وصف العملية
كانت الحاجة إلى معدات صديقة للبيئة لمعالجة النفايات الكيميائية موجودة في مجتمعنا لفترة طويلة. بدأت مراجل الانحلال الحراري الأولى في العمل في نهاية القرن التاسع عشر. وقد أدى إنشاء وحدات الانحلال الحراري الحديثة إلى حل العديد من المشكلات دفعة واحدة:
- مكون بيئي
- القدرة على تجميع نتائج الاحتراق ؛
- فائدة اقتصادية.
ومع ذلك ، فإن الجانب الاقتصادي لاستخدام الانحلال الحراري مصمم للمستقبل. الانحلال الحراري هو متعة باهظة الثمن. يتطلب معدات مناسبة وموظفين مدربين تدريبا خاصا.
لكن أثناء التشغيل ، تكون محطات الانحلال الحراري مستقلة عمليًا. تتطلب الوحدات الكهرباء فقط لبدء التشغيل ، ويتم إجراء مزيد من التشغيل للغلاية على حساب الموارد المنتجة في عملية الاحتراق. في الوقت نفسه ، يمكن استخدام فائض الطاقة المتولدة والبخار للأغراض المنزلية ، وإعادة توجيهها إلى شبكات المرافق.
في روسيا ، بدأ الانحلال الحراري للتو في اكتساب شعبية ، بينما في أوروبا لا يمكن لمؤسسة كبيرة واحدة الاستغناء عن وحدات الانحلال الحراري. هناك عدة أسباب لمثل هذا الطلب على الانحلال الحراري:
- طريقة خالية من النفايات لمعالجة النفايات وجميع أنواع التلوث الصناعي ؛
- مستوى الكفاءة من الانحلال الحراري 90٪ ؛
- إمكانية الحصول على مركبات جديدة ، مواد قابلة لإعادة التدوير ؛
- خلق موارد لا يمكن الاستغناء عنها مثل الزيت الاصطناعي ؛
- الحصول على الهيدروكربونات والأحماض العضوية والعناصر الكيميائية الأخرى ؛
- مصدر الحرارة للمؤسسات.
بناءً على اختيار المواد الخام للمعالجة ، يمكن أن يستمر تفاعل الانحلال الحراري في ظروف درجات حرارة مختلفة. ستختلف النتيجة النهائية أيضًا في تكوين العناصر الكيميائية.
اعتمادًا على درجة حرارة تسخين الفرن والمكونات الإضافية للتحلل الحراري ، ينقسم التقطير عادةً إلى نوعين: جاف ومؤكسد.
الانحلال الحراري التأكسدي
يمكن أن يسمى هذا النوع من الانحلال الحراري الأكثر صداقة للبيئة وإنتاجية. يتم استخدامه لمعالجة المواد القابلة لإعادة التدوير. يحدث التفاعل في درجات حرارة عالية. على سبيل المثال ، في الانحلال الحراري للميثان ، يختلط بالأكسجين ، ويطلق الاحتراق الجزئي للمادة الطاقة ، والتي تسخن المادة الخام المتبقية إلى درجة حرارة 16000 درجة مئوية.
يستخدم الانحلال الحراري التأكسدي لتحييد النفايات الصناعية التي تحتوي على نسبة عالية من الزيت. وأيضًا لمعالجة البلاستيك والمطاط والمواد الأخرى التي لا تتحلل بشكل طبيعي في البيئة الطبيعية.
"الانحلال الحراري التأكسدي يجعل من الممكن معالجة المواد الخام المختلفة الاتساق. بما في ذلك المواد في الحالة السائلة والغازية ".
مبدأ تشغيل مرجل الانحلال الحراري طويل الاحتراق
تكتسب غلايات الانحلال الحراري طويلة الحرق شعبية كبيرة ، وخاصة في المناطق التي لا يوجد فيها وصول للغاز
يعتمد تشغيل الجهاز على تحلل الوقود العضوي (الحطب) في ظل ظروف ارتفاع درجة الحرارة ونقص الأكسجين ، يليه احتراق غازات الانحلال الحراري المنبعثة. نظرًا لأن العملية يمكن تقسيمها بشكل مشروط إلى مرحلتين ، يتم استخدام صندوق نار مع جزأين لتدفقها. يتم وضع الوقود في غرفة التحميل ، والتي تبدأ في الاحتراق. تتحول عملية الاحتراق بسلاسة إلى تحلل حراري بسبب تقييد وصول الأكسجين اللازم للاحتراق. يؤدي ارتفاع درجة الحرارة وانخفاض تركيز الأكسجين إلى تكوين منتجات التحلل: فحم الكوك وغاز الانحلال الحراري. هذا الأخير ، الذي يدخل الغرفة الثانية ، يخضع للاحتراق بالفعل في ظروف وصول الهواء الثانوي.يتم توفيره في كثير من الأحيان عن طريق مروحة منفاخ أو جهاز طرد الدخان. تتم عملية الاحتراق في درجات حرارة أعلى من 1000 درجة مئوية. من نواتج الاحتراق ، تنتقل الحرارة إلى السائل الذي يملأ المبادل الحراري. تتم إزالة المنتجات الغازية النهائية للعملية من خلال المدخنة. اليوم ، تعتبر غلايات الانحلال الحراري ذات الاحتراق الطويل أكثر معدات التدفئة كفاءة واقتصادية. يفسر التصميم المعقد المكون من غرفتين للغلاية تكلفتها العالية. تتيح لك الكفاءة ، وهي الأعلى بين وحدات التدفئة ، الحصول على مردود سريع للغلاية.
أنواع الانحلال الحراري الجاف
يعد الانحلال الحراري الجاف أحد أكثر المنتجات طلبًا في الصناعة. بفضل مساعدتها ، يتم الحصول على الوقود والمركبات الكيميائية المختلفة وتصبح المواد القابلة لإعادة التدوير غير ضارة. يتم الحصول على درجات حرارة مختلفة من الانحلال الحراري ، والغاز ، ومنتجات الاحتراق السائلة والصلبة.
يعتبر تسخين الغلاية إلى درجة حرارة قصوى تبلغ 5500 درجة مئوية في وضع درجات الحرارة المنخفضة. في درجات الحرارة هذه ، لا يحدث تكوين الغازات عمليا. يهدف العمل إلى إنتاج أشباه فحم الكوك (في الصناعة يتم استخدامها بنشاط كوقود) والراتنجات ، والتي يتم إنتاج المطاط الصناعي منها لاحقًا.
يعتبر مسار الانحلال الحراري عند درجات حرارة تتراوح من 550 إلى 9000 درجة مئوية منخفضًا ، ولكن في الواقع ، نظرًا للقدرات التقنية ، فإنه ينتمي إلى نظام متوسط درجة الحرارة. ينصح باستخدامه عندما يكون من الضروري إنتاج غاز الانحلال الحراري والرواسب الصلبة. في هذه الحالة ، قد تشتمل المادة الأولية على أجزاء من أصل غير عضوي.
يعتبر مسار الانحلال الحراري عند درجات حرارة أعلى من 9000 درجة مئوية تفاعلًا عالي الحرارة. يسمح تشغيل المرجل عند درجة حرارة قصوى 9000 درجة مئوية بالحصول على مواد صلبة (فحم الكوك ، فحم ، إلخ) مع نسبة منخفضة من الغاز المنبعث.
يعد التقطير باستخدام ظروف درجة حرارة أعلى ضروريًا للحصول على المواد الغازية في الغالب. الفائدة العملية لنظام درجات الحرارة المرتفعة هي أنه يمكن استخدام الغازات المنتجة كوقود.
"الانحلال الحراري عند درجات الحرارة العالية ليس من الصعب إرضاءه بشأن محتوى المواد الخام المصنعة. عند استخدام وضع درجة الحرارة المنخفضة ، يجب اتباع جميع خطوات التحضير ، بما في ذلك التجفيف والفرز. "
الانحلال الحراري. المرجعي
أنواع الانحلال الحراري
الانحلال الحراري التأكسدي - عملية التحلل الحراري للنفايات الصناعية أثناء احتراقها الجزئي أو التلامس المباشر مع منتجات احتراق الوقود. هذه الطريقة قابلة للتطبيق للتخلص من العديد من النفايات ، بما في ذلك النفايات "غير الملائمة" للحرق أو التغويز: النفايات اللزجة ، المعجنات ، الرواسب الرطبة ، البلاستيك ، الحمأة ذات المحتوى العالي من الرماد ، التربة الملوثة بزيت الوقود ، الزيوت والمركبات الأخرى ، و نفايات شديدة الغبار.
بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن تخضع النفايات المحتوية على معادن وأملاحها ، والتي تذوب وتشتعل في درجات حرارة الاحتراق العادية ، ونفايات الإطارات ، والكابلات المكسرة ، وخردة السيارات ، وما إلى ذلك ، للانحلال الحراري التأكسدي.
طريقة الانحلال الحراري التأكسدي هي اتجاه واعد للتخلص من النفايات الصناعية الصلبة ومياه الصرف الصحي.
الانحلال الحراري الجاف... تضمن طريقة المعالجة الحرارية هذه للنفايات تحييدها بكفاءة عالية واستخدامها كوقود ومواد خام كيميائية ، مما يساهم في إنشاء تقنيات منخفضة النفايات وغير نفايات والاستخدام الرشيد للموارد الطبيعية.
الانحلال الحراري الجاف هو عملية تحلل حراري بدون أكسجين. والنتيجة غاز انحلال حراري ذو قيمة حرارية عالية ومنتج سائل وبقايا كربونية صلبة. اعتمادًا على درجة الحرارة التي يحدث عندها الانحلال الحراري ، فإنه يختلف:
1. انخفاض درجة حرارة الانحلال الحراري أو شبه كوك (450-550 درجة مئوية).يتميز هذا النوع من الانحلال الحراري بأقصى إنتاجية للمخلفات السائلة والصلبة (شبه فحم الكوك) والحد الأدنى من إنتاج غاز الانحلال الحراري مع أقصى حرارة للاحتراق. هذه الطريقة مناسبة لإنتاج راتينج أولي - وقود سائل ثمين ، ومعالجة المطاط دون المستوى المطلوب إلى مونومرات ، وهي المادة الخام للإنتاج الثانوي للمطاط. يمكن استخدام نصف فحم الكوك كطاقة ووقود منزلي.
2. الانحلال الحراري بدرجة حرارة متوسطة أو فحم الكوك متوسط درجة الحرارة (حتى 800 درجة مئوية) ينتج غازًا أكثر بقيمة حرارية أقل وبقايا سائلة وفحم الكوك أقل.
3. ارتفاع درجة حرارة الانحلال الحراري أو فحم الكوك (900-1050 درجة مئوية). هنا ، يوجد حد أدنى من إنتاج المنتجات السائلة والصلبة وأقصى إنتاج للغاز بأقل قيمة حرارية - وقود عالي الجودة مناسب للنقل لمسافات طويلة. نتيجة لذلك ، يتم تقليل كمية الراتينج ومحتوى الكسور الخفيفة القيمة فيه.
أصبحت طريقة الانحلال الحراري الجاف أكثر انتشارًا وهي واحدة من أكثر الطرق الواعدة للتخلص من النفايات العضوية الصلبة وعزل المكونات القيمة عنها في المرحلة الحالية من تطور العلم والتكنولوجيا.
الانحلال الحراري الهيدروكربوني
تعتبر عملية الانحلال الحراري للهيدروكربونات (800900 درجة مئوية) (الهيدروكربونات الغازية والبنزين المباشر وزيت الغاز الجوي) المصدر الرئيسي لإنتاج الإيثيلين وأحد المصادر الرئيسية لإنتاج البروبيلين والديفينيل والبنزين وعدد من المنتجات الأخرى. تم تسجيل براءة اختراع لعملية الانحلال الحراري (التكسير) للمواد الخام للنفط والغاز في عام 1877 من قبل المهندس الكيميائي الروسي ألكسندر ألكساندروفيتش ليتني.
الانحلال الحراري للخشب
أثناء الانحلال الحراري للخشب (450-500 درجة مئوية) ، يتم تكوين عدد من المواد ، مثل: الفحم ، وكحول الميثيل ، وحمض الخليك ، والأسيتون ، والراتنج ، وما إلى ذلك ، تعد روسيا واحدة من أغنى البلدان في الغابات. لذلك ، تم تشكيل وتشغيل أفضل مدارس الانحلال الحراري للخشب في العالم في روسيا. وقد حظيت مساهمتهم باعتراف عالمي.
الانحلال الحراري للنفايات والنفايات
هناك مشاريع لتدمير النفايات المنزلية باستخدام الانحلال الحراري. لا ترتبط صعوبات تنظيم الانحلال الحراري للإطارات والبلاستيك والنفايات العضوية الأخرى بتقنية الانحلال الحراري نفسها ، والتي لا تختلف عن تقنية المعالجة الحرارية للمواد الصلبة الأخرى.
المشكلة هي أن معظم النفايات تحتوي على الفوسفور والكلور والكبريت. الكبريت والفوسفور في شكل مؤكسد متقلبان ويضران بالبيئة. يتفاعل الكلور بشكل فعال مع منتجات الانحلال الحراري العضوي مع تكوين مركبات سامة ثابتة (على سبيل المثال ، الديوكسينات).
إن التقاط هذه المركبات من الدخان ليس رخيصًا وله تعقيداته الخاصة. إن مشكلة إعادة تدوير إطارات السيارات البالية ومنتجات المطاط غير الصالحة للخدمة ذات أهمية بيئية واقتصادية كبيرة لجميع البلدان المتقدمة في العالم. وعدم الاستغناء عن المواد الخام البترولية الطبيعية يملي الحاجة إلى استخدام موارد ثانوية بأقصى قدر من الكفاءة.
الإطارات والبوليمرات هي مواد خام قيمة ، نتيجة لمعالجتها عن طريق الانحلال الحراري بدرجة حرارة منخفضة (حتى 500 درجة مئوية) ، يتم الحصول على كسور الهيدروكربونات السائلة (الزيت الاصطناعي) ، وبقايا الكربون (أسود الكربون) ، والحبل الفولاذي والغاز القابل للاحتراق. وفي الوقت نفسه ، إذا تم حرق طن واحد من الإطارات ، سيتم إطلاق 270 كجم من السخام و 450 كجم من الغازات السامة في الغلاف الجوي.
مزايا محطات الانحلال الحراري:
1. يتم تحقيق الاستخدام الكامل عمليًا لموارد المواد والطاقة للنفايات الصلبة واستقلالية الطاقة في الدورة التكنولوجية بأكملها.
2. نظرًا لأن التحلل الحراري يحدث دون دخول الهواء ، فلا توجد شروط لتكوين مركبات سامة مثل الديوكسين والفيوران والبنزوبيرين وما إلى ذلك.
3.تحدد الدائرة المغلقة وضغط المعدات والملاءمة البيئية إمكانية تحديد موقع مثل هذه المؤسسة داخل حدود أي مدينة.
4. بالنظر إلى أن المكون المعدني للنفايات الصلبة البلدية - خبث نظيف بيئيًا بعد المعالجة الحرارية - يمكن استخدامه لأعمال الطرق ، يمكن تصنيف هذه التكنولوجيا على أنها خالية تمامًا من النفايات.
5. تتيح هذه التركيبات إمكانية الربح من بيع المنتجات المصنعة (البخار والكهرباء) ، على عكس مرافق الإنتاج العاملة اليوم ، حيث تتجاوز تكاليف التشغيل بشكل كبير الدخل من المبيعات ، وتستند ربحية الشركات على المدفوعات من السكان لمعالجة النفايات.
بالنسبة لمحطات الانحلال الحراري ، ليست هناك حاجة لبناء هياكل رأسمالية ومداخن عالية. يمكن تركيب الوحدات تحت مظلة أو في حظائر خفيفة على قاعدة خرسانية.
تم إعداد المواد على أساس المعلومات من RIA Novosti والمصادر المفتوحة
الانحلال الحراري للنفايات الصلبة
تعد معالجة النفايات الصديقة للبيئة أحد المجالات الرئيسية لاستخدام الانحلال الحراري. يمكن لهذه الوحدات أن تقلل بشكل كبير من التأثير السلبي للعامل البشري على البيئة.
في عملية تحلل المواد النشطة بيولوجيا الانحلال الحراري ، لا يتم صهر المعادن الثقيلة. بعد التحلل الحراري في غلايات الانحلال الحراري ، لا يوجد عملياً أي نفايات لم تتم المطالبة بها ، مما يجعل من الممكن تقليل المساحة بشكل كبير لتخزينها الإضافي.
لذلك ، على سبيل المثال ، حرق 1 طن من الإطارات ، نلوث الغلاف الجوي بـ 300 كجم من السخام. بالإضافة إلى ذلك ، يتم إطلاق حوالي 500 كجم من المواد السامة في الهواء. تسمح إعادة تدوير نفس المادة في محطات الانحلال الحراري باستخدام المطاط لأغراض الطاقة ، والحصول على مواد قابلة لإعادة التدوير لمزيد من الإنتاج وتقليل الانبعاثات الضارة بشكل كبير.
من الممكن تقليل التأثير الضار على البيئة بفضل نظام المعالجة متعدد المراحل. في عملية الانحلال الحراري ، تمر النفايات بأربع مراحل للتخلص منها:
- التجفيف الأولي
- تكسير.
- حرق مخلفات المعالجة في الغلاف الجوي ؛
- تنقية المواد الغازية التي تم الحصول عليها في ماصات خاصة.
تسمح لك محطات الانحلال الحراري بمعالجة النفايات:
- شركات معالجة الأخشاب؛
- صناعة الادوية؛
- صناعة السيارات؛
- الهندسة الكهربائية.
طريقة الانحلال الحراري تتعامل بنجاح مع البوليمرات ومخلفات الصرف الصحي والنفايات المنزلية. ينفي تأثيره على طبيعة المنتجات البترولية. عظيم للتخلص من النفايات العضوية.
تم العثور على العيب الوحيد لوحدات الانحلال الحراري في معالجة المواد الخام التي تحتوي على الكلور والكبريت والفوسفور والمواد الكيميائية السامة الأخرى. يمكن أن تتحد منتجات نصف العمر لهذه العناصر تحت تأثير درجة الحرارة مع مواد أخرى وتشكل سبائك سامة.
جوهر غلاية الانحلال الحراري
يسمى غلاية الانحلال الحراري هذه أيضًا بمولد غاز. جوهر العمل في احتراق الوقود بالتحلل الحراري: تحت تأثير درجات الحرارة المرتفعة وفي ظروف نقص الأكسجين ، يتحلل الوقود الصلب (الفحم البني ، قوالب الفحم) إلى جزيئات متطايرة. اتضح ما يسمى بغاز الانحلال الحراري. مؤشرات درجة الحرارة لمعدات التدفئة 200-800 درجة. يساهم هذا التفاعل الكيميائي في تسخين الوقود وتجفيفه بشكل أفضل في الغلاية ، ويتم إجراء التسخين ، والذي يذهب في اتجاه احتراق الهواء.
تين. 2
تعمل درجة الحرارة المرتفعة على تعزيز اختلاط الأكسجين بغاز الانحلال الحراري المنبعث. نتيجة لذلك ، يحترق الغاز. يتم توليد الطاقة الحرارية من الغاز المحترق. وتجدر الإشارة إلى أن غاز الانحلال الحراري يتفاعل أيضًا مع الكربون النشط أثناء احتراقه. لذلك ، عند ترك المرجل ، لا تحتوي غازات المداخن عمليًا على مكونات ضارة. بدلا من ذلك ، هم خليط من ثاني أكسيد الكربون وبخار الماء. يتم إطلاق ثاني أكسيد الكربون الناتج في البيئة في ثلاث مرات أقل من بعد تشغيل الانبعاثات التقليدية من الفحم أو غلايات الخشب.تعتبر هذه الوحدات صديقة للبيئة ولا تلوث البيئة.
وحدات من هذا النوع تعمل على الفحم الحجري ووقود الحطب. إذا كنت تستخدم وقودًا خامًا رديء الجودة ، فإن السخان سيفقد قوته بنسبة تصل إلى 50٪. يحترق هذا الوقود بشكل سيئ ، ويدخن ، ويسخن قليلاً ويقصر من عمر الغلاية والمدخنة.
مزايا وحدات الانحلال الحراري:
- يتم تنظيم الطاقة من 30٪ إلى 100٪ ؛
- عملية التنظيف والصيانة بسيطة ؛
- انخفاض استهلاك الوقود
- إمدادات الوقود في اليوم مرة واحدة فقط ؛
- كمية كبيرة من الوقود تحترق معًا في وقت واحد ؛
- استخدام الوقود الخام بواسطة غلاية الفحم ، بحيث لا تزيد نسبة الرطوبة فيها عن 20٪.
سلبيات:
- جهاز تدفئة باهظ الثمن
- بحاجة للكهرباء.
كل نوع من أنواع الوقود يحترق بشكل مختلف. بالنسبة لوقود الفحم ، يحترق الوقود البني في 8 ساعات ، والوقود الأسود - في 10 ساعات. مع غلايات الانحلال الحراري ، يمكن تحقيق وفورات ، حتى مع مراعاة عيوب مثل الحاجة إلى الكهرباء ، وليس التكلفة المنخفضة. هناك حاجة للكهرباء لتشغيل المروحة ، لكنها تحتاج فقط إلى 85 واط للتشغيل (تمامًا مثل المصباح الكهربائي العادي). إذا كانت هذه مشكلة ، فسوف يتعامل معها مولد الديزل.
الانحلال الحراري للخشب
يسمى هذا الإجراء أيضًا تكسير الخشب ، وقد نشأ في روسيا. تم اختراع النموذج الأولي للوحدة الحديثة بواسطة مواقد الفحم الخاصة بنا في زمن سحيق. للحصول على الفحم النباتي دون الوصول إلى الهواء ، أشعلوا الخشب تحت طبقة من الأرض.
تعتبر هذه العملية اليوم أكثر كمالاً وتتم على عدة مراحل. يبدأ التكسير عند تسخينه إلى 2000 درجة مئوية. في هذه المرحلة ، يتم إطلاق كمية كبيرة من أول أكسيد الكربون. إذا واصلت حرقها في الغلاف الجوي ، فستتمكن من الحصول على كمية هائلة من الطاقة.
ثم يتم تسخين الغلاية حتى 5000 درجة مئوية. في نظام درجة الحرارة هذا ، يتم الحصول على الميثانول والراتنجات والأسيتون وحمض الخليك. كما أنه ينتج الكربون الصلب المعروف باسم الفحم.
ملامح الانحلال الحراري للخشب
هذا الانحلال الحراري هو إجراء لحرق الأخشاب دون وجود هواء ، ويتم إجراؤه عند درجة حرارة حوالي 5000 درجة. حمض الخليك ، الأسيتون ، الميثانول ، وكذلك الراتينج هي منتجات قيمة يتم الحصول عليها في سياق هذا التفاعل. خصوصية هذا التفاعل الكيميائي هي أنه يمكن استخدام الفحم كوقود ممتاز لتسريع العديد من التفاعلات الكيميائية.
مثل هذا الانحلال الحراري هو عملية تبدأ في الحدوث عند مائتي درجة مئوية ، مصحوبة بتفاعل مع إطلاق خليط من أكاسيد الكربون. مع الاحتراق اللاحق للمنتجات في جو من الأكسجين الجوي ، لوحظ زيادة في إجمالي قيمة السعرات الحرارية.
الانحلال الحراري للخشب هو قسم منفصل في الكيمياء يستحق دراسة ودراسة مفصلة.
