RS50788B - Postupak za obradu otpada i aparat - Google Patents

Abstract

Postupak za obradu otpada, naznačen time što obuhvata:(i) korak gasifikacije koji obuhvata korak obrade otpada u jedinici za gasifikaciju (1) u prisustvu kiseonika i pare radi dobijanja otpadnog gasa i čvrstog ugljenisanog materijala koji se ne prenosi vazduhom; i(ii) korak plazma obrade koji obuhvata podvrgavanje otpadnog gasa, i čvrstog ugljenisanog materijala koji se ne prenosi vazduhom, plazma postupku u jedinici za plazma obradu (4) u prisustvu kiseonika i, izborno, pare, pri čemu je jedinica plazma obrade (4) odvojena od jedinice za gasifikaciju (1).Prijava sadrži još 42 patentna zahteva.

Description

POSTUPAK ZA OBRADU

OTPADA I APARAT

Oblast pronalaska

[0001]Ovaj pronalazak se odnosi na postupak za obradu otpada, posebno komunalnog otpada.

Stanje tehnike

[0002]Komunalni otpad se tradicionalno odlaže na odlagališta. Ipak, opasnost takvog postupanja po životnu sredinu izaziva sve veću zabrinutost te se stoga posljednjih godina ulažu napori kako bi se osmislili postupci za smanjenje zapremine otpada i količine za životnu sredinu potencijalno opasnih supstanci u obrađenom materijalu.

[0003]Postupci razvijeni za obradu otpada uključuju sisteme spaljivanja gde se otpad termički obrađuje stehiometrijskim količinama kiseonika ili količinama kiseonika u višku. Postupak se normalno izvodi na vazduhu. Primeri sistema spaljivanja uključuju: sisteme spaljivanja mešanog čvrstog otpada, sisteme spaljivanja goriva dobijenog iz otpada (engl. refuse derived fuel, RDF), gde se RDF obično spaljuje na pokretnoj rešetki, i spaljivanje u fluidiziranom sloju.

[0004]Druga metoda obrade otpada uključuje upotrebu pirolize, tj. pirolizu otpada u jedinici za pirolizu. Pojam piroliza, u oblasti obrade otpada, označava termičku obradu otpada u odsustvu kiseonika. Generalno su pirolitički postupci endotermni te je stoga potrebno dovoditi toplotnu energiju kako bi se piroliza mogla dalje odvijati. To je razlika od spaljivanja, koje je egzotermni postupak i kao takav ne treba dodatno dovođenje toplote jednom kada započne. Postupak pirolize pretvara mnoge organske supstance iz otpada u gasovite, tečne i čvrste frakcije, koristeći kombinaciju reakcija termičkog razlaganja i kondenzacije. Piroliza generalno daje tri proizvoda: gas, koji primarno sadrži vodonik, metan, ugljen monoksid, ugljen dioksid i druge gasove; tečnu fazu koja sadrži katran ili ulje sa udelom sirćetne kiseline, acetona, metanola i složenih oksigenovanih ugljovodonika; ugalj koji se sastoji od gotovo čistog ugljenika; plus bilo koji originalno inertni materijal prisutan u prvobitnom čvrstom otpadu. Piroliza je postupak koji se koristi u industrijskoj proizvodnji uglja iz drveta, koksa i koksnog gasa iz uglja, zatim gasovitog goriva i smole iz teških frakcija nafte. Ipak, njena upotreba u obradi čvrstog otpada nije bila uspešna, a jedan od razloga je to što sistem treba stalno punjenje, što je teško postići iz komunalnog otpada.

[0005]Treća metoda obrade otpada obuhvata gasifikaciju otpada (vidi npr. dokument CA. 23 39 457). Gasifikacija je delimično spaljivanje materijala pri čemu se kiseonik u jedinici gasifikacije kontroliše na način da je prisutan u sub-stehiometrijskoj količini u odnosu na otpadni materijal. Gasifikacija otpada koji sadrži ugljenične komponente za rezultat daje zapaljivo gasovito gorivo bogato ugljen monoksidom, vodonikom i nekim zasićenim ugljovodonicima, uglavnom metanom. Postoji pet osnovnih tipova gasifikatora: gasifikator sa vertikalnim fiksnim slojem, gasifikator sa vodoravnim fiksnim slojem, gasifikator fluidiziranog sloja, gasifikator sa više ložišta i gasifikator sa rotacionom peći. U najčešćoj su upotrebi prva tri.

[0006]Gasifikacija, iako je umereno uspešno za spaljivanje većine otpada, ipak proizvodi gas koji sadrži nesagorele čestice, katranske supstance niske isparljivosti i jedinjenja koja se prenose vazđuhom. Uz to, iako puno otpada sagori ili u gas ili čestice koje se prenose vazduhom, postupak gasifikacije još uvek proizvodi 'ugalj', tj. čvrsti materijal čije komponente ne sagorevaju lako niti ispare pod radnim uslovima gasifikacije. Takav ugalj obično sadrži opasne teške metale i toksična organska jedinjenja koja je potrebno pažljivo odložiti, a to povećava troškove celog postupka obrade otpada. Treba znati da postoji želja za smanjenjem količine čvrstog otpada koji nastaje u postupku obrade otpada, a takođe i za smanjenjem količine opasnog materijala u obrađenom otpadu.

[0007]Nađeno je da, ako se gas koji je proizvod gasifikacije otpada (zvan i 'otpadni gas', svngas) koristi u gasnom motoru ili gasnoj turbini, čestice koje se prenose vazduhom i katranski molekuli ugljovodonika imaju tendenciju da blokiraju gasnu turbinu ili motor. Gas se prema tome ne smatra dovoljno 'čistim', a čak i da se koristi otpadni gas dobijen gasifikacijom, turbinu bi bilo potrebno često čistiti te održavati i/ili uvesti dodatni trošak koraka čišćenja za uklanjanje katranskih proizvoda.

[0008]Prema tome, želja je osmisliti postupak koji će nadvladati, ili barem smanjiti neke ili sve poteškoće vezane uz metode prethodne tehnike.

Izlaganje suštine pronalaska

[0009]U prvom aspektu ovaj pronalazak obezbeđuje postupak za obradu otpada koji sadrži:

(i) korak gasifikacije koji obuhvata korak obrade otpada u jedinici za gasifikaciju u prisustvu kiseonika i pare radi dobijanja otpadnog gasa i čvrstog ugljenisanog materijala koji se ne prenosi vazduhom; i (ii) korak plazma obrade koji obuhvata podvrgavanje otpadnog gasa, i čvrstog ugljenisanog materijala koji se ne prenosi vazduhom, plazma postupku u jedinici za plazma obradu u prisustvu kiseonika i, izborno, pare, pri čemu je jedinica plazma obrade odvojena od jedinice za gasifikaciju.

[0010] Otpadni gas će obično sadrži nesagorele čvrste čestice i katranska jedinjenja.

[0011] Prvi aspekt može obezbediti postupak za obradu otpada, takav da dalje obuhvata podvrgavanje otpada koraku mikrobne razgradnje pre koraka gasifikacije.

[0012] Prvi aspekt može obezbediti postupak za obradu otpada, takav da dalje obuhvata korak pirolize pre koraka gasifikacije, a nakon koraka mikrobne razgradnje, ako je on uključen.

[0013] U "prisustvu kiseonika i pare" znači da su i gasoviti kiseonik i para prisutni u jedinici gasifikacije i/ili jedinici plazma obrade. Takođe mogu biti prisutni i drugi gasovi. Kiseonik može biti obezbeđen kao gas kiseonik, u smeši gasova (npr. vazduhu) i/ili u jedinjenju koji sadrži kiseonik.

[0014] "Para" obuhvata vodu u gasovitom obliku, paru i vodu suspendovane u gasu kao kapljice. Poželjno, para je voda pri temperaturi od 100°C ili više. Voda, koja će preći u paru, se u jedinicu za gasifikaciju i/ili jedinicu za plazma obradu može uvesti u obliku tečne vode, raspršene vode temperature od 100°C ili niže, ili kao para temperature od 100°C ili više; pri upotrebi, toplota u unutrašnjosti jedinice za gasifikaciju i/ili jedinice za plazma obradu obezbeđuje da tečna voda, koja može biti u obliku kapljica u vazduhu, ispari u paru.

[0015] U drugom aspektu, ovaj pronalazak obezbeđuje aparat za izvođenje postupka ovog pronalaska koji obuhvata:

(i) jedinicu za gasifikaciju, i

(ii) jedinicu za plazma obradu odvojenu od jedinice za gasifikaciju (1),

gde jedinica za gasifikaciju ima ulaz za kiseonik i izborno ulaz za paru, a jedinica za plazma obradu ima ulaz za kiseonik i izborno ulaz za paru, a omogućena su i sredstva za prenos otpadnog gasa i čvrstog ugljenisanog materijala koji se ne prenosi vazduhom iz jedinice za gasifikaciju u jedinicu za plazma obradu.

[0016]Drugi aspekt može obezbediti aparat za izbođenje postupka ovog pronalaska koje dalje obuhvata jedinicu za mikrobnu razgradnju i/ili jedinicu za pirolizu.

[0017]Poželjne karakteristike ovog pronalaska opisane su u zavisnim patentnim zahtevima i u detaljnom opisu u nastavku.

[0018]Ovaj pronalazak će biti dalje opisan. U sledećim pasusima se detaljnije definišu različiti aspekti pronalaska. Svaki tako definisani aspekt se može kombinovati sa bilo kojim drugim aspektom ili aspektima, osim ako nije jasno naznačeno drugačije. Posebno, bilo koja karakteristika koja se navodi kao poželjna ili kao prednost, može se kombinovati sa bilo kojom karakteristikom ili karakteristikama koje su navedene kao poželjne ili kao prednost.

Kratak opis crteža

[0019]Sledeći crteži dati su kao primer i predstavljaju ostvarenja ovog pronalaska koja ni na koj način nisu ograničavajuća: Slike l(a) do (c) su šematski prikazi plazma peći sa dve elektrode u tri moguće konfiguracije. Slika 2 prikazuje poželjno ostvarenje postupka ovog pronalaska. Slika 3 prikazuje ostvarenje aparata ovog pronalaska, uključujući gasifikator fluidiziranog sloja (1) i plazma peć (4).

Slika 4 detaljnije prikazuje plazma peć sa Slike 3.

Slika 5 prikazuje drugo poželjno ostvarenje postupka ovog pronalaska.

Detaljan opis pronalaska

[0020]S obzirom na probleme povezane sa postupcima gasifikacije, predloženo rešenje koje razmatraju pronalazači jeste koristiti plazma obradu umesto obrade gasifikacijom. Pronalazači su našli, ipak, da je količina energije potrebna za gasifikaciju organske frakcije otpadnog materijala u plazma jedinici vrlo visoka i da se samo relativno male zapremine čvrstog otpada mogu obraditi u bilo koje vreme. Kao takva, obrada neobrađenog otpada pomoću plazme smatra se ekonomski neisplativom. Pronalazači su našli, ipak, da se može dobiti niz prednosti u odnosu na prethodnu tehniku ako se prvo otpad obradi u jedinici za gasifikaciju, a zatim u plazma jedinici. Tačnije, nađeno je daje ova kombinacija iznenađujuće energetski delotvorna. Takođe je otkriveno da kombinacija obrade gasifikacijom i obrade plazmom za rezultat daje relativno čist syngas (sintetički gas, sadrži vrlo niske koncentracije čestica koje se prenose vazduhom), vrlo niske količine opasnog katrana i jedinjenja teških metala i manje količine čvrstog materijala u očišćenom gasovitom proizvodu.

[0021] Nađeno je da obrada otpadnog gasa u plazma jedinici znatno smanjuje broj čestica koje se prenose vazduhom i katranskih ugljovodoničnih jedinjenja, koji imaju tendenciju da izazovu probleme zagađenja ako se koriste u turbini. Nađeno je da obrada ugljenisanog materijala u plazma jedinici pretvara dosta tog materijala u gas, i posebno, u gas sa relativno niskim udelom čestica koje se prenose vazduhom i katranskih gasovitih ugljovodonika koji mogu blokirati (začepiti) turbinu. Prednost plazme je takođe to što se razne po životnu sredinu opasne čestice koje se prenose vazduhom i gasovi razgrađuju u manje opasna jedinjenja za vreme plazma postupka.

[0022] Poželjno, postupak obuhvata unošenje otpadnog materijala, tj. ulazni otpad, koji je u suštini homogen prema jedinici za gasifikaciju. Nađeno je da to poboljšava efikasnost postupka obrade u celini. Ulazni otpad može biti prethodno obrađen da mu se poveća homogenost pre punjenja u jedinicu za gasifikaciju. "Homogeno" znači da otpad mora imati jedno ili više svojstava koja ne variraju u većoj meri za veliku masu otpada ili od serije do serije, ako se ulazni otpad u gasifikator puni u serijama; stoga vrednost svojstva o kojem se radi ne varira u većoj meri kako se otpad puni u jedinicu za gasifikaciju. Takva svojstva koja poželjno ne variraju u većoj meri, uključuju kalorijsku vrednost, veličinu sastavnih delova, sadržaj vlage, sadržaj pepela i gustinu otpadnog materijala. Poželjno jedno ili više od ovih svojstava varira za 20% ili manje, poželjno 15% ili manje, poželjnije 10% ili manje. Poželjno, kalorijska vrednost i sadržaj vlage u otpadu koji se puni u gasifikator, su relativno ujednačene za vreme postupka.

[0023] Ujednačenost svojstva/svojstava od interesa se može meriti tako da se uzmu uzorci jednake težine iz (i) određenog broja serija otpada koji se puni u gasifikator za određeno vreme (ako se otpad u gasifikator puni u serijama) ili (ii) u određenim vremenskim intervalima ako se otpad u gasifikator puni u suštini kontinuirano. Za merenje ujednačenosti ulaznog otpada mogu se koristiti metode uzorkovanja poznate stručnjacima.

[0024] Na primer, u vremenu od 1 sat postupka koji je u toku, kalorijska vrednost uzoraka otpada (iste težine, npr. 1 kg ili 10 kg) koji se puni u gasifikator, uzetih u redovnim (npr. 5 do 10 minuta ili 3 do 4 sata) intervalima, poželjno varira za 20% ili manje, poželjnije 15% ili manje, najpoželjnije 10% ili manje. Po apsolutnom merilu, ulazni otpad obično ima srednju kalorijsku vrednost od oko 15 MJ/kg, a poželjno je (+/-) odstupanje od srednje kalorijske vrednosti manje od 3 MJ/kg, poželjno manje od 1.5 MJ/Kg. Sadržaj vlage ulaznog otpada je poželjno najmanji mogući, što se detaljnije razmatra u nastavku. Prosečna (srednja) kalorijska vrednost ulaznog otpada (koja se može izračunati iz niza uzoraka uzetih u pravilnim intervalima, kako je gore opisano) je poželjno 11 MJ/Kg ili veća, poželjnije 13 MJ/Kg ili veća, najpoželjnije 15-17 MJ/Kg.

[0025]Ulazni otpad, tj. otpad koji se puni u gasifikator (a može sadržati RDF), poželjno ima sadržaj vlage od 30 tež% ili manje, poželjno 20 tež% ili manje, poželjnije 15 tež% ili manje. Sadržaj vlage ulaznog otpada poželjno varira za 10% ili manje, poželjnije 5% ili manje. Sadržaj vlage ulaznog otpada može se kontrolisati postupcima koji su poznati stručnjacima iz ove oblasti, kao što su sušenje, ili pomoću postupaka mikrobne obrade koji su ovde opisani. Uobičajeni sadržaj vlage RFD-a može biti u rasponu od 20 do 40 tež%. Poželjno, sadržaj vlage RFD-a se smanjuje do poželjnih količina za gore opisani ulazni otpad.

[0026]Postupak može dalje obuhvatati korak sušenja otpada pre obrade u koraku rasplinjavanja ili pirolize. Otpad se može sušiti pomoću toplote proizvedene u bilo kom drugom koraku postupka, kao stoje toplota iz koraka pirolize, gasifikacije i/ili plazma obrade. Toplota se do otpada u svrhu sušenja može preneti tako da otpad dođe u dodir sa zagrejanim vazduhom ili parom, a koji se mogu zagrevati toplotom proizvedenom u bilo kom drugom koraku. Otpad se može sušiti tako da se uduvava zagrejani vazduh ili para preko ili kroz otpad.

[0027]Ulazni otpad poželjno sadrži visoki udeo (poželjno 85% ili više od broja čestica, poželjnije 95% ili više od broja čestica) čestica veličine 50 mm ili manje. Veličina čestica se meri duž čestice po njenoj najdužoj dimenziji. Poželjno ulazni otpad sadrži 50% ili više (brojčano) čestica veličine 30 mm ili manje.

[0028]Uobičajena analiza sadržaja ulaznog otpada bila bi kao što sledi:

Bruto kalorijska vrednost: 13.2 MJ/Kg

Vlaga: 25%

Pepeo: 13.05%

Fiksni ugljenik: 12.17%

Isparljiva materija: 49.78%

Veličina čestica: 85% < 50mm

[0029]Razni postupci se mogu koristiti za ujednačavanje raznih svojstava otpadnog materijala, na primer: mikrobna obrada, razvrstavanje, rezanje, sušenje, izbor, mešanje i spajanje. Od navedenih, poželjna je mikrobna razgradnja i ovaj postupak se detaljnije objašnjava u nastavku.

[0030]Prikladan otpadni materijal za upotrebu u koraku gasifikacije je ispitan u dva oblika od kojih je svaki imao različit sadržaj vlage, ali su inače sadržali iste sastavne delove u jednakim razmerama. Otpadni materijal je sadržao sastavne delove prikazane u Tabeli 1 u nastavku. Četvrta kolona pokazuje tež% sastavnih delova svakog uzorka u odsustvu vlage. Jedinica za gasifikaciju je poželjno adaptirana da gasifikuje otpad čiji je sadržaj kao u Tabeli u nastavku. Elementarna analiza (analiza sadržaja) otpada je data u Tabeli 2 u nastavku.

[0031]Termički obrađeni otpadni materijal može imati sadržaj vlage u rasponu 10-16 tež% od oko 12% ili manje: gornji oblik I otpada je prema tome reprezentativan oblik termički osušenog otpada. Otpadni materijal osušen tzv. 'MBO' (mehaničko-biološkom obradom, kao što je rotaciona aerobna digestija) može imati sadržaj vlage od oko 25% ili manje: gornji oblik II je stoga reprezentativan oblik otpada koji je podvrgnut MBO-u.

[0032]Elementarne količine vodonika i kiseonika u Tabeli 2 su iz teoretski suvih delova.

[0033]Postupak prema ovom pronalasku obuhvata korak gasifikacije. Korak gasifikacije se može, na primer, izvesti u gasifikatoru sa uspravnim fiksnim slojem (oknom), gasifikatoru sa vodoravnim fiksnim slojem, gasifikatoru fluidiziranog sloja, gasifikatoru sa više ložišta i gasifikatoru sa rotacionom peći.

[0034]Potrebno je napomenuti da se gasifikator sa vodoravnim fiksnim slojem može u prethodnoj tehnici negde navoditi i kao peć (spaljivač) bez dovoda vazduha, peć sa kontrolisanim dovodom vazduha, pirolitička peć ili modularna jedinica peći (modular combustor unit, MCU).

[0035]Gasifikator sa vodoravnim fiksnim slojem generalno obuhvata dva dela: primarnu i sekundarnu komoru za sagorevanje. U primarnoj komori otpad se gasifikuje delimičnim sagorevanjem pod sub-stehiometrijskim uslovima, što daje nisko-kalorični gas koji zatim ulazi u sekundarnu komoru za sagorevanje, gde se spaljuje u višku vazduha. Sekundarno sagorevanje proizvodi gasove visoke temperature (650 do 870°C) potpunog sagorevanja koji se mogu koristiti za proizvodnju pare ili vruće vode u izborno priključenom grejaču otpada. Manja brzina i turbulencija u primarnoj komori sagorevanja smanjuju uvlačenje čestica u struju gasa, što znači manje ispuštanje čestica u odnosu na uobičajene peći sa viškom vazduha.

[0036]Poželjno, korak gasifikacije se izvodi u jedinici za gasifikaciju sa fluidiziranim slojem. Gasifikacija fluidiziranog sloja je za obradu ulaznog otpada efikasnija od drugih dostupnih postupaka gasifikacije. Tehnika fluidiziranog sloja dozvoljava vrlo efikasan kontakt između oksidanta i protoka ulaznog otpada, što za rezultat daje brzu gasifikaciju i kontrolu temperature unutar jedinice.

[0037]Uobičajena jedinica za gasifikaciju fluidiziranog sloja može obuhvatati uspravni čelični cilindar, obično obložen vatrostalnim materijalom, sa slojem peska, potpornom rešetkastom pločom i mlaznicama za ulaz vazduha. Kada se kroz mlaznice propusti vazduh, sloj se fluidizira i širi svoju zapreminu mirovanja do dva puta. Čvrsta goriva kao što su ugalj ili RFD, ili u slučaju ovog pronalaska, ulazni otpad, mogu se uvesti, moguće preko potiskivanja, u reaktor ispod ili iznad nivoa fluidiziranog sloja. Postupak "kuvanja" fluidiziranog sloja podstiče turbulenciju i prenosi toplotu do ulaznog otpada. Za vreme postupka, pomoćno gorivo (prirodni gas ili mazut) se koristi kako bi se sloj zagrejao na radnu temperaturu 550°C do 950°C, poželjno 650°C do 850°C. Nakon početka, pomoćno gorivo obično više nije potrebno.

[0038] Poželjno će jedinica za gasifikaciju, najpoželjnije jedinica za gasifikaciju fluidiziranog sloja, biti uspravna, cilindrična komora poželjno obložena prikladnim vatrostalnim materijalom, poželjno takvim koji sadrži aluminijum silikat.

[0039] U jedinici za gasifikaciju fluidiziranog sloja, udaljenost između radne površine, koju čine čestice fluidnog sloja kada su fluidne (tj. kada se od ispod kroz čestice propušta gas), i vrha jedinice se naziva "visina slobodne ploče". U ovom pronalasku će ta visina, pri upotrebi, biti poželjno 2.5-5.0 (poželjnije 3.5 do 5.0) puta veća od unutrašnjeg prečnika jedinice. Ovakva geometrija komore je osmišljena da se omogući vremenski dovoljno dugo zadržavanje otpada unutar fluidnog sloja kako bi se reakcije gasifikacije dovršile i takođe, da se spreči prekomeran prenos čestica u plazma jedinicu. Jedinica za gasifikaciju će poželjno koristiti zagrejani sloj keramičkih čestica suspendovanih (fluidiziranih) u rastućoj koloni gasa. Čestice mogu biti slične pesku. Čestice mogu obuhvatati silicijum oksid.

[0040] Poželjno, otpad će se u jedinicu za gasifikaciju puniti kontinuirano i kontrolisanom brzinom. Jedinica za gasifikaciju je jedinica za gasifikaciju fluidnog sloja, poželjno se otpad puni ili direktno u sloj ili iznad sloja.

[0041] Poželjno, punjeni otpad se prenosi u jedinicu za gasifikaciju pomoću sistema pužnog transportera koji omogućava kontinuirano dodavanje otpada. Sistem punjenja otpada može imati ugrađenu vazdušnu komoru, takvu da se preko nje otpad može puniti u jedinicu za gasifikaciju da se spreči ulaz vazduha ili izlaz gasa u/iz unutrašnjosti jedinice za gasifikaciju. Otpad se poželjno puni preko vazdušne komore sa dodatnim produvavanjem inertnog gasa. Vazdušne komore su poznate stručnjacima.

[0042] Tokom postupka gasifikacije, jedinica za gasifikaciju treba biti zatvorena i tako odvojena od okoline da se spreči ulaz ili izlaz gasova u/iz jedinice za gasifikaciju, a u nju se kontrolisano uvodi potrebna količina kiseonika i/ili pare.

[0043] Ako je jedinica za gasifikaciju ona sa fluidnim slojem, poželjno se ispod sloja uvode oksidanti koji sadrže kiseonik i paru, a to može biti izvedeno preko niza dovodnih mlaznica usmerenih na gore.

[0044] Poželjno, gasifikacija se izvodi u prisustvu pare i kiseonika. Kako je navedeno u prethodnom tekstu, voda, koja će se prevesti u paru, može se u jedinicu za gasifikaciju uvesti u obliku tečne vode, raspršene vode koja može imati temperaturu od 100°C ili manje, ili kao para sa temperaturom od 100°C ili više. U postupku, toplota u unutrašnjosti jedinice za gasifikaciju obezbeđuje da se tečna voda, koja može biti u obliku kapljica u vazduhu, prevede u paru. Poželjno se ulaz pare i kiseonika u jedinicu pažljivo meri, a brzina punjenja otpada je prilagođena da se osigura da gasifikator radi unutar prihvatljivog režima. Količina kiseonika i pare, koji ulaze u jedinicu za gasifikaciju, će prema količini otpada zavisiti od niza faktora uključujući sastav otpada, njegov sadržaj vlage i kalorijsku vrednost. Poželjno, količina kiseonika koji ulazi u jedinicu za gasifikaciju u koraku gasifikacije iznosi od 300 do 350 kg na 1000 kg otpada punjenog u jedinicu za gasifikaciju. Poželjno, količina pare koja ulazi u jedinicu za gasifikaciju u koraku gasifikacije iznosi od 0 do 350 kg na 1000 kg punjenog otpada, izborno od 90 do 300 kg na 1000 kg otpada ili 120 do 300 kg na 1000 kg otpada, najpoželjnije 300 - 350 kg na 1000 kg otpada, ako otpad sadrži manje od 20 tež% (izborno manje od 18%) vlage. Ako otpad sadrži 20 tež% ili više (izborao više od 18%) vlage, poželjno je količina pare koja ulazi u jedinicu za gasifikaciju od 0 do 150 kg na 1000 kg otpada. Uobičajene količine dodatih oksidanata kiseonika i pare za otpad date u Tabeli 1 su date u nastavku u Tabeli 2.

[0045] Jedinica za gasifikaciju ispod sloja poželjno obuhvata sistem za prethodno zagrevanje na fosilno gorivo, a koji se poželjno koristi za povišenje temperature sloja pre početka punjenja jedinice.

[0046] Poželjno jedinica za gasifikaciju obuhvata više senzora pritiska i temperature za pažljivo praćenje postupka gasifikacije.

[0047] Za otpadni materijal sastava datog u Tabeli 1 (sa ili 12% ili 25% vode), količina dodavanja kiseonika i pare će poželjno biti u rasponu kako je prikazano u daljem tekstu u Tabeli 2.

[0048]Poželjno se otpad gasifikuje u jedinici za gasifikaciju pri temperaturi većoj od 650°C, poželjnije pri temperaturi većoj od 650°C do temperature od 1000°C, najpoželjnije pri temperaturi od 800°C do 950°C. Ako se u ovom pronalasku koristi gasifikator fluidiziranog sloja, poželjno se temperatura sloja održava u rasponu od 650-900°C, poželjnije u rasponu od 750-950°C i najpoželjnije u rasponu od 800-850°C; ovo je generalno prikladno za sav otpad koji nema visoki udeo kalij um karbonata (potaše) i kada se ne zapaža aglomeracija (sinterovanje) čestica fluidnog sloja.

[0049]Maksimalna temperatura korišćena u fluidiziranom sloju ili fluidiziranoj jedinici za gasifikaciju, zavisi od sadržaja pepela u gorivu koje se obrađuje. Posebno, neki materijali od biomase imaju visoki udeo kalijum karbonata, sode i drugih jedinjenja koja stvaraju eutektičke smeše niske tačke topljenja. Za otpad koji sadrži jedan ili više takvih materijala, posebno je važno osigurati da se temperatura sloja održava ispod temperature sinterovanja pepela u otpadu (što može biti nisko čak do~650°C u nekim slučajevima), a da se izbegne koagulacija čestica fluidnog sloja. Temperatura fluidiziranog sloja se može održavati kontrolisanjem količine ulaza oksidanta u gasifikator u odnosu na količinu čvrstog goriva.

[0050]U gasifikatoru fluidnog sloja, poželjno zona iznad fluidnog sloja (ponekad se naziva i slobodna ploča) može biti na većoj temperaturi od fluidnog sloja, što je onda poželjno u rasponu od 800-1000°C.

[0051]Sistemi gasifikacije fluidnog sloja su vrlo raznoliki i mogu raditi na više vrsta goriva, uključujući komunalni otpad, mulj, biomasu, ugalj i razni hemijski otpad. Korak gasifikacije postupka ovog pronalaska može da obuhvata korišćenje prikladnog sloja kao što je krečnjak (CaC03), ili poželjno pesak. Za vreme postupka, početni materijal sloja se može istrošiti i onda zameniti recikliranim kalibrisanim pepelom (ugljenisani materijal) iz faze gasifikacije.

[0052]Poželjno, jedinica za gasifikaciju i jedinica za plazma obradu su integrisane i obično u fluidnoj vezi. "Fluidna veza' znači da postoji kanal za prenos proizvoda iz jedinice za gasifikaciju u jedinicu za plazma obradu. Poželjno, ceo postupak je integrisan tako da se svi koraci izvode na jednom mestu i postoje sredstva preko kojih se proizvodi prenose iz svakog koraka u sledeći korak. Svaki se korak poželjno izvodi u posebnoj jedinici. Posebno, gasifikacija i plazma obrada se izvode u odvojenim jedinicama, a kako bi se omogućilo da uslovi u svakoj jedinici variraju nezavisno. Poželjno, omogućena su sredstva za prenos proizvoda iz jedinice za gasifikaciju u jedinicu za plazma obradu.

[0053]U alternativnom ostvarenju, plazma obrada se može izvoditi u dve jedinice da se posebno obrađuju čvrsti ugljenisani materijal i struja otpadnog gasa iz gasifikatora.

[0054]Postupak prema ovom pronalasku obuhvata korak plazma obrade. Poželjno, plazma obrada se provodi u prisustvu oksidanta. Poželjno, količina oksidanta je kontrolisana. Poželjnije se količina oksidanta kontroliše tako da se gasoviti ugljovodonici (uključujući katranske proizvode niske isparljivoti), ugljenikove čestice koje se prenose vazduhom, ugljenik iz ugljenisanog materijala i deo ugljen monoksida pretvaraju u ugljen monoksid i ugljen dioksid, poželjno tako da je odnos CO/CO2nakon plazma obrade jednak ili veći od gasa koji izlazi iz jedinice za gasifikaciju. Poželjno, plazma obrada se izvodi na ugljenisanom materijalu sve dok se značajno sav sadržaj ugljenika iz tog materijala ne pretvori u gas ili vrste koje se mogu prenositi vazduhom.

[0055]Poželjno, oksidant je kiseonik ili kiseonik i para. Poželjno, plazma obrada se izvodi u prisustvu kiseonika i pare. Kako je prethodno navedeno, voda, koja se prevodi u paru, može se u jedinicu za plazma obradu uvesti u obliku tečne vode, raspršene vode koja može imati temperaturu od 100°C ili manje, ili kao para sa temperaturom od 100°C ili više. U postupku, toplota u unutrašnjosti jedinice za gasifikaciju i/ili jedinice za plazma obradu obezbeđuje da se tečna voda, koja može biti u obliku kapljica u vazduhu, prevede u paru.

[0056]Poželjno, razmera kiseonika prema pari iznosi od 10:1 do 2:5, težinski. Poželjno, plazma obrada otpada se izvodi pri temperaturi od 1100 do 1700°C, poželjno od 1100 do 1600°C, poželjnije od 1200 do 1500°C.

[0057]Plazma jedinica za vreme rada generalno sadrži fazu topljenja, čija je temperatura u plazma jedinici poželjno 1150°C ili više, poželjno od 1150°C do 1600°C.

[0058]Poželjno, količina kiseonika koja se uvodi u plazma jedinicu, na svakih 1000 kg otpada inicijalno uvedenog u jedinicu za gasifikaciju, iznosi od 15 do 100 kg, poželjno od 25 do 80 kg. Poželjno, količina pare koja se uvodi u plazma jedinicu, na svakih 1000 kg otpada inicijalno uvedenog u jedinicu za gasifikaciju, iznosi od 0 do 50 kg, poželjno od 0 do 30 kg.

[0059]Za otpadni materijal sastava datog u Tabeli 1 (sa ili 12% ili 25% vode), količina dodavanja kiseonika i pare u jedinicu pretvaranja u plazmu će poželjno biti u rasponu kako je prikazano u daljem tekstu u Tabeli 3.

[0060] Poželjno, plazma obrada otpada se izvodi u prisustvu gasa koji stabilizuje plazmu. Poželjno se izbor tog gasa vrši od jednog ili više od azota, argona, vodonika, ugljen monoksida, ugljen dioksida i pare.

[0061] Poželjno se voda, koja se prevodi u paru, uvodi u jedinicu za plazma obradu u obliku raspršene vode sa temperaturom manjom od 100°C. To ima dve glavne prednosti: prvo, voda u spreju ima efekat hlađenja otpadnog gasa (svngas), koji se proizvodi u plazma jedinici, zbog stimulisanja endotermne reakcije vode sa ugljenikom (da nastanu vodonik i ugljen monoksid). Drugo, ukupna hemijska entalpija proizvedenog otpadnog gasa se povećava, a to omogućava veći izlaz električne energije ako se gas koristi radi proizvodnje struje (tj. poboljšava se ukupna neto efikasnost električne konverzije).

[0062] Korak plazma obrade omogućuje siguran način odlaganja ostataka proizvedenih u postupku, kao što su ostaci pročišćavanja otpadnog gasa.

[0063] Otpad može imati sastojke koji sadrže opasna jedinjenja i elemente, kao što su teški metali koji su opasni za životnu sredinu ako se prenesu u vazduh. Oni se mogu nazvati ostaci za kontrolu zagađenosti vazduha (APC, Air Pollution Control) i mogu u otpadu za obradu biti prisutni u količini~0.2 tež%. Budući da ti ostaci mogu biti zagađeni teškim metalima kao što su olovo, cink i kadmijum, biće označeni kao opasni. Poželjno, postupak ovog pronalaska dalje u fazi troske obuhvata uključivanje opasnih neorganskih materijala kao što su teški metali i jedinjenja koji ih sadrže. To će zarobiti opasne materijale u inertni mulj koji se ne cedi (kao inertni otpad) i tako omogućiti dugoročno rešenje za problem odlaganja takvih materijala.

[0064] Postupak može dalje da obuhvata dodavanje jednog ili više sredstava za olakšavanje rastapanja (zadržavanje tekućine), kao što su kreč, glinica ili silika u plazma jedinicu pre ili za vreme plazma obrade otpadnog gasa i ugljenisanog materijala. Prednost dodavanja takvog sredstva je to, što u određenim slučajevima, obezbeđuje da se iz neorganskih, nezapaljivih materijala proizvede troska niske tačke topljenja i niske viskoznosti. Takva se sredstva, kao silika, glinica ili kreč, mogu koristiti za imobilizaciju jedinjenja teških metala. To se sredstvo poželjno dodaje ugljenisanom materijalu pre njegovog uvođenja u plazma jedinicu, i, ako je postupak kontinuiran, dodavanje se može izvršiti i u struju ugljenisanog materijala. (0065] Protok i hernija reaktanata gasa i ugljenisanog materijala koji ulaze u plazma jedinicu se poželjno održavaju u uslovima dinamičke ravnoteže. To se može postići pažljivom kontrolom sistema pripreme punjenja i primarnog gasifikatora uzvodno od plazma jedinice.

[0066J Vrsta, razmere i ukupno dodavanje oksidanta u plazma jedinicu će se pažljivo kontrolisati i treba u obzir uzeti niz faktora:

• protok i hernija oba reaktanata - gasa i ugljenisanog materijala; • činjenica daje dodavanje pare kao oksidanta efikasno za osiguravanje brze reakcije sa piroliziranim čvrstim ugljenisanim materijalom i proizvodima čađi u gasovitoj fazi. To može pomoći kontroli termičke stabilnosti plazma jedinice, izbegavajući mogućnost termičkog "bega"; • dodavanje kiseonika stvara toplotu kao rezultat egzotermnih (delimičnih) reakcija sagorevanja koje se odvijaju; • verovatno je da će se para koristiti u kombinaciji sa kiseonikom ili kiseonikom obogaćenim vazduhom zbog ekonomičnosti, efikasnosti gasifikacije ugljenisanog materijala, efikasnosti uništavanja organskih materija, kvaliteta i kalorijske vrednosti proizvedenog gasa i ukupne mogućnosti kontrole postupka;

« vazduh se može koristiti u kombinaciji ili kao alternativa kiseoniku. Iako je skupo koristiti vazduh, on je termički manje efikasan od kiseonika, proizvodi gas mnogo niže kalorijske vrednosti (zbog efekta razređenja azota) i može proizvesti NOx kao nusproizvod; i

• ukupna ekonomija postupka (što je osetljivo na lokalne uslove).

[0067] Ako su hemijski sastav i protok mase reaktanata generalno konstantni, tada se razmera oksidanta prema reaktantima (koji sadrže otpad) poželjno održava na konstantnoj vrednosti. Povećanje brzine punjenja reaktanata poželjno vodi proporcionalnom povećanju brzine uvođenja oksidanta, što se može kontrolisati preko sredstava automatizovanog dodavanja oksidanta. Električna energija dovedena u plazmu se takođe poželjno prilagođava da odgovara promeni brzine punjenja otpada u plazma jedinicu te se u obzir uzima i termohemija sistema i termički gubici jedinice.

[0068] Gas koji izlazi iz plazma jedinice se može održavati pri temperaturi većoj od 1000°C, poželjno između 1000°C i 1500°C, najpoželjnije između 1000°C i 1300°C. Previsoke temperature otpadnog gasa (tj. >1300°C) nisu poželjne jer tada raste i potrebna snaga zagrevanja plazme, što smanjuje neto izlaz struje iz postrojenja.

[0069] Poželjno, gas dobijen obradom plazme se koristi u turbini ili gasnom motoru za proizvodnju struje. Turbina može biti uobičajena parna turbina ili gasna turbina. Svngas dobijen postupkom plazma obrade se poželjno hladi ili se ostavi hladiti do temperature ispod 200°C pre upotrebe u turbini. Tako se omogućuje potpuno i efikasno sagorevanje delimično sagorelih komponenti gasa, npr. ugljen monoksida. Dodatno, ako se svngas iz plazma obrade hladi pomoću sistema izmene toplote koji prenosi toplotu u drugi gas (koji prenosi toplotu), poželjno se gas koji prenosi toplotu koristi za zagrevanje parne turbine radi dodatnog stvaranja energije.

[0070] Plazma jedinica poželjno obuhvata i zavarenu oplatu od nerđajućeg ili ugljenikovog čelika, obloženu ciglama visokog stepena vatrostalnosti.

[0071] Poželjno, plazma jedinica obuhvata i elemente bakra koji se daljinskim upravljanjem hlade vodom, a koji će se poželjno koristiti da zadrže rastopljenu neorgansku fazu (faze). Ovi elementi poželjno deluju tako da formiraju zaštitni smrznuti rastopljeni sloj na vrućoj površini vatrostalnih materijala, a radi poboljšavanja dobrih vatrostalnih svojstava.

[0072] Poželjno, gasifikator obuhvata mesto izlaza otpadnog gasa koje je fluidno povezano sa plazma jedinicom. Poželjno, taj izlaz u gasifikatoru je blisko povezan sa plazma jedinicom radi sprečavanja kondenzacije katrana ili isparljivih soli u kanalu koji povezuje dve jedinice.

[0073] Poželjno, plazma jedinica obuhvata sistem sa jednom ili dve grafitne elektrode radi proizvodnje luka plazme. Na Slici 1 su prikazane tri moguće konfiguracije i način kojim su međusobno povezane sa izvorom napajanja plazme. Svaki crtež od (a) do (c) je šematski prikaz peći koja ima dve elektrode. 'Rastopljena kupka' označava rastopljenu trosku koja se nalazi na dnu peći.

[0074] Na šemi (a) jedna elektroda se nalazi u krovu peći, a druga kod baze peći. Obe su elektrode povezane sa izvorom napajanja radi omogućavanja proizvodnje plazme u peći.

[0075] Na šemi (b) prikazana je ista konfiguracija kao na šemi (a), uz dodatak start elektrode (levo od peći) radi olakšavanja početka rada sistema proizvodnje plazme, što će biti razumljivo stručnjaku.

[0076] Na šemi (c) se dve povezane elektrode nalaze u krovu plazma jedinice.

[0077] Poželjno, jedna ili više elektroda će biti smeštena u krovu plazma jedinice. Plazma jedinica može poželjno obuhvatati zaptivače elektroda hlađene vodom na ulazima i izlazima jedinice.

[0078] Poželjno, grafitna će elektroda (elektrode) biti probušena tako da se kroz njeno središte ubrizgava gas koji stabilizuje plazmu (npr. azot ili argon).

[0079]Izborno, elektrode su obložene vatrostalnim materijalom (npr. glinicom) radi smanjenja trošenja elektroda.

[0080] Izborno se jedan ili više plazma plamenika hlađenih vodom mogu koristiti za proizvodnju plazme.

[0081] Plazma jedinica može obuhvatati jedno ili više mesta punjenja ostatka ugljenisanog materijala iz postupka gasifikacije. Poželjno, zaostali ugljenisani materijal se puni u plazma jedinicu preko jednog ili više mesta punjenja u krovu jedinice. Ulazi se poželjno nalaze dalje od ispušnog otvora za uklanjanje troske.

[0082] Plazma jedinica može obuhvatati jedno ili više mesta punjenja gasa za ulaz otpadnog gasa u plazma jedinicu; ulazi se mogu nalaziti na bočnom zidu ili krovu plazma jedinice. Otpadni gas iz gasifikatora poželjno ulazi u plazma jedinicu kroz ulaz na bočnom zidu ili krovu. Poželjno, plazma jedinica je konstruisana tako da se spreči ili umanji kratki spoj prljavog gasa, na primer: • poželjno, mesto izlaza otpadnog gasa (svngas) biće dijametralno suprotno i što je dalje moguće od mesta ulaza gasova i/ili • otpadni gas se poželjno usmerava na dole u plazma jedinici (npr. uređajima za usmeravanje protoka ili postavljanjem izlaza niže od ulaza gasa čime se smanjuje sposobnost gasova da se održe na površini.)

[0083] Plazma jedinica je konstruisana tako da se obezbedi odgovarajuće vreme zadržavanja da može doći do reakcija obrade ugljenisanog materijala i gasa.

[0084] Oksidant se može uvesti u plazma jedinicu da se omogući gasifikacija ugljeničnih komponenti ugljenisanog materijala i pretvaranje prljavog, otpadnog gasa iz gasifikatora.

[0085] Mesto ubrizgavanja oksidanta će poželjno biti udaljeno od elektrode da bi se sprečio visoki stepen trošenja grafita.

[0086] Plazma jedinica može obuhvatati pojedinačne i višestruke ulaze za oksidant, idealno najmanje jedan za otpadni gas i najmanje jedan za zaostali ugljenisani materijal. Alternativno, ugljenisani materijal i otpadni gas se mogu uvesti kroz samo jedno mesto ubrizgavanja.

[0087] Mesta za ubrizgavanje u plazma jedinici mogu biti data za ubrizgavanje oksidanta, a poželjno su takva da prilikom ubrizgavanja daju radijalni tok oksidanta. To poboljšava dodir između oksidanta i reaktivnih faza "goriva" (tj. otpadni gas i ugljenisani materijal).

[0088] Ugljenisani materijal može sadržati neorgansku frakciju, tj. čvrste komponente koje sadrže druge elemente osim ugljenika. Neorganska frakcija ugljenisanog materijala će formirati rastopljenu složenu oksidnu "troska" fazu koja se poželjno kontinuirano uklanja iz plazma jedinice. Jedinica, prema tome, može obuhvatati sredstva za uklanjanje troske; koja mogu biti u obliku odlivnog voda usmerenog na gore (izvan jedinice), te tako rastopljena troska koja izlazi iz plazma jedinice stvara vazdušnu komoru da bi se sprečio ulaz vazduha ili izlaz gasa iz jedinice.

[0089] Za vreme rada, plazma jedinica je poželjno čvrsto zatvorena i poželjno se održava pod pozitivnim pritiskom.

[0090] Poželjno se za zatvaranje krova tela glavne peći koristi za gas nepropustljiva ivica spojena vijcima. Poželjno, vijci ivice imaju oprugu da se u slučaju previsokog pritiska (što je malo verovatno da će se dogoditi) u plazma jedinici (npr. zbog eksplozije), krov može podići radi brzog snižavanja pritiska. Sistem rukovanja nepostojanim emisijama će se na siguran način pobrinuti za gasove koji su na taj način iscurili.

[0091] Prisutnost čađi ili drugih provodljivih depozita u jedinici može podstaći stvaranje neželjenih lukova (parazitskih lukova) koji proizlaze iz elektroda i prenose se do krova ili bočnih zidova jedinice, umesto da se rastope. Takvi su lukovi destruktivni, vode preuranjenom uništenju oplate reaktora. Može se uvesti niz mera radi sprečavanja nastanka tih lukova: • poželjno, krov plazma jedinice se konstruiše u delovima koji su električno izolovani jedan od drugog. • treba obratiti pažnju konstrukciji zaptivanja elektroda da bi se izbegla mogućnost električnog toka do krova. Svi vijci koji osiguravaju ovaj spoj su poželjno električno izolovani i poželjno zaštićeni od prašine tako da se ona ne gomila na električki provodljivim površinama. • Produvavanje i čišćenje gasova se poželjno izvodi oko spoljašnje strane elektrode radi sprečavanja gomilanja depozita na površinama koje se nalaze u neposrednoj blizini elektroda.

• Jedinica je poželjno prilagođena tako da minimizira stvaranje čađi ili katrana

• Svi spojevi će biti konstruisani tako da se lako čiste i/ili zamene prema potrebi.

[0092] Sastav otpadnog gasa se poželjno kontinuirano prati i može se koristiti i petlja kontrolisana povratnom spregom radi prilagođavanja snage i punjenja oksidanta u plazma jedinicu.

[0093]Otpadni gas (svngas), koji je rezultat plazma obrade, se poželjno dalje pročišćava radi uklanjanja kiselih gasova, čestica i teških metala iz toka gasa kako bi se dobilo gorivo koje će se moći koristiti za proizvodnju struje i toplote za stvaranje pare.

[0094] Izborno, postrojenje može dalje da obuhvata jedinicu za pirolizu.

[0095] Postupak može dalje da obuhvata sakupljanje gasa proizvedenog u jedinici za plazma obradu (obično se taj gas naziva svngas).

[0096] Obično jedinice za plazma obradu proizvode čvrsti i/ili rastopljeni materijal, što je poznato stručnjacima. Postupak može dalje obuhvatati sakupljanje čvrstog i/ili rastopljenog materijala proizvedenog u jedinici za plazma obradu.

[0097] Postrojenje može dalje da obuhvata jedinicu za aerobnu mikrobnu obradu otpada kao što je ovde opisano.

[0098] Kako je gore spomenuto, postupak poželjno dalje obuhvata podvrgavanje otpada mikrobnoj obradi, poželjnije aerobnoj mikrobnoj obradi, pre koraka gasifikacije. To donosi dodatne prednosti proizvodnje homogenijeg punjenja sa većim kalorijskim sadržajem i manjim sadržajem vlage u odnosu na neobrađeni otpad, a time je i efikasniji kombinivani postupak gasifikacije i plazma postupka. Gasifikacija je dosta efikasnija sa punjenjem relativno konstantne kalorijske vrijednosti. Isto tako, nađeno je da efikasna plazma obrada idealno treba da ima relativno homogeno punjenje otpadnog gasa. Ako se inicijalno mikrobno obradi otpad radi homogenizacije punjenja u gasifikator, dobijeni otpadni gas iz gasifikatora je takođe ujednačeniji u kalorijskoj vrednosti i stoga je postupak u celini efikasniji.

[0099] Poželjno, aerobna mikrobna obrada se izvodi u rotacionoj jedinici za aerobnu digestiju.

[0100] Poželjno, otpad se u rotacionoj jedinici za aerobnu digestiju okreće brzinom od jednog obrtaja u minuti do jednog obrtaja u deset minuta.

[0101] Sadržaj vlage otpada pre aerobne digestije može biti od 20 to 75 tež%, poželjno 25 do 50 tež%.

[0102] Poželjno, otpad ima prosečni sadržaj vlage od 45 % ili manje, poželjno 30% ili manje, nakon obrade aerobnom digestijom.

[0103] Korak mikrobne obrade poželjno obuhvata korake: mešanje (prvog) otpada početnog prosečnog sadržaja vlage pre obrade sa drugim otpadom sa manjim prosečnim sadržajem vlage pre obrade, pri čemu se relativne težine prvog i drugog otpada kontrolišu; punjenje mešanog otpada u komoru za mikrobnu obradu; obrada otpada mikrobnom aktivnošću u komori za obradu; mešane smeše otpada za vreme obrade; kontrola sadržaja kiseonika u gasu, koji je u dodiru sa mešanim otpadom, za vreme postupka obrade tako da ne padne ispod 5 zapr.%; nakon obrade mešani otpad ima prosečni sadržaj vlage ne veći od 45 tež%, poželjnije ne veći od 35 tež% i najpoželjnije ne veći od 25 tež%.

[0104] Naknadno sušenje proizvoda do prosečnog sadržaja vlage ispod 20 tež% se može izvesti relativno lako. Poželjno, prvi ulaz otpada obuhvata organski otpad, poželjno čvrsti organski otpad. Ostali otpad može obuhvatati čvrsti otpad.

[0105] Deo postrojenja ovog pronalaska za izvođenje mikrobne obrade poželjno obuhvata: unos prvog otpada sa prosečnim sadržajem vlage pre obrade i ulaz drugog otpada nižeg prosečnog sadržaja vlage pre obrada,

sredstva za mešanje prvog i drugog otpada,

kontrolne uređaje za praćenje relativnih težina prvog i drugog otpada koji se mešaju; sredstva za punjenje prvog i drugog otpada u komoru za obradu,

sredstva za mešanje čvrstog organskog otpada u komori za obradu,

uređaj za sušenje nakon komore za obradu i

uređaj za kontrolu protoka vazduha kroz komoru za obradu, i/ili ulaz prvog i drugog čvrstog otpada u komoru za obradu, tako da prosečni sadržaj vlage otpada nakon obrade ne prelazi 45 tež%, poželjnije ne prelazi 35 tež% i najpoželjnije ne prelazi 35 tež%, i tako da sadržaj kiseonika u gasu koji je u dodiru sa mešanim otpadom u komori ne padne ispod 5 zapr.%.

[0106] Varijacije u fizičkom sastavu (na primer kalorijski sadržaj) i nivou vlage prvog otpada (obično kućnog otpada, može biti i poljoprivredni otpad) mogu se 'izgladiti', tako da proizvod dobijen od obrađenog otpada iz različitih oblasti ili iz različitih vremenskih perioda može biti relativno homogen.

[0107] Otpad, prvi i/ili drugi, obrađen mikrobnim korakom, poželjno je "organski otpad", poželjno čvrsti organski otpad, na primer kućni otpad, industrijski otpad ili poljoprivredni otpad. "Organski otpad" je otpad koji sadrži deo organskog materijala koji može biti obrađen mikrobno. Drugi otpad mešan sa prvim poželjno takođe sadrži organski materijal.

[0108] "Mešanje" znači da se uzimaju najmanje dva različita izvora otpada i pune u komoru za mikrobnu obradu u kontrolisanim relativnim težinama. Otpad iz dva različita izvora se može mešati u mešalici ili drobilici ili se može mešati za vrijeme obrade u komori.

[0109]Korak mikrobne obrade poželjno proizvodi toplotu. Ova se razgradnja ubrzava promenama u fizičkoj prirodi otpada. Obično, mikrobna aktivnost je bakterijska aktivnost. Poželjno, mikrobna aktivnost je aerobna.

[0110]Postupak mikrobne obrade se poželjno izvodi pomoću bakterija u termofilnoj fazi, što se normalno javlja u rasponu temperatura 60°C - 75°C, najpoželjnije oko 63°C - 70°C. U ovoj fazi, vrlo brza digestija se javlja uz proizvodnju toplote. Nađeno je daje reakcija u termofilnoj fazi mnogo brža od uobičajeno korišćene mezofilne faze koja se odvija u rasponu 30°C - 38°C.

[0111]Prema tome, odvija se ubrzana razgradnja otpada. Ipak, ako se temperatura povisi iznad 75°C, postoji opasnost od uništenja samih bakterija.

[0112]Mikrobna reakcija u termofilnoj fazi prirodno proizvodi toplotu koja razgrađuje otpad i proizvodi materijal prikladan za obradu i dobijanje goriva ili komposta. Mikrobna reakcija će gotovo uvek dati dovoljno toplote da se sama održava bez dovođenja dodatne toplote. Ipak, u praksi, hemijsko mešanje otpada može dovesti do povećanja temperature što pomaže otpočinjanje mikrobne aktivnosti.

[0113]U mikrobnu komoru za obradu se može dodati drugi materijal, na primer negašeni kreč, radi kontrole pH.

[0114]Poželjno, sadržaj kiseonika u gasu, koji je u dodiru sa otpadom koji se obrađuje u komori, ne pada ispod 5 zapr.%.

[0115]Komora za obradu za provođenje mikrobne digestije se normalno ne puni u potpunosti, tako da postoji prostor za gas iznad otpada koji se obrađuje. Sadržaj kiseonika u tom prostoru se meri na odgovarajući način i poželjno se kontroliše. Stručnjaci poznaju prikladne tehnike za merenje i kontrolu sadržaja kiseonika. Sadržaj vlage se takođe može meriti, kako je u nastavku opisano.

[0116]Poželjno se sadržaj kiseonika (i, izborno sadržaj vlage) u gasu koji izlazi iz komore za obradu (što će biti opisano u nastavku) meri. Ovo je posebno prikladno rešenje.

[0117]Gas u komori za mikrobnu obradu obično obuhvata atmosferski azot, kiseonik, ugljen dioksid i vodenu paru. Ovaj gas može biti takav da ne sadrži metan, amonijak ili vodonik sulfid, zbog toga što se mikrobna aktivnost izvodi u termofilnoj fazi.

[0118]Kako bi se nivo kiseonika održavao iznad 5 zapr.%, vazduh ili kiseonik se mogu dovoditi u komoru za obradu. Mogu se dovoditi kontinuirano najmanje kroz deo postupka ili kao pojedinačni ulazi.

[0119]Kako bi se zamenio kiseonik koji podstiče aerobnu digestiju i kontrolisao sadržaj vlage u izlaznom gasu, (gas koji izlazi iz komore za mikrobnu obradu) potreban je relativno visok protok vazduha.

[0120] Vazduh se može dovoditi jednim oblikom forsiranog produvavanja. Na primer, može se postaviti ventilator koji može usmeriti vazduh u komoru za mikrobnu obradu. Ipak, poželjno je da postoji ventilator koji će izvlačiti gas izvan komore za mikrobnu obradu. Tamo gde postoji sistem ekstrakcije za izvlačenje gasa iz komore za mikrobnu obradu, ventilator se može zameniti tako da se vazduh uvodi kroz najmanje jedan dovod. Vazduh se u komoru za mikrobnu obradu može dovoditi sa prekidima, ali poželjno je da to bude u suštini kontinuirano. Komora za mikrobnu obradu u suštini ne mora biti hermetički zatvorena, tako da vazduh prirodno ulazi kroz otvore da zameni uklonjeni gas sve dok se taj gas uklanja.

[0121] Kako se sveži vazduh dovodi u komoru za mikrobnu obradu i kako se iz nje uklanja gas, vodena para će se odvajati iz otpada. Ovo pomaže kontroli sušenja i daje proizvod sa prosečnim sadržajem vlage unutar željenog raspona.

[0122] Vazduh koji se dovodi u komoru za mikrobnu obradu se može prethodno sušiti u bilo kom prikladnom postrojenju, a radi maksimiziranja efekta sušenja.

[0123] Prema poželjnom ostvarenju pronalaska, sadržaj vlage u gasu koji je u dodiru sa otpadom u komori za mikrobnu obradu, održava se na nivou ispod tačke orošavanja. Tako se osigurava da se voda isparavanjem u suštini kontinuirano uklanja iz obrađivanog otpada u gasni prostor.

[0124] U komori za mikrobnu obradu mogu biti smešteni uređaji za praćenje sadržaja vlage u gasnom prostoru. Može se koristiti bilo koji prikladni uređaj za merenje sadržaja vlage.

[0125] Sadržaj vlage u komori za mikrobnu obradu se može održavati ispod tačke orošavanja dovođenjem vazduha čiji je sadržaj vlage ispod tačke orošavanja otpada obrađenog na temperaturi obrade. Kako je temperatura mikrobne obrade obično veća od okolne temperature, može se koristiti normalni sveži vazduh. Alternativno, može se koristiti osušeni vazduh sa sadržajem vlage manjim od sadržaja vlage okolnog vazduha. Glavne karakteristike postupka koje održavaju nivo kiseonika unutar potrebnog raspona, takođe se mogu koristiti za održavanje sadržaja vlage unutar potrebnog raspona.

[0126] Tok vazduha i gasa kroz komoru za mikrobnu obradu takođe odnosi toplotu iz ovog dela postrojenja. Nađeno je da se može postići odgovarajuća toplotna ravnoteža. Odnosno, proizvodnja toplote mikrobnom aktivnošću unutar koncentrisane mase otpada se može uravnotežiti uklanjanjem toplote koje se izvodi tokom gasa kroz komoru, i tako se temperatura održava na željenom nivou.

[0127]Poželjno, otpad se za vreme mikrobne obrade meša. Tako se otpad dalje razgrađuje i meša čime se obezbeđuje da se mikrobi raspoređuju kroz materijal. Takođe se tako različiti delovi otpada izlažu gasu da bi se obezbedio pristup kiseonika otpadu i sušenje otpada gasom. Mešanje se može izvoditi prikladnim sredstvima, ali je posebno poželjno da se digestija odvija u rotacionoj jedinici za aerobnu digestiju, tj. u jedinici koja sadrži rotacioni aerobni bubanj.

[0128]Bubanj se može okretati bilo kojom prikladnom brzinom, tako da jedan obrtaj izvrši u vremenu od 1 minuta do 10 minuta, poželjno 2-5 minuta, najpoželjnije oko 3 minuta. Ipak, može se koristiti i veća brzina rotacije za vreme punjenja i pražnjenja otpada u/izvan jedinice za mikrobnu obradu kako bi se te radnje olakšale. Obično se brzina može povećati do jednog obrtaja po minuti za vreme punjenja i pražnjenja.

[0129]Kako će biti opisano u nastavku, bubanj se prikladno istovremeno puni otpadom na jednom kraju i prazni mikrobno obrađeni otpad na drugom kraju. Punjenje i pražnjenje se obično odvijaju u intervalima od 4 sata i mogu trajati 30 minuta.

[0130]Bubanj je poželjno cilindar kružnog preseka i paralelnih stranica. Osa cilindra se može naginjati prema horizontalnom položaju, na primer pod uglom u rasponu od 3° - 10° najpoželjnije 5° - 8°, a da se omogući gravitacioni protok kroz bubanj.

[0131]Bubanj može biti bilo koje prikladne veličine, u zavisnosti od punjenja otpada. Nađeno je da, za brzinu obrade od 250-500 tona dnevno, treba koristiti bubanj prečnika u rasponu 3.5 - 6 m, poželjno 4-6 m najpoželjnije oko 5.5 m. Dužina treba biti u rasponu od 6 do 10 puta veća od prečnika, najpoželjnije oko 8 puta, prikladno do 40 m.

[0132]Može se koristiti bubanj načinjen od bilo kog prikladnog materijala, mekanog čelika.

[0133]Rotacioni bubanj ima prednost što je mehanički jednostavan. Relativno je malo problema blokade i vrlo malo pokretnih delova čime je smanjen rizik od kvara.

[0134]Mešanje uzrokovano okretanjem vodi ka usitnjavanju otpada, što dodatno doprinosi razgradnji. Poželjno, bubanj se otpadom puni u velikoj meri, u početku poželjno 75% do 90% zapremine. Povećano je usitnjavanje, stvaranje toplote je brzo, a takođe je na taj način upotreba komore za mikrobnu obradu efikasna.

[0135]Prosečno vreme zadržavanja otpada u komori za mikrobnu obradu je prikladno u rasponu 18-60 sati, poželjnije oko 24 do 48 sati, najpoželjnije oko 36 sati.

[0136]Komora za mikrobnu obradu poželjno obuhvata komoru kroz koju se otpad za vreme obrade pomera, na primer bubanj kakav je opisan gore. Otpad se unutar bubnja pomera od mesta punjenja do mesta pražnjenja. Kako je navedeno u prethodnom tekstu, punjenje i pražnjenje se prikladno odvijaju u suštini istovremeno, tako da sveži (mikrobno neobrađeni) otpad ulazi na mestu punjenja, a mešani čvrsti obrađeni otpad se uklanja na kraju za pražnjenje. Radnje punjenja i/ili pražnjenja mogu potrajati 10-40 minuta, poželjno oko 30 minuta.

[0137]Jedan postupak pražnjenja ili punjenja je poželjno od sledećeg postupka pražnjenja ili punjenja vremenski udaljen u rasponu 2-8 sati, poželjno 3-5 sati, najpoželjnije oko 4 sata. Ovako se može odvijati "polu-serijski" postupak.

[0138]Za vreme obrade, nađeno je da se zapremina materijala može smanjiti čak i do 25%. Gasni prostor iznad materijala tada odgovarajuće raste.

[0139]Otpadni materijal bi trebao biti ispražnjen iz komore za obradu u fazi kada je obrađen tako da je dovoljno razgrađen i suv. To se obično javlja nakon vremena od oko 48 sati. Ograničavanjem vremena zadržavanja na 48 sati ili manje, može se smanjiti dodatni gubitak ugljfenika.

[0140]Nađeno je da je mikrobna obrada efikasna u smanjivanju veličine nekih sastavnih delova otpada. Ipak, mogu se koristiti dodatni postupci da pri tome pomognu. Na primer, kako bi se podstakla mikrobna aktivnost, neki parametri otpada koji ulazi u korak digestije mogu poželjno da se kontrolišu. Na primer, otpad se poželjno obrađuje u prvom postupku pre koraka digestije (ili koraka gasifikacije, ako postupak ne uključuje korak mikrobne obrade) radi uklanjanja čestica veličine preko 100 mm, poželjno 60 mm, poželjnije 50 mm. Ovaj prvi postupak može obuhvatati prvi korak gde se uklanjaju vrlo veliki predmeti, na primer ručno ili prosejavanjem, i drugi korak gde se preostali materijal obrađuje tako da se smanji veličina čestica, na primer usitnjavanjem. Stručnjak iz ove oblasti će moći da dobije prikladno postrojenje za usitnjavanje. Drobilice mogu imati jedan fiksni rotor ili dva rotora koji se okreću u suprotnim smerovima.

[0141]Alternativno, (pre mikrobne obrade ili koraka gasifikacije), otpad se može podvrgnuti postupku smanjenja veličine čestica, na primer usitnjavanjem bez inicijalnog uklanjanja prevelikih čestica. Usitnjavanje je posebno korisno za postupak mikrobne obrade jer temeljno meša materijal i mikrobna kultura se raspoređuje kroz materijal i vrlo brzo započinje termofilna reakcija. Usitnjavanje se može koristiti za približavanje čestica za stimulisanje mikrobne reakcije.

[0142]Drugi parametar koji se može kontrolisati je prosečni sadržaj vlage najmanje dela otpada obrađenog u koraku mikrobne obrade. Prosečni sadržaj vlage tog dela otpada je prikladno u rasponu 20-75%, poželjnije 30 do 60%, najpoželjnije 30 do 50%.

[0143]Sadržaj vlage se ovde uvek izražava u tež%. To su prosečne vrednosti za najmanje 100 kg otpada.

[0144]Sadržaj vlage otpada se može odrediti merenjem sadržaja vlage vazduha ili gasa preko otpada pri fiksnoj temperaturi i u ravnoteži.

[0145]Ako otpad nakon mešanja ima niski sadržaj organskih materija ili sadržaj vlage, može se poželjno dodati voda u kontrolisanim količinama. Taje voda poželjno otpadna voda nakon obrade vodom, mulj od otpadne vode. Ovaj materijal ima visoki udeo azota i deluje kao katalizator mikrobne reakcije.

[0146]Kako je navedeno u prethodnom tekstu, poželjni sadržaj vlage otpada obrađenog u koraku mikrobne obrade se može dobiti mešanjem prvog i drugog otpada nižeg prosečnog sadržaja vlage. Nađeno je da mešani kućni otpad obično ima višak sadržaja vlage od 30 tež%. Komercijalni otpad iz kancelarija i fabrika je obično suvlji, sa sadržajem vlage u rasponu 10%

- 30 tež%.

[0147]Sadržaj vlage otpada koji se puni u digestor se može kontrolisati menjanjem proporcije mešanja različitih vrsta otpada. Poželjno najmanje deo otpada koji se puni u mikrobni digestor ima sadržaj vlage u rasponu 20-75 tež%, poželjno 25 do 65 tež% radi brže termofilne reakcije. Ipak, deo otpada koji se puni u digestor može obuhvatati relativno suv komercijalni otpad. Toplota dobijena digestijom vlažnog otpada je dovoljna za obradu celog otpada punjenog u komoru za obradu. Ipak, za vreme postupka mešanja, komercijalni i kućni otpad se polako zajedno mešaju i ukupni sadržaj vlage smeše se smanjuje tako da na kraju obrade sadržaj vlage ne prelazi 45 tež% i poželjno ne prelazi 25 tež%.

[0148]Prvi otpad višeg sadržaja vlage se može mešati sa drugim otpadom nižeg sadržaja vlage u postrojenju za mešanje, na kontrolisani način. Relativne količine različitih vrsta otpada se kontrolišu tako da se dobije, kako je gore navedeno, željeni prosečni sadržaj vlage kombinovane mase mešanih otpada.

[0149]Korak mešanja takođe omogućava da se apsorbujući materijal kao što je papir i materijal na bazi papira (stoje vrlo često u komercijalnom otpadu) dobro izmeša sa vlažnim otpadom (kao što je kućni otpad). Apsorbujući materijal apsorbuje tečnost bogatu bakterijama što je supstrat za rast bakterija i omogućava bakterijama da se rasporede kroz otpad koji se obrađuje. To podstiče reakciju i mešanje, što dovodi do poboljšane digestije. Dalje, vlaženje papira pomaže njegovoj razgradnji.

[0150]Pri obradi otpada u koraku mikrobne obrade, poželjno je proizvesti proizvod koji je u suštini homogen, takav da su njegovi sastavni delovi čestice relativno male veličine, sa najvećom veličinom od 50 mm ili manje. Korak mešanja pomaže u poboljšanju homogenosti proizvoda.

[0151]Ipak, iako se odvija mešanje, nađeno je da sadržaj vlage ostaje koncentrisan u pojedinim mestima u otpadu, gde je dovoljno visok da omogući vrlo brzo započinjanje i odvijanje termofilne reakcije.

[0152]Relativne količine različitih vrsta ulaznog otpada se mogu kontrolisati pomoću automatizovanih punjača.

[0153]Za primer, sadržaj vlage otpada za vreme mikrobne obrade može biti kao što sledi:

[0154]Kućni otpad sa visokim udelom organskog sadržaja i sadržajem vlage iznad 50% može u prikladnoj proporciji biti mešan sa komercijalnim otpadom čiji je sadržaj vlage 20% ili niži, što daje smešu prosečnog sadržaja vlage u rasponu 45 do 55 tež%.

[0155]Za vreme mikrobne obrade, deo vlage se apsorbuje u gas i vazduh koji teku iznad materijala koji se obrađuje. Prosečni sadržaj vlage može pasti na oko 30-40 tež%, poželjno 25 do 30 tež%.

[0156]Za vreme pražnjenja komore za mikrobnu obradu, otpad koji još uvek ima visok nivo zaostale toplote, se može sušiti produvavanjem kako je opisano u prethodnom tekstu, tako da sadržaj vlage padne u raspon 30-40 tež%, poželjno 25 do 30 tež%.

[0157]Otpad obrađen u koraku mikrobne obrade može se zatim dalje sušiti na podu za sušenje kako je opisano u prethodnom tekstu, tako da sadržaj vlage padne ispod 25 tež%.

[0158]Sledeći parametar koji se može kontrolisati je pH otpada u postupku mikrobne obrade. pH otpada u postupku mikrobne obrade je poželjno od 6.0 do 8.5, poželjno 6.3 do 7.3, najpoželjnije oko 6.8.

[0159]Nivo azota utiče na mikrobnu aktivnost, podešavanje pH i sadržaja azota može biti prednost.

[0160]Dalje je nađeno da prikladna gustina otpada koji se puni u komoru za mikrobnu obradu nije preniska. Poželjno, gustina nije manja od 450 g po litri, poželjno nije manja od 750 g po litri. Opet je korak mešanja ovde posebno koristan. Kućni otpad može imati relativno visoku gustinu. Prosečna gustina se može kontrolisati mešanjem prikladne količine komercijalnog otpada koji ima relativno nisku gustinu.

Preliminarna obrada (Predobrada)

[0161]Kako je opisano u prethodnom tekstu, otpad se može podvrgnuti različitim vrstama obrade pre gasifikacije ili koraka mikrobne obrade ('prethodni koraci'). Poželjno, prethodni koraci uključuju bilo koji ili sve korake od sledećih:

1. Razvrstavanje

[0162] Početni korak radi uklanjanja predmeta koji nisu lako zapaljivi, kao što je kamen, beton, metal, stare gume itd. Predmeti veći od 100 mm ili više se takođe mogu ukloniti. Postupak se može izvoditi na nepokretnoj površini, kao što je podloga za razvrstavanje. Alternativno ili dodatno, otpad može da se postavi na pokretnu površinu kao što je tekuća traka i da prolazi kroz jedinicu za razvrstavanje u kojoj se odvija mehaničko ili ručno razvrstavanje materijala.

2. Usitnjavanje

[0163] Usitnjavanje je vrlo poželjan korak. Izvodi se radi smanjenja prosečne veličine čestica. Takođe se može koristiti da se poveća mešanje otpada iz različitih izvora. Takođe čini postupak obrade efikasnijim. Nađeno je da, za vreme postupka usitnjavanja, mikrobna aktivnost može započeti i brzo povećati temperaturu da bi se brzo prešlo iz mezofilne u termofilnu fazu.

3. Selekcija

[0164] Otpad se može mehanički selekcionisati kako bi se odabrale čestice veličine u datom rasponu. Taj raspon može biti od 10 mm do 50 mm. Materijal manji od 10 mm obuhvata prašinu, prljavštinu i kamenčiće i on se odbacuje. Otpad se može obraditi do barem dva uzastopna postupka selekcije, tako da svaki uklanja sve manje čestica. Preveliki materijal uklonjen selekcijom se može usitniti radi smanjenja njegove prosečne veličine. Materijal za koji se selekcijom oceni da ima odgovarajuću veličinu i, gde je primenljivo, usitnjeni materijal, mogu se zatim puniti u komoru za obradu.

Naknadna obrada

[0165] Otpad se može podvrgnuti raznim koracima nakon mikrobne obrade i pre gasifikacije. Ovi koraci mogu da obuhvataju sledeće:

1. Kategorizacija

[0166]Materijal se može selekcionisati tako da se uklone čestice prevelike veličine. Na primer, čestice veće od 50 mm se mogu odbaciti. One se naknadno mogu usitniti da bi im se smanjila veličina, mogu da se vrate u aerobni digestor ili jednostavno se mogu odbaciti.

2. Odvajanje metala

[0167]Relativno male metalne čestice kao što su gvožđe ili aluminijum, mogle su proći kroz sistem. Mogu se ukloniti, na primer pomoću magneta ili elektromagneta u naknadnom koraku. Metalne čestice uklonjene iz sistema mogu zatim ići u prikladan postupak recikliranja.

3. Sušenje

[0168]Prikladno, nakon obrade u komori za mikrobnu obradu, otpad se podvrgava dodatnom koraku sušenja. Ako sadržaj vlage nakon mikrobne obrade ne prelazi 45 tež%, poželjnije ne prelazi 35 tež% i najpoželjnije ne prelazi 25 tež%, naknadno sušenje može biti relativno jednostavno. Na primer, u prvoj fazi sušenja se može produvavati vazduh za vreme ili nakon faze uklanjanja iz komore za obradu. Za vreme ove faze, otpad obrađen mikrobnom obradom će još uvek imati visoku temperaturu (na primer u rasponu 50-60°C) i dalje se vlaga jednostavno može ukloniti produvavanjem vazduha preko otpada. Zatim korak sušenja može obuhvatati rasprostiranje materijala izvan na površinu za sušenje. U ovom koraku, otpad se rasprostire u debljini ne više od 20 cm na relativno velikoj površini za prikladno vreme za koje sadržaj vlage opada. Otpad se može mešan, na primer okretanjem pomoću mehaničkog ili ručnog uređaja kao što je mehanička lopata. Otpad se može okretati u intervalima od na primer 2-4 sata, poželjno oko 3 sata. Poželjno, za vreme ove faze, nivo vlage pada do ispod 25 tež% nakon čega se više ne odvija biološka razgradnja. Prikladno, otpad se na površini za sušenje ostavlja u rasponu 18-48 sati, poželjno 24-36 sati, poželjnije oko 24 sata. Takođe je nađeno da se dalje sušenje može odvijati za vrijeme naknadne obrade, usled mehaničkog ulaza energije. Otpadna toplota iz uređaja drugih postupaka, na primer od gasifikacije i/ili plazma obrade, se može koristiti za sušenje materijala. Vazduh zagrevan toplotom iz koraka gasifikacije i/ili plazma obrade, se može uvoditi u komoru za obradu mikrobnog otpada, preko ili kroz otpad radi povećanja brzine sušenja ovih postupaka.

[0169]Alternativno, postrojenje za sušenje može obuhvatati rotacionu flash sušilicu ili drugi uređaj za sušenje.

4. Peletiziranje

[0170]Kako bi se obrađeni otpad pretvorio u gorivo, on se može razvrstati prema veličini i naknadno zgusnuti da se dobiju peleti prikladne veličine za upotrebu u koraku gasifikacije. Za vreme faze peletiziranja, može se i dalje odvijati sušenje otpada usled stvaranja toplote zbog trenja i zbog daljeg izlaganja vazduhu. Poželjno, kako bi se peletiziranje dobro odvijalo, sadržaj vlage obrađenog materijala je u rasponu 10-25 tež%.

[0171]Nađeno je da se korak mikrobne obrade može prilagoditi tako se dobije gorivo za upotrebu u koraku gasifikacije, što se naziva Zeleni ugalj, koji ima kalorijsku vrednost veličine 14.5 MJ/kg, što je oko polovina vrednosti industrijskog uglja.

[0172]Mešanjem otpadnih materijala iz različitih izvora, gorivo proizvedeno u koraku mikrobne obrade u različito vreme ili iz otpada sa različitih lokacija, može biti relativno homogeno u sledećem smislu: 1. Kalorijska vrednost - prikladno u rasponu 13 do 16.5 MJ/kg, poželjno 12-15 MJ/kg. Kalorijska vrednost može biti veća ako su sastojci znatno osušeni.

2. Gustina - prikladno u rasponu 270-350 kg/m<3>poželjnije oko 300 kg/m<3>.

3. Sadržaj vlage - ispod 30 tež% i poželjno oko 20 tež%.

[0173]Postupak ovog pronalaska može obuhvatati korak pirolize pre koraka gasifikacije, a nakon koraka mikrobne obrade, ako se koristi. Otpad iz koraka mikrobne obrade se može koristiti za punjenje postupka pirolize, kako je opisano u nastavku.

[0174]Postrojenje ovog pronalaska može obuhvatati sredstva za punjenje mikrobno obrađenog otpada iz komore za obradu do uređaja za pirolizu obrađenog otpada (tj. jedinice za pirolizu).

[0175]Ako postupak obuhvata korak pirolize pre koraka gasifikacije, poželjno se pirolizirani otpad puni u jedinicu za gasifikaciju gde se gasifikacija i odvija. Za to je obično potrebno da pirolizirani materijal bude visoke temperature i postupak gasifikacije se poželjno odvija direktno nakon postupka pirolize.

[0176]Postrojenje može obuhvatati jedinicu mikrobne obrade u tekućoj vezi sa jedinicom za gasifikaciju, i jedinica za gasifikaciju može biti povezana sa jedinicom za plazma obradu, te se tako mikrobno obrađeni otpad prenosi do jedinice za gasifikaciju, a otpadni gas i ugljenisani materijal iz koraka gasifikaciju se prenose u jedinicu za plazma obradu.

[0177] Postrojenje se može prilagoditi da obrađuje otpad u kontinuiranom postupku. Korak mikrobne obrade se može obično izvoditi polu-serijski, dok je za postupke pirolize i gasifikacije potrebno kontinuirano punjenje materijala, te se mogu postaviti sredstva za među-skladištenje, na primer u obliku levka za punjenje. Poželjno je da postoje prvi uređaj za primanje obrađenog otpada iz postupka mikrobne obrade i za njegovo punjenje u uređaj za među-skladištenje, i drugi uređaj koji će obrađeni uskladišteni otpad puniti iz među-skladišta u uređaj za pirolizu. Tim drugim uređajem se poželjno upravlja u suštini kontinuirano. Ti prvi i drugi uređaji mogu obuhvatati bilo koje prikladne sprave, na primer beskrajna traka ili vijčane punjače.

[0178] Poželjno ostvarenje postupka ovog pronalaska prikazano je na Slici 2: prvi korak u kojem se sirovi otpad podvrgava aerobnoj mikrobnoj obradi u jedinici za rotacionu aerobnu digestiju (Rotarv Aerobic Digestion, RAD), drugi korak obuhvata gasifikaciju proizvoda iz koraka rotacione digestije u jedinici za gasifikaciju (gasifikator), te se proizvodi otpadni gas i ugljenisani materijal, treći korak obuhvata obradu ugljenisanog materijala i otpadnog gasa u postupku plazma obrade u plazma jedinici (plazma peć), gde nastaju staklasta čvrsta troska (koja se odbacuje) i svngas,

četvrti korak obuhvata pročišćavanje syngas-a,

peti korak obuhvata ili ispuštanje syngas-a ili sagorevanje syngas-a u gasnom motoru ili gasnoj turbini ('energetsko ostvo' na Slici) radi proizvodnje električne energije, a zatim ispuštanje sagorenog syngas-a. Toplota proizvedena sagorevanjem syngas-a ili iz plazma koraka se može koristiti za sušenje otpadnog materijala (nije prikazano).

[0179] Drugo poželjno ostvarenje postupka ovog pronalaska prikazano je na Slici 5: Korak A, sirovi otpad se podvrgava aerobnoj mikrobnoj obradi u jedinici za rotacionu aerobnu digestiju (RAD), Korak B, ulazni otpad nastao u Koraku A se obrađuje u gasifikatoru te se proizvodi otpadni gas i ugljenisani materijal, a oba se zatim obrađuju u plazma jedinici na 1500°C,

Korak C, vrući gasovi nastali u Koracima B i/ili I se hlade u sistemu hlađenja gasa,

Korak D, obuhvata izbornu obradu gasa u koraku pročišćavanja,

Korak E, obuhvata izborno komprimovanje i skladištenje gasa,

Korak F, gas iz koraka E prolazi kroz gasnu turbinu koja je direktno spojena sa generatorom (EG2 - nije prikazano) koji proizvodi struju,

Korak G, gas prolazi kroz generator za dobijanje pare kao izvora toplote,

Korak H, obuhvata ispuštanje gasa u dimnjak i praćenje gasnog goriva,

Korak I, para pod visokim pritiskom iz koraka C i/ili G prolazi kroz gasnu turbinu radi dobijanja struje u električnom generatoru 1 (EG1). Para niskog pritiska od turbine prolazi preko blisko spojenog kondenzatora do posebnog tornja za hlađenje u Koraku J i do sistema vode za punjenje u koraku K. Struja dobijena u Koraku I i/ili F se može distribuirati u Koraku L do bilo kojeg dela postrojenja (korak M) ili se prenosi napolje (korak N).

[0180]Kako je gore navedeno, kiseonik i/ili para se mogu uvesti u jedinicu za gasifikaciju ili jedinicu za pirolizu i/ili jedinicu za plazma obradu.

[0181]Ovaj pronalazak će dalje biti objašnjen u sledećim, neograničavajućim Primerima.

Primeri

Postavka gasifikatora i postupak (vidi Sliku 3)

[0182]Gasifikator fluidnog sloja (Fluid Bed Gasifier, FBG) obuhvata uspravnu, cilindričnu komoru od mekog čelika, iznutra obloženu kompozitnim vatrostalnim materijalom. Spoljašnje dimenzije oplate gasifikatora su 1.83 m promjer x 5.18 m visina, a unutrašnji prečnik je 0.254 m; visina izduženog sloja je oko 1.0 m.

[0183]FBG koristi zagrejani sloj keramičkih čestica silikatne glinice kao materijal za sloj. Gorivo dobijeno iz otpada (Refused Derived Fuel, RDF) se puni kontinuirano, pri kontrolisanoj brzini, u FBG 1 kroz sistem za punjenje čvrstog goriva. Punjenje se prenosi preko neprekidne trake 2 do levka 3 gde vijčani prenosnik promenljive brzine kontroliše zapreminu punjenja čvrstog materijala. On se izbacuje u vazdušnu komoru. Vijčani prenosnik konstantne brzine se koristi za prenos punjenja iz te komore do fluidiziranog sloja 1 gde se puni iznad gornje površine sloja. U levku i u vazdušnoj komori se koristi dodatno pročišćavanje inertnim gasom da bi se sprečio ulazak vazduha ili izlaz gasa u tok punjenja.

[0184]Ispod sloja je sistem pred-zagrevanja koji funkcioniše na propan, a koji se koristi za povećanje temperature sloja do 420°C. Tu se u vazdušnu komoru kroz poseban punjač ubacuju drveni peleti za povećanje temperature sloja do 600°C kada se prekine sekundarno uvođenje propana, a zatim se na 700°C ugasi primarno uvođenje propana. Punjenje drvenim peletima se nastavlja radi održavanja radne temperature od 800-850°C kada se zamenjuje sa

RDF.

[0185]Kiseonik se uvodi iz 'Titan' multi-pakovanja od 10-11 cilindara. Brzina toka se kontroliše preko kontrole toka mase (mass flow controller, MFC) do 500 Nlpm.

[0186]Oksidanti: kiseonik i para, se mešaju pre ubrizgavanja kroz mlaznicu okrenutu na gore, a koja se nalazi ispod sloja. Pojedinačne brzine punjenja pare i kiseonika se pažljivo mere da bi odgovarale brzini punjenja RDF-a, a da se osigura rad gasifikatora unutar konstrukcijskih radnih ograničenja.

[0187]Više senzora pritiska i temperature se koristi za pažljivo praćenje i kontrolu rada FBG-a. Ugrađene su sigurnosne međubrave radi osiguranja sigurnog zatvaranja ili alarmiranja sistema u slučaju da jedinica dođe izvan naznačenih radnih granica.

[0188]Otpadni gas koji izlazi iz FBG-a, prenosi se u plazma konverter jedinicu 4 preko čeličnog cevovoda 5 obloženog vatrostalnim materijalom.

Postavke plazma konvertera

[0189]Šematski prikaz plazma pretvarača (bez prikaza rasporeda elektroda i manipulatora) dat je na Slici 4 i obuhvata sledeće delove: i) Oplata 6 od mekog čelika i obložena vatrostalnim materijalom sa dodatnim dvostrukim cevima za hlađenje vodom na gornjem delu oplate i nizom bakrenih prstiju 7 koje hladi voda, a koji omogućavaju dodatnu zaštitu vatrostalnog materijala na putu troske. Vatrostalni materijal je livena glinica spinel koji sadrži 91% AI2O3, 7% MgO i 2% CaO za maksimalnu temperaturu od 1800°C. Cilindrična čelična šipka prečnika 150 mm u bazi konvertera omogućuje povratnu (anodu) elektrodu za jedan postupak elektrode. Odvod 8 iz središta peći omogućuje povremeno uklanjanje rastopljene troske. Konverter ima otvore u gornjem regionu oplate za praćenje pritiska i za pogled kamerom. Vatrostalna se temperatura prati na osam položaja pomoću termoelementa B-tipa (do 1800°C) i u povratnoj elektrodi na dva položaja pomoću termoelementa K-tipa (do 1300 °C).

ii) Konični krov 9 od mekog čelika, obložen vatrostalnim materijalom i sa cevima za vodu i pet velikih otvora: središnji otvor 10 za rad elektrode, bočni otvor 11 za ulaz gasa iz FBG-a, ulaz 12 za otpadni gas i ulaz za čvrste supstance prevelikog materijala sloja (nije prikazano), i

pomoćni opšti otvor 13. Takođe postoji ulaz za manju kameru u koji se smešta manja prenosna video kamera u zaštitnoj kutiji, a pomoću koje je omogućeno gledanje unutrašnjosti plazma pretvarača. Postoje dve rupe za termoelement radi praćenja vatrostalne temperature. Krov takođe omogućuje i položaje za postavljanje manipulatora elektrode i za provođenje otpadnog gasa.

iii) Čelično potporno postolje 14, postavljeno na izdržljive točkove i šine radi lakšeg pomeranja i instalacije plazma konvertera.

iv) Elektroda 15 i Manipulator sistem 16 gde se kretanje katode kontroliše središnjim, jedno-osnim manipulatorom (samo uspravan), sastoje se od izdržljive linearne vodilice koju pokreće servo-motor i reduktor. Uređaj 17 za zaustavljanje za elektrodu je pričvršćen za pokretnu ploču i ceo sklop se postavlja na keramičke i od staklenog vlakna obruče koji su električni izolatori, i na razdvajače radi sprečavanja stvaranja neželjenih lukova plazma uređaja. Bazu manipulatora nadvisuje vodom hlađeni zaptivni sklop kroz koji plamenik ili elektroda prolaze u plazma konverter. Elektroda prečnika do 100 mm se može smestiti kroz ovaj središnji ulaz, a maksimalna je ivica 1000 mm. Grafitna elektroda je kroz sredinu probušena te se tuda ubrizgava inertni plazma gas.

[0190] Upotreba jednog manipulatora omogućuje radni mod za jednu elektrodu (katodu) i povratni put struje ide preko čelične povratne elektrode u bazi konvertera (anoda).

[0191] Za vreme rada, zagađeni otpadni gas iz gasifikatora teče preko vatrostalnog cevovoda do plazma konvertera. Dodatni kiseonik i para se bočno ubrizgavaju u tok gasa na mestu ulaska u konverter.

[0192] Visoka temperatura i dodavanje oksidanta u fazi pretvaranja, podstiču pomeranje i pretvaranje organskih jedinjenja i gasifikaciju čađavog i ugljenisanog materijala. Energija za plazma luk je kontrolisana radi održavanja temperature gasova koji izlaze iz jedinice do~1000-1300°C. Čestice pepela prenesene iz gasifikatora će ispasti i biti asimilirane u rastopljenoj materiji. Nakon obrade u konverteru, svngas izlazi preko drugog otvora za gas u bazi jedinice.

Primer 1: Obrada biomase drvenih peleta

[0193]Opšta metodologija za obradu drvenih peleta data je u prethodnom tekstu. Brzina punjenja drvenih peleta u gasifikator je u prošeku 42 kg/čas. Rezime radnih uslova koji se koriste u FBG-u radi održavanja temperature sloja na oko 800°C i u plazma konverteru radi dobijanja (procenjene) izduvne temperature od 1250°C, dat je u Tabeli 4. Ove vrednosti su u bliskoj korelaciji sa teoretski dobijenim radnim uslovima.

Primer 2: Obrada RDF materijala

[0194]Metodologija obrade RDF materijala data je gore. RDF je dobijen iz postrojenja za komercijalnu termičku obradu. Opšti sastav tog materijala je dat u Tabeli 1 u prethodnom tekstu. Materijal je punjen pri prosečnoj brzini od 40.5 kg/čas u gasifikator. Rezime radnih uslova koji se koriste u FBG-u radi održavanja temperature sloja na oko 800°C i u plazma konverteru radi dobijanja (procenjene) izduvne temperature od 1250°C, dat je u Tabeli 5. Ove vrednosti su u bliskoj korelaciji sa teoretski dobijenim radnim uslovima

Claims (43)

1. Postupak za obradu otpada, naznačen time što obuhvata: (i) korak gasifikacije koji obuhvata korak obrade otpada u jedinici za gasifikaciju (1) u prisustvu kiseonika i pare radi dobijanja otpadnog gasa i čvrstog ugljenisanog materijala koji se ne prenosi vazduhom; i (ii) korak plazma obrade koji obuhvata podvrgavanje otpadnog gasa, i čvrstog ugljenisanog materijala koji se ne prenosi vazduhom, plazma postupku u jedinici za plazma obradu (4) u prisustvu kiseonika i, izborno, pare, pri čemu je jedinica plazma obrade (4) odvojena od jedinice za gasifikaciju (1).

2. Postupak prema patentnom zahtevu 1, naznačen time što postupak dalje obuhvata podvrgavanje otpada koraku mikrobne obrade pre koraka gasifikacije.

3. Postupak prema patentnom zahtevu 1 ili 2, naznačen time što postupak dalje obuhvata korak pirolize pre koraka gasifikacije i, ako je prisutan korak mikrobne obrade, navedeni korak pirolize se odvija nakon mikrobne obrade.

4. Postupak prema bilo kom prethodnom patentnom zahtevu, naznačen time što se otpad gasifikuje za vreme koraka gasifikacije pri temperaturi većoj od 650°C.

5. Postupak prema patentnom zahtevu 4, naznačen time što se otpad gasifikuje za vreme koraka gasifikacije pri temperaturi od 800°C do 950°C.

6. Postupak prema bilo kom prethodnom patentnom zahtevu, naznačen time što je količina kiseonika, koja se uvodi u jedinicu za gasifikaciju (1) za vreme koraka gasifikacije, od 300 do 350 kg na 1000 kg otpada koji se puni u jedinicu za gasifikaciju (1).

7. Postupak prema bilo kom prethodnom patentnom zahtevu, naznačen time što je količina pare, koja se uvodi u jedinicu za gasifikaciju za vreme koraka gasifikacije, do 300 kg na 1000 kg otpada koji se puni u jedinicu za gasifikaciju (1).

8.Postupak prema bilo kom prethodnom patentnom zahtevu,naznačen timešto otpad sadrži manje od 20 tež% vlage i količina pare, koja se uvodi u jedinicu za gasifikaciju (1) za vreme koraka gasifikacije, je od 300 do 350 kg na 1000 kg otpada koji se puni u jedinicu za gasifikaciju (1).

9. Postupak prema bilo kom prethodnom patentnom zahtevu,naznačen timešto otpad sadrži 20% ili više vlage, težinski, i količina pare, koja se uvodi u jedinicu za gasifikaciju (1) za vreme koraka gasifikacije, je od 0 do 150 kg na 1000 kg otpada koji se puni u jedinicu za gasifikaciju (1).

10. Postupak prema bilo kom prethodnom patentnom zahtevu,naznačen timešto se korak gasifikacije izvodi u jedinici za gasifikaciju fluidnog sloja (1).

11. Postupak prema bilo kom prethodnom patentnom zahtevu,naznačen timešto se otpad puni u jedinicu za gasifikaciju (1) kroz vazdušnu komoru.

12. Postupak prema patentnom zahtevu 2,naznačen timešto je mikrobna obrada aerobna mikrobna obrada.

13. Postupak prema patentnom zahtevu 12,naznačen timešto se mikrobna obrada izvodi u jedinici za aerobnu mikrobnu obradu pri čemu u toj jedinici u gasu sadržaj kiseonika nije manji od 5 zapr.%.

14. Postupak prema patentnom zahtevu 12 ili 13,naznačen timešto se aerobna mikrobna obrada izvodi u rotacionoj jedinici za aerobnu digestiju.

15. Postupak prema bilo kom patentnom zahtevu 12 do 14,naznačen timešto se otpad okreće u rotacionoj jedinici za aerobnu digestiju brzinom od jednog obrtaja svake minute do jednog obrtaja svakih deset minuta.

16. Postupak prema bilo kom patentnom zahtevu 12 do 15,naznačen timešto je sadržaj vlage u otpadu pre mikrobne obrade od 20 do 75 tež%.

17. Postupak prema bilo kom patentnom zahtevu 12 do 16, naznačen time što otpad ima prosečni sadržaj vlage od 30 tež% ili manje nakon mikrobne obrade.

18. Postupak prema bilo kom prethodnom patentnom zahtevu, naznačen time što su jedinica za gasifikaciju (1) i jedinica za plazma obradu u tekućoj vezi (4).

19. Postupak prema bilo kom prethodnom patentnom zahtevu, naznačen time što je proporcija kiseonika prema pari u koraku plazma obrade od 10:1 do 2:5, težinski.

20. Postupak prema bilo kom prethodnom patentnom zahtevu, naznačen time što se plazma obrada otpada izvodi pri temperaturi od 1100 do 1600°C.

21. Postupak prema bilo kom prethodnom patentnom zahtevu, naznačen time što se plazma obrada otpada izvodi u prisustvu gasa koji stabilizuje plazmu.

22. Postupak prema patentnom zahtevu 21, naznačen time što je gas koji stabilizuje plazmu izabran od jednog ili više od azota, argona, vodonika, ugljen monoksida, ugljen dioksida i pare.

23. Postupak prema bilo kom prethodnom patentnom zahtevu, naznačen time što dalje obuhvata sakupljanje gasa proizvedenog u jedinici za plazma obradu (4).

24. Postupak prema bilo kom prethodnom patentnom zahtevu, naznačen time što dalje obuhvata sakupljanje čvrstog i/ili rastopljenog materijala proizvedenog u jedinici za plazma obradu (4).

25. Postupak prema bilo kom prethodnom patentnom zahtevu, naznačen time što se gas proizveden u plazma obradi koristi u gasnom motoru ili gasnoj turbini za proizvodnju struje.

26. Postupak prema bilo kom patentnom zahtevu 3 do 25, naznačen time što se otpad pirolizira za vreme izbornog koraka pirolize pri temperaturi od 400°C ili više.

27. Postupak prema bilo kom prethodnom patentnom zahtevu, naznačen time što dalje

28. Postupak prema patentnom zahtevu 27, naznačen time što se otpad suši pomoću toplote proizvedene u bilo kom drugom koraku postupka.

29. Postupak prema patentnom zahtevu 27 ili 28, naznačen time što se otpad suši produvavanjem toplog vazduha ili pare preko ili kroz otpad.

30. Postupak prema bilo kom prethodnom patentnom zahtevu 27 ili 28, naznačen time što je sadržaj vlage u otpadu neposredno pre obrade u koraku gasifikacije ili pirolize 20 tež% ili manje.

31. Postupak prema patentnom zahtevu 30, naznačen time što je sadržaj vlage u otpadu neposredno pre obrade u koraku gasifikacije ili pirolize 15 tež% ili manje.

32. Postrojenje za izvođenje postupka prema patentnom zahtevu 1, naznačeno time što obuhvata: (i) jedinicu za gasifikaciju (1), i (ii) jedinicu za plazma obradu (4) koja je odvojena od jedinice za gasifikaciju (1), pri čemu jedinica za gasifikaciju (1) ima ulaz za kiseonik i izborno ulaz za paru, jedinica za plazma obradu (4) ima ulaz za kiseonik i izborno ulaz za paru, a data su i sredstva za prenos otpadnog gasa i čvrstog, ugljenisanog materijala koji se ne prenosi vazduhom od jedinice za gasifikaciju (1) do jedinice za plazma obradu (4).

33. Postrojenje prema patentnom zahtevu 32, naznačeno time što dalje obuhvata jedinicu za mikrobnu obradu.

34. Postrojenje prema patentnom zahtevu 32 ili 33, naznačeno time što je jedinica za gasifikaciju (1) prilagođena da gasifikuje otpad pri temperaturi većoj od 650°C.

35. Postrojenje prema bilo kom patentnom zahtevu 32 do 34, naznačeno time što je jedinica za gasifikaciju (1) prilagođena da gasifikuje otpad pri temperaturi od najmanje

36. Postrojenje prema bilo kom patentnom zahtevu 32 do 35, naznačeno time što jedinica za gasifikaciju (1) sadrži vazdušnu komoru kroz koju se otpad može uvesti u jedinicu za gasifikaciju (1).

37. Postrojenje prema bilo kom patentnom zahtevu 33 do 36, naznačeno time što je jedinica za mikrobnu obradu otpada rotaciona jedinica za aerobnu digestiju.

38. Postrojenje prema bilo kom patentnom zahtevu 32 do 37, naznačeno time što postrojenje obuhvata jedinicu mikrobne obrade koja je u tekućoj vezi sa jedinicom za gasifikaciju (1), a jedinica za gasifikaciju je u tekućoj vezi sa jedinicom za plazma obradu (4), čime je omogućeno da otpad obrađen mikrobnom obradom bude prenešen do jedinice za gasifikaciju (1), i da otpadni gas i ugljenisani materijal iz koraka gasifikacije budu preneseni do jedinice za plazma obradu (4).

39. Postrojenje prema patentnom zahtevu 38, naznačeno time što je prilagođeno za obradu otpada u kontinuiranom postupku.

40. Postrojenje prema bilo kom patentnom zahtevu 32 do 39, naznačeno time što dalje obuhvata gasni motor ili gasnu turbinu za proizvodnju struje, pri čemu je turbina u tekućoj vezi sa plazma jedinicom (4), tako da plazma-obrađeni gas iz plazma jedinice (4) može doći do turbine.

41. Postrojenje prema bilo kom patentnom zahtevu 32 do 40, naznačeno time što dalje obuhvata jedinicu za pirolizu.

42. Postrojenje prema patentnom zahtevu 41, naznačeno time što je jedinica za pirolizu prilagođena da pirolizira otpad pri temperaturi od najmanje 400°C.

43. Postupak prema bilo kom patentnom zahtevu 1 do 31, naznačen time što otpad obuhvata gorivo dobijeno iz otpada (refuse derived fuel, RDF).