Интегрированная система конверсии отходов и соответствующий способ - RU2020112988A
Код документа: RU2020112988A
Формула
1. Система конверсии отходов, содержащая
по меньшей мере один блок предварительной обработки для приема потока отходов, по меньшей мере часть которого представляет собой органические отходы, причем блок предварительной обработки содержит по меньшей мере один реактор парового взрыва с непрерывным потоком;
по меньшей мере один блок сепарации, для приема потока предварительно обработанных отходов из указанного блока предварительной обработки, причем блок сепарации содержит по меньшей мере одну секцию кондиционирования и по меньшей мере одну секцию сепарации для сепарации кондиционированных отходов на по меньшей мере один жировой/масляный компонент и по меньшей мере один водный компонент;
по меньшей мере один блок производства биодизеля из по меньшей мере одного жирового/масляного компонента;
по меньшей мере один блок дигерирования для анаэробного дигерирования и/или ферментации по меньшей мере одного водного компонента; и
по меньшей мере один блок компостирования, для производства компоста из твердого органического материала.
2. Система по п. 1, в которой указанный реактор парового взрыва содержит секцию удержания высокого давления и секцию понижения давления, причем указанная секция удержания высокого давления содержит по меньшей мере один транспортер регулируемой скорости для транспортировки указанного потока отходов через указанную секцию.
3. Система по п. 2, в которой указанный транспортер регулируемой скорости представляет собой шнековый транспортер.
4. Система по п. 2, содержащая поворотный подающий клапан на входе секции удержания высокого давления для подачи указанного потока в секцию и содержащая поворотный выпускной клапан для выпуска материала из указанной секции удержания высокого давления.
5. Система по п. 4, содержащая первые средства инжекции пара для инжекции пара в загрузочное отделение указанного поворотного подающего клапана до его поворота в положение выпуска и вторые средства инжекции пара для инжекции пара в выпускное отделение указанного поворотного выпускного клапана после выпуска в секцию понижения давления перед его поворотом обратно в положение загрузки.
6. Система по п. 4 или 5, дополнительно содержащая блок управления, обеспечивающий возможность регулировки времени удержания материала в указанной секции удержания высокого давления путем синхронизации поворотного подающего клапана и поворотного выпускного клапана и скорости транспортировки внутри секции удержания высокого давления.
7. Система по любому из пп. 2-6, в которой секция удержания высокого давления блока предварительной обработки выполнена с возможностью работы при давлении в диапазоне примерно от 10 до 40 бар и температуре в диапазоне примерно 180-250°С.
8. Система по любому из пп. 1-7, в которой указанный реактор парового взрыва выполнен с возможностью работы в качестве щелочного реактора парового взрыва.
9. Система по п. 8, в которой щелочной реактор парового взрыва с непрерывным потоком содержит по меньшей мере один интегрированный блок очистки от двуокиси углерода.
10. Система по п. 9, в которой щелочной реактор парового взрыва содержит секцию удержания высокого давления и секцию понижения давления, причем указанная секция понижения давления реактора парового взрыва одновременно выполняет функцию указанного блока очистки от двуокиси углерода.
11. Система по п. 9 или 10, в которой верхняя часть блока очистки от двуокиси углерода приспособлена к приему потока материала из секции удержания высокого давления щелочной секции парового взрыва под углом относительно центральной оси блока очистки от двуокиси углерода, чтобы направлять указанный поток материала в циклонную структуру посредством по меньшей мере одной внутренней спирали.
12. Система по любому из пп. 9-11, в которой блок очистки от двуокиси углерода дополнительно содержит по меньшей мере один впуск двуокиси углерода, предусмотренный в нижней части блока очистки, так что щелочной поток материала из секции удержания высокого давления встречается с обогащенным двуокисью углерода потоком для содействия очистке от двуокиси углерода.
13. Система по п. 11 или 12, в которой секция двуокиси углерода содержит две вставленные спирали, смещенные по вертикали относительно друг друга, при этом верхняя спираль имеет зазор от внутренней стенки очистителя, в то время как нижняя спираль не имеет зазора, что создает частичную компоненту скорости, перпендикулярную первичному току циклонной структуры потока отходов внутри блока очистки от углерода, образованного материалом, транспортируемым от верхней спирали к нижней спирали вдоль внутренней стенки блока очистки от углерода.
14. Система по п. 13, в которой указанная нижняя спираль имеет гофрированную структуру, частично направляющую материал к центру блока очистки, и выступающий ободок на внутреннем крае спирали, обеспечивающий разбрызгивание перпендикулярной компоненты материала и его рассеивание по направлению к центру блока очистки.
15. Система по любому из пп. 10-14, в которой секция очистки от двуокиси углерода выполнена с возможностью работы при давлении в диапазоне от примерно 1 до примерно 5 бар.
16. Система по любому из пп. 10-15, в которой указанный блок очистки снабжен теплообменными охлаждающими элементами, обеспечивающими охлаждение очищающей среды и рекуперацию тепла из парового взрыва, используемого предпочтительно для предварительного нагрева воды, которой питается паровой котел системы.
17. Система по любому из пп. 10-16, в которой указанная секция понижения давления выполняет функцию первого очистителя от двуокиси углерода, причем система дополнительно содержит вспомогательный очиститель, питаемый жидкой фракцией из указанного первого очистителя в качестве очищающей среды и выполненный с возможностью работы в традиционной конфигурации разбрызгивания сверху вниз при повышенном или пониженном давлении для приема потока с пониженным содержанием CO2 из блока очистки от двуокиси углерода для дальнейшего удаления двуокиси углерода.
18. Система по любому из пп. 9-17, дополнительно содержащая средства направления двуокиси углерода, генерируемого в системе, в блок очистки от двуокиси углерода.
19. Система по любому из предыдущих пунктов, в которой блок предварительной обработки дополнительно содержит по меньшей мере один блок измельчения и/или гомогенизации, расположенный выше по потоку от реактора парового взрыва с непрерывным потоком.
20. Система по любому из пп. 1-19, в которой блок предварительной обработки дополнительно содержит секцию смачивания и смешивания выше по потоку от реактора парового взрыва с непрерывным потоком, для смачивания и смешивания потока отходов и опционально регулирования рН потока перед паровым взрывом.
21. Система по п. 20, в которой указанная секция смачивания и смешивания содержит камеру со смесителем и по меньшей мере один узел для ввода воды или водного раствора для смачивания и опционально регулирования рН, выпускной клапан для выпуска кондиционированного материала.
22. Система по любому из предыдущих пунктов, в которой указанный блок сепарации содержит секцию кондиционирования, секцию непрерывной сепарации жира/масла, сепаратор жидкость/твердое вещество и центробежный очиститель.
23. Система по п. 22, в которой указанная секция непрерывной сепарации жира/масла содержит:
вертикально расположенный удлиненный бак,
удлиненную трубу, расположенную центрально и соосно внутри удлиненного бака,
выпускной клапан, расположенный на входе указанной трубы, посредством которого кондиционированный материал может быть выпущен в эту трубу из секции кондиционирования блока сепарации,
один или более воздушных инжекторов рядом с нижним концом трубы, предпочтительно содержащих один или более инжекторов микропузырьков,
выходной клапан на трубе,
средства подачи жира/липида, накапливающегося на поверхности жидкости внутри указанного удлиненного бака, к буферному баку жира/масла или центробежному очистителю,
линия подачи воды из центробежного очистителя к верхней части бака.
24. Система по любому из пп. 1-21, в которой указанный блок сепарации содержит блок центробежного декантера как один инструмент, содержащий декантер со шнековым транспортером и дисковую центрифугу.
25. Система по п. 24, в которой указанный блок центробежного декантера содержит осевой подшипниковый вал, корпус декантера, соосно охватывающий указанный шнековый транспортер, выполненный с возможностью вращения на указанном осевом подшипниковом валу, по меньшей мере один стационарный центрально расположенный основной вход для подачи материала в шнековый транспортер, по меньшей мере один выход для твердого вещества вблизи дистального конца указанного шнекового транспортера, корпус дискового сепаратора, охватывающий указанную дисковую центрифугу, по меньшей мере один импеллер, расположенный между корпусом декантера и корпусом дискового сепаратора, выход тяжелой фазы и выход легкой фазы.
26. Система по п. 25, в которой указанный корпус декантера и указанный корпус дискового сепаратора, указанный шнековый транспортер и указанная дисковая центрифуга выполнены с возможностью вращения независимо друг от друга вокруг вала осевого подшипника.
27. Система по любому из предыдущих пунктов, в которой блок биодизельного реактора представляет собой реактор с непрерывным потоком, приспособленный для приема непрерывного потока указанного жирового/масляного компонента и, таким образом, генерирующий непрерывный поток биодизеля.
28. Система по п. 27, в которой указанный блок производства биодизеля содержит модульный биодизельный реактор с непрерывным потоком, имеющий множество контактных пластин, покрытых катализатором этерификации и/или переэтерификации, для катализа этерификации свободных жирных кислот и/или переэтерификации глицеридов, разделители и статические смесители для регулировки расстояния между контактными пластинами и усиления турбулентного перемешивания между ними.
29. Система по п. 28, в которой указанный блок производства биодизеля с непрерывным потоком содержит множество контактных пластин, покрытых на одной стороне катализатором этерификации и/или переэтерификации, так что чередующиеся две покрытые стороны обращены друг к другу и две непокрытые обращены друг к другу, при этом носитель реагента течет между сторонами контактных пластин, покрытыми катализатором, в то время как теплоноситель для контроля температуры реагента течет между непокрытыми сторонами контактных пластин.
30. Система по любому из предшествующих пунктов, в которой указанный биодизельный блок принимает на вход триглицериды и/или свободные жирные кислоты, при этом указанный блок содержит по меньшей мере один катализатор, который катализирует трансэтерификацию из глицеридов и по меньшей мере один катализатор, который катализирует этерификацию свободных жирных кислот.
31. Система по п. 30, в которой указанный катализатор, катализирующий этерификацию свободных жирных кислот, расположен в первой секции, а указанный катализатор, катализирующий переэтерификацию глицеридов, расположен во второй секции данного блока.
32. Система по п. 27 или 31, в которой указанный биодизельный блок с непрерывным потоком имеет по меньшей мере два реактора, содержащих каждый непокрытые контактные пластины, разделители и статические смесители, причем в первом обеспечивается этерификации гомогенным кислотным катализатором, а во втором - переэтерификация гомогенным основным катализатором.
33. Система по любому из пп. 28-32, в которой указанные контактные пластины гофрированы.
34. Система по п. 32, в которой очистка и удаление воды осуществляются путем мгновенного испарения и ионного обмена между указанными реакторами этерификации и переэтерификации.
35. Система по любому из пп. 27-34, в которой указанный блок производства биодизеля с непрерывным потоком заключен внутри камеры компенсации перепада давления, позволяющей реактору работать с высоким давлением.
36. Система по любому из предыдущих пунктов, в которой указанный блок дигерирования содержит по меньшей мере один первый блок, конфигурированный для производства метана, и по меньшей мере один второй блок для производства этанола.
37. Система по любому из пп. 1-35, в которой указанный блок дигерирования содержит по меньшей мере один блок, конфигурированный с возможностью размещения производства метана или производства этанола в зависимости от выбора пользователя и доступного материала потока отходов.
38. Система по любому из предыдущих пунктов, в которой указанный блок компостирования имеет секцию инициирования, содержащую по меньшей мере один шнековый транспортер и по меньшей мере одно подающее отверстие для подачи в секцию материала из блока сепарации, а также выпускное отверстие, секцию инкубации, содержащую камеру с увлажняющими разбрызгивателями, расположенными вблизи верхней части камеры, и средства обеспечения принудительной аэрации по меньшей мере вблизи нижней части камеры, представляющие собой предпочтительно воздушные сопла, подсоединенные к сжатому воздуху.
39. Система по п. 38, в которой указанная секция инициирования содержит по меньшей мере два параллельных отделения, каждый из которых имеет транспортирующий смеситель, перемешивающий материал в соответствующем отделении и транспортирующий материал, по меньшей мере, частично в другое отделение.
40. Система по п. 38 или 39, содержащая по меньшей мере один шнековый транспортер для транспортировки субстрата из секции инициирования в секцию инкубации, причем шнековый транспортер имеет увеличение диаметра вдоль направления транспортировки примерно 20-50%, с обеспечением возможности добавлять наполняющий материал при транспортировке субстрата от секции инициирования к секции инкубации.
41. Система по любому из предшествующих пунктов, причем система энергетически самодостаточна, так что система в процессе работы не требует внешних источников энергии.
42. Система по любому из предыдущих пунктов, дополнительно содержащая блок переработки выше по потоку от блока предварительной обработки, причем блок переработки выполнен с возможностью сепарации из входящего потока отходов по меньшей мере части жирового/масляного компонента указанных отходов и направления указанной сепарированной части жирового/масляного компонента в указанный биодизельный блок, минуя указанный блок предварительной обработки.
43. Система по п. 42, в которой секция сепарации в блоке переработки содержит указанный блок центробежного декантера в виде одного инструмента.
44. Система по любому из предыдущих пунктов, дополнительно содержащая по меньшей мере один парогенератор для обеспечения пара внутри системы, представляющий собой предпочтительно парогенератор сгорания, источником питания которого является топливо, генерируемое в системе.
45. Способ обработки и конверсии отходов, содержащий:
прием потока отходов, по меньшей мере одна часть которого является органическими отходами,
введение потока отходов или по меньшей мере его части в секцию смачивания и смешивания и смачивание и смешивание отходов,
перемещение потока из указанной секции смачивания и смешивания в реактор парового взрыва с непрерывным потоком и подвергание его обработке паровым взрывом,
направление потока отходов, обработанных в указанном реакторе парового взрыва, в блок сепарации и сепарация потока предварительно обработанных отходов по меньшей мере на компонент, содержащий жир и/или масло, компонент, содержащий водную суспензию органической материи, и компонент, содержащий влажный твердый органический материал,
введение указанного жирового и/или масляного компонента в блок производства биодизеля и производство биодизеля из указанного жирового/масляного компонента,
введение указанного компонента, содержащего водную суспензию, в блок дигерирования и/или ферментации и дигерирование и/или ферментация указанного компонента путем анаэробного дигерирования и/или ферментации,
введение указанного компонента, содержащего влажный твердый материал, в блок компостирования.
46. Способ по п. 45, в котором указанную обработку паровым взрывом проводят при давлении в диапазоне примерно от 10 до 40 бар.
47. Способ по п. 45, в котором указанную обработку паровым взрывом проводят при температуре в диапазоне примерно от 180 до примерно 250°C.
48. Способ по любому из пп. 45-47, в котором поток отходов подвергают обработке паровым взрывом в секции понижения высокого давления, откуда поток материала перемещают к секции понижения давления посредством быстрого понижения давления.
49. Способ по п. 45, в котором поток отходов смешивают со щелочным водным раствором в секции смачивания и перемешивания.
50. Способ по п. 49, в котором после обработки паровым взрывом поток отходов используют в качестве очищающей среды для очистки от двуокиси углерода в секции очистки от двуокиси углерода, интегрированной с указанной секцией понижения давления.
51. Способ по п. 50, в котором поток отходов подвергают обработке паровым взрывом в секции удержания высокого давления, откуда поток материала перемещают к секции понижения давления посредством быстрого понижения давления, где указанный поток используют в качестве очищающей среды для удаления двуокиси углерода из потока обогащенного двуокисью углерода метана из анаэробного дигерирования и/или из потоков других обогащенных двуокисью углерода газов, возникающих в процессе.
52. Способ по любому из пп. 50-51, содержащий перемещение указанного потока от указанной секции удержания высокого давления к указанной секцию понижения давления и блоку очистки так, что поток материала входит под углом относительно центральной оси блока очистки и течет по существу вдоль по меньшей мере одной спирали, расположенной в указанном блоке очистки, с образованием тем самым структуры потока циклонного типа, и
введение указанной двуокиси углерода в указанный блок очистки через по меньшей мере один вход, предусмотренный в нижней части блока очистки.
53. Способ по любому из пп. 50-52, содержащий обеспечение указанной секции очистки от двуокиси углерода двуокисью углерода, генерированной на этапах процесса ниже по потоку.
54. Способ по любому из пп. 50-53, дополнительно содержащий охлаждение субстрата в указанной секции очистки от двуокиси углерода при помощи теплообменных охлаждающих элементов, с рекуперацией тем самым тепла из секции парового взрыва и предпочтительно использованием теплообменных охлаждающих элементов для предварительного нагрева воды для парового котла системы.
55. Способ по любому из пп. 50-54, дополнительно содержащий выпуск жидкого материала из указанного блока очистки к вспомогательной секции очистки, которая предпочтительно работает в конфигурации разбрызгивания сверху вниз при повышенном давлении и пониженной температуре, и подачу в указанную вспомогательную секцию очистки выхлопа из основного очистителя для удаления остатка двуокиси углерода, еще остающейся после основного очистителя.
56. Способ обработки и конверсии отходов, содержащий:
прием потока отходов, по меньшей мере одна часть которого является органическими отходами,
введение потока отходов или по меньшей мере его части в установку переработки,
подвергание указанного потока в указанном блоке переработки нагреву при температуре примерно 80-100°С и предпочтительно примерно 90-95°С,
сепарация материала, подвергнутого тепловой обработке, на жировую/липидную фракцию и фракцию, содержащую твердые материалы, и слив водного раствора,
перемещение указанной фракции, содержащей твердые вещества, в реактор парового взрыва с непрерывным потоком и подвергание его обработке паровым взрывом,
опционально перемещение потока отходов, обработанных в указанном реакторе парового взрыва, в блок сепарации и сепарация потока подвергнутых обработке паровым взрывом отходов на по меньшей мере компонент, содержащий жир и/или масло, компонент, содержащий водную суспензию органической материи, и компонент, содержащий твердый органический материал,
введение указанного жирового и/или масляного компонента из установки переработки отходов и, опционально, жирового и/или масляного компонента из блока сепарации в блок производства биодизеля и производство биодизеля из указанного жирового/масляного компонента,
введение указанной водной суспензии в блок дигерирования и/или ферментации и дигерирование и/или ферментация указанного компонента в метан и/или этанол, соответственно,
введение указанного компонента, содержащего влажный твердый материал, в блок компостирования.
57. Способ по любому из пп. 45-56, в котором указанный этап сепарации в сепарационном блоке содержит подачу материала в сепарационный бак секции сепарации масла/жира, доставку микропузырьков к указанному сепарационному баку, удаление жира и масла, накапливающихся на поверхности жидкости внутри указанного сепарационного бака, и подачу водной суспензии от указанного сепарационного бака к сепаратору жидкость-твердое вещество, подачу от указанного сепаратора жидкость-твердое вещество фракции, содержащей влажные твердые вещества, к указанному блоку компостирования, и подачу водной фракции с высоким содержанием органического материала к сборному баку или к блоку анаэробного дигерирования и/или блоку ферментации.
58. Способ по п. 57, в котором указанную водную суспензию, подаваемую к указанному сепаратору жидкость-твердое вещество, подвергают воздействию сжимающего шнекового транспортера, встроенного в наклонный цилиндрический корпус, причем водную суспензию подают в шнековый транспортер на нижнем конце указанного цилиндрического корпуса, и шнековый транспортер транспортирует твердый материал вверх по указанному цилиндрическому корпусу к выходу для фракции, содержащей твердые вещества.
59. Способ по любому из пп. 45-56, в котором указанный этап сепарации содержит подачу указанного предварительно обработанного потока отходов к блоку центробежного декантера, включая подачу указанного потока через центральный осевой вход к шнековому транспортеру во вращающемся корпусе декантера, транспортировку твердых веществ указанным шнековым транспортером к выходу для твердых частиц, нагнетание жидкости через импеллер к корпусу дискового сепаратора, охватывающему дисковую центрифугу, вращение указанной дисковой центрифуги и указанного корпуса дискового сепаратора для сепарации тем самым тяжелой жидкой водной фазы и легкой жидкой жировой и/или масляной фазы, направление каждой фазы к соответствующему выходу.
60. Способ по любому из пп. 49-59, в котором указанный этап сепарации содержит кондиционирование материала, поступающего из блока предварительной обработки в секцию кондиционирования, причем указанное кондиционирование содержит смешивание с кислотным раствором для понижения рН материала.
61. Способ по любому из пп. 45-60, в котором указанное производство биодизеля включает подачу указанного жирового/масляного компонента и теплоносителя через чередующиеся отделения, ограниченные множеством контактных пластин, покрытых катализатором этерификации/переэтерификации в зоне реакции и не имеющих покрытия в чередующихся отделениях, подачу теплоносителя через по меньшей мере некоторые из указанных чередующихся отделений между непокрытыми сторонами контактных пластин.
62. Способ по любому из пп. 45-61, в котором указанное производство биодизеля включает сначала приведение указанного жирового/масляного компонента в контакт с катализатором, катализирующим этерификацию свободных жирных кислот, и затем в контакт с катализатором, катализирующим переэтерификацию глицеридов.
63. Способ по любому из пп. 45-60, содержащий этерификацию свободных жирных кислот гомогенным кислотным катализом в отдельном биодизельном реакторе с непрерывным потоком, состоящем из множества контактных пластин, и последующий основной катализ переэтерификации глицеридов во втором биодизельном реакторе с непрерывным потоком, состоящем из множества контактных пластин.
64. Способ по п. 63, в котором удаление воды обеспечивают посредством мгновенного испарения между реакторами и/или после каждого реактора.
65. Способ по любому из пп. 45-64, в котором этерификации и/или трансэтерификации способствуют посредством наведения турбулентного потока при помощи статических смесителей, размещенных между контактными пластинами в соответствующих зонах реакции.
66. Способ по любому из пп. 45-65, в котором указанный этап введения указанного компонента, содержащего влажный твердый материал, в блок компостирования, содержит подачу указанного компонента при температуре в диапазоне примерно 40-50°С к секции инициирования указанного блока для ускорения процесса путем подвергания субстрата непосредственно термофильному дигерированию и минуя мезофильную стадию компостирования.
67. Способ по п. 66, содержащий добавление семенного компоста из компоста ниже по потоку, причем указанный подаваемый компост находится по существу на пике своей термофильной фазы.
68. Способ по любому из пп. 66-67, содержащий непрерывное или полунепрерывное перемешивание и удержание материала в указанной секции инициирования в течение примерно 2-6 часов.
69. Способ по п. 66 или 68, содержащий добавление к компостному материалу богатого углеродом компонента для увеличения отношения C:N в компостном материале.
70. Способ по п. 69, в котором указанный богатый углеродом компонент выбирают из легко перевариваемых, богатых углеродом отходов, таких как фрукты, тесто и глицерин, причем глицерин предпочтительно получают при производстве биодизеля в данном способе.
71. Способ по п. 66 или 70, содержащий перемещение материала от указанной секции инициирования к секции инкубации второй стадии с добавлением наполняющего материала, такого как древесная стружка, аэрацию материала в указанной секции инкубации с принудительной аэрацией и увлажнением материала, инкубацию материала в указанной секции инкубации в течение примерно 24-96 часов.
72. Способ по любому из пп. 66-71, дополнительно содержащий перемещение материала от указанной второй стадии, стадии инкубации к третьей стадию, стадии выдержки, и обеспечение возможности созревания компостного материала на указанной третьей стадии на период по меньшей мере около трех месяцев.
73. Способ по любому из пп. 45-72, в котором указанный поток отходов содержит один вид или более видов отходов: бытовые отходы, отходы мясопереработки, отходы пищевой промышленности, отходы рыбной промышленности, отходы производства растительного масла и/или рыбьего жира, осадок сточных вод, жиры и масла сточных вод, сельскохозяйственные отходы, такие как пшеничная солома или иная солома, рисовая шелуха, остатки соевого творога, трава и животный навоз, а также садовые и древесные отходы.
74. Способ по любому из пп. 45-73, дополнительно содержащий этап измельчения и/или дробления и гомогенизации отходов выше по потоку от этапа предварительной обработки.
75. Способ по любому из пп. 45-74, причем способ энергетически самодостаточен, так что способ не требует внешних источников энергии.
