СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ БЫТОВЫХ ОТХОДОВ И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD FOR PROCESSING OF DOMESTIC WASTES AND DEVICE FOR ITS REALISATION

Изобретение относится к области химико-термической обработки, а именно к способам и устройствам для пиролиза и газификации твердых продуктов.
Известен способ переработки бытовых отходов [1], заключающийся в том, что загружают в реактор отходы, сушат их, а затем производят нагрев бытовых отходов и пиролиз в горючей газовой среде. Установка содержит вертикальный реактор в виде двух шахт, соединенных горловиной, камеру сгорания, устройство для загрузки бытовых отходов.
Наиболее близким по технической сущности является способ переработки бытовых отходов [2], заключающийся в том, что из бункера загружают в реактор измельченные бытовые отходы, производят пиролиз и газификацию бытовых отходов в расплаве солей, в емкости фильтрации пропускают продукты газификации через расплав солей. Установка для переработки бытовых отходов в соответствии с данным способом содержит устройство загрузки бытовых отходов с бункером, реактор с нагревателями, емкость фильтрации с расплавом солей и нагревателями, источник питания переменного тока, электроды.
Недостатком такого способа переработки бытовых отходов являются неполное сгорание горючих составляющих бытовых отходов и загрязненность выходных газов диоксинами вследствие присутствия кислорода воздуха в бытовых отходах.
Техническим результатом изобретения является повышение эффективности процесса пиролиза и газификации и повышение его экологичности.
Данный технический результат достигается в способе переработки бытовых отходов, заключающемся в том, что из бункера загружают в реактор измельченные бытовые отходы, производят пиролиз и газификацию бытовых отходов в расплаве солей, в емкости фильтрации пропускают продукты газификации через расплав солей, тем, что в бункер с бытовыми отходами запускают углекислый газ, перед загрузкой в реактор формируют дозу бытовых отходов, прошедшую процесс поляризации посредством электростатического поля, до операции пиролиза и газификации сначала заполняют реактор расплавом солей, переместив его из емкости с предварительно созданным расплавом солей, выдерживают нахождение расплава солей в реакторе в течение времени, необходимого для разогрева до температуры расплава солей, удаляют расплав солей из реактора, затем загружают в реактор дозу бытовых отходов, впрыскивают в реактор перегретый водяной пар, предварительно прошедший процесс поляризации посредством электростатического поля, в смеси дозы бытовых отходов с образовавшимся в результате растворения остатков расплава солей в водяном пару электролитом производят поджиг бытовых отходов посредством разрядного тока между электродами, между которыми образован высоковольтный потенциал, перемещают расплав солей из емкости с предварительно созданным расплавом солей в реактор, в емкость фильтрации впускают предварительно поляризованный посредством электростатического поля перегретый водяной пар.
Данный технический результат достигается в установке для переработки бытовых отходов, содержащей устройство загрузки бытовых отходов с бункером, реактор с нагревателями, емкость фильтрации с расплавом солей и нагревателями, источник питания переменного тока, электроды, тем, что в нее введена емкость с предварительно созданным расплавом солей, оборудованная нагревателями, в устройство загрузки бытовых отходов введены шнековый транспортер, шлюзовый затвор, шнековый толкатель, причем выход шнекового транспортера соединен с входом шлюзового затвора, выход шлюзового затвора соединен с входным отверстием бункера, шнековый толкатель расположен на выходе бункера, поддон бункера соединен первым трубопроводом с емкостью с углекислым газом; реактор соединен вторым трубопроводом со шнековым толкателем, третьим трубопроводом - с магистралью перегретого водяного пара, четвертым и пятым трубопроводами - с емкостью с предварительно созданным расплавом солей, емкость фильтрации соединена шестым трубопроводом с магистралью перегретого водяного пара, седьмым трубопроводом - с емкостью с предварительно созданным расплавом солей, восьмым трубопроводом - с реактором, в первом, втором, третьем, четвертом, пятом, шестом и седьмом трубопроводах установлены соответственно первая, вторая, третья, четвертая, пятая, шестая и седьмая заслонки, в восьмом трубопроводе установлен обратный клапан; при каждом из второго, третьего и шестого трубопроводов выполнено устройство для создания электростатического поля; электроды выполнены плоскими по форме, первый и второй электроды установлены в реакторе, третий и четвертый электроды установлены в емкости фильтрации; в установку для переработки бытовых отходов введен источник высоковольтного питания постоянного тока, первый и второй электроды предназначены для подключения к источнику высоковольтного питания постоянного тока и переключения к источнику питания переменного тока, третий и четвертый электроды подключены к источнику питания переменного тока.
В частном случае выполнения установки для переработки бытовых отходов устройство для создания электростатического поля выполнено как часть трубопровода из диэлектрического материала, например эбонита, на которой расположена кольцевая обмотка, подключенная к источнику питания постоянного тока.
Посредством запуска в бытовые отходы углекислого газа происходит вытеснение воздуха из бытовых отходов, в результате чего уменьшается количество задымленных продуктов переработки, что повышает экологичность способа переработки бытовых отходов.
При введении в реактор прошедших поляризацию в электростатическом поле бытовых отходов и перегретого водяного пара при наличии высоковольтного разряда между электродами в реакторе происходит более полная атомитазация бытовых отходов, что при пиролизе и газификации приводит к более полному превращению бытовых отходов в синтез-газ. В результате повышаются эффективность процесса переработки бытовых отходов и его экологичность.
Подобным же образом повышается эффективность и экологичность процесса переработки бытовых отходов при запуске в емкость фильтрации поляризованного в электростатическом поле перегретого водяного пара за счет атомитазации недоработанных продуктов пиролиза и газификации.
На фиг.1 представлен общий вид установки для переработки бытовых отходов, на фиг.2 - вид устройства для создания электростатического поля.
Установка для переработки бытовых отходов (фиг.1) содержит устройство 1 для загрузки бытовых отходов со шнековым конвейером 2, бункером 3, шлюзовым затвором 4, шнековым толкателем 5, реактор 6 с нагревателями 7 и электродами 8, 9, содержащую нагреватели 10 емкость 11 с предварительно созданным расплавом солей, емкость фильтрации 12 с нагревателями 13 и электродами 14, 15.
Электроды 8, 9, 14, 15 выполнены плоскими с наибольшим распространением их поверхностей в объемах реактора 6 и емкости фильтрации 12.
Для наблюдения за процессами в реакторе 6 в нем может быть выполнено смотровое окно, выполненное из ситалла.
В устройстве 1 для загрузки бытовых отходов вход шнекового конвейера 2 соединен с емкостью 16 с бытовыми отходами, выход шнекового конвейера 2 соединен с входом шлюзового затвора 4, выход которого соединен с входным отверстием бункера 3. Емкость 17 с углекислым газом соединена первым трубопроводом 18 с поддоном 19 бункера 3. Выходное отверстие бункера 3 соединено со шнековым толкателем 5. Шнековый конвейер 2 и шнековый толкатель 5 приводятся в действие посредством электродвигателей.
Реактор 6 соединен вторым трубопроводом 20 со шнековым толкателем 5, третьим трубопроводом 21 - с магистралью перегретого водяного пара 22, четвертым 23 и пятым 24 трубопроводами - с емкостью 11 с предварительно созданным расплавом солей.
Емкость фильтрации 12 соединена шестым трубопроводом 25 с магистралью перегретого водяного пара 22, седьмым трубопроводом 26 - с емкостью 11 с предварительно созданным расплавом солей, восьмым трубопроводом 27 - с реактором 6.
В первом 18, втором 20, третьем 21, четвертом 23, пятом 24, шестом 25 и седьмом 26 трубопроводах установлены заслонки соответственно 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34. В восьмом трубопроводе 27 установлен обратный клапан 35.
К емкости фильтрации 12 подсоединены девятый трубопровод 36 с заслонкой 37 для выпуска синтез-газа и десятый трубопровод 38 с заслонкой 39 для слива отработанного расплава солей. С емкостью 11 с предварительно созданным расплавом солей соединен одиннадцатый трубопровод 40 с заслонкой 41 для слива отработанного расплава солей. Люк 42 в емкости 11 с предварительно созданным расплавом солей предназначен для загрузки солей, например NaCl и KCl.
Во втором трубопроводе 20 выполнено устройство 43 для создания электростатического поля, в третьем трубопроводе 21 - устройство 44 для создания электростатического поля, в шестом трубопроводе 25 - устройство 45 для создания электростатического поля.
Нагреватели 7, 10, 13, электроды 14,15 запитываются от сети переменного тока 220 В 50 Гц.
Электроды 8, 9 через переключатель подключены либо к высоковольтному источнику питания постоянного тока напряжением, например 1000 В, либо при переключении - к сети переменного тока 220 В 50 Гц.
Устройство 43 для создания электростатического поля (фиг.2) выполнено как часть 46 трубопровода 20, на которой расположена катушка 47 с кольцевой обмоткой 48, выводы «а» и «б» которой подключены к источнику питания постоянного тока напряжением, например 27 В.
В качестве материала части 46 трубопровода 20 может быть применен такой диэлектрик, как эбонит.
Аналогично с устройством 43 выполнены устройства 44, 45 для создания электростатического поля.
Установка для переработки бытовых отходов (фиг.1) в соответствии со способом переработки отходов работает следующим образом. В емкость 11 через люк 42 засыпают соли NaCl, KCl и посредством нагревателей 10 доводят их до расплава при температуре 800-900°С. Открывая заслонку 34 в седьмом трубопроводе 26, перемещают в емкость фильтрации 12 часть расплава солей, поддерживая его температуру в вышеуказанных пределах с помощью нагревателей 13.
Предварительно измельченные до фракций размером не более 20 мм с помощью установки для подготовки бытовых отходов из емкости 16 бытовые отходы посредством шнекового конвейера 2 подаются в шлюзовый затвор 4, через который бытовые отходы перемещаются в бункер 3. После заполнения бункера 3 бытовыми отходами шнековый конвейер 2 и шлюзовый затвор 4 останавливаются. Открывают заслонку 28 в первом трубопроводе 18, из емкости 17 подают в поддон 29 бункера 3 углекислый газ, который, заполняя пустоты в бытовых отходах, вытесняет воздух из бункера 3.
Далее включается шнековый толкатель 5, который работает в течение времени, достаточном для создания пробки из бытовых отходов в пространстве до заслонки 29. Пробка из бытовых отходов препятствует выходу продуктов переработки из реактора 6.
Следующим шагом открывают заслонку 31 в четвертом трубопроводе 23 и сливают расплав солей в реактор 6, выдерживают нахождение расплава солей в реакторе 6 в течение времени, необходимого для разогрева реактора 6 до температуры расплава солей, используя включение нагревателей 7. Закрывают заслонку 31, открывают заслонку 32 в пятом трубопроводе 24, сливают расплав солей в емкость 11, закрывают заслонку 32.
Затем заслонку 29 открывают, доза бытовых отходов перегружается в реактор 6. Так как бытовые отходы состоят в основном из материалов, относящимся к неполярным диэлектрикам, а находящаяся в бытовых отходах вода относится к полярным диэлектрикам, то при прохождении бытовых отходов через устройство 43 для создания электростатического поля, в котором за счет протекания тока через обмотку 48 создаваемого от источника питания постоянного тока происходит поляризация зарядов выполненного из эбонита трубопровода 20, все диэлектрики в бытовых отходах поляризуются и на их концах концентрируются поляризованные заряды.
Закрывают заслонку 29, открывают заслонку 30 в третьем трубопроводе 21. Перегретый водяной пар из магистрали 22 проходит через устройство 44 для создания электростатического поля и, как диэлектрик, электризуется и поступает в реактор 6, где растворяет остаток расплава солей с образованием электролита. Заслонку 30 закрывают.
Так как на электроды 8, 9 подано постоянное напряжение 1000 В, а между ними находятся наэлектризованные материалы во взвеси с электролитом, начинается процесс течения тока между электродами 8, 9 и происходит процесс бескислородного поджига бытовых отходов, в результате чего температура в реакторе 6 достигает таких высоких значений, при которых молекулы воды распадаются на атомы водорода и кислорода, при сгорании бытовых отходов выделяется углерод, происходят реакции взаимодействия углерода с кислородом и водородом. Открывают заслонку 31 в четвертом трубопроводе 23 и из емкости 11 с предварительно созданным расплавом солей через сопловые блоки в верхней части реактора 6 расплав солей переливают в реактор 6, а заслонку 31 закрывают, отключают электроды 8, 9 от источника высоковольтного питания постоянного тока и подключают их к сети переменного тока, открывают заслонку 30 в третьем трубопроводе 21 и впускают наэлектризованный перегретый водяной пар в реактор 6.
В результате в реакторе 6 в расплаве солей происходит процесс пиролиза и газификации несгоревших остатков бытовых отходов. Образующиеся газы через обратный клапан 35 и восьмой трубопровод 27 направляются в емкость фильтрации 12, в которую, открыв заслонку 38 трубопровода 25, впускают перегретый водяной пар, прошедший процесс поляризации при прохождении через устройство 45 для создания электростатического поля. Проходя через расплав солей в присутствии атомарного водорода и атомарного кислорода, образовавшихся в результате разложения в высокотемпературной среде поляризованных молекул воды, газ очищается от диоксинов и в виде чистого синтез-газа подается потребителю через открытую заслонку 37 в трубопроводе 36.
Электроды 8, 9, когда на них подают напряжение от сети переменного тока 220 В частотой 50 Гц, служат для нагревания расплава солей в реакторе 6 путем прохождения через расплав солей тока между электродом 8 и электродом 9.
Аналогичным образом для нагревания расплава солей в емкости фильтрации 12 служат электроды 14, 15.
Через смотровое окно в реакторе 6 можно наблюдать за процессом химико-термической переработки бытовых отходов и на этой основе управлять им. Расплав солей, загрязненных шлаками, можно сливать из емкости 11 через трубопровод 40 и из емкости фильтрации 12 через трубопровод 38.
Так как процесс переработки бытовых отходов дополнен операциями вытеснения воздуха из бытовых отходов и замещения его углекислым газом, сжигания бытовых отходов в созданной между электродами 8, 9 высокотемпературной средой, пиролиза и газификации в растворе солей со средой атомизированного водорода и атомизированного кислорода, фильтрации в расплаве солей со средой атомизированного водорода и атомизированного кислорода, то повышается эффективность процесса переработки бытовых отходов вследствие более полной их переработки, повышается экологичность технологии переработки бытовых отходов вследствие отсутствия диоксинов в выходных газообразных продуктах.
Источники информации
1. Патент Украины №25813 А, МКИ F23G 5/027. Способ термической переработки твердых органических отходов и установка для его осуществления. 1999 г.
2. Патент Украины №57984 С2, МКИ F23G 5/027. Установка для пиролиза отходов. 2003 г.