СИСТЕМА ПЕРЕРАБОТКИ ОТХОДОВ
WASTE PROCESSING SYSTEM

ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ
[0001] Настоящая заявка связана с предварительной заявкой на патент США №62/552,080 и претендует на приоритет на основании указанной заявки, поданной 30 августа 2017 года, которая включена в настоящую заявку во всей полноте посредством ссылки.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
[0002] Определенные варианты осуществления могут относиться к переработке отходов, в целом. Более конкретно, определенные варианты осуществления могут относиться к контролируемому комбинированному методу переработки отходов путем пиролиза и газификации с целью безопасной утилизации вредных компонентов, присутствующих в отходах, с одновременным эффективным извлечением благородных металлов и редкоземельных элементов.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0003] В настоящее время наиболее распространенным способом утилизации отходов является использование мусорных полигонов. Хорошо известны попытки организаций, эксплуатирующих полигоны, создавать санитарные захоронения отходов, заполняя земельный участок слоями твердых отходов, главным образом, бытовых отходов, которые чередуются со слоями земли или почвы. Неконтролируемый мусорный полигон зависит от естественных биологических процессов, осадков и климата, влияющих на разложение. По мере разложения отходов содержащиеся в них токсичные материалы могут попадать в естественные осадки, попадающие на полигон и затем вытекающие из него, тем самым создавая возможность загрязнения подземных водозаборов, поверхностных потоков и колодцев водой, содержащей высокие концентрации токсичных веществ. Из-за очень медленной стабилизации неконтролируемые свалки в течение длительного периода времени не могут использоваться для каких-либо иных целей и, как следствие, особенно в случае организации свалок вблизи городских территорий, имеет место расточительное и неэффективное использование земельных ресурсов.
[0004] Несмотря на усилия по рециркуляции содержащихся в отходах материалов, некоторые виды отходов трудно поддаются рециркуляции с помощью современных стандартных методов.
[0005] Например, электронные отходы, известные как электронный лом и электронный мусор, представляют собой отходы, образующиеся из списанных, сломанных и устаревших электронных устройств. Электронные отходы многочисленны и токсичны. Хорошо известно, что только приблизительно 13% электронных отходов перерабатывается с целью вторичного использования материалов. Кроме того, объем электронных отходов увеличивается на 8% в год. Свалки, как правило, не являются разрешенным вариантом из-за длительного выщелачивания тяжелых металлов.
[0006] В случае размещения на мусорных полигонах, на электронные отходы приходится примерно 70% всех опасных компонентов отходов, несмотря на то, что по объему они составляют относительно небольшую долю материалов, помещаемых на свалки. Кроме того, электронные отходы соответствуют существенному проценту ежегодно добываемых металлов и минералов. Например, содержание золота в электронных отходах составляет приблизительно 10% от ежегодной золотодобычи. Ликвидация электронных отходов без предварительного извлечения металлов и минералов является неэффективной и, в долгосрочной перспективе, истощительной практикой использования природных ресурсов. Кроме того, электронные отходы могут быть особенно губительными для окружающей среды, поскольку такие отходы включают вредные свинцовые соединения, ртуть, кадмий, хром и хлорфторуглеродные (ХФУ) газы. Таким образом, опасное содержимое электронных отходов требует особого обращения.
[0007] В прошедшие годы поиск эффективных и действенных способов ликвидации таких отходов был - и остается - проблемой. Например, сжигание не является целесообразным вариантом из-за оксидов азота (NOx) и серы (SOx), кислотности, мышьяка, тяжелых металлов и других токсинов, которые оказывают вредное воздействие на атмосферу.
[0008] Другие решения, в большинстве своем, требуют ручной разборки отходов и являются трудоемкими. Кроме того, обычно для экстракции исходных металлов используются методы высокотемпературной очистки, которые производят выбросы, требующие газоочистительных систем и высоких затрат энергии. Другие альтернативы, как правило, требуют крупномасштабных операций, которые являются централизованными и менее эффективными с точки зрения материально-технического обеспечения. Некоторые способы являются слишком дорогими в строительстве и эксплуатации из расчета на грамм извлекаемых металлов. Иные варианты гидро-утилизаторов используют лишь небольшой процент электронных отходов, например, измельченные печатные платы, и растворяют их. Кроме того, необходимо последующее удаление концентрированных токсичных остатков (т.е., углеводородов, антипиренов, и др.).
[0009] Большинство электронных продуктов обычно оказывается на свалках, и лишь небольшой процент возвращается для использования в новых электронных устройствах. Кроме того, повторное использование электронных отходов может представлять собой трудную задачу, поскольку некоторые электронные средства это сложные устройства, изготовленные из стекла, металла и пластмассы в различных пропорциях. Электронные устройства обычно содержат ценные материалы, включая медь, олово, железо, алюминий, палладий, титан, золото и серебро. Поэтому существует потребность в нахождении эффективных и безопасных способов извлечения, повторного использования и переработки таких материалов. Это особенно актуально, если учесть, что повторное использование электронных отходов может способствовать экономии энергии и ресурсов, снижению загрязнения, сокращению площадей, отводимых под свалки, и, в конечном счете, появлению экологически безопасных методов переработки электронных отходов. Также существует потребность в менее масштабной и простой в развертывании системе утилизации, которая будет составлять основу эффективной переработки электронных отходов.
[00010] Как и электронные отходы, медицинские отходы, такие как иглы, шприцы, стеклянная посуда и бинты, также проблематичны с точки зрения их переработки. Существующие в настоящее время системы утилизации медицинских отходов не санируют, не сортируют и не перерабатывают медицинские отходы. С учетом того, что некоторые бактерии и вирусы могут передаваться через биологически загрязненные отходы, следует принять меры по уничтожению патогенов и, таким образом, свести к минимуму возможность их передачи. Вместо этого, биологически загрязненные медицинские отходы часто выбрасываются на свалки, что может нанести ущерб окружающей среде.
[00011] Существующие системы ликвидации медицинских отходов включают использование мусоросжигательных установок на местах. Мусоросжигательные установки могут быть эффективными для обеззараживания и уменьшения размеров медицинских отходов, но не являются удовлетворительным решением, поскольку они часто сопряжены с опасностью выбросов токсичных газов. Кроме того, мусоросжигательные установки в крупных больницах не могут оснащаться адекватными устройствами контроля загрязнения и управляться высококвалифицированными техническим персоналом на финансово осуществимой основе. Как следствие, эксплуатация подобных мусоросжигательных установок связана либо с уровнем загрязнения, превышающим установленный законом предел, либо с использованием недостаточно квалифицированных кадров. Другие способы включают использование дезинфицирующих растворов, которые могут занимать большое пространство и несут риск загрязнения для работника, проводящего дезинфекцию.
[00012] Во всех случаях существует необходимость перемещения медицинских отходов из предназначенного для них мусоросборника, который представляет собой жесткий контейнер, используемый медицинскими работниками для защиты других лиц от патогенов, присутствующих в медицинских отходах. Этот процесс может быть трудоемким; при этом оператор подвергается опасности повреждения острыми предметами, например, иглами и разбитым стеклом, равно как и возможного воздействия патогенных микроорганизмов, содержащихся в отходах, включая жидкие и твердые материалы. Следовательно, существует также необходимость в системе утилизации медицинских отходов, которая минимизирует ручной труд, разрушает и дезинфицирует медицинские отходы, при этом сводя к минимуму контакт медицинских отходов с оператором системы утилизации медицинских отходов. Кроме того, из таких медицинских отходов желательно извлекать металлы и другие материалы - вопрос, для которого существующие системы никакого решения не предлагают.
[00013] В том числе, и по указанным выше причинам, изобретатели разработали представленную здесь систему. Некоторые варианты осуществления настоящего изобретения предлагают систему эффективной и безопасной переработки отходов, таких как электронные отходы, медицинские отходы и другие виды отходов, для извлечения, повторного использования и рециркуляции таких материалов. В результате, станет возможным снижение уровня загрязнения, сохранение площадей, отводимых под свалки, и обеспечение экологически безопасных методов переработки и рециркуляции отходов.
[00014] Дополнительные свойства, преимущества и варианты осуществления настоящего изобретения изложены далее или очевидны из рассмотрения последующего подробного описания, чертежей и формулы изобретения. Кроме того, следует понимать, что приведенное выше краткое описание изобретения, равно как и последующее подробное описание, является иллюстративным и предназначено для предоставления дальнейшего объяснения без ограничения объема заявленного изобретения.
КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0015] Согласно определенным вариантам осуществления может быть предусмотрен способ переработки отходов для системы переработки отходов. Система переработки отходов может иметь нагревательную камеру, первичную камеру, расположенную внутри нагревательной камеры, вторичную камеру и крышку. Способ может включать загрузку сырья в первичную камеру, нагревание вторичной камеры во время загрузки сырья, и нагревание нагревательной камеры с сырьем внутри. Способ может также включать вращение первичной камеры во время нагрева первичной камеры, охлаждение нагревательной камеры после нагревания нагревательной камеры в течение заданного периода времени, и удаление оставшегося концентрата после нагревания нагревательной камеры в течение заданного периода времени. В одном варианте осуществления загрузка сырья может включать поворот первичной камеры и нагревательной камеры в рабочее положение, закрепление крышки на открытом конце первичной камеры, заполнение первичной камеры инертным газом, и наклон нагревательной камеры и первичной камеры под заданным углом с целью содействия переработке сырья.
[0016] В одном варианте осуществления способ может также включать нагрев вторичной камеры до температурного диапазона от примерно 1000°С до примерно 1100°С, улавливание в крышке синтез-газа, полученного при нагревании нагревательной камеры, подачу синтез-газа во вторичную камеру, сжигание синтез-газа во вторичной камере, и удаление сгоревшего синтез-газа из системы переработки отходов. Согласно одному варианту осуществления, температура первичной камеры и время вращения нагревательной камеры могут контролироваться, исходя из типа и объема сырья.
[0017] В другом варианте осуществления способ может включать нагревание сырья до температуры от примерно 500°С до примерно 600°С с наклоном нагревательной камеры и первичной камеры под углом примерно 45°, и охлаждение нагревательной камеры с помощью вентилятора воздушного охлаждения. В соответствии с одним вариантом осуществления вращение первичной камеры может производиться путем приведения в действие приводного двигателя, который прикреплен к нижней поверхности первичной камеры и нагревательной камеры. В одном варианте осуществления сырье может включать в себя компьютерное или электрическое оборудование, или медицинские отходы.
[0018] Согласно, некоторым вариантам осуществления система переработки отходов может включать в себя секцию первичной камеры и секцию вторичной камеры, соединенную с секцией первичной камеры через вытяжной канал. Секция первичной камеры может включать нагревательную камеру, первичную камеру, расположенную внутри нагревательной камеры, причем конфигурация первичной камеры обеспечивает прием исходного сырья, и горелку, обеспечивающую нагревание нагревательной камеры и первичной камеры. Секция вторичной камеры может включать вторичную камеру и вытяжной канал вторичной камеры, соединенный с вторичной камерой.
[0019] В одном варианте осуществления первичная камера может быть заполнена инертным газом. В соответствии с другим вариантом осуществления секция первичной камеры может включать крышку, которая выполнена с возможностью улавливания синтез-газа, получаемого при нагревании нагревательной камеры и первичной камеры. В другом варианте осуществления секция первичной камеры может включать в себя охлаждающий вентилятор, выполненный с возможностью охлаждения нагревательной камеры.
[0020] В следующем варианте осуществления первичная камера содержит множество ребер теплопередачи, которые обеспечивают передачу тепла от первичной камеры к нагревательной камере; и указанные ребра теплопередачи могут быть прикреплены к внешней поверхности первичной камеры. В соответствии с одним вариантом осуществления ребра теплопередачи могут быть выполнены из того же материала, что и первичная камера.
[0021] Согласно одному варианту осуществления, секция первичной камеры может включать в себя приводной двигатель, обеспечивающий вращение первичной камеры; и такой приводной двигатель может быть прикреплен к нижней поверхности первичной камеры и нагревательной камеры. В одном варианте осуществления сырье может включать компьютерное или электрическое оборудование, или медицинские отходы. В другом варианте осуществления секция вторичной камеры может включать в себя вентилятор подачи воздуха для горения синтез-газа, обеспечивающий подачу воздуха, необходимого для горения, во вторичную камеру. Согласно одному варианту осуществления, секция вторичной камеры может включать диффузор воздуха горения синтез-газа, соединенный с вентилятором подачи воздуха для горения синтез-газа и вытяжным каналом вторичной камеры.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0022] Прилагаемые чертежи, которые представлены с целью обеспечить более глубокое понимание изобретения, и включены в настоящее описание в качестве его неотъемлемой части, иллюстрируют предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения, и, вместе с подробным описанием, служат для объяснения принципов настоящего изобретения. На чертежах:
[0023] На ФИГ. 1(A) показана газогенераторная система в соответствии с определенными вариантами осуществления настоящего изобретения.
[0024] На ФИГ. 1(B) показан вид сзади газогенераторной системы, изображенной на ФИГ. 1(A), в соответствии с определенными вариантами осуществления настоящего изобретения.
[0025] На ФИГ. 2(А) показан перспективный вид первичной камеры, изображенной на ФИГ. 1(A) и ФИГ. 1(B), включая вырезанный участок, демонстрирующий внутренний вид первичной камеры в соответствии с определенными вариантами осуществления настоящего изобретения.
[0026] На ФИГ. 2(В) показан вид сверху первичной камеры в соответствии с определенными вариантами осуществления настоящего изобретения.
[0027] На ФИГ. 2(С) показан вид сбоку первичной камеры в соответствии с определенными вариантами осуществления настоящего изобретения.
[0028] На ФИГ. 3(A) показан в разрезе внутренний вид первичной камеры, изображенной на ФИГ. 1(А)-2(С), в соответствии с определенными вариантами осуществления настоящего изобретения.
[0029] На ФИГ. 3(В) показан внутренний вид первичной камеры в поперечном разрезе по линии А-А на ФИГ. 3(А) в соответствии с определенными вариантами осуществления настоящего изобретения.
[0030] На ФИГ. 4 показан способ сокращения объема отходов в соответствии с определенными вариантами осуществления настоящего изобретения.
[0031] На ФИГ. 5 показан альтернативный вид потока газа для контроля пиролиза внутри первичной камеры.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
[0032] В нижеследующем подробном описании иллюстративных вариантов осуществления настоящего изобретения делается ссылка на прилагаемые чертежи, которые образуют часть настоящего документа. Эти варианты осуществления описаны достаточно подробно, чтобы позволить специалистам в данной области техники реализовать изобретение на практике, и понятно, что могут быть использованы другие варианты осуществления, и что в изобретении могут быть сделаны логические или структурные изменения без отхода от сущности или объема данного описания. Чтобы избежать деталей, не являющихся необходимыми для того, чтобы специалисты в данной области техники могли реализовать на практике описанные здесь варианты осуществления, в описании может быть опущена определенная информация, уже известная специалистам в данной области техники. Следовательно, следующее подробное описание не следует рассматривать в ограничительном смысле.
[0033] Свойства, структуры или характеристики настоящего изобретения, изложенные в данном описании, могут быть объединены любым подходящим способом в одном или более вариантах осуществления. Например, использование фраз «определенные варианты осуществления», «некоторые варианты осуществления» или других аналогичных формулировок в настоящем описании относится к тому факту, что конкретные свойство, структура или характеристика, описанные в связи с конкретным вариантом осуществления, могут быть включены, по меньшей мере, в один вариант осуществления настоящего изобретения.
[0034] В нижеследующем подробном описании иллюстративных вариантов осуществления настоящего изобретения делается ссылка на прилагаемые чертежи, которые образуют часть настоящего документа. Эти варианты осуществления описаны достаточно подробно, чтобы позволить специалистам в данной области техники реализовать изобретение на практике, и понятно, что могут быть использованы другие варианты осуществления, и что в изобретении могут быть сделаны логические или структурные изменения без отхода от сущности или объема данного описания. Чтобы избежать деталей, не являющихся необходимыми для того, чтобы специалисты в данной области техники могли реализовать на практике описанные здесь варианты осуществления, в описании может быть опущена определенная информация, уже известная специалистам в данной области техники. Следовательно, следующее подробное описание не следует рассматривать в ограничительном смысле.
[0035] Примеры, описанные в настоящем документе, приведены исключительно в иллюстративных целях. Как будет понятно специалисту в данной области техники, некоторые варианты осуществления, описанные здесь, включая, в числе прочих, варианты, показанные на ФИГ. 1(A)-ФИГ. 4, могут быть реализованы как система, устройство или способ.
[0036] Некоторые варианты осуществления могут представлять собой газогенератор, сконструированный и построенный для переработки и эффективного извлечения металлов и минералов из отходов. Полученный выход может включать синтетическую руду в формате, подходящем для непосредственного гидрометаллургического аффинажа. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления это может быть реализовано путем обеспечения точного регулирования непрямого нагрева в атмосфере газификации (которая также может также протекать при недостатке кислорода или вообще без кислорода) в камере с контролируемым давлением. Камера давления может включать в себя внутренние ребра, которые при вращении камеры давления будут обеспечивать перемешивание, и измельчающую среду, например, шлифовальные шарики, для тонкого измельчения. Камера давления может включать альтернативные входные отверстия для газа с целью регулирования атмосферы первичной камеры.
[0037] Согласно определенным вариантам осуществления, весь процесс переработки отходов может управляться системой программного логического контроля (ПЛК). В некоторых вариантах осуществления ПЛК может считывать различные количественные показатели процесса, такие как температура, давление, скорость поворота, атмосферные концентрации, скорость вентиляторов, потоков, и другие данные процесса, и регулировать параметры системы таким образом, чтобы максимизировать процесс в целом. ПЛК может также измерять газовые выбросы, в случае, если такие выбросы могут дозироваться для достижения определенного баланса рН и для контроля пиролиза. ПЖ может также регулировать процессы и параметры системы в ответ на добавление отходов, зависимым от времени образом, с целью учета типа добавляемых отходов, объема отходов, вредных загрязняющих веществ, содержащихся в отходах, и т.п., чтобы максимизировать возможность рециркуляции получаемых материалов.
[0038] ФИГ. 1(A) иллюстрирует систему 100 согласно определенным вариантам осуществления, а ФИГ. 1(B) иллюстрирует вид сзади системы 100, изображенной на ФИГ. 1(A), согласно определенным вариантам осуществления. В частности, система 100 может включать в себя секцию первичной камеры 105 и секцию вторичной камеры 110. Как показано на ФИГ. 1, секция первичной камеры 105 соединена с секцией вторичной камеры 110 через вытяжной канал 12 и вытяжной канал 13 вторичной камеры. На ФИГ. 1(A) также показано, что секция первичной камеры 105 включает в себя первичную камеру 1, которая расположена внутри нагревательной камеры 2. Согласно определенным вариантам осуществления, первичная камера 1 может быть изготовлена из различных материалов, включая, например, нержавеющую сталь. Кроме того, первичная камера 1 прикреплена к нагревательной камере 2, но может быть отделена от нагревательной камеры 2 для целей технического обслуживания. Первичная камера 1 может быть выполнена таким образом, чтобы во время работы осуществлять вращение посредством редуктора и приводного двигателя 9. Как показано на ФИГ. 1(B), редуктор 9 может быть прикреплен к нижней поверхности первичной камеры 1 и нагревательной камеры 2. Вращательное движение может осуществляться с помощью цепного привода, гидравлического двигателя или другого низкоскоростного высокомоментного привода. В некоторых вариантах осуществления предпочтительно изменение скорости вращения во время работы. Следовательно, вращение может управляться частотно-регулируемым приводом, который, в свою очередь, может управляться ПЛК.
[0039] На ФИГ. 1(A) и ФИГ. 1(B) также показана горелка, 5а и 5b, соответственно. Горелка 5а и 5b используется для подвода тепла к соответствующим компонентам. Природный газ или пропан являются предпочтительными источниками топлива, но могут использоваться жидкие виды топлива или иные виды газообразного топлива. Кроме того, горелка 5а прикреплена к внешней стороне нагревательной камеры 2 для подачи тепла внутрь нагревательной камеры 2, которая опосредованно нагревает первичную камеру 1.
[0040] С помощью горелки 5а внутренняя область нагревательной камеры 2 нагревается до температур, необходимых для опосредованного нагрева сырья, которое содержится в первичной камере 1. Температурные диапазоны для этой внутренней области могут быть скорректированы с учетом типа отходов. В одном варианте осуществления диапазон температур должен составлять до 1000°С. Этот нагрев может происходить при атмосферном давлении и, в конечном счете, может генерировать синтез-газ из нагреваемого сырья, содержащегося в первичной камере 1. Когда нагревательная камера 2 нагревается, тепло камеры 2 может быть сохранено, поскольку нагревательная камера 2 имеет изолирующий кожух. Изолирующий кожух нагревательной камеры 2 может включать внешний слой и внутренний слой. Внешний слой в определенных вариантах осуществления может быть изготовлен из углеродистой стали, а внутренний слой может быть изготовлен из высокотемпературного изоляционного материала, например, материала, используемого в печах. Сюда относятся, помимо прочего, керамические волокна, огнеупорные монолиты или огнеупорный кирпич.
[0041] Для охлаждения секции первичной камеры 105 может быть предусмотрен один или более вентиляторов воздушного охлаждения 6, как показано на ФИГ. 1(A) и ФИГ. 1(В). В частности, вентиляторы воздушного охлаждения 6 могут подавать прохладный воздух во внутреннюю область нагревательной камеры 2, вызывая опосредованное охлаждение первичной камеры 1. Как показано на ФИГ. 1(A) и ФИГ. 1(B), вентилятор воздушного охлаждения соединен с внутренней поверхностью нагревательной камеры через канал. Этот поток воздуха, поступающий в нагревательную камеру, может контролироваться посредством заслонки. Вентиляторы охлаждения 6 могут также служить для подачи воздуха для сгорания, или охлаждающего воздуха, или иных газов в первичную камеру по проходящей в канале трубке 17. Трубка 17, в конечном итоге, соединяется с фурменными рукавами на первичной камере и попадает во вращающуюся первичную камеру тем же путем, что и инертный газ.
[0042] На ФИГ. 1(A) и ФИГ. 1(B) показано также, что секция первичной камеры 105 включает в себя опорную раму 15, которая обеспечивает опору для первичной камеры 1 и нагревательной камеры 2. К опоре цапфы 22 опорной рамы 15 прикреплена цапфа 20. Кроме того, предусмотрен гидравлический подъемный цилиндр 10, прикрепленный к цапфе 20 и опоре цапфы 22 опорной рамы 15. Хотя на схемах показан только один гидравлический цилиндр 10, в других вариантах осуществления может быть использован более чем один гидравлический подъемный цилиндр 10. Сочетание гидравлического подъемного цилиндра 10 и цапфы 20 обеспечивает поворотное движение первичной камеры 1 и нагревательной камеры 2, так что эти конструкции могут быть надлежащим образом расположены для загрузки и выгрузки. То есть, цапфа 20 и гидравлический подъемный цилиндр 10 могут быть выполнены таким образом, чтобы обеспечить поворотное движение первичной камеры 1 и нагревательной камеры 2 для загрузки сырья в первичную камеру 1.
[0043] Например, на ФИГ. 1(A) и ФИГ. 1(B) показаны первичная камера 1 и нагревательная камера 2 в рабочем положении. В одном варианте осуществления первичная камера 1 и нагревательная камера 2 во время работы могут поворачиваться от 0° горизонтали до угла 45° от вертикали. Однако в других вариантах осуществления первичная камера 1 и нагревательная камера 2 могут быть повернуты на другой угол, который требуется для загрузки и/или разгрузки, например, на угол около 70°. Наклон первичной камеры 1 и нагревательной камеры 2 может также обеспечивать удобное добавление или удаление содержимого внутри первичной камеры 1.
[0044] Перед началом работы секции первичной камеры 105 первичная камера 1 может быть загружена сырьем или отходами через отверстие в верхней части первичной камеры 1. Для загрузки сырья удаляют крышку 11, которая закрывает отверстие первичной камеры 1, и сырье помещают в первичную камеру 1. В некоторых вариантах осуществления крышка 11 может представлять собой вытяжной колпак. В других вариантах осуществления крышка 11 может удалять продукты сгорания, пары, дым, запахи, тепло и пар из первичной камеры 1 путем откачивания и фильтрации. В соответствии с определенными вариантами осуществления крышка 11 может быть выполнена из обычных материалов, которые отличаются от материалов, составляющих первичную камеру 1, или идентичны таковым.
[0045] В некоторых вариантах осуществления сырье может включать в себя батареи, например, литий-ионные батареи, мобильные телефоны, ноутбуки, компьютеры, системные платы и различное другое компьютерное и/или электрическое оборудование или устройства. В других вариантах осуществления сырьем могут быть медицинские отходы, такие как оборудование, загрязненное человеческими отходами, аппаратура, медицинские устройства, которые содержат электросхемы, или другое оборудование, трубки, иглы, стекло или другие отходы, которые могут содержать вредные патогены или токсины или подвергаться воздействию вредных патогенов или токсинов, или даже крупногабаритные контейнеры для опасных отходов, содержащие медицинские отходы. В некоторых вариантах осуществления сырье не нуждается в предварительном разукрупнении, и вместо этого может быть непосредственно помещено в первичную камеру 1. Однако, при необходимости, сырье может быть разделено на более мелкие части перед загрузкой. Для загрузки в первичную камеру 1 габаритного или более тяжелого сырья может быть использовано загрузочное устройство.
[0046] После загрузки сырья в первичную камеру 1 крышка 11 может быть опущена для плотного закрытия отверстия первичной камеры 1 и, таким образом, поддержания инертной среды внутри первичной камеры 1. После герметизации первичной камеры 1 остаточный кислород внутри первичной камеры 1 может быть удален путем вытеснения инертным газом. Тепло может также подаваться в первичную камеру опосредованно, через горелку 5а. Когда первичная камера 1 нагревается, редуктор 9 может приводить в движение первичную камеру 1, инициируя ее вращение. Кроме того, когда первичная камера 1 нагревается, сырье может начать выделять газ и распадаться. Синтез-газ образуется из элементарного материала сырья.
[0047] Во время нагревания, в соответствии с определенными вариантами осуществления, распад сырья может происходить на трех различных стадиях, в зависимости от типа и объема используемого сырья. Однако в других вариантах осуществления может наблюдаться четвертая стадия. Первая стадия может наблюдаться при 250°С, вторая стадия может наблюдаться при 400°С, а третья стадия может наблюдаться при 550°С. Кроме того, температуры, при которых начинаются и заканчиваются эти стадии, могут изменяться. Добавление инертного газа в первичную камеру обеспечивает лучший контроль и делает поведение сырья более предсказуемым.
[0048] В соответствии с некоторыми вариантами осуществления, в первичную камеру 1 в дополнение к сырью можно также добавлять измельчающую среду. В качестве измельчающей среды для дробления или размалывания материалов могут использоваться, например, шары, бусинки, цилиндры, рубленая проволока или другие материалы, имеющие форму. Кроме того, измельчающая среда может быть изготовлена из таких материалов, как сталь, оксид алюминия, металлические сплавы, карбид вольфрама, и т.п. Смешивание измельчающей среды с сырьем способствует превращению сырья в порошкообразный концентрат. Этот процесс измельчения может быть полезным и во время комбинированного процесса пиролиза и газификации. Кроме того, это может способствовать удалению из сырья уже газифицированных слоев и открытию новых слоев, что ускоряет процесс и делает его более равномерным и однородным.
[0049] Как показано на ФИГ. 1(A) и ФИГ. 1(B), вытяжной канал 12 первичной камеры соединен с крышкой 11. Во время работы первичной камеры 1 и нагревательной камеры 2 внутри первичной камеры 1 из сырья образуются токсичные газы. Токсичные газы могут быть удалены через вытяжную систему, начиная с крышки 11. Поток газов затем движется через вытяжной канал 12 первичной камеры и попадает во вторичную камеру 3.
[0050] В итоге, после попадания во вторичную камеру 3 токсичные газы и синтез-газ могут выбрасываться в атмосферу или захватываться и возвращаться в поток. Как отмечалось ранее, секция первичной камеры 105 соединена с вторичной камерой 3 через вытяжной канал 12 первичной камеры. Как показано на ФИГ. 1(A) и ФИГ. 1(B), может быть предусмотрен противовзрывной клапан 19, который служит в качестве предохранительного устройства на случай, если полученный синтез-газ становится нестабильным. В некоторых вариантах осуществления противовзрывной клапан 19 представляет собой удерживаемый действием силы тяжести люк, который может свободно открываться в случае резкого повышения давления внутри системы. Противовзрывной клапан 19 имеет такой размер, который обеспечивает возможность выброса в атмосферу быстро расширяющихся газов. Клапан может автоматически возвращаться в исходное положение, чтобы минимизировать потери газа внутри системы каналов (11, 12, 4 и 13).
[0051] Когда токсичные газы и синтез-газ достигают вторичной камеры 3, они могут оставаться внутри вторичной камеры 3 в течение минимального периода времени, например, около 2 секунд. По истечении этого времени газы могут удаляться в теплообменник или котел, а затем в систему эмиссионного фильтра (не показана).
[0052] Как показано на ФИГ. 1(A) и ФИГ. 1(B), в секции вторичной камеры 110 системы газогенератора 100 может быть предусмотрена вторичная камера 3. Вторичная камера 3 может содержать вентилятор подачи воздуха для горения синтез-газа 7, который соединен с вытяжным каналом 13 вторичной камеры посредством диффузора воздуха горения синтез-газа 18. Диффузор воздуха горения синтез-газа 18 может быть выполнен из нержавеющей стали. Однако в других вариантах осуществления для изготовления диффузора воздуха горения синтез-газа 18 могут быть использованы различные материалы. В процессе работы газогенераторной системы 100, поскольку получаемый синтез-газ является горючим и сжигается во вторичной камере 3, диффузор воздуха горения синтез-газа 18 может быть выполнен с возможностью подачи воздуха для горения во вторичную камеру 3 с целью сжигания синтез-газа. В частности, воздух для горения может подаваться вентилятором подачи воздуха для горения синтез-газа 7. Таким образом, в некоторых вариантах осуществления вторичная камера 3 это камера, где происходит экзотермическая реакция с участием синтез-газа.
[0053] Согласно определенным вариантам осуществления, вторичная камера 3 может иметь круглую трубообразную форму, и вторичная камера 3 может быть полностью изолирована. В частности, вторичная камера 3 может состоять из внешней оболочки из углеродистой стали и внутреннего слоя из высокотемпературной изоляции. Этот внутренний слой может состоять из любой высокотемпературной изоляции, например, керамического волокна, огнеупорных монолитов или огнеупорного кирпича. Во время работы температура во вторичной камере 3 может поддерживаться на минимальном уровне при помощи горелки для природного газа, такой, как горелка 5b. Длина и диаметр вторичной камеры 3 могут быть подобраны так, чтобы синтез-газ перед выходом удерживался в горячей среде минимум две секунды. Кроме того, хотя на ФИГ. 1(A) и ФИГ. 1(B) показана только одна первичная камера 1 и нагревательная камера 2 секции первичной камеры 105, размер вторичной камеры 3 может быть подобран таким образом, чтобы один из вариантов осуществления предусматривал одновременную работу более чем одной первичной камеры 1 и нагревательной камеры 2. Расчет габаритов такой вторичной камеры может быть основан на скорости комбинированного процесса пиролиза и газификации в первичной камере 1 и ожидаемой величине теплоты сгорания сырья. Теплота сгорания может быть вычислена для вывода формулы потенциального потока воздуха в системе. Длина и диаметр вторичной камеры 3 должны быть такими, чтобы при максимальном сгорании синтез-газа обеспечивалось не менее чем 2-х секундное время удержания. Как показано на ФИГ. 1(A) и ФИГ. 1(B), конструкция вторичной камеры 3 может быть цилиндрической. Могут использоваться и другие формы при условии сохранения минимального времени удержания.
[0054] Как показано на ФИГ. 1(A) и ФИГ. 1(B), секция вторичной камеры 110 может также включать в себя устройство регулирования тяги 8. Данное устройство регулирования тяги 8 в определенных вариантах осуществления может обеспечивать отрицательную тягу для вытяжной системы, более конкретно, крышки 11. Устройство регулирования тяги 8 может состоять из направляющей системы, как показано на ФИГ. 1(B). Оно может состоять также из одного или более индукционных вентиляторов. Кроме того, секция вторичной камеры 110 может включать в себя еще одну горелку 5b, расположенную на боковой поверхности вторичной камеры 3, при этом боковая поверхность является той же стороной, на которой расположен вентилятор подачи воздуха для горения синтез-газа, и боковая поверхность расположена напротив другой боковой поверхности вторичной камеры 3, где расположены выводная труба 14 и направляющий воздушный вентилятор. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления для вторичной камеры 3 могут быть предусмотрены опорные ножки.
[0055] В некоторых вариантах осуществления вся система газификатора 100 является транспортабельной. Для транспортировки газогенераторная система 100 может быть разобрана на отдельные компоненты, которые затем собираются для использования в качестве единой системы.
[0056] На ФИГ. 2(А) показан перспективный вид первичной камеры 1, изображенной на ФИГ. 1(A) и ФИГ. 1(B), включая вырезанный участок, демонстрирующий внутренний вид первичной камеры 1 согласно определенным вариантам осуществления. На ФИГ. 2(В) показан вид сверху внутренней части первичной камеры 1 согласно определенным вариантам осуществления. Как видно на ФИГ. 2(А), первичная камера 1 имеет отверстие 201 в верхней части камеры. Как описано выше, отверстие 201 предназначено для загрузки сырья в первичную камеру 1. Кроме того, отверстие 201 может быть плотно закрыто посредством прикрепления крышки 11, и конфигурация отверстия 201 может обеспечивать возможность загрузки и выгрузки сырья.
[0057] На ФИГ. 2(А) показано также, что первичная камера 1 имеет верхнюю конусную секцию 205, которая образует часть первичной камеры 1, плотно закрытую крышкой 11. Кроме того, данная конусная секция 205 может быть изолирована. Эта изолированная конусная секция служит для защиты уплотнений как на крышке 11, так и на нагревательной камере 2. В дополнение, вокруг данной конусной секции 205 расположен держатель опоры выпускного конца 210. Держатель опоры выпускного конца 210 может служить в качестве монтажной поверхности. Кроме того, как показано на ФИГ. 2(А), первичная камера 1 может включать фурменные рукава 215, расположенные на внешней поверхности первичной камеры 1. На ФИГ. 2(А) показано также, что фурменные рукава 215 продолжаются во внутреннее пространство первичной камеры 1 через боковую стенку периметра первичной камеры 1.
[0058] Как далее показано на ФИГ. 2(А) и ФИГ. 2(B), первичная камера 1 может включать одно или несколько ребер теплопередачи 235, которые могут передавать тепло от первичной камеры 1 в нагревательную камеру 2. В некоторых вариантах осуществления ребра теплопередачи 235 могут быть прикреплены к внешней поверхности первичной камеры 1 и могут проходить от нижней части верхней конусной секции 205 под нижней поверхностью первичной камеры 1, которая находится непосредственно напротив отверстия 201. Ребра теплопередачи 235 могут также проходить в направлении, параллельном длине первичной камеры 1. Ребра теплопередачи 235 могут также быть плоскими прямоугольными стержнями, приваренными к внешней стороне первичной камеры 1 для увеличения площади поверхности теплопередачи. В соответствии с определенными вариантами осуществления ребра теплопередачи 235 могут быть изготовлены из того же материала, что и первичная камера 1. Однако в других вариантах осуществления могут быть использованы другие материалы, обеспечивающие те же или аналогичные структурные характеристики.
[0059] Далее, от нижней поверхности первичной камеры 1 проходит вал 230. К валу 230 прикреплены нижняя уплотнительная втулка 220 и фланец нижней подшипниковой опоры 225. В некоторых вариантах осуществления вал 230 может приводиться в движение редуктором 9, что, в свою очередь, вызывает вращение первичной камеры 1. Нижняя уплотнительная втулка 220 может обеспечивать уплотнение между вращающимся валом 230 и нагревательной камерой 2. Фланец нижней подшипниковой опоры 225 может представлять собой перфорированный и нарезной фланец, вмещающий 4-ходовой шариковый подшипник большого диаметра, способный выдерживать нагрузку, создаваемую первичной камерой 1.
1
2
[0060] На ФИГ. 2(С) показан вид сбоку первичной камеры 1 согласно определенным вариантам осуществления. Как показано на ФИГ. 2(С), длина L первичной камеры 1 (включая вал 230, к которому прикреплены нижняя уплотнительная втулка 220 и фланец нижней подшипниковой опоры 225) может быть приблизительно от 9 футов. Далее, длина L от нижней части верхней конусной секции 205 до нижней поверхности первичной камеры может составлять приблизительно 5 футов. Кроме того, на ФИГ. 2(С) показаны элементы усиления жесткости 240, расположенные на нижнем конце первичной камеры 1. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления, элементы усиления жесткости 240 могут расходиться радиально от вала 230 и обеспечивать структурную опору для первичной камеры 1.
[0061] На ФИГ. 3(A) показан в разрезе внутренний вид первичной камеры 1, изображенной на ФИГ. 1(А)-2(C), согласно определенным вариантам осуществления. Как показано на ФИГ. 3(А), первичная камера 1 может включать один или несколько фурменных рукавов 301 во внутренней части первичной камеры 1. Например, в некоторых вариантах осуществления первичная камера 1 может включать в себя восемь фурменных рукавов 301. Однако в других вариантах осуществления может использоваться большее или меньшее число фурменных рукавов 301. Кроме того, согласно определенным вариантам осуществления, фурменные рукава 301 могут быть расположены по кругу на периферии внутренней части первичной камеры 1 и могут окружать фурму 305, расположенную в центре внутренней части первичной камеры 1. Как показано на ФИГ. 3(А), фурма 305 может быть соединена с валом 230 для обеспечения подачи инертного газа или воздуха для горения в первичную камеру 1.
[0062] На ФИГ. 3(В) показан внутренний вид первичной камеры 1 в разрезе по линии А-А, обозначенной на ФИГ. 3(А), в соответствии с определенными вариантами осуществления. Как и на ФИГ. 3(А), на ФИГ. 3(В) показан внутренний вид первичной камеры 1 в разрезе; на ФИГ. 3(В) разрез сделан по линии А-А. В частности, на ФИГ. 3(В) видны ребра теплопередачи 310, расположенные вдоль внешней периферийной поверхности первичной камеры 1. В некоторых вариантах осуществления первичная камера 1 может содержать шестнадцать ребер, но количество ребер может не ограничиваться данным числом. На ФИГ. 3(В) также показаны фурменные рукава 301, расположенные вдоль внутренней периферийной поверхности первичной камеры 1, и корпус камеры 315, который служит в качестве внешней поверхности первичной камеры 1. Кроме того, на ФИГ. 3(В) показано вращательное движение корпуса в направлении стрелки 320 во время работы, причем направление вращения может определяться положением насадки и эффективным направлением.
[0063] ФИГ. 4 иллюстрирует способ снижения объема отходов согласно определенным вариантам осуществления. На этапе 401 сырье может быть загружено в первичную камеру. Это может быть сделано путем поворота узла нагревательной/первичной камеры в рабочее положение и установки и закрепления крышки на открытом конце первичной камеры. После того, как первичная камера плотно закрыта, в нее может быть подан инертный газ, и узел нагревательной/первичной камеры может быть наклонен для содействия процессу переработки сырья. Например, согласно определенным вариантам осуществления, узел нагревательной/первичной камеры может быть наклонен под углом около 45°. Однако в других вариантах осуществления узел нагревательной/первичной камеры может быть наклонен под другими удобными углами в зависимости от типа и объема сырья, загружаемого в первичную камеру.
[0064] На этапе 405 вторичная камера может быть доведена до определенной температуры или нагрета во время процесса загрузки. Однако в других вариантах осуществления вторичная камера уже может быть нагрета до нужной температуры в результате переработки предыдущей партии сырья. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления, вторичная камера может быть нагрета до температурного диапазона от примерно 1000°С до примерно 1100°С.
[0065] На этапе 410 нагревательная камера может нагреваться, а первичная камера может вращаться. Нагревательная камера в процессе нагрева опосредованно нагревает первичную камеру. Кроме того, осуществляется непрерывный мониторинг повышения температуры первичной камеры и нагревательной камеры и этот процесс может контролироваться. Как только сырье достигает температуры около 500-600°С, на этапе 415 температура может быть стабилизирована и может начаться вращение в течение контролируемого периода времени в зависимости от типа и объема сырья. Когда первичная камера нагревается, сырье начинает разлагаться и выделять газ в виде синтез-газа.
[0066] На этапе 420 горелка 5а нагревательной камеры может быть выключена, и может быть запущен вентилятор охлаждения. Во время процесса охлаждения вращение первичной камеры может продолжаться. На этапе 425 может быть выключена вторичная камера. Как только концентрат достигнет достаточно низкой температуры для его безопасной обработки, на этапе 430 может быть открыта крышка первичной камеры, и узел нагревательной/первичной камеры может быть опущен в нисходящее положение для выгрузки оставшегося концентрата.
[0067] На этапах 410 и 415 получаемый синтез-газ собирается в крышке 11 и сжигается во вторичной камере 3, после чего выводится в атмосферу или проходит дальнейшую фильтрацию в вытяжной системе.
[0068] На ФИГ. 5 показан внутренний вид первичной камеры в разрезе, включая использование газовых труб для подачи газов в камеру с сырьем. Такие инертные газы могут использоваться для контроля пиролиза и могут быть более горячими или более холодными, чем сырье, содержащееся в первичной камере.
[0069] Вышеописанные варианты осуществления обеспечивают значительные улучшения и преимущества по сравнению с традиционными способами и системами переработки отходов. Например, в соответствии с определенными вариантами осуществления возможно уменьшение объема электронных отходов до концентрированной руды, содержащей минералы, металлы и углерод. Возможно также удаление углеводородов и неметаллических и неминеральных компонентов. В соответствии с другими вариантами осуществления возможно удовлетворение потребности в экономичных, экологически более совершенных, логистически децентрализованных процессах сбора и переработки опасных отходов, из которых в настоящее время утилизируется лишь небольшой процент. Кроме того, возможно устранение негативных последствий хранения электронных отходов, размещения отходов на свалках, сжигания и пирометаллургической очистки. Аналогичным образом, вышеописанные варианты осуществления могут уменьшить количество медицинских отходов, уничтожая вредные патогены и рециркулируя материалы, содержащиеся в медицинских отходах.
[0070] В соответствии с другими вариантами осуществления возможно прекращение вредного воздействия на людей на формирующихся рынках, где распространены опасные способы извлечения опасных металлов из отходов. То есть, использование системы для переработки электронных отходов обеспечивает безопасное контролируемое уничтожение носителей данных в децентрализованных локациях. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления возможна работа в условиях регулируемой температуры, чтобы максимизировать извлечение большего количества металлов и минералов по сравнению с действующими высокотемпературными методами очистки.
[0071] В других вариантах осуществления не требуется удалять литий-ионные батареи из электронных отходов, например, телефонов и ноутбуков, а также других портативных устройств. В соответствии с определенными вариантами осуществления имеется возможность рециркуляции литий-ионных батарей, переработки телефонов, ноутбуков и других электронных устройств целиком, и реализации процесса, который предусматривает сокращенную предварительную обработку по сравнению с ручной или пирометаллургической обработкой электронных отходов.
[0072] В соответствии с другими вариантами осуществления возможно использование гидрометаллургического экстракта таких металлов, как золото, серебро и палладий, с применением маломасштабных перемещаемых перерабатывающих установок. Кроме того, медеплавильные комбинаты и предприятия, желающие извлекать кобальт, иридий, барий, эрбий, празеодим и/или другие редкоземельные элементы, смогут без труда очищать высококонцентрированные остатки предыдущей экстракции металлов.
[0073] Хотя приведенное выше описание относится к предпочтительным вариантам осуществления изобретения, следует отметить, что специалистам в данной области техники будут очевидны другие изменения и модификации, которые могут быть выполнены без отклонения от сущности или объема настоящего изобретения. Кроме того, свойства и характеристики, приведенные в связи с одним вариантом осуществления изобретения, могут быть использованы в сочетании с другими вариантами осуществления, даже если это четко не обозначено выше.