым каналом 6 после выхода обоих трубопроводов (канала 6 и трубопровода 7) из нагревателя 5. Трубопровод 8 соединяет реактор 2 с конденсатором 9 паров газов, который на выходе из конденсатора 9 соединен с емкостью 10 для сбора конденсата. Для снижения температуры, охлаждающей конденсатор жидкости (например, тосола), конденсатор 9 снабжен холодильником 11 с компрессором 12 и насосом 13 для циркуляции охлаждающей жидкости. Емкость 10 для сбора конденсата связана с гидравлическим затвором 14, обеспечивающим улавливание и отделение газовой составляющей от ее мелких частиц, и сепаратором 15. Гидравлический затвор 14 при помощи трубопровода 16 связан с насосом 17 механизма подачи газа к горелкам нагревательной печи. Сепаратор 15 связан трубопроводами с емкостями для воды 18, накопительным резервуаром 19 для хранения углеродного продукта, который, в свою очередь, связан с фракционной колонкой 20 и емкостями 21 для разделенных видов продукции. Трубопровод 6 снабжен двумя датчиками СО₂ - датчиком 22 на выходе и датчиком 23 на входе. Трубопровод 16 подачи несконденсировавшегося газа, кольцевой канал 6 подачи углекислого газа СО ₂ и трубопровод 24 подачи природного газа снабжены блоком управления 25, при помощи которого осуществляется своевременная подача или отключение от подачи соответствующего газа. Блок управления 25 связан также с управляемым клапаном 26, датчиками СО ₂ - 22 и 23 и насосом 17. Температура в реакторе 2 и в нагревателе 5 контролируется при помощи термодатчиков 27, 28, связанных с блоком управления 25.

Предлагаемый способ переработки отходов осуществляется следующим образом.

В реактор 2 загружается заданное количество отходов при помощи транспортерного загрузчика 1. Реактор 2 герметично закрывается. Для того чтобы запустить реактор 2, необходимо его нагреть до температуры 300-500°С. Для этого в нагревательную печь 4 по каналу 24 через форсунки (на чертеже не показаны) подается 2-5% природный газ для подогрева находящегося в полости нагревательной печи 4 реактора 2 и его запуска. При сгорании углеводородного природного газа в полости нагревательной печи 4 происходит получение инертного негорючего газа СО₂ - углекислого газа, который отводится из нагревательной печи по кольцевому каналу 6. В реакторе 2 осуществляется пиролиз отходов с образованием, в том числе паров углеводородного газа, несконденсировавшаяся часть которого после прохождения конденсатора 9, емкости 10 для сбора конденсата и гидравлического затвора 14 насосом 17 подается на сжигание в нагревательную печь 4 для поддержания температуры нагрева реактора 2 в заданных пределах. Перед зажиганием газа в форсунках в нагревательной печи 4 при помощи блока управления 25 включается насос 17 для забора несконденсировавшихся горючих паров углеводородного газа с гидравлического затвора 14 с подачей под давлением газа на форсунки в нагревательную печь 4. Одновременно при включении насоса 17 происходит забор и подача образовавшегося в полости реактора 2 газа. При этом из полости нагревательной печи 4 выходит нагретый до температуры 400-500°С газ СО₂ и по кольцевому замкнутому каналу 6, на котором установлено два датчика определения содержания СО₂, перемешивается с водяным паром и подается в реактор 2. При помощи датчика 22 определяется количество выходящего из нагревательной печи 4 газа СО ₂, а при помощи датчика 23 определяется количество входящего в реактор 2 газа, смешанного с водяными парами. Водяной пар, проходя по каналу 7 через подогреватель 5, нагревается до температуры 400-500°С, смешивается с подогретым выходящим из нагревательной печи 4 газом СО₂ и подается в реактор 2. Общее количество СО₂ в смеси должно быть 65-83,3 об. (соотношение от 2:1 до 6:1), потому как максимальное содержание газообразных продуктов при термическом разложении отходов с подачей инертных газов ограничивается пределами взрывоопасности таких смесей. Известно (см. Теоретические основы теплотехники. Справочник. Под общей редакцией А.В.Григорьева, В.М.Зорина - 2-ое издание, переработанное. - М. Энергоатомиздат, 1988 год, с.378, табл.7.17), что добавка негорючих газов СО ₂ к горючему газу в определенных соотношениях приводит к исключению возможности зажигания таких смесей. Поскольку в газообразных продуктах (после выделения нефти) содержится в основном метан и его гомологи, то минимальная добавка СО ₂ с целью исключения воспламенения или взрыва составляет 83,3 об. от объема газообразных продуктов, выделяемых отходами в реакторе. Такая цепочка работы пиролизного реактора способствует быстрому внешнему обогреву реактора и подаче в полость реактора газа СО₂, который также обеспечивает внутренний подогрев и одновременно снижает взрывоопасность таких смесей. При достижении в реакторе температуры 300°С начинается минимальная деструкция отходов с повышением температуры отходов до рабочей 400-500°С, происходит максимальная деструкция отходов и максимальный выход газообразных продуктов. Выделенный из отходов газ по трубопроводу 8 поступает в конденсатор 9. Проходя через змеевик конденсатора 9, газообразная смесь конденсируется в синтетическую нефть, которая стекает в емкость 10 для сбора конденсата, а остатки несконденсировавшихся газов после конденсатора 9 выходят из емкости 10 и поступают в гидравлический затвор 14. Далее газообразная смесь по трубопроводу 16 под давлением, создаваемым насосом 17, подается на форсунки нагревательной печи 4. Синтетическая нефть из емкости 10 для сбора конденсата подается в сепаратор 15, где происходит разделение на нефть и воду. Затем вода из емкости 18 очищается и поступает по трубопроводу через подогреватель для получения водяного пара. Накопленная в резервуаре 19 нефть передается во фракционную колонку 20, где и происходит ее разложение на фракции, бензин, керосин, солярку, мазут и др.

На заключительном этапе переработки отходов количество несконденсировавшегося газа, подаваемого на форсунки нагревательной печи, снижается и процесс прекращается. Производится удаление отходов из реактора и осуществляется последующая загрузка реактора. Далее работа предлагаемого устройства продолжается с подачи на форсунки нагревательной печи природного газа.

Конкретный пример осуществления предлагаемого способа

В реактор 2 лабораторной установки для переработки отходов загрузили 2 кг резиновых отходов, в основном куски изношенных автопокрышек. Реактор 2 герметично закрыли и включили подачу 4,5%-ного природного газа на нагрев реактора 2. По датчику температуры 27 отследили достигнутую температуру реактора 2 в 500°С. При этом из полости нагревательной печи 4 по кольцевому каналу 6 начал выходить газ СО₂, который, пройдя через нагреватель 5, нагревался до температуры 500°С и далее в канале 6 смешивался с водяными парами, поступающими по трубопроводу 7. Датчик 22 на выходе кольцевого канала 6 из нагревательной печи 4 показывал содержание СО₂ в канале равным 96%, а датчик 23 показывал количество СО ₂ на входе в реактор, равное 74%, т.е. соотношение CO ₂ к водяному пару составляло 3:1. Такая смесь была взрывобезопасной. Одновременно включенный насос 17 начал подавать несконденсировавшийся в конденсаторе 9 и прошедший через гидравлический затвор 14 горючий газ к форсункам нагревательной печи 4. Подаваемого к форсункам нагревательной печи 4 несконденсировавшегося горючего газа было достаточно для поднятия и поддержания температуры в реакторе 2 в пределах 500-540°С. Реактор был запущен на самостоятельную работу. Подачу природного газа на нагрев реактора 2 отключили. В реакторе 2 под воздействием температуры происходил пиролиз отходов резины, в результате чего газообразные продукты пиролиза по трубопроводу поступали в конденсатор 9, в котором, проходя по змеевику, конденсировались в синтетическую нефть, которая стекала в емкость для сбора конденсата 10. Синтетическая нефть из емкости 10 подавалась в сепаратор 15, в котором от нефти отделяли воду. В результате переработки 2 кг резиновых отходов было получено 1,0 кг синтетической нефти. Время работы реактора по переработке отходов составило 3 часа 14 минут. Окончанием процесса переработки резиновых отходов послужило прекращение горения несконденсировавшегося газа в форсунках нагревательной печи 4 вследствие уменьшения его количества.

Предлагаемый способ позволит перерабатывать не только отработанные резинотехнические изделия, но и бытовые отходы.

В настоящее время автором осуществляется разработка технической документации на предлагаемое устройство, после чего будет решаться вопрос об организации производства переработки отходов.