способ переработки твердых бытовых и мелкодисперсных промышленных отходов

Формула изобретения

Способ переработки твердых бытовых и мелкодисперсных промышленных отходов, включающий подачу твердых бытовых отходов в печь жидкой ванны, отличающийся тем, что переработку мелкодисперсных промышленных отходов осуществляют методом восстановительной циклонной плавки, образующиеся при этом высокотемпературные отходящие газы подают на сушку бытовых отходов, а расплав шлака - в печь жидкой ванны, где осуществляют переработку твердых бытовых отходов в кальцийсодержащем шлаковом расплаве, причем крупнодисперсную и мелкодисперсную пыль газоочистки отходящих газов печи жидкой ванны обогащают окислами тяжелых металлов за счет подачи ее совместно с мелкодисперсными промышленными отходами на восстановительную циклонную плавку.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам переработки твердых бытовых отходов (ТБО) и мелкодисперсных промышленных отходов и может быть использовано в металлургии и коммунальном хозяйстве.

Известен способ переработки ТБО в шлаковом расплаве, основанный на процессе "РОМЕЛТ" (В.А. Роменец. Процесс жидкофазного восстановления железа: разработка и реализация. Сталь, 8, 1990 г., стр. 20-27, а.с. SU 1315738 A1, кл. 4 F 23 G 5/00, 1986, патент RU 2045707 C1, кл. 6 F 23 G 5/00, 1992.)

Основные недостатки известного способа переработки ТБО в шлаковом расплаве:

- высокая энергоемкость,

- наличие отходов, требующих захоронения (пыль, содержащая окислы тяжелых металлов в количестве 2,32,7 кг на тонну ТБО).

Высокая энергоемкость процесса определяется использованием топлива для удаления влаги из ТБО, влажность которых составляет 3555%.

Мелкодисперсная пыль, содержащая окислы тяжелых металлов, уносится уходящими газами и может быть уловлена в системе газоочистки, но по известному способу не может быть возвращена в процесс, так как отсутствуют технические средства для ее повторного проплавления (обогащения).

Известны способ переработки железосодержащего материала и агрегат для его осуществления, основанные на методе циклонной плавки (Патент RU 2093585 С1, кл. С 21 В 13/14, 1997).

Недостатком известного способа является высокая энергоемкость процесса, обусловленная высокой температурой отходящих газов и шлаков.

Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и достигаемому результату является способ термической переработки твердых отходов, включающий загрузку отходов в шлаковый расплав, подачу в расплав кислородосодержащего газа с противоположных сторон соосно со струями, вывод образующегося шлака, и при этом 98% твердых отходов имеют размеры (0,0011,0)Д, где Д - расстояние между входом в расплав противоположных соосных струй (патент RU 2045705 С1, кл. 6 F 23 G 5/00, 1992.)

Вместе с тем, недостатком способа является высокая энергоемкость процесса и низкая экологичность, связанная с отсутствием технических решений по обогащению образующейся в процессе производства пыли окислами тяжелых металлов, вследствие чего пыль требует захоронения.

Целью изобретения является разработка комплексной технологии переработки ТБО и мелкодисперсных промышленных отходов, направленной на снижение энергетических затрат, и безотходное ведение процесса.

Поставленная цель достигается тем, что в процессе переработки ТБО используются шлаковый кальцийсодержащий расплав и отходящие газы, образующиеся при переработке мелкодисперсных промышленных отходов методом циклонной плавки. Кроме того, мелкодисперсная пыль, содержащая окислы тяжелых металлов, обогащается последними путем многократного возвращения в процесс циклонной плавки, а затем передается на переработку как сырье для цветной металлургии.

Способ переработки твердых бытовых отходов и мелкодисперсных промышленных отходов реализуется технологической схемой, представленной на чертеже, где

1 - плавильный циклон;

2 - копильник;

3 - канал;

4 - печь жидкой ванны (ПЖВ);

5 - сушило;

6 - отстойники;

7 - котел-утилизатор;

8 - газоочистка;

9 - дымосос;

10 - дымовая труба;

11 - бак-сепаратор;

12 - теплоутилизирующая электростанция.

Мелкодисперсная шихта подвергается в плавильном циклоне 1 восстановительной плавке, далее в копильнике 2 завершаются восстановительные процессы и происходит разделение расплава на чугун и шлак. Чугун отводится на дальнейшую переработку или разливку, расплавленный шлак поступает в ПЖВ 4, отходящие газы из копильника 2 поступают в сушило 5, а затем в ПЖВ. ТБО через сушило 5 подаются в кальцийсодержащий шлаковый расплав, где сгорают и подвергаются пиролизу. Продукты пиролиза дожигаются в ПЖВ над шлаковым расплавом. Расплав из ПЖВ поступает в отстойники 6, где разделяется на чугун и шлак, которые отводятся на дальнейшую переработку. Газы из ПЖВ через котел-утилизатор 7 поступают в газоочистку 8, а затем дымососом 9 сбрасываются в дымовую трубу 10. Крупнодисперсную и мелкодисперсную пыль газоочистки подают в шихту на повторное проплавление в плавильном циклоне с целью обогащения мелкодисперсной пыли газоочистки окислами тяжелых металлов. Часть мелкодисперсной пыли отводят в качестве готовой продукции.

В котле-утилизаторе 7 вырабатывается пар и подогревается воздух. Горячий воздух используется в плавильном циклоне 1, ПЖВ 4 и отстойниках 6 на ведение технологического процесса.

Пар, пройдя бак-сепаратор 11, поступает в теплоутилизирующую электростанцию 12 на производство электроэнергии, использующейся для собственных нужд и отпуска на сторону.

В плавильном циклоне 1 и копильнике 2 поддерживают восстановительную атмосферу за счет недожога топлива. В ПЖВ поддерживают окислительную атмосферу.

Создание новой технологии на базе известных:

- переработка ТБО в кальцийсодержащем шлаковом расплаве,

- метод восстановительной циклонной плавки мелкодисперсных промышленных отходов

позволяет получить дополнительный экономический эффект.

Дополнительный экономический эффект достигается за счет снижения энергетических затрат в комплексной технологии и получении новой продукции - обогащенного концентрата окислов тяжелых металлов.

При переработке ТБО в кальцийсодержащем шлаковом расплаве расходуется на сушку ТБО и получение жидкого шлака около 60 нм³/т ТБО природного газа, которые не требуются по изобретению вследствие использования высокотемпературных отходящих газов и шлакового расплава от циклонной плавильной установки.

В твердых бытовых отходах, кроме 30 кг/тТБО железа, содержатся следующие тяжелые металлы:

- г/т ТБО

Zn - 1878

Cd - 10,5

Pb - 455

Сu - 489

Cr - 232

Hg - 4,1

Ni - 84

As - 4

При сжигании отходов в шлаковом расплаве большая часть тяжелых металлов возгоняется и улавливается в системе газоочистки, а такие металлы, как медь и никель, переходят в металлическую фазу (в чугун, скапливающийся на дне ванны). Хром частично переходит в металл, а частично содержится в шлаке в виде Сr₂O₃.

Изобретением предполагается переплавлять методом восстановительной циклонной плавки шлам черной металлургии и красные шламы глиноземного производства.

В табл. 1 и 2 приводится развернутый химический анализ шламов кислородно-конверторных цехов 1 и 2 (ККЦ-1 и ККЦ-2) ОАО "Новолипецкий металлургический комбинат" и красных шламов ОАО "Николаевский глиноземный завод".

Из приведенных данных следует, что общее содержание Zn, Pb, Sn, Cd и Со составляет

- в ТБО 2,3 кг/т,

- красных шламах 1,8 кг/т,

- в шламах ККЦ 44,0 кг/т

Около 70% тяжелых металлов в виде окислов уносится уходящими газами и улавливается вместе с другой мелкодисперсной пылью в газоочистке.

Однако содержание окислов тяжелых металлов в мелкодисперсной пыли при однократном получении расплава не превышает 14%.

Наличие в комплексной технологии плавильного циклона позволяет путем повторного проплавления мелкодисперсной пыли производить ее обогащение окислами тяжелых металлов, получая таким образом сырье для цветной металлургии с содержанием окислов Zn, Pb, Sn, Cd и Co выше 70%.

Следовательно, способ переработки твердых бытовых и мелкодисперсных промышленных отходов, объединяющий две известные технологии, позволяет

- на 4050% снизить общие энергетические затраты;

- получить из ТБО и промышленных отходов дополнительную продукцию в виде пыли с содержанием окислов тяжелых металлов более 70%.