Способ и устройство для производства строительных конструкций при утилизации полимерных компонентов коммунальных и промышленных отходов
METHOD AND DEVICE FOR THE PRODUCTION OF BUILDING STRUCTURES IN RECYCLING OF POLYMER COMPONENTS OF MUNICIPAL AND INDUSTRIAL WASTE

Предлагаемое изобретение относится к охране окружающей среды и может быть использовано для переработки и утилизации полимерных компонентов коммунальных и промышленных отходов, а именно производства элементов строительных конструкций.
Известен способ эффективной утилизации органических компонентов городских и промышленных отходов, включающий: измельчение и смешивание органических компонентов городского и промышленного мусора с добавкой торфа или древесных отходов; нагревание шихты в шнековом подогревателе дымовыми газами, поступающими из тепловой рубашки реактора, в результате чего шихта приобретает вид пасты, дегазацию шихты в дегазаторе с выделением первичного газа, непрерывную подачу шнековым питателем гранулированной шихты в реактор для проведения процесса пиролиза с одновременной подачей на горение в горелку камеры сгорания очищенного пиролизного газа, первичного газа и горячего воздуха, в результате горения которых получают горячие дымовые газы, деструкцию гранулированной шихты в пиролизной трубе с образованием пиролизного газа и полукокса, охлаждение и очистку горячего пиролизного газа в вертикальном холодильнике и ротационном адсорбере, заполненным адсорбентом, после чего очищенный и охлажденный пиролизный газ подается на сжигание в камеру сгорания, его избыток направляют к потребителю или в газгольдер, а дымовые газы из шнекового подогревателя подают в подогреватель сетевой воды.
Устройство, реализующее способ, включает в себя соединенные между собой по выходу и входу перерабатываемых отходов измельчитель, усреднитель, установленные друг над другом по вертикали, шнековый подогреватель, дегазатор, экструдер, охладитель-гранулятор, шнековый питатель, кожухотрубчатый реактор, покрытый тепловой рубашкой с патрубком выхода дымовых газов, соединенной с камерой сгорания, сборник продуктов пиролиза, соединенный по полукоксу с разгрузочно-охладительным шнеком, охлаждаемым сетевой водой, а по газу последовательно с вертикальным холодильником, ротационным адсорбером, по дымовым газам соединенным со шнековым подогревателем и подогревателем сетевой воды [Патент РФ №2556645, МПК F23G 5/027, 2015].
Основными недостатками известного способа являются сложность технологического процесса, необходимость цикла оборотной воды для осуществления процесса очистки пиролизного газа, утилизации его тепла и его составляющих компонентов, невозможность отдельной утилизации полимерных компонентов с получением элементов строительных конструкций, что снижает надежность и экономическую эффективность известного способа.
Основными недостатками известного устройства являются сложность его конструкции, необходимость оборудования для цикла оборотной воды (насосной станции, градирен и т.п.) и невозможность производства элементов строительных конструкций, что снижает надежность и экономическую эффективность известного устройства.
Более близким к предлагаемому изобретению является способ утилизации полимерных компонентов коммунальных и промышленных отходов, содержащий: измельчение и смешивание полимерных компонентов (пластмассовых пленки, отрезков труб и бутылок); нагревание полученной шихты до жидкого состояния при ее медленном перемещении сверху-вниз по шнековому подогревателю через стенку дымовыми газами до температуры 150-200°С дымовыми газами с температурой 500-600°С, поступающими из камеры сгорания шнекового подогревателя в его тепловую рубашку и охлаждающихся в ней до температуры 250-300°С, в результате чего в шихте образуются водяной пар, легкокипящие углеводороды, твердые полимерные компоненты становятся пластичной, повышается давление, а сама шихта приобретает вид жидкой пасты, которая поступает в дегазатор; удаление охлажденных дымовых газов из шнекового подогревателя, поступающих в подогреватель сетевой воды, которая нагревается до температуры 80-90°С, а газы охлаждаются там до температуры 140-150°С, в результате чего осуществляется дополнительная утилизация их тепла, после чего направляются на газоочистку и очищенные от вредных примесей, выбрасываются в атмосферу; одновременное выделение из шихты в дегазаторе, в результате увеличения объема и снижения давления, пиролизного газа с температурой 120-170°С, представляющего собой смесь паров воды, азота, двуокиси углерода, легкокипящих углеводородов и незначительного количества кислорода, который отводится в горелку камеры сгорания шнекового подогревателя, а дегазированная шихта под действием силы тяжести поступает в поддон дегазатора; одновременное подача доз наполнителя из бункера для наполнителя в формы, движущиеся на ленточном транспортере (вариант: в формы предварительно помещают арматуру при закрытии затвора-мигалки бункера для наполнителя); заполнение, в результате движения ленточного транспортера, свободной части внутреннего пространства форм дозами расплавленной шихты (полимерной пасты) из дегазатора; поступление форм, заполненных элементами строительной конструкции в сборе, в камеру охлаждения, где происходит их охлаждение и затвердевание.
Устройство для осуществления способа утилизации полимерных компонентов коммунальных и промышленных отходов содержит: соединенные между собой по входу и выходу перерабатываемых полимерных компонентов, измельчитель, усреднитель, представляющий собой аппарат с мешалкой, установленные друг над другом по вертикали,шнековый подогреватель, состоящий из шнека, помещенного в тепловую рубашку, снабженную камерой сгорания с газомазутной горелкой, соединенной трубопроводом пиролизного газа с дегазатором и трубопроводом дымовых газов с подогревателем сетевой воды, при этом дегазатор представляет собой цилиндрическую обечайку, соединенную со шнековым подогревателем, снабженную патрубком с затвором-мигалкой; помещенный слева от шнекового подогревателя бункер для наполнителя, снабженный выходным патрубком с затвором-мигалкой; ленточный транспортер, расположенный под патрубками дегазатора и бункера для наполнителя; формы с элементами строительных конструкций, помещенные на ленточном транспортере; камеру охлаждения, расположенную после ленточного транспортера [Патент РФ №2700862, МПК F23G 5/027, В29В 17/00, 2019].
Основными недостатками известного способа являются отсутствие очистки пиролизного газа перед его сжиганием, существенно уменьшающее теплоту его сгорания, неравномерность структуры полученных элементов строительных конструкций, обусловленная отсутствием предварительного смешения полимерной пасты и наполнителя, что снижает качество и надежность элементов строительных конструкций и экономическую эффективность известного способа.
Основными недостатками известного устройства являются отсутствие оборудования для очистки пиролизного газа и смешения полимерной пасты с наполнителем, что снижает надежность и экономическую эффективность известного устройства.
Техническим результатом, на решение которого направлено предлагаемое изобретение, является повышение надежности и эффективности способа и устройства для производства строительных конструкций при утилизации полимерных компонентов коммунальных и промышленных отходов.
Технический результат достигается тем, что способ для производства строительных конструкций при утилизации полимерных компонентов коммунальных и промышленных отходов содержит загрузку предварительно отсортированных полимерных компонентов, которые, загружаются в измельчитель, где происходит их измельчение, после чего полученная неоднородная шихта подается в усреднитель, где в результате перемешивания образуется более однородная шихта, поступающая в приемный патрубок шнекового подогревателя, в котором при медленном перемещении шихты сверху - вниз по шнеку происходит ее нагревание через стенку до температуры 150-200°С дымовыми газами с температурой 500-600°С, поступающими из камеры сгорания в тепловую рубашку шнекового подогревателя и охлаждающихся в ней до температуры 250-300°С, в результате чего в шихте образуются водяной пар, легкокипящие углеводороды, твердые органические компоненты становятся пластичными, повышается давление, а сама шихта приобретает вид жидкой пасты, которая поступает в дегазатор, а охлажденные дымовые газы удаляются из тепловой рубашки по трубопроводу дымовых газов, одновременно в дегазаторе, в результате увеличения объема и снижения давления, из шихты выделяется пиролизный газ с температурой 120-170°С, представляющий собой смесь паров воды, азота, двуокиси углерода, легкокипящих углеводородов и незначительного количества кислорода, который отводится в приемный патрубок циклона, где происходит его очистка за счет центробежных сил от значительной части конденсата паров воды, который удаляется из нижнего патрубка циклона в емкость для сбора конденсата, тяжелых газов - углекислого газа, кислорода и азота, которые выводятся из нижнего бокового патрубка циклона по трубопроводу, снабженному обратным клапаном в трубопровод дымовых газов, где происходит их смешение с дымовыми газами, после чего газовая смесь поступает в подогреватель сетевой воды, в котором вода нагревается до температуры 80-90°С, а газы охлаждаются до температуры 140-150°С, в результате чего осуществляется дополнительная утилизация тепла, после чего направляются на газоочистку и очищенные от вредных примесей (оксидов серы, оксидов азота и пр.), выбрасывается в атмосферу, при этом, очищенный пиролизный газ с более высоким содержание метана из центральной трубы циклона по трубопроводу очищенного пиролизного газа поступает в горелку камеры сгорания шнекового подогревателя, куда также по трубопроводу поступает приточный воздух, а дегазированная полимерная паста под действием силы тяжести поступает в поддон дегазатора, откуда стекает в смеситель, снабженный мешалкой, куда по трубопроводу подачи наполнителя в смеситель поступает наполнитель (гравий или металлургические шлаки), в результате работы мешалки происходит его смешение с полимерной пастой, полученная смесь через выходной патрубок, снабженный затвором-мигалкой сливается в формы, с размещенной в них арматурой, движущиеся на ленточном транспортере, после чего формы, заполненные элементами строительных конструкций в сборе (блоком, плитой, ограждением и пр.), поступают в камеру охлаждения, где происходит их охлаждение и затвердевание.
Устройство для осуществления способа производства строительных конструкций при утилизации полимерных компонентов коммунальных и промышленных отходов содержит: соединенные между собой по входу и выходу перерабатываемых полимерных компонентов, измельчитель, усреднитель, представляющий собой аппарат с мешалкой, установленные друг над другом по вертикали; шнековый подогреватель, состоящий из шнека, помещенного в тепловую рубашку, снабженную камерой сгорания с газомазутной горелкой, соединенной трубопроводом очищенного пиролизного газа с центральной трубой циклона, воздушным трубопроводом с дутьевым вентилятором и через тепловую рубашку с трубопроводом дымовых газов, соединенным с подогревателем сетевой воды, при этом приемный патрубок циклона соединен с трубопроводом пиролизного газа из верхней части дегазатора, нижний боковой патрубок циклона соединен трубопроводом, снабженным обратным клапаном, с трубопроводом дымовых газов, а нижний патрубок циклона соединен с емкостью для сбора конденсата, сам дегазатор представляет собой цилиндрическую обечайку, соединенную сверху со шнековым подогревателем, снизу со смесителем, снабженным мешалкой и выходным патрубком с затвором-мигалкой, причем смеситель сверху соединен также с трубопроводом подачи наполнителя, патрубок расположен над ленточным транспортером, на ленте которого помещены формы для элементов строительных конструкций, заполненные в начале ленточного транспортера арматурой, за концом ленточного транспортера расположена камера охлаждения, представляющая собой помещение с комнатной температурой.
Устройство для осуществления способа производства строительных конструкций при утилизации полимерных компонентов коммунальных и промышленных отходов (СУПСК) приведено на чертеже.
Устройство для осуществления способа производства строительных конструкций при утилизации полимерных компонентов коммунальных и промышленных отходов содержит: соединенные между собой по входу и выходу перерабатываемых полимерных компонентов, измельчитель 1, усреднитель 2, представляющий собой аппарат с мешалкой, установленные друг над другом по вертикали; шнековый подогреватель 3, состоящий из шнека 4, помещенного в тепловую рубашку 5, снабженную камерой сгорания 6 с газомазутной горелкой (на фиг. 1 не показана), соединенной трубопроводом очищенного пиролизного газа 7 с центральной трубой циклона 8, воздушным трубопроводом 9 с дутьевым вентилятором (на фиг. 1 не показан) и через тепловую рубашку 5 с трубопроводом дымовых газов 10, соединенным с подогревателем сетевой воды 11, при этом приемный патрубок циклона 8 соединен с трубопроводом пиролизного газа 12 из верхней части дегазатора 13, нижний боковой патрубок циклона 8 соединен трубопроводом 14, снабженным обратным клапаном 15 с трубопроводом дымовых газов 10, а нижний патрубок циклона 8 соединен с емкостью для сбора конденсата (на фиг. 1 не показана), сам дегазатор 13 представляет собой цилиндрическую обечайку, соединенную сверху со шнековым подогревателем 3, снизу со смесителем 16, снабженным мешалкой и выходным патрубком 17 с затвором-мигалкой 18, причем смеситель 16 сверху соединен также с трубопроводом подачи наполнителя 19, патрубок 17 расположен над ленточным транспортером 20, на ленте которого помещены формы 21 для элементов строительных конструкций, заполненные в начале ленточного транспортера 20, например, арматурой (если она необходима), за концом ленточного транспортера 20 расположена камера охлаждения (на фиг. 1 не показана), представляющая собой помещение с комнатной температурой.
Способ для производства строительных конструкций при утилизации полимерных компонентов коммунальных и промышленных отходов осуществляется в предлагаемом устройстве следующим образом. Предварительно отсортированные полимерные компоненты (остатки пластмассовых изделий - полиэтиленовая пленка, отрезки труб, пластмассовые бутылки пр.) загружаются в измельчитель 1, где происходит измельчение вышеупомянутых полимерных компонентов, после чего полученная неоднородная шихта подается в усреднитель 2, где в результате перемешивания образуется более однородная шихта, которая поступает в приемный патрубок (на фиг. 1 не показан) шнекового подогревателя 3. В шнековом подогревателе 3, при медленном перемещении шихты сверху вниз по шнеку 4, происходит ее нагревание через стенку до температуры 150-200°С дымовыми газами с температурой 600-700°С, поступающими из камеры сгорания 6 в тепловую рубашку 5 и охлаждающихся в ней до температуры 250-300°С, в результате чего в шихте образуются водяной пар, легкокипящие углеводороды, значительная часть твердых органических компонентов (пластмасс и полиэтиленовой пленки) становится пластичной, повышается давление, а сама шихта приобретает вид жидкой пасты, которая поступает в дегазатор 13, а охлажденные дымовые газы удаляются из тепловой рубашки 5 по трубопроводу дымовых газов 10. Одновременно в дегазаторе 13, в результате увеличения объема и снижения давления, из шихты выделяется пиролизный газ с температурой 120-170°С, представляющий собой смесь паров воды, азота, двуокиси углерода, легкокипящих углеводородов и незначительного количества кислорода, который отводится в приемный патрубок циклона 8, где происходит его очистка за счет центробежных сил от значительной части конденсата паров воды, который удаляется из нижнего патрубка циклона 8 в емкость для сбора конденсата (на фиг. 1 не показана), тяжелых газов - углекислого газа, кислорода и азота, которые выводятся из нижнего бокового патрубка циклона 8 по трубопроводу 14, снабженного обратным клапаном 15 в трубопровод дымовых газов 10, где происходит их смешение с дымовыми газами, после чего газовая смесь поступает в подогреватель сетевой воды 11, в котором вода нагревается до температуры 80-90°С, а газы охлаждаются до температуры 140-150°С, в результате чего осуществляется дополнительная утилизация тепла, после чего направляются на газоочистку (на фиг. 1 не показана) и очищенные от вредных примесей (оксидов серы, оксидов азота и пр.), выбрасываются в атмосферу. Очищенный пиролизный газ с более высоким содержание метана из центральной трубы циклона 8 по трубопроводу очищенного пиролизного газа 7 поступает в горелку камеры сгорания 6 шнекового подогревателя 3, куда также по трубопроводу 9 поступает приточный воздух, а дегазированная полимерная паста под действием силы тяжести поступает в поддон дегазатора 13, откуда стекает в смеситель 16, снабженный мешалкой. Одновременно по трубопроводу подачи наполнителя 19 в смеситель 16 поступает наполнитель (гравий или металлургические шлаки), в результате работы мешалки происходит его смешение с полимерной пастой, полученная смесь через выходной патрубок 17, снабженный затвором-мигалкой 18 сливается в формы 21 с размещенной в них арматурой, движущиеся на ленточном транспортере 20, после чего формы 21, заполненные элементами строительных конструкций в сборе (блоком, плитой, ограждением и пр.), поступают в камеру охлаждения (на фиг. 1 не показана), где происходит их охлаждение и затвердевание.
При этом, в результате очистки пиролизного газа в нем повышается содержание углеводородных компонентов, в результате чего теплота сгорания полученной газовоздушной смеси существенно увеличивается, что увеличивает температуру дымовых газов и ускоряет процесс нагрева шихты, а структура полученных элементов строительных конструкций в результате предварительного смешения полимерной пасты с наполнителем получается более однородной, что увеличивает их качество и надежность
Запуск установки осуществляют при помощи резервного топлива (например, мазута или солярового масла).
Таким образом, предлагаемый способ и устройство для производства строительных конструкций при утилизации полимерных компонентов коммунальных и промышленных отходов, наряду с улучшением экологической ситуации в местах обезвреживания отходов, обеспечивает полную утилизацию их наиболее опасной (органической) части с одновременным получением топливного газа с более высокой теплотой сгорания, обеспечивающего собственные нужды утилизации, получения горячей воды для отопления и горячего водоснабжения и производство элементов строительных конструкций с более однородной структурой.