Способ получения горючего газа из отходов

ОЮЗ СОВЕТСКИХ ООИАЛИСТИЧЕСНИРЕСПУБЛИК В 53/00, С 02 Г 11/О 0 ОБРЕТЕНИ И ПАТ(71) ПКА Пюролюзе Кр(72) Бернд Михаэль Вольф (БЕ)(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГОРЗОЧЕГО ГАЗАИЗ ОТХОДОВ(57) Изобретение относится к способполучения горючего газа из отходовпутем пиролиза и позволяет повыситьэффективность, Согласно изобретению 8 13афтанлаген ГмбХ носится к способу и газа иэ отходов пу" Изобре ения г те м пиролиза.Цель изобретениятивности способа.На чертеже представлена схема установки для осуществления способа.Предназначенные для переработки отходы поступают через транспортер 1 в дробилку 2 крупного дробления для грубого размельчения, Дробилкой 2 крупного дробления может быть, например, молотковая дробилка. Через тран" спортный желоб 3 и транспортер 4, на котором отделяется скрап посре магнитного отделительного устр повышение эффек ГОСУДАРСТВЕННЬЗЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИПРИ ГКНТ СССР отходы прессуют в комки или гранулы размером 1 - 50 мм, доводят до содержания сухой субстанции по меньшей мере 75 и непосредственно затем подают в обогреваемый барабан для полукоксования, в котором образуется гаэ полу- коксования, отделяющийся от остаточных веществ, например золы и других мелких частиц, Полученный газ полукоксования в газопреобраэователе при подаче воздуха и в присутствии раскаленного угольного слоя разлагается в горючий газ, Отходы предварительно разделяют на влажную фракцию и легкую фракцию, при этом легкую фракцию прессуют в брикеты, комки или гранулы иФ дегазируют посредством пиролиза, а влажную фракцию подают на биогазовую установку для образования метана. 6 з.п. Ф-лы, 1 ил. 5, поступают отходы на сортировочноеприспособление 6. Последнее можетбыть, например отделителем в видегребня с вращающимися вальцами, приэтом тяжелая овощная влажная фракцияпадает в расположенный внизу бак 7.Более легкая по весу фракция в концесортировочного приспособления для обработки способом пиролиза через транспортную ленту 8 подводится к устройству 9 для размельчения. При этом ещераз фракция тяжелых веществ отводитсяК устройству 9 для размельчения подключен гидроциклон 10, в котором ещераз отделяются тяжелые субстанции, которые через трубопровод 11 совместнос влажной фракцией из бака 7 и через трубопровод 12 подводятся к биогазовой установке 13. От гидроциклона 10 легкая фракция поступает в термошне 5 ковый пресс 14, в котором легкая фракция посредством фрикционного прессования при 110-150 С размельчается вгранулят величиной 1-50 мм. Гранулят через барабанный шлюз 15 поступает в 10 барабан 16 для полукоксования, гдеопри температуре 450-600 С вырабатывается газ полукоксования, который через отводной трубопровод 17 и пылеотделительное устройство 18 подводится 15 к высокотемпературному газопреобразователю 19, в котором осуществляется переработка или соответственно преобразование газа полукоксования посредством угольного слоя, Подготовленный газ поступает после прохода через теплообменник 20 к водооросительной колонне 21, воздуходувке 22 и к очистному циклону 23 через каплеотделитель 24 и газопровод 25 к газгольдеру 26, 25 Последний необходим для выравниванияколебаний газа, При поступлении слишс .ком большого количества газа через добавочный трубопровод 27 излишний газ может быть отведен к устройству 28сгорания, От газгольдера 26 газ поступает на газовый двигатель 29, соединенный с генератором 30. Через отводной трубопровод 31 сгоревшие отходящие газы направляются в дымовую трубу 32.35Через трубопровод 33 газопреобразователь 19 получает воду и через питатель 34 кокс. Зола отводи 1 ся через выходной трубопровод 35. для экономии 40энергии может быть также предусмотрен трубопровод 36 возврата кокса, Отгазопровода 25 ответвляется дополнительный трубопровод 37, который ведетк газовой горелке 38, служащей для 45подачи тепла на барабан 16 для полукоксования, В период фазы пуска форсунка 39 для жидкого топлива служитдля разогревания барабана для полукоксования, Позднее в период эксплуатации) необходимая для барабана для полукоксования потребность в тепле может быть покрыта исключительно с по-мощью горелки 38Отходящая при очистке газа промы 55 вочная вода поступает в бак 40 для промывочной воды и непосредственно в фильтрующее устройство 41, Отделенные твердые вещества в фильтрующем устройстве 41 поступают через трубопровод 42 в бак 43 для золы, в который поступает также зола из газопреобразователя 19. Остаточные веществачерез выходной трубопровод 44 отводятся из бака 43 для золы и через систему запитывания, предпочтительно черезбарабанный шлюз 15, возвращаются вбарабан 16 для полукоксования, Этотвозврат имеет преимущество, котороесостоит в том, что полициклическиеароматические углеводороды, напримерфлуоратен, пирен, бензо-а-антра кен,хризен, которые во время крекинг-процесса газа полукоксования могут бытьобразованы в газопреобразователе и восновном связаны с частицами твердоговещества отделенного фильтровальногоосадка из фильтрующего устройства 41для очистки газа, в процессе пиролизавновь расщепляются на соединения более низкого молекулярного веса, в товремя как остающиеся твердые веществачерез устройство отделения пыли и вывод для остаточных веществ пиролизав основном выделяются из цикла пиролиза. В данном случае требующий контроля вывод твердых веществ из установки для пиролиза осуществляется только в одном месте. Очищенная промывоч.ная вода поступает из фильтрующегоустройства 41 через обратный трубопровод 45 после прохождения через колонну 46 охлаждения вновь в водооросительную колонну 21. Часть очищенной промывочной воды вводится в установку 47 нейтрализации промывочнойводы, в которую также через трубопровод 48 поступает конденсат вторичного пара из термошнекового пресса 14,поскольку он предпочтительно черезтрубопровод 49 может быть подведенк предварительному резервуару 50 биогазовой установки, От установки 47нейтрализации промывочной воды поступает промывочная вода в установку51 обработки загрузки циркуляционнойводой. Известным образом осуществля"ется химическая очистка промывочнойводы посредством соответствующих химикалиев, которые через трубопроводы52 поступают в установку 51 для обработки. В качестве химикалиев дляэтой цели применяются, например,ИаОН., НОд, ЯО и т.д, Промывочнаявода через циркуляционный трубопровод53 проходит через воздушный фильтр54 для удаления пены, при этом отхо5 15565 дящие газы через трубопровод 55 отводятся через дымовую трубу 32.Химически и механически очищенная вода поступает из установки 51 обработки загрузки циркуляционной водой через трубопровод 55 в предварительный резервуар 50 для биогазовой установки, В предварительный резервуар 50 поступают также через трубопровод 12 влажные овощные отходы. Таким же образом в предварительный резервуар по требованию могут быть добавлены отстойный шлам, сырой компост и т.д, по стрелке 56, Остаточное вещество пиролиза, содержащее повышенную составляющую углерода, поступает через трубопровод 57 подобным образом в предварительный резервуар 50. Состав" ляющая углерода в остаточном веществе 20 пиролиза может быть переработана более, чем на 80/ биологически в метан.Конденсат вторичного пара через трубопровод 49 прямо или после прохождения установки 51 обработки загрузки циркуляционной водой и трубопровода 55 поступает в предварительный резервуар 50. В конденсате вторичного пара содержатся равным образом фенолы и/или другие углеводороды, 30 которые могут быть переработаны биологически, Равным образом конденсат вторичного пара содержит аммоний и может в качестве гидролизного вещества подводиться к биогазовой установке.От предварительного резервуара 50 предназначенные для переработки в биогазовой установке 13 вещества поступают в гидролизную ступень 58. К гидролизной ступени 58 примыкает крупно габаритный противоточный теплообменник 59, получающий тепло через трубопровод 60 для горячей воды, который ответвляется от колонны 46 охлаждения установки очистки промывочной воды, В тепло обменнике 59 субстрат доводят до преимущественной для биогазифицирования температуры 22 С в зоне запитывания вопервую фазу ферментера (биогазовой установки). В днище 61 метантенка ус тановлен нагревательный змеевик 62, подсоединенный к трубопроводу 60 для горячей воды для увеличения температуры в зоне метана метантенка до 33-37 фС. Таким образом, избыточное тепло из установки для пиролиза применяется для биогазовой установки 13. В подводимой через трубопровод 55 промывочной воде также имеется еще тепло 43 6 вая энергия, которая подобным образом используется биогазовой установкой и в большей степени увеличивает рентабельность биогазовой установки,так как обычные без теплообмена биогазовые установки зимой потребляют до 50 вырабатываемых ими энергоносителей для покрытия собственных потребностей в тепле.Биогазовая установка 13 смонтирована обычным образом, Она может быть фазораздельной биогазовой установкой, при этом в средней шахте 63 в верхней зоне поддерживается нормальная кислотная фаза, в то время как в нижней зоне имеет место фаза уксусной кислоты. Вокруг средней шахты находится снаружи фаза метана, которая обеспечивает полное отсутствие кислорода, так как разложение кислорода осуществляется уже в кислотной зоне. Возникающий метан отводится через трубопровод 64 для метана и через буФер 65 и компрессор 66 подводится к газопроводу 25 или к установке для промывания газов установки пиролиза (для очистки от Нф в случае необходимости). Остаток брожения из ферментера (биогазовой установки 13) выносится с 44 сухой субстанции через плавающие всасывающие трубопроводы 67 и подводится к устройству 68 предварительного обезвоживания и, таким образом, доводится до содержания сухой субстанции около 20. Содержащиеся в остатке брожения твердые вещества посредством пресса 69 для сухого прессования доводятся до 85 сузой субстанции, оставшаяся вода брожения собирается в сборнике 70 и по требованию направляется к установке 51 обработки или напрямую в канализацию. Отделенные в установке 51 обработки загрузки циркуляционной водой вещества поступают через трубо" провод 71 в установку для очистки сточных вод.помощью известного способа без особого загрязнения окружающей среды из отходов регенерируется способный к использованию газ, при этом, в частности, не возникает высоких затрат, связанных с обработкой сточных вод, хотя высокое содержание аммония в сточных водах является нежелательным. Одновременно при этом достигается от" носительно высокий коэффициент полез" ного действия, причем можно иметь . экономию энергии на 50 Ф и более.Сущностью способа является низко- температурный пиролиз в барабане для полукоксования, Полученный газ, который подвергается последующей обработке, применяется для привода газовых5 турбин и газовых двигателей. Низко- температурное полукоксование материалов отходов осуществляется при почти полном отсутствии доступа воздуха в области температуры ниже 600 С, чтобы предотвратить газификацию имеющихся в отходах тяжелых металлов, так как окислы тяжелых металлов не могут быть далее устранены и причиня ют вред окружающей среде, Однако проведение пиролиза в названных интервалах температуры приводит к тому, что в остаточных веществах пиролиза остается повышенное содержание углерода,Если в отходах имеется высокое содержание растительной пищи, то содержание углерода в остаточных вещест вах пиролиза может доходить до 40 мас При пиролизе хозяйственных 25 отходов содержание углерода в них находится в пределах 18, Недостатком является также то, что растительная пища имеет высокое содержание воды, , которое в среднем может составлять свыше 50/. Так как теплота сгорания этой растительной пищи является очень низкой и имеющееся в этой овощной фракции содержание первичной энергии не может быть полностью использо 35 вано посредством низкотемпературного пиролиза, эта растительная пища оказывает негативное влияние также и на получение общей энергии при переработке отходов.40Согласно предлагаемому способу отходы разделяются на растительную влажную и легкую фракции, при этом легкая фракция непосредственно после разделения прессуется в брикеты, комки или гранулы и дегазируется посредством пиролиза, а влажная фракция подводится к биогазовой установке дляобразования метана.Посредством сортировки и раздельной обработки отходов может быть достигнуто дальнейшее увеличение получения энергии. Отделенная легкая фракция, в которой содержится существенноменьшее количество воды, чем во влажной и более тяжелой овощной фракции,может подвергаться обработке обычным способом посредством низкотемпературного пиролиза, при этом с помощью известного предварительного отжимания .воды и выпаривания может быть переработана в гранулят с регулируемой величиной сухой субстанции 85;. Благодаря этому значительно увеличиваетсятеплотворная способность очищенногогаза пиролиза.Отсортированные овощные отходы попричине высокого содержания тяжелыхметаллов в них для компостированияболее не применимы. Однако согласноизобретению эта овощная влажная фракция обрабатывается биологически с помощью соответствующих бактерий в биогазовой установке в многоступенчатомферментере для получения метана. Известно, что при отсутствии доступавоздуха из органических веществ посредством процесса Ферментации возникает метансодержащий газ, который рав- -ным образом может быть применен дляприведения в действие газовой турбиныили газового двигателя.Известно получение метана из растительной пищи посредством применениябиогазовой установки, однако оно ра"нее было нерентабельным. Однако в соединении с низкотемпературным пиролизом имеет место неожиданное улучшениепоказателей, Так, из отходов не возникает избыток воды, так как она полностью преобразуется в газопреобразователе в водяной пар. Имеющиеся вредные вещества концентрируются в промывочной воде, при этом только частьее должна быть заменена,За счет того, что выделяющееся принизкотемпературном пиролизе тепло может быть подведено к биогазовой установке, которая имеет соответствующуюпотребность в нагреве, значительноулучшается ее коэффициент полезногодействия,Так, например, имеющийся при пиролизе в барабане для полукоксованияостаточный материал пиролиза можетбыть подан в биогазовую установку. Наряду с получением тепла содержащаясяв остаточном веществе пиролиза углеродная составляющая может быть подвергнута обработке совместно с образованием метана, В качестве биогазовой установки может быть примененараздельная по фазам биогазовая установка (кислотная фаза, фаза уксуснойкислоты, фаза метана),Преимуществом является также то,что выпадающий при гранулировании15565и/или сушке легкой фракции конденсатвторичного пара поступает или соответственно подмешивается в гидролизнуюступень для выщелачивания биологических веществ. Таким образом, высокаятемпература конденсата вторичного пара применяется для предварительногонагрева в биогазовой установке, Также в этом случае осуществляется биологическая очистка и энергетическоесовместное использование содержащейсяв конденсате вторичного пара составляющей аммония, которая может составлять 200 г/мз, и при отводе в канализационную систему является нежелательной из-за своего разрушающего действия на бетон.Согласно другому варианту конструкции установки может быть предусмотрено, что концентрат промывочной во"ды, который выпадает при промывке,Фильтрации и охлаждении газа пиролиза, поступает в биогазовую установку,при этом органические составляющие 25концентрата промывочной воды служатв качестве основного вещества для бактериального образования метана,Концентрат промывочной воды наря"ду, с фенолами содержит другие органи- ЗОческие вещества, которые могут бытьприменены для покрытия потребности внагреве биогазовой установки и дляих энергетического использования,Кроме того, шламообразный концентратпромывочной воды содержит бактерии,которые могут ускорять процесс образования метана.Согласно изобретению может бытьдалее предусмотрено, цтобы имеющиеся 40после биопереработки остаточные вещества подмешивались в вагранки дляоблагораживания металла.Остаточные вещества имеют высокоесодержание неокисленных тяжелых металлов или соединений тяжелых металлов и минеральных или инертных субстанций, которые могут найти применение при изготовлении отливок или приоблагораживании стали. Таким образом,эти остаточные вещества получают дальнейшее использование, что предотвращает загрязнение окружающей среды,то же самое относится к остаточномувеществу пиролиза, которое подводитсяк биогазовой установке. Возможно так 55же отстойный шлам из других устройстви установок пропускать через биогазовую установку. Отстойным шлам может 43 1 Обыть подмешан к биогазовой установке,например к ступени гидролиза. То жесамое относится и к сырому компосту,Согласно предлагаемому способу об- .щий выход газа из 1 т хозяйственныхотходов соответственно его статистическому среднему значению их химикоФизического состава может быть равенболее чем 850 мз газа с теплотворнойспособностью более чем 1,250 И . Только 250 кг на 1 т сухого вещества остается неразложенных веществ. Эти остаточные вещества являются биологически стабильными, т,е. при нормальных условиях в природе не способнык дальнейшему разложению. Они могутотправляться на хранение или из-завь 1 сокого содержания тяжелых металловеще раз подвергаться процессу очистки, что,например, может осуществляться после соответствующей предварительной обработки посредством подмешивания в расплав стали для облагораживания стали, Только 250 л на 1 т хозяйственных сточных вод с существеннымснижением содержания аммония должнобыть подано на водоприемник или соответственно к станции очистки сточныхвод, Очень благоприятное относительно окружающей . среды устранение отходов при одновременном оптимальномиспользовании энергии, которое обеспечивается содержащейся в веществахотхода первичной энергией.Из-за незначительных потерь натранспортировку остаточных веществпиролиза, а также концентрата промывочной воды из ступени адсорбционнойочистки газов установки пиролиза неявляется безусловно необходимым, чтобы биогазовая установка находиласьна одном и том же месте. Биогазоваяустановка может быть установлена иэксплуатироваться, например, на участке сортировки отходов и гранулирования предпочтительно относительно ихэнергетического обеспечения,Пиролизные установки, в которыеподается гранулят согласно предлагае"мому способу должны быть установленыи эксплуатироваться предпочтительнона месте действующего в данный моментпотребителя тепла. При этом грузовыеавтомобили, которые доставляют гранулят, на обратном пути могут транспортировать остаточные вещества пиро.лиза и концентрат оборотной воды кустройству гранулирования и к биога.Заказ 56 ВНИИПИ Г Тиражо коми Подписноепо изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС И, Раушска, наб., д. /5 дарственно 11303Москва но-издательский комбинат Па гент"г, Ужгород, ул,Гагарина,1 роиэводст зовой установке для их дальнейшего ис.пользования,Формула изобретения51. Способ получения горючего газа из отходов путем пиролиза, заключающийся в том, что отходы прессуют в брикеты, комки или гранулы размеромот 1 до 50 мм, доводят до содержания сухого вещества не ниже 75/ и подают в обогреваемый барабан для полукоксования, в котором образуется газ полу" коксования и твердый остаток, полученный .газ полукоксования разлагают в газогенераторе в присут ствии раскаленного угольного слоя и при подаче воздуха в горючий гаэ, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения эффективности, предварительно от ходы разделяют на растительную влажную фракцию и на легкую фракцию, при этом легкую фракцию непосредственно после этого прессуют в брикеты, комки или гранулы с отделением жидкости 25 и подвергают полукоксованию, а влажную фракцию подают к биогазовой установке для образования метана.2. Способ по и. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что твердый остаток,образующийся при полукоксовании, подают в биогазовую установку.3, Способ по пп. 1 и 2, о т л ич а ю щ и й с я тем, что жидкость,отделяемую при прессовании легкойфракции, добавляют к влажной растительной фракции, подаваемой к биогазовой установке.Способ по пп, 1 - 3, о т л ич а ю щ и й с я тем, что горючий газпромывают и полученный шлам фильтруют,полученный при этом твердый остатокподают в барабан для полукоксования,5, Способ по пп. 1 - , о т л ич а ю щ и й с я тем, что концентратпромывочной воды, образующийся при еефильтрации, подают в биогазовую установку для бактериального образованияметана из органических составляющихконцентрата,6. Способ по пп, 1 - 5, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что твердые остатки после биогазификации подают в вагранки для облагораживания стали.7. Способ по пп. 1 - 6, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что в биогазовую установку вводят отстойный шлам и/или сырой компост,