Содержание
Переработка твердых бытовых отходов при помощи пиролиза
Пиролиз ТБО должен помочь землянам очистить окружающую среду от мусора и уменьшить нагрузку на нефтеперерабатывающую промышленность. Это производство, которое может дать ощутимый доход бизнесмену, наладившему его, так как сырьем служит дешевый мусор, которого только по России за год образуется 3,5 миллиарда тонн.
Что такое пиролиз ТБО, его преимущества перед простым сжиганием
Пиролиз – это разложение тяжелых органических веществ на более легкие при нагревании и в отсутствии кислорода. На латинском языке «pir» – это огонь, а «lizios» – разлагаю, дословный перевод термина: «разлагаю огнем». Смысл пиролиза ТБО (смотреть схему ниже) сводится к тому, что соединения, образующие мусор, при нагревании расщепляются на вещества, имеющие более низкую молекулярную массу. В результате пиролиза образуется три основных продукта:
- пирогаз (пиролизный, пиролитический газ или синтез — газ) – это смесь газов, способных гореть и негорючих;
- пиролизное (пиролитическое) масло и вода. Пиролизное масло имеет разный состав и может служить впоследствии печным топливом или сырьем для переработки;
- пикарбон (твердый углеродсодержащий остаток – уголь).
По ходу пиролиза происходит четыре общих для всех его видов процесса: просушка мусора (в сушильной камере), сухая его перегонка (пиролиз), горение твердых остатков, получение пиролизного газа, пиролитического масла и углеродистого остатка.
Из схемы видно, что нагревание некоторых этапов происходит за счет тепла, вырабатываемого по ходу пиролиза.
Пиролиз ТБО может протекать в разных температурных режимах. При низких температурах выход газа меньше, больше образуется пиролитического масла и пикарбона. С увеличением температуры равновесие сдвигается в сторону образования синтез – газа.
Пиролиз ТБО имеет неоспоримые преимущества перед утилизацией мусора сжиганием. Во-первых, не происходит загрязнение среды, во-вторых, сырьевым материалом служат отходы, при этом примечательно, что пиролизом перерабатываются отходы, которые сложно утилизировать, например, старые шины.
Пиролизные остатки не содержат агрессивных веществ, поэтому их можно складировать под землей, причем такие отходы образуются в меньшем количестве, чем после сжигания. При пиролизе тяжелые металлы не восстанавливаются, а уходят в золу. Полученные продукты легко хранить и перевозить.
Оборудование не является массивным, и оно относительно недорогое.
Виды пиролиза
По воздействию разных значений температур на мусор пиролиз делится на низкотемпературный и высокотемпературный. Первый протекает при температуре до 9000С, а второй – при температуре больше 9000С.
Низкотемпературный пиролиз. Технология обработки отходов данным способом заключается в нагревании сырья в шахте до 350 – 4500С без доступа воздуха, то есть при отсутствии как кислорода, так и азота.
Стабильная температура и полное отсутствие кислорода гарантируют, что сырье не будет гореть, а также не будет помех для интенсивного протекания таких процессов как нагревание, плавление, испарение, разложение углеродистых соединений.
При данном типе пиролиза неважно, каков химический состав перерабатываемых отходов и в каком соотношении находятся в них органические вещества. Пиролизный газ имеет, практически, одинаковый состав:
- горючая составляющая: угарный газ, метан, этилен, сероводород, водород;
- негорючая составляющая: углекислый газ и азот.
Важно, что горючая составляющая значительно превышает по содержанию негорючую, а это значит, что пиролизный газ можно использовать так же, как добываемый природный газ. Выход полученного горючего газа зависит от качественного состава сырья: так, пищевые отходы образуют газ, насыщенный влагой, чего не скажешь о пластмассах.
Принципиальная схема низкотемпературного пиролиза
Высокотемпературный пиролиз. Технологическая цепочка:
- Сортировка мусора с удалением больших предметов, цветного и черного металлолома.
- Измельчение и просушка отобранных отходов.
- Разложение просушенного сырья с целью образования пиролитического газа, пиролитического масла, шлаков и побочных веществ, таких как Cl2, F2, N2.
- Ликвидация загрязнителей и снижение температуры полученного газа.
- Употребление пиролитичского газа для получения пара, электрической или тепловой энергии. Чаще всего этот газ применяется обратимо для инициирования пиролиза.
- Пиролитическое масло после складирования направляется в качестве сырья на заводы нефтехимической промышленности для изготовления горюче – смазочных материалов, заменителей мазута и дров.
Принципиальная схема высокотемпературного пиролиза
Плюсы и минусы пиролиза ТБО
Положительные стороны низкотемпературного пиролиза:
- нет острой необходимости сортировать углеводородные остатки (даже полностью несортированные отходы дают выход пиролизного газа в два раза больше по сравнению только с пищевыми отходами);
- городские свалки выступают в роли источника сырья для производства;
- отсутствие ядовитых оксидов серы и азота.
Недостатки низкотемпературного пиролиза:
- сложная конструкция крупногабаритных печей;
- высокая стоимость печей;
- необходимость в большом количестве работников;
- не происходит полный распад диоксинов, содержащихся в сырье;
- тяжелые металлы не плавятся, а выпадают в осадок вместе со шлаком.
Преимущества высокотемпературного пиролиза:
- можно перерабатывать сырье с небольшим количеством горючих материалов;
- образующийся газ поднимается снизу вверх и проходит через слой мусора, который подается сверху. При этом газ не захватывает пылевые частички, что служит залогом его чистоты;
- пиролизный газ подобен природному, и его целесообразно применять для выработки тепловой энергии, а на небольших электростанциях для выработки электричества;
- пиролизный газ проще очищать от ненужных примесей (если вообще таковые есть) из-за низкой температуры;
- поскольку процесс идет в отсутствии кислорода, то пиролизный газ не содержит опасные диоксины, образующиеся при сжигании углеводородов;
- если в ходе пиролиза получается жидкая фракция (из старых покрышек образуется, например, пиролизное масло, которое не совсем точно называют синтетической нефтью), то ее используют как заменитель нефтепродуктов;
- зола не содержит неокисленный углерод и имеет низкую температуру, что позволяет использовать ее, например, в дорожном строительстве.
Какие отходы можно перерабатывать при помощи пиролиза
Обратите внимание! ТБО – твердые бытовые отходы – разные субстанции, которые без обработки невозможно вторично использовать в бытовой деятельности человека.
ТБО – это смесь веществ органического и неорганического происхождения, имеющих разные свойства. В России отходы не сортируются. Однако за рубежом, да и у нас в стране есть тенденция к снижению в мусоре доли пищеотходов и увеличению доли упаковочных материалов: пластика, картона, бумаги.
Исследования показали, что примерно 30 процентов по весу и 50 процентов по объему ТБО приходится на долю упаковочного материала. А 13 процентов по весу и 30 процентов по объему упаковочного материала приходится на долю пластмассовых изделий, в подавляющем большинстве пластиковой посуды.
Органическую составляющую мусора подразделяют на:
- компостируемую (кухонные отбросы, опил, кора и ветки деревьев, щепа, старые газеты, картон);
- некомпостируемую (пластмассы, резина, кожа, выброшенные старые шины, кабели, вязкие пастообразные отходы, такие как машинное масло, нефтешламы, почва, на которую попали горюче-смазочные материалы).
Пиролизу подвергается компостируемая и некомпостируемая составляющие мусора.
Пиролизное оборудование для переработки отходов
Современное оборудование может работать с использованием сырья, полученного почти из любых видов органических отходов с использованием собственной энергии. Обязательной составной частью системы аппаратов для пиролиза является реактор.
Интересно! Изначально первые пиролизные аппараты появились в России в девятнадцатом веке. В те времена пиролизу подвергался керосин для приготовления из него газа и бензина, которые применялись для освещения.
Переработка сырья осуществляется в зонах реактора (схема ниже):
- вверху температура поддерживается на уровне 100 – 2000С и здесь сырье подсыхает (этап №1);
- в середине при температуре 1000 – 12000С происходит термическое разложение органической массы и коксование ее, при этом часть углерода сгорает с выделением тепла, поддерживая нужную температуру (этап № 2);
- внизу твердый остаток охлаждается до температуры 1000С, остатки углерода догорают и преобразуется в золу – пикарбон, карбон (этап №3);
- отведение продуктов пиролиза для складирования и повторного применения (этап № 4).
В настоящее время промышленность предлагает следующие типы оборудования для пиролиза ТБО:
- Пиролизная установка для утилизации шин:
- Пиролизная установка для утилизации отходов деревообработки, навоза и помета:
- Универсальная пиролизная установка (Т – ПУ1) для утилизации отходов деревообработки, нефтепереработки, медицинских, пищевых и других отходов.
Если упростить промышленные механизмы пиролиза, использовать необъемные аппараты, то можно создать небольшую установку для пиролиза, применяемую в личных целях простыми людьми. В быту с помощью этой установки можно получать тепловую энергию, а в промышленности – востребованные химические продукты.
о работе пиролизной установки, находящейся в Татарстане, о технологии проведения процесса, о достоинствах данного способа утилизации твердых бытовых отходов:
Пиролизный завод
В качестве примера пиролизного завода рассмотрим технологию переработки ТБО на мини – заводе ШАХ «ПОТРАМ — ТБО». Технология производства на этом заводе построена с использованием отдельных модулей:
- для сортировки, измельчения и компостирования ТБО. Производственная площадка имеет размеры 50м в длину, 30м в ширину и 12м в высоту;
- просушки компоста;
- образования синтетического пиролизного масла;
- получения дистиллятов из пиролизного масла;
- очистки дистиллятов до уровня чистоты Евро-4.
Модульная схема работы завода дает возможность приспосабливаться к абсолютно разным видам ТБО.
Мусор на заводе перед обработкой проходит радиационный контроль, большие куски мусора измельчаются (размеры измельченных частиц не должны превышать 250 мм в диаметре) и компостируются. Компост содержит до 60 – 65% воды, поэтому он поступает в установку низкотемпературного пиролиза для удаления влаги.
Далее этот материал отправляется в установку высокоскоростного пиролиза, где он перемешивается с золой ТБО, образованной здесь же и имеющей высокую температуру порядка 800 – 8500С. Смесь поступает в реактор, который медленно вращается.
В этом реакторе смесь без кислорода прогревается до температуры 460 – 4900С.
Происходит термическое разложение тяжелых органических молекул с образованием легких углеводородов, которые затем конденсируются, и с выделением неконденсирующихся газов (водорода, азота, угарного газа, сероводорода и других), также образуется твердый углеродистый остаток и зола.
В условиях данной технологии происходит очень быстрый, практически мгновенный нагрев компоста, лишенного влаги, что обеспечивается высокоэффективным подводом энергии.
Плюсом системы является снижение потерь тепловой энергии, так как она не рассеивается в окружающее пространство. Для того чтобы запустить реактор, нужен обычный пропан, а для разогрева требуется всего 4 часа.
Полученная в реакторе смесь паров и газов поступает в следующий модуль, где пары углеводородов подвергаются конденсации, образуя жидкую пиролизную составляющую. Неорганические вещества испаряются или идут на химические предприятия для дальнейшей модификации. Газ, не подвергшийся конденсации, отправляется обратно в цикл, где он сгорает, а выделяющееся тепло обратимо используется в реакторе.
Жидкая составляющая пиролиза отправляется на склад, чтобы потом реализоваться как исходное сырье на предприятиях нефтехимии, как горючее автомобилей и локомотивов, как заменитель мазута и печного топлива в ТЭЦ и котельных.
Твердый остаток поступает из реактора в аэрофонтанную топку, где он дожигается в воздушном потоке. Образовавшееся тепло применяется для прогревания золы – теплоносителя. Горячая зола поступает в реактор, помогая разлагать органическую массу.
Таким образом, утилизация ТБО пиролизным методом – это эффективное решение переработки мусора, так как данный способ позволяет извлекать тепловую энергию и ценные продукты из отходов, практически не загрязняя при этом природную среду.
Источник: https://vtorothody.ru/pererabotka/piroliz-tbo.html
Сжигание и пиролиз твердых бытовых отходов | переработка мусора
sh: 1: —format=html: not found
Термические методы переработки и утилизации ТБО можно подразделить на три способа: слоевое сжигание исходных (неподготовленных) отходов в мусоросжигательных котлоагрегатах (МСК); слоевое или камерное сжигание специально подготовленных отходов (освобожденных от балластных фракций) в энергетических котлах совместно с природным топливом или в цементных печах; пиролиз отходов, прошедших предварительную подготовку или без нее.
Несмотря на разнородность состава твердых бытовых отходов, их можно рассматривать как низкосортное топливо (тонна отходов дает при сжигании 1000≈1200 Гкал тепла). Термическая переработка ТБО не только их обезвреживает, но и позволяет получать тепловую и электрическую энергию, а также извлекать имеющийся в них черный металлолом. При сжигании отходов процесс можно полностью автоматизировать, а следовательно, и резко сократить обслуживающий персонал, сведя его обязанности до чисто управленческих функций.
Это особенно важно, если учесть, что персоналу приходится иметь дело с таким антисанитарным материалом, как ТБО. Слоевое сжигание ТБО в котлоагрегатах. При данном способе обезвреживания сжигаются все поступающие на завод отходы без какой-либо предварительной подготовки или обработки. Метод слоевого сжигания исходных отходов наиболее распространен и изучен.
Однако при сжигании выделяется большое количество загрязняющих веществ, поэтому все современные мусоросжигательные заводы оборудованы высоко╜эффективными устройствами для улавливания твердых и газообразных загрязняющих веществ, стоимость их достигает 30% кап. затрат на строительство МСЗ. Первая мусоросжигательная установка общей производительностью 9 т/ч введена в эксплуатацию в Москве в 1972 году. Она предназначалась для сжигания остатков после компостирования на мусороперерабатывающем заводе.
Мусоросжигательный цех находился в одном здании с остальными цехами завода, который в связи с несовершенством технологического процесса и получаемого компоста, а также из-за отсутствия потребителя на этот продукт в 1985 году был закрыт. Первый отечественный мусоросжигательный завод был построен в Москве (спецзавод ╧ 2). Режим работы завода ≈ круглосуточный, без выходных дней. Тепло, получаемое от сжигания отходов, используется в городской системе теплоснабжения.
Институт ╚Гипрокоммунэнерго╩ спроектировал для Владивостока МСЗ, оборудованный МСК Брненского машиностроительного завода (ЧСФР) с горизонтальной переталкивающей колосниковой решеткой. На заводе смонтированы три агрегата, сжигающие в час в совокупности 18 т отходов. Установка подобной конструкции спроектирована и в Тбилиси для ликвидации некомпостируемой части отходов. В отличие от Владивостокской здесь не. устройства для утилизации тепла уходящих газов. Ее производительность составляет 8 т/ч.
В 1973 году предприятие ╚ЧКД≈Дукла╩ (ЧСФР) приобрело у фирмы ╚Дойче ≈ Бабкок╩ (ФРГ) лицензию на изготовление МСК с валковой колосниковой решеткой. По внешнеторговым связям котлы, выпускаемые этим предприятием, приобретены для ряда городов нашей страны. В 1980 году Кусинский машиностроительный завод и ПО ╚Сибэнергомаш╩ по техническому заданию ╚Харьковкоммунэнерго╩, ЦКТИ, АКХ и ╚Гипрокоммунэнерго╩ приступили к разработке отечественного МСК с валковой колосниковой решеткой производительностью 15 т/ч сжигаемых отходов.
Котлоагрегат производительностью 3 т/ч Бийского ко╜тельного и Кусинского машино╜строительного заводов применен на Владимирском экспериментальном МСЗ. В котлоагрегате использованы верхний и нижний барабаны котла типа ДКВР-10/13 с внесением минимально необходимых изменений в конфигурацию их трубной части. Котел принят государственной комиссией для повторного применения. В 1984 году введен в эксплуатацию в Москве самый крупный отечественный мусоросжигательный спец. завод ╧ 3, основное технологическое оборудование для которого поставила фирма ╚Волунд╩ (Дания).
Производительность каждого из четырех его агрегатов составляет 12,5 т сжигаемых отходов в час. Отличительная особенность агрегата ≈ дожигательный барабан, установленный за каскадом наклоннопереталкивающих колосниковых решеток. Опыт эксплуатации отечественных заводов позволил выявить ряд недостатков, влияющих на надежность работы основного технологического оборудования и на состояние окружающей среды.
Для устранения обнаруженных недостатков необходимо: обеспечить раздельный сбор золы и шлака; предусмотреть установку резервных транспортеров для удаления золошлаковых отходов; повысить степень извлечения лома черных металлов из шлака; обеспечить очистку извлеченного металлолома от золошлаковых загрязнений; предусмотреть дополнительное оборудование для пакетирования извлеченного лома черных металлов; разработать, изготовить и установить технологическую линию по подготовке шлака для вторичного использования; установить дробилку для крупногабаритных отходов.
Удешевление сжигания ТБО. Снижение затрат на транспортировку отходов диктуют необходимость строительства двух мусоросжигательных заводов производительностью по 200 тыс. т отходов в год. Это наиболее рациональный вариант. Следует рассмотреть возможность создания безотходного производства с использованием шлака и золы для дорожного строительства и стройиндустрии, обеспечив при этом извлечение остатков черного и цветного металлолома.
Необходимо также предусмотреть в схеме завода двухступенчатую систему очистки выбросов, отвечающую самым жестким нормативам и требованиям. Аппараты очистки от летучей золы должны иметь эффективность не ниже 99%. Химическая очистка от газообразных загрязняющих веществ должна улавливать такие выбросы, как S02, NO2, HCI и HF. Конструкция котлоагрегата должна обеспечивать полное дожигание органических и полиароматических веществ, образующихся в процессе горения отходов. Пиролизные установки.
В Академии коммунального хозяйства разработан проект установки и нестандартное оборудование для высокотемпературного пиролиза производительностью 800 кг/ч перерабатываемых ТБО. Основные узлы установки: реактор, воз╜духоподогреватель, охладитель газов, система газоочистки, система автоматического регулирования, газоходы и воздуховоды, вентилятор и дымосос. Первая в стране опытно-промышленная установка пиролиза некомпостируемых частей бытовых отходов (НБО) мощностью 30 тыс.
т в год по перерабатываемому сырью, входящая в состав Ленинградского завода МПБО, проектировалась институтом ╚Гипрокоммунстрой╩ и ╚ЛенНИИГипрохим╩ на основании технологического регламента разработанного ╚ВНИИНефтехим╩. В комплекс установки входят три основных корпуса: подготовительный, приемный и дробильный. В результате процесса пиролиза из сырья образуются парогазовая смесь и твердый углеродистый остаток (пирокарбон). Парогазовая смесь очищается от пыли в циклоне и далее проходит последовательно через конденсатор, в котором газовая фаза отделяется от жидких продуктов пиролиза (смеси смолы и воды). Газообразные продукты направляются вентилятором на сжигание в специальную топку. Пирокарбон из пиролизного барабана через шлюзовой питатель выгружается на конвейер с погружными скребками и охлаждающей водяной рубашкой под днищем. Расфасованный в бумажные мешки пирокарбон отправляется на склад готовой продукции. Таковы на сегодняшний день термические методы обработки твердых бытовых отходов. ╘ Промышленная экология, 1998…2002
©Переработка мусора: :WebDigest по материалам www.promeco.h1.ru
