RU2741004C1

RU2741004C1 - Complex for processing solid organic wastes

Info

Publication number: RU2741004C1
Application number: RU2020114875A
Authority: RU
Inventors: Леонид Григорьевич Кузнецов; Юрий Леонидович Кузнецов; Александр Васильевич Бураков; Александр Сергеевич Перминов; Сабина Этигадовна Шарифова
Original assignee: Леонид Григорьевич Кузнецов; Юрий Леонидович Кузнецов; Александр Васильевич Бураков; Александр Сергеевич Перминов; Сабина Этигадовна Шарифова
Priority date: 2020-04-24
Filing date: 2020-04-24
Publication date: 2021-01-22

Abstract

FIELD: chemistry.

SUBSTANCE: invention discloses a complex for processing solid organic wastes of wood-working industry by means of their steam plasma gasification with production of synthesis gas, which includes a unit for preliminary preparation and supply of raw material, a unit for plasma treatment, a unit for heat exchange equipment, thermal and electric energy generation units, control unit, characterized by that the raw material pre-treatment and supply unit contains devices for preliminary drying, milling and dosed supply of material with particle size of 10–20 mm, plasma processing unit comprises a raw gasification plasma reactor, in which there is an electrochemical source of high-temperature plasma and a reaction zone for conducting a chemical synthesis reaction at temperature of 1600–2000 °C, unit of heat exchange equipment includes a column providing cooling of synthesis gas due to contact heat exchange with heat carrier, and system of heat exchangers of heat recuperation for possibility of raw material drying in unit of preliminary preparation and supply of raw material, synthesis gas preparation unit comprises a separator for separation of condensed slag, resin, solutions of oxides of alkali metals and part of acid gases from formed synthesis gas, as well as a unit of filters providing purification and drying of synthesis gas, heat energy generation unit includes gas-fuelled gas boilers, power generation unit includes piston and/or turbine electric generators operating on synthesis gas, and control unit is made with possibility of automated control of start-up algorithms, mode output, control, shutdown of complex, as well as fire-prevention and environmental monitoring.

EFFECT: technical result consists in minimization of harmful emissions into environment.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области комплексной переработки твердого топлива на основе биоресурсов и может быть использовано в энергетике и химической промышленности.The invention relates to the field of complex processing of solid fuels based on biological resources and can be used in the energy and chemical industries.

В частности, предложенное техническое решение может быть использовано в качестве комплекса для получения синтетического газа (синтез-газа) при утилизации углеродсодержащих твердых органических отходов лесозаготовительной и деревообрабатывающей промышленности.In particular, the proposed technical solution can be used as a complex for the production of synthetic gas (synthesis gas) when utilizing carbon-containing solid organic waste from the logging and woodworking industries.

Кора деревьев, а именно отходы окорки - это частицы коры, луба, древесины, периферийной части ствола различной формы и размеров, образующиеся в результате окорки лесоматериалов, которая не имеет нормируемых параметров качества и промышленной области применения даже в виде топлива (ГОСТ Р 56070-2014 Отходы древесные. Технические условия).The bark of trees, namely debarking waste, is particles of bark, bast, wood, the peripheral part of the trunk of various shapes and sizes, resulting from debarking timber, which does not have standardized quality parameters and industrial applications even in the form of fuel (GOST R 56070-2014 Wood waste. Technical conditions).

По степени опасности можно отнести древесную кору к классу опасности IV, отходы коры - код 3 05 100 01 21 4, либо окорки древесины практически неопасные - код 3 05 111 11 20 5 в соответствии с Федеральным классификационным каталогом отходов (ФККО 2017, утвержден Приказом Росприроднадзора от 22.05.2017 N 242.).According to the degree of danger, tree bark can be classified as hazard class IV, bark waste - code 3 05 100 01 21 4, or practically non-hazardous wood debarking - code 3 05 111 11 20 5 in accordance with the Federal classification catalog of waste (FKKO 2017, approved by the Order of Rosprirodnadzor from 22.05.2017 N 242.).

Дробленую кору можно отнести к дробленому биотопливу в соответствии с ГОСТ 33104-2014.Crushed bark can be classified as crushed biofuel in accordance with GOST 33104-2014.

В состав древесной коры входят следующие основные компоненты: целлюлоза - от 3,4 до 23,2%; Лигнин - от 1,3 до 43,6%; Пентозаны - от 1,1 до 20,2%; Гексозаны - от 6,0 до 16,3%; Суберин - от 0,0 до 38,7%. Элементный химический состав (укрупненно): Углерод - 48,0%; Кислород - 45,4%; Водород - 6,4%; (Б.Н. Уголев. Древесиноведение с основами лесного товароведения. Изд. 2-е перераб. и доп. М.: Лесная промышленность. - 1986 г.).The structure of bark includes the following main components: cellulose - from 3.4 to 23.2%; Lignin - from 1.3 to 43.6%; Pentosans - from 1.1 to 20.2%; Hexosans - from 6.0 to 16.3%; Suberin - from 0.0 to 38.7%. Elemental chemical composition (enlarged): Carbon - 48.0%; Oxygen - 45.4%; Hydrogen - 6.4%; (BN Ugolev. Wood science with the basics of forest commodity science. Ed. 2nd revised. And additional. M .: Forest industry. - 1986).

При этом в состав коры также могут входить хлорсодержащие соединения, которые в процессе низкотемпературного сжигания могут приводить к образованию диоксинов (Коновалов В.Н., Зарубина Л.В. Влияние хлорсодержащих удобрений на метаболизм ели и сосны в северотаежных фитоценозах. Лесн. журн. №201, 2017 г Изв. высш. учеб. заведений).At the same time, chlorine-containing compounds can also be included in the bark, which in the process of low-temperature combustion can lead to the formation of dioxins (Konovalov V.N., Zarubina L.V. Effect of chlorine-containing fertilizers on the metabolism of spruce and pine in northern taiga phytocenoses. Lesn. Zhurn. No. 201, 2017 Proceedings of higher educational institutions).

Спецификой эффективной переработки твердых органических отходов является необходимость обеспечения следующих условий:The specificity of the effective processing of solid organic waste is the need to ensure the following conditions:

а) необходимо обеспечить такие температурные условия (от 1200°С до 2000°С), в которых органическая составляющая отходов конвертируется полностью в синтез-газ (преимущественно монооксид углерода, СО и водород, Н₂), энергию которого в дальнейшем необходимо утилизировать в газовых турбинах (при большой производительности оборудования) или в виде тепловой энергии (котлы-утилизаторы). Необходимо гарантировать, что в высокотемпературном реакторе полностью разрушаются токсичные составляющие, такие как диоксины, фураны и их производные;a) The need to ensure such temperature conditions (from 1200 ° C to 2000 ° C) in which the organic component of the waste is converted completely into synthesis gas (primarily carbon monoxide, CO and hydrogen H _2), whose energy in the future must be disposed in gas turbines (with high equipment performance) or in the form of heat energy (waste heat boilers). It is necessary to ensure that toxic constituents such as dioxins, furans and their derivatives are completely destroyed in a high-temperature reactor;

б) технологический режим завода по переработки отходов должен гарантировать отсутствие синтеза или ресинтеза вышеперечисленных токсичных составляющих; для этого необходимо использовать так называемую закалку - быстрое понижение температуры продуктов переработки на выходе из реактора до такого уровня, в котором названные продукты уже заново не синтезируются;b) the technological regime of the waste processing plant must guarantee the absence of synthesis or resynthesis of the above-mentioned toxic components; for this, it is necessary to use the so-called quenching - a rapid decrease in the temperature of the processed products at the outlet of the reactor to a level at which the named products are no longer synthesized again;

в) газовые и жидкие продукты технологии переработки отходов содержат различные составляющие, которые необходимо разделять химическими или физическими методами и утилизировать;c) gas and liquid products of waste processing technology contain various components that must be separated by chemical or physical methods and disposed of;

г) технология должна обеспечивать отсутствие жидких сбросов в природную гидросеть;d) the technology should ensure the absence of liquid discharges into the natural hydraulic network;

д) газовый выхлоп должен соответствовать местным и международным экологическим требованиям (Туманов Ю.Н., Электротехнологии нового поколения в производстве неорганических материалов: экология, энергосбережение, качество. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2013. - 816 с., с. 742-743).e) gas exhaust must comply with local and international environmental requirements (Tumanov Yu.N., Electrotechnology of a new generation in the production of inorganic materials: ecology, energy saving, quality. - M .: FIZMATLIT, 2013. - 816 p., p. 742-743 ).

Известен способ газификации биомассы с использованием водяного пара, в котором используется высокотемпературный перегретый водяной пар в качестве окислителя и энергоносителя с преобразованием биомассы в неочищенный синтетический газ в газификаторе, резким охлаждением неочищенного синтетического газа в распылительной башне и получением в результате чистого синтетического газа, включающий: а) измельчение биомассы, подачу биомассы в газификатор с одновременным распылением высокотемпературного перегретого водяного пара в газификаторе, регулирование газификатора в интервале рабочей температуры 1200-1600°С, полное контактирование биомассы с высокотемпературным перегретым водяным паром с осушкой, отделением летучих веществ, пиролизом, газификацией и получением неочищенного синтетического газа и золы; b) подачу неочищенного синтетического газа в распылительную башню, резкое охлаждение неочищенного синтетического газа распыленной водой с охлаждением неочищенного синтетического газа до температуры 650-800°С, конденсирование шлака и смолы, растворение оксидов щелочных металлов и части кислотных газов и получение первичного синтетического газа; и с) охлаждение, удаление пыли, раскисление и осушку с превращением первичного синтетического газа в чистый синтетический газ (патент РФ №2528848, МПК C10J 3/14, публ. 2014 г).There is a known method for gasification of biomass using water vapor, which uses high-temperature superheated water vapor as an oxidizer and energy carrier with the conversion of biomass into crude syngas in a gasifier, quenching the crude syngas in a spray tower and obtaining, as a result, pure syngas, including: a ) grinding biomass, feeding biomass into the gasifier with simultaneous spraying of high-temperature superheated steam in the gasifier, regulating the gasifier in the operating temperature range of 1200-1600 ° C, full contact of biomass with high-temperature superheated water vapor with drying, separation of volatiles, gasification, pyrolysis crude syngas and ash; b) feeding the crude syngas to the spray tower, quenching the crude syngas with sprayed water with cooling the crude syngas to a temperature of 650-800 ° C, condensing the slag and tar, dissolving alkali metal oxides and part of the acid gases and producing primary syngas; and c) cooling, dust removal, deacidification and dehydration to convert the primary syngas into pure syngas (RF patent No. 2528848, IPC C10J 3/14, publ. 2014).

К недостаткам известного способа относится его сложность и избыточный состав оборудования, связанные с большим компонентным составом твердых бытовых отходов и, в частности, наличие неорганических элементов, что вызывает необходимость очистки продуктов от оксидов щелочных металлов. При этом низкая температура рабочей температуры 1200-1600°С не гарантирует исключения образования негативных компонентов, таких как диоксины, фураны и их производные.The disadvantages of this method include its complexity and excessive composition of equipment associated with a large component composition of solid household waste and, in particular, the presence of inorganic elements, which necessitates the purification of products from alkali metal oxides. At the same time, the low operating temperature of 1200-1600 ° C does not guarantee the exclusion of the formation of negative components, such as dioxins, furans and their derivatives.

Известен полигенерирующий энерготехнологический комплекс, содержащий аллотермический газогенератор, в котором водяной пар выступает одновременно в качестве теплоносителя и газифицирующего агента, в газификаторе используется перегретый до 1200-1400°С водяной пар, имеется возможность получения синтез-газа с соотношением Н2:СО, близким к оптимальному (2:1) для производства синтетического жидкого топлива, в качестве газифицируемого вещества может использоваться не только биомасса, но и уголь, и угольные отходы, получение электрической энергии осуществляется в паровой турбине, водяной пар для которой получается в установке Фишера-Тропша при производстве синтетического жидкого топлива, при этом в полигенерирующем энерготехнологическом комплексе имеются установка брикетирования исходного сырья, паровоздушный двухзонный газогенератор, аппарат пиролиза, в котором происходит термохимическое преобразование исходного топлива с образованием пиролизного газа и коксового остатка, блок подготовки коксового остатка исходного углеродсодержащего материала, паровой газогенератор, в котором газифицируемым сырьем выступает коксовый остаток исходного материала, состоящий из углерода и золы, конденсатор-сепаратор, блок очистки синтез-газа, блок получения холода, паровая турбина, используемая в качестве источника получения водяного пара, который в дальнейшем используется для получения перегретого пара с температурой 1200-1400°С, газопоршневая электрическая станция (патент РФ №2591075, МПК F22B 33/18, публ. 2016 г).There is a known polygenerating energy technological complex containing an allothermal gas generator, in which water vapor acts simultaneously as a heat carrier and a gasifying agent, water vapor superheated to 1200-1400 ° C is used in the gasifier, it is possible to obtain synthesis gas with an H2: CO ratio close to the optimal (2: 1) for the production of synthetic liquid fuel, not only biomass can be used as a gasified substance, but also coal and coal waste, electric energy is obtained in a steam turbine, for which steam is obtained in a Fischer-Tropsch installation in the production of synthetic liquid fuel, while the polygenerating power engineering complex has a feedstock briquetting unit, a steam-air two-zone gas generator, a pyrolysis apparatus, in which thermochemical transformation of the feedstock takes place with the formation of pyrolysis gas and coke residue, a coke preparation unit a new residue of the initial carbon-containing material, a steam gas generator in which the coke residue of the initial material, consisting of carbon and ash, acts as a gasified raw material, a condenser-separator, a synthesis gas purification unit, a cold production unit, a steam turbine used as a source of steam generation, which is further used to obtain superheated steam with a temperature of 1200-1400 ° C, a gas piston power plant (RF patent No. 2591075, IPC F22B 33/18, publ. 2016 g).

Установка брикетирования исходного сырья используется в комплексе для укрупнения порции исходного сырья, что негативно сказывается как на полноте осушки брикетов при непрерывной подаче в реактор, так и на полноте и сгорания их. Целесообразным является измельчение, а не укрупнение порции исходного сырья. При этом низкая температура рабочей температуры 1200-1400°С не гарантирует исключения образования негативных компонентов, таких как диоксины, фураны и их производные.The unit for briquetting the feedstock is used in the complex to enlarge the portion of the feedstock, which negatively affects both the completeness of drying of the briquettes with continuous feeding into the reactor, and their completeness and combustion. It is expedient to grind, and not to enlarge the portion of the feedstock. At the same time, a low operating temperature of 1200-1400 ° C does not guarantee the exclusion of the formation of negative components such as dioxins, furans and their derivatives.

Известен способ переработки органических отходов, включающий стадию газификации путем обработки органических отходов газифицирующим агентом с получением синтез-газа и твердых неорганических продуктов, стадию очистки и компримирования синтез-газа, стадию синтеза жидких углеводородов каталитической переработкой синтез-газа в двух реакционных зонах, при этом в первой реакционной зоне расположен катализатор, оксидная часть которого и кислотный компонент находятся в смешанной или раздельной комбинации, а во второй реакционной зоне расположен кислотный катализатор, содержащий цеолит со структурой ZSM-5 или ZSM-11, стадию сепарации жидких углеводородов до моторного топлива, стадию утилизации сепарированных продуктов, при этом каталитическую переработку синтез-газа проводят в первой реакционной зоне при температуре 160-420°С и давлении 2-100 атм, а во второй реакционной зоне при температуре 300-500°С и давлении 2-100 атм, в которой в качестве органических отходов используют отходы лесозаготовок и деревообрабатывающих предприятий, стадию газификации отходов ведут в прямоточном режиме путем пиролиза, окисления и восстановления с получением генераторного газа, в качестве газифицирующего агента используют пиролизные газы, образующиеся в результате кондуктивного нагрева органических отходов генераторным газом, а также газы сдувок после сепарации продуктов реакций, окисление осуществляют воздухом, обогащенным кислородом, в восстановительную зону дополнительно вводят древесный уголь с температурой 500-550°С, содержащий селективный катализатор, твердые органические отходы после газификации сепарируют на золу и рециркулирующий селективный катализатор, а физическое тепло отходящего генераторного газа рекуперируют для предварительной сушки отходов лесозаготовок до влагосодержания 25-30% (патент РФ №2489475, МПК C10J 3/16, публ. 2013 г).A known method of processing organic waste, including the stage of gasification by processing organic waste with a gasifying agent to obtain synthesis gas and solid inorganic products, the stage of purification and compression of synthesis gas, the stage of synthesis of liquid hydrocarbons by catalytic processing of synthesis gas in two reaction zones, while in the first reaction zone contains a catalyst, the oxide part of which and the acid component are in a mixed or separate combination, and in the second reaction zone there is an acid catalyst containing a zeolite with the ZSM-5 or ZSM-11 structure, a stage for separating liquid hydrocarbons to motor fuel, a utilization stage separated products, while the catalytic processing of synthesis gas is carried out in the first reaction zone at a temperature of 160-420 ° C and a pressure of 2-100 atm, and in the second reaction zone at a temperature of 300-500 ° C and a pressure of 2-100 atm, in which waste from logging is used as organic waste to and woodworking enterprises, the stage of gasification of waste is carried out in a co-current mode by pyrolysis, oxidation and reduction to obtain a generator gas, pyrolysis gases are used as a gasifying agent, which are formed as a result of conductive heating of organic waste with a generator gas, as well as blow-off gases after separation of reaction products, oxidation is carried out with oxygen-enriched air, charcoal with a temperature of 500-550 ° C is additionally introduced into the reduction zone, containing a selective catalyst, solid organic waste after gasification is separated into ash and a recirculating selective catalyst, and the physical heat of the exhaust generator gas is recovered for preliminary drying of the waste logging to a moisture content of 25-30% (RF patent No. 2489475, IPC C10J 3/16, publ. 2013 g).

К недостаткам известного способа переработки органических отходов является его сложность и необходимость применения дорогостоящих катализаторов для синтеза жидких углеводородов путем переработки синтез-газа в двух реакционных зонах, активация и регенерация этих катализаторов, в то время как газообразный синтез-газ можно использовать в виде топлива, а получение жидкого топлива товарного качества из синтез-газа технически и экономически нецелесообразно.The disadvantages of the known method for processing organic waste is its complexity and the need to use expensive catalysts for the synthesis of liquid hydrocarbons by processing synthesis gas in two reaction zones, the activation and regeneration of these catalysts, while gaseous synthesis gas can be used as a fuel, and obtaining liquid fuel of commercial quality from synthesis gas is technically and economically inexpedient.

Задачей настоящего изобретения является расширение арсенала технических средств, используемых для утилизации отходов деревообрабатывающей промышленности с минимизацией вредных выбросов в окружающую среду.The objective of the present invention is to expand the arsenal of technical means used for the disposal of waste woodworking industry with minimization of harmful emissions into the environment.

Техническим результатом является создание автоматизированного комплекса, содержащего высокотемпературный плазменный реактор, использующий в качестве плазмообразующего газа водяной пар, с температурой в зоне реакции порядка 1600-2000°С, благодаря чему в газообразных продуктах на выходе из реактора полностью отсутствуют вредные примеси на основе оксидов азота (NO_X), характерные при сжигании углеводородного топлива.The technical result is the creation of an automated complex containing a high-temperature plasma reactor, using water vapor as a plasma-forming gas, with a temperature in the reaction zone of the order of 1600-2000 ° C, due to which there are no harmful impurities based on nitrogen oxides in the gaseous products at the outlet of the reactor ( NO _X ), characteristic of the combustion of hydrocarbon fuels.

Сущность предлагаемого технического решения заключается в следующем.The essence of the proposed technical solution is as follows.

Комплекс для переработки твердых органических отходов посредством их паровой плазменной газификации с получением синтез-газа включает блок предварительной подготовки и подачи сырья, блок плазменной обработки, блок теплообменного оборудования, блоки генерации тепловой и электрической энергии, блок управления, при этом блок предварительной подготовки и подачи сырья содержит устройства для предварительной осушки, измельчения и дозированной подачи сырья с размером частиц 10-20 мм, блок плазменной обработки содержит плазменный реактор газификации сырья, в котором имеется электрохимический источник высокотемпературной плазмы и реакционная зона для проведения химической реакции образования синтез-газа при температуре 1600-2000°С, блок теплообменного оборудования содержит колонну, обеспечивающую охлаждение синтез-газа за счет контактного теплообмена с теплоносителем, и систему теплообменников рекуперации тепла для осуществления возможности осушки сырья в блоке предварительной подготовки и подачи сырья, блок подготовки синтез-газа содержит сепаратор для отделения конденсированного шлака, смолы, растворов оксидов щелочных металлов и части кислотных газов от образованного синтез-газа, а также узел фильтров, обеспечивающих очистку и осушку синтез-газа, блок генерации тепловой энергии включает работающие на синтез-газе газовые котлы, блок генерации электроэнергии включает работающие на синтез-газе поршневые и/или турбинные электрогенераторы, а блок управления выполнен с возможностью автоматизированного управления алгоритмами запуска, вывода на режим, регулирования, выключения комплекса, а также противопожарного и экологического мониторинга.The complex for the processing of solid organic waste by means of their steam plasma gasification to obtain synthesis gas includes a block for preliminary preparation and supply of raw materials, a plasma processing block, a block of heat exchange equipment, blocks for generating thermal and electrical energy, a control unit, while a block for preliminary preparation and supply of raw materials contains devices for preliminary drying, grinding and dosed supply of raw materials with a particle size of 10-20 mm, the plasma processing unit contains a plasma gasification reactor for raw materials, which has an electrochemical source of high-temperature plasma and a reaction zone for carrying out a chemical reaction of synthesis gas formation at a temperature of 1600- 2000 ° C, the block of heat exchange equipment contains a column that provides cooling of synthesis gas due to contact heat exchange with a coolant, and a system of heat recovery heat exchangers for the possibility of drying raw materials in the block of preliminary preparation and hearth raw materials, the synthesis gas preparation unit contains a separator for separating condensed slag, tar, solutions of alkali metal oxides and part of acid gases from the generated synthesis gas, as well as a filter unit for cleaning and drying synthesis gas; the thermal energy generation unit includes operating syngas-fired gas boilers, the power generation unit includes piston and / or turbine electric generators operating on syngas, and the control unit is capable of automated control of startup algorithms, activation, regulation, shutdown of the complex, as well as fire and environmental monitoring.

На представленном чертеже показан предложенный комплекс для переработки твердых органических отходов.The presented drawing shows the proposed complex for the processing of solid organic waste.

Технологическая схема комплекса для переработки твердых органических отходов содержит следующее основное оборудование: блок предварительной подготовки и подачи сырья 1, блок плазменной обработки сырья 2, блок теплообменного оборудования 3, блок подготовки синтез-газа 4, блок генерации тепловой энергии 5, блок генерации электрической энергии 6 и блок управления 7. Блоки, входящие в комплекс, содержат функциональное оборудование, размещены на промышленной площадке и соединены коммуникациями.The technological scheme of the complex for the processing of solid organic waste contains the following main equipment: unit for preliminary preparation and supply of raw materials 1, unit for plasma processing of raw materials 2, unit of heat exchange equipment 3, unit for preparation of synthesis gas 4, unit for generating thermal energy 5, unit for generating electrical energy 6 and control unit 7. The units included in the complex contain functional equipment, are located on the industrial site and are connected by communications.

Блок 1 содержит устройства для предварительной осушки, измельчения и дозированной подачи сырья с размером частиц 10-20 мм. Блок плазменной обработки сырья 2 содержит плазменный реактор газификации сырья, в котором имеется электрохимический источник высокотемпературной плазмы. Блок теплообменного оборудования 3 включает колонну, обеспечивающую охлаждение синтез-газа за счет контактного теплообмена с теплоносителем, и систему теплообменников рекуперации тепла, связанную с блоком предварительной подготовки и подачи сырья 1. Блок подготовки синтез-газа 4 включает сепаратор для отделения конденсированного шлака, смолы, растворов оксидов щелочных металлов и части кислотных газов от образованного синтез-газа, а также узел фильтров, обеспечивающих очистку и осушку синтез-газа. Блок генерации тепловой энергии 5 содержит работающие на синтез-газе газовые котлы, а блок генерации электрической энергии 6 содержит работающие на синтез-газе поршневые и/или турбинные электрогенераторы. Блок управления 7 содержит средства автоматизированного управления, а также противопожарного и экологического мониторинга комплекса.Unit 1 contains devices for preliminary drying, grinding and dosed supply of raw materials with a particle size of 10-20 mm. The block of plasma processing of raw materials 2 contains a plasma reactor for gasification of raw materials, in which there is an electrochemical source of high-temperature plasma. The block of heat exchange equipment 3 includes a column that provides cooling of synthesis gas due to contact heat exchange with a coolant, and a system of heat recovery heat exchangers associated with a block for preliminary preparation and supply of raw materials 1. Block for preparation of synthesis gas 4 includes a separator for separating condensed slag, tar, solutions of oxides of alkali metals and part of acid gases from the generated synthesis gas, as well as a unit of filters that provide cleaning and drying of synthesis gas. The heat energy generation unit 5 contains gas boilers operating on synthesis gas, and the electric power generation unit 6 contains piston and / or turbine electric generators operating on synthesis gas. The control unit 7 contains means of automated control, as well as fire and environmental monitoring of the complex.

Блок 1 соединен с блоком 2 для обеспечения подачи сырья, с блоком 3 для получения из системы теплообменников рекуперации тепла блока 3 пара для осуществления осушки сырья в блоке предварительной подготовки и подачи сырья. К блоку 1 подается электрическая энергия от блока 6. С блоком 1 также электрически связан блок 7 для обеспечения управления дозированной подачей сырья, контроля количества, температуры и влажности коры.Block 1 is connected to block 2 to ensure the supply of raw materials, to block 3 to receive steam from the heat recovery system of heat exchangers of block 3 for drying the raw materials in the block for preliminary preparation and supply of raw materials. Unit 1 is supplied with electrical energy from unit 6. Unit 7 is also electrically connected to unit 1 to control the dosed feed of raw materials, control the amount, temperature and humidity of the bark.

Блок 2 соединен с блоками 1, 3, 5, 6 и 7 для обеспечения приема из блока 1 подготовленного сырья, поддержания температуры реакционной зоны плазменного реактора газификации сырья в диапазоне 1400-2000°С, регулирования подачи плазмообразующей среды (пара) от блока 5, изменение электрической мощности, подаваемой от блока 6 на электрохимический источник высокотемпературной плазмы, а также подачи готового синтез-газа в блок 3.Block 2 is connected to blocks 1, 3, 5, 6 and 7 to ensure the receipt of prepared raw materials from block 1, maintain the temperature of the reaction zone of the plasma reactor for gasification of raw materials in the range 1400-2000 ° C, control the supply of plasma-forming medium (steam) from block 5, change in the electrical power supplied from block 6 to the electrochemical source of high-temperature plasma, as well as the supply of finished synthesis gas to block 3.

Блок 3 соединен с блоками 1, 2, 4, 6 и 7 для обеспечения подачи от системы теплообменников рекуперации тепла пара в блок 1, приема из блока 2 высокотемпературного синтез-газа, подачи охлажденного синтез-газа в блок 4, приема электроэнергии от блока 6 для питания системы циркуляции теплоносителя, регулирования блоком 7 объема подачи воды в блок и качества охлаждения синтез-газа.Unit 3 is connected to units 1, 2, 4, 6, and 7 to supply steam heat from the heat exchanger system to unit 1, receive high-temperature synthesis gas from unit 2, supply cooled synthesis gas to unit 4, and receive electricity from unit 6 for powering the coolant circulation system, regulating by unit 7 the volume of water supply to the unit and the quality of synthesis gas cooling.

Блок 4 соединен с блоками 3, 5, 6 и 7 для обеспечения приема из блока 3 неочищенного синтез-газа в блок 4, приема электроэнергии от блока 6 для питания системы очистки теплоносителя, регулирования блоком 7 качества очистки синтез-газа, подачи синтез-газа в качестве топливного газа в блок 5 для получения тепловой энергии, и в блок 6 для получения электрической энергии.Unit 4 is connected to units 3, 5, 6, and 7 to ensure receipt of raw synthesis gas from unit 3 into unit 4, receiving electricity from unit 6 to power the coolant purification system, regulating the quality of synthesis gas purification by unit 7, and supplying syngas as fuel gas to block 5 for generating thermal energy, and to block 6 for generating electrical energy.

Блок 5 соединен с блоками 2, 4, 6 и 7 для обеспечения подачи в блок 2 подготовленного пара из блока 5, приема топливного синтез-газа из блока 4, приема электроэнергии от блока 6 для питания системы очистки теплоносителя, регулирования блоком 7 процесса получения тепловой энергии.Unit 5 is connected to units 2, 4, 6 and 7 to ensure supply of prepared steam from unit 5 to unit 2, reception of fuel syngas from unit 4, reception of electricity from unit 6 for powering the coolant purification system, regulation by unit 7 of the process of obtaining thermal energy.

Блок 6 соединен с блоком 4 для обеспечения приема топливного синтез-газа и с потребителями электроэнергии - блоками 1, 2, 3, 4, 5 и 7.Block 6 is connected to block 4 to ensure the reception of fuel synthesis gas and to power consumers - blocks 1, 2, 3, 4, 5 and 7.

Блок 7 соединен с блоками 1, 2, 3, 4, 5, 6 и обеспечивает возможность автоматизированного управления, а также сбор данных с диагностического оборудования для противопожарного и экологического мониторинга комплекса.Unit 7 is connected to units 1, 2, 3, 4, 5, 6 and provides the possibility of automated control, as well as data collection from diagnostic equipment for fire and environmental monitoring of the complex.

Комплекс для переработки твердых органических отходов работает следующим образом.The complex for the processing of solid organic waste works as follows.

Твердые отходы лесозаготовки - древесная кора привозится на площадку транспортом и подается в блок предварительной подготовки и подачи сырья 1, где происходит ее сортировка, измельчение до размера частиц 10-20 мм, предварительный подогрев и осушка коры до влагосодержания не более 40 мас. % паром, подаваемым от расположенной в блоке 3 системы теплообменников рекуперации тепла, далее кора дозированно подается в блок 2 плазменной обработки, где происходит ее газификация в реакционной зоне плазменного реактора, содержащего электрохимический источник высокотемпературной плазмы, при температуре 1600-2000°С с получением синтез-газа. Благодаря высокой температуре органическая составляющая отходов конвертируется полностью в синтез-газ (преимущественно монооксид углерода, СО и водород, Н₂), полностью разрушаются токсичные составляющие, такие как диоксины, фураны и их производные. Электроэнергия на электрохимический источник высокотемпературной плазмы поступает от блока 6, а плазмообразующий газ - водяной пар, подается от блока 5. Далее синтез-газ поступает в блок теплообменного оборудования 3, где происходит его охлаждение в колонне за счет контактного теплообмена с теплоносителем - водой, подаваемой в блок 3. Применяемый режим охлаждения - так называемая закалка - быстрое понижение температуры на выходе из реактора до уровня, при котором токсичные составляющие, такие как диоксины, фураны и их производные заново не синтезируются. Полученный охлажденный синтез-газ поступает в сепаратор блока 4, где от него отделяются шлаки, смолы, растворы оксидов щелочных металлов и части кислотных газов, и далее синтез-газ проходит очистку и осушку в узле фильтров блока 4. Подготовленный до требований топливного газа синтез-газ подается в качестве топлива в блок генерации тепловой энергии 5 в газовые паровые котлы, а также подается в блок генерации электрической энергии 6 в работающие на синтез-газе поршневые и/или турбинные электрогенераторы. Блок управления 7 обеспечивает дистанционное без присутствия персонала управление работой комплекса. Оснащение комплекса блоком управления 7 с диагностическим оборудованием позволяет автоматизировать управление процессом газификации, собирать всю информацию для противопожарного и экологического мониторинга, а также для последующего анализа с целью оптимизации режимов работы.Solid logging waste - bark is brought to the site by transport and fed to the preliminary preparation and supply of raw materials 1, where it is sorted, crushed to a particle size of 10-20 mm, preheated and dried to a moisture content of no more than 40 wt. % steam supplied from the system of heat recovery heat exchangers located in block 3, then the bark is dosed into the plasma treatment block 2, where it is gasified in the reaction zone of a plasma reactor containing an electrochemical source of high-temperature plasma at a temperature of 1600-2000 ° C to obtain synthesis -gas. Due to the high temperature, the organic component of the waste is completely converted into synthesis gas (mainly carbon monoxide, CO and hydrogen, H ₂ ), and toxic components such as dioxins, furans and their derivatives are completely destroyed. Electricity to the electrochemical source of high-temperature plasma comes from block 6, and the plasma-forming gas - water vapor, is supplied from block 5. Further, the synthesis gas enters the block of heat exchange equipment 3, where it is cooled in the column due to contact heat exchange with the coolant - water supplied to block 3. The applied cooling mode - the so-called quenching - a rapid decrease in the temperature at the outlet of the reactor to a level at which toxic components such as dioxins, furans and their derivatives are not synthesized anew. The resulting cooled synthesis gas enters the separator of block 4, where slags, resins, solutions of alkali metal oxides and parts of acid gases are separated from it, and then the synthesis gas is purified and dried in the filter unit of block 4. Synthesis gas prepared to meet the requirements of fuel gas gas is supplied as a fuel to the thermal energy generation unit 5 to gas steam boilers, and is also supplied to the electric energy generation unit 6 to piston and / or turbine electric generators operating on synthesis gas. Control unit 7 provides remote control of the complex without the presence of personnel. Equipping the complex with a control unit 7 with diagnostic equipment allows automating the control of the gasification process, collecting all information for fire and environmental monitoring, as well as for subsequent analysis in order to optimize operating modes.

Предложенный комплекс позволяет обеспечить эффективную утилизацию отходов деревообрабатывающей промышленности с минимизацией вредных выбросов в окружающую среду.The proposed complex makes it possible to ensure efficient utilization of woodworking industry waste with minimization of harmful emissions into the environment.

Claims

A complex for processing solid organic waste from the woodworking industry by means of their steam plasma gasification to obtain synthesis gas, including a block for preliminary preparation and supply of raw materials, a plasma processing block, a block of heat exchange equipment, blocks for generating thermal and electrical energy, a control block, characterized in that the block preliminary preparation and supply of raw materials contains devices for preliminary drying, grinding and dosed supply of raw materials with a particle size of 10-20 mm, the plasma processing unit contains a plasma reactor for gasification of raw materials, in which there is an electrochemical source of high-temperature plasma and a reaction zone for carrying out a chemical reaction of the formation of synthesis gas at a temperature of 1600-2000 ° C, the block of heat exchange equipment contains a column that provides cooling of synthesis gas due to contact heat exchange with a coolant, and a system of heat recovery heat exchangers to enable lugs of raw materials in the block for preliminary preparation and supply of raw materials, the block for preparation of synthesis gas contains a separator for separating condensed slag, tar, solutions of alkali metal oxides and part of acid gases from the generated synthesis gas, as well as a filter unit for cleaning and drying of synthesis gas , the heat energy generation unit includes gas boilers operating on synthesis gas, the electricity generation unit includes piston and / or turbine electric generators operating on synthesis gas, and the control unit is configured to automatically control the algorithms for starting, putting on a mode, regulating, shutting down the complex, as well as fire and environmental monitoring.