Результат интеллектуальной деятельности: Модуль реализации сверхкритической технологии проточной переработки углеводородосодержащих отходов и стоков

Изобретение относится к области переработки углеродсодержащих отходов любой влажности, в том числе твердых коммунальных и промышленных отходов, отходов деревообработки, осадков бытовых и сточных вод, животноводческих предприятий и птицефабрик, для обеспечения их утилизации и получения при этом пригодных для реализации газообразных, жидких и твердых продуктов.

Используемый при характеристике разработанного технического решения термин «углеродсодержащие отходы» в рамках данного технического решения означает продукты нефтехимического, лесопромышленного и агропромышленного комплексов, сланцы, бурые и каменные угли, а также отходы ЖКХ.

Известен способ получения горючего газа из отходов (SU, патент 1556543, опубл. 13 07.04.90). При реализации способа проводят разделение отходов на влажную и легкую фракцию, при этом легкую фракцию прессуют в брикеты, комки или гранулы и дегазируют посредством пиролиза, а влажную фракцию подают на биогазовую установку для образования метана с последующей его утилизацией.

Недостатком известного способа является низкая эффективность превращения углеродсодержащих отходов в энергетическую продукцию в связи с тем, что процесс пиролиза с точки зрения получения энергии менее эффективен, чем процесс биологической деструкции. Также недостатком известного технического решения следует признать сложность его аппаратурного оформления.

Известен также (RU, патент 2443749, опубл. 27.02.2012) способ комплексной переработки углеродсодержащих отходов, включающий стадии биологической и термической деструкции органического вещества, причем углеродсодержащие отходы сначала подвергают анаэробному сбраживанию, после чего полученный сброженный остаток смешивают с наполнителем, формуют и подвергают термической деструкции в восстановительной среде без доступа кислорода при температуре 300-1050°С.

Недостатком известного технического решения следует признать длительность способа, а также его невысокую эффективность.

Наиболее близким аналогом разработанного технического решения можно признать (RU, патент 2408649, опубл. 10.01.2011) устройство для переработки влажных и жидких органических отходов, содержащее термохимический реактор для пиролиза этих отходов, энергетическую установку и газоотделитель для отделения пиролизных газов от жидкой фракции. Кроме того, устройство дополнительно содержит размельчитель отходов, бункер с мешалкой для приготовления пульпы из смеси размельченных органических отходов с водой, насос или поршень для создания высокого давления в потоке проходящей через термохимический реактор пульпы, реактор синтеза энергоносителей из пиролизных газов, ректификационную колонну для разделения энергоносителей и золосборник для приема и удаления твердой фракции продуктов пиролиза.

Недостатком этого комплекса является ограниченность его функциональных возможностей - только влажные и жидкие отходы, использование процесса пиролиза, приводящее к получению газовой фазы неизвестного состава, и обусловленная этим необходимость разделения газовой фазы.

Техническая задача, решаемая с использованием разработанного устройства, состоит в разработке системы комплексной переработки углеродсодержащих твердых отходов совместно с фильтратом полигона складирования твердых углеродсодержащих отходов, а также, возможно, совместно с промстоками.

Технический результат, достигаемый при реализации разработанного устройства, состоит в упрощении устройства, утилизации и очистке фильтрата полигона и/или промстоков, разработке методов утилизации минерального остатка сверхкритической технологии (СКТ), обработке в дополнительные товарные продукты, разработке методов утилизации СКТ-газа в дополнительные товарные продукты.

Для достижения указанного технического результата предложено использовать разработанный СКТ модуль (модуль реализации сверхкритической технологии) проточной переработки углеродсодержащих отходов и стоков методом сверхкритических технологий - обработка водных смесей биомассы без доступа воздуха при температурах 300-500°С и давлении 220-250 атм в проточном режиме. Диоксин, фуран, бензапирен и др. ядовитые соединения не образуются, так как в этих условия равновесие реакции разложения биомассы с образованием газообразных продуктов смещено в сторону образования метана и углекислого газа.

После СКТ процесса получается технически чистая вода, минеральный остаток и газообразная составляющая, которая может быть переработана в различные виды энергоносителей (аналог природного газа).

Разработанный модуль проточной переработки углеродсодержащих отходов и стоков содержит блок загрузки, блок проведения сверхкритических технологий и блок переработки газа, полученного по сверхкритической технологии, причем в состав блока загрузки входят по меньшей мере узел транспортировки твердых отходов, мельница, узел подачи фугата/стоков, при этом выходы мельницы и узла подачи фугата/стоков подключены к узлу смешения для получения суспензии - реакционной массы, в состав блока проведения сверхкритических технологий входят по меньшей мере узел периодической загрузки полученной реакционной массы в реактор сверхкритической технологии, выполненный с возможностью обеспечения непрерывности процесса, по меньшей мере один реактор сверхкритической технологии, выполненный с возможностью проведения процесса термического разложения реакционной массы в комплекте с газовыми вихревыми сепараторами и водоотведением, а также с возможностью периодической выгрузки минерального остатка в принимающий бункер, в состав блока переработки газа, произведенного по сверхкритической технологии, входят по меньшей мере система мониторинга и контроля для измерения фактического потока и состава газа, произведенного по сверхкритической технологии, и узел беспламенного сжигания газа, произведенного по сверхкритической технологии, на каталитических горелках.

Особенностью разработанного устройства следует признать также тот факт, что оно применимо для переработки твердых углеродсодержащих отходов любой влажности без использования предварительной их сушки.

Непрерывность процесса переработки углеродсодержащих отходов может быть обеспечена любым известным способом (http://www.newchemistry.ru/printletter.php?n_id=6026).

Система смешения может дополнительно содержать активатор процесса смешения (мешалку, источник У3-колебаний или кавитатор).

Блок загрузки предпочтительно выполнен с возможностью загрузки твердых отходов.

Обычно в модуле загрузки использована мельница, обеспечивающая измельчение твердой фракции до 100 мкм. Указанная мельница может дополнительно содержать электромагниты и систему выгрузки ферромагнитной фракции.

Узел беспламенного сжигания газа предпочтительно выполнен с возможностью смешения топлива и окислителя с добавленной к нему частью отходящего дымового газа непосредственно в зернистом слое катализатора.

Кроме вышеуказанного дополнительного оборудования, модуль СКТ разработанной конструкции может дополнительно содержать блок генерирования электроэнергии с использованием газа, произведенного по сверхкритической технологии, а также газгольдер для сбора и хранения газа, произведенного по сверхкритической технологии.

Основными потребителями модулей СКТ разработанной конструкции могут быть предприятия АПК (животноводство, птицеводство, рыбоводство, звероводство), перерабатывающие предприятия (пищевой промышленности, нефтеперерабатывающей промышленности, деревоперерабатывающей промышленности), ЖК (полигоны ТБО, очистные сооружения). Кроме того, комплекс будет востребован при очистке фарватеров рек, портов, озер.

Состав и мощность оборудования, входящего в состав модуля, может модернизироваться под разные задачи. Модернизация предусматривает расширение ассортимента товарных продуктов (пар, тепло, электроэнергия, энергоноситель СКТ-газ, синтетические моторные топлива) и увеличение производительности СКТ модуля до 10 т/ч и 25 т/ч по реакционной массе.