PL232905B1

PL232905B1 - Sposób otrzymywania paliwa bezodpadowego

Info

Publication number: PL232905B1
Application number: PL415265A
Authority: PL
Inventors: Jacek Łączny; Henryk Świnder; Leokadia Róg; Sebastian IWASZENKO; Sebastian Iwaszenko; Eugeniusz Orszulik; Justyna Guzy
Original assignee: Glowny Instytut Gornictwa
Priority date: 2015-12-17
Filing date: 2015-12-17
Publication date: 2019-08-30
Also published as: PL415265A1

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób otrzymywania paliwa bezodpadowego z niskokalorycznych odpadów komunalnych i odpadów organicznych, niskouwęglonych węgli, mułów odpadowych z węgla kamiennego lub brunatnego oraz kompozytów mineralnych z odpadów powęglowych i/lub popiołów lotnych i/lub dennych z energetyki.

Powszechnie znane i stosowane obecnie metody otrzymywania paliw z odpadów komunalnych polegają na ich bezpośrednim spalaniu lub współspalaniu z węglem w kotłach energetycznych. Brak stabilności i powtarzalności składu mineralnego oraz właściwości fizykochemicznych, a także często występowanie dużych stężeń składników niebezpiecznych dla środowiska, nie pozwala na szerokie wykorzystanie odpadów komunalnych do wytwarzania energii w sposób ekologiczny i racjonalny gospodarczo. Produktem ubocznym technologii spalania lub współspalania odpadów komunalnych są duże ilości stałych odpadów, które często są odpadami o zróżnicowanym składzie mineralnym, niebezpieczne i niemożliwe do zagospodarowania. Powoduje to, że tylko niewielka część produktów spalania lub współspalania odpadów znajduje zastosowanie, głównie w przemyśle cementowym, jako dodatki w procesie wytwarzania klinkieru cementowego.

Rozwiązaniem tego problemu może być stosowanie różnego rodzaju dodatków mineralnych. Aktualnie najczęściej stosowanymi dodatkami są: popioły lotne, granulowany żużel wielkopiecowy, kamień wapienny lub pył krzemionkowy. Gwałtowny rozwój materiałów stosowanych jako domieszki do cementów koncentruje się w głównej mierze na zastępowaniu frakcji klinkierowej przez wypełniacze mające właściwości pucolanowe i hydrauliczne, które nie powodują pogorszenia parametrów fizykochemicznych (wytrzymałościowych) otrzymanych materiałów.

Z polskiego zgłoszenia patentowego 309476 znany jest sposób degradacji surowych odpadów komunalnych lub selekcjonowanych odpadów z tworzyw sztucznych, zwłaszcza typu PET, przez spalanie w kotłach rusztowych i paliwo wytworzone z tych odpadów i węgla. Sposób degradacji odpadów polega na tym, że część odpadów komunalnych stanowiącą rozdrobnioną frakcję twardą wydzieloną z surowych odpadów komunalnych lub rozdrobnione selekcjonowane odpady z tworzyw sztucznych, zwłaszcza typu PET, miesza się z energetycznym miałem węglowym, ewentualnie dodaje się środki uszlachetniające na bazie wapna, zwłaszcza odpadowe wapno pokarbidowe i spala w kotłowniach przemysłowych, elektrowniach lub ciepłowniach. Frakcję miękką pozostałą z surowych odpadów komunalnych poddaje się biodegradacji. Paliwo zawiera frakcję twardą odpadów komunalnych wydzieloną z surowych odpadów komunalnych, korzystnie w ilości nieprzekraczającej 3 części tej frakcji na 7 części energetycznego miału węglowego lub selekcjonowane odpady z tworzyw sztucznych, zwłaszcza typu PET, korzystnie w ilości nieprzekraczającej 1 części tych odpadów na 10 części energetycznego miału węglowego oraz energetyczny miał węglowy i ewentualnie dodatek środka uszlachetniającego na bazie wapna.

Z polskiego zgłoszenia patentowego 330297 znany jest sposób otrzymywania paliw płynnych z odpadów zawierających ropę naftową i jej produkty przerobu oraz z innych odpadów zawierających składniki palne.

Z polskiego zgłoszenia patentowego 359320 znany jest sposób obróbki pozostałości spalania z urządzenia do spalania odpadów, w którym paliwo spala się na ruszcie paleniskowym, a powstające przy tym pozostałości spalania gasi się w odżużlaczu mokrym i z niego usuwa, polega na tym, że pochodzące z odżużlacza mokrego mokre odpady spalania dzieli się najpierw na dwie frakcje w procesie przesiewania, a następnie frakcję główną płucze się wodą odprowadzaną z odżużlacza mokrego, przez co oddzielane są przylegające drobne cząstki. Wypłukiwane cząstki pozostałości spalania doprowadza się do wykorzystania, a wodę płuczkową z wprowadzonymi do niej podczas płukania najdrobniejszymi cząstkami wprowadza się do odżużlacza mokrego. Frakcję drobną uzyskiwaną przy mechanicznym procesie oddzielania, doprowadza się ponownie do procesu spalania.

Z polskiego zgłoszenia patentowego 380265 znane jest paliwo stałe brykietowe, które zgodnie z wynalazkiem zawiera wytłoki owocowe, poddane obróbce termicznej, przy czym rolę lepiszcza pełni zawarta w wytłokach pektyna. Paliwo może zawierać korzystnie dodatki w postaci odpadów zrębków drewna.

Z polskiego zgłoszenia patentowego 381786 znane jest paliwo alternatywne oraz sposób wytwarzania paliwa alternatywnego z wykorzystaniem osadów pościekowych i wydzielonych frakcji odpadów komunalnych. Paliwo alternatywne składa się z osadów pościekowych odwodnionych o uwodnieniu około 80% w ilości od 25% do 50%, wysegregowanych frakcji odpadów komunalnych o charak

PL 232 905 B1 terze organicznym w ilości od 10% do 20% oraz biomasy stanowiącej słomę rzepakową i/lub trociny i/lub wióry w ilości od 50% do 75%.

Przedmiotem polskiego zgłoszenia patentowego 394796 jest sposób otrzymywania granulatu energetycznego z biomasy, zwłaszcza z drewna i odpadów przemysłu drzewnego i granulat otrzymywany tym sposobem. Sposób według tego wynalazku rozwiązuje problem otrzymywania granulatu energetycznego z dodatkiem haloizytu z biomasy w wyniku, którego uzyskuje się z pominięciem procesu kondycjonowania granulat w postaci granul o średnicy od 6 do 25 i długości od 4-5 m. Otrzymany granulat przeznaczony do stosowania jako paliwo posiada wartość opałową rzędu 15-16,5 GJ/kg. Granulat według tego wynalazku m.in. zapobiega tworzeniu się spieków i osadów w kotle oraz zmniejsza zagrożenie wystąpienia korozji wysokotemperaturowej.

Z opisu wynalazku PL226953 znany jest sposób otrzymywania granulatu opałowego z wykorzystaniem odpadów powydobywczych z zakładów górniczych, stosowanego jako paliwo w kotłach ze złożem fluidalnym i/lub jako paliwo ekologiczne w elektrociepłowniach. Sposób polega na tym, że odpady drobnoziarniste takie jak muły węglowe, odpady poflotacyjne i/lub osady z chodników wodnych, najczęściej o konsystencji placków mułowych, poddaje się granulacji w mieszalniku homogenizującym ciągłego działania. W pierwszym etapie rozluźnia się strukturę placków mułowych, po czym materiał o rozluźnionej strukturze kieruje się do mieszalnika intensywnego mieszania, gdzie miesza się go ze spoiwem, korzystnie w postaci 4% pylistego wapna palonego lub z dodatkiem 6% popiołów dennych. W przypadku mieszaniny mułu węgłowego z koncentratem flotacyjnym, do składu dozuje się podczas jego mieszania w mieszalniku homogenizującym 6% pylistego wapna palonego lub wysoko wapniowe popioły fluidalne w ilości 9% w stosunku do masy odpadu. Uzyskany granulat jest stosowany jako dodatek do miału węglowego spalanego w kotłach ze złożem fluidalnym lub jako samodzielne paliwo do takich kotłów i/lub jako paliwo w elektrociepłowniach. W przypadku mułów pozyskiwanych z osadników, usuwa się z nich ziarna o granulacji powyżej 20 mm, substrat poddaje się napowietrzeniu i grawitacyjnemu odwodnieniu, po czym granuluje się go z 30% dodatkiem trocin i 6% dodatkiem wapna palonego jako spoiwa, z którego 2/3 dozuje się do mieszaniny przed mieszalnikiem, a 1/3 podaje się bezpośrednio do mieszalnika.

Nie są znane natomiast sposoby tworzenia zestawu surowcowego do wytwarzania paliwa z odpadów, w których nadawa surowcowa składa się z mieszaniny odpadów komunalnych i/albo organicznych, niskouwęglonych węgli i/albo mułów odpadowych z węgla kamiennego lub brunatnego oraz mieszaniny związków mineralnych utworzonych na bazie odpadów powęglowych i energetycznych.

Dotychczas żużel otrzymywany podczas procesu spalania dowolnego paliwa w kotłach rusztowych ma ograniczone możliwości gospodarczego wykorzystania ze względu na brak w nim znaczącej zawartości minerałów niezbędnych do wytworzenia puculan o właściwościach cementów.

Zaletą sposobu według wynalazku jest to, że polega na zmieszaniu nisko-kalorycznych odpadów komunalnych i odpadów organicznych oraz niskowęglowych węgli i kompozytów mineralnych z odpadów powęglowych i/albo popiołów lotnych i/albo dennych z energetyki w takim stosunku wagowym, aby był spełniony znany z metody otrzymywania klinkieru moduł:

Mb = Ca/(0,7(F+T+S)+ 0,55A+1,87S) = 1

Niskokaloryczne odpady komunalne i odpady organiczne, węgle niskowęglowe, muły odpadowe oraz mineralne dodatki posiadają tak dobrany skład mineralny, że pozwalają na otrzymanie, w wyniku spalania w kotłach rusztowych, kompozytu mineralnego, którego skład odpowiada wymaganiom składu klinkieru cementowego do produkcji cementów belitowych. Odpady komunalne i organiczne stosuje się zarówno jako paliwo, a także jako niezbędny komponent mineralny do wytworzenia w wyniku spalania i spiekania z dodatkami mineralnymi, frakcji belitowej.

Istotą wynalazku jest sposób otrzymywania paliwa bezodpadowego charakteryzujący się tym, że w kotle rusztowym umieszcza się mieszaninę niskokalorycznych odpadów komunalnych i/lub odpadów organicznych w ilości od 1% do 99%, niskouwęglonego węgla i/lub mułów odpadowych z węgla kamiennego lub brunatnego w ilości od 1% do 80%, o stosunku Al/Si od 2,0 do 2,5 i AI/SO 4 od 3,7 do 3,9, kompozyty mineralne z odpadów powęglowych i/ lub popioły lotne i/lub popioły denne z kotłów fluidalnych, w ilości od 1% do 50% wagowych masy odpadów komunalnych i/lub organicznych, i poddaje się ją procesowi spalania, korzystnie w czasie od 10 do 30 minut, w temperaturze w zakresie od 1000°C do 1400°C, aż do uzyskania substancji mineralnej, dla której straty prażenia wynoszą po

PL 232 905 Β1 niżej 9%. Korzystnie dodaje się od 1% do 50% wagowych popiołów ze spalania biomasy w kotłach fluidalnych w stosunku do masy odpadów komunalnych i/lub organicznych.

W wyniku procesów spalania niskokalorycznych odpadów komunalnych i/lub odpadów organicznych oraz niskouwęglonych węgli z dodatkami mineralnymi typu odpadów powęglowych i/albo popiołów lotnych i/albo dennych w proporcji takiej, aby był spełniony znany z metody otrzymywania klinkieru moduł:

Mb = Ca/(0,7(F+T+S)+ 0,55A+1,87S) = 1, uzyskuje się energię cieplną i klinkier do wytwarzania cementów belitowych.

Proces spalania prowadzi się w kotle rusztowym w temperaturze od 1000°C do 1400°C, korzystnie 1200°C przez okres od 10 min. do 30 min., korzystnie 20 minut. Oprócz wytwarzania energii cieplnej stworzone zostały warunki do przemian chemicznych składników mineralnych odpadów, węgli i dodatków mineralnych i otrzymania materiału o właściwościach klinkieru typu belitowego.

Równocześnie z energią cieplną, zamiast stałych odpadów w postaci popiołów i żużli otrzymano kompozyt o właściwościach użytkowych - spiek mineralny o charakterze cementu belitowego, który po zmieleniu stanowi samodzielne spoiwo hydrauliczne lub jest dodatkiem do powszechnie znanych cementów portlandzkich.

Wykorzystanie materii organicznej i mineralnej z odpadów komunalnych i/lub organicznych, węgli niskouwęglonych odpadów powęglowych i energetycznych, w szczególności popiołów i/albo żużli z kotłów fluidalnych wraz z komplementarnym zestawianiem ich składu chemicznego części mineralnej pozwoliło na otrzymanie paliwa i materiału mineralnego - klinkieru, o własnościach podobnych do własności klinkieru typu belitowego.

Przykład I. Paliwo z odpadów składające się z mieszaniny niskoenergetycznych odpadów komunalnych i organicznych, popiołu lotnego fluidalnego oraz dodatków mineralnych, z których w wyniku spalania w kotle rusztowym, w temperaturze 1200°C, przez okres 20 minut, otrzymuje się energię cieplną i klinkier typu belitowego.

Lp.	Składniki	Udział [cz.wag]
1.	Mieszanina niskoenergetycznych odpadów komunalnych zawierających 5% substancji mineralnych, głównie SiO₂ oraz tlenki metali ziem alkalicznych i związki fosforu.	55
2.	Iłołupek z węgla kamiennego 0 zawartości 54% SiO₂	1
3,	Niskouwęglony węgiel kamienny i/lub niskouwęglony muł węglowy 0 zawartości sumy tlenków SiO₂, AI2O3 i Fe₂O3 w części mineralnej 45%.	19
4.	Popioły ze spalania biomasy.	20
5.	Popiół lotny fluidalny 0 zawartości wolnego CaO 6%, węglanu wapnia w ilości powyżej 15%., AI2O3 powyżej 28% ^2()3 powyżej 6%	5

Przykład II. Paliwo otrzymywane w kotle rusztowym w ten sposób, że umieszcza się mieszaninę: niskouwęglony węgiel kamienny 12%, odpady organiczne 36%, kompozyty mineralne z odpadów powęglowych 20%, popioły lotne 16%, popioły denne 10%, muły odpadowe z węgla kamiennego 3% i popioły ze spalania biomasy 3% i spala się w temp. 1400°C. Otrzymuje się energię cieplną i klinkier typu belitowego.

PL 232 905 B1

P r z y k ł a d III. Paliwo otrzymywane w kotle rusztowym w ten sposób, że umieszcza się mieszaninę: niskouwęglony węgiel brunatny 15%, odpady komunalne 27%, kompozyty mineralne z odpadów powęglowych 3%, muły odpadowe z węgla brunatnego 55% i spala się w temp. 1200°C. Otrzymuje się energię cieplną i klinkier typu belitowego.

P r z y k ł a d IV. Paliwo otrzymywane w kotle rusztowym w ten sposób, że umieszcza się mieszaninę: niskouwęglony węgiel kamienny 50%, odpady organiczne 14%, kompozyty mineralne z odpadów powęglowych 5%, muły powęglowe 14%, popioły ze spalania biomasy 17%, i spala się w temp. 1000°C. Otrzymuje się energię cieplną i klinkier typu belitowego.

P r z y k ł a d V. Paliwo otrzymywane w kotle rusztowym w ten sposób, że umieszcza się mieszaninę: niskouwęglony węgiel brunatny 40%, popioły lotne 2%, muły odpadowe z węgla brunatnego 20%, odpady komunalne 28%, odpady organiczne 10%, spala się w temp. 1400°C. Otrzymuje się energię cieplną i klinkier typu belitowego.

P r z y k ł a d VI. Paliwo otrzymywane w kotle rusztowym w ten sposób, że umieszcza się mieszaninę: niskouwęglony węgiel kamienny 10%, popioły denne 10%, popioły ze spalania biomasy 50%, odpady komunalne i organiczne 30%, i spala się w temp, 1200°C. Otrzymuje się energię cieplną i klinkier typu belitowego.

P r z y k ł a d VII. Paliwo otrzymywane w kotle rusztowym w ten sposób, że umieszcza się mieszaninę: niskouwęglony węgiel brunatny 62%, kompozyty mineralne z odpadów powęglowych 3%, odpady komunalne 5%, muły odpadowe z węgla 28%, popioły lotne 2%, i spala się w temp. 1020°C. Otrzymuje się energię cieplną i klinkier typu belitowego.

P r z y k ł a d VIII. Paliwo otrzymywane w kotle rusztowym w ten sposób, że umieszcza się mieszaninę: niskouwęglony węgiel kamienny 35%, odpady organiczne 27%, popioły lotne 10% i denne 15%, muły odpadowe z węgla 11%, popioły ze spalania biomasy 2%, i spala się w temp. 1350°C. Otrzymuje się energię cieplną i klinkier typu belitowego.

P r z y k ł a d IX. Paliwo otrzymywane w kotle rusztowym w ten sposób, że umieszcza się mieszaninę: niskouwęglony węgiel brunatnego 10%, odpady organiczne i komunalne 72%, popioły denne 5%, kompozyty mineralne z odpadów powęglowych - iłołupki 13%, i spala się w temp. 1300°C. Otrzymuje się energię cieplną i klinkier typu belitowego.

P r z y k ł a d X. Paliwo otrzymywane w kotle rusztowym w ten sposób, że umieszcza się mieszaninę: niskouwęglony węgiel kamienny 1%, odpady organiczne i komunalne 98%, popioły denne 0,2%, kompozyty mineralne z odpadów powęglowych - iłołupki 0,5% i popioły lotne 0,3%, i spala się w temp. 1400°C. Otrzymuje się energię cieplną i klinkier typu belitowego.

P r z y k ł a d XI. Paliwo otrzymywane w kotle rusztowym w ten sposób, że umieszcza się mieszaninę: niskouwęglony węgiel kamienny 18%, popioły lotne 10%, popioły denne 15%, muły powęglowe 34%, muły odpadowe 11%, popioły ze spalania biomasy 2%, odpady organiczne 10%, i spala się w temp. 1250°C. Otrzymuje się energię cieplną i klinkier typu belitowego.

P r z y k ł a d XII. Paliwo otrzymywane w kotle rusztowym w ten sposób, że umieszcza się mieszaninę: niskouwęglony węgiel kamienny 10%, kompozyty mineralne 1%, odpady komunalne i organiczne 39%, popioły ze spalania biomasy 50%, i spala się w temp. 1350°C. Otrzymuje się energię cieplną i klinkier typu belitowego.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób otrzymywania paliwa bezodpadowego, znamienny tym, że w kotle rusztowym umieszcza się mieszaninę niskokalorycznych odpadów komunalnych i/lub odpadów organicznych w ilości od 1% do 99%, niskouwęglonego węgla i/lub mułów odpadowych z węgla kamiennego lub brunatnego w ilości od 1% do 80%, o stosunku Al/Si od 2,0 do 2,5 i AI/SO 4 od 3,7 do 3,9, kompozyty mineralne z odpadów powęglowych i/lub popioły lotne i/lub popioły denne z kotłów fluidalnych, w ilości od 1% do 50% wagowych masy odpadów komunalnych i/lub organicznych, i poddaje się ją procesowi spalania, korzystnie w czasie od 10 do 30 minut w temperaturze w zakresie od 1000°C do 1400°C, aż do uzyskania substancji mineralnej, dla której straty prażenia wynoszą poniżej 9%.
2. Sposób wg zastrz. 1, znamienny tym, że dodaje się od 1% do 50% wagowych popiołów ze spalania biomasy w kotłach fluidalnych w stosunku do masy odpadów komunalnych i/lub organicznych.