способ комплексной переработки углеродсодержащих отходов

Формула изобретения

1. Способ комплексной переработки углеродсодержащих отходов,

включающий стадии биологической и термической деструкции органического вещества, отличающийся тем, что углеродсодержащие отходы сначала подвергают анаэробному сбраживанию, после чего полученный сброженный остаток смешивают с наполнителем, формуют и подвергают термической деструкции в восстановительной среде без доступа кислорода при температуре 300-1050°С.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве наполнителя используют твердые горючие углеродсодержащие материалы.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что формование смеси производят окатыванием с добавлением в процессе окатывания длинноволокнистых углеродсодержащих материалов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области переработки углеродсодержащих отходов, в том числе осадков бытовых и сточных вод, животноводческих предприятий и птицефабрик, илистого осадка водохранилищ и озер, угольных и коксовых технологических отходов, отходов деревообработки для обеспечения их утилизации и получения газообразных, жидких и твердых продуктов.

Известен способ переработки органосодержащего илистого осадка сточных вод (Патент РФ № 2239620, МПК⁷ C05F 7/00, 20.01.2004), включающий смешение наполнителя с частично обезвоженным илистым осадком. Полученные гранулы или брикеты подвергают термической обработке в пиролизной установке при температуре 350-500°C в восстановительной среде без доступа воздуха с образованием полукокса и парогазовой смеси.

Известен способ получения биогаза (Заявка РФ № 93032012, МПК⁶ C02F 11/04, 09.07.1995), включающий пиролиз целлюлозосодержащего сырья во время загрузки в метантенк для получения метана.

Общим недостатком указанных аналогов является низкая эффективность превращения углеродсодержащих отходов в энергетическую продукцию, в связи с тем, что процесс пиролиза с точки зрения получения энергии менее эффективен, чем процесс биологической деструкции. Так, при ферментации 1 т отходов можно получить топливо, теплота сгорания которого эквивалентна 1470 кВт·ч, а методом пиролиза - лишь 306 кВт·ч (Хитров А.Н. Сельскохозяйственная биомасса как источник энергии // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 1980. - № 4. - С.57-61).

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому техническому эффекту является способ получения горючего газа из отходов (Патент СССР № 1556543, МПК⁵ C10B 53/00, C02F 11/04, B09B 3/00, Бюл. № 13 07.04.90), включающий разделение отходов на влажную и легкую фракцию, при этом легкую фракцию прессуют в брикеты, комки или гранулы и дегазируют посредством пиролиза, а влажную фракцию подают на биогазовую установку для образования метана.

Недостатком известного способа является низкая эффективность превращения углеродсодержащих отходов в энергетическую продукцию, в связи с тем, что процесс пиролиза с точки зрения получения энергии менее эффективен, чем процесс биологической деструкции.

Технический результат изобретения - увеличение эффективности процесса переработки углеродсодержащих отходов.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе комплексной переработки углеродсодержащих отходов, включающем стадии биологической и термической деструкции органического вещества, согласно изобретению углеродсодержащие отходы сначала подвергают анаэробному сбраживанию, после чего полученный сброженный остаток смешивают с наполнителем, формуют и подвергают термической деструкции в восстановительной среде без доступа кислорода при температуре 300-1050°C.

Указанный технический результат достигается также тем, что в качестве наполнителя используют твердые горючие углеродсодержащие материалы.

Указанный технический результат достигается также тем, что формование смеси производят скатыванием с добавлением в процессе окатывания длинноволокнистых углеродсодержащих материалов.

Заявляемый способ осуществляют следующим образом.

Углеродсодержащие отходы, в том числе осадки бытовых и сточных вод, илистый осадок водохранилищ и озер, отходы животноводческих предприятий и птицефабрик, загружают в метантенки известных конструкций (Баадер В., Доне Е., Бренндерфер. Биогаз: теория и практика / Пер. с нем М.И.Серебряный. - М.: Колос, 1982. - С.32-36).

В процессе анаэробного сбраживания образуется биогаз, который с высокой эффективностью используется как топливо для обеспечения автономности очистных сооружений, как бытовое и альтернативное моторное топливо (Кириллов Н.Г. Альтернативные виды моторного топлива из биосырья для сельскохозяйственной техники // Достижения науки и техники АПК. - 2002. - № 2. - С.11-15; Моисеев И.И., Платэ Н.А. Альтернативные источники органических топлив // Вестник РАН. - 2006. - № 5. - С.433-434).

Сбраживание углеродсодержащих отходов проводят в течение 15-35 суток. После чего сброженный остаток смешивают с наполнителем, в том числе с угольными и коксовыми нетоварными материалами, отходами деревообработки, и формуют скатыванием в аппаратах-окомкователях известных конструкций (барабанный, тарельчатый и т.п.) (Класссен П.В., Гришаев И.Г., Шомин И.П. Гранулирование. - М.: Химия, 1991. - С.154-159). В процессе скатывания в аппарат-окомкователь вводят длинноволокнистые углеродсодержащие материалы для предотвращения слипания гранул между собой и прилипания их к внутренним поверхностям аппарата-окомкователя, что способствует получению прочных гранул правильной шарообразной формы, а также дает возможность контролировать размер гранул.

В результате получают шарообразные гранулы твердого топлива, которые подвергают термической деструкции для получения газообразных, жидких и твердых продуктов. Газообразные продукты сжигают для получения тепловой и электрической энергии, а также используют как сырье для органического синтеза. Жидкие продукты разделяют на подсмольную воду и смолу, первую направляют на очистные сооружения, а вторую сжигают для получения тепла или разгоняют для получения товарной продукции. Твердые продукты используют как бытовое топливо, как сырье для получения активированных углей.

Ниже приведен конкретный пример осуществления заявляемого способа.

10 кг навоза крупнорогатого скота влажностью 85% смешивают с 1 л воды, загружают в вертикальный цилиндрический метантенк объемом 15 л, метантенк герметизируют и поддерживают температуру сбраживаемых отходов на уровне 47-50°C. Процесс сбраживания проводят в течение 20 дней. В результате образуется 40 л биогаза с теплотой сгорания 32 МДж/м³ и 10,2 кг сброженного остатка. Сброженный остаток смешивают в смесителе с 4,3 кг древесных опилок, после чего готовую смесь порционно по 0,5 кг направляют в барабанный аппарат-окомкователь; в процессе скатывания в аппарат-окомкователь вводят дополнительно 25 г древесных опилок. В результате получают топливные гранулы шаровидной формы, которые сушат в сушильном аппарате, а затем на воздухе до воздушно-сухого состояния. После чего топливные гранулы загружают в аппарат-пиролизатор в количестве 250 г и подвергают термической деструкции при нагреве смеси до 600°C в течение 1,5 ч. При этом выделяется 6 л пирогаза с теплотой сгорания 9,3 МДж/м³, 160 г твердого продукта и 20 г жидких продуктов.

Применение заявляемого способа позволит увеличить эффективность процесса переработки углеродсодержащих отходов за счет деструкции углеродсодержащих отходов сначала биологическим, а потом термическим путем, потому что данная последовательность стадий позволит получить больше энергетической продукции, чем при обратной последовательности. Это объясняется тем, что ферментация 1 т отходов дает топливо, теплота сгорания которого эквивалентна 1470 кВт·ч, а метод пиролиза - лишь 306 кВт·ч. При этом в результате пиролиза образуются высокоуглеродистые твердые и жидкие продукты, слабо подверженные анаэробному сбраживанию.