PL214923B1 - Sposób i urządzenie do odzyskiwania surowców z odpadów metodą ich termicznego przetwarzania - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób i urządzenie do odzyskiwania surowców z odpadów metodą ich termicznego przetwarzania, zwłaszcza do odpadów w postaci ciekłej lub stałej, zawierających substancje organiczne, mające wysoką podatność na odgazowanie.

Przetwarzanie odpadów w nowoczesnych spalarniach polega albo na pirolizie odpadów bez dostępu powietrza lub z małym dostępem powietrza w temperaturze 200°C-800°C albo na spalaniu odpadów z częściowym odgazowaniem przy dużym dostępie powietrza w zakresie temperatury od 200°C do 1050°C. W wyniku tych procesów powstają gazy popirolityczne lub pospaleniowe zawierające związki organiczne i nieorganiczne, które w drugim etapie dopala się w powietrzu lub w tlenie w temperaturze 1100°C-1300°C, przez co najmniej 2s. Dopalone gazy oczyszcza się w co najmniej trzystopniowym układzie oczyszczania. Warunki te są konieczne dla zminimalizowania ilości powstających w procesie niebezpiecznych węglowodorów jak dioksyny i furany.

Wadą tych procesów jest powstawanie dużych ilości ditlenku węgla na skutek spalania nie tylko odpadów, ale również paliwa będącego źródłem energii niezbędnej do przeprowadzenia procesu. Ponadto, utrudnione jest odzyskiwanie niektórych składników odpadów, które można by później wykorzystać po odpowiedniej obróbce. Obecność tlenu ułatwia powstawanie dioksyn i furanów.

Ze zgłoszenia WO 2005121645 znany jest sposób, w którym piroliza jest prowadzona w środowisku redukującym w temperaturze umożliwiającej pękanie pierwszych wiązań molekularnych w odpadzie stałym. Jednocześnie do komory pirolizy jest wprowadzana woda i powietrze, które tworzą gaz wodny składający się z pary wodnej i powietrza. Częściowo rozłożone odpady wraz z gazem wodnym są wprowadzane do komory spalania, gdzie następuje ich spalanie w obecności tlenu z wytworzeniem wysokiej temperatury. Temperatura ta jest na tyle wysoka, że powoduje rozkład wiązań we wszystkich toksycznych substancjach. Wadą procesu jest to, że nie pozwala na uzyskiwanie z odpadów surowców chemicznych czy też energetycznych.

Znane plazmowe metody niszczenia odpadów niebezpiecznych polegają na zastosowaniu strumienia plazmy o wysokiej temperaturze, większej niż 2000°C, generowanego w wyładowaniu łukowym, mikrofalowym lub indukcyjnym. Do strumienia plazmy wprowadza się odpady w postaci gazu, zdyspergowanej cieczy lub rozdrobnionego ciała stałego. Jeżeli rozkład odpadów zachodzi bez dostępu tlenu, to następnym etapem procesu utylizacji jest klasyczne spalanie powstających w procesie gazów i odzysk energii. Jeżeli rozkład odpadów następuje z dostępem tlenu, to po opuszczeniu instalacji plazmowej gazy procesowe są tylko oczyszczane. Wadą procesów plazmowej utylizacji odpadów niebezpiecznych jest ich wysoka energochłonność. Zastosowanie wyładowania łukowego skutkuje koniecznością częstej wymiany elementów rektorów plazmowych, zwłaszcza katod, ze względu na ich erozję na skutek oddziaływania prądu elektrycznego i aktywnego chemicznie środowiska. Wadą wprowadzania do plazmy tlenu lub jego związków jest również możliwość powstawania dioksyn i furanów w chłodniejszych obszarach strumienia reagujących gazów. W tym przypadku można odzyskiwać tylko energię zgromadzoną w odpadzie.

Z opisu patentowego PL 201817 znany jest sposób utylizacji odpadów z tworzyw sztucznych polegający na skojarzonym procesie pirolizy w temperaturze do 1000°C z zastosowaniem obojętnego gazu nośnego, a następnie spalaniu produktów pirolizy w plazmie nierównowagowej o temperaturze do 1500°C w obecności tlenu lub gazu zawierającego tlen. Wadą tego sposobu jest możliwość powstawania dioksyn i furanów w procesie pirolizy, gdy odpad w swoim składzie elementarnym zawiera tlen. Dioksyny i furany mogą również powstawać w chłodniejszych obszarach reagującego strumienia gazów w procesie spalania. Może to spowodować, że w gazach wylotowych znajdą się dioksyny i furany w stężeniach przekraczających dopuszczalne wielkości. Ten sposób rozkładu odpadów również nie pozwala na uzyskanie z odpadów surowców chemicznych.

Według wynalazku sposób odzyskiwania surowców z odpadów metodą ich termicznego przetwarzania polega na tym, że odpady poddaje się rozkładowi termicznemu w beztlenowym środowisku gazu obojętnego w temperaturze nie większej niż 850°C, następnie powstałe w wyniku tego procesu węglowodory rozkłada się i/lub przekształca w strumieniu plazmy nierównowagowej o temperaturze gazu nie mniejszej niż 1500°C, przy energii elektronów rzędu 1 eV. Gazy powstałe po zakończeniu procesu rozkładu i/lub przekształcania schładza się i poddaje oczyszczaniu z pyłów, dioksyn, furanów i składników kwaśnych, po czym wyodrębnia się znanymi metodami.

Rozkład i/lub przekształcanie węglowodorów zachodzi w atmosferze gazu obojętnego z wytworzeniem prostych węglowodorów alifatycznych, lub w obecności wodoru z wytworzeniem prostych

PL 214 923 B1 węglowodorów alifatycznych, lub w obecności tlenu lub pary wodnej lub mieszaniny tlenu i pary wodnej z wytworzeniem tlenku węgla i wodoru.

Sposób przetwarzania odpadów według wynalazku redukuje masę odpadów, oraz wytwarza surowiec energetyczny i/lub chemiczny z jednoczesnym odzyskiem substancji zawartych w pozostałości po pirolizie w zależności od składu elementarnego odpadu i rodzaju produktów, które chce się uzyskać. Rozkład w obecności pary wodnej odpadów zawierających halogeny w swoim składzie elementarnym prowadzi do powstawania wodorków halogenów, które łatwo usuwa się z gazów procesowych poddając je rozkładowi katalitycznemu w temperaturze 300-350°C, w którym pozostają tlenek węgla i wodór. Otrzymywane proste węglowodory alifatyczne powstające w procesie plazmowym można wykorzystać jako surowiec energetyczny lub chemiczny po ich wyodrębnieniu znanymi metodami. Podobnie mieszanina tlenku węgla i wodoru może być wykorzystana, jako paliwo lub surowiec chemiczny.

Zaletą sposobu jest brak spalin i emisji tlenków azotu oraz obniżona emisja dioksyn i furanów, które mogą powstawać tylko w reaktorze plazmowym, natomiast nie powstają w procesie termicznego rozkładu odpadu w środowisku gazu obojętnego.

Ponadto zaletą sposobu według wynalazku jest możliwość utylizacji metali i ich związków, które można wyodrębnić z pozostałości po pirolizie znanymi metodami.

Urządzenie do odzyskiwania surowców z odpadów metodą ich termicznego przetwarzania zbudowane jest z pieca do termicznego rozkładu odpadów, wyposażonego w dopływ gazu obojętnego, kolejno połączonego z zespołem doprowadzającym zewnętrzne gazy reakcyjne, takie jak wodór, tlen, argon, para wodna lub mieszanina tlenu i pary wodnej, reaktorem plazmowym, działającym na zasadzie wyładowania poślizgowego, wymiennikiem ciepła do chłodzenia gazów procesowych, filtrem zatrzymującym pyły, katalizatorem do rozkładu dioksyn i furanów i adsorberem/neutralizatorem, w którym po schłodzeniu gazów procesowych pochłaniane są pyły pozostałe w gazach procesowych, kwaśne składniki gazów procesowych oraz węglowodory aromatyczne zawierające halogeny, w tym dioksyny i furany, które nie rozłożyły się na katalizatorze. Wyciąg utrzymuje żądane podciśnienie w tych modułach.

Jeżeli w składzie elementarnym odpadu nie występują halogeny, to gazy procesowe wprowadza się z filtra bezpośrednio do adsorbera/neutralizatora z pominięciem katalizatora. Reaktor plazmowy jest niewrażliwy na większe od kilku procent stężenia związków organicznych zawierających w swoim składzie halogeny. Zaletą termicznego rozkładu odpadu w porównaniu do rozkładu katalitycznego jest to, że nie ma potrzeby podtrzymywania temperatury reaktora plazmowego, tak jak to jest konieczne przy stosowaniu reaktora katalitycznego, ponadto reaktor plazmowy może działać w znacznie szerszym zakresie stężeń węglowodorów w strumieniu gazów wprowadzanych do reaktora. W razie awarii reaktor plazmowy można natychmiast wyłączyć, przerywając proces.

Środowisko plazmy nierównowagowej nie sprzyja powstawaniu wielopierścieniowych związków aromatycznych i ich pochodnych. Gdyby jednak powstały, to są rozkładane w katalizatorze, a później dodatkowo adsorbowane w adsorberze/neutralizatorze. Oprócz tego zastosowanie adsorbera/neutralizatora umożliwia pochłonięcie kwaśnych składników gazów oraz pyłów, także tych zawierających metale i/lub ich tlenki. Zastosowanie pirolizy odpadu zamiast bezpośredniego spalania znacznie obniża stężenie ditlenku węgla w gazach wylotowych.

Przedmiot wynalazku przedstawiony jest w przykładzie wykonania na rysunku pokazującym schemat urządzenia.

Piec 1 do termicznego rozkładu odpadów, wyposażony w dopływ gazu obojętnego połączony jest z reaktorem plazmowym 2, działającym na zasadzie wyładowania poślizgowego, poprzez zespół doprowadzający zewnętrzne gazy reakcyjne 8, takie jak wodór, tlen, argon, para wodna lub mieszanina tlenu i pary wodnej, i kolejno z wymiennikiem ciepła 3, filtrem zatrzymującym pyły 4, katalizatorem 5 do rozkładu dioksyn i furanów; adsorberem/neutralizatorem 6. W adsorberze/neutralizatorze 6 po schłodzeniu gazów procesowych pochłaniane są pyły pozostałe w gazach procesowych, kwaśne składniki gazów procesowych oraz węglowodory aromatyczne zawierające halogeny, w tym dioksyny i furany, które nie rozłożyły się na katalizatorze. Dołączony do adsorbera/neutralizatora 6 wyciąg 7 utrzymuje żądane podciśnienie w modułach. Schemat pokazuje konfigurację urządzenia 5 dla odpadów, w których składzie elementarnym stwierdzono obecności halogenów. W przypadku niestwierdzenia obecności halogenów filtr 4 połączony bezpośrednio jest z adsorberem/neutralizatorem 6.

Claims (6)

1. Sposób odzyskiwania surowców z odpadów metodą ich termicznego przetwarzania, znamienny tym, że odpady poddaje się rozkładowi termicznemu w beztlenowym środowisku gazu obojętnego w temperaturze nie większej niż 850°C, następnie powstałe w wyniku tego procesu węglowodory rozkłada się i/lub przekształca w strumieniu plazmy nierównowagowej o temperaturze gazu nie mniejszej niż 1500°C, przy energii elektronów rzędu 1 eV, z wytworzeniem prostych węglowodorów alifatycznych, a gazy powstałe po zakończeniu procesu rozkładu i/lub przekształcania schładza się, po czym poddaje oczyszczaniu z pyłów, dioksyn, furanów i składników kwaśnych i wyodrębnia znanymi metodami.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że odpady zawierające w składzie elementarnym halogeny przed procesem oczyszczania poddaje się rozkładowi katalitycznemu w temperaturze 300-350°C.

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że rozkład i/lub przekształcanie węglowodorów zachodzi w atmosferze gazu obojętnego.

4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że rozkład i/lub przekształcanie węglowodorów zachodzi w obecności wodoru.

5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że rozkład i/lub przekształcanie węglowodorów zachodzi w obecności tlenu, pary wodnej lub mieszaniny tlenu i pary wodnej z wytworzeniem tlenku węgla i wodoru.

6. Urządzenie do odzyskiwania surowców z odpadów metodą ich termicznego przetwarzania, znamienne tym, że składa się z pieca (1) do termicznego rozkładu odpadów kolejno połączonego z zespołem doprowadzającym zewnętrzne gazy reakcyjne (8), którymi są wodór lub tlen lub para wodna lub mieszanina tlenu i pary wodnej, lub argon, reaktorem plazmowym (2) działającym na zasadzie wyładowania poślizgowego, wymiennikiem ciepła (3), filtrem zatrzymującym pyły (4), katalizatorem (5) do rozkładu dioksyn i furanów, adsorberem/neutralizatorem (6), w którym po schłodzeniu gazów procesowych pochłaniane są pyły pozostałe w gazach procesowych, kwaśne składniki gazów procesowych oraz węglowodory aromatyczne zawierające halogeny, w tym dioksyny i furany, które nie rozłożyły się na katalizatorze, oraz wyciągiem (7), utrzymującym żądane podciśnienie w tych modułach.