СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ БЫТОВЫХ И ПРОМЫШЛЕННЫХ ОТХОДОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF THERMAL PROCESSING OF HOUSEHOLD AND INDUSTRIAL WASTE AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к области термической переработки бытовых и промышленных отходов методом пиролиза без выброса вредных веществ в окружающую среду.
Известен способ очистки нефтезагрязненных слоев грунта, включающий запуск двигателя внутреннего сгорания и привод электрогенератора, нагрев теплоэлектронагревателей газогенераторов, пиролиз материала термической переработки в рабочей камере газогенератора с получением горючих и дымовых газов и продуктов термической переработки исходных материалов, газоотвод горючих 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, получение электроэнергии для бытовых нужд от электрогенератора двигателя путем использования в качестве жидкого топлива двигателя продуктов пиролиза, утилизацию вредных газов двигателя путем их катализа, причем охлаждение рабочей камеры газогенератора с внешней стороны производят отточной вентиляцией воздушной полости теплозащитного кожуха газогенератора с помощью отсоса воздухозаборников двигателя при поступлении воздуха из окружающей атмосферы через отверстия перфорированного кожуха газогенератора. Перед поступлением в воздухозаборник двигателя отточной вентиляцией смешивают нагретый воздух с оставшейся частью горючих и дымовых газов после их конденсации и направляют смесь газов в рабочую камеру двигателя. Нефтезагрязненный грунт размещают в рабочей камере газогенератора на перфорированных поддонах, загружаемых в съемную перфорированную кассету, которую устанавливают с воздушным зазором от внутренней стены рабочей камеры газогенератора. Воздушный зазор камеры газогенератора разогревают открытым теплоэлектронагревателем, газогенераторы устанавливают в кузове мобильного транспортного средства и при необходимости в его прицепе соединяют между собой газоотводами параллельно для очередного включения и выключения, а загрузку и выгрузку кассет осуществляют грузовым гидроманипулятором транспортного средства RU 2319074, опубл. 20.09.2007 г.
Недостатком известного способа является снижение производительности технологического процесса за счет периодической перезагрузки и выгрузки газогенераторов, а также детонация в двигателе внутреннего сгорания получаемого в процессе пиролиза нефтезагрязненных грунтов жидкого топлива.
Наиболее близким по технологической сути к предлагаемому является способ термической переработки бытовых и промышленных отходов, включающий 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, получение 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°C при их поступательном перемещении в сквозном гладкоствольном корпусе под давлением перемещаемых вращающимся 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°C - с одной стороны, и сопротивлением поступательному перемещению продуктов пиролиза в шламовой камере - с другой стороны, загрузочную, сушильную и шламовую камеры выполняют как одно целое с гладкоствольным корпусом рабочей камеры газогенератора, гладкоствольный корпус загрузочной и шламовой камер в процессе работы герметично закрывают, причем 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 для охлаждения перед катализом направляют через теплообменник для нагрева используемой для производственных и бытовых нужд воды, а горючие дымовые газы - продукты пиролиза для конденсации отсасывают последовательно через водяной теплообменник с нагревом воды, используемой для производственных и бытовых нужд, и аммиачный холодильник, оставшуюся газообразную часть компрессором направляют в камеру сжигания для обогрева воды RU 2353856, опубл. 27.04.2009 г.
Получение по предлагаемому способу пиролизной переработки отходов высокооктанового жидкого топлива трудоемкая, малоэффективная и экономически нецелесообразная операция, что связано с необходимостью отделения получаемого топлива от водной фракции. Цикличность подачи исходного сырья в виде отходов из загрузочной в рабочую камеру пиролизной установки снижает производительность переработки отходов. Механизация загрузочной камеры установки отсутствует.
Поставленная цель - обеспечение непрерывности процесса переработки отходов методом пиролиза с получением жидкого низкооктанового топлива и газообразного топлива, необходимых для проведения пиролиза отходов.
Технический результат - расширение ассортимента способов термической переработки бытовых и промышленных отходов, за счет разработки способа, включающего запуск двигателя внутреннего сгорания и привода электрогенератора, подачу выхлопных газов от двигателя под рабочую камеру пиролизной установки с подогревом их от температуры 300-400°C до температуры 1100°C, разогрев отходов до температуры не ниже начала процесса пиролиза 800°C в рабочей камере, 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 атмосферного воздуха для двигателя, нагрева воды в бойлере для бытовых нужд и теплообменников жилых помещений, получение электроэнергии для бытовых нужд от электрогенератора двигателя, утилизацию вредных выхлопных газов двигателя, в котором контроль температуры режима пиролиза и загрузочно-разгрузочных работ пиролизной рабочей камеры достигается тем, что 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, электромоторы приводов конвейеров электрической связью соединяют с датчиком давления конечного выключателя, который устанавливают во внутренней полости рабочей камеры пиролизной установки на торцевой крышке перед разгрузочным проемом, разгрузочный проем механически открывают по сигналу от датчика конечного выключателя, в качестве двигателя внутреннего сгорания используют дизель, нагретые до 300-400°C выхлопные газы дизеля направляют в индукционную печь и разогревают до температуры 1100°C токами высокой частоты, после чего их направляют под термоизолированный базальтовой стекловатой герметичный кожух вдоль рабочей камеры с разогревом перемещаемых в ней рабочим винтовым конвейером отходов до температуры 800-900°C и проведения процесса пиролиза отходов, где через верхние отводные отверстия в рабочей камере смесь горючих и дымовых газов с водяными парами общей влажностью (ω) ω ~ 37% отсасывают кавитационным насосом и направляют далее в теплообменник, откуда полученный конденсат в виде низкооктано-цетанового топлива в горючей смеси с физико-химически связанной водой направляют под воздействием вакуума в разряженную камеру сгорания дизеля, а электропривод кавитационного насоса осуществляют от электрогенератора дизеля.
Известно устройство для очистки нефтезагрязненных слоев грунта, содержащее газогенераторы с теплоизолирующим кожухом и откидной крышкой, емкости рабочей камеры дозированной загрузки материалов термической обработки, выполненной с кольцевыми полостями и встроенными в них теплоэлектронагревателями, образующими воздухонагреватель замкнутого контура, электрогенератор 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 бойлера горячей воды, выполненным заодно целое с конденсатором и связанным трубопроводом с теплообменниками рабочих и жилых помещений, а также выполненного с отсосом воздухозаборника и коллекторными трубами для отвода выхлопных газов из рабочих камер двигателя через катализатор вредных газов в атмосферу, газоотводы, соединяющие кольцевые полости рабочей камеры газогенератора с конденсатором жидкого топлива, причем теплоизолирующий кожух емкости и крышки рабочей камеры газогенератора дополнительно к теплоизолирующим материалам оснащен воздушным изолятором замкнутого контура, выполненным с отточной вентиляцией с приводом от воздухозаборника двигателя и сообщающимся с атмосферой через отверстия перфорированного кожуха, вентиляционный трубопровод соединяет последовательно полости кожухов газогенераторов с воздушной емкостью бака конденсатора жидкого топлива и далее от бака конденсатора подходит к воздухозаборнику двигателя, газоотводы горячих дымовых газов параллельно соединяют рабочие камеры газогенераторов с конденсатором жидкого топлива и выходят в воздушную емкость из бака, рабочая камера газогенератора выполнена с перфорированной съемной кассетой с загруженным в нее на перфорированных поддонах нефтезагрязненным грунтом, при этом емкость рабочей камеры газогенератора выполнена с перфорированными ребрами жесткости, между которыми установлена кассета с зазором от емкости рабочей камеры и образующими кольцевую полость воздухонагревателя, в которой открыто установлен теплоэлектронагреватель, причем газогенераторы установлены в кузове мобильного транспортного средства, снабженного грузовым гидроманипулятором RU 2319074.
Недостатком известного устройства является периодичность выполняемых технологических циклов, что резко сказывается на его производительности. Сильно обогащенное получаемое после пиролиза жидкое топливо имеет свойство детонации в камере сгорания двигателя внутреннего сгорания, что приводит к снижению его моторесурса и работоспособности всего устройства в целом.
Наиболее близким к предлагаемому является 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 теплоэлектронагревателями, 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 дымовых газов и бойлером горячей воды, выполненным заодно 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 заодно целое с корпусами загрузочной и установленной между ними сушильной камер с одной стороны, а также заодно 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 - термоизолированным герметичным кожухом для выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания с установленным в нем отсосом продуктов сушки отходов, соединенным газоотводом 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.
Технический результат по устройству заключается в расширении ассортимента способов термической переработки бытовых и промышленных отходов за счет разработки способа, состоящего 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, достигается 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.
Изобретения поясняются чертежом, где на Фиг. 1 представлена схема устройства для термической переработки бытовых и промышленных отходов, реализующего предлагаемый способ.
Устройство для термической переработки бытовых и промышленных отходов (Фиг. 1) 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 кожухом 4, образующим замкнутую кольцевую полость 5 вокруг трубы корпуса 1 газогенератора 2 со встроенным в нее патрубком 6 выхлопных газов двигателя 7 внутреннего сгорания с воздухозаборником 8 и выходным 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 патрубком 14 с воздухозаборником 8 двигателя 7 и патрубком 15 с кавитационным насосом 16 и далее через трубопровод 17 жидкого низкооктано-цетанового топлива с двигателем 7 внутреннего сгорания в виде дизеля с электрогенератором 18 питания электрическим током приводимых электродвигателей 19 привода вращательного движения через зубчатый редуктор 20 винтового конвейера 21 в полости корпуса 1 пиролизной камеры, электродвигателя (не показан) привода вращательного движения через зубчатый редуктор (не показан), винтового конвейера 22, загрузочного бункера 23, электродвигателя (не показан) привода кавитационного насоса 16 и электродвигателя (не показан) привода винтового конвейера 24 перемещения технического углерода как продукта пиролиза отходов из полости корпуса 1 пиролизной камеры через разгрузочное окно 25 со створчатой крышкой 26, открывающейся от привода (не показан) по сигналу датчика давления конечного выключателя 27 с электропитанием от электрогенератора 18, при этом патрубок 6 выхлопных газов от двигателя 7 связан с патрубком 28 коллектора выхлопных газов дизеля как двигателя 7 внутреннего сгорания через индукционную печь 29 с подогревом выхлопных газов дизеля до температуры ~1100°C токами высокой частоты преобразователем от электрогенератора 18, а устройство оснащено контрольно-измерительными приборами режима пиролиза (не показаны).
Способ термической переработки бытовых и промышленных отходов с естественной влажностью реализуется предлагаемым устройством следующим образом. Производят запуск дизеля 7 Фиг. 1 и электрогенератора 18, включают электродвигатель 19 привода винтового конвейера 22 загрузочного бункера 23 и бытовые и промышленные отходы перемещают в полость пиролизной камеры 3 с цилиндрическим корпусом 1 газогенератора 2, где их подхватывают винтовым конвейером 21 при включении электродвигателя 19 с зубчатым редуктором 20. Скорость вращения винтового конвейера 21 и поступательного движения перерабатываемых методом пиролиза отходов согласована с завершением в пиролизной камере 3 полной переработки отходов при температуре пиролиза 800-900°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 27 с поворотом створчатой крышки 26 разгрузочного окна 25 и разгрузкой технического углерода на винтовой конвейер 24, работающий от электродвигателя (не показан). Температуру 800-900°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 кожуха 4, охватывающего пиролизную камеру 3, и выбрасываемыми обезвреженными в атмосферу через выходной патрубок 9, с предварительным разогревом газов при выхлопе из дизеля с температурой 300-400°C в индукционной печи 29 до температуры ~1100°C токами высокой частоты, полученными от электрогенератора 18.
Полученные 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 встроенным в него конденсатором 13, в жидкое низкооктаново-цетановое топливо влажностью до ω ~ 37%, а горючие газы отсасывают патрубком 14 в воздухозаборник 8 двигателя 7, при этом топливо отсасывают через патрубок 15 из конденсатора 13 кавитационным насосом 16 при физико-химическом связывании влаги с топливом и подачей под давлением жидкого низкооктано-цетанового топлива как продукта пиролиза, по трубопроводу 17 в камеру сгорания дизеля 7 с воздухозаборником 8.
Непрерывный процесс пиролиза в пиролизной камере происходит при непрерывной подаче отходов в загрузочный бункер и их непрерывном перемещении вдоль цилиндрического корпуса пиролизной камеры до полного термического разложения в конце пиролизной камеры и сбора там до момента достижения давления выгрузки в разгрузочное окно установки.
Получаемое октано-цетановое топливо с физико-химически связанной водой является достаточно горючей смесью для надежной работы дизеля.
Предложенный способ успешно реализован на опытной пиролизной установке.