Результат интеллектуальной деятельности: Способ утилизации полимерных компонентов коммунальных и промышленных отходов и устройство для его осуществления

Предлагаемое изобретение относится к охране окружающей среды и может быть использовано для переработки и утилизации полимерных компонентов коммунальных и промышленных отходов, а именно производства элементов строительных конструкций.

Известен способ утилизации твердых отходов, включаюший измельчение твердых отходов (древесные отходы, использованные автопокрышки и пр.), подачу твердых отходов в полость вращающейся пиролизной камеры (реактора), проведение процесса пиролиза, вывод пиролизного газа и периодическое удаление твердых остатков пиролиза (полукокса) из зоны реакции с одновременным их охлаждением в устройстве, состоящем из дробилки (измельчителя), днище которой соединено шнековым питателем с загрузочным отверстием поворотной камеры, внутри которого устроены нагревательные трубы, соединенные с впускными и выпускными камерами топочных газов, снабженными соответствующими патрубками, и охладительной камеры с рубашкой, снабженной шлюзовым узлом выгрузки твердых продуктов (полукокса) и патрубком удаления пиролизного газа [Патент РФ № 2367848, МКл. F23 G5/027, МКл. C10 B53/02, 2009].

Основными недостатками известного способа являются периодичность загрузки и выгрузки отходов, невозможность отдельной утилизации полимерной пленки, пиролизного газа, что снижает надежность, экономическую и экологическую эффективность известного способа.

Основными недостатками известного устройства являются сложность конструкции, отсутствие оборудования для утилизации пиролизного газа, что снижает надежность, экономическую и экологическую эффективность известного устройства.

Более близким к предлагаемому изобретению является способ эффективной утилизации органических компонентов городских и промышленных отходов, включающий: измельчение и смешивание органических компонентов городского и промышленного мусора с добавкой торфа или древесных отходов; нагревание шихты в шнековом подогревателе дымовыми газами, поступающими из тепловой рубашки реактора, в результате чего шихта приобретает вид пасты, дегазацию шихты в дегазаторе с выделением первичного газа, непрерывную подачу шнековым питателем гранулированной шихты в реактор для проведения процесса пиролиза с одновременной подачей на горение в горелку камеры сгорания очищенного пиролизного газа, первичного газа и горячего воздуха, в результате горения которых получают горячие дымовые газы,

деструкцию гранулированной шихты в пиролизной трубе с образованием пиролизного газа и полукокса, охлаждение и очистку горячего пиролизного газа в вертикальном холодильнике и ротационном адсорбере, заполненным адсорбентом, после чего очищенный и охлажденный пиролизный газ подается на сжигание в камеру сгорания, его избыток направляют к потребителю или в газгольдер, а дымовые газы из шнекового подогревателя подают в подогреватель сетевой воды.

Устройство, реализующее способ, включает в себя соединенные между собой по выходу и входу перерабатываемых отходов измельчитель, усреднитель, установленные друг над другом по вертикали, шнековый подогреватель, дегазатор, экструдер, охладитель–гранулятор, шнековый питатель, кожухотрубчатый реактор, покрытый тепловой рубашкой с патрубком выхода дымовых газов, соединенной с камерой сгорания, сборник продуктов пиролиза, соединенный по полукоксу с разгрузочно–охладительным шнеком, охлаждаемым сетевой водой, а по газу последовательно с вертикальным холодильником, ротационным адсорбером, по дымовым газам соединенным со шнековым подогревателем и подогревателем сетевой воды, [Патент РФ № 2556645, МПК F23 G5/027, 2015].

Основными недостатками известного способа являются сложность технологического процесса, необходимость цикла оборотной воды для осуществления процесса очистки пиролизного газа, утилизации его тепла и его составляющих компонентов, невозможность отдельной утилизации полимерных компонентов с получением элементов строительных конструкций, что снижает надежность и экономическую эффективность известного способа.

Основными недостатками известного устройства являются сложность его конструкции, необходимость оборудования для цикла оборотной воды (насосной станции, градирен и т. п.) и невозможность производства элементов строительных конструкций, что снижает надежность и экономическую эффективность известного устройства

Техническим результатом, на решение которого направлено предлагаемое изобретение, является повышение надежности и эффективности способа утилизации полимерных компонентов коммунальных и промышленных отходов и устройства для его осуществления.

Технический результат достигается тем, что способ утилизации полимерных компонентов коммунальных и промышленных отходов содержит: измельчение и смешивание полимерных компонентов (пластмассовых пленки, отрезков труб и бутылок); нагревание полученной шихты до жидкого состояния при ее медленном перемещении сверху–вниз по шнековому подогревателю через стенку дымовыми газами до температуры 150–200⁰С дымовыми газами с температурой 500–600⁰С, поступающими из камеры сгорания шнекового подогревателя в его тепловую рубашку и охлаждающихся в ней до температуры 250–300⁰С, в результате чего в шихте образуются водяной пар, легкокипящие углеводороды, твердые полимерные компоненты становятся пластичной, повышается давление, а сама шихта приобретает вид жидкой пасты, которая поступает в дегазатор; удаление охлажденных дымовых газов из шнекового подогревателя, поступающих в подогреватель сетевой воды, которая нагревается до температуры 80–90⁰С, а газы охлаждаются там до температуры 140–150⁰С, в результате чего осуществляется дополнительная утилизация их тепла, после чего направляются на газоочистку и очищенные от вредных примесей, выбрасываются в атмосферу; одновременное выделение из шихты в дегазаторе, в результате увеличения объема и снижения давления, пиролизного газа с температурой 120–170⁰С, представляющего собой смесь паров воды, азота, двуокиси углерода, легкокипящих углеводородов и незначительного количества кислорода, который отводится в горелку камеры сгорания шнекового подогревателя, а дегазированная шихта под действием силы тяжести поступает в поддон дегазатора; одновременное подача доз наполнителя из бункера для наполнителя в формы, движущиеся на ленточном транспортере (вариант: в формы предварительно помещают арматуру при закрытии затвора–мигалки бункера для наполнителя); заполнение, в результате движения ленточного транспортера, свободной части внутреннего пространства форм дозами расплавленной шихты из дегазатора; поступление форм, заполненных элементами строительной конструкции в сборе, в камеру охлаждения, где происходит их охлаждение и затвердевание.

Устройство для осуществления способа утилизации полимерных компонентов коммунальных и промышленных отходов содержит: соединенные между собой по входу и выходу перерабатываемых полимерных компонентов, измельчитель, усреднитель представляющий собой аппарат с мешалкой, установленные друг над другом по вертикали, шнековый подогреватель, состоящий из шнека, помещенного в тепловую рубашку, снабженную камерой сгорания с газомазутной горелкой, соединенной трубопроводом пиролизного газа с дегазатором и трубопроводом дымовых газов с подогревателем сетевой воды, при этом дегазатор представляет собой цилиндрическую обечайку, соединенную со шнековым подогревателем, снабженную патрубком с затвором–мигалкой; помещенный слева от шнекового подогревателя бункер для наполнителя, снабженный выходным патрубком с затвором–мигалкой; ленточный транспортер, расположенный под патрубками дегазатора и бункера для наполнителя; формы с элементами строительных конструкций, помещенные на ленточном транспортере; камеру охлаждения, расположенную после ленточного транспортера.

Устройство для осуществления способа утилизации полимерных компонентов коммунальных и промышленных отходов (СУПК) приведено на фиг. 1.

Устройство для осуществления способа утилизации полимерных компонентов коммунальных и промышленных отходов содержит: соединенные между собой по входу и выходу перерабатываемых полимерных компонентов, измельчитель 1, усреднитель 2, представляющий собой аппарат с мешалкой, установленные друг над другом по вертикали; шнековый подогреватель 3, состоящий из шнека 4, помещенного в тепловую рубашку 5, снабженную камерой сгорания 6 с газомазутной горелкой (на фиг. 1 не показана), соединенной трубопроводом пиролизного газа 7 с дегазатором 8 и трубопроводом дымовых газов 9 с подогревателем сетевой воды 10, при этом дегазатор 8 представляет собой цилиндрическую обечайку, соединенную со шнековым подогревателем 3, снабженную выходным патрубком 11 с затвором–мигалкой 12; помещенный слева от шнекового подогревателя 3, бункер для наполнителя 13, снабженный патрубком 14 с затвором–мигалкой 15, причем патрубки 11 и 14 расположены над ленточным транспортером 16, на ленте которого помещены формы 17 для элементов строительных конструкций, заполненные вначале ленточного транспортера 16 арматурой (на фиг. 1 не показана) или наполнителем (гравием или металлургическими шлаками – на фиг. 1 не показаны), а после выходного патрубка 14, также залитые расплавом полимерных компонентов (на фиг. 1 не показан); за концом ленточного транспортера 16 расположена камера охлаждения (на фиг. 1 не показана), представляющая собой помещение с комнатной температурой.

Способ утилизации полимерных компонентов коммунальных и промышленных отходов осуществляется в предлагаемом устройстве следующим образом. Предварительно отсортированные полимерные компоненты (остатки пластмассовых изделий – полиэтиленовая пленка, отрезки труб, пластмассовые бутылки) загружаются в измельчитель 1, где происходит измельчение вышеупомянутых полимерных компонентов, после чего полученная неоднородная шихта подается в усреднитель 2, где в результате перемешивания образуется более однородная шихта, которая поступает в приемный патрубок (на фиг. 1 не показан) шнекового подогревателя 3. В шнековом подогревателе 3, при медленном перемещении шихты сверху вниз по шнеку 4, происходит ее нагревание через стенку до температуры 150–200⁰С дымовыми газами с температурой 500–600⁰С (относительно невысокая температура дымовых газов объясняется низким содержанием горючих компонентов в пиролизном газе), поступающими из камеры сгорания 6 в тепловую рубашку 5 и охлаждающихся в ней до температуры 250–300⁰С, в результате чего в шихте образуются водяной пар, легкокипящие углеводороды, значительная часть твердых органических компонентов (пластмасс и полиэтиленовой пленки) становится пластичной, повышается давление, а сама шихта приобретает вид жидкой пасты, которая поступает в дегазатор 8. Охлажденные дымовые газы удаляются из шнекового подогревателя 3 по трубопроводу дымовых газов 9, поступают в подогреватель сетевой воды 10, которая нагревается до температуры 80–90⁰С, охлаждаются там до температуры 140–150⁰С, в результате чего осуществляется дополнительная утилизация их тепла, после чего направляются на газоочистку (на фиг. 1 не показана) и очищенные от вредных примесей (оксидов серы, оксидов азота и пр.), выбрасываются в атмосферу. Одновременно, в дегазаторе 8, в результате увеличения объема и снижения давления, из шихты выделяется пиролизный газ с температурой 120–170⁰С, представляющий собой смесь паров воды, азота, двуокиси углерода, легкокипящих углеводородов и незначительного количества кислорода (точный состав пиролизного газа определяется составом шихты и температурой ее нагрева в шнековом подогревателе 3, который отводится в горелку камеры сгорания 6 шнекового подогревателя 3, а дегазированная шихта под действием силы тяжести поступает в поддон дегазатора 8. Одновременно из бункера для наполнителя 13 через выходной патрубок 14, снабженный затвором–мигалкой 15, в формы 17, движущиеся на ленточном транспортере 16 поступают дозы наполнителя (гравия или металлургических шлаков) или же в них помещают арматуру, далее, в результате движения ленточного транспортера 16, формы 17 поступают под выходной патрубок 11, снабженный затвором–мигалкой 12, из которого оставшаяся часть внутреннего пространства форм 16 заполняется дозой расплавленной шихты, после чего формы 17, заполненные элементом строительной конструкции в сборе (блоком, плитой, ограждением и пр.), поступают в камеру охлаждения (на фиг. 1 не показана), где происходит их охлаждение и затвердевание.

Запуск установки осуществляют при помощи резервного топлива (например, мазута или солярового масла).

Таким образом, предлагаемый способ утилизации полимерных компонентов коммунальных и промышленных отходов и устройство для его осуществления, наряду с улучшением экологической ситуации в местах обезвреживания отходов, обеспечивает полную утилизацию их наиболее опасной (органической) части с одновременным получением топливного газа, обеспечивающего собственные нужды утилизации, элементов строительных конструкций и горячей воды для отопления и горячего водоснабжения.