Установка для утилизации твердых медицинских отходов

Изобретение относится к области утилизации отходов, содержащих органические материалы, в том числе хлорсодержащие и инфицированные, и может быть использовано в коммунальном хозяйстве, химической и нефтехимической промышленности.

Одним из основных требований, предъявляемых к устройствам для обезвреживания хлорсодержащих отходов, является обеспечение условий, максимально предотвращающих возможность образования диоксинов и буранов ((полихлорированных дибензо-пара-диоксинов (ПХДД) и тибензофуранов (ПХДФ)), являющихся высокотоксичными стойкими органическими загрязнителями. Из применяемых технологий высокотемпературного обезвреживания медицинских отходов наименьшим потенциалом образования диоксинов и фуранов обладают пиролизные технологии, не использующие окислителя.

Известно «Устройство непрерывного действия для пиролиза измельченных материалов» [1], содержащее загрузчик, пиролизную камеру (реторту) и устройство выгрузки. Реторта выполнена в виде длинной стальной трубы, располагаемой горизонтально и подвергаемой внешнему нагреву. Внутри трубы по всей ее длине расположен шнек, посредством которого осуществляется непрерывное перемещение обрабатываемого материла от зоны загрузки к участку выгрузки. В верхней части трубы реторты по всей ее длине располагается система отверстий-газоходов, необходимых для отвода образующихся пиролизных газов для их дальнейшей конденсации или сжигания.

Недостатком устройства является то, что из пиролизной камеры отводится сразу вся масса образующихся парогазовых продуктов, содержащая, кроме углеводородных соединений и хлорсодержащие компоненты, которые выделяются на первой стадии термического разложения (при температурах до 350°С). В дальнейшем, при сжигании горючих продуктов и охлаждении дымовых газов, эти компоненты могут частично преобразоваться в ПХДД/Ф.

Недостатком устройства является также отсутствие системы использования теплового потенциала органической части отходов, и ведение процесса нагрева и пиролиза за счет сжигаемого в горелке внешнего топлива или использования электронагревателей, следствием чего являются повышенные эксплуатационные затраты.

Недостатком устройства является также отсутствие систем огневого обезвреживания и дополнительной очистки дымовых газов.

Наиболее близкой к заявляемому изобретению является «Установка для утилизации медицинских отходов» [2], содержащая камеру термического разложения с перемещающим устройством непрерывного действия - шнеком с переменным шагом витков, шлюзовым загрузочным устройством дискретного действия, устройством выгрузки твердого остатка, соединенным с топкой, газоходом отвода парогазовой смеси, соединенным с не менее чем двумя устройствами для ее сжигания, расположенными в топочной полости вдоль внешней стороны камеры термического разложения, теплообменником и системой газоочистки с дымососом.

Недостатком устройства также является то, что из камеры термического разложения отводится сразу вся масса образующихся газообразных продуктов, включая и хлорсодержащие компоненты, которые выделяются на первой стадии термического разложения (при температурах до 350°С). В дальнейшем, при охлаждении, эти компоненты могут частично преобразовываться в ПХДД/Ф.

Другим недостатком установки является то, что потоки дымовых газов от сгорания коксового остатка, сжигаемого в автономной топке, и сгорания парогазовой смеси объединяются и образуют смесь, содержащую все компоненты (соединения хлора, кислород, твердые продукты недожога), необходимые для образования диоксинов и фуранов. Реакция синтеза ПХДД/Ф происходит при охлаждении газодисперсной смеси в интервале температуры 450-250°С и осуществляется по гетерогенному механизму - на поверхности раздела фаз, в частности, на поверхности оборудования или поверхности твердых частиц, являющихся катализаторами процесса [3, 4].

Техническим результатом, на достижение которого направлено данное изобретение, является предотвращение возможности образования ПХДД/Ф, обеспечение экологически безопасных выбросов, экономия энергоресурсов, обеспечение автотермичности процесса и, при необходимости, получение собственного средства для очистки дымовых газов.

Технический результат достигается тем, что установка снабжена мокрым скруббером, а камера термического разложения содержит последовательно расположенные низкотемпературную и высокотемпературную секции, причем выход газообразных продуктов из низкотемпературной секции соединен с входом в мокрый скруббер, выход из которого соединен с камерой сжигания. Выход газообразных продуктов из высокотемпературной секции соединен с горелочным устройством камеры обогрева и камерой сжигания, а выход дымовых газов из камеры сжигания снабжен теплообменником-газификатором. Теплообменник-газификатор снабжен внешней газификационной полостью, а его внутренний объем снабжен встроенным парогенератором, выход из которого соединен с входом в газификационную полость. Выход газообразных продуктов из газификационной полости соединен через конденсатор водяных паров с генератором электроэнергии. Выход твердых продуктов из высокотемпературной секции камеры термического разложения снабжен сепаратором неорганических включений, выход из которого соединен с входом в газификационную полость теплообменника.

Сущность предлагаемого технического решения поясняется принципиальной схемой установки - фиг. 1 и чертежом теплообменника-газификатора - фиг. 2.

Установка содержит шлюзовое загрузочное устройство 1, камеру термического разложения 2, содержащую низкотемпературную секцию 3 и высокотемпературную секцию 4 и размещенную в камере обогрева 8 с горел очным устройством 7, мокрый скруббер 5, камеру сжигания 6, сепаратор твердых включений 9, теплообменник-газификатор 10 с газификационной полостью 11, парогенератором 12 и системой отвода тепла 13, генератор электроэнергии 14, систему газоочистки 15, дымосос 16 и горелку розжига 17. Секции 3 и 4 камеры термического разложения 2 снабжены перемещающими устройствами 18, 19. Выход из газификационной полости 11 снабжен конденсатором водяного пара 20.

Технологический процесс осуществляют следующим образом:

Камеру обогрева 8 и секции 3, 4 камеры термического разложения 2 предварительно разогревают с помощью горелки розжига 17. Отходы (МО) через шлюзовое загрузочное устройство 1 подают в низкотемпературную секцию 3, на выходе из которой поддерживается температура на уровне 250-350°С. По мере перемещения отходов вдоль оси нагретой секции они постепенно нагреваются и из них выделяются: водяной пар, газы (СО₂, СО, H₂S, NH₃), газообразный галогенизированный водород (HCl) и углеводородные продукты начальной стадии пиролиза. Газообразные и твердые продукты на выходе из секции 3 разделяют: твердые подают в высокотемпературную секцию 4 для дальнейшего пиролиза органической массы отходов, а газообразныу (ПГС1) направляют в скуббер 5 для нейтрализации кислых газов и паров водным щелочным раствором (ЩР). Выходящие из скруббера 5 газообразные продукты совместно с частью парогазовой смеси (ПГС2) из высокотемпературной секции 4 сжигают в факеле горелочного устройства камеры сжигания 6 при температуре 1000-1350°С Другую часть высококалорийной парогазовой смеси (ПГС2), образовавшейся в высокотемпературной секции 4, сжигают в горелочном устройстве 7 камеры обогрева 8 при температуре 1000-1350°С, обеспечивая поддержание теплового баланса процесса пиролиза. Твердые продукты пиролиза (ТП) выводят из секции 4 в сепаратор твердых включений 9 отдельно от газообразных продуктов, выделяют из них неорганические включения (НВ) (стекло, металл и пр.), а оставшийся коксовый остаток (КО) подвергают паровой газификации при атмосферном давлении в газификационной полости 11 теплообменника-газификатора 10 при температуре 800-900°С до полного исчерпания углерода, т.е. полного отсутствия твердого органического остатка. Необходимый для газификации водяной пар (ВП) получают в проточном парогенераторе 12, размещенном в теплообменнике-газификаторе 10. Образующийся при газификации влажный водяной (синтез) газ (ВВГ) обезвоживают в конденсаторе 20 и направляют на сжигание в генератор электроэнергии 14. Как вариант, полученный при пиролизе коксовый остаток (КО) газифицируют перегретым при атмосферном давлении водяным паром при температуре 800-900°С до исчерпания только примерно 50% углерода, а образующийся активированный уголь (АУ) используют для очистки дымовых газов в системе газоочистки 15. Дымовые газы (ДГ) охлаждают в теплообменнике-газификаторе 10 и системе отвода тепла 13, очищают в системе газоочистки 15 и с помощью дымососа 16 выводят в атмосферу.

Таким образом:

Задача обеспечения экологической безопасности окружающей среды в предлагаемом устройстве достигается за счет того, что:

- Снабжение камеры термического разложения двумя секциями позволяет на низкотемпературной стадии процесса вывести из пиролизуемых отходов до 90% хлорсодержащих компонентов, и тем самым уменьшить возможность образования ПХДД/Ф в дальнейшем процессе.

- Снабжение установки мокрым скруббером позволяет на первой стадии процесса выделить из образовавшейся парогазовой смеси (ПГС1) и нейтрализовать щелочным раствором соляную кислоту (HCl) и кислые компоненты (СО₂, SO₂), что приводит к обогащению углеводородами парогазовой смеси (ПГС2), получаемой на второй (высокотемпературной) стадии пиролиза, снижению ее коррозионной активности и значительному уменьшению содержания соединений хлора в отходящих газах, что ведет к снижению риска образования ПХДД/Ф.

- Снабжение установки теплообменником-газификатором позволяет газифицировать и полностью израсходовать коксовый остаток с получением водяного (синтез) газа по реакции С+Н₂О=СО+Н₂, который после обезвоживания используется для получения электроэнергии. При газификации коксового остатка до исчерпания только примерно 50% углерода образующийся активированный уголь используют для очистки дымовых газов.

Снабжение теплообменника-газификатора установки парогенератором позволяет получать перегретый водяной пар, используя тепловой потенциал высокотемпературных дымовых газов, одновременно снижая их температуру и, тем самым, одновременно снижая металлоемкость теплообменника.

- Снабжение установки конденсатором водяных паров позволяет освободить выходящую из газификатора парогазовую смесь от влаги и, тем самым, подавать в генератор электроэнергии осушенный горючий газ.

- Задача получения экономического эффекта достигается за счет использования в качестве энергоносителя теплового потенциала утилизируемых отходов, что позволяет обеспечивать автотермичность процесса, так как использовать внешнее топливо необходимо только для разогрева установки в пусковой период и в качестве резерва для стабилизации температурного режима. Экономический эффект достигается также за счет уменьшения металлоемкости теплообменника и удешевления системы газоочистки за счет использования собственного активированного угля, а также за счет повышения срока службы оборудования из-за снижения коррозионной активности газовых потоков.

Таким образом, совокупность указанных существенных признаков обеспечивает возможность экологически безопасной термической утилизации медицинских отходов, экономию топлива и экологическую безопасность выбросов в окружающую среду.

Источники информации:

1. Устройство непрерывного действия для пиролиза измельченных материалов // Патент РФ №132073.

2. Установка для утилизации медицинских отходов //Патент РФ №170802.

3. Ballschmiter К., Swerev М. // Z.Anal.Chem.- 1987.- V.328.- Р. 125-127.

4. Shaub W.M., Tsang W. Physical and Chemical Properties of Dioxins ir Relation to the their Disposal. // Human and Environmental Risks of Chlorinated Dioxins and Related Compounds. - N-Y:Plenum Press, 1983.- P. 731-748.