СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ТВЕРДЫХ БЫТОВЫХ И ПРОМЫШЛЕННЫХ ОТХОДОВ
PROCESSING OF SOLID HOUSEHOLD AND INDUSTRIAL WASTES

Изобретение относится к области термических методов обезвреживания отходов, в частности к области термической обработки бытовых и промышленных отходов, и может быть использовано при ликвидации бытовых и промышленных отходов.
В настоящее время в мировой практике применяется более десятка технологий сжигания твердых бытовых отходов (ТБО) (А.В.Гречко, В.М.Парецкий. Современные технологии термической переработки твердых бытовых отходов и сравнение их показателей. «Цветные металлы», 2006, №2, стр.30-31).
Самой распространенной является технология сжигания в слоевой топке на колосниковых решетках. Сжигание отходов в топках в псевдоожиженном слоем широко распространено в Японии. В США работает технология по сжиганию отходов в циркулирующем псевдоожиженном слое.
Главным недостатком вышеперечисленных технологий является образование в отходящих газах полиароматических углеводородов (ПАУ) и диоксинов.
По технологиям сжигания ТБО на колосниковых решетках при температуре 800-900°С остается 25-30% вторичных твердых отходов, зараженных высокотоксичными веществами и требующих, в свою очередь, обезвреживания или специального захоронения. Кроме того, при сжигании отходов при указанной температуре при медленном нагреве идет интенсивное образование диоксинов и ПАУ, как в процессе сжигания отходов, так и в процессе охлаждения газов, где главную функцию синтеза и их транспортировки выполняют аэрозоли сажи. В результате этого происходит загрязнение окружающей среды на расстоянии до 30 км и, как правило, (из зарубежной практики) заводы по переработке ТБО закрываются (Нидерланды, Голландия, Польша и т.д.) или переводятся на дорогостоящую систему очистки газов с помощью угольных фильтров и специальных катализаторов окисления окислов азота, ПАУ и диоксинов.
Технологии по сжиганию отходов в топках с псевдоожиженным слоем и в топках с циркулирующим псевдоожиженным слоем не решают проблему утилизации и обезвреживания твердых остатков - шлака, и особенно летучей золы.
Сжигания ТБО по технологии «Пиролиз и высокотемпературное сжигание» сложно в аппаратурном оформлении как на стадии пиролиза и сжигания отходов, так и на стадии газоочистки и поэтому вряд ли окупаемо.
Технология ПОРШ при всей сложности системы газоочистки малоэффективна в смысле осаждения получаемых аэрозолей на сажевых образованиях, следовательно, и очистки от диоксинов, т.е. не гарантирует необходимую экологическую обработку.
Институтом «ГИНЦветМет» (Гречко А.В., Калнин Е.И., Денисов В.Ф. Печь Ванюкова и ее использование для решения проблемы твердых бытовых отходов // Металлы. - 1998. - №6, с.3-11) совместно с другими организациями разработана экологически чистая технология переработки твердых бытовых отходов (ТБО) и промышленных отходов (ТБПО). Она базируется на плавке в расплаве шлака, продуваемом (барботируемом) газовыми струями. Для этой цели используются агрегаты типа печей Ванюкова (ПВ), получивших промышленное распространение на заводах цветной металлургии России и Казахстана.
Сущность технологии заключается в плавке отходов при условиях, обеспечивающих отсутствие высокотоксичных соединений (диоксинов, фуранов и др.) уже на выходе газопылевого потока из печи. По сравнению с существующими способами переработки ТБО (например, в печах-котлоагрегатах с колосниковыми решетками) имеет высокие температуры 1250-1400°С, окислительную среду (коэффициент избытка окислителя а=1,05-1,2), определенную длительность пребывания газов (2-4 с и более), «термическую мгновенность» в процессе плавки. Последнее условие обеспечивается в печи ПВ благодаря специфической гидроаэродинамической обстановке в рабочем пространстве («барботажный эффект»).
Эта технология прошла крупномасштабные испытания на специально переоборудованной под этот вид перерабатываемого сырья (ТБО, ТБПО) установке ПВ на Рязанском опытно-экспериментальном металлургическом заводе ГИНЦветМет.
Переработка ТБПО в печах Ванюкова, однако, имеет ограничения по скоростям протекающих процессов вследствие использования сравнительно малоэффективных барботажных процессов и не позволяет получать шлак, свободный от тяжелых металлов, пригодный для использования, например, в производстве строительных материалов, так как эти печи предусматривают проведение только одного вида технологических процессов, в данном конкретном случае окислительных. При этом отсутствуют восстановительные процессы. Кроме того, при создании большого количества кислорода в отходящих окислительных газах при переработке низкокалорийного сырья для создания высокотемпературного процесса потребуется использование чисто кислородного или обогащенного по кислороду дутьевого газа, что потребует дополнительных как капитальных, так и эксплуатационных затрат. Учитывая непостоянство состава ТБПО, необходимо включение специальных подготовительных операций по подготовке сырья к переработке из-за отсутствия в указанных способах оперативных систем терморегулирования.
Известен технологический комплекс для утилизации и переработки бытовых и промышленных отходов (полезная модель RU 111467, кл. В09В 3/00 от 18.08.2011 г.). Комплекс содержит линию для подачи метана, установку для газоразделения, трубопроводную и запорную арматуру и устройства для очистки газов. Введены линия подачи твердых бытовых и промышленных отходов, установка для сжигания этих отходов, установленная на выходе линии подачи, установка для синтеза бензина, установленная на выходе линии подачи метана, установка для синтеза аммиака, вход подачи азота которой соединен трубопроводом с выходом азота установки для газоразделения, а вход подачи водорода соединен с соответствующим выходом установки для синтеза бензина. Введена установка для синтеза карбомида, вход подачи аммиака которой соединен с выходом установки для синтеза аммиака, а вход подачи углекислого газа соединен с соответствующими выходами установки для сжигания твердых бытовых и промышленных отходов и установки для синтеза бензина. Твердые бытовые и промышленные отходы по линии подачи подают в установку для сжигания. При сжигании образуется углекислый газ, метан. Который образуется при хранении твердых бытовых и промышленных отходов. По линии для подачи метана подают в установку для синтеза бензина, в которой образуется углекислый газ и водород. Из воздуха выделяют кислород в установке для газоразделения, который используют при сжигании твердых бытовых и промышленных отходов, и азот, который вместе с водородом, который образуется при синтезе бензина в установке для синтеза бензина, используют для синтеза аммиака в установке для синтеза аммиака, который используют для синтеза карбомида в установке для синтеза карбомида совместно с углекислым газом, который образуется при сжигании твердых бытовых и промышленных отходов в установке для сжигания твердых бытовых и промышленных отходов и в установке для синтеза бензина.
Однако такой способ переработки твердых бытовых и промышленных отходов и установка для этого очень и очень сложны.
Задача изобретения заключается в повышении эффективности переработки твердых бытовых и промышленных отходов с исключением использования в качестве дутьевого газа кислорода или воздуха, обогащенного по кислороду.
Технический результат при использовании изобретения заключается в создании способа переработки твердых бытовых и промышленных отходов с повышенной эффективностью процессов взаимодействия жидкостной и газовых фаз, включением в технологическую переработку терморегулирования и восстановительных процессов.
Указанный технический результат достигается тем, что способ переработки твердых бытовых и промышленных отходов включает плавку в расплаве шлака, продуваемого газовыми струями. Плавку осуществляют по газлифтной технологии в циркулирующем расплаве шлака в специально выгороженных камерах газлифтной печи с двумя зонами. В первой зоне проводят окислительную обработку отходов циркулирующим шлаком с интенсивным перемешиванием воздухом вплоть до создания пеножидкостного состояния. Отстоявшийся в отстойной камере окислительной зоны шлак направляют в зону обработки в газлифтном режиме восстановительными газами, а отходящий газовый поток восстановительной зоны объединяют с отходящим окислительным газовым потоком окислительной зоны. Регулирование температуры процесса осуществляется за счет тепла, создаваемого электрическим током от поляризованных электродов, установленных в отстойных камерах окислительной и восстановительной зон.
Способ переработки твердых бытовых и промышленных отходов осуществляется следующим образом.
Подготовленные отходы дозируются в нисходящий канал газлифта окислительной зоны, где под действием перегретого циркулирующего шлака проходит деструкция отходов и переход минеральной части отходов в шлак. Твердые, жидкие и газообразные продукты деструкции органического происхождения поступают под действием дутьевых газов совместно с циркулирующим шлаком в газлифт, где под действием кислорода воздуха с α≥1,05 окисляются до элементарных соединений без образования сажистых продуктов и сложных полиароматических соединений и соединений диоксинового ряда. Образующийся в процессе переработки твердых бытовых и промышленных отходов в первом циркуляционном контуре шлак поступает на обработку восстановительными реагентами, например углем, во второй циркуляционный контур. Вывод тяжелых металлов из шлака при обработке его восстановительными реагентами делает пригодным шлак для производства из него строительных материалов. Таким образом, переработка твердых бытовых и промышленных отходов по предлагаемой схеме делает безотходную экологически безопасную технологию более экономичной при одновременном увеличении производительности основного технологического агрегата. Введение электродов стабилизирует работу плавильного агрегата при колебаниях состава твердых бытовых и промышленных отходов.