УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ БЫТОВЫХ И ПРОМЫШЛЕННЫХ ОРГАНИЧЕСКИХ ОТХОДОВ

Полезная модель относится к переработке отходов и получению углеводородов из бытовых и промышленных органических отходов путем пиролиза. Полезная модель может быть использована для утилизации бытовых, сельскохозяйственных и промышленных отходов органического происхождения с получением в процессе переработки отходов биогаза, жидких нефтепродуктов, твердых топливных компонентов.
В известных системах переработки и утилизации бытовых и промышленных отходов, в частности таких, как навоз, отходы мясопереработки, опилки, торф, резина, бытовые отходы (очищенные от металлов) и др., в основном используются такие процессы, как прессование и захоронение в могильниках, биодеструкция на уровне микроорганизмов и высокотемпературная переработка.
В связи с ростом объема отходов предпочтительным становится принцип высокотемпературного разложения, так как захоронение в могильниках и ферментное разложение отходов требует значительных площадей и не считается рентабельным.
Известна установка для пиролиза бытовых и коммунальных отходов, содержащая приемную воронку, загрузочное устройство, швельшахту, систему разделения газообразной смеси, включающую газоход с заслонкой и конденсатором для отвода горючих газов и жидкого топлива, систему очистки газов и приспособление для отвода твердого остатка. (Авторское свидетельство СССР, №699287, МПК F23G 5/00, опубл. 1979).
Однако указанная установка имеет невысокую эффективность переработки отходов, поскольку процесс пиролиза протекает при явно избыточном содержании кислорода в зоне пиролиза, что ведет к излишнему окислению продуктов пиролиза и снижает качество и количество получаемых топливных компонентов.
Известна установка для переработки органического сырья в топливные компоненты (патент РФ №2182684, МПК F23, G 5/027, опубл. 20.05.02), содержащая средство для подачи сырья, реактор пиролиза, снабженный кольцевой топочной камерой, систему разделения парогазообразной смеси, средство для выгрузки. Размещение кольцевой топочной камеры непосредственно в реакторе пиролиза ведет к повышению эффективности процесса, однако в указанной установке процесс деструкции отходов не позволяет добиться их качественной переработки, поскольку конструкция реактора не рассчитана на применение пиролиза с высокими температурами.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемой полезной модели является устройство для получения углеводородов из бытового мусора или отходов и/или отходов органических материалов (патент РФ №2202589, МПК F23, G 5/027, опубл. 10.10.03)
Устройство для реализации данного способа содержит главным образом горизонтальный вращающийся реактор и реактор с винтовой мешалкой. Горизонтальный вращающийся реактор, осуществляющий реакцию первого крекинга, включает первый цилиндрический корпус, загрузочное устройство, установленное на одном конце горизонтального вращающегося реактора и первую камеру для обработки, установленную на его другом конце. Реактор с винтовой мешалкой, осуществляющий реакцию второго крекинга включает второй цилиндрический корпус, соединенный с первой камерой для обработки и вторую камеру для обработки, установленную на выходе второго цилиндрического корпуса.
Данное устройство является более эффективным с точки зрения безопасности и технологичности процесса переработки отходов, поскольку реакции крекинга осуществляются в две стадии в отдельных реакторах при разных температурах. Отсутствие высоких температур при первой реакции крекинга положительно сказывается на состоянии первого реактора.
Однако указанное устройство для получения углеводородов из бытового мусора или отходов является недостаточно эффективным по скорости и качеству переработки отходов.
Кроме того данное устройство критично с точки зрения технологичности и безопасности процесса переработки. Это связано, в том числе с использованием вращающегося реактора. Вращающийся реактор является дорогостоящим и сложным в изготовлении, а процесс эффективной деструкции при воздействии высоких температур зависит от соблюдения условий безопасности процесса, определяемых отсутствием деформаций реактора при высоких температурах.
Основной задачей заявляемой полезной модели является создание устройства для переработки бытовых и промышленных отходов органических материалов, позволяющего повысить качество процесса переработки отходов и наиболее полно переработать и извлечь полезные продукты, например, такие как жидкие и газообразные углеводороды, и твердые продукты.
Технический результат - повышение эффективности и надежности за счет проведения процесса переработки отходов в две стадии при совмещении различных воздействий на сырье - пиролиза и электромагнитного, что позволяет ускорить и наиболее полно производить деструкцию отходов, а также наиболее оптимально разделять и структурировать различные полезные выходные продукты.
Поставленная задача решается тем, что в устройство для переработки бытовых и промышленных отходов органического происхождения, содержащее реактор пиролиза, состоящий из двух частей и систему разделения парогазовых продуктов пиролиза, дополнительно введен источник электромагнитного воздействия, установленный с возможностью воздействия на продукты пиролиза во второй части реактора, выход которой соединен с системой разделения парогазовых продуктов пиролиза.
Предпочтительно реактор пиролиза выполнить неподвижным. Первая часть реактора предпочтительно может быть выполнена в виде герметичных внешнего цилиндра и внутреннего цилиндра, в котором содержатся подающие шнеки с переменным шагом, имеющие полые валы, соединенных с приводом, между внутренним и внешним цилиндрами расположена спиралевидная направляющая, на внешнем цилиндре установлена группа патрубков ввода горячих газов и патрубок отвода горячих газов, а с внутренним цилиндром соединен выходной патрубок.
Вторая часть реактора пиролиза может быть выполнена в виде герметичных внешнего цилиндра и внутреннего цилиндра, содержащего лопастные шнеки, расположенные на валах, соединенных с приводом, между внутренним и внешним цилиндрами расположена спиралевидная направляющая, внешний цилиндр содержит группу патрубков ввода горячих газов и патрубок отвода горячих газов, внутренний цилиндр содержит патрубок с фланцем для соединения с первой частью реактора, патрубок отвода парогазовых продуктов и патрубок для выхода твердых продуктов.
Источник электромагнитного воздействия оптимально выполнить в виде генератора периодического электромагнитного воздействия, частотой не более 500 Гц, соединенного с группой разрядных устройств.
Группа разрядных устройств может быть установлена на патрубке отвода парогазовых продуктов, соединяющим систему разделения парогазовых продуктов с выходом второй части реактора.
На торцевых сторонах второй части реактора могут быть установлены группы разрядных устройств одновременно.
Группа разрядных устройств может быть установлена на внутреннем цилиндре второй части реактора.
Целесообразно выполнить систему разделения парогазовых продуктов пиролиза в виде конденсатора парогазовой смеси, являющийся ее входом, горелочного устройства и узла разделения жидких сред, соединенных с конденсатором парогазовой смеси.
При переработке влажной неоднородной массы отходов предпочтительно снабдить устройство узлом подачи сырья, выполненным в виде сменной приемной емкости, в нижней части которой установлен подающий полый шнек с переменным шагом.
При переработке сыпучих продуктов целесообразно выполнить узел подачи сырья в виде герметичной двухшлюзовой камеры. Заявляемое устройство позволяет повысить эффективность процесса переработки отходов путем повышения качества переработки отходов и ускорения процесса их деструкции.
Это достигается за счет электромагнитного воздействия на продукты пиролиза, находящиеся во второй части реактора, позволяющего ускорить процесс деструкции, провести более качественную переработку отходов и повысить надежность отделения различных фракций углеводородов.
Переработка отходов в двух частях реактора позволяет повысить безопасность процесса и перейти к электромагнитному воздействию на продукты переработки, находящиеся твердом и газообразном состоянии во второй части реактора.
В заявляемом устройстве выполнение конструкции реактора в виде двух частей, имеющих внутренние и внешние цилиндры, позволяет улучшить жесткость конструкции, что создает условия для использования реактора пиролиза при более интенсивных тепловых нагрузках. Наличие спирали между цилиндрами дополнительно укрепляет конструкцию и создает возможность для равномерного распределения тепла в реакторе пиролиза.
Полезная модель поясняется следующими чертежами.
На фиг.1 схематично представлена блок схема устройства.
На фиг.2 изображена конструкция первой части реактора.
На фиг.3 представлена конструкция второй части реактора.
Устройство для переработки бытовых и промышленных органических отходов содержит реактор пиролиза, состоящий из первой 1 и второй 3 частей, соединенной с системой 5 разделения парогазовых продуктов пиролиза, источник 4 электромагнитного воздействия, установленный с возможностью воздействия на продукты пиролиза во второй части 3 реактора. Реактор пиролиза выполнен неподвижным.
Устройство снабжено узлом выгрузки 6 твердого продукта, выполненного, например, в виде газоплотных шиберов, а также узлом подачи сырья 2 (фиг.1), выполненного, например, в виде герметичной двухшлюзовой камеры 11, соединенной с первой частью 1 реактора.
Система 5 разделения парогазовых продуктов пиролиза содержит конденсатор 7 парогазовой смеси, вход которого является входом системы 5, горелочное устройство 8 и узел 9 разделения жидких сред, соединенные с конденсатором 7 парогазовой смеси.
Первая часть 1 реактора выполнена в виде приемной емкости 11, герметичных внешнего цилиндра 12 и внутреннего цилиндра 19. Во внутреннем цилиндре 19 содержатся подающие полые шнеки 14 с переменным шагом с входными и выходными патрубками 17, 18. Шнеки 14 расположены на полых валах 15, соединенных с приводом 16, через входные патрубки шнеков 17 подается горячий газ для нагрева шнеков, а через выходные патрубки 18 отводится отработавший горячий газ. Между внутренним 19 и внешним 12 цилиндрами расположена спиралевидная направляющая 21. На внешнем цилиндре 12 установлена группа патрубков 20 ввода горячих газов и патрубок отвода 13 горячих газов, а с внутренним цилиндром 19 соединен выходной патрубок 22.
Вторая часть 3 реактора пиролиза выполнена в виде герметичных внешнего цилиндра 26 и внутреннего цилиндра 34, содержащего подающие лопастные шнеки 29, расположенные на соответствующих валах 30, соединенных с приводом 35, между внутренним 34 и внешним 26 цилиндрами расположена спиралевидная направляющая 32. Внешний цилиндр 26 содержит группу патрубков 33 ввода горячих газов и патрубок 28 отвода горячих газов, внутренний цилиндр 34 содержит патрубок 25 с фланцем для соединения с первой частью 1 реактора, патрубок 27 отвода парогазовых продуктов и патрубок 31 для выхода твердых продуктов.
Источник 4 электромагнитного воздействия выполнен в виде генератора 23, соединенного с группой разрядных устройств 24, которая может быть установлена на патрубке 27 отвода парогазовых продуктов, соединяющим систему разделения парогазовых продуктов с выходом второй части 3 реактора, либо на внутреннем цилиндре второй части 3 реактора 3.
Группа разрядных устройств также может быть установлена одновременно на торцевых сторонах второй части 3 реактора, либо в любом другом месте второй части реактора, из которого обеспечивается возможность электромагнитного воздействия на продукты пиролиза, находящиеся во второй части реактора 3, например, на внутреннем цилиндре 34.
Первая 1 и вторая 3 части реактора снабжены утеплителем (на чертежах не показан).
Заявляемое устройство реализуется следующим образом.
Бытовые и/или промышленные органические отходы поступают в узел подачи сырья 2 (фиг.1), выполненный, в виде герметичной двухшлюзовой камеры 11 (фиг.2), установленной в первой части 1 реактора (фиг.1).
Если сырье представляет собой крупные фракции, то оно может быть подвергнуто предварительной обработке, например в стандартном промышленном экструдере.
При отсутствии необходимости в предварительной обработке отходов (например: навоз, опилки, или иные отходы в виде мелких фракций) отходы целесообразно подавать вместе с катализатором, например, натриевой щелочью в двухшлюзовую камеру 11 в пропорции 2-15% от исходной массы отходов.
Из узла подачи сырья 2 с помощью шнеков 14 с переменным шагом отходы перемещаются по внутреннему цилиндру 19 (фиг.2) первой части 1 реактора (фиг.1). Использование нескольких шнеков 14 позволяет избежать возникновения процесса налипания отходов к шнекам и вращения отходов вместе со спиралью шнеков, что вызывает остановку подачи отходов в реактор. При использовании не менее двух шнеков, данный процесс исключается, что существенно сокращает время простоя оборудования, связанное с необходимостью ремонта и чистки шнеков. Использование шнеков с переменным шагом позволяет создать гидрозатвор в первой трети первой части 1 реактора (фиг.1), обеспечивающий герметичность реактора и возможность организации непрерывной подачи отходов. Соответствующие валы 15 шнеков 14 (фиг.2) выполнены полыми и снабжены входными патрубками 17 шнека для подвода обогревающих газов и выходными патрубками 18 шнека для отвода обогревающих газов.
Такое конструктивное выполнение позволяет ускорить процесс нагрева отходов в первой части 1 реактора до температур не менее 200-300°. Полые валы 15 шнеков 14 приводятся в действие приводом 16, позволяющим регулировать скорость вращения шнека 14 с переменным шагом по мере необходимости. Конструкция первой части 1 реактора (фиг.2), выполненная в виде внешнего 12 и внутреннего 19 цилиндров, между которыми расположена спиралевидная направляющая 21, позволяет создать своеобразную камеру нагрева. Спиральная направляющая 21 позволяет направить поток горячих газов по спирали вокруг цилиндра 19, что обеспечивает равномерность нагрева конструкции первой части 1 реактора и позволяет получить равномерное линейное расширение металлических конструкций, предусматриваемых при проектировании и изготовлении реактора. Кроме того, подобная конструкция позволяет повысить эффективность процесса теплопередачи вовнутрь реактора. Группа патрубков 20 ввода горячих газов служит для подачи обогревающих газов от горелочных устройств (на чертежах не показаны), выполненных например, в виде газовых горелок, а патрубок 13 установлен для отвода горячих газов. Подачу обогревающих газов к группе патрубков 20 и патрубкам 17 также можно осуществлять от второй части 3 реактора через патрубок 28 отвода горячих газов или совместно от горелочных устройств и второй части 3 реактора. Использование отходящих горячих газов из второй части 3 реактора для нагрева первой части 1 реактора (фиг.1.) позволяет более полно использовать энергию этих газов, что приводит к использованию устройства в более экономичном режиме. Шнеками 14 с переменным шагом органические отходы перемещаются внутри первой части 1 реактора к выходному патрубку 22, служащему для соединения первой 1 и второй 3 частей реактора, через который продукты пиролиза поступают во вторую часть 3 реактора (фиг.1.).
Выходной патрубок 22 (фиг.2) первой части 1 реактора соединен с фланцем патрубка 25 (фиг.3) второй части 3 реактора (фиг.1).
Электромагнитное воздействие на продукты пиролиза второй части 3 реактора создается с помощью источника 4 электромагнитного воздействия, выполненного в виде генератора 23, соединенного с группой разрядных устройств 24, установленных с возможностью воздействия на продукты пиролиза во второй части реактора. Группа разрядных устройств 24 может быть установлена на торцевых фланцах второй части 3 реактора, либо на выходе второй части реактора в месте ее соединения с системой 5 разделения парогазовых продуктов, на патрубке 27 отвода парогазовых продуктов, либо, например, на патрубке 25 (фиг.3) с фланцем для соединения с первой частью реактора. Предпочтительно осуществлять периодическое электромагнитное воздействие, которое более эффективно воздействует на отходы. Электромагнитное воздействие может осуществляться периодическим электрическим разрядом предпочтительно с частотой не более 500 Гц и напряжением пробоя, например, от 10 до 50 кВ.
Экспериментально установлено, что в зависимости от выбора частоты можно получать различный качественный состав углеводородов. Выбор напряжения пробоя зависит от размеров реактора пиролиза, чем они меньше, тем ниже напряжение пробоя.
Вторая часть 3 реактора имеет конструкцию аналогичную конструкции первой части 1 реактора. Камеру нагрева во второй части реактора создают внутренний 34 и внешний 26 цилиндры (фиг.3), между которыми проходит спиралевидная направляющая 32. Через группу патрубков 33 (фиг.3) для подсоединения горелочных устройств (на чертежах не представлены) поступает горячий газ для нагрева второй части 3 реактора. Для перемещения и перемешивания продуктов пиролиза внутри второй части 3 реактора используются лопастные шнеки 29 (фиг.3), расположенные на валах 30 (фиг.2), которые приводятся в действие приводами 35 (фиг.3), обеспечивающими возможность изменения скорости вращения, что позволяет плавно регулировать температуру внутри второй части реактора, обеспечивая температурные параметры, например, в пределах 500-1200°.
Через патрубок 27 (фиг.3), установленный на внутреннем цилиндре 34 осуществляется отвод парогазовых продуктов пиролиза, а через патрубок 31 происходит отвод твердых продуктов переработки отходов в узел выгрузки твердых продуктов 6 (фиг.1).
Конструкция шнека 29 (фиг.3) выполненного в виде лопастей позволяет газам пиролиза беспрепятственно перемещаться внутри второй части 3 реактора и выходить через патрубок 27 (фиг.3), соединенный с системой 5 разделения парогазовых продуктов пиролиза (фиг.1) непосредственно к конденсатору 7 (фиг.1).
Система 5 разделения парогазовых продуктов пиролиза (фиг.1) может быть выполнена в виде группы конденсаторов, предназначенных для охлаждения и конденсации парогазовых продуктов пиролиза, а также разделения сред газ/жидкость. Конденсаторы 7 соединены с узлом 9 разделения жидких сред (фиг.1), в котором осуществляется сбор жидких продуктов пиролиза и разделение их на составляющие: жидкие углеводороды и водные продукты пиролиза. Конденсатор 7, (в случае если они в группе, то последний) соединен с горелочным устройством 8, обеспечивающим сжигание газов пиролиза.
Заявляемое устройство для переработки бытовых и промышленных органических отходов позволяют эффективно и качественно получать из органических отходов ценные продукты в виде твердых, жидких и газообразных топливных компонентов.