Патент на изобретение №2392543

(54) СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ПЕРЕРАБОТКИ БЫТОВЫХ И ПРОМЫШЛЕННЫХ ОРГАНИЧЕСКИХ ОТХОДОВ

(57) Реферат:

Группа изобретений относится к переработке отходов и получению углеводородов из бытовых и промышленных органических отходов путем пиролиза и может быть использована для утилизации бытовых, сельскохозяйственных и промышленных отходов органического происхождения с получением в процессе переработки отходов биогаза, жидких нефтепродуктов, твердых топливных компонентов. Способ переработки бытовых и промышленных органических отходов включает проведение первой низкотемпературной стадии пиролиза в первой части реактора и второй высокотемпературной стадии пиролиза во второй части реактора, разделение продуктов пиролиза на фракции и переработку каждой фракции с получением полезных продуктов. На второй высокотемпературной стадии пиролиза осуществляют периодическое электромагнитное воздействие на продукты пиролиза во второй части реактора электрическим разрядом частотой от 3 до 500 Гц с использованием группы разрядных устройств. Охарактеризовано также устройство для переработки бытовых и промышленных отходов органического происхождения. Технический результат: повышение эффективности процесса переработки бытовых и промышленных органических отходов с получением из органических отходов ценных продукты в виде твердых, жидких и газообразных топливных компонентов. 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 4 ил.

Группа изобретений относится к переработке отходов и получению углеводородов из бытовых и промышленных органических отходов путем пиролиза. Заявленная группа изобретений может быть использована для утилизации бытовых, сельскохозяйственных и промышленных отходов органического происхождения с получением в процессе переработки отходов биогаза, жидких нефтепродуктов, твердых топливных компонентов.

Современные методы решения проблемы 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 базируются на таких подходах, 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 требуют значительных площадей и не считаются рентабельными.

Известен способ переработки твердых бытовых и промышленных отходов, включающий их подготовку и загрузку в вертикальную шахтную печь, подачу топлива и горячего воздуха в нижнюю часть шахтной печи, вывод пиролизного газа и парообразных компонентов, образующихся в результате горения в ее верхней части (патент РФ 2105245, МПК F23G 5/00, опубл. 20.02.98).

Существенным недостатком известного способа является не очень высокая эффективность процесса получения и использования пиролизного газа, обусловленная использованием в качестве газифицирующего агента горячего воздуха, что приводит к снижению производительности технологического процесса переработки отходов.

Известен способ переработки твердых бытовых и промышленных отходов (патент РФ 2213908, МПК F23 G 5/00, опубл. 10.10.03), включающий предварительную обработку и загрузку отходов в реактор, нагрев, сушку, пиролиз и сжигание с образованием продуктов переработки в газообразной и жидкой фазе, вывод продуктов переработки из реактора. При этом нагрев, сушку и пиролиз ведут в реакторе при абсолютном давлении 0,08-0,095 МПа, а предварительную обработку производят путем измельчения, смешивания с флюсом и прессования.

Указанный способ имеет достаточно высокую производительность при одновременной экологической безопасности процесса переработки за счет ряда предварительных действий по обработке отходов и создания условий по интенсификации процесса. Однако процесс деструкции отходов не является достаточно эффективным с точки зрения безопасности и технологичности процесса.

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 близкими по технической сущности и достигаемому результату к заявляемой группе изобретений является способ и 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) путем двухстадийного крекинга при различных температурах с последовательными загрузкой и выгрузкой. Указанный способ включает в себя стадию загрузки отходов в горизонтальный вращающийся реактор для осуществления реакции первого крекинга и загрузки остатков от первого крекинга в реактор с винтовой мешалкой для осуществления реакции второго крекинга. При этом крекинг представляет собой реакцию пиролиза и/или каталитический крекинг.

Устройство для реализации данного способа содержит главным образом горизонтальный вращающийся реактор и реактор с винтовой мешалкой.

Указанные способ и устройство являются более эффективными 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 данный способ для получения углеводородов из бытового мусора или отходов и устройство для его реализации являются критичными с точки зрения эффективности процесса разрушения отходов, в частности таких составляющих, как скорость и качество, а также технологичности и безопасности процесса переработки. Дополнительным фактором, влияющим на качество переработки отходов, является наличие 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.

Указанные проблемы могут быть разрешены с помощью заявляемой группы изобретений.

Основной задачей заявляемой группы изобретений является создание способа и устройства переработки бытовых и промышленных отходов органических материалов, позволяющих 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.

Указанная задача решается тем, что в способе переработки бытовых и промышленных органических отходов, включающем проведение первой и второй стадий пиролиза, разделение продуктов пиролиза на фракции и переработку каждой фракции с получением полезных продуктов, вторую стадию пиролиза проводят при одновременном электромагнитном воздействии на продукты пиролиза.

Предпочтительно осуществлять периодическое электромагнитное воздействие электрическим разрядом с напряжением пробоя разряда от 10 до 50 кВ с частотой разрядов от 3 до 500 Гц.

Предпочтительно обе стадии пиролиза проводить в неподвижном реакторе, разделенном на две части, в которых первичный пиролиз осуществляют при температуре 200-300°С, а вторичный – при температуре 400-1200°С.

Разделение продуктов пиролиза на фракции осуществляют путем отделения среды жидких углеводородов от воды, отвода газообразных продуктов, их охлаждения и конденсации, вывода твердых продуктов из реактора.

Предпочтительно бытовые и промышленные отходы органического происхождения подвергать предварительной обработке, включающей в себя, например, измельчение и перемешивание.

Оптимально проводить переработку отходов в присутствии катализатора, который выбирают в зависимости от состава отходов в соотношении от 2 до 15% от массы отходов.

При этом оптимально в качестве катализатора использовать натриевую щелочь.

Предпочтительно осуществлять пиролиз при избытке давления в пределах от 0,15 до 0,7 атм.

Поставленная задача решается также 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 на второй части реактора, выход которой соединен с системой разделения парогазовых продуктов пиролиза.

Предпочтительно реактор пиролиза выполнить неподвижным.

Устройство может дополнительно содержать узел подготовки сырья, соединенный с первой частью реактора, который может быть выполнен в виде экструдера.

Предпочтительно снабдить устройство узлом выгрузки твердого продукта, выполненным в виде газоплотных шиберов.

Система разделения парогазовых продуктов пиролиза может содержать конденсатор парогазовой смеси, являющийся ее входом, горелочное устройство и узел разделения жидких сред, соединенные с конденсатором парогазовой смеси.

Первая часть реактора предпочтительно может быть выполнена в виде приемной емкости, герметичных внешнего цилиндра и внутреннего цилиндра, в котором содержится шнек с переменным шагом, имеющий полый вал, соединенный с приводом, полый вал содержит входной и выходной патрубки шнека, 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 шнек, расположенный на валу, соединенном 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, соединенного с группой разрядных устройств, установленной на патрубке с фланцем для соединения с первой частью реактора.

Предпочтительно выполнить конденсатор парогазовой смеси в виде внешнего и внутреннего цилиндров, между которыми расположена спираль для циркуляции парогазовой смеси, внутренний цилиндр выполнить содержащим патрубки подвода и отвода охлаждающей жидкости, а внешний цилиндр снабдить патрубками ввода-вывода парогазообразных продуктов, патрубком отвода жидких продуктов, при этом внешний цилиндр выполнен с кожухом, в котором установлены патрубки подвода и отвода охлаждающей жидкости.

Оптимально первую и вторую части реактора снабдить утеплителем.

Предпочтительно шнек второй части реактора выполнить лопастным.

Заявляемые способ и устройства позволяют повысить эффективность процесса переработки отходов путем повышения качества переработки отходов и ускорения процесса их деструкции.

Это достигается за счет того, что применяемое в процессе пиролиза электромагнитное воздействие позволяет ускорить процесс деструкции, провести более качественную переработку отходов и повысить надежность отделения различных фракций углеводородов.

В заявляемом устройстве в предпочтительном варианте выполнения отсутствует вращающийся реактор, который сложен в изготовлении и является весьма дорогостоящим, поскольку в нем затруднена герметизация при таких размерах и он критичен с точки зрения обеспечения экологических параметров. Во вращающемся реакторе также затруднена очистка его стенок от возникающего нагара.

Переработка отходов в две стадии позволяет повысить безопасность процесса и перейти к электромагнитному воздействию на продукты переработки, находящиеся в 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.

При более низкой по сравнению с прототипом температурой проведения первой стадии пиролиза отсутствует коксообразование и получается большее количество жидких углеводородов, что улучшает экологичность процесса переработки за счет низкого выхода углекислого газа.

Заявляемые способ и устройство для переработки бытовых и промышленных органических отходов взаимосвязаны настолько, что образуют единый изобретательский замысел.

Действительно, специально для реализации способа переработки отходов было создано устройство с оригинальной конструкцией, позволяющей реализовать качественную и надежную переработку отходов.

Следовательно, заявленные изобретения удовлетворяют требованию единства изобретения.

Группа изобретений поясняется примерами и 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.

На фиг.4 схематично изображена конструкция конденсатора парогазовой смеси.

Устройство для переработки бытовых и промышленных органических отходов содержит реактор пиролиза, состоящий из первой 1 и второй 3 частей, систему 5 разделения парогазовых продуктов пиролиза, источник 4 электромагнитного воздействия, установленный на второй части 3 реактора, выход которой соединен с системой 5 разделения парогазовых продуктов пиролиза. Реактор пиролиза выполнен неподвижным.

Устройство дополнительно содержит узел подготовки сырья 2, соединенный с первой частью 1 реактора, который может быть выполнен в виде экструдера.

Устройство снабжено узлом выгрузки твердого продукта 6, выполненным в виде газоплотных шиберов.

Система 5 разделения парогазовых продуктов пиролиза содержит конденсатор 7 парогазовой смеси, являющийся ее входом, 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 содержится шнек 14 с переменным шагом, имеющий полый вал 15, соединенный с приводом 16, полый вал содержит входной 17 и выходной 18 патрубки шнека, 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 шнек 29, расположенный на валу 30, соединенном с приводом 35, между внутренним 34 и внешним 26 цилиндрами расположена спиралевидная направляющая 32. Шнек 29 выполнен лопастным. Внешний цилиндр 26 содержит группу патрубков 33 ввода горячих газов и патрубок отвода 28 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 установлена на патрубке 25 с фланцем, служащем для соединения с первой частью 1 реактора.

Конденсатор 7 парогазовой смеси выполнен в виде внешнего цилиндра 43 и внутреннего цилиндра 42, между которыми расположена спираль 36 для циркуляции парогазовой смеси. Внутренний цилиндр 42 снабжен патрубками подвода 37 и отвода 38 охлаждающей жидкости, патрубком отвода 44 жидких продуктов, а внешний цилиндр 43 снабжен патрубками 39, 45 ввода-вывода парогазообразных продуктов. Внешний цилиндр 43 снабжен охватывающим его кожухом 40, при этом кожух 40 снабжен патрубками подвода 41 и отвода 46 охлаждающей жидкости.

Первая и вторая части реактора снабжены утеплителем (на чертежах не показан).

Способ и устройство реализуются следующим образом.

Бытовые и/или промышленные органические отходы в виде фракций диаметром более 2,5 см, например кости животных или резинотехнические изделия (покрышки, шланги и т.д.), подвергают предварительной обработке. Она может заключаться в измельчении отходов в узле подготовки сырья 2 (фиг.1), представляющем собой стандартный промышленный измельчитель, например экструдер.

Измельченное сырье поступает в приемную емкость 11 (фиг.2) первой части 1 реактора (фиг.1).

При отсутствии необходимости в предварительной обработке отходов (например, навоз, опилки или иные отходы с кусками в диаметре менее 2,5 см) отходы подают вместе с катализатором, например натриевой щелочью, в приемную емкость 11 (фиг.2) в пропорции 2-15% от исходной массы отходов. В случае если применяется предварительная обработка отходов, катализатор предпочтительнее добавлять в процессе предварительной обработки в узел подготовки сырья 2 для более равномерного распределения катализатора. В зависимости от вида отходов процентное соотношение определяется экспериментально, Например, для отходов мясоперерабатывающей промышленности количество натриевой щелочи составляет 4-6% от исходной массы отходов.

Из приемной емкости 11 с помощью шнека 14 с переменным шагом отходы перемещаются по внутреннему цилиндру 19 (фиг.2) первой части 1 реактора (фиг.1). Использование шнека с переменным шагом (изменение шага шнека может достигаться двумя способами: изменением диаметра вала шнека или изменением шага) позволяет создать гидрозатвор в первой трети первой части 1 реактора (фиг.1), обеспечивающий герметичность реактора и возможность организации непрерывной подачи отходов. Вал 15 шнека выполнен полым с входным патрубком 17 шнека для подвода обогревающих газов и соответственно выходным патрубком 18 шнека (фиг.2) для отвода обогревающих газов. Такое конструктивное выполнение позволяет ускорить процесс нагрева отходов в первой части 1 реактора. Полый вал 15 шнека приводится в действие приводом 16, позволяющим регулировать скорость вращения шнека 14 с переменным шагом по мере необходимости. Конструкция первой части 1 реактора, выполненная в виде внешнего 12 и внутреннего 19 цилиндров, между которыми расположена спиралевидная направляющая 21, позволяет создать своеобразную камеру нагрева. 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 патрубку 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. Спиралевидная направляющая 21 (фиг.2) позволяет направить поток горячих газов по спирали вокруг внутреннего цилиндра 19, что обеспечивает равномерность нагрева конструкции первой части 1 реактора. Такая организации нагрева позволяет получить равномерное линейное расширение металлических конструкций, предусматриваемых при проектировании и изготовлении реактора. Кроме того, такая конструкция первой части 1 реактора также позволяет усилить процесс теплопередачи из организованной камеры нагрева внутрь 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. Шнеком с переменным шагом 14 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). В первой части 1 реактора органические отходы подвергаются низкотемпературному пиролизу и нагреваются до температуры 200-300°С. Выбор температуры в указанных пределах позволяет избежать коксообразования на стенках первой части 1 реактора и получить максимальное количество жидких углеводородов.

Во избежание поступления кислорода вовнутрь реактора во время проведения обеих стадий пиролиза поддерживают избыток давления в пределах от 0,15 до 0,7 атм. При более высоких значениях давления обеспечение герметичности реактора пиролиза представляет определенные трудности. Экспериментально установлено, что кислород с высокой степенью надежности не поступает вовнутрь реактора при достижении избытка давления от 0, 15 атм.

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 на патрубке 25 (фиг.3). Предпочтительно осуществлять периодическое электромагнитное воздействие, которое более эффективно воздействует на отходы. Электромагнитное воздействие осуществляется периодическим электрическим разрядом с частотой от 3 до 500 Гц и напряжением пробоя 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 (фиг.1) используется лопастной шнек 29 (фиг.3), имеющий вал 30 (фиг.2), который приводится в действие приводом 35 (фиг.3) с возможностью изменения скорости вращения, что позволяет плавно регулировать температуру внутри второй части реактора. Вторая стадия пиролиза осуществляется при температуре в пределах от 400 до 1200°С. Варьируя температурным режимом внутри второй части реактора 3 (фиг.1), мы можем влиять на качественный состав продуктов пиролиза как в парогазообразной фазе, так и твердой. Так при более высоких температурах получается более качественный твердый продукт пиролиза, который можно использовать как сорбент. Оптимальный температурный режим пиролиза был определен экспериментально и лежит в пределах от 600 до 900°С, что позволяет получить оптимальный качественный состав продуктов пиролиза и оптимально эксплуатировать реактор пиролиза. Экспериментально было установлено, что температурный режим выше 1200°С повышает износ оборудования и требует применения специализированных дорогостоящих материалов.

Температурный режим менее 400°С при проведении второй стадии пиролиза не обеспечивает полноценной качественной деструкции отходов.

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) с помощью патрубков ввода-вывода парогазовых продуктов 39 или 45 (фиг.4). Конденсатор 7 (фиг.4), который может быть выполнен в виде группы конденсаторов, предназначен для охлаждения и конденсации парогазовых продуктов пиролиза, а также разделения сред газ/жидкость. Система 5 разделения парогазовых продуктов пиролиза (фиг.1) состоит из группы конденсаторов 7 (фиг.1), предпочтительно из шести, соединенных последовательно и/или параллельно. Конденсатор 7 (фиг.4) выполнен в виде двух цилиндров, вставленных один в другой. К внешнему цилиндру 43 (фиг.4) конденсатора присоединен кожух охлаждения 40, который содержит патрубок 41 подачи охлаждающей жидкости, и патрубок 46 отвода охлаждающей жидкости, и патрубки ввода-вывода 39 и 45 парогазообразных продуктов пиролиза.

Во верхнюю часть внутреннего цилиндра 42 (фиг.4) конденсатора 7 организована подача охлаждающей жидкости через патрубок 37 и отвода охлаждающей жидкости через патрубок 38, в нижней части организован гидрозатвор с помощью патрубка 44, позволяющий отводить жидкие продукты пиролиза через патрубок 44 и обеспечивать герметичность для газов пиролиза. Между внутренним 42 и внешним 43 цилиндрами расположена спираль 36, которая обеспечивает движение парогазовой смеси продуктов пиролиза по спирали, что увеличивает время нахождения парогазовой смеси продуктов пиролиза в конденсаторе и обеспечивает более интенсивное охлаждение. Возникающие центробежные силы позволяют более качественно удалять сконденсировавшиеся капли жидкости из парогазового потока продуктов пиролиза.

Конденсаторы 7 соединены с узлом 9 разделения жидких сред (фиг.1) с помощью патрубков 44 отвода жидких патрубков. В узле 9 разделения жидких сред 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) через патрубок ввода-вывода 39 или 45 (фиг.4) соединен с горелочным устройством 8, обеспечивающим сжигание газов пиролиза.

Были проведены эксперименты с опытной установкой, согласно заявляемому способу и устройству, описание конкретной реализации которых представлено в примерах.

Пример 1

Проводилась переработка мясокостных отходов в объеме 1000 кг, имеющих влажность от 50% до 70%, при оптимальных режимных условиях.

Первая стадия пиролиза осуществлялась при температуре 250-300°С, а вторая стадия пиролиза – при температуре 750-850 С, при избытке давления 0,3 атм, частоте периодического электромагнитного воздействия 30 Гц и напряжении пробоя 30 кВ.

Использовался катализатор – натриевая щелочь в объеме 4% от количества отходов.

В результате переработки было получено:

– твердого продукта (угольная крошка, насыпная плотность 300-400 кг/м, размер частиц от 5 мкм) 10-13% от массы отходов;

– 10-15% газообразного горючего продукта (около 20 компонентов, в т.ч. около 60% углеводороды С₁-С₄);

– около 20%-30% (в зависимости от исходной влажности и состава отходов) жидкости, содержащей углеводороды С₆-С₂₅ (70% которой составили углеводороды C₈-С₁₆) и прочие органические вещества, в том числе гетероциклические компоненты с максимальным числом атомов углерода 20, которая по качественному составу подобна нефти (парафино-нафтено-ароматического класса).

Пример 2

Проводилась переработка мясокостных отходов в объеме 1000 кг, имеющих влажность от 50% до 70%. Первая стадия пиролиза осуществлялась при температуре 200-250°С, а вторая стадия пиролиза – при температуре 400-450 С, при избытке давления 0,15 атм, частоте периодического электромагнитного воздействия 3 Гц и напряжении пробоя 10 кВ.

Использовался катализатор – натриевая щелочь в объеме 2% от количества отходов.

В результате переработки было получено:

– твердого продукта (угольная крошка, насыпная плотность 800-900 кг/м³, размер частиц – от 5 мкм) 15-18% от массы отходов;

– 5-7% газообразного горючего продукта (около 20 компонентов, в т.ч. около 45% углеводороды С₁-С₆);

– около 25%-35% (в зависимости от исходной влажности и состава отходов) жидкости, содержащей углеводороды C₈-С₂₆ и прочие органические вещества (70% которой составили углеводороды С₁₀-С₂₀), в том числе гетероциклические компоненты с максимальным числом атомов углерода 22.

Пример 3

Проводилась переработка мясокостных отходов в объеме 1000 кг, имеющих влажность от 50% до 70%. Первая стадия пиролиза осуществлялась при температуре 300°С, а вторая стадия пиролиза – при температуре 1100-1200°С, при избытке давления 0,7 атм, частоте периодического электромагнитного воздействия 400 Гц и напряжении пробоя 50 кВ.

Использовался катализатор – натриевая щелочь в объеме 10% от количества отходов.

В результате переработки было получено:

– твердого продукта (угольная крошка, насыпная плотность 200-300 кг/м, размер частиц от 5 мкм) 9-11% от массы отходов;

– 13-17% газообразного горючего продукта (около 20 компонентов, в т.ч. около 55% углеводороды С₁-С₃);

– около 20%-25% (в зависимости от исходной влажности и состава отходов) жидкости, содержащей углеводороды С₆-С₂₀ и прочие органические вещества (65% которой составили углеводороды C₇-С₁₄), в том числе гетероциклические компоненты с максимальным числом атомов углерода 16, также изменился качественный состав углеводородов в сторону увеличения количества компонентов.

Заявляемые способ и 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.

Формула изобретения

1. Способ переработки бытовых и промышленных органических отходов, включающий проведение первой низкотемпературной стадии пиролиза в первой части реактора и второй высокотемпературной стадии пиролиза во второй части реактора, разделение продуктов пиролиза на фракции, и переработку каждой фракции с получением полезных продуктов, отличающийся тем, что на второй высокотемпературной стадии пиролиза осуществляют периодическое электромагнитное воздействие на продукты пиролиза во второй части реактора электрическим разрядом частотой от 3 до 500 Гц, с использованием группы разрядных устройств.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что электромагнитное воздействие проводят периодически электрическим разрядом с напряжением пробоя от 10 до 50 кВ.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что первичный пиролиз осуществляют при температуре 200-300°С, а вторичный при температуре 400-1200°С.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что разделение продуктов пиролиза на фракции осуществляют путем отделения среды жидких углеводородов от воды, отвода газообразных продуктов, их охлаждения и конденсации, вывода твердых продуктов.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что бытовые и промышленные органические отходы подвергают предварительной обработке, включающей в себя, например, измельчение и перемешивание.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что переработку отходов осуществляют в присутствии катализатора, который выбирают в зависимости от состава отходов в соотношении 2-15% от массы отходов.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве катализатора используют натриевую щелочь.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что пиролиз осуществляют при избытке давления в пределах от 0,15 до 0,7 атм.

9. Устройство для переработки бытовых и промышленных органических отходов, содержащее реактор пиролиза, состоящий из двух частей, и соединенную с выходом второй части реактора систему разделения парогазовых продуктов пиролиза, отличающееся тем, что первая часть реактора, снабженная приемной емкостью, выполнена в виде герметичных внешнего цилиндра и внутреннего цилиндра, в котором содержится шнек с переменным шагом, имеющий полый вал, соединенный с приводом, причем полый вал выполнен с входным и выходным патрубками шнека, между внешним и внутренним 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 выполнена в виде герметичных внешнего и внутреннего цилиндров, внутренний цилиндр содержит шнек, расположенный на валу, соединенном с приводом, патрубок с фланцем для соединения с первой частью реактора, на котором установлена группа разрядных устройств, патрубок для отвода парогазовых продуктов и патрубок для выхода твердых продуктов, между внутренним и внешним цилиндрами расположена спиралевидная направляющая, внешний цилиндр содержит группу патрубков ввода горячих газов и патрубок отвода горячих газов.

10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что реактор пиролиза выполнен неподвижным.

11. Устройство по п.9, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит узел подготовки сырья, выполненный в виде экструдера, соединенный с первой частью реактора.

12. Устройство по п.9, отличающееся тем, что оно снабжено узлом выгрузки твердого продукта, выполненным в виде газоплотных шиберов.

13. Устройство по п.9, отличающееся тем, что система разделения парогазовых продуктов пиролиза выполнена в виде конденсатора, вход которого является входом системы разделения парогазовых продуктов пиролиза, горелочного устройства и узла разделения жидких сред, соединенных с конденсатором.

14. Устройство по п.9, отличающийся тем, что шнек второй части реактора выполнен лопастным.

15. Устройство по п.9, отличающееся тем, группа разрядных устройств соединена с генератором.

16. Устройство по п.13, отличающееся тем, что конденсатор выполнен в виде внешнего и внутреннего цилиндров, между которыми расположена спираль для циркуляции парогазовой смеси, внутренний цилиндр снабжен патрубками подвода и отвода охлаждающей жидкости, патрубком отвода жидких продуктов, а внешний цилиндр снабжен патрубками ввода-вывода парогазообразных продуктов, внешний цилиндр имеет охватывающий его кожух, при этом кожух снабжен патрубками подвода и отвода охлаждающей жидкости.

17. Устройство по п.9, отличающееся тем, что первая и вторая части реактора снабжены утеплителем.

РИСУНКИ