Способ переработки органических отходов и устройство для его осуществления

Номер патента: 220

Опубликовано: 24.12.1998

Авторы: Холлетт Дуглас Дж., Кэмпбелл Келвин Р.

Есть еще 2 страницы.

Смотреть все страницы или скачать PDF файл.

Формула / Реферат

1. Способ отделения относительно летучего компонента агломерата, содержащего твердый компонент, отличающийся тем, что агломерат размалывают в контейнере, по крайней мере, частично погруженном в ванну с расплавленным материалом для выпаривания из него относительно летучего компонента.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что осуществляют поглощение паров для предотвращения выхода их в окружающую среду.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что расплавленный материал нагревают для передачи энергии от ванны к внутреннему содержимому контейнера для осуществления выделения относительно летучего компонента, при этом расплавленным материалом является расплавленное олово.

4. Способ по п.2 или 3, отличающийся тем, что этап размалывания включает вращение барабана относительно его центральной оси, причем барабан выборочно вращают со скоростью в пределах приблизительно 5-30 об/мин, преимущественно со скоростью приблизительно 15 об/мин, причем этап поглощения включает захват органических паров, выделяемых из отходов, газовым потоком, содержащим разлагающий газ, который выбирают из ряда: водород, метан, этан, пропан, бутан, природный газ или их смеси с начальной концентрацией водорода, по крайней мере, 50%, и/или содержащим азот, пар, гелий или их смеси.

5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что температуру в контейнере поддерживают в пределах 300-600°С, а пары, захваченные газовым потоком, химически разлагают в зоне переработки, а затем конденсируют в жидкость в этой зоне.

6. Устройство для термической десорбции, содержащее десорбционный сосуд для агломерата, содержащего относительно летучий компонент, ванну с расплавленным материалом, отличающееся тем, что сосуд, по крайней мере, частично погружен в ванну с расплавленным материалом для передачи тепла от ванны к внутреннему содержимому сосуда для выделения относительно летучего компонента из агломерата.

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что содержит средства для размалывания агломерата в десорбционном сосуде и обеспечения термической десорбции относительно летучего компонента.

8. Устройство по п.6 или 7, отличающееся тем, что содержит нагреватель ванны, служащий в качестве источника тепла для передачи тепла, средства для улавливания выделенных газов из агломерата, содержащие накопительный сосуд, соединенный с десорбционным сосудом посредством клапана для передачи газов из десорбционного сосуда в накопительный сосуд, входное отверстие для управляемого ввода в него улавливающих газов и выпускное отверстие в сосуде для управляемого вывода газов, причем десорбционный сосуд выполнен в виде цилиндрического контейнера, имеющего центральную ось, расположенную по существу горизонтально, и связанного со средствами для осуществления его вращения относительно этой оси, а средства для размалывания включают сферы и/или металлические шары, расположенные в контейнере для перемешивания агломерата во время вращения контейнера для разрушения кусков агломерата на более мелкие части, при этом отношение длины сосуда к его диаметру находится в диапазоне от 3:1 до 10:1, преимущественно в диапазоне 5:1, а десорбционный сосуд имеет входное отверстие для загрузки агломерата на первом конце и выходное отверстие для относительно нелетучих недесорбируемых материалов на втором конце.

9. Устройство по п.6 или 7, отличающееся тем, что содержит средство для подачи газов, захватывающих газы, выделяемые из агломерата, включающее входное отверстие для ввода улавливающих газов, расположенное на втором осевом конце контейнера, и выходное отверстие для вывода газовых веществ с первого осевого конца контейнера, средства для нагрева улавливающих газов до ввода их в сосуд, средства для подачи агломерата в сосуд через входное отверстие и питатель, имеющий два отделения, каждое из которых присоединено к средствам для подачи, причем каждое герметизировано от окружающей среды и от другого отделения для осуществления непрерывной подачи агломерата из первого отделения в десорбционный сосуд.

 

Текст

Смотреть все

1 Настоящее изобретение относится к способу и устройству для отделения относительно летучих от нелетучих веществ, обычно органического компонента от неорганического твердого компонента отходов. Способ включает процессы перемалывания отходов в контейнере,частично погруженном или плавающем в ванне расплавленного вещества для разложения вещества, обычно находящегося в форме агломерата,и выпаривания из него при нагревании относительно летучего компонента. Устройство содержит сосуд, по крайней мере, частично погруженный в расплав олова для передачи тепла от ванны к внутренней части сосуда для выделения или высвобождения относительно летучего компонента из поступающего сырья. Известны процессы разрушения органических отходов различными способами. Более конкретно, разложение органических веществ,таких как многохлористые бифенилы (МХБ),раскрыто в патентах США 4 819 571 и 5 050 511, выданных 11 апреля 1989 г. и 24 сентября 1991 г. соответственно, описания которых приведены ниже. При обработке отходов часто желательно удалить вещества, разложения которых не требуется, до начала осуществления процесса реальной деструкции. Например, вычерпываемая из отстойников масса может содержать в больших количествах неорганические материалы,такие как металлы и силикаты, разложение которых не требуется. Переработка этих материалов может привести к снижению количества разлагаемых материалов в единицу времени,увеличению количества потребляемой энергии на осуществление деструкции, так как неорганические материалы потребляют тепловую энергию в перерабатывающем отходы реакторе,увеличивают потери времени на очистку реактора и т.д. В любом случае часто предпочтительно отделить органические вещества, которые необходимо разрушить, от других веществ,названных здесь обобщенно "нереактивными" или "инертными" материалами, до введения органических компонентов в процесс разложения. Установлено, что такие инертные материалы, которые, как правило, являются твердыми, в значительной степени свободны от веществ,считающихся опасными соединениями, и могут быть повторно использованы в качестве чистых наполнителей или могут быть выброшены как бесполезные. Если опасные неорганические соединения присутствуют в инертных материалах,то они могут быть восстановлены для использования в качестве покрытий металлов, при условии их дальнейшей переработки, или вывезены на поля для отходов. В патенте США 4 402 274, выданном 6 сентября 1983 г. на имя Минэна и др., раскрыт способ и устройство переработки загрязненных МХБ отстоев, в котором отстои нагревают, используя горячие турбулентные газы при темпе 000220 2 ратуре в диапазоне 850-2500 С для выделения МХБ из отстоев. Устройство содержит сепаратор, в который отстои заливают и высушивают горячим воздухом, вдуваемым внутрь сосуда снизу сепаратора. Описания соответствующих патентов США:4 463 691 (7 августа 1984 г.), 4 685 220 (11 августа 1987 г.),4 699 721(13 октября 1987 г.),4 778 606 (18 октября 1988 г.) и 4 7937 (27 декабря 1988 г.), включены в настоящее описания для ссылок. В патенте США 5 050 511 предложено использовать набор решеток или процесс стеклования в зависимости от природы нереактивного вещества, которое следует отделить, для предварительной обработки отходов, содержащих как органические, так и неорганические компоненты. В настоящее время существует необходимость в усовершенствованных процессах переработки, в которых неорганические твердые материалы отделяют от органических материалов, и в отделении относительно летучих металлов, таких как Нg, As, Cs от относительно нелетучих неорганических материалов. Изобретение, описанное ниже, таким образом, направлено на решение таких проблем. Наилучший способ и устройство для осуществления изобретения описаны ниже. Очевидно,что настоящее изобретение целесообразно использовать в качестве "предварительного" этапа в более сложном процессе, в котором опасные органические вещества впоследствии перерабатывают или разлагают, и в данном описании изложен наилучший способ. Следует учесть,однако, что способ и/или устройство могут быть с успехом использованы для решения "стоящей отдельно" проблемы. Таким образом, возможны условия, при которых, например, органические вещества могли бы быть отделены от неорганических твердых материалов и собраны для последующих промышленных или коммерческих целей или назначений, при использовании изобретения, описанного ниже. В первом широком аспекте настоящее изобретение представляет собой способ выделения относительно летучих компонентов из агломерата, содержащего твердый компонент. Способ заключается в размалывании агломерата в контейнере, по крайней мере, частично погруженном в ванну с расплавленным веществом для выпаривания из него относительно летучего компонента. Если желательно или необходимо высвобожденный пар может быть уловлен. В контексте настоящего изобретения словом "агломерат" обозначены любые материалы,содержащие компонент, который при нагревании мог бы быть высвобожден в газообразной форме. Такой компонент относительно летучий в сравнении с любыми другими остающимися компонентами, которые остаются в твердой форме. 3 В соответствии с предпочтительным вариантом исполнения, более подробно описанном ниже, ванну расплавленного вещества нагревают в процессе переработки агломерата с помощью источника энергии для осуществления процесса выпаривания в контейнере для перемалывания. В конкретном аспекте настоящего изобретения расплавленным веществом является олово. В предпочтительном варианте осуществления способа контейнер для перемалывания представляет собой цилиндрический барабан,снабженный центральной осью, расположенной преимущественно горизонтально, при этом этап перемалывания включает процесс сообщения вращательного движения барабану относительно его оси толчками или каким-либо другим способом для перемешивания перерабатываемого вещества в соответствии с процессом, происходящим в контейнере. Способ применяют для переработки отходов, когда отходы содержат органические вещества. В таком случае этап улавливания включает процесс улавливания органических паров, выходящих из отходов в газовом потоке, который по существу свободен от кислорода. Это исключает реакцию окисления органических компонентов в мельнице, так как окисление обычно является нежелательным как для перерабатываемого вещества, так и для узлов обрабатывающего устройства. Газовый поток может быть или не быть разлагающим газом, таким как водород, метан,этан, пропан, бутан, природный газ, или их смесью. Газовый поток может быть частично или полностью относительно химически нереактивным, таким как азот или гелий. Газовый поток может содержать воду в виде пара. В предпочтительном варианте исполнения контейнер для перемалывания содержит относительно химически инертные (по крайней мере, при условии протекания процесса, проводимого в нем) твердые частицы или отдельные части, расположенные в нем. Движение контейнера вызывает перекатывание таких частей и способствует измельчению кусков агломерата до более мелких частиц. Было установлено в лабораторных условиях, подобные конечные результаты могут быть достигнуты при использовании предпочтительного варианта исполнения изобретения, более подробно описанного ниже, что возможно измельчать агломератные материалы до различного размера частиц, необходимого для обеспечения эффективного выделения органических компонентов. Следует учесть, что в увеличенном промышленном масштабе условия, требующиеся для достижения аналогичных конеч 000220 4 ных результатов, должны быть, очевидно, в определенной степени изменены. Предпочтительно, чтобы твердые частицы или отдельные части имели форму сфер, и более предпочтительно, чтобы они были металлическими шарами. Шары могут иметь диаметр в диапазоне 2,54-15,24 см. Было установлено, например, что при осуществлении процесса, в котором использовали все шары диаметром около 3,8 см, было достигнуто перемалывание частиц отстоя. Было также установлено, что возможно при осуществлении предпочтительного варианта способа получить частицы относительно малого размера при достаточной равномерности размеров. В соответствии с более широким вторым аспектом, настоящее изобретение включает устройство для термической десорбции. Предпочтительный вариант устройства содержит десорбционный сосуд, изолированный от окружающей атмосферы, предназначенный для термической обработки помещенного в него агломерата, содержащего относительно летучие компоненты, для их выделения. Устройство содержит ванну с расплавленным оловом, и сосуд,по крайней мере, частично погруженный в ванну с расплавленным оловом для передачи тепла от ванны внутреннему содержимому сосуда для десорбции относительно летучего компонента из агломерата. Следует иметь в виду, что слова "термическая десорбция" в данном контексте используются в широком смысле. Относительно летучие компоненты могут быть высвобождены в виде газа посредством выпаривания с помощью химической реакции, в которой химические связи в большой молекуле органического вещества разрушаются в ходе химической реакции с водородом захватывающих газов. Важным является то, что передача тепла или тепловой энергии способствует высвобождению относительно летучего компонента вещества, обрабатываемого в установке. Существуют средства высвобождения относительно летучих компонентов,отличные от двух, описанных здесь, и они будут подробно изложены ниже в связи с предпочтительными вариантами исполнения. В предпочтительном варианте исполнения устройство имеет входное отверстие, через которое захватывающие газы подают в сосуд, и выходное отверстие, через которое поток захватывающих и высвобожденных газов выходит из сосуда управляемым способом. Устройство может содержать средства для перемалывания, такие как твердые части для перемешивания с обрабатываемым веществом,загруженным в сосуд. В предпочтительном варианте исполнения сосуд выполнен в виде цилиндрического контейнера, имеющего центральную ось, расположенную по существу горизонтально, для враще 5 ния относительно нее, и средства для перемалывания, включающие массивные шары, расположенные в контейнере, для перемешивания агломерата во время вращения контейнера для разбивания кусков агломерата на более мелкие части. Отношение длины сосуда в горизонтальном направлении к его высоте может составлять приблизительно от 3 : 1 до приблизительно 10 : 1, например, отношение приблизительно 5 : 1 считается подходящим. В предпочтительном варианте устройство содержит средства для нагревания захватывающих газов до ввода в сосуд. В предпочтительном варианте устройство также содержит питатель, имеющий два отделения, каждое из которых может быть соединено с подающими средствами, будучи герметизировано от окружающей среды и от другого отделения для того, чтобы обеспечить возможность поочередной подачи материала из первого отделения в сосуд, которое герметизировано от второго отделения и от окружающей среды, для обеспечения загрузки материала во второе отделение, и подачи материала из второго отделения в сосуд, при этом второе отделение герметизировано от первого отделения и от окружающей среды, осуществляя загрузку материала в первое отделение, для обеспечения возможности по существу непрерывной подачи материала для переработки в десорбционный сосуд. В предпочтительном варианте исполнения устройства десорбционный сосуд представляет собой цилиндрический контейнер, имеющий центральную ось, расположенную по существу горизонтально и содержащий, по крайней мере,нижнюю часть контейнера, погруженную в ванну с расплавленным оловом. В конкретном варианте исполнения устройства, изобретение заключается в создании термической десорбционной мельницы, предназначенной для высвобождения относительно летучего компонента из агломерата. Десорбционная мельница содержит десорбционный сосуд, установленный с возможностью вращения,который, покрайней мере, частично погружен в ванну с расплавленным оловом для передачи тепла от ванны к внутреннему содержимому сосуда для десорбции относительно летучего компонента, такого как газ, из агломерата, находящегося в сосуде, нагреватель ванны и твердые части из относительно инертного материала, расположенные в сосуде и предназначенные для перемешивания агломерата во время вращения сосуда для физического разрушения агломерата. Сосуд содержит входное отверстие для подачи агломерата в него, первое выпускное отверстие для выхода газов и второе выпускное отверстие для вывода измельченных частей относительно нелетучих твердых компонентов агломерата и одновременного удерживания твердых частей в сосуде. 6 Этот и другие аспекты настоящего изобретения описаны далее в связи с предпочтительными вариантами исполнения настоящего изобретения. На фигурах изображено: на фиг.1 - вид сверху передвижного устройства, выполненного в соответствии с настоящим изобретением; на фиг.2 - вид сбоку устройства, представленного на фиг.1, с частичными сечениями; на фиг.3 - вид сзади со стороны загрузки агломерата устройства по 3-3 на фиг.2; на фиг.4 - подробный вид устройства со стороны, аналогичной показанной на фиг.3, с частичными сечениями; на фиг.5 - подробный вид устройства со стороны, аналогичной показанной на фиг.3, с частичными сечениями; на фиг.6 - подробный вид в перспективе выпускной части устройства с частичными сечениями; на фиг.7 - вид сбоку в разрезе части устройства, перерабатывающей кусковой агломерат. Предпочтительный вариант передвижного устройства 10 представлен на чертежах. Устройство 10 преимущественно содержит систему для загрузки отходов 12, шаровую мельницу 14,ванну с оловом 16 и систему 18 восстановления твердых частиц (см.фиг.2), смонтированные на трейлере с двухпозиционной рамой 20 длиной 16,8 см. Система для загрузки отходов 12, расположенная в передней части трейлера, разделена на параллельные линии подачи, причем каждая линия по существу аналогична другой, поэтому описана будет только одна. Каждая линия содержит один питатель 22, имеющий широкую верхнюю часть и узкую нижнюю. Труба 24 образует сообщающийся проход между питателем и внутренней частью мельницы 14. Транспортирующий механизм, содержащий две пары сопряженных, вращающихся в противоположных направлениях горизонтальных шнека 26 диаметром 15,2 см, расположенных между нижней частью питателя и входным отверстием мельницы, создают средства для подачи сырья из питателя в шаровую мельницу. Устройство выполнено таким образом, что крышка питателя 22 может быть закрыта, для того чтобы изолировать емкость питателя от внешнего окружения. Шаровая мельница 14 содержит барабан 28, в котором размещены стальные шары 30 диаметром 3,8 см. Барабан частично погружен в расплав олова в ванне 16 и приводится во вращение приводом 32. Олово в ванне находится в статическом состоянии, т.е. в неподвижном барабане 34. Привод содержит два мотора (не показаны), снабженные зубчатыми колесами, которые сопряжены с ведущими звездочками 36,соединенными посредством роликовых цепей 38 с соосными звездочками 40, расположенными 7 на валу, соосном с осью барабана 28. Горелки 42 установлены под ванной с оловом 16 в печи 44. Отвод выхлопных газов производят через выхлопную трубу 46. Подачу поступающего газа осуществляют по трубе 48, которая размещена в горячей зоне, окружающей шаровую мельницу, для ввода газов в барабан 28 у конца,противоположного зоне загрузки. Проход для выходящих газов расположен вокруг труб 24 для того, чтобы обеспечить выход газов в трубу 50, благодаря чему газы выходят из барабана с того же конца, с которого производят загрузку сырья. В описываемом варианте исполнения труба 50 ведет к восстановительному сосуду типа, представленного в патенте США 5 050 511, например, для обработки выхлопных газов. Около отверстия 52 для вывода твердых частиц расположена стенка с пазами 54, которая удерживает шары 30 внутри барабана 28. Лопасти 56, аналогичные тем, которые используют в смесителях цементовозов, расположены между пазами и отверстием для вывода. Система 18 восстановления твердых частей содержит транспортер 58 для удаления твердых частей или гравия, выводимых из отверстия 52 в выпускной части барабана 28. Транспортер 58, приводимый мотором 60, осуществляет подачу в трубу 62, которая ведет окончательно к глиномялке 64. Система 18 восстановления твердых частей содержит трубопровод для подачи пара 66. Ниже по потоку от ввода для пара расположен ввод для воды 68. Затем материал транспортируют через охлаждающую зону 70, охлаждаемую водяной охлаждающей рубашкой 72. Поворотный воздушный затвор 74 расположен между охлаждающей рубашкой и глиномялкой 64. Глиномялка содержит лопатки 76 на валу 78,который приводят в движение приводом 80. Чтобы начать работу, порцию загрязненных материалов загружают в один из питателей 22, причем нижняя часть питателя герметизирована, чтобы отделить внутреннюю часть системы от окружающей среды. Верхнюю часть загруженного отделения закрывают и таким образом изолируют от окружающей среды и от остальной части устройства. Отделение затем освобождают от кислорода путем подачи азота через входной и выходной краны (не показаны). Другие компоненты устройства, герметизированные от окружающей среды, т.е. трубу 24,шаровую мельницу 14, трубу 48 для подачи газа, трубу 50 для выхода газа, трубу 62, ведущую к глиномялке, аналогичным образом освобождают от кислорода. Точно так же восстановительный сосуд деструктора органических веществ, такой как представлен в патенте США 5 050 511, также освобождают от кислорода. Олово в ванне 16 поддерживают в расплавленном состоянии при соответствующей температуре выше температуры плавления олова, т.е. около 232 С, с помощью нагревателей 8 42. Барабан 28 установлен с возможностью вращения и шнек 26 приводят во вращение для транспортирования отходов от загрузочного питателя по трубе 24 во вращаемый барабан. В барабане отходы приводят в контакт с горячими шарами 30 и обычно подбрасывают, отбрасывают по сторонам, распыляют или каким-либо другим способом измельчают до относительно малых размеров частиц. Далее тепло, передаваемое от горячих шаров и горячих стенок барабана, обеспечивает выпаривание веществ или рассеивание в атмосфере барабана подходящим способом. Водород подают по трубе 48, которая проходит через зону нагрева 82 для входа в барабан с конца, противоположного тому, где вводят необработанные отходы, причем потоком водорода управляют с помощью соответствующего клапана. Водород таким образом нагревают перед вводом его в барабан 28. Летучие материалы, высвобождающиеся из отходов, захватываются потоком водорода, протекающим по существу в направлении, указанном стрелкой 84, и направляются в выхлопную трубу для газа 50 для подачи его в реактор для разложения. Вначале, у отверстия загрузки отходов в барабан воду и очень летучие соединения нагревают и выпаривают. Менее летучие и полулетучие органические соединения выпаривают позже, когда температура твердых частей в барабане повышается одновременно с повышающейся возможностью доступа водорода к твердым частям, так как вся вода уже выкипела. При последующем нагревании углеводороды,имеющие большой молекулярный вес, и другие относительно нелетучие органические соединения, такие как целлюлоза и полимеризованные углеводороды, обращают в газ в виде более мелких газовых молекул, которые улетучиваются вслед за некоторым количеством остаточного углерода. В конце процесса образуются твердые остатки отходов, или спекшиеся части, которые химически инертные в условиях, имеющих место в барабане. Твердые части транспортируют к выпускному концу барабана. Затем эти твердые части проходят через пазы 54, чтобы можно было транспортировать их к отверстию 56 для того, чтобы обеспечить подачу на шнек 58, который подает спекшиеся части к глиномялке. Пазы 54 достаточно малы, чтобы препятствовать выходу любых достаточно больших кусков необработанного материала, которые не были размолоты до соответствующего размера в барабане. Транспортирующее средство 58, выполненное в виде шнека и лопастного винта, имеет около 1,2 м в длину и подает материал к глиномялке. Через трубопровод 66 подают пар. Этот пар создает газовый затвор и снижает повторное загрязнение твердых частиц благодаря противотоку чистого пара, замещающего загрязненные 9 испарения. Управляемый поток воды инжектируют за несколько сантиметров выше по потоку до глиномялки по трубопроводу 68. Большая часть воды направляется ниже по потоку, смешивается с твердыми частями и способствует охлаждению этих выходящих твердых частей для образования пастообразной массы. Влажный материал транспортируют через охлаждающую зону 70, охлаждаемую водяной охладительной рубашкой 72. Материал транспортируют к поворотному воздушному затвору 74 и к глиномялке 64. Пастообразную массу прессуют и накапливают в глиномялке и периодически выводят из нее в виде относительно гомогенной пасты. Глиномялка также способствует герметизации устройства со стороны выхода твердых частей относительно окружающей среды. В альтернативном варианте исполнения устройства твердые компоненты могут извлечены из выходного отверстия 88 мельницы с помощью шнека, аналогичного шнеку 58, который охлаждают воздухом, а не водой, причем поток нагревающегося при этом воздуха затем подают во входное отверстие вентилятора камеры сгорания для горелок 42 ванны с оловом. Твердые части подаваемые шнеком, проходят затем через поворотный воздушный затвор во временный накопитель. Небольшой поток распыляемой воды превращается в пар на горячих твердых частях, способствуя дальнейшему охлаждению твердых частей и создавая газовый затвор между временным накопителем и мельницей,препятствуя прохождению противоположного потока пара через поворотный воздушный затвор и шнек, подающий твердые части. Горячие твердые части могут быть удалены из временного накопителя с использованием цепного транспортера в трубе, снабженного цепью с круглыми дисками для выталкивания твердых частей в/через трубу в камеру кондиционирования твердых частей. Цепной транспортер в трубе может служить еще одним затвором для прохождения газа внутрь устройства из окружающей атмосферы, благодаря расположению ниже поверхности твердых частей. Твердые части могут быть охлаждены и увлажнены в камере кондиционирования с помощью управляемого потока распыляемой воды. Камера кондиционирования может быть выборочно оснащена другими перемешивающими средствами, такими как шнеки, для улучшения процесса смешивания распыляемой воды и твердых частей и для улучшения процесса передачи тепла. Образовавшийся пар может быть направлен к охлаждающему сборнику или башне, в которых пар конденсируется и охлаждается в теплообменнике. Так как камера кондиционирования потребляет воду для увлажнения твердых частиц, то никакой утечки не происходит из пароохладительной системы и воду придется добавлять. Кондиционированные твердые части выводят из камеры кондиционирования в помощью цепного транспортера в 10 трубе в удобное место для накопления в ящиках или в штабелях. Когда отходы, загруженные в одно из отделений 22 питателя, перерабатывают, другие отделения изолированы от остальной системы, и в них загружают отходы и затем их очищают. Когда первая порция уже загружена в барабан,первое отделение изолировано от остальной системы, и второе отделение открыто для того,чтобы осуществлять из него более или менее непрерывную подачу отходов в барабан, даже если отходы подают периодически в два питателя 22 порциями. Газовый поток, содержащий водород и выделившиеся газы следует изолировать от окружающей среды, так как водород очень активно вступает в реакцию с кислородом. Сам процесс сепарации (т.е. отделение относительно летучих и нелетучих веществ), раскрытый здесь, обычно называют в данной области техники "термической десорбцией". Это объясняется тем, что передача тепла или тепловой энергии к отходам приводит к выделению относительно летучих органических соединений из материала, подвергаемого десорбции, из относительно нелетучих компонентов, таких как,например, песок. Водород или смеси, содержащие в существенной концентрации водород, являются предпочтительными улавливающими газами в описываемом процессе, так как водород - это газ,используемый для разложения выделяемых органических соединений в последующем этапе,как описано в патенте США 5 050 511. Следует учитывать, что разложение происходит в самом устройстве для десорбции, а водород,благодаря малым размерам и способности проникать сквозь пористые поверхности, способствует протеканию процесса десорбции. Реакционная способность водорода способствует протеканию реакций, которые могут усиливать процесс отделения органических молекул от неорганических веществ. Водород может также ослабить эффект водородных связей между молекулами или у поверхностей таких материалов,как глина, чтобы обеспечить более эффективную десорбцию. Установлено, таким образом,что водород обеспечивает более эффективную десорбцию, чем азот, гелий или другие инертные газы. Однако в других областях применения, в которых требуется просто собрать выделенное вещество, можно использовать пар, азот или гелий, например, или их смеси в качестве улавливающих газов. Кислород не применяют в большинстве ситуаций, если окисление выделенного вещества требуется избежать. Барабан в описанном устройстве имеет диаметр около 1,2 м и длину - около 6,1 м, и изготовлен из стали или из нержавеющей стали. С внутренней стороны изогнутые стенки мельницы должны иметь точную форму, чтобы 11 уменьшить любую возможность вибрации при движении шаров. Количество шаров во многих случаях может быть достаточным, если они набраны в 3-7 рядов. С внутренней стороны барабан может быть покрыт соответствующим материалом, чтобы увеличить продолжительность срока службы стали. Для переработки земли или отстоев, содержащих многохлористые бифенилы (МХБ),наиболее подходящий диапазон температур ванны для десорбции составляет около 500600 С. Точные параметры процесса, такие как температура ванны, количество шаров, скорость вращения барабана, скорость загрузки отходов в барабан, скорость отводящего потока газа и время осаждения твердых частиц в барабане и т.д., могут быть определены для каждой конкретной ситуации. Физическое уменьшение величины частиц и измельчение органических волокон, получающееся в результате размалывающего действия движущихся шаров на отходы, приводит к улучшенной десорбции органических компонентов из отходов, содержащих твердые части или другие агломераты, такие как глинистые материалы или глина и т.д. При уменьшении размеров частиц увеличивается суммарная площадь их поверхности, необходимая для взаимодействия твердых частей и газа, что обеспечивает повышенную скорость и масштаб десорбции органических соединений от нелетучих материалов. Описанный способ и устройство могут быть особенно использованы для предварительной обработки смол, содержащих полиароматические углеводороды (ПАУ), для десорбции ПАУ для дальнейшего их разложения или другой обработки. Другие возможные применения могут включать предварительную обработку других опасных органических отходов, опасных металлов, каменноугольных смол, биомедицинских отходов и пульпы и др. отходов бумажного производства. Отходы могут содержать или не содержать органические соединения, такие как галоидированные бифенилы, галоидированные бензолы, галоидированные фенолы, галоидированные циклощелочные соединения, галоидированные щелочные соединения, галоидированные диоксины и галоидированные дибензофураны. Как уже упоминалось ранее, ПАУ могут содержаться в отходах или в других обычно используемых хлорированных органических соединениях, таких как хлорированные бензолы, хлорированные фенолы, хлорированные циклощелочные соединения, хлорированные щелочные соединения, хлорированные диоксины, хлорированные дибензофураны и т.д. Следует учесть, что механизм сепарации компонентов, хотя и описан здесь главным образом как физический и химический процессы 12 десорбции, может содержать процессы выпаривания, газификации и приводить к разложению атмосферных газов, частичное химическое разложение одно или в комбинации. Термином"десорбция" в контексте настоящего изобретения обозначен любой такой процесс, при котором вещество улетучивается, т.е. высвобождается в газообразной форме из твердого вещества. В любом случае, было установлено, что возможно получить в лабораторных условиях результаты, показывающие эффективность настоящего изобретения. Водород использовали в качестве отводящего газа. В увеличенном до промышленных масштабов процессе главными технологическими параметрами, влияющими на степень высвобождения летучих веществ, будут,очевидно, продолжительность полного цикла осаждения материала в мельнице и температура мельницы. Результаты работы на лабораторной установке представлены в таблице. Суммарные результаты работы на лабораторной термической десорбционной мельнице Тип отходов Грунт (глинистый, маслянистый) Грунт (сухой, песчаный,пронизанный ПАУ) Грунт (сухой, песчаный,пронизанный ПАУ) Отстой (илистый, тонкий,пронизанный ПАУ) Отстой (илистый, тонкий,пронизанный ПАУ) Отстой (илистый, тонкий,пронизанный ПАУ) Отстой (илистый, тонкий) Отстой (илистый, тонкий) Отстой (илистый, тонкий) Отстой (илистый, тонкий) Отстой (илистый, тонкий) Отстой (илистый, тонкий) Отстой (илистый, тонкий) Отстой (илистый, тонкий) Концентра- Концентрация ция ПАУ в ПАУ в спеченотходах,ных твердых 1/1000000 ч. частицах,1/1000000 ч. 39 0,01 440 Как видно из таблицы, концентрация ПАУ в исходных отходах существенно снижена до долей одной части на 1000000 в спеченных твердых частицах, остающихся после обработки в соответствии со способом по настоящему изобретению. Результаты, приведенные в качестве иллюстрации, были получены при использовании расплавленного олова при температуре в диапазоне 500 - 600 С и при продолжительности цикла 5-15 мин. Хотя полученные результаты зависят от времени осаждения материала, перерабатывавшегося в мельнице, температуры в мельнице и т. д., очевидно, что большое количе 13 ство ПАУ может быть эффективно выделено из различных типов исходного сырья при использовании способа, раскрытого в настоящем изобретении. При переработке отходов главной проблемой для потребителя, использующего настоящее изобретение, является удаление летучих веществ, по крайней мере, до величины, необходимой для того, чтобы были выполнены требования, предъявляемые в конкретном регионе. Должно быть возможным достижение воспроизводства процесса и, таким образом, предсказуемость результатов при использовании описанных способа и устройства для конкретного вида исходных сырьевых материалов. Таким образом, понятно, что термин "размалывание" включает разбивание агломерата на части, чтобы обеспечить высвобождение летучих веществ,при этом твердые частицы могут также быть разбиты или растерты до более мелких размеров частиц, используя описанный способ. В устройстве описанного варианта барабан частично погружен в расплавленное олово приблизительно на 15% его диаметра. Эта величина тоже может быть изменена. Высокая плотность олова позволяет использовать его в качестве материала для ванны, на которой поддерживается вращающийся барабан. Точно также высокая теплопроводность, низкая вязкость, высокое поверхностное натяжение и отсутствие взаимодействия с водородом олова делает его особенно подходящим в качестве материала для ванны. Величину, на которую барабан 28 погружен относительно барабана 34, выполняющего роль ванны, можно регулировать в зависимости от количества олова в барабане 34 или от веса материала в барабане 28 в определенный момент времени. Ограниченные возможности изменения величины погружения регулируют с помощью роликовой приводной цепи со стороны загрузки сырья и путем поддерживания центрального вала 86 барабана в подшипниках, установленных на вертикальных направляющих 88 у выпускного конца устройства. Как раньше было упомянуто, олово имеет точку плавления около 232 С. Точка кипения олова составляет около 2260 С и атомарное олово обладает относительно низкой токсичностью. Таким образом, имеется достаточно широкий диапазон температур, в котором предложенный способ может быть осуществлен, но при этом надо иметь ввиду понижение прочности таких материалов, как нержавеющая сталь и т.п. с увеличением температуры. В описанном варианте исполнения установлены две горелки 42, в которых используют пропан, природный газ или какое-либо подходящее горючее. Продукты разложения отходов,получаемых в процессе их разложения, могут также быть использованы в качестве горючего для горелок. Коллектор, содержащий множество горелок, работающий при высоком значении 14 соотношения воздух : горючее, может быть использован для обеспечения более равномерного нагрева и для контролирования температуры пламени. Вокруг барабана расположены наружные стенки, образующие печь, разделенную на верхнюю и нижнюю камеры. Выхлопные газы от горелок сначала направляют через нижнюю камеру в направлении к выпускному концу барабана. Затем газы направляют через верхнюю камеру печи для нагрева верхней части барабана, нагрева протекающего внутрь потока захватывающих газов, трубы 48 и выходящего потока захватывающих газов вместе с выделенными газами, трубы 50. Выхлопные газы от горелок окончательно выводят из печи в окружающую атмосферу через выхлопную трубу 46. Альтернативное устройство к системе загрузки отходов 12, представленное выше, является системой, включающей многоступенчатый насос, параллельные линии подачи, по существу идентичные одна другой, предназначенные для более или менее непрерывной подачи поочередно загружаемых порций сырья. Примером таких насосов могут служить насосы, поставляемые фирмой "Борнман" или фирмой "ИнгерсольДрессер Памп Компэни", г.Чесапик, шт. Вирджиния. Так как способ и устройство, описанные здесь, могут быть использованы для переработки материалов, являющихся опасными при попадании их в окружающую среду, любое применение изобретения должно включать правильное управление и меры предохранения. Например, один или два монитора, способные определять наличие опасных материалов, должны быть, как правило, расположены около выпускного отверстия глиномялки и снабжены соответствующими автоматически управляемыми средствами для выключения устройства, если будет обнаружена утечка опасных веществ через выходное отверстие. Следует, конечно, иметь ввиду, что данное описание касается предпочтительного варианта исполнения, известного в настоящее время авторам, однако для специалиста в данной области техники очевидно, что возможны различные отклонения от данного описания, которые не выходят за пределы объема изобретения, определенного прилагаемой формулой изобретения. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ отделения относительно летучего компонента агломерата, содержащего твердый компонент, отличающийся тем, что агломерат размалывают в контейнере, по крайней мере, частично погруженном в ванну с расплавленным материалом для выпаривания из него относительно летучего компонента. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что осуществляют поглощение паров для предотвращения выхода их в окружающую среду. 15 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что расплавленный материал нагревают для передачи энергии от ванны к внутреннему содержимому контейнера для осуществления выделения относительно летучего компонента, при этом расплавленным материалом является расплавленное олово. 4. Способ по п.2 или 3, отличающийся тем,что этап размалывания включает вращение барабана относительно его центральной оси, причем барабан выборочно вращают со скоростью в пределах приблизительно 5-30 об/мин, преимущественно со скоростью приблизительно 15 об/мин, причем этап поглощения включает захват органических паров, выделяемых из отходов, газовым потоком, содержащим разлагающий газ, который выбирают из ряда: водород,метан, этан, пропан, бутан, природный газ или их смеси с начальной концентрацией водорода,по крайней мере, 50%, и/или содержащим азот,пар, гелий или их смеси. 5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что температуру в контейнере поддерживают в пределах 300-600 С, а пары, захваченные газовым потоком, химически разлагают в зоне переработки, а затем конденсируют в жидкость в этой зоне. 6. Устройство для термической десорбции,содержащее десорбционный сосуд для агломерата, содержащего относительно летучий компонент, ванну с расплавленным материалом,отличающееся тем, что сосуд, по крайней мере,частично погружен в ванну с расплавленным материалом для передачи тепла от ванны к внутреннему содержимому сосуда для выделения относительно летучего компонента из агломерата. 7. Устройство по п.6, отличающееся тем,что содержит средства для размалывания агломерата в десорбционном сосуде и обеспечения термической десорбции относительно летучего компонента. 8. Устройство по п.6 или 7, отличающееся тем, что содержит нагреватель ванны, служа 000220 16 щий в качестве источника тепла для передачи тепла, средства для улавливания выделенных газов из агломерата, содержащие накопительный сосуд, соединенный с десорбционным сосудом посредством клапана для передачи газов из десорбционного сосуда в накопительный сосуд, входное отверстие для управляемого ввода в него улавливающих газов и выпускное отверстие в сосуде для управляемого вывода газов,причем десорбционный сосуд выполнен в виде цилиндрического контейнера, имеющего центральную ось, расположенную по существу горизонтально, и связанного со средствами для осуществления его вращения относительно этой оси, а средства для размалывания включают сферы и/или металлические шары, расположенные в контейнере для перемешивания агломерата во время вращения контейнера для разрушения кусков агломерата на более мелкие части,при этом отношение длины сосуда к его диаметру находится в диапазоне от 3:1 до 10:1,преимущественно в диапазоне 5:1, а десорбционный сосуд имеет входное отверстие для загрузки агломерата на первом конце и выходное отверстие для относительно нелетучих недесорбируемых материалов на втором конце. 9. Устройство по п.6 или 7, отличающееся тем, что содержит средство для подачи газов,захватывающих газы, выделяемые из агломерата, включающее входное отверстие для ввода улавливающих газов, расположенное на втором осевом конце контейнера, и выходное отверстие для вывода газовых веществ с первого осевого конца контейнера, средства для нагрева улавливающих газов до ввода их в сосуд, средства для подачи агломерата в сосуд через входное отверстие и питатель, имеющий два отделения, каждое из которых присоединено к средствам для подачи, причем каждое герметизировано от окружающей среды и от другого отделения для осуществления непрерывной подачи агломерата из первого отделения в десорбционный сосуд.

МПК / Метки

МПК: F23G 7/14, B09B 3/00, B01D 1/04

Метки: способ, переработки, устройство, органических, осуществления, отходов

Код ссылки

<a href="http://easpatents.com/10-220-sposob-pererabotki-organicheskih-othodov-i-ustrojjstvo-dlya-ego-osushhestvleniya.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Способ переработки органических отходов и устройство для его осуществления</a>

Похожие патенты