способ переработки твердых бытовых отходов

Формула изобретения

СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ТВЕРДЫХ БЫТОВЫХ ОТХОДОВ путем загрузки их в расплавленную шлаковую ванну и продувки расплава кислородсодержащим газом, отличающийся тем, что совместно с твердыми бытовыми отходами в ванну загружают шламы, содержащие сульфат кальция и соединения цветных металлов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам термической переработки отходов и может быть использовано в жилищно-коммунальном хозяйстве, химической промышленности, энергетике, сельском хозяйстве.

Известен способ термической переработки твердых отходов путем сжигания их с получением газовой фазы, летучей золы и твердого остатка [1]

Недостатком способа является низкая производительность процесса, так как вследствие низкой теплотворной способности отходов часть горючих составляющих в отходах не сгорает. Кроме того, металлические, керамические, стеклянные отходы образуют неоднородный твердый остаток, который необходимо складировать на специально оборудованных полигонах.

Наиболее близким по технической сути и достигаемому результату является способ термической переработки твердых отходов, включающий загрузку отходов в расплавленную шлаковую ванну, продуваемую кислородсодержащим газом, где совместно с отходами в шлаковую ванну в режиме барботажа загружают топливо, оксиды металлов и металлолом. Количество загружаемого топлива обеспечивает содержание углерода в шихте 2-25% При содержании углерода в шихте 10% на каждый процент увеличения его содержания вводят оксиды металлов или металлолом в количестве соответственно 0,25-5,0 и 0,5-15% от массы загружаемой шихты [2]

Таким образом, оксиды железа и оксиды других металлов восстанавливается с образованием тугоплавкой железосодержащей фазы, содержание железа в шлаке уменьшается и температура плавления его увеличивается.

Недостатки известного способа заключаются в следующем: для восстановления оксидов железа нужна сильная восстановительная атмосфера, т.е. требуется большой расход восстановителя, особенно это относится к переработке твердых бытовых отходов, в которых содержание влаги в зависимости от времени года составляет 48-58%

Не исключается наличие в бытовых отходах тяжелых цветных металлов (медь, никель), которые будут переходить в железосодержащий сплав и затруднят возможность использования этого сплава.

Изобретение направлено на решение следующей задачи: безотходная утилизация твердых бытовых отходов, без их предварительной сортировки и сушки способом термической переработки в расплаве с шламами различных очистных сооружений. Шламы очистных сооружений, полученные нейтрализацией растворов известковым молоком Ca(OH)₂, содержат серу в виде сульфата кальция и металлы (Ni, Cu, Fe, Zn и др.) в основном в виде их гидроокисей. Технический результат, который может быть получен при использовании изобретения, заключается в повышении экономичности процесса, комплексном использовании отходов, глубоком обезвреживании от ядовитых органических соединений. Последнее связано с повышением температуры плавления шлаков за счет перевода железа в отдельную фазу (штейн), что благоприятно сказывается на переводе сложных органических соединений в простые их формы.

Технический результат достигается тем, что в способе термической переработки твердых бытовых отходов, включающем их загрузку в расплавленную шлаковую ванну и продувку расплава кислородсодержащим газом, в состав шихты добавляют шламы различных производств, содержащие сульфат кальция и цветные металлы. Сульфат кальция, находящийся в шламе, в восстановительной среде взаимодействует с углеродсодержащими компонентами по реакциям

CaSO₄ + C CaS + CO₂

CaSO₄ + C_nH_m CaS + nCO₂ + m H₂O.

Образовавшийся сульфид кальция сульфидирует оксиды меди, никеля и железа по реакциям

4Cu(OH)₂ + 2CaS + C 2Cu₂S +

+2CaO + 4H₂O + CO₂

6Ni(OH)₂ + 2CaS + C 2Ni₃S₂ +

+6H₂O + 4CaO + CO₂

Fe(OH)₂ + CaS FeS + CaO + H₂O

2Fe(OH)₃ + 4CaS + C 4FeS +

+4CaO + 6H₂O + CO₂.

При термическом разложении окислов образующиеся окислы металлов сульфидируются по реакциям

Сu₂O + CaS Cu₂S + CaO

6NiO + 4CaS + C 2Ni₃S₂ + 4CaO + CO₂

FeO + CaS FeS + CaO

2Fe₂O₃ + 4CaS + C4FeS + 4CaO + CO₂.

Примеры осуществления способа.

Проверку способа проводили на полупромышленной печи плавки в жидкой шлаковой ванне Рязанского опытно-экспериментального металлургического завода (РОЭМЗ) института "Гинцветмет". Переработке подвергали твердые бытовые отходы (ТБО) химсостава, мас. кремнезем 4-6. оксид кальция 0,3-0,5, глинозем 2,2, медь до 0,3, железо 1,1-2,4, сера 0,1-0,2, углерод 18-20, водород 2-3, кислород 14-15, азот 0,3-0,6, влажность 40-55% и шламы очистных сооружений РОЭМЗа состава, мас. кремнезем 5-10, оксид кальция 13-20, мель 7-10, железо 9-19, сера 2,8-7,0, влажность 2-30%

П р и м е р 1. Смесь твердых бытовых отходов, содержащих мас. кремнезем 4,73; оксид кальция 0,53; глинозем 2,2; сера 0,2; углерод 19,7; водород 2,7; кислород 15,7; азот 0,5 с влажностью 51,7% и шламов очистных сооружений, содержащих мас. кремнезем 5,0; оксид кальция 13,0; глинозем 0,8; сера 6,6; железо 9,1; медь 7,0; кислород 25,0; водород 1,4 с влажностью 30% загружались в расплавленную шлаковую ванну, продуваемую кислородсодержащим газом. Загружали и перерабатывали 1,5 т/ч отходов, в том числе 1,3 т бытовых. Было получено в 1 ч 0,15 т шлака состава, мас. медь 0,2; железо 0,3; кремнезем 46,0; оксид кальция 21,1; глинозем 19,1 и штейна 0,042 т, содержащего 31,9% мас. меди. Сера перешла в газовую фазу на 30%

П р и м е р 2. Смесь твердых бытовых отходов, содержащих, мас. кремнезем 4,62; оксид кальция 0,52; глинозем 2,2; железо 2,31; сера 0,2; углерод 19,3; водород 2,6; кислород 15,3; азот 0,5 с влажностью 51,7% и шламов очистных сооружений того же состава, что и в примере 1, плавили в жидкой ванне с производительностью 1,5 т/ч, в том числе бытовых 1,2 т/ч. Было получено в 1 ч 0,19 т шлака состава, мас. медь 0,3; железо 10,5; кремнезем 37,3; оксид кальция 24,1; глинозем 14,8 и 0,08 т штейна, содержащего 25,9 мас. меди. Сера перешла на 93% в штейн и на 7% в шлак.

Результаты испытаний приведены в таблице.

Предложенный способ переработки отходов позволяет повысить экономичность процесса, благодаря переработке дополнительного количества промотходов, содержащих цветные металлы, путем их подшихтовки к твердым бытовым отходам, а также получение отвальных по цветным металлам шлаков; комплексно использовать отходы с получением товарного штейна и направлением шлаковой части в стройиндустрию; обеспечить экологические требования, благодаря обезвреживанию отходящих газов от ядовитых веществ и исключения перехода серы в газовую фазу.

Кроме того, способ позволяет перерабатывать отходы без их специальной подготовки (сортировки, сушки) и варьировать в широких пределах составом перерабатываемой шихты (соотношение бытовых и промотходов).