RS55993B1 - Postupak za dobijanje energije iz organskog otpadnog materijala - Google Patents

Description

Opis

[0001] Ovaj pronalazak se odnosi na postupak za dobijanje energije iz organskog otpadnog materijala.

[0002] Kao tehnološku pozadinu treba pomenuti US 5,087,375, AT 389474 B, CH 688990 A5 i DE 3329 771 A1. U US 5,087,375 sadržan je postupak za tretiranje opasnih i toksičnih otpadnih materijala, organskih materijala i metala, opisan je postupak za proizvodnju nerastvorljivih industrijskih sirovina, pri čemu se otpadni materijali mešaju sa plastičnim materijalom, koji obuhvata neorganska jedinjenja, koja grade jedinjenja koja su stabilna sa metalima; iz dobijene mešavine plastične mase stvaraju se profilisani komadi, koji se u cilju uklanjanja plastičnog materijala obrađuju toplotom, a preostale neorganske materije se kalcinacijom i sinterovanjem vezuju u stabilna, nerastvorljiva kompleksna jedinjenja.

[0003] AT389474Bpokazuje upotrebu mineralnih, silikatno/karbonskih finih frakcija za uređeno taloženje najfinijih i/ili pastoznih otpadnih materija, pri čemu mineralne fine frakcije obmotavaju odnosno prepliću se sa otpadnim materijama i stvaraju matricu.

[0004] CH688990A5se odnosi na priremu organskih i/ili neorganskih otpadnih materija iz rekonstruisanih starih deponija i/ili svežeg smeća za materijal koji se može reciklirati uz otpremanje štetnih materija .

[0005] Gore navedeniDE3329771A1jedinjenje štetnih materija pri proizvodnji briketa od organskih proizvoda ili otpadnih proizvoda, pri čemu se neorganska jedinjenja dodaju u cilju hemijskog vezivanja štetnih materija u postupku presovanja odnosno pri pirolizi/sagorevanju.

[0006] DE102007006137A1pokazuje proizvod koji je mešavina organskih i neorganiskih materija koje stvaraju čestice i/ili smeše materijala, koje zajedno stvaraju jednu u suštini homogenu matricu.

Pomoću aditiva (pomoće materije) moguća svojstva nekog krajnjeg proizvoda se unap red mogu iskalkulisati odnosno ovaj aditiv dovodi do stvaranja kristalnih struktura sa visokom specifičnom unutrašnjom površinom i ispunjava različite namenske funkcije, kao što su npr. energenti ili materijali za pretvaranje energije, sredstva za poroziranje, sredstva za strukturisanje, sredstva za redukciju i/ili materijal za filtriranje.

[0007] Kod ovog pronalaska je za cilj postavljeno, da se pripremi postupak za dobijanje energije iz organskih otpadnih materija u skladu sa nadređenim pojmom iz Zahteva 1, kojim postupkom će se proizvod koji sadrži ugljenik a koji je u čvrstom, tečnom ili gasovitom stanju dopremiti u rezervoar za akumulaciju i/ili će se dopremiti direktno za pogon kogeneracije.

[0008] Ovaj cilj se postiže karakteristikama koje su navedene u naznačavajućem delu zahteva 1. Ostale karakteristike pronalaska naznačene su podzahtevima 2 do 5.

[0009] Prednost ovog pronalaska, u poređenju sa tradicionalnim postupcima leži u tome što se otpad, koji trenutno ne može ili se jako teško može iskoristiti, može prerađivati u sistemu za dobijanje energije kako bi se dobili visokovredni proizvodi kao što su metali, silikati i ugljenik odnosno ugljenična jedinjenja.

[0010] Procentualni podaci o udelima sastojaka ili komponenti u daljem tekstu su, ukoliko nešto drugačije nije navedeno, obračunati uvek u tež.-% na suvoj materiji.

[0011] Pod "organskim otpadnim materijama" se podrazumevaju, na primer kućno smeće, industrijsko smeće, mulj od pročišćenih voda, papirni geteri i slično, koji sadrže bilo koju vrstu organskog materijala odnosno biološki otpad kao na primer papir, drvo, tekstil, plastika itd. Pritom, udeo organskih materijala u pojedinim primenljivim otpadnim materijama u kućnom smeću sa6000-12000kJ/kgsuve materije iznosi70-90%,u industrijskom smeću sa15000-36000kJ/kgsuve materije iznosi50-90%,u mulju od pročišćenih voda sa1000-5000 kJ/kgsuve materije iznosi80- 95%i u papirnim geterima sa2000-8000kJ/kgsuve materije iznosi75–95%,pri čemu je potrebno da minimum 40 % bude organskih materijala .

[0012] Pod "silikatnim materijalima" sa kojima se otpadne materije mešaju, treba podrazumevati na primer tektosilikate, silikatne stene kao npr. najrazličitije granitne stene, vulkanite, kvarcni pesak, građevinski šut i tome slično.

[0013] Pronalazak će biti bliže objašnjen u daljem tekstu a pomoću slike 1, na kojoj je prikaza dijagram toka odvijanja postupka za dobijanje energije u skladu sa pronalaskom.

[0014] Organske otpadne materije 1, koje služe kao ulazna energija, prethodno se usitnjavaju i podvrgavaju merenju sastojaka kako bi se identifikovali sastojci kao i da bi se odredio odnos udela materijala koji sadrži ugljenik i udela silikatnog materijala. Otpadne materije koje se koriste kao izlazni materijal treba tako da se dobiju da u njima odnos ugljeničnog materijala prema silikatnom bude na primer 90 % prema na primer 10 %. Prilikom utvrđivanja vrednosti koje odstupaju od ove razmere, mora se dodati ugljenični i/ili silikatni materijal sve dok ugljenični i silikatni materijal u otpadnim materijama koje treba dalje da se prerađuju ne bude bio u razmeri 9:1. Pritom treba istaći, da pojedine komponente upotrebljenih materijala podležu tekućem merenju 5 tokom celokupnog postupka. Unapred obrađene organske otpadne materije 1 se razlažu odnosno dalje usitnjavaju 2. Nakon toga, u fazi usitnjavanja koja dalje sledi, postiže se veća finoća sve do μ-područja, uz dodavanje i mešanje 4a tektosilikata i/ili silikatnog kamenog brašna 3 kao aditiva. Aditivi, kao na primer građevinski šut, imaju veći stepen čvrstoće od otpadnih materija i time deluju kao abrazivno sredstvo, čime u daljem usitljavanju 4b nastaje sitnočestični proizvod mešavine neorganskih i organskih materija, koje se pomoću mlevenja u mašinama za mlevenje odvajaju na vlakna. Aditivi, koji po mogućstvu mogu da budu i silikatne fine materije iz visoke peći, koriste se sa veličinom od 0,001 do 3 mm, pri čemu udeo materijala veličine čestice ispod 50 μm iznosi oko 40%.

[0015] Daljim finim mlevenjem, pojedini delovi dotične smeše materijala redukuju se na veličinu manju ili jednaku 50 μm. Pritom udeo materijala sa 3 mm sitnozrnom granulacijom, tj. prečnika preko 3 mm, iznosi cirka 5 % a udeo materijala sa sitnozrnom granulacijom od 1 mm cirka 8 %, ostatak ima sitnozrnu granulaciju prečnika ispod 1 mm, pri čemu najveći udeo ima veličinu manju od 100 μm. Ovaj odnos sitnozrne distribucije je relevantan za stabilizovanje mešavine odnosno strukturu skeleta.

[0016] Tokom tekućeg nadzora toka odvijanja postupka, vrši se merenje sastava odnosno indetifikovanje pojedinih komponenti 5 stvorene, usitnjene odnosno samlevene mešavine preko difraktograma praha, kako bi se u sledećem koraku u postupku omogućilo ciljano kompaktiranje 6a, zagrevanje 6b i zatim odvajanje 6c pojedinih komponenti. U suštini, prilikom ovoga vrše se različita merenja, čime se dobijaju sledeći podaci:

- finoća mlevenja,

- indeks raspodele,

- težina,

- vlaga,

- pH-vrednost

[0017] Elementarni sastav prerađene sirovine kontinuirano se određuje pomoću rentgensko-fluorescentne analize (RFA), a posebno se određuje sadržaj ugljenika.

[0018] Ovi utvrđeni podaci idu ubacuju se u procesni računar i upoređuju se sa vrednostima koje zav ise od zadatka odnosno materijala, čime je ciljano moguće kompaktiranje 6a, zagrevanje 6b i zatim odvajanje 6c pojedinih komponenti, pri čemu ako već nisu sadržani u silikatnom materijalu, moraju da se dodaju dodatne materije iz filosilikata 7a, kao što je glina sa najmanje 50% gvožđa. Pre svega ovde se koriste fito silikati bogati gvožđem odnosno filosilikati koji sadrže katjone nalik gvožđu, po mogućstvu iz grupe mafitskih filosilikatnih minerala, kao što su hloriti, smektiti, ilit, biotit i tome slično. Kompaktiranje 6a pritom zavisi od vlage, temperature, sadržaja CO2i udela filosilikata, pri čemu CO2koji se stvara u ovom slučaju služi kao sredina koja stvara pritisak.

[0019] Smeša od otpadnih materija kompaktira se 6a u pretkomori pod pritiskom, pri čemu pretkomora osim toga obuhvata jednu komoru poput (hidro)ciklonske, u kojoj se zagrevanjem 6b vrši odvajanje 6c metala (teškimetali), silikata i ugljeničnih materija prema specifičnoj težini, tački topljenja i provodljivosti. Drugim rečima, vrši se odvajanje 6c, analogno onome koje se odvija u centrifugi, pri čemu se onečestice, koje su nastale prilikom zagrevanja 6b, kod kojeg katjoni koji se uvode preko mafitskih filosilikata kao gvožđe ili katjoni slični gvođu oksidiraju uz redukciju CO2, pa tako i one čestice koje imaju oksidirane katjone, kreću preko rotirajućeg kretanja ka spolja, čime se vrši meaničko odvajanje na čvrste, tačna i gasovite faze pomoću centrifugalne sile. Ovo se odvija, u zavisnosti od materijala, obično na 40°C do 850°C, pri čemu se materijali u (hidro)ciklonskoj komori nalaze u vakuumu. Tečna faza se pretežno sastoji od organoskog materijala koji je u tečnom stanju (plastični materijal). Pritom treba obratiti pažnju na to, da među česticama materijala specifične težine (specifična težina) od ≤ 0,09 N/m3 (težinska sila prema zapremini) preostaje ostatak udela silikata od 1,4 do 1,7 %, maksimalno pak 5 %. Rezultujuća gasovita faza se doprema direktno u rezervoar 10 i/ili do kogeneracije.

[0020] Kompaktiranjem 6a pod sopstvenom vlagom smeše, veličina čestica smeše od otpadnih materija i dodatog silikatnog materijala obrazuje se tako da međuprostor između kompaktiranih čestica obezbeđuju dovod toplote. Veličina čestica odnosno njihova gustina time određuje proces redukcije/oksidac ije i vreme reakcije. Zapreminski odnos kompaktirane mase prema međuprostorima iznosi u skeletnoj čvrstoj masi koja je dobijena pomoću dodatih filosilikata po pravilu iznosi oko 2 prema 3.

[0021] Način funkcionisanja (hidro)ciklonske komore za odvajanje pojedinačnih komponenti kompaktirane mase, u suštini se vrši analogno centrifugi. S obzirom na to da se čestice u komori kreću prema spolja, vrši se sortiranje čestica prema specifičnoj težini. U zavisnosti od dotične specifične težine, čestice koje zahvata struja materijala, a koje se nalaze u ivičnom području komore izlaze na tačno utvrđenim izlaznim tačkama, čime se vrši tačno odvajanje pojedinih komponenti. Nosilac struje materijala pritom je uobičajeno obogaćeni CO2-gas, kako bi se gubitak toplote tokom procesa zadržao na što je moguće manjem nivou.

[0022] Odvajanje 6c ukupne mase dobijene sirovine vrši se u odsustvu vazduha, kroz izbacivanje pomoću vakuumske pumpe preko specifične težine, koja transportuje materijal u zatvorene silose, pri čemu se vrši odvajanje na komponentu koja sadrži čist ugljenik i čisto silikatnu komponentu.

[0023] Na prelazu iz pretkomore u glavnu komoru, u čvrstu materiju se umešaju odnosno pomešaju se sa njom 8a filosilikati fine granulacije 7b, na primer glina odnosno gl ino-mineralni materijal kao vezivno sredstvo, pri čemu masa čvrste materije ponovo treba da postigne odnosno da ima sadržaj materijala koji sadrži ugljenik od ca.90 % i sadržaj silikatnog materijala od ca 10 %, kako bi se peletiranjem 8b proizveli peleti. Kod filosilikata fine granulacije 7b radi se na primer o glino-mineralima ili materijalima bogatim glinomineralima, kao što su npr. kaolin, montmorilonit ili bentonit. Pritom filosilikati 7b pokazuju dejstvo vezivnog sredstva samo u vlažnom stanju, pre svega kod sadržaja vlage od oko 15 do 15 %. Osim ovoga, filosilikati 7b pomažu odvajanju pojedinih komponenti.

[0024] Peletiranje 8b ima za cilj da se obezbedi mogućnost transporta čvrstih materija, za šta čvrste materije moraju imati tačno definisanu veličinu čestica, sadržaj čestica i vlagu.

[0025]U glavnoj komori se smeša materijala koja je u formi peleta, podvrgava pirolizi 9 po pravilu na 600°C do 800°C, pri čemu se vrši fazno odvajanje a time i cepanje gasovitih i čvrstih materija usled njihove različite gustoće a u odsustvu vazduha.

[0026] Po pravilu, cepanje se vrši pomoću (hidro)-ciklona, koji materijal za odvijanje procesa dobija iz reaktora dovođenjem preko vakuumske pumpe. Kao nosilac količine struje pre svega se koriste CO2-gasovi, koji obezbeđuju visok energetski bilans. Energija se prilikom ovog postupka ne uduvava u dimnjak i ne gubi se, već se koristi efikasno za proces. Dalja prednost je što ugjenična jedinjenja u gasnoj smeši ciljano odaju energiju preko izmenjivača toplote te se time direktno koriste. U načelu postoje dalje mogućnosti odvajanja, kao što su vibracioni sto ili elutrijator, pri čemu se sve mogućnosti odvajanja, međutim, moraju odvijati uz odsustvo vazduha.

[0027] Odvojene gasovite i čvrste materije se zatim odvojeno dalje prerađuju. Preostale gasovite materije se dovode do rezervoara 10 ii do kongeneracije 11, dok se preostale čvrste materije uz iskorišćenje različitih gustina u silikatnom i ugljeničnom materijalu odvajaju 12, pri čemu se silikatni materijal može vrat iti u prvu fazu postupka mešanja 4a i usitnjavanja 4b otpadnih materija 1 a ugljenični deo se kao proizvod 13 prikuplja ili se direktno dovodi do kongeneracije 11.

[0028] Preostali ostatak stvara silikatno vezivno sredstvo koje se ponovo može koristiti, koje se vraća i koje se može koristiti kao skeletni silikat kod usitnjavanja 4b organskih otpadnih materija 1.

[0029] U drugim formama konstrukcije ovog pronalaska mogu različite pojedine faze postupka da se izostave i da se delimično zamene sličnima, a da se na načelni cilj dobijanja energije time ne utiče.

[0030] Pomoću sledećih primera bliže će se objasniti predmet ovog pronalaska.

Primer1

[0031] Laka frakcija u drobilicama za automobile, koja obuhvata organski materijal koji nastaje prilikom drobljenja starih automobila a nakon uklanjanja metalnih delova pomoću magneta, u unapred usitnjenom obliku se u količini od 92 % meša i usitnjava sa peskom, glinom i ostacima kreča u količini od ukupno 8 %, uvek u odnosu na težinu suve mase. Uz dalje mešanje i dalje usitnjavanje sledi razlaganje čestica mešavine na μ-područje, pri čemu se tekućim merenjem određuju udeli ugljeničnog materijala i silikatnog materijala. U zavisnosti od utvrđenog odnosa udela, a pri nastavku usitnjavanja uz stvaranje vlakana organskog materijala se u procesu mlevenja umešajuskeletni silikati, u ovom slučaju bims, tako da odnos ugljeničnog materijala i silikatnog materijala iznosi oko 9:1.

[0032] Ova unapred pripremljena smeša se u jednoj pretkomori kompaktira uz dodatak od oko 20 % mafitskog sitnogranulacijskog filosilikata, u ovom slučaju hlorita, a u odnosu na ukupan udeo silikata uz stvaranje kolača koji ostaje porozan, pri čemu se u ciklonskoj komori vrši odvajanje na pojedina agregatna stanja. Gasna faza se isto kao i tečna faza, koja se stvara iz kondenzovanog organskog materijala (plastika) prikuplja u rezervoare za dalju primenu. Preostala čvrsta materija se razređuje i meša sa daljim filosilikatima, u ovom slučaju montmorilonitom, i peletira. Stvoreni peleti, čiji udeli silikata iznose ca.2,8%, zatim se podvrgavaju pirolizi pod anaerobnim uslovima na temperaturi od oko 530°C. Pritom se peleti, koji su stvoreni od skeletnog materijala razlažu na fine čestice, pri čemu se ponovo vrši frakcionisanje u gasnoj, tečnoj i čvrstoj fazi.

Odvojeni silikatni materijal se kao sirovina reciklira u sistem na dalju upotrebu. Ugljenični materijali se prikupljaju za korišćenje u dobijanju energije ii se direktno dovode u kongeneraciju.

Primer2

[0033] Organsko kućno smeće (plastika, koža itd) u usitnjenom obliku se u količini od oko 85% meša i usitnjava sa građevinskim šutom (ploče od gips-kartona itd) u količini od oko 15% u odnosu na težinu suve mase, i u suštini se dalje podvrgava vodjenju procesa prema primeru 1 sa izuzetkom uslova i parametara koji su navedeni dalje u tekstu: i) Kao skeletni silikat koji se dodaje u procesu usitnjavanja se u ovom slučaju koristi perlit.

ii) Hlorit se kao mafitski filosilikat u ovom slučaju dodaje u količini od oko 15% u odnosu na udeo ukupnog silikata.

iii) Nakon odvajanja gasne i tečne faze, preostala čvrsta materija se razređuje kaolinom kao daljim filosilikatom.

iv) Peleti imaju udeo silikata od oko 1,9 %.

v) Piroliza se vrši na temperaturi od oko 610°C.

Primer3

[0034] Papirni talog u količini od oko 78 % se meša i usitnjava sa papirnim geterima sa silikatnim udelom od ca. 40%, što čini ca. 10 % u odnosu na ukupnu masu, a u količini od oko 22 %, uvek u odnosu na suvu masu, i dalje se u suštini podvrgava procesu u skladu sa primerom 1 uz izuzetak uslova i parametara koji su navedeni u daljem tekstu:

i) Kao skeletni silikat koji se dodaje u procesu usitnjavanja se u ovom slučaju koristi granitno kameno brašno.

ii) Kao mafitski filosilikat se u ovom slučaju dodaje biotit u količini od oko 17 % u odnosu na udeo ukupnog silikata.

iii) Nakon odvajanja gasne i tečne faze, preostala čvrsta materija se razređuje bentonitom kao daljim filosilikatom.

iv) Peleti imaju udeo silikata od oko 2,4 %.

v) Piroliza se vrši na temperaturi od oko 585°C.

Claims (5)

Patentni zahtevi

1. Postupak za dobijanje energije od organskih otpadnim materijala (1), pri čemu

a) se organski otpadni materijali (1) u unapred usitnjenoj formi povrgavaju merenju u cilju identifikacija sastojaka kao i u cilju utvrđivanja odnosa udela ugljeničnog materijala i udela silikatnog materijala, kako bi se eventualni dodavanjem mešanjem ugljeničnog i/ili silikatnog materijala (3) obezbedilo da odnos ugljeničnog i silikatnog materijala bude oko 90 % prema oko 10 % u otpadnim materijalima koji idu na dalju preradu, b) u daljem nastavku postupka vrši se tekuće merenje udela (5) ugljeničnog materijala i silikatnog materijala,

c) organske otpadne materije (1) se dalje usitnjavaju (2) i mešaju se sa dodatnim materijalima koji sadrže skeletne silikate (3) uz dalje usitnjavanje (4b) sve do μ-područja (4a),

d) Kompaktiranje (6a) usitnjene mešavine otpadnih materija vrši se uz dodatak filosilikata (7a), zagrevanje (6b) mešavine i odajanje (6c) iste u pojedinačne čvrste, tečne i gasovite faze u vakuumu, nakon čega se preostali čvrsti materijali mešaju (8a) sa filosilikatima (7b) koji se dalje dodaju i vrši se peletizacija (8b),

e) dobijeni peleti se podvrgavaju pirolizi (9) i

f) gasoviti materijali koji se dobijaju tokom pirolize dovode se do rezervoara (10) i/ili kogeneracije (11),

naznačen je time, što

g) čvrste materije koje se dobijaju pirolizom prolaze razdvajanje (12) silikatnih od ugljeničnih materijala, pri čemu se materijali koji sadrže ugljenik pohranjuju kao krajnji proizvod (13) .

2. Postupak po zahtevu 1 naznačen je time, što se vrši merenje pojedinačnih komponenti (5) pomoću difraktograma praha.

3. Postupak po zahtevu 1 naznačen je time, što se silikatni materijal koji je dobijen pri razdvajanju (12) silikatnog od ugljeničnog materijala vraća na fazu a).

4. Postupak po zahtevu 1 naznačen je time, što se gasovite materije koje su dobijene odvajanjem (6c) u fazi d), eventualno zajedno sa gasovitim materijama koje su dobijene u fazi c) dovode do rezervoara (10) i/ili do kogeneracije (11).

5. Postupak po zahtevu 1 naznačen je time, što se vrši odvajanje (6c) u fazi d) čvrstih, tečnih i gasovitih materija preko rotacionog kretanja.