способ переработки органических отходов

Формула изобретения

Способ переработки органических отходов, включающий стадию газификации путем обработки органических отходов газифицирующим агентом с получением синтез-газа и твердых неорганических продуктов, стадию очистки и компримирования синтез-газа, стадию синтеза жидких углеводородов каталитической переработкой синтез-газа в двух реакционных зонах, при этом в первой реакционной зоне расположен катализатор, оксидная часть которого и кислотный компонент находятся в смешанной или раздельной комбинации, а во второй реакционной зоне расположен кислотный катализатор, содержащий цеолит со структурой ZSM-5 или ZSM-11, стадию сепарации жидких углеводородов до моторного топлива, стадию утилизации сепарированных продуктов, при этом каталитическую переработку синтез-газа проводят в первой реакционной зоне при температуре 160-420°С и давлении 2-100 атм, а во второй реакционной зоне при температуре 300-500°С и давлении 2-100 атм, отличающийся тем, что в качестве органических отходов используют отходы лесозаготовок и деревообрабатывающих предприятий, стадию газификации отходов ведут в прямоточном режиме путем пиролиза, окисления и восстановления с получением генераторного газа, в качестве газифицирующего агента используют пиролизные газы, образующиеся в результате кондуктивного нагрева органических отходов генераторным газом, а также газы сдувок после сепарации продуктов реакций, окисление осуществляют воздухом, обогащенным кислородом, в восстановительную зону дополнительно вводят древесный уголь с температурой 500-550°С, содержащий селективный катализатор, твердые органические отходы после газификации сепарируют на золу и рециркулирующий селективный катализатор, а физическое тепло отходящего генераторного газа рекуперируют для предварительной сушки отходов лесозаготовок до влагосодержания 25-30%.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области утилизации лигносодержащих отходов, в частности отходов лесозаготовительной и деревообрабатывающей промышленности, путем их газификации с последующим каталитическим превращением полученного синтез-газа в жидкие моторные топлива.

Известен способ переработки отходов, включающий их газификацию при 350-1000°С и обработку газифицирующим агентом до содержания органических веществ в отходах ниже 100 г/т. Далее полученную газовую смесь подвергают расщеплению при 950-1050°С в течение 1 с на низкомолекулярные соединения или элементы, которые вводят в воду при 200-800°С для разделения на синтез-газ и низкомолекулярные соединения. Синтез-газ обрабатывают в присутствии катализатора с получением жидких углеводородов или спиртов, газообразных углеводородов и двуокиси углерода, см. Патент RU № 2014346, МПК 5 C10J 3/00, 1994.

Описанный способ требует больших энергетических затрат, к тому же для поддержания теплового баланса процесса газификации органических отходов в конвертер подают кислород и водород, полученные путем электролиза воды, который является весьма дорогим процессом.

Известен также способ переработки органических отходов, включающий стадию плазмотермической газификации путем обработки отходов газифицирующим агентом в присутствии горючего газа с получением газовой смеси (синтез-газа) и твердых неорганических продуктов, каталитическую переработку синтез-газа в газообразные и жидкие углеводороды, полученный после газификации синтез-газ или синтез-газ вместе с жидкими органическими отходами, подают в реактор синтеза углеводородов и подвергают превращению на бифункциональном катализаторе, содержащем оксиды цинка и хрома, хрома и меди в комбинации с кислотным компонентом - цеолитом типа ZSM-5, морденитом или силикоалюмофосфатом, в жидкие моторные топлива или жидкие моторные топлива и компоненты базы масел. Процесс в реакторе синтеза углеводородов проводят при давлении 2-100 атм и температуре 200-500°С, а газообразные побочные продукты, получаемые на стадии синтеза углеводородов, используют на стадии газификации или направляют в топливную сеть предприятия, см. Патент RU № 2217199, МПК 7 A62D 3/00, C02F 11/00, 2003.

Недостатком данного способа является то что, плазмотермическая газификация требует больших энергетических затрат.

Наиболее близким к предлагаемому способу по своей сущности является способ переработки органических отходов, включающий: стадию плазменной газификации с температурой не меньше 1300°С, путем обработки отходов газифицирующим агентом, содержащим кислород и водяной пар с получением синтез-газа и твердых неорганических продуктов, стадию очистки и компримирования синтез-газа, стадию синтеза жидких углеводородов каталитической переработкой в двух реакционных зонах, при этом в первой реакционной зоне расположен катализатор, оксидная часть которого и кислотный компонент находятся в смешанной или раздельной комбинации, а во второй реакционной зоне расположен кислотный катализатор, содержащий цеолит со структурой ZSM-5 или ZSM-11, стадии сепарации жидких углеводородов до моторного топлива, стадию утилизации сепарированных продуктов, при этом процесс в реакторе синтеза проводят в первой реакционной зоне при температуре 160-420°С и давлении 2-100 атм, а во второй реакционной зоне при температуре 300-500°С и давлении 2-100 атм, см. Патент RU № 2333238, МПК C10J 3/16 (2006.01), В09В 3/00 (2006.01), C02F 11/00 (2006.01), 2008.

Основными недостатками данного способа являются: высокая температура плазменной газификации, вызывающая повышенный износ высокотемпературных материалов при переносе тепла через стенки реактора; высокие энергетические затраты, обусловленные плазменной газификацией.

Задачей данного способа является сокращение энергетических затрат при переработке органических отходов.

Техническая задача решается способом переработки органических отходов, включающим стадию газификации путем обработки органических отходов газифицирующим агентом, с получением синтез-газа и твердых неорганических продуктов, стадию очистки и компримирования синтез-газа, стадию синтеза жидких углеводородов каталитической переработкой синтез-газа в двух реакционных зонах, при этом в первой реакционной зоне расположен катализатор, оксидная часть которого и кислотный компонент находятся в смешанной или раздельной комбинации, а во второй реакционной зоне расположен кислотный катализатор, содержащий цеолит со структурой ZSM-5 или ZSM-11, стадию сепарации жидких углеводородов до моторного топлива, стадию утилизации сепарированных продуктов, при этом каталитическую переработку синтез-газа проводят в первой реакционной зоне при температуре 160-420°С и давлении 2-100 атм, а во второй реакционной зоне при температуре 300-500°С и давлении 2-100 атм, в котором в качестве органических отходов используют отходы лесозаготовок и деревообрабатывающих предприятий, стадию газификации отходов ведут в прямоточном режиме путем пиролиза, окисления и восстановления с получением генераторного газа, в качестве газифицирующего агента используют пиролизные газы, образующиеся в результате кондуктивного нагрева органических отходов генераторным газом, а также газы сдувок после сепарации продуктов реакций, окисление осуществляют воздухом, обогащенным кислородом, в восстановительную зону дополнительно вводят древесный уголь с температурой 500-550°С, содержащий селективный катализатор, твердые органические отходы после газификации сепарируют на золу и рециркулирующий селективный катализатор, а физическое тепло отходящего генераторного газа рекуперируют для предварительной сушки отходов лесозаготовок до влагосодержания 25-30%.

Решение технической задачи позволяет сократить энергетические затраты при переработке органических отходов.

Способ осуществляют следующим образом, см. Фиг.1: в бункер 1 загружают отходы деревообработки, которые поступают в сушильную камеру 2 для предварительной сушки до влагосодержания 25-30%.

Обработку органических отходов ведут газифицирующим агентом, с получением синтез-газа и твердых неорганических продуктов.

Стадию газификации отходов ведут в прямоточном режиме, при этом отходы деревообработки шнековым дозатором 3 подают в газогенератор 4, в котором в средней части находится зона пиролиза 5. Пиролиз отходов осуществляют при температуре 450-500°С. В результате процесса пиролиза получают пиролизные газы, которые направляют в зону окисления 6. Для осуществления процесса окисления пиролизных газов через форсунки 7 поступает окислитель, в качестве которого используют воздух, обогащенный кислородом, подаваемый газодувкой 8 через сепаратор воздуха (обогатитель воздуха кислородом) 9. Далее продукты окисления подают в зону восстановления 10. В зону восстановления шнековым транспортером 12 дополнительно подают древесный уголь с температурой 500-550°С, смешанный с селективным катализатором, последний способствует увеличению образования оксида углерода за счет ускорения реакции взаимодействия угля с двуокисью углерода, содержащегося в генераторном газе.

Древесный уголь вырабатывается в установке углежжения (УУ) 13. Генераторный газ, образовавшийся в зоне восстановления 10, кондуктивно нагревает стенки зоны пиролиза 5 газогенератора 4. В зону окисления 6 через форсунки 14 вводят газы сдувок и легкие углеводороды. В нижней части камеры находится гибкий шнековый транспортер 11 для сепарации золы от селективного катализатора и подачи последнего на рециркуляцию. Далее генераторный газ подают в циклон 15 для очистки от золы и затем в систему охлаждения: вначале в рекуперативный теплообменник 16, работающий по принципу «газ-газ», охлаждаемый воздухом с помощью вентилятора 17, затем в холодильник 18, охлаждаемый оборотной водой. Затем генераторный газ подают в рукавный фильтр 19, где происходит дополнительная очистка от золы. Далее его подают в сепаратор 20 для выделения из него примесей (метана, двуокиси углерода, воды), которые поступают через форсунки 14 в зону окисления 6. Полученный синтез-газ сжимается компрессором 33 и подается в реактор 21 для его каталитической переработки. В первой реакционной зоне процесс протекает на катализаторе, содержащем оксиды цинка и хрома в комбинации с кислотным компонентом-цеолитом типа ZSM-5, при температуре 160-420°С и давлении 2-100 атм. Газовая смесь после первой реакционной зоны поступает во вторую реакционную зону и контактирует с кислотным многофункциональным катализатором-цеолитом при температуре 300-500°С и давлении 2-100 атм. Полученные продукты реакции охлаждают вначале в рекуперативном теплообменнике 22, затем оборотной водой в холодильнике 23, после чего они поступают в сепаратор высокого давления (СВД) 24, а затем в сепаратор низкого давления (СНД) 25 и в отстойник 26. В отстойнике 26 из нестабильной бензиновой фракции выделяют воду, которую собирают в емкости для оборотной воды 27. Далее из воды выделяют метан, который поступает в линию сдувочных газов 28. Бензиновую фракцию направляют в выпарной аппарат 29 для сепарации легких углеводородов. Из выпарного аппарата 29 бензиновую фракцию при помощи жидкостного насоса 30 собирают в сборнике готовой продукции 31. В эжекторе 32 синтез-газ эжектируют рециркулирующим газом с помощью компрессора 33.

Сдувочные газы с сепараторов 24, 25 и с отстойника 27, а также легкие углеводороды с выпарного аппарата 29, выделяемые в ходе процесса, направляют через форсунки 14 в газогенератор 4 в зону окисления 6.

В сушильной камере 2 осуществляют конвективную сушку древесных отходов теплоносителем, получаемым в рекуперативном теплообменнике 16.

Влагосодержание должно быть на уровне 25-30%: если будет меньше 25%, то в синтез-газе уменьшится содержание водорода, если будет больше 30%, то синтез-газ получится с повышенным влагосодержанием.

Температура дополнительно вводимого древесного угля поддерживается на уровне 500-550°С. При температуре меньше 500°С, ухудшаются условия для проведения восстановительной реакции. При температуре больше 550°С усложняется аппаратурное оформление процесса подачи древесного угля.

Таким образом, заявляемый объект позволяет сократить энергетические затраты при переработке органических отходов.