СПОСОБ КОМПЛЕКСНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ УГЛЕРОДСОДЕРЖАЩИХ ОТХОДОВ
METHOD FOR COMPLEX PROCESSING OF CARBON-CONTAINING WASTES

Изобретение относится к области переработки углеродсодержащих отходов, в том числе осадков бытовых и сточных вод, животноводческих предприятий и птицефабрик, илистого осадка водохранилищ и озер, угольных и коксовых технологических отходов, отходов деревообработки для обеспечения их утилизации и получения газообразных, жидких и твердых продуктов.
7
Известен способ переработки органосодержащего илистого осадка сточных вод (Патент РФ №2239620, МПК C05F 7/00, 20.01.2004), включающий смешение наполнителя с частично обезвоженным илистым осадком. Полученные гранулы или брикеты подвергают термической обработке в пиролизной установке при температуре 350-500°C в восстановительной среде без доступа воздуха с образованием полукокса и парогазовой смеси.
6
Известен способ получения биогаза (Заявка РФ №93032012, МПК C02F 11/04, 09.07.1995), включающий пиролиз целлюлозосодержащего сырья во время загрузки в метантенк для получения метана.
Общим недостатком указанных аналогов является низкая эффективность превращения углеродсодержащих отходов в энергетическую продукцию, в связи с тем, что процесс пиролиза с точки зрения получения энергии менее эффективен, чем процесс биологической деструкции. Так, при ферментации 1 т отходов можно получить топливо, теплота сгорания которого эквивалентна 1470 кВт·ч, а методом пиролиза - лишь 306 кВт·ч (Хитров А.Н. Сельскохозяйственная биомасса как источник энергии // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 1980. - №4. - С.57-61).
5
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому техническому эффекту является способ получения горючего газа из отходов (Патент СССР №1556543, МПК C10B 53/00, C02F 11/04, B09B 3/00, Бюл. №13 07.04.90), включающий разделение отходов на влажную и легкую фракцию, при этом легкую фракцию прессуют в брикеты, комки или гранулы и дегазируют посредством пиролиза, а влажную фракцию подают на биогазовую установку для образования метана.
Недостатком известного способа является низкая эффективность превращения углеродсодержащих отходов в энергетическую продукцию, в связи с тем, что процесс пиролиза с точки зрения получения энергии менее эффективен, чем процесс биологической деструкции.
Технический результат изобретения - увеличение эффективности процесса переработки углеродсодержащих отходов.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе комплексной переработки углеродсодержащих отходов, включающем стадии биологической и термической деструкции органического вещества, согласно изобретению углеродсодержащие отходы сначала подвергают анаэробному сбраживанию, после чего полученный сброженный остаток смешивают с наполнителем, формуют и подвергают термической деструкции в восстановительной среде без доступа кислорода при температуре 300-1050°C.
Указанный технический результат достигается также тем, что в качестве наполнителя используют твердые горючие углеродсодержащие материалы.
Указанный технический результат достигается также тем, что формование смеси производят скатыванием с добавлением в процессе окатывания длинноволокнистых углеродсодержащих материалов.
Заявляемый способ осуществляют следующим образом.
Углеродсодержащие отходы, в том числе осадки бытовых и сточных вод, илистый осадок водохранилищ и озер, отходы животноводческих предприятий и птицефабрик, загружают в метантенки известных конструкций (Баадер В., Доне Е., Бренндерфер. Биогаз: теория и практика / Пер. с нем М.И.Серебряный. - М.: Колос, 1982. - С.32-36).
В процессе анаэробного сбраживания образуется биогаз, который с высокой эффективностью используется как топливо для обеспечения автономности очистных сооружений, как бытовое и альтернативное моторное топливо (Кириллов Н.Г. Альтернативные виды моторного топлива из биосырья для сельскохозяйственной техники // Достижения науки и техники АПК. - 2002. - №2. - С.11-15; Моисеев И.И., Платэ Н.А. Альтернативные источники органических топлив // Вестник РАН. - 2006. - №5. - С.433-434).
Сбраживание углеродсодержащих отходов проводят в течение 15-35 суток. После чего сброженный остаток смешивают с наполнителем, в том числе с угольными и коксовыми нетоварными материалами, отходами деревообработки, и формуют скатыванием в аппаратах-окомкователях известных конструкций (барабанный, тарельчатый и т.п.) (Класссен П.В., Гришаев И.Г., Шомин И.П. Гранулирование. - М.: Химия, 1991. - С.154-159). В процессе скатывания в аппарат-окомкователь вводят длинноволокнистые углеродсодержащие материалы для предотвращения слипания гранул между собой и прилипания их к внутренним поверхностям аппарата-окомкователя, что способствует получению прочных гранул правильной шарообразной формы, а также дает возможность контролировать размер гранул.
В результате получают шарообразные гранулы твердого топлива, которые подвергают термической деструкции для получения газообразных, жидких и твердых продуктов. Газообразные продукты сжигают для получения тепловой и электрической энергии, а также используют как сырье для органического синтеза. Жидкие продукты разделяют на подсмольную воду и смолу, первую направляют на очистные сооружения, а вторую сжигают для получения тепла или разгоняют для получения товарной продукции. Твердые продукты используют как бытовое топливо, как сырье для получения активированных углей.
Ниже приведен конкретный пример осуществления заявляемого способа.
3
3
10 кг навоза крупнорогатого скота влажностью 85% смешивают с 1 л воды, загружают в вертикальный цилиндрический метантенк объемом 15 л, метантенк герметизируют и поддерживают температуру сбраживаемых отходов на уровне 47-50°C. Процесс сбраживания проводят в течение 20 дней. В результате образуется 40 л биогаза с теплотой сгорания 32 МДж/м и 10,2 кг сброженного остатка. Сброженный остаток смешивают в смесителе с 4,3 кг древесных опилок, после чего готовую смесь порционно по 0,5 кг направляют в барабанный аппарат-окомкователь; в процессе скатывания в аппарат-окомкователь вводят дополнительно 25 г древесных опилок. В результате получают топливные гранулы шаровидной формы, которые сушат в сушильном аппарате, а затем на воздухе до воздушно-сухого состояния. После чего топливные гранулы загружают в аппарат-пиролизатор в количестве 250 г и подвергают термической деструкции при нагреве смеси до 600°C в течение 1,5 ч. При этом выделяется 6 л пирогаза с теплотой сгорания 9,3 МДж/м, 160 г твердого продукта и 20 г жидких продуктов.
Применение заявляемого способа позволит увеличить эффективность процесса переработки углеродсодержащих отходов за счет деструкции углеродсодержащих отходов сначала биологическим, а потом термическим путем, потому что данная последовательность стадий позволит получить больше энергетической продукции, чем при обратной последовательности. Это объясняется тем, что ферментация 1 т отходов дает топливо, теплота сгорания которого эквивалентна 1470 кВт·ч, а метод пиролиза - лишь 306 кВт·ч. При этом в результате пиролиза образуются высокоуглеродистые твердые и жидкие продукты, слабо подверженные анаэробному сбраживанию.