Технологическая линия для переработки твердых бытовых отходов и угля в синтетические моторные топлива
Полезная модель относится к области утилизации твердых бытовых отходов (ТБО), путем их газификации с последующим каталитическим превращением полученного синтез-газа в жидкие моторные топлива и ценные химические продукты.
Технологическая линия (ТЛ) для переработки твердых бытовых отходов (ТБО) и угля содержит технологически связанные установку подачи отходов (УПО), установку газификации (УГ), установку очистки синтез-газа (УОСГ), установку синтеза углеводородов (УСГ), при этом, согласно полезной модели, УПО выполнена в виде установки подготовки твердых бытовых отходов, УОСГ выполнена в виде установки очистки газовых продуктов газификации от каталитических ядов (УОГПГ), причем ТЛ дополнительно содержит установку приготовления водоугольной смеси, установку газификации водоугольной смеси, установку очистки газовых продуктов газификации водоугольной смеси от каталитических ядов, установку получения кислорода (УПК), установку моноэтаноламиновой очистки синтез-газа, установку моноэтаноламиновой очистки газообразных продуктов синтеза углеводородов, установку гидрирования диоксида углерода в углеводородные фракции, установку получения синтез-газа парциальным окислением газообразных углеводородов, установку ректификации моторных топлив, установку ароматизации бензина и автоматизированную систему управления технологическими процессами.
В вариантах выполнения, УПК снабжена линией отвода азота, а установка моноэтаноламиновой очистки синтез-газа снабжена линией отвода примесей диоксида углерода.
Предложенная технологическая линия позволяет перерабатывать ТБО городских свалок и уголь, при этом независимо от теплотворной способности ТБО за счет газификации угля обеспечивается поддержание необходимой температуры для газификации органической составляющей ТБО. Получаемое топливо превосходит значение минимального цетанового числа на 10-15 пунктов, не содержит сернистых компонентов и соединений тяжелых материалов, что существенно улучшает его эксплутационные характеристики. Получаемый автомобильный бензин отвечает требованиям, предъявляемым к бензину марки «Премиум 95», и отличается пониженным содержанием бензина и олефинов. Улучшение этих показателей существенно уменьшает токсичность выхлопов автотранспорта.
Полезная модель относится к области утилизации твердых бытовых отходов (ТБО), путем их газификации с последующим каталитическим превращением полученного синтез-газа в синтетические жидкие моторные топлива и ценные химические продукты.
Известны технологические линии для сжигания ТБО с одновременным получением энергии. Однако функционирование таких линий с применением ТБО, в частности, содержащих галогены, может привести к повреждению мусоросжигательных установок. Кроме того, для полного сжигания ТБО требуется поддержание температуры на постоянном уровне, которое очень трудно поддерживать из-за различной теплотворной способности разных видов отходов, приводящей (как правило) к снижению температуры и неполному сжиганию ТБО. Обычно эта проблема обычно решается за счет применения большого количества дополнительных энергоносителей. Опасные вещества, например, диоксины и дибензофураны, получающиеся при сжигании ТБО, также создают проблему, которая может быть решена только за счет постоянного поддержания температуры сжигания выше 1260°С, см. например US, патент №5249952, кл. F23С 3/00, 93 г.; US патент №4971599, кл. С10J 3/20, 90 г.
Наиболее близким аналогом, принятым за прототип полезной модели, является технологическая линия для переработки бытовых отходов, содержащая систему подачи отходов и газифицирующих агентов, подключенную к установке газификации, снабженную линией отвода синтез-газа, которая подключена через установку для очистки синтез-газа, к установке синтеза углеводородов, снабженной линиями отвода жидких углеводородных фракций, см. патент RU №2217199, A62D 3/00, 02 г.
Недостатком этой технологической линии является ограниченные возможности регулирования состава продуктов газификации при изменении теплопотребности загруженных материалов; невозможность управления потребительскими характеристиками продуктов; при повышении производительности (для промышленного использования) потребуется кардинальное изменение ее конструкции.
Задачей, решаемой заявленной полезной моделью является устранение указанных недостатков при переработке ТБО, а также повышение качества и выхода товарных продуктов.
Решение указанной задачи обеспечено тем, что технологическая линия для переработки твердых бытовых отходов и угля в синтетические моторные топлива содержащая, установку подачи отходов, подключенную к установке газификации, снабженной линиями подачи газифицирующих агентов и линией отвода синтез-газа, которая подключена через установку для очистки синтез-газа, к установке синтеза углеводородов, снабженной линиями отвода жидких углеводородных фракций, согласно полезной
модели, установка подачи отходов выполнена в виде установки подготовки твердых бытовых отходов, установка для очистки синтез-газа выполнена в виде установки очистки газовых продуктов газификации от каталитических ядов, причем технологическая линия дополнительно содержит установку приготовления водоугольной смеси, установку газификации водоугольной смеси, установку очистки газовых продуктов газификации водоугольной смеси от каталитических ядов, установку получения кислорода, установку моноэтаноламиновой очистки синтез-газа, установку моноэтаноламиновой очистки газообразных продуктов синтеза углеводородов, установку гидрирования диоксида углерода в углеводородные фракции, установку получения синтез-газа парциальным окислением газообразных углеводородов, установку ректификации моторных топлив, установку ароматизации бензина и автоматизированную систему управления технологическими процессами по переработке твердых бытовых отходов и угля в синтетические моторные топлива, при этом установка подготовки твердых бытовых отходов снабжена линией отвода минеральной составляющей твердых бытовых отходов, а линия отвода органической составляющей твердых бытовых отходов этой установки, подключена к установке газификации твердых бытовых отходов, подключенной к установке очистки газовых продуктов газификации твердых бытовых отходов от каталитических ядов, при этом установка приготовления водоугольной смеси подключена по линии отвода водоугольной смеси к установке газификации водоугольной смеси, которая подключена к установке очистки газовых продуктов газификации водоугольной смеси от каталитических ядов, причем установки газификации твердых бытовых отходов и газификации водоугольной смеси подключены к линии подачи кислорода от установки получения кислорода, при этом установка очистки газовых продуктов газификации твердых бытовых отходов от каталитических ядов и установка очистки газовых продуктов газификации водоугольной смеси от каталитических ядов по линиям отвода соответствующих газообразных продуктов подключены к последовательно подключенным установке моноэтаноламиновой очистки синтез-газа и установке переработки синтез-газа в синтетические углеводороды, к которым подключена установка получения синтез-газа парциальным окислением газообразных углеводородов, причем эта установка по линии отвода из нее синтез газа подключена к установке переработки синтез-газа в синтетические углеводороды; по линии ввода в нее воды, подключена к установке гидрирования диоксида углерода в углеводородные фракции; по линии ввода в нее газообразных углеводородов, подключена к установке моноэтаноламиновой очистки газообразных продуктов синтеза углеводородов; по линии отвода из нее водорода подключена к установке гидрирования диоксида углерода в углеводородные фракции, которая по линии отвода из нее газообразных углеводородов, подключена к линии подачи газифицирующих агентов в установки газификации твердых бытовых отходов и газификации водоугольной смеси; установка переработки синтез-газа по линии отвода из нее реакционной воды, подключена к установке приготовления водоугольной смеси, а по линии отвода из нее жидких углеводородов подключена
к последовательно подключенным, установке ректификации моторных топлив и установке ароматизации бензина, которые снабжены линиями отвода, соответственно, синтетических дизельного и моторного топлив и отвода газообразных углеводородов, подключенных к линии подачи газифицирующих агентов в установки газификации водоугольной смеси и газификации твердых бытовых отходов. В вариантах выполнения, установка получения кислорода снабжена линией отвода азота, а установка моноэтаноламиновой очистки синтез-газа может снабжена линией отвода примесей диоксида углерода, которая может быть подключена к линии подачи газифицирующих агентов в установки газификации водоугольной смеси и газификации твердых бытовых отходов.
Полезная модель иллюстрируется чертежом, где схематично представлена принципиальная технологическая схема по переработке в синтетические моторные топлива твердых бытовых отходов и угля.
На чертеже использованы следующие позиции:
1 - установка приготовления водоугольной смеси (ВУС) (уголь и техническая вода).
2 - установка газификации водоугольной смеси (ВУС).
2а - установка очистки газовых продуктов газификации ВУС от каталитических ядов (соединений серы, соединений металлов, соединений фосфора).
3 - установка подготовки твердых бытовых отходов (разделение ТБО; выделение минеральной составляющей: стекла, металлов, породы, камня; создание однородной массы органической составляющей: дробление, диспергирование).
4 - установка газификации твердых бытовых отходов.
4а - установка очистки газовых продуктов газификации ТБО от каталитических ядов (соединений серы, соединений металлов, соединений фосфора).
5 - установка получения кислорода.
6 - установка моноэтаноламиновой очистки синтез-газа;
7 - установка переработки смеси оксида углерода и водорода (синтез-газ) в синтетические углеводороды.
8 - установка моноэтаноламиновой очистки газообразных продуктов синтеза углеводородов.
9 - установка гидрирования диоксида углерода в углеводородные фракции.
10 - установка получения синтез-газа парциальным окислением газообразных углеводородов.
11 - установка ректификации моторных топлив (жидкие и газообразные углеводороды).
12 - установка ароматизации бензина.
13 - автоматизированная система управления технологическими процессами по переработке твердых бытовых отходов и угля в синтетические моторные топлива (АСУ ТП).
Вышеперечисленные технологические установки входят в состав технологической линии для промышленного производства синтетических моторных топлив.
Предложенная технологическая линия предназначена для переработки двух видов сырья: твердых бытовых отходов и бурого угля.
Работа предложенной технологической линии осуществляется следующим образом.
Уголь поступает в установку 1 - приготовления водоугольной смеси (ВУС), в которой на первом этапе его измельчают до фракции размером 100-200 мкм, а затем смешивают с водой и реагентами, обеспечивающими устойчивость ВУС. Полученная ВУС поступает на установку газификации 2. В установке газификации под воздействием температуры и плазменного разряда происходят процессы взаимодействия углеродной составляющей угля и воды, приводящие к образованию оксида углерода, водорода, углеводородных газов и жидких органических соединений. Газообразные продукты газификации подвергают очистке от каталитических ядов (соединений металлов, серы, фосфора, галогенов и мышьяка) на установке 2а. Полученная на установке газификации ВУС парогазовая смесь, содержащая воду, монооксид углерода, водород, диоксид углерода и примеси, направляется на установку моноэтаноламиновой очистки 6. После очистки содержание серы снижается до необходимого уровня - не более 0,1 г/100 нм3. Из парогазовой смеси выделяются вода, монооксид углерода и водород. Вода возвращается в технологический цикл. Монооксид углерода и водород подвергаются очистке от посторонних примесей и поступают на установку переработки синтез-газа в синтетические углеводороды 7. Твердые бытовые отходы поступают на установку 3 - подготовки ТБО, где происходит их разделение и выделение минеральной составляющей (стекла, металлов, породы, камня) и создание однородной массы органической составляющей за счет дробления, диспергирования, истирания. Приготовленная гомогенная масса органической составляющей твердых бытовых отходов направляется на установку газификации 4. В процессе газификации органической составляющей ТБО образуются газообразные продукты и минеральная составляющая в виде золы. Выгорание из угольного шлама углерода позволяет использовать оставшуюся минеральную составляющую для производства строительных материалов. Полученные после газификации органической составляющей газы после очистки их от каталитических ядов на установке 4а направляются на установку моноэтаноламиновой очистки 6, в которой окись углерода и водород дополнительно очищаются от диоксида углерода и примесей. Диоксид углерода подается на установку гидрирования 9 и частично возвращается рециклом на установку газификации водоугольной смеси 2. Очищенный синтез-газ направляется на установку синтеза углеводородов Фишера-Тропша 7, где в присутствии специальных катализаторов происходит образование углеводородов и побочных продуктов реакции: воды и диоксида углерода. Парогазовая смесь продуктов реакции поступает на установку моноэтаноламиновой очистки газообразных продуктов синтеза углеводородов 8. Реакционная вода, содержащая растворимые кислородсодержащие соединения, поступает на установку приготовления водоугольной смеси 1 и подготовки твердых бытовых отходов 3. Жидкие углеводороды направляются на установку ректификации моторных топлив 11, где происходит разделение бензиновой и дизельной фракции. Бензиновая фракция направляется на установку ароматизации бензина 12. Газообразные углеводороды с установок 11 и 12 направляются на плазменные горелки установок газификации ВУС и
ТБО. Диоксид углерода подается на установку 9 гидрирования водородом, который поступает из установки парциального окисления 10. В присутствии катализатора образуются газообразные углеводороды и вода. Побочным продуктом реакции является вода. Газообразные углеводороды направляются на плазменные горелки установок газификации ВУС и ТБО. Газообразные углеводороды, полученные в процессе синтеза углеводородов (на установке 7), направляются на установку парциального окисления 10, где в присутствии катализатора протекают реакции с образованием монооксида углерода и водорода. При регенерации катализатора водой выделяется водород, используемый на установке гидрирования диоксида углерода 9. Целевой продукцией установки является синтез-газ, который после очистки от примесей направляется на установку получения синтетических углеводородов 7.
Управление технологическим процессом автоматизировано.
Автоматизированная система управления технологическим процессом (АСУ ТП) включает в себя автоматизацию управления отдельно взятой установки и всем комплексом производства в целом. Каждый технологический процесс представляется в виде мнемосхем, графиков температуры, давления, расходов газов на устройствах отображения с архивацией данных. На всех этапах технологического процесса всех установок предусмотрена возможность аварийного отключения с последующим автоматическим и ручным выключением. Управление технологическим процессом выполняется как в автоматическом, так и в ручном режиме.
Предложенная технологическая линия позволяет перерабатывать ТБО городских свалок и уголь, при этом независимо от теплотворной способности ТБО за счет газификации угля обеспечивается поддержание необходимой температуры для газификации органической составляющей ТБО. Получаемое топливо превосходит значение минимального цетанового числа на 10-15 пунктов, не содержит сернистых компонентов и соединений тяжелых материалов, что существенно улучшает его эксплутационные характеристики. Получаемый автомобильный бензин отвечает требованиям, предъявляемым к бензину марки «Премиум 95», и отличается пониженным содержанием бензина и олефинов. Улучшение этих показателей существенно уменьшает токсичность выхлопов автотранспорта.
1. Технологическая линия для переработки твердых бытовых отходов и угля в синтетические моторные топлива содержащая, установку подачи отходов, подключенную к установке газификации, снабженной линиями подачи газифицирующих агентов и линией отвода синтез-газа, которая подключена через установку для очистки синтез-газа, к установке синтеза углеводородов, снабженной линиями отвода жидких углеводородных фракций, отличающаяся тем, что установка подачи отходов выполнена в виде установки подготовки твердых бытовых отходов, установка для очистки синтез-газа выполнена в виде установки очистки газовых продуктов газификации от каталитических ядов, причем технологическая линия дополнительно содержит установку приготовления водоугольной смеси, установку газификации водоугольной смеси, установку очистки газовых продуктов газификации водоугольной смеси от каталитических ядов, установку получения кислорода, установку моноэтаноламиновой очистки синтез-газа, установку моноэтаноламиновой очистки газообразных продуктов синтеза углеводородов, установку гидрирования диоксида углерода в углеводородные фракции, установку получения синтез-газа парциальным окислением газообразных углеводородов, установку ректификации моторных топлив, установку ароматизации бензина и автоматизированную систему управления технологическими процессами по переработке твердых бытовых отходов и угля в синтетические моторные топлива, при этом установка подготовки твердых бытовых отходов дополнительно снабжена линией отвода минеральной составляющей твердых бытовых отходов, а к установке газификации твердых бытовых отходов подключена ее линия подачи органической составляющей твердых бытовых отходов, при этом установка газификации твердых бытовых отходов подключена к установке очистки газовых продуктов газификации твердых бытовых отходов от каталитических ядов, причем установка приготовления водоугольной смеси подключена, по линии отвода водоугольной смеси, к установке газификации водоугольной смеси, которая подключена к установке очистки газовых продуктов газификации водоугольной смеси от каталитических ядов, причем установки газификации твердых бытовых отходов и газификации водоугольной смеси подключены к линии подачи кислорода от установки получения кислорода, при этом установка очистки газовых продуктов газификации твердых бытовых отходов от каталитических ядов и установка очистки газовых продуктов газификации водоугольной смеси от каталитических ядов, по линиям отвода соответствующих газообразных продуктов, подключены к, последовательно подключенным, установке моноэтаноламиновой очистки синтез-газа и установке переработки синтез-газа в синтетические углеводороды, к которым подключена установка получения синтез-газа парциальным окислением газообразных углеводородов, причем эта установка по линии отвода из нее синтез газа подключена к установке переработки синтез-газа в синтетические углеводороды; по линии ввода в нее воды, подключена к установке гидрирования диоксида углерода в углеводородные фракции; по линии ввода в нее газообразных углеводородов, подключена к установке моноэтаноламиновой очистки газообразных продуктов синтеза углеводородов; по линии отвода из нее водорода подключена к установке гидрирования диоксида углерода в углеводородные фракции, которая, по линии отвода из нее газообразных углеводородов, подключена к линии подачи газифицирующих агентов в установки газификации твердых бытовых отходов и газификации водоугольной смеси; установка переработки синтез-газа, по линии отвода из нее реакционной воды, подключена к установке приготовления водоугольной смеси, а по линии отвода из нее жидких углеводородов подключена к последовательно подключенным, установке ректификации моторных топлив и установке ароматизации бензина, которые снабжены линиями отвода, соответственно, синтетических дизельного и моторного топлив и отвода газообразных углеводородов, подключенных к линии подачи газифицирующих агентов в установки газификации водоугольной смеси и газификации твердых бытовых отходов.
2. Технологическая линия по п.1, отличающаяся тем, что установка получения кислорода снабжена линией отвода азота.
3. Технологическая линия по п.1, отличающаяся тем, что установка моноэтаноламиновой очистки синтез-газа снабжена линией отвода примесей диоксида углерода, подключенной к линии подачи газифицирующих агентов в установки газификации водоугольной смеси и газификации твердых бытовых отходов.
