RU2711422C1

RU2711422C1 - Unit for recycling solid medical wastes

Info

Publication number: RU2711422C1
Application number: RU2019114401A
Authority: RU
Inventors: Ярослав Александрович Бирюков; Григорий Исакович Двоскин; Людмила Михайловна Дудкина; Николай Алексеевич Зройчиков; Валентина Федоровна Корнильева; Сергей Александрович Фадеев; Владимир Владимирович Хасхачих
Original assignee: Акционерное общество "Энергетический институт им. Г.М. Кржижановского" (АО "ЭНИН")
Priority date: 2018-10-31
Filing date: 2018-10-31
Publication date: 2020-01-17

Abstract

FIELD: waste processing and disposal.SUBSTANCE: invention relates to the field of thermal recycling of medical wastes, including chlorine-containing and infected wastes. Unit is equipped with a wet scrubber, and the thermal decomposition chamber contains series-arranged low-temperature and high-temperature sections. Output of gaseous products from low-temperature section is connected to inlet into wet scrubber, outlet of which is connected to combustion chamber. Output of gaseous products from high-temperature section is connected with burner device of heating chamber and combustion chamber, and outlet of flue gases from combustion chamber is equipped with heat exchanger-gasifier. Heat exchanger-gasifier is equipped with an external gasification cavity, and its internal volume is equipped with a built-in steam generator, the outlet of which is connected to the inlet into the gasification cavity. Output of gaseous products from gasification cavity is connected through condenser of water vapors with generator of electric energy. Output of solid products from high-temperature section of thermal decomposition chamber is equipped with separator of inorganic inclusions and is connected to gasification cavity.EFFECT: preventing the formation of dioxins (PCDD/F), providing environmentally safe emissions, saving energy, and providing autothermicity of the process, and, if necessary, obtaining its own agent for cleaning flue gases.4 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области утилизации отходов, содержащих органические материалы, в том числе хлорсодержащие и инфицированные, и может быть использовано в коммунальном хозяйстве, химической и нефтехимической промышленности.The invention relates to the field of disposal of wastes containing organic materials, including chlorine-containing and infected, and can be used in utilities, chemical and petrochemical industries.

Одним из основных требований, предъявляемых к устройствам для обезвреживания хлорсодержащих отходов, является обеспечение условий, максимально предотвращающих возможность образования диоксинов и буранов ((полихлорированных дибензо-пара-диоксинов (ПХДД) и тибензофуранов (ПХДФ)), являющихся высокотоксичными стойкими органическими загрязнителями. Из применяемых технологий высокотемпературного обезвреживания медицинских отходов наименьшим потенциалом образования диоксинов и фуранов обладают пиролизные технологии, не использующие окислителя.One of the main requirements for devices for the disposal of chlorine-containing wastes is to ensure conditions that maximally prevent the formation of dioxins and snowstorms ((polychlorinated dibenzo-para-dioxins (PCDD) and tibenzofurans (PCDF)), which are highly toxic persistent organic pollutants. technologies for the high-temperature disposal of medical waste the least potential for the formation of dioxins and furans have pyrolysis technologies that do not use islitelya.

Известно «Устройство непрерывного действия для пиролиза измельченных материалов» [1], содержащее загрузчик, пиролизную камеру (реторту) и устройство выгрузки. Реторта выполнена в виде длинной стальной трубы, располагаемой горизонтально и подвергаемой внешнему нагреву. Внутри трубы по всей ее длине расположен шнек, посредством которого осуществляется непрерывное перемещение обрабатываемого материла от зоны загрузки к участку выгрузки. В верхней части трубы реторты по всей ее длине располагается система отверстий-газоходов, необходимых для отвода образующихся пиролизных газов для их дальнейшей конденсации или сжигания.Known "Continuous device for the pyrolysis of crushed materials" [1], containing a loader, a pyrolysis chamber (retort) and an unloading device. The retort is made in the form of a long steel pipe placed horizontally and subjected to external heating. A screw is located inside the pipe along its entire length, through which the material being processed is continuously moved from the loading zone to the discharge area. In the upper part of the retort pipe, along its entire length, there is a system of gas ducts necessary for the removal of the pyrolysis gases formed for their further condensation or combustion.

Недостатком устройства является то, что из пиролизной камеры отводится сразу вся масса образующихся парогазовых продуктов, содержащая, кроме углеводородных соединений и хлорсодержащие компоненты, которые выделяются на первой стадии термического разложения (при температурах до 350°С). В дальнейшем, при сжигании горючих продуктов и охлаждении дымовых газов, эти компоненты могут частично преобразоваться в ПХДД/Ф.The disadvantage of this device is that the entire mass of vapor-gas products formed is immediately removed from the pyrolysis chamber, containing, in addition to hydrocarbon compounds, chlorine-containing components that are released in the first stage of thermal decomposition (at temperatures up to 350 ° C). In the future, when burning combustible products and cooling flue gases, these components can be partially converted to PCDD / F.

Недостатком устройства является также отсутствие системы использования теплового потенциала органической части отходов, и ведение процесса нагрева и пиролиза за счет сжигаемого в горелке внешнего топлива или использования электронагревателей, следствием чего являются повышенные эксплуатационные затраты.The disadvantage of this device is the lack of a system for using the thermal potential of the organic part of the waste, and the process of heating and pyrolysis due to the external fuel burned in the burner or the use of electric heaters, resulting in increased operating costs.

Недостатком устройства является также отсутствие систем огневого обезвреживания и дополнительной очистки дымовых газов.The disadvantage of this device is the lack of fire disposal systems and additional purification of flue gases.

Наиболее близкой к заявляемому изобретению является «Установка для утилизации медицинских отходов» [2], содержащая камеру термического разложения с перемещающим устройством непрерывного действия - шнеком с переменным шагом витков, шлюзовым загрузочным устройством дискретного действия, устройством выгрузки твердого остатка, соединенным с топкой, газоходом отвода парогазовой смеси, соединенным с не менее чем двумя устройствами для ее сжигания, расположенными в топочной полости вдоль внешней стороны камеры термического разложения, теплообменником и системой газоочистки с дымососом.Closest to the claimed invention is a "Installation for the disposal of medical waste" [2], containing a thermal decomposition chamber with a continuous moving device - a screw with a variable pitch of coils, a discrete loading lock device, a solid residue unloading device connected to the furnace, the exhaust duct vapor-gas mixture connected to at least two devices for its combustion, located in the furnace cavity along the outside of the thermal decomposition chamber, oobmennikom and gas cleaning system with exhaust fan.

Недостатком устройства также является то, что из камеры термического разложения отводится сразу вся масса образующихся газообразных продуктов, включая и хлорсодержащие компоненты, которые выделяются на первой стадии термического разложения (при температурах до 350°С). В дальнейшем, при охлаждении, эти компоненты могут частично преобразовываться в ПХДД/Ф.The disadvantage of this device is that the entire mass of gaseous products formed, including chlorine-containing components that are released in the first stage of thermal decomposition (at temperatures up to 350 ° C), is immediately removed from the thermal decomposition chamber. Subsequently, upon cooling, these components can be partially converted to PCDD / F.

Другим недостатком установки является то, что потоки дымовых газов от сгорания коксового остатка, сжигаемого в автономной топке, и сгорания парогазовой смеси объединяются и образуют смесь, содержащую все компоненты (соединения хлора, кислород, твердые продукты недожога), необходимые для образования диоксинов и фуранов. Реакция синтеза ПХДД/Ф происходит при охлаждении газодисперсной смеси в интервале температуры 450-250°С и осуществляется по гетерогенному механизму - на поверхности раздела фаз, в частности, на поверхности оборудования или поверхности твердых частиц, являющихся катализаторами процесса [3, 4].Another disadvantage of the installation is that the flue gas flows from the combustion of coke residue burned in a stand-alone furnace and from the combustion of a gas-vapor mixture combine to form a mixture containing all components (chlorine compounds, oxygen, solid non-burn products) necessary for the formation of dioxins and furans. The PCDD / F synthesis reaction occurs when a gas-dispersed mixture is cooled in the temperature range 450-250 ° C and is carried out by a heterogeneous mechanism - on the interface, in particular, on the surface of equipment or the surface of solid particles that are catalysts of the process [3, 4].

Техническим результатом, на достижение которого направлено данное изобретение, является предотвращение возможности образования ПХДД/Ф, обеспечение экологически безопасных выбросов, экономия энергоресурсов, обеспечение автотермичности процесса и, при необходимости, получение собственного средства для очистки дымовых газов.The technical result to which this invention is directed is to prevent the formation of PCDD / F, ensure environmentally friendly emissions, save energy, ensure autothermal processes and, if necessary, obtain their own means for cleaning flue gases.

Технический результат достигается тем, что установка снабжена мокрым скруббером, а камера термического разложения содержит последовательно расположенные низкотемпературную и высокотемпературную секции, причем выход газообразных продуктов из низкотемпературной секции соединен с входом в мокрый скруббер, выход из которого соединен с камерой сжигания. Выход газообразных продуктов из высокотемпературной секции соединен с горелочным устройством камеры обогрева и камерой сжигания, а выход дымовых газов из камеры сжигания снабжен теплообменником-газификатором. Теплообменник-газификатор снабжен внешней газификационной полостью, а его внутренний объем снабжен встроенным парогенератором, выход из которого соединен с входом в газификационную полость. Выход газообразных продуктов из газификационной полости соединен через конденсатор водяных паров с генератором электроэнергии. Выход твердых продуктов из высокотемпературной секции камеры термического разложения снабжен сепаратором неорганических включений, выход из которого соединен с входом в газификационную полость теплообменника.The technical result is achieved by the fact that the installation is equipped with a wet scrubber, and the thermal decomposition chamber contains successively located low-temperature and high-temperature sections, and the outlet of gaseous products from the low-temperature section is connected to the inlet to the wet scrubber, the outlet of which is connected to the combustion chamber. The exit of gaseous products from the high-temperature section is connected to the burner of the heating chamber and the combustion chamber, and the exit of flue gases from the combustion chamber is equipped with a heat exchanger-gasifier. The heat exchanger-gasifier is equipped with an external gasification cavity, and its internal volume is equipped with a built-in steam generator, the outlet of which is connected to the entrance to the gasification cavity. The exit of gaseous products from the gasification cavity is connected through a water vapor condenser to an electric power generator. The output of solid products from the high-temperature section of the thermal decomposition chamber is equipped with an inorganic inclusion separator, the outlet of which is connected to the inlet to the gasification cavity of the heat exchanger.

Сущность предлагаемого технического решения поясняется принципиальной схемой установки - фиг. 1 и чертежом теплообменника-газификатора - фиг. 2.The essence of the proposed technical solution is illustrated by the circuit diagram of the installation - Fig. 1 and a drawing of a heat exchanger-gasifier - FIG. 2.

Установка содержит шлюзовое загрузочное устройство 1, камеру термического разложения 2, содержащую низкотемпературную секцию 3 и высокотемпературную секцию 4 и размещенную в камере обогрева 8 с горел очным устройством 7, мокрый скруббер 5, камеру сжигания 6, сепаратор твердых включений 9, теплообменник-газификатор 10 с газификационной полостью 11, парогенератором 12 и системой отвода тепла 13, генератор электроэнергии 14, систему газоочистки 15, дымосос 16 и горелку розжига 17. Секции 3 и 4 камеры термического разложения 2 снабжены перемещающими устройствами 18, 19. Выход из газификационной полости 11 снабжен конденсатором водяного пара 20.The installation comprises a lock loading device 1, a thermal decomposition chamber 2, containing a low-temperature section 3 and a high-temperature section 4 and placed in the heating chamber 8 with a full-time burner 7, a wet scrubber 5, a combustion chamber 6, a solid separator 9, a heat exchanger-gasifier 10 s gasification cavity 11, steam generator 12 and heat removal system 13, electricity generator 14, gas purification system 15, exhaust fan 16 and ignition burner 17. Sections 3 and 4 of thermal decomposition chamber 2 are equipped with moving devices properties 18, 19. The exit from the gasification cavity 11 is equipped with a water vapor condenser 20.

Технологический процесс осуществляют следующим образом:The process is as follows:

Камеру обогрева 8 и секции 3, 4 камеры термического разложения 2 предварительно разогревают с помощью горелки розжига 17. Отходы (МО) через шлюзовое загрузочное устройство 1 подают в низкотемпературную секцию 3, на выходе из которой поддерживается температура на уровне 250-350°С. По мере перемещения отходов вдоль оси нагретой секции они постепенно нагреваются и из них выделяются: водяной пар, газы (СО₂, СО, H₂S, NH₃), газообразный галогенизированный водород (HCl) и углеводородные продукты начальной стадии пиролиза. Газообразные и твердые продукты на выходе из секции 3 разделяют: твердые подают в высокотемпературную секцию 4 для дальнейшего пиролиза органической массы отходов, а газообразныу (ПГС1) направляют в скуббер 5 для нейтрализации кислых газов и паров водным щелочным раствором (ЩР). Выходящие из скруббера 5 газообразные продукты совместно с частью парогазовой смеси (ПГС2) из высокотемпературной секции 4 сжигают в факеле горелочного устройства камеры сжигания 6 при температуре 1000-1350°С Другую часть высококалорийной парогазовой смеси (ПГС2), образовавшейся в высокотемпературной секции 4, сжигают в горелочном устройстве 7 камеры обогрева 8 при температуре 1000-1350°С, обеспечивая поддержание теплового баланса процесса пиролиза. Твердые продукты пиролиза (ТП) выводят из секции 4 в сепаратор твердых включений 9 отдельно от газообразных продуктов, выделяют из них неорганические включения (НВ) (стекло, металл и пр.), а оставшийся коксовый остаток (КО) подвергают паровой газификации при атмосферном давлении в газификационной полости 11 теплообменника-газификатора 10 при температуре 800-900°С до полного исчерпания углерода, т.е. полного отсутствия твердого органического остатка. Необходимый для газификации водяной пар (ВП) получают в проточном парогенераторе 12, размещенном в теплообменнике-газификаторе 10. Образующийся при газификации влажный водяной (синтез) газ (ВВГ) обезвоживают в конденсаторе 20 и направляют на сжигание в генератор электроэнергии 14. Как вариант, полученный при пиролизе коксовый остаток (КО) газифицируют перегретым при атмосферном давлении водяным паром при температуре 800-900°С до исчерпания только примерно 50% углерода, а образующийся активированный уголь (АУ) используют для очистки дымовых газов в системе газоочистки 15. Дымовые газы (ДГ) охлаждают в теплообменнике-газификаторе 10 и системе отвода тепла 13, очищают в системе газоочистки 15 и с помощью дымососа 16 выводят в атмосферу.The heating chamber 8 and sections 3, 4 of the thermal decomposition chamber 2 are preheated using an ignition burner 17. Waste (MO) is fed through a lock loading device 1 to the low-temperature section 3, at the outlet of which a temperature of 250-350 ° C is maintained. As the waste moves along the axis of the heated section, it gradually heats up and is released from them: water vapor, gases (CO ₂ , CO, H ₂ S, NH ₃ ), gaseous halogenated hydrogen (HCl) and hydrocarbon products of the initial stage of pyrolysis. The gaseous and solid products at the outlet of section 3 are separated: the solid products are fed to the high-temperature section 4 for further pyrolysis of the waste organic mass, and the gaseous (ASG1) is sent to the scrubber 5 to neutralize acid gases and vapors with an aqueous alkaline solution (SHR). Gaseous products leaving the scrubber 5, together with a part of the gas-vapor mixture (PGS2) from the high-temperature section 4, are burned in a torch of the burner device of the combustion chamber 6 at a temperature of 1000-1350 ° C. Another part of the high-calorific gas-vapor mixture (PGS2) formed in the high-temperature section 4 is burnt burner device 7 of the heating chamber 8 at a temperature of 1000-1350 ° C, ensuring the maintenance of the thermal balance of the pyrolysis process. Solid pyrolysis products (TP) are removed from section 4 to a solid inclusions separator 9 separately from gaseous products, inorganic inclusions (HB) (glass, metal, etc.) are separated from them, and the remaining coke residue (CO) is subjected to steam gasification at atmospheric pressure in the gasification cavity 11 of the heat exchanger-gasifier 10 at a temperature of 800-900 ° C until the carbon is completely exhausted, i.e. the complete absence of a solid organic residue. The water vapor (VP) required for gasification is obtained in a flowing steam generator 12 located in a heat exchanger-gasifier 10. The moist water (synthesis) gas (VHG) generated during gasification is dehydrated in a condenser 20 and sent to an electric power generator for burning 14. Alternatively, the resulting during pyrolysis, coke residue (CO) is gasified with water vapor superheated at atmospheric pressure at a temperature of 800-900 ° C until only about 50% of carbon is exhausted, and the resulting activated carbon (AC) is used to clean flue gases in the gas purification system 15. Flue gases (DG) are cooled in the heat exchanger-gasifier 10 and the heat removal system 13, cleaned in the gas purification system 15 and are exhausted to the atmosphere by means of a smoke exhauster 16.

Таким образом:Thus:

Задача обеспечения экологической безопасности окружающей среды в предлагаемом устройстве достигается за счет того, что: The task of ensuring environmental safety of the environment in the proposed device is achieved due to the fact that:

- Снабжение камеры термического разложения двумя секциями позволяет на низкотемпературной стадии процесса вывести из пиролизуемых отходов до 90% хлорсодержащих компонентов, и тем самым уменьшить возможность образования ПХДД/Ф в дальнейшем процессе.- Supplying the thermal decomposition chamber with two sections allows removing 90% of the chlorine-containing components from the pyrolyzable waste at the low-temperature stage of the process, and thereby reduce the possibility of PCDD / F formation in the further process.

- Снабжение установки мокрым скруббером позволяет на первой стадии процесса выделить из образовавшейся парогазовой смеси (ПГС1) и нейтрализовать щелочным раствором соляную кислоту (HCl) и кислые компоненты (СО₂, SO₂), что приводит к обогащению углеводородами парогазовой смеси (ПГС2), получаемой на второй (высокотемпературной) стадии пиролиза, снижению ее коррозионной активности и значительному уменьшению содержания соединений хлора в отходящих газах, что ведет к снижению риска образования ПХДД/Ф.- Supply of the unit with a wet scrubber allows, at the first stage of the process, to separate hydrochloric acid (HCl) and acidic components (CO ₂ , SO ₂ ) from the resulting gas-vapor mixture (PGS1) and neutralize it with alkaline solution, which leads to the enrichment of the gas-vapor mixture (PGS2) obtained by hydrocarbons at the second (high-temperature) stage of pyrolysis, reducing its corrosion activity and significantly reducing the content of chlorine compounds in the exhaust gases, which reduces the risk of PCDD / F formation.

- Снабжение установки теплообменником-газификатором позволяет газифицировать и полностью израсходовать коксовый остаток с получением водяного (синтез) газа по реакции С+Н₂О=СО+Н₂, который после обезвоживания используется для получения электроэнергии. При газификации коксового остатка до исчерпания только примерно 50% углерода образующийся активированный уголь используют для очистки дымовых газов.- Supply of the unit with a heat exchanger-gasifier allows gasification and complete consumption of coke residue to produce water (synthesis) gas by the reaction С + Н ₂ О = СО + Н ₂ , which after dehydration is used to generate electricity. When gasifying the coke residue until only about 50% of the carbon is exhausted, the resulting activated carbon is used to clean the flue gases.

Снабжение теплообменника-газификатора установки парогенератором позволяет получать перегретый водяной пар, используя тепловой потенциал высокотемпературных дымовых газов, одновременно снижая их температуру и, тем самым, одновременно снижая металлоемкость теплообменника.The supply of the heat exchanger-gasifier of the installation with a steam generator makes it possible to obtain superheated water vapor using the thermal potential of high-temperature flue gases, at the same time lowering their temperature and, thereby, reducing the heat exchanger's metal consumption.

- Снабжение установки конденсатором водяных паров позволяет освободить выходящую из газификатора парогазовую смесь от влаги и, тем самым, подавать в генератор электроэнергии осушенный горючий газ.- Supply of the unit with a water vapor condenser allows to release the vapor-gas mixture leaving the gasifier from moisture and, thereby, supply drained combustible gas to the electric power generator.

- Задача получения экономического эффекта достигается за счет использования в качестве энергоносителя теплового потенциала утилизируемых отходов, что позволяет обеспечивать автотермичность процесса, так как использовать внешнее топливо необходимо только для разогрева установки в пусковой период и в качестве резерва для стабилизации температурного режима. Экономический эффект достигается также за счет уменьшения металлоемкости теплообменника и удешевления системы газоочистки за счет использования собственного активированного угля, а также за счет повышения срока службы оборудования из-за снижения коррозионной активности газовых потоков.- The objective of obtaining an economic effect is achieved through the use of the heat potential of utilized waste as an energy carrier, which allows for the process to be autothermal, since it is necessary to use external fuel only for heating the installation during the start-up period and as a reserve for stabilizing the temperature regime. The economic effect is also achieved by reducing the metal consumption of the heat exchanger and reducing the cost of the gas cleaning system by using its own activated carbon, as well as by increasing the service life of the equipment due to a decrease in the corrosion activity of gas flows.

Таким образом, совокупность указанных существенных признаков обеспечивает возможность экологически безопасной термической утилизации медицинских отходов, экономию топлива и экологическую безопасность выбросов в окружающую среду.Thus, the combination of these essential features provides the opportunity for environmentally safe thermal disposal of medical waste, fuel economy and environmental safety of emissions.

Источники информации:Sources of information:

1. Устройство непрерывного действия для пиролиза измельченных материалов // Патент РФ №132073.1. The continuous device for the pyrolysis of crushed materials // RF Patent No. 132073.

2. Установка для утилизации медицинских отходов //Патент РФ №170802.2. Installation for the disposal of medical waste // RF Patent No. 170802.

3. Ballschmiter К., Swerev М. // Z.Anal.Chem.- 1987.- V.328.- Р. 125-127.3. Ballschmiter K., Swerev M. // Z. Anal.Chem.- 1987.- V.328.- P. 125-127.

4. Shaub W.M., Tsang W. Physical and Chemical Properties of Dioxins ir Relation to the their Disposal. // Human and Environmental Risks of Chlorinated Dioxins and Related Compounds. - N-Y:Plenum Press, 1983.- P. 731-748.4. Shaub W. M., Tsang W. Physical and Chemical Properties of Dioxins ir Relation to the their Disposal. // Human and Environmental Risks of Chlorinated Dioxins and Related Compounds. - N-Y: Plenum Press, 1983.- P. 731-748.

Claims

1. Installation for the disposal of medical waste containing a thermal decomposition chamber, a heating chamber, a combustion chamber, a heat exchanger, a gas purification system and a smoke exhauster, characterized in that the installation is equipped with a wet scrubber, the thermal decomposition chamber contains successively arranged low-temperature and high-temperature sections, and the output of gaseous products from the low-temperature section connected to the entrance to the wet scrubber, the outlet of which is connected to the combustion chamber, the exit of gaseous products from high otemperaturnoy section connected to the burner device of the heating chamber and the combustion chamber and the flue gas exit of the combustion chamber is provided with a heat exchanger-gasifier.

2. Installation according to claim 1, characterized in that the heat exchanger-gasifier is equipped with a gasification cavity, the internal volume of the heat exchanger is equipped with a built-in steam generator, the outlet of which is connected to the entrance to the gasification cavity, and the outlet of gaseous products from the gasification cavity is connected to an electric power generator.

3. Installation according to paragraphs. 1, 2, characterized in that the exit of gaseous products from the gasification cavity of the heat exchanger-gasifier is equipped with a water vapor condenser.

4. Installation according to paragraphs. 1, 2, 3, characterized in that the output of solid products from the high-temperature section of the thermal decomposition chamber is equipped with an inorganic inclusion separator, the outlet of which is connected to the gasification cavity of the heat exchanger.