СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ БЫТОВЫХ И ПРОМЫШЛЕННЫХ ОТХОДОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к области термической переработки бытовых и промышленных отходов методом пиролиза без выброса вредных газов в окружающую среду.
Известен способ термической переработки бытовых и промышленных отходов по патенту РФ №2353856 (F23G 5/00, 7/00, публикация 27.04.2009), включающей запуск двигателя внутреннего сгорания и привод электрогенератора, нагрев газогенератора, пиролиз материалов термической переработки в рабочей камере газогенератора с получением горючих и дымовых газов и продуктов термической переработки исходных материалов, газоотвод горючих и дымовых газов и продуктов термической переработки исходных материалов, газоотвод горючих и дымовых газов в конденсатор и получение жидкого топлива для двигателя внутреннего сгорания и топлива для нагрева воды в бойлере для бытовых нужд и теплообменников жилых помещений, получения электроэнергии для бытовых нужд от электрогенератора двигателя путем использования в качестве жидкого топлива для двигателя продуктов пиролиза, утилизацию вредных газов двигателя путем их катализа, причем пиролиз материалов термической переработки в рабочей камере газогенератора производят при температуре не более 800°С при их поступательном перемещении в сквозном гладкоствольном корпусе под давлением перемещаемых шнеком из загрузочной камеры бытовых и промышленных отходов, проходящих перед поступлением в рабочую камеру газогенератора сушку в сушильной камере выхлопными газами двигателя внутреннего сгорания при температуре не свыше 200°С - с одной стороны, и сопротивлением поступательному перемещению продуктов пиролиза в шламовой камере - с другой стороны; загрузочную, сушильную и шламовую камеры выполняют как единое целое с гладкоствольным корпусов рабочей камеры газогенератора; гладкоствольный корпус загрузочной и шламовой камеры в процессе работы герметично закрывают; высушенную влагу с воздухом из сушильной камеры после теплообменника пропускают через фильтр и подают в всасывающий коллектор двигателя внутреннего сгорания, а сушку производят выхлопными газами двигателя, обогревающими гладкоствольный корпус сушильной камеры; охлаждение шлама производят подогреваемой для производственных и бытовых нужд водой омывающей гладкоствольный корпус шламовой камеры; при этом после сушильной камеры выхлопные газы перед катализом направляют через теплообменник для охлаждения и нагрева воды, а дымовые и горючие газы перед катализом направляют через теплообменник для охлаждения и нагрева воды, а дымовые и горючие газы как продукты пиролиза дополнительно перед конденсацией пропускают через аммиачный холодильник. Оставшуюся часть компрессоры направляют в камеры сжигания для обогрева воды.
Недостатком известного способа пиролизной переработки бытовых и промышленных отходов является выброс в атмосферу окружающей среды вместе с дымовыми и горючими газами их фуран-диоксиновых и хлор-бифиниловых неразлагаемых фракций, вредных для живых организмов.
Фуран-диаксионые и хлор-бифиниловые фракции дымовых газов, как отходов пиролизной переработки мусорных остатков на сегодняшний день в промышленности не уничтожаются известными методами и выбрасываются в окружающую атмосферу.
Известен способ термической переработки газообразных продуктов по патенту США №6787742 (F23G 5/00; F23G 5/10; Н05В 6/10, публикация 07.09.2004), в котором в газообразных продуктах, полученных в результате пиролиза мусорных отходов, содержащих диоксины, полихлорированные бифинилы, хлорбензол, заключающийся в том, что газообразные продукты пиролиза в условиях доступа кислорода внешней среды подвергают индукционному прокаливанию в диапазоне от 1000°С до 3000°С для расщепления бензольных колец полихлорбифенила.
Недостатком известного способа термической переработки газообразных продуктов пиролиза мусорных остатков является способность восстановления хлор-бифинила при его остывании в условиях атмосферы и при полном разложении фуран-диоксиновых остатков.
Наиболее близким по технической сути к предлагаемому является способ термической переработки бытовых и промышленных отходов по патенту РФ №2616630 (F23G 5/00, F23G 7/00, публикация 18.04.2017), включающий запуск двигателя внутреннего сгорания и привода электрогенератора, подачу выхлопных газов от двигателя под рабочую камеру пиролизной установки с подогревом от температуры 300°С … 400°С до температуры не ниже начала процесса пиролиза 800°С в рабочей камере с дальнейшим выбросом в атмосферу; пиролиз материалов термической переработки в рабочей камере газогенератора с получением смеси горючих и дымовых газов и продуктов термической переработки исходных материалов; газоотвод смеси горючих и дымовых газов и выброс продуктов термической переработки исходных материалов; газоотвод смеси горючих и дымовых газов с парами влаги в конденсатор и получение жидкого топлива и горючего газа в смеси с кислородом атмосферы воздуха для двигателя; получение электроэнергии для бытовых нужд от электрогенератора двигателя; утилизация вредных выхлопных газов двигателя; контроль температуры режима пиролиза и загрузочно-разгрузочных работ пиролизной рабочей камеры, причем загрузку и перемещение отходов и продуктов их пиролизной переработки в рабочей камере до места разгрузки осуществляют раздельными винтовыми загрузочным и рабочим конвейерами, привод которых осуществляют от электромоторов с электропитанием от электрогенератора двигателя через механические редукторы; в качестве двигателя внутреннего сгорания используют дизель; нагретые до 300°С … 400°С выхлопные газы дизеля направляют в индукционную печь и разогревают до температуры, по меньшей мере, 1000°С с токами высокой частоты, после чего их направляют под термоизолированный базальтовой стекловатой герметичной кожух вдоль рабочей камеры с разогревом до температуры 800°С … 900°С. с начала и проведения процесса пиролиза отходов и выбрасывают в атмосферу через верхние отводные отверстия по рабочей камере смеси горючих и дымовых газов с водяными парами общей влажностью до W=37%, отсасывают кавитационным насосом и направляют далее в теплообменник, откуда полученный конденсат в виде низкооктанового топлива в горючей смеси с физико-химически связанной водой направляют под воздействием вакуума в разреженную камеру сгорания дизеля.
Существенным недостатком известного способа пиролизной переработки бытовых промышленных отходов является выброс в атмосферу окружающей среды из корпуса газогенератора газообразных продуктов пиролиза в виде фуран-диоксинов и хлор-бифинила.
Цель изобретения - разработка способа термической переработки бытовых и промышленных отходов, устраняющего указанные выше недостатки.
Технический результат заключается в обеспечении полного устранения вредных газовых выбросов при пиролизе мусорных остатков без их самовосстановления.
Указанный технический результат достигается за счет разработки способа термической переработки бытовых и промышленных, включающего запуск двигателя внутреннего сгорания в виде дизеля и привода электрогенератора, подачу нагретых до 300°С…400°С выхлопных газов дизеля в индукционную печь и их разогрев до температуры, по меньшей мере, 1000°С токами высокой частоты, подачу разогретых выхлопных газов под термоизолированный базальтовой стекловатой герметичный кожух вдоль рабочей камеры газогенератора, разогретой до температуры начала процесса пиролиза 800°С…900°С для проведения процесса пиролиза отходов с выбросом в атмосферу, пиролиз материалов термической переработки в рабочей камере газогенератора с получением смеси горючих и дымовых газов и продуктов термической переработки исходных материалов, газоотвод посредством кавитационного насоса через верхние отводные отверстия в рабочей камере смесь горючих и дымовых газов с водяными парами общей влажностью W=37% и их подача в теплообменник, подача полученного конденсата в виде низкооктанового топлива в горючей смеси с физико-химически связанной водой под воздействием вакуума в разреженную камеру сгорания дизеля, согласно изобретению, остывшие горючие и дымовые газы в трубопроводе на пути к воздухозаборнику дизеля прокаливают в печи до температуры свыше 1200°С токами высокой с полным разложением фракций фуран-диоксина и хлор-бифинила, после чего их направляют в быстро охлажденный до температуры менее 600°С теплообменник для исключения восстановления хлор-бифинила в трубопроводе после печи с токами высокой частоты без доступа кислорода воздуха и давления атмосферы.
Известно устройство термической переработки бытовых и промышленных отходов, состоящее из мобильного корпуса газогенератора с пиролизной камерой и термоизолирующим кожухом, образующим кольцевую полость со встроенными в нее теплоэлектронагревателми, образующими воздухонагреватель замкнутого контура вокруг корпуса газогенератора, загрузочной камеры материалов термической обработки, электрогенератора питания теплоэлектронагревателей и электрических сетей рабочих и жилых помещений с приводом от двигателя внутреннего сгорания с топливной системой и системой водяного охлаждения, соответственно сообщающимися с конденсатором жидкого топлива из горючих и дымовых газов и бойлером горячей воды, выполненными за одно целое с конденсатором и связанным трубопроводом с теплообменниками рабочих и жилых помещений, а также выполненного с воздухозаборником и отборником горючих газов из конденсатора и коллекторными трубами для отвода выхлопных газов из рабочей камеры двигателя через катализатор вредных газов в атмосферу, откидную крышку корпуса и газоотводы, соединяющие кольцевую полость пиролизной камеры газогенератора с конденсатором жидкого топлива, причем корпус пиролизной камеры газогенератора выполнен за одно целое с корпусами загрузочной и установленной между ними сушильной камер с одной стороны, а также за одно целое с корпусом шламовой камеры - с другой стороны, выполненными в виде гладкоствольной единой горизонтальной или наклонно установленной к горизонту металлической трубы, герметично закрывающейся откидной крышкой со стороны шламовой камеры и заваренной со стороны загрузочной камеры металлическим листом с центральной направляющей вала шнека винтового конвейера загрузочной камеры, шламовая камера закрыта герметичным кожухом с проточной водой охлаждения, а сушильная камера - теплоизолированным герметичным кожухом для выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания с установленным в нем отсосом продуктов сушки отходов, соединенным газоотводами через теплообменник охлаждения с фильтром всасывающего коллектора двигателя, перед катализатором выбрасываемых из сушильной камеры вредных выхлопных газов двигателя установлен теплообменник с подогреваемой водой, конденсатор пиролизной камеры связан с баком жидкого топлива, как продукта пиролиза, через аммиачный холодильник, а воздушная полость бака жидкого топлива через компрессор газоотвода связана с форсункой дожигания продуктов пиролиза в камере сгорания водонагревателя [RU 2353856].
Известное пиролизное устройство имеет сложную конструкцию, связанную с отделением получаемого высокооктанового топлива как продукта пиролиза отходов от водной фракции. Пиролиз отходов мало механизирован и требует больших затрат ручного труда по загрузке-выгрузке отходов и продуктов их пиролиза, очистке рабочей камеры пиролизной установки. Пиролизное устройство должно быть оснащено контрольно-измерительными приборами для обеспечения безопасности работы в процессе пиролиза отходов. Устройство мало механизировано и, как следствие, малоэффективно по производительности переработки отходов.
Известно устройство термической переработки газообразных продуктов, полученных в результате пиролиза мусорных отходов, содержащих диоксины, полихлорированные бифинилы, хлорбензол, состоящее из высококачественного индукционного нагревателя с вводной частью для входа подлежащих уничтожению газообразных продуктов пиролиза; катушки индукционного нагрева вокруг внешней окружности вокруг вводной пиролизной части; выхлопную часть газовых продуктов пиролизного разложения в пиролизной части; при этом пиролизная часть устройства содержит цилиндрический корпус, герметизированный по концам, с прорезями, сообщающими внутреннюю часть с наружной поверхностью цилиндрического корпуса, и каналы связи, сообщающиеся с вводной трубой газовых продуктов пиролиза, подлежащих уничтожению во внутренней части цилиндрического корпуса [US №6787742].
Недостатком известного устройства переработки газообразных продуктов пиролиза мусорных отходов является возможность доступа к ним атмосферного воздуха через прорези цилиндрического корпуса при атмосферном давлении, в результате чего прокаленные до температуры от 1000°С до 3000°С вредные хлор-бифинилы после остывания имеют свойство восстановления.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство термической переработки бытовых и промышленных отходов, состоящее из установленного на мобильной базе цилиндрического корпуса газогенератора с пиролизной камерой и термоизолирующим герметичным кожухом, образующим замкнутую кольцевую полость кожуха вокруг трубы корпуса газогенератора со встроенным в нее патрубком выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания и выхлопным патрубком в атмосферу, из перфорированного газо-влагосборника, встроенного в верхнюю часть цилиндра корпуса пиролизной камеры, с отводным патрубком, проходящим сквозь кольцевую полость кожуха в теплообменник с кондиционером и далее подсоединенным к фильтру воздухозаборника двигателя внутреннего сгорания, из двигателя внутреннего сгорания с генератором электрического тока и с камерами сгорания жидкого топлива в виде продукта пиролиза, связанными через подводной патрубок с конденсатором жидкого топлива, из размещенного в цилиндрическом корпусе пиролизной камеры винтового конвейера с электроприводом через шестеренчатый редуктор, загрузочного бункера и разгрузочного окна с крышками, контрольно-измерительных приборов, отличающееся тем, что конденсатор жидкого топлива связан патрубком с камерой сгорания двигателя, через кавитационный насос, причем двигатель внутреннего сгорания выполнен в виде дизеля, выхлопные патрубки которого связаны с кольцевой полостью кожуха пиролизной камеры через индукционную печь, разогревающую выхлопные газы дизеля токами высокой частоты, а загрузочное окно с бункером для исходного сырья и разгрузочное окно оснащены винтовыми конвейерами [RU 2616630].
Существенным недостатком известного устройства термической переработки бытовых и промышленных отходов является доступ кислорода воздуха окружающей среды при атмосферном давлении в кольцевую полость вокруг трубы корпуса газогенератора при восстановлении прокаленных газообразных продуктов пиролиза в виде хлор-бифинила.
Целью изобретения является создание устройства, устраняющего указанные выше недостатки аналогов.
Технический результат, достигаемый при реализации устройства термической переработки бытовых и промышленных отходов заключается в устранении возможности восстановления хлор-бифинила как газообразного продукта пиролиза мусорных отходов.
Указанный технический результат достигается в устройстве термической переработки бытовых и промышленных отходов, состоящем из установленного на мобильной базе цилиндрического корпуса газогенератора с пиролизной камерой и термоизолирующим герметичным кожухом, образующим замкнутую кольцевую полость кожуха вокруг трубы корпуса газогенератора со встроенным в нее патрубком выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания и выхлопным патрубком в атмосферу, из перфорированного газо-влагосборника, встроенного в верхнюю часть цилиндра корпуса пиролизной камеры, с отводным патрубком, проходящим сквозь кольцевую полость кожуха в теплообменник с кондиционером и далее подсоединенным к фильтру воздухозаборника двигателя внутреннего сгорания, из двигателя внутреннего сгорания с генератором электрического тока и с камерами сгорания жидкого топлива в виде продукта пиролиза, связанными через подводной патрубок с конденсатором жидкого топлива, из размещенного в цилиндрическом корпусе пиролизной камеры винтового конвейера с электроприводом через шестеренчатый редуктор, загрузочного бункера и разгрузочного окна с крышками, контрольно-измерительных приборов, при этом конденсатор жидкого топлива связан патрубком с камерой сгорания двигателя через кавитационный насос, двигатель внутреннего сгорания выполнен в виде дизеля, выхлопные патрубки которого связанны с кольцевой полостью кожуха пиролизной камеры через индукционную печь, разогревающую выхлопные газы дизеля токами высокой частоты, а загрузочное окно с бункером для исходного сырья и разгрузочное окно оснащены винтовыми конвейерами, согласно изобретению, отводной патрубок кондиционера с газообразными продуктами пиролиза соединен с воздухозаборником дизельного двигателя последовательно через печь прокаливания токами высокой частоты до температуры более 1200°С и их охладитель до температуры менее 600°С.
Изобретение поясняется чертежом, на котором представлена схема устройства для термической переработки бытовых и промышленных отходов, реализующего предлагаемый способ.
Устройство для термической переработки бытовых и промышленных отходов (см. фигуру) состоит из установленного на мобильной базе цельнометаллического корпуса 1, например, в виде гладкоствольной жаропрочной металлической трубы; газогенератора 2 с пиролизной камерой 3 и термоизолирующим герметичным корпусом 4 образующим замкнутую кольцевую полость 5 вокруг трубы корпуса 1 газогенератора 2 со встроенным в нее патрубком 6 выхлопных газов двигателя 7 внутреннего сгорания (ДВС) с воздухозаборником 8 и выхлопным патрубком 9 в атмосферу; из перфорированного газо-влагосборника 10, встроенного в верхнюю часть цилиндра корпуса 1 пиролизной камеры 3, с отводным патрубком 11, проходящим сквозь кольцевую полость 5 кожуха 4 в теплообменник 12 с конденсатором 13 газообразных продуктов пиролиза, соединенным последовательно патрубком 14 с индукционной печью 15, охладителем 16 и далее с воздухозаборником 8 дизеля 7 и патрубком 17 с кавитационным насосом 18 и далее через трубопровод 19 жидкового низко-октано-цитанового топлива с двигателем 7 в виде дизеля с электрогенератором 20 питания электрическим током электродвигателя 21 привода вращательного движения через зубчатый редуктор 22 винтового конвейера 23 в полости корпуса 1 пиролизной камеры электродвигателя (не показан) привода вращательного движения через зубчатый редуктор (не показан) винтового конвейера 24 загрузочного бункера 25, электродвигателя (не показан) привода винтового конвейера 26 перемещения технического углерода, как продукта пиролиза отходов из полости корпуса 1 пиролизной камеры через разгрузочное окно 27 со створчатой крышкой 28, открывающейся от привода (не показан) по сигналу датчика давления конечного выключателя 29 с электропитанием от электрогенератора 20; при этом патрубок 6 выхлопных газов двигателя 7 связан с патрубком 30 коллектора выхлопных газов дизеля как двигателя 7 через индукционную печь 31 с подогревом выхлопных газов дизеля до температуры ~1100°C токами высокой частоты, преобразованными от электрогенератора 20, а устройство оснащено контрольно-измерительными приборами режима пиролиза (не показан).
Способ термической переработки бытовых и промышленных отходов с естественной влажностью реализуется предлагаемым устройством следующим образом. Производят запуск дизеля 7 (Фиг. 1) и его электрогенератора 20, включают электродвигатель (не показан) привода винтового конвейера 24 загрузочного бункера 25, и бытовые и промышленные отходы перемещают в полость пиролизной камеры 3 с цилиндрическим корпусом 1 газогенератора 2, где их подхватывают винтовым конвейером 23 при включении электродвигателя 21 с зубчатым редуктором 22. Скорость вращения винтового конвейера 23 и поступательного перемещения перерабатываемых методом пиролиза отходов согласовывают с завершением в пиролизной камере 3 полной переработки отходов при температуре пиролиза 800°C…900°C. Поступательное перемещение отходов в пиролизной камере 3 и продуктов пиролиза осуществляют медленно с уплотнением продуктов пиролиза в виде технического углерода в конце камеры 3 до момента повышения давления на датчике и включения конечного выключателя 29 с поворотом створчатых крышек 28 разгрузочного окна 27 и разгрузкой технического углерода на винтовой конвейер 26, работающий от электродвигателя (не показан). Температуру 800°C…900°C в пиролизной камере 3 достигают путем разогрева перемещаемых отходов через металлические стенки цилиндрического корпуса 1 выхлопными газами дизеля 7, поступающими под давлением в полость герметичного металлического корпуса 4, охватывающего пиролизную камеру 3, и выбрасываемое обезвреженными в атмосферу через выхлопной патрубок с предварительным разогревом газов при выхлопе из дизеля с температурой 300°C…400°C в индукционной печи 31 до температуры 1100°C токами высокой частоты, получаемыми от электрогенератора 20.
Получаемые в процессе пиролиза отходов горючие и дымовые газы в верхней части цилиндрического корпуса 1 пиролизной камеры собирают через газо-влагосборник 10 и отводной патрубок 11 в теплообменнике 12 и конденсируют при пониженном давлении встроенных в него конденсатором 13 в жидкое октано-цитановое топливо влажность до W=37%, а горючие газы отсасывают патрубком 14 через индукционную печь 15 с разогревом до температуры свыше 1200°C токами высокой частоты и с полным разложением вредных газовых фракций фуран-диоксина и хлор-бифинола, после чего их направляют в охладитель 16, где температура ниже 600°C и далее в воздухосборник 8 дизеля 7. При этом низкокалорийное топливо для дизеля 7 отсасывают через патрубок 17 из кондиционера 13 кавитационным насосом 18 при физико-химическом связывании влаги с топливом и подачей под давлением низкооктано-цетанового топлива как продукта пиролиза по трубопроводу 19 в камеру сгорания дизеля 7 с воздухозаборником 8.
Предлагаемые способ и устройство термической переработки промышленных и бытовых отходов впервые включает операцию по полному и окончательному уничтожению на физико-химическом уровне ранее выбрасываемых в атмосферу неразлагаемых фракций фуран-диоксина и хлор-бифинила без доступа кислорода воздуха и давления атмосферы за счет разрушения в охладителе 16 (теплообменнике) молекулярных связей указанных фракций.