Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
METHOD FOR PROCESSING SOLID WASTE AND APPARATUS FOR CARRYING OUT SAID METHOD
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2013/015719
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to the processing of industrial and communal-general waste, in particular solid waste with organic constituents, and can be used in the electrical engineering and electronics industries, in metallurgy and in other sectors. Furthermore, the invention can be used for recycling items, the consumer properties of which have been exhausted, and also for extracting nonferrous and precious metals from waste. The invention makes it possible to increase the efficiency of a waste-processing process, to reduce the quantity of harmful emissions into the environment and to reduce losses of valuable metals during the processing process. The method for processing solid waste with organic constituents comprises feeding the waste into a reactor, thermally disintegrating the waste in the reactor in a heat-transfer medium, with one of the constituents thereof being steam, and discharging the waste from the reactor, wherein the thermal disintegration is carried out at a heat-transfer agent temperature of 450 - 900°С, the organic constituents of the waste form gaseous disintegration products and the inorganic constituents of the waste form solid disintegration products, and, after being discharged from the reactor, the gaseous disintegration products of the organic constituents of the waste are burned and the products of the burning thereof are used as another constituent of the heat-transfer agent. The apparatus for processing solid waste with organic constituents comprises a reactor (2), a steam generator (18), a device (26) for comminuting solid disintegration products, sensors and shut-off devices, a fuel-burning device (9), an exhaust fan (11), a device (13) for burning the disintegration products of the organic constituents of the waste, and a mixer (17), wherein the reactor (2) is arranged in casing, the inlet of the casing is connected to the fuel-burning device (9) and the outlet of the casing is connected to the exhaust fan (11), the outlet of the reactor (2) is connected to the inlet of the device (13) for burning the disintegration products of the organic constituents of the waste, the inlets of the mixer (17) are connected to the steam generator (18) and to the device (13) for burning the disintegration products of the organic constituents of the waste, and the outlet of said mixer is connected to the reactor (2) and to the casing (7).

Inventors:
ARISTARKHOV DMITRY VIKTOROVICH (RU)
Application Number:
RU2012/000608
Publication Date:
January 31, 2013
Filing Date:
July 25, 2012
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
OBSCHESTVO S OGRANICHENNOI OTVETSTVENNOSTYU SERVIS PORT AG (RU)
ARISTARKHOV DMITRY VIKTOROVICH (RU)
International Classes:
A62D3/20; A62D3/40; B09B3/00; C08J11/14; A62D101/20
Foreign References:
RU2422478C12011-06-27
BY5430C12003-09-30
RU2003105252A2004-10-10
US5770017A1998-06-23
Other References:
See also references of EP 2737928A4
None
Download PDF:
Claims:
δ

Формула изобретения

1. Способ переработки твердых отходов с органическими составляющими, включающий подачу в реактор отходов, их термическое разложение в реакторе в среде теплоносителя, в качестве одной из составляющих которого используют водяной пар, и вывод отходов из реактора, отличающийся тем, что, термическое разложение осуществляют при температуре теплоносителя 450 - 900°С, при этом органические составляющие отходов образуют газообразные продукты разложения, а неорганические составляющие отходов - твердые продукты разложения, после вывода из реактора газообразные продукты разложения органических составляющих отходов сжигают, и продукты их сгорания используют в качестве другой составляющей теплоносителя.

2. Способ переработки по п.1, отличающийся тем, что в теплоносителе соотношение водяного пара и продуктов сгорания газообразных продуктов разложения органических составляющих отходов выбирают в соотношении 1 : (1-10).

3. Способ переработки по любому из пунктов 1-2, отличающийся тем, что после вывода из реактора твердые продукты разложения размельчают в устройстве для измельчения и охлаждают путем фильтрации насыщенного водяного пара с температурой 100— 110 °С при скорости фильтрации 0,5 - 5,0 м/с.

4. Способ переработки по любому из пунктов 1-2, отличающийся тем, что водяной пар после охлаждения твердых продуктов разложения отходов подают в реактор.

5. Устройство для переработки твердых отходов с органическими составляющими, содержащее реактор, парогенератор для создания одной из составляющих теплоносителя, устройство для измельчения твердых продуктов разложения, датчики и запорные устройства, отличающееся тем, что дополнительно содержит устройство сжигания топлива, дымосос, устройство для сжигания продуктов разложения органических составляющих отходов и смеситель для получения другой составляющей теплоносителя, а реактор размещен в кожухе, при этом кожух входом сообщен с устройством сжигания топлива, а выходом - с дымососом, реактор выходом сообщен с входом устройства для сжигания продуктов разложения органических составляющих отходов, смеситель входами сообщен с парогенератором и устройством для сжигания продуктов сгорания органических составляющих отходов, а выходом - с реактором и кожухом.

Description:
Способ переработки твердых отходов

и устройство для его осуществления

Изобретение относится к переработке промышленных и коммунально-бытовых отходов, в частности твердых отходов с органическими составляющими, и может быть использовано в электротехнической и электронной промышленности, в металлургии и других отраслях при переработке отходов, полученных в процессе производства продукции. Кроме того, изобретение может быть использовано при утилизации изделий, потерявших потребительские свойства, а также для извлечения из отходов цветных и благородных металлов.

Известен способ переработки твердых отходов, включающий их термическое разложение в реакторе под воздействием паровоздушного теплоносителя, вывод из реактора твердых и газообразных продуктов разложения, их охлаждение, конденсацию газообразных продуктов, рециркуляцию водяного пара в реактор, и сжигание неконденсирующихся газов (патент Белоруссии N° 5430, МПК C08J11/04, опубл. 30.09.2003).

Из указанного источника известно также устройство для переработки твердых отходов с органическими составляющими (радиоэлектронного лома), содержащее реактор, парогенератор, соединенный с газодувкой, теплообменник, соединенный с газодувкой и пароперегревателем, устройство для измельчения твердых продуктов разложения, накопитель твердых продуктов разложения, соединительные магистрали и размещенные в них датчики и запорные устройства.

К недостаткам способа относится его низкая энергетическая эффективность, высокие затраты электрической энергии на обогрев реактора и разложение отходов, а также экологическая опасность, вызванная возможностью взрыва паровоздушного теплоносителя, который содержит взрывоопасные горючие компоненты продуктов разложения. Соответственно, возможен выброс продуктов разложения в окружающую среду, а также высокие потери ценных металлов из-за их выгорания (окисления) и выброса в окружающую среду вместе с газообразными продуктами.

Недостаток устройства заключается в его сложной конструкции из-за необходимости поддержания заданного температурного диапазона для того, чтобы исключить возгорание твердых продуктов разложения при выводе их из накопителя, и обеспечить взрывобезопасность парогазовой смеси. Кроме того, процесс переработки отходов в данном устройстве сложен и трудоемок из-за необходимости охлаждения продуктов разложения в несколько стадий и протекает с достаточно высокими затратами электрической энергии на обогрев реактора и разложение отходов.

Задачей изобретения является повышение энергетической эффективности переработки отходов, уменьшение количества вредных выбросов в окружающую среду и снижение потерь ценных металлов в процессе переработки. Кроме того задачей является упрощение конструкции устройства для переработки отходов.

Указанная задача решается путем того, что в способе переработки твердых отходов с органическими составляющими, включающем подачу в реактор отходов, их термическое разложение в реакторе в среде теплоносителя, в качестве одной из составляющих которого используют водяной пар, и вывод отходов из реактора, согласно изобретению, термическое разложение осуществляют при температуре теплоносителя 450 - 900°С, при этом органические составляющие отходов образуют газообразные продукты разложения, а неорганические составляющие отходов - твердые продукты разложения, после вывода из реактора газообразные продукты разложения органических составляющих отходов сжигают, и продукты их сгорания используют в качестве другой составляющей теплоносителя.

Полученный теплоноситель представляет собой газовую среду с практически полным отсутствием кислорода, что предотвращает возможность горения органических составляющих отходов. В такой среде органические материалы (пластмассы, смолы и др.) не окисляются (не горят), а разлагаются до веществ с более низкой молекулярной массой. Это вызывает разрушение элементов крепления, например электрических и радиотехнических деталей, а также удаление полимерных покрытий с поверхностей самих деталей. В результате из отходов удаляются все органические материалы (покрытия, смолы, клеи и т.д.), а остаются только твердые продукты, содержащие металл, керамику, стекло (неорганические составляющие). Теплоноситель обладает большой теплоемкостью 2,6 кДж/кг°С, что позволяет уменьшить его количество, требуемое для нагрева до необходимой температуры.

Указанный диапазон температуры теплоносителя является существенным, так как при нагревании ниже 450 °С не происходит разложения органических составляющих отходов, например, полимерной электрической изоляции, а при нагревании выше 900°С начинается процесс плавления некоторых металлов, например, припоя, что приведет к образованию в реакторе сплавленных неорганических составляющих и невозможности их выгрузки из реактора. В теплоносителе соотношение водяного пара и продуктов сгорания газообразных продуктов разложения органических составляющих отходов можно выбирать в соотношении 1 : (1-Ю), что позволяет улучшить процесс переработки и дополнительно снизить энергетические затраты на переработку.

Твердые продукты разложения целесообразно размельчать и затем охлаждать путем пропускания насыщенного водяного пара, имеющего температуру 100 - 110 °С и скорость течения 0,5-5,0 м/с.

Данные параметры являются существенными, так как при температуре ниже 100°С пар конденсируется, в результате чего образуется конденсат (вода), и часть твердых продуктов может растворяться в данном конденсате с образованием загрязненной токсичной жидкости, которую необходимо утилизировать. Охлаждение твердых продуктов до температуры выше 1 10 °С приведет к тому, что при выгрузке их из реактора они могут окисляться, что приведет к потере ценных металлов. Снижение скорости ниже 0,5 м/с приведет к резкому падению скорости передачи тепла от твердых продуктов к водяному пару, в результате чего потребуется увеличить время фильтрации водяного пара через слой твердых продуктов. Это соответственно приведет к росту расхода пара на процесс переработки, росту величины тепловых потерь, то есть - к росту энергетических затрат. Повышение скорости фильтрации водяного пара выше 5 м/с приведет к удалению мелких фракций твердых продуктов, которые образуются при термическом разложении отходов в результате их растрескивания и механического разрушения в охладителе. Удаленные вместе с охладителем мелкие фракции отходов будут осаждаться на оборудовании, что приведет к выходу его из строя.

Водяной пар после охлаждения твердых продуктов разложения отходов можно подавать в реактор, что позволяет возвратить часть тепла в реактор и удалить из реактора воздух, который попадает в него при загрузке отходов.

Указанная выше задача решается также путем того, что устройство для переработки твердых отходов с органическими составляющими, содержащее реактор, парогенератор, устройство для измельчения твердых продуктов разложения, датчики и запорные устройства, согласно изобретению, дополнительно содержит устройство сжигания топлива, дымосос, устройство для сжигания продуктов разложения органических составляющих отходов и смеситель, а реактор размещен в кожухе, при этом кожух входом сообщен с устройством сжигания топлива, а выходом - с дымососом, реактор выходом сообщен с входом устройства для сжигания продуктов разложения органических составляющих отходов, смеситель входами сообщен с парогенератором и устройством для сжигания продуктов разложения органических составляющих отходов, а выходом - с реактором и кожухом.

На фиг.1 изображено устройство для переработки твердых отходов с органическими составляющими. Данное устройство служит для реализации заявленного способа.

Устройство для переработки отходов содержит накопитель 1 отходов, реактор 2 с патрубком 3 для подачи отходов в реактор 2, датчиком 4 уровня заполнения отходами реактора 2, датчиком 5 температуры отходов и патрубком 6 выгрузки твердых отходов из реактора 2. Реактор 2 размещен в кожухе 7. Емкость 8 с топливом, например, дизельным, подсоединена к устройству 9 сжигания топлива по магистрали с запорным устройством в виде кранаЮ. Дымосос 11 подсоединен к выходу из реактора 2 и ко входу дымовой трубы 12. Устройство 13 для сжигания продуктов разложения органических составляющих отходов подсоединено к выходу реактора 2 и в магистрали их соединения расположено запорное устройство в виде крана 14, датчик 15 контроля содержания водяного пара в смеси и датчик 16 концентрации органических (горючих) газов. Устройство также содержит смеситель 17, парогенератор 18. Запорные устройства в виде кранов 19 и 20 устанавливают заданное соотношение водяного пара и продуктов сгорания в смеси. Температуру парогазовой смеси контролируют по показаниям датчика 21 температуры. Запорное устройство в виде крана 22 и датчик- расходомер 23 позволяют подавать парогазовую смесь из смесителя 17 в реактор 2 в заданном количестве. Регулированием запорного устройства в виде крана 24 устанавливают необходимое количество подаваемого в реактор теплоносителя. Подавая заданное количество теплоносителя в реактор 2, устанавливают заданную температуру нагрева отходов в реакторе. Через запорное устройство в виде крана 25 подают избыточный теплоноситель из смесителя 17 в кожух 7. Устройство 26 для измельчения твердых продуктов разложения выполнено в виде шнека. Через запорное устройство в виде крана 27 подают в устройство 26 от парогенератора 18 насыщенный водяной пар, скорость фильтрации которого контролируют по показаниям датчика 28, расположенного в устройстве 26. Датчик температуры 29 контролирует процесс охлаждения в устройстве 26. Устройство 26 снабжено патрубком с затвором 30. Из устройства 26 отходы выгружают в накопитель 31. Молотковая дробилка 32 служит для дробления выгруженных из накопителя 31 отходов. Шаровая мельница 33 предназначена для дальнейшего измельчения отходов. Грохот 34 и сепаратор 35 служат для последующей обработки измельченных отходов. Реализация способа и работа устройства рассмотрены на примере переработки радиоэлектронных отходов, содержащих провода в изоляции, микросхемы в полимерном кожухе, транзисторы, трансформаторы, залитые полимерной массой и т.д.

Из накопителя 1 отходы подают в реактор 2 через патрубок 3 в количестве, например, 100 кг, обеспечивающем заполнение реактора до заданного уровня, который контролируют по показаниям датчика 4 уровня заполнения отходами. После этого из емкости 8 с топливом через кран 10 в устройство 9 сжигания топлива подают дизельное топливо и сжигают его, а продукты сгорания направляют в кожух 7, откуда их с помощью дымососа 11 выводят в дымовую трубу 12. Проходя через кожух 7, продукты сгорания нагревают реактор 2 с отходами, а сами охлаждаются. Температуру нагрева отходов в реакторе 4 контролируют по показаниям датчика температуры 5. При достижении заданной температуры отходов в реакторе 2, например, 270 °С, начинается процесс термического разложения отходов на органические и неорганические составляющие. Органические составляющие отходов (резина, пластмассы, клеи и др.) разлагаются с образованием газообразных продуктов (предельных, непредельных и ароматических углеводородов), а неорганические составляющие представляют собой твердые продукты разложения (керамика, металл, стекло, окись кремния и др.). Органические составляющие отходов, через кран 14 подают в устройство 13 и сжигают, а продукты их сгорания подают в смеситель 17. При этом, одновременно от парогенератора 18 в смеситель 17 подают водяной пар и смешивают его с продуктами сгорания газообразных продуктов разложения органических составляющих отходов. Таким образом, в качестве теплоносителя используют смесь водяного пара (первая составляющая теплоносителя) и продуктов сгорания газообразных продуктов разложения органических составляющих отходов (вторая составляющая теплоносителя).

Полученный таким образом теплоноситель нагревают, например, до температуры 455°С. Нагрев теплоносителя до указанной температуры позволяет достичь нужной температуры, например 270°С, отходов в реакторе, при которой начинается термолиз отходов с выделением органических составляющих отходов. С помощью кранов 19 и 20 устанавливают, например, соотношение водяного пара и продуктов сгорания в смеси в диапазоне 1: 1, т.е. 1 кг водяного пара с температурой 100 °С и 1 кг продуктов сгорания с температурой 1000°С. В результате смешивания водяного пара и продуктов сгорания, температура смеси снижается. Температуру смеси контролируют по показаниям датчика 21 температуры и ее величину регулируют кранами 19 и 20, меняя б

соотношение в смеси количества водяного пара и продуктов сгорания. Изменяя температуру теплоносителя от 450 до 900°С, можно получить температуру нагрева отходов от 270 до 700°С. Полученную в смесителе 17 парогазовую смесь через кран 22 и датчик-расходомер 23 подают в реактор 2. Парогазовая смесь фильтруется через слой отходов и передает им тепло, которое расходуется на процесс термического разложения, поддержание температуры в реакторе 2 и компенсацию тепловых потерь из реактора 2.

Температуру нагрева отходов в реакторе 2 контролируют по показаниям датчика температуры 5 путем регулирования краном 24 количества подаваемого в реактор 2 теплоносителя, а избыточный теплоноситель из смесителя 17 через кран 25 подают в кожух 7.

Образующиеся при термическом разложении газообразные продукты органических составляющих смешиваются с парогазовой смесью и через кран 14 выводятся из реактора 2 и подаются в устройство 13, откуда продукты сгорания подают в смеситель 17. При этом по показаниям датчика 15 контролируют содержание водяного пара в смеси.

В смесителе 17 смешивают водяной пар с продуктами сгорания в заданном соотношении, и полученную смесь подают в реактор 2.

В процессе термического разложения органических составляющих отходов количество выделяющихся газообразных продуктов с течением времени сначала растет до достижения максимального значения, а затем уменьшается и практически снижается до нуля. Момент прекращения вьщеления газообразных продуктов означает окончание процесса термического разложения. Содержание газообразных продуктов разложения в выводимой из реактора смеси газов (продукты сгорания, водяной пар и продукты разложения) контролируют по показаниям датчика концентрации органических (горючих) газов 16. При снижении концентрации горючих газов в смеси до определенного значения прекращается процесс горения такой смеси в устройстве 13. Это также подтверждает то, что процесс термического разложения в реакторе 2 завершен.

После завершения процесса термического разложения открывают затвор патрубка 6 и твердые продукты из реактора 2 под действием собственного веса выгружаются в устройство 26 для измельчения твердых продуктов разложения, выполненное в виде шнека. После выгрузки твердых продуктов из реактора 2 закрывают затвор патрубка 6. От парогенератора 18 через кран- расходомер 27 в устройство 26 подают насыщенный водяной пар при температуре 100 - ПО °С и устанавливают скорость фильтрации водяного пара через твердые продукты в диапазоне 0,5 - 5,0 м/с, что контролируют по показаниям датчика 28 скорости. В устройстве 26 твердые продукты перемешиваются, в результате чего они измельчаются, а подача водяного пара в отходы создает термические напряжения (аналогично подаче на разогретое тело холодного теплоносителя) под действием которых осуществляется дополнительное измельчение твердых продуктов (керамика и стекла растрескиваются, а композиционные материалы расслаиваются).

После выгрузки твердых продуктов, в реактор 2 загружают отходы и одновременно из устройства 26 в реактор 2 выводят водяной пар, который, профильтровавшись через твердые продукты разложения, нагрелся до температуры 270 - 700 °С.

Водяной пар, проходя через слой отходов в реакторе 4, вытесняет воздух, который попадает в реактор при загрузке отходов, и нагревает отходы. Таким образом, тепло твердых продуктов разложения возвращают в реактор, что позволяет снизить энергетические затраты на процесс переработки, т.е. уменьшить количество сжигаемого в устройстве 9 сжигания топлива, что обеспечивает снижение выбросов продуктов сгорания в окружающую среду через дымовую трубу 12.

Процесс охлаждения твердых продуктов разложения в устройстве 26 контролируют по показаниям датчика 29 температуры, и при достижении температуры 100 - 110 °С прекращают подачу водяного пара в устройство 26, открывают затвор 30 и отходы выгружают в накопитель 31. Из накопителя 31 твердые продукты подают в молотковую дробилку 32, затем измельчают в шаровой мельнице 33, осуществляют переработку с помощью грохота 34, магнитную сепарацию на сепараторе 35, и далее магнитный концентрат направляют на гидрометаллургическую переработку.