Überprüfung der Entwicklung und Anwendung der Pyrolysetechnologie für die Abfallverarbeitung

Prozessbeschreibung

Der Bedarf an umweltfreundlichen Geräten für die Verarbeitung chemischer Abfälle ist in unserer Gesellschaft seit langem gestiegen. Die ersten Pyrolysekessel begannen Ende des 19. Jahrhunderts zu laufen. Und die Schaffung moderner Pyrolyseeinheiten löste mehrere Probleme gleichzeitig:

• ökologische Komponente;
• die Fähigkeit, die Verbrennungsergebnisse zu akkumulieren;
• wirtschaftlicher Vorteil.

Der wirtschaftliche Aspekt der Verwendung der Pyrolyse ist jedoch für die Zukunft ausgelegt. Pyrolyse ist ein ziemlich teures Vergnügen. Es erfordert geeignete Ausrüstung und speziell geschultes Personal.

Im Betrieb sind die Pyrolyseanlagen jedoch praktisch autonom. Die Einheiten benötigen nur zum Starten Strom, der weitere Betrieb des Kessels erfolgt auf Kosten der bei der Verbrennung entstehenden Ressourcen. Gleichzeitig kann der Überschuss an erzeugter Energie und Dampf für Haushaltszwecke verwendet und in Versorgungsnetze umgeleitet werden.

In Russland gewinnt die Pyrolyse gerade erst an Popularität, während in Europa kein einziges großes Unternehmen auf Pyrolyseeinheiten verzichten kann. Es gibt einige Gründe für eine solche Nachfrage nach Pyrolyse:

• eine abfallfreie Art der Abfallverarbeitung und aller Arten industrieller Verschmutzung;
• der Wirkungsgrad der Pyrolyse beträgt 90%;
• die Möglichkeit, neue Verbindungen und recycelbare Materialien zu erhalten;
• die Schaffung unersetzlicher Ressourcen wie synthetisches Öl;
• Gewinnung von Kohlenwasserstoffen, organischen Säuren und anderen chemischen Elementen;
• Wärmeversorgungsquelle für Unternehmen.

Je nach Auswahl der zu verarbeitenden Rohstoffe kann die Pyrolysereaktion bei unterschiedlichen Temperaturbedingungen ablaufen. Das Endergebnis unterscheidet sich auch in der Zusammensetzung der chemischen Elemente.

Abhängig von der Erwärmungstemperatur des Ofens und den zusätzlichen Komponenten der Pyrolyse wird die Destillation üblicherweise in zwei Arten unterteilt: trocken und oxidativ.

Oxidative Pyrolyse

Diese Art der Pyrolyse kann als die umweltfreundlichste und produktivste bezeichnet werden. Es wird zur Verarbeitung von wiederverwertbaren Materialien verwendet. Die Reaktion findet bei hohen Temperaturen statt. Beispielsweise mischt sich Methan bei der Pyrolyse mit Sauerstoff, die teilweise Verbrennung des Stoffes setzt Energie frei, die den verbleibenden Rohstoff auf eine Temperatur von 16.000 º hea erwärmt.

Durch oxidative Pyrolyse werden Industrieabfälle mit hohem Ölgehalt neutralisiert. Und auch für die Verarbeitung von Kunststoff, Gummi und anderen Materialien, die sich nicht für eine natürliche Zersetzung in der natürlichen Umwelt eignen.

„Die oxidative Pyrolyse ermöglicht die Verarbeitung von Rohstoffen unterschiedlicher Konsistenz. Einschließlich Materialien in flüssigem und gasförmigem Zustand “.

Das Funktionsprinzip eines langbrennenden Pyrolysekessels

Langbrennende Pyrolysekessel werden immer beliebter, insbesondere in Gebieten, in denen kein Zugang zu Gas besteht

Der Betrieb der Anlage basiert auf der Zersetzung von organischem Brennstoff (Brennholz) unter Bedingungen hoher Temperatur und Sauerstoffmangel, gefolgt von der Verbrennung der freigesetzten Pyrolysegase. Da der Prozess bedingt in zwei Stufen unterteilt werden kann, wird für seinen Ablauf eine Feuerbox mit zwei Fächern verwendet. Kraftstoff wird in die Ladekammer gegeben, die zu brennen beginnt. Der Verbrennungsprozess führt aufgrund der Einschränkung des für die Verbrennung erforderlichen Sauerstoffzugangs reibungslos zu einer thermischen Zersetzung. Hohe Temperaturen und niedrige Sauerstoffkonzentrationen führen zur Bildung von Zersetzungsprodukten: Koks und Pyrolysegas. Letzterer, der in die zweite Kammer eintritt, wird bereits unter den Bedingungen des Zugangs von Sekundärluft verbrannt.Es wird häufiger gewaltsam über einen Gebläseventilator oder einen Rauchabsauger versorgt. Der Verbrennungsprozess findet bei Temperaturen über 1000 ° C statt. Von den Verbrennungsprodukten wird Wärme auf die Flüssigkeit übertragen, die den Wärmetauscher füllt. Die endgültigen gasförmigen Produkte des Prozesses werden durch den Schornstein entfernt. Langbrennende Pyrolysekessel gelten heute als die effizientesten und wirtschaftlichsten Heizgeräte. Das komplexe Zweikammerdesign des Kessels erklärt seine hohen Kosten. Der Wirkungsgrad, der unter den Heizgeräten am höchsten ist, ermöglicht eine schnelle Amortisation des Kessels.

Arten der Trockenpyrolyse

Die Trockenpyrolyse ist eine der gefragtesten in der Branche. Mit seiner Hilfe, Kraftstoff, werden verschiedene chemische Verbindungen gewonnen und recycelbare Materialien unschädlich gemacht. Unter Verwendung verschiedener Temperaturbereiche der Pyrolyse werden Gas-, Flüssig- und Feststoffverbrennungsprodukte erhalten.

Das Aufheizen des Kessels auf eine maximale Temperatur von 5500 ° C wird als Niedertemperaturmodus angesehen. Bei solchen Temperaturen tritt die Bildung von Gasen praktisch nicht auf. Die Arbeit zielt auf die Herstellung von Halbkoks (in der Industrie werden sie aktiv als Brennstoff verwendet) und Harzen ab, aus denen anschließend Kunstkautschuk hergestellt wird.

Der Verlauf der Pyrolyse bei Temperaturen von 550 bis 9000 ° C wird als Niedertemperatur betrachtet, gehört jedoch aufgrund der technischen Möglichkeiten zum durchschnittlichen Temperaturbereich. Seine Verwendung ist ratsam, wenn Pyrolysegas und feste Sedimente erzeugt werden müssen. In diesem Fall kann das Ausgangsmaterial Fraktionen anorganischen Ursprungs enthalten.

Der Verlauf der Pyrolyse bei Temperaturen über 9000 ° C wird als Hochtemperaturreaktion angesehen. Der Betrieb des Kessels bei einer maximalen Temperatur von 9000 ºC ermöglicht es, feste Materialien (Koks, Holzkohle usw.) mit einem geringen Anteil an emittiertem Gas zu erhalten.

Eine Destillation unter höheren Temperaturbedingungen ist erforderlich, um überwiegend gasförmige Substanzen zu erhalten. Der praktische Vorteil des Hochtemperaturregimes besteht darin, dass die entstehenden Gase als Kraftstoff verwendet werden können.

„Die Hochtemperaturpyrolyse ist hinsichtlich des Gehalts an verarbeiteten Rohstoffen nicht wählerisch. Bei Verwendung des Niedertemperaturmodus müssen alle Vorbereitungsschritte befolgt werden, einschließlich Trocknen und Sortieren. "

Pyrolyse. Referenz

Pyrolysetypen

Oxidative Pyrolyse - den Prozess der thermischen Zersetzung von Industrieabfällen während ihrer teilweisen Verbrennung oder des direkten Kontakts mit den Produkten der Kraftstoffverbrennung. Dieses Verfahren ist für die Entsorgung vieler Abfälle anwendbar, einschließlich solcher, die für die Verbrennung oder Vergasung "unpraktisch" sind: viskose, pastöse Abfälle, feuchte Sedimente, Kunststoffe, Schlamm mit hohem Aschegehalt, mit Heizöl, Ölen und anderen Verbindungen kontaminierter Boden und stark staubiger Abfall.

Darüber hinaus können Abfälle, die Metalle und deren Salze enthalten, die bei normalen Verbrennungstemperaturen schmelzen und sich entzünden, Altreifen, zerkleinerte Kabel, Autoschrott usw. einer oxidativen Pyrolyse unterzogen werden.

Die Methode der oxidativen Pyrolyse ist eine vielversprechende Richtung für die Beseitigung von festen Industrieabfällen und Abwässern.

Trockenpyrolyse... Diese Methode der thermischen Behandlung von Abfällen gewährleistet deren hocheffiziente Neutralisierung und Verwendung als Brennstoff und chemische Rohstoffe, was zur Schaffung von Technologien mit geringem Abfall und ohne Abfall sowie zur rationellen Nutzung natürlicher Ressourcen beiträgt.

Die Trockenpyrolyse ist ein thermischer Zersetzungsprozess ohne Sauerstoff. Das Ergebnis ist ein Pyrolysegas mit hohem Heizwert, ein flüssiges Produkt und ein fester kohlenstoffhaltiger Rückstand. Abhängig von der Temperatur, bei der die Pyrolyse abläuft, unterscheidet sie sich:

1. Niedertemperaturpyrolyse oder Semi-Coking (450–550 ° C).Diese Art der Pyrolyse zeichnet sich durch eine maximale Ausbeute an flüssigen und festen (Halbkoks) Rückständen und eine minimale Ausbeute an Pyrolysegas bei maximaler Verbrennungswärme aus. Das Verfahren eignet sich zur Herstellung von Primärharz - einem wertvollen flüssigen Brennstoff - und zur Verarbeitung von minderwertigem Kautschuk zu Monomeren, die als Rohstoff für die sekundäre Kautschukherstellung dienen. Der Halbkoks kann als Energie- und Haushaltsbrennstoff verwendet werden.

2. Pyrolyse bei mittlerer Temperatur oder Verkokung bei mittlerer Temperatur (bis zu 800 ° C) ergibt mehr Gas mit niedrigerem Heizwert und weniger flüssigen Rückständen und Koks.

3. Hochtemperaturpyrolyse oder Verkokung (900–1050 ° C). Hier gibt es eine minimale Ausbeute an flüssigen und festen Produkten und eine maximale Gasproduktion mit einem minimalen Heizwert - hochwertiger Kraftstoff, der für den Ferntransport geeignet ist. Infolgedessen werden die Harzmenge und der Gehalt an wertvollen Lichtfraktionen darin verringert.

Die Methode der Trockenpyrolyse wird immer weiter verbreitet und ist eine der vielversprechendsten Methoden zur Entsorgung fester organischer Abfälle und zur Isolierung wertvoller Komponenten aus diesen im gegenwärtigen Stadium der Entwicklung von Wissenschaft und Technologie.

Kohlenwasserstoffpyrolyse

Das Verfahren zur Pyrolyse von Kohlenwasserstoffen (800 900 ° C) (Gaskohlenwasserstoffe, Benzin mit geradlinigem Lauf, atmosphärisches Gasöl) ist die Hauptquelle für die Ethylenproduktion und eine der Hauptquellen für die Herstellung von Propylen, Divinyl, Benzol und einer Reihe von anderen Produkten. Der Prozess der Pyrolyse (Crackung) von Öl- und Gasrohstoffen wurde 1877 von einem russischen Ingenieur, dem Chemiker Alexander Aleksandrovich Letniy, patentiert.

Holzpyrolyse

Bei der Pyrolyse von Holz (450-500 ° C) entstehen eine Reihe von Substanzen wie Holzkohle, Methylalkohol, Essigsäure, Aceton, Harz usw. Russland ist eines der reichsten Wälderländer. Daher wurden in Russland die weltweit besten Holzpyrolyseschulen gegründet und betrieben. Ihr Beitrag hat weltweite Anerkennung erhalten.

Müll- und Abfallpyrolyse

Es gibt Projekte zur Zerstörung von Hausmüll durch Pyrolyse. Schwierigkeiten bei der Organisation der Pyrolyse von Reifen, Kunststoffen und anderen organischen Abfällen sind nicht mit der Technologie der Pyrolyse selbst verbunden, die sich nicht von der Technologie der thermischen Verarbeitung anderer fester Materialien unterscheidet.

Das Problem ist, dass die meisten Abfälle Phosphor, Chlor und Schwefel enthalten. Schwefel und Phosphor in oxidierter Form sind flüchtig und schädigen die Umwelt. Chlor reagiert aktiv mit organischen Pyrolyseprodukten unter Bildung persistenter toxischer Verbindungen (z. B. Dioxine).

Das Auffangen dieser Verbindungen aus Rauch ist nicht billig und hat seine eigene Komplexität. Das Problem des Recyclings abgenutzter Autoreifen und außer Betrieb befindlicher Gummiprodukte ist für alle Industrieländer der Welt von großer ökologischer und wirtschaftlicher Bedeutung. Und die Unersetzbarkeit natürlicher Erdölrohstoffe macht es erforderlich, sekundäre Ressourcen mit maximaler Effizienz zu nutzen.

Reifen und Polymere sind wertvolle Rohstoffe, da durch ihre Verarbeitung durch Niedertemperaturpyrolyse (bis zu 500 ° C) flüssige Kohlenwasserstofffraktionen (synthetisches Öl), Kohlenstoffrückstände (Ruß), Stahlseil und brennbares Gas erhalten werden. Wenn 1 Tonne Reifen verbrannt wird, werden gleichzeitig 270 kg Ruß und 450 kg giftige Gase in die Atmosphäre freigesetzt.

Vorteile von Pyrolyseanlagen:

1. Es wird eine praktisch vollständige Nutzung der materiellen und energetischen Ressourcen fester Abfälle und eine Energieautonomie des gesamten Technologiezyklus erreicht.

2. Da die thermische Zersetzung ohne Luftzugang erfolgt, gibt es keine Bedingungen für die Bildung toxischer Verbindungen wie Dioxin, Furan, Benzopyren usw.

3.Der geschlossene Kreislauf, die Kompaktheit der Ausrüstung und die Umweltfreundlichkeit bestimmen die Möglichkeit, ein solches Unternehmen innerhalb der Grenzen einer Stadt zu platzieren.

4. Da die mineralische Komponente von Hausmüll - ökologisch saubere Schlacke nach der Wärmebehandlung - für Straßenarbeiten verwendet werden kann, kann diese Technologie als vollständig abfallfrei eingestuft werden.

5. Diese Anlagen ermöglichen es, vom Verkauf hergestellter Produkte (Dampf, Strom) zu profitieren, im Gegensatz zu den heute betriebenen Produktionsanlagen, in denen die Betriebskosten die Einnahmen aus dem Verkauf erheblich übersteigen und die Rentabilität der Unternehmen auf Zahlungen von basiert die Bevölkerung für die Abfallverarbeitung.

Für Pyrolyseanlagen müssen keine Kapitalstrukturen und hohen Schornsteine ​​gebaut werden. Die Einheiten können unter einem Schuppen oder in leichten Hangars auf einem Betonsockel montiert werden.

Das Material wurde auf der Grundlage von Informationen von RIA Novosti und Open Source erstellt

Pyrolyse fester Abfälle

Die umweltfreundliche Abfallverarbeitung ist einer der Schlüsselbereiche der Pyrolyse. Diese Einheiten können die negativen Auswirkungen des anthropogenen Faktors auf die Umwelt erheblich reduzieren.

Bei der Pyrolyse zersetzen sich bioaktive Substanzen, Schwermetalle werden nicht geschmolzen. Nach der thermischen Zersetzung in Pyrolysekesseln gibt es praktisch keinen nicht beanspruchten Abfall, wodurch die Fläche für ihre weitere Lagerung erheblich reduziert werden kann.

Wenn wir beispielsweise 1 Tonne Reifen verbrennen, verschmutzen wir die Atmosphäre mit 300 kg Ruß. Zusätzlich werden ca. 500 kg giftige Substanzen in die Luft freigesetzt. Das Recycling des gleichen Materials in Pyrolyseanlagen ermöglicht die Verwendung von Gummi für Energiezwecke, die Gewinnung recycelbarer Materialien für die weitere Produktion und die erhebliche Reduzierung schädlicher Emissionen.

Dank eines mehrstufigen Verarbeitungssystems ist es möglich, die schädlichen Auswirkungen auf die Umwelt zu reduzieren. Bei der Pyrolyse durchläuft der Abfall vier Entsorgungsstufen:

• anfängliche Trocknung;
• knacken;
• Nachverbrennung der Verarbeitungsreste in der Atmosphäre;
• Reinigung der erhaltenen gasförmigen Substanzen in speziellen Absorbern.

Mit Pyrolyseanlagen können Sie Abfälle verarbeiten:

• Holzverarbeitungsunternehmen;
• Pharmaindustrie;
• Autoindustrie;
• Elektrotechnik.

Das Pyrolyseverfahren behandelt erfolgreich Polymere, Abwasser und Hausmüll. Negiert die Auswirkungen auf die Natur von Erdölprodukten. Ideal für die Entsorgung von organischen Abfällen.

Der einzige Nachteil von Pyrolyseeinheiten besteht in der Verarbeitung von Rohstoffen, die Chlor, Schwefel, Phosphor und andere toxische Chemikalien enthalten. Die Halbwertszeitprodukte dieser Elemente unter Temperatureinfluss können sich mit anderen Substanzen verbinden und giftige Legierungen bilden.

Die Essenz des Pyrolysekessels

Ein solcher Pyrolysekessel wird auch als Gasgenerator bezeichnet. Die Essenz der Arbeit bei der Verbrennung von Pyrolysebrennstoffen: Unter dem Einfluss hoher Temperaturen und unter Bedingungen eines Sauerstoffmangels zersetzt sich fester Brennstoff (Braunkohle, Kohleholzbriketts) in flüchtige Partikel. Es stellt sich das sogenannte Pyrolysegas heraus. Temperaturanzeigen für Heizgeräte 200-800 Grad. Diese chemische Reaktion trägt zu einer besseren Erwärmung und Trocknung des Brennstoffs im Kessel bei, es wird eine Erwärmung durchgeführt, die in Richtung Luftverbrennung geht.

Feige. 2
Die hohe Temperatur fördert das Mischen von Sauerstoff mit dem emittierten Pyrolysegas. Infolgedessen brennt das Gas. Aus dem brennenden Gas wird Wärmeenergie erzeugt. Es ist zu beachten, dass Pyrolysegas während seiner Verbrennung auch mit Aktivkohle wechselwirkt. Daher haben die Rauchgase beim Verlassen des Kessels praktisch keine schädlichen Bestandteile. Sie sind vielmehr eine Mischung aus Kohlendioxid und Wasserdampf. Das entstehende CO2 wird dreimal weniger in die Umwelt freigesetzt als nach dem Betrieb konventioneller Emissionen aus Kohle- oder Holzkesseln.Diese Geräte gelten als umweltfreundlich und belasten die Umwelt nicht.

Einheiten dieses Typs werden mit Kohle und Holz betrieben. Wenn Sie Rohbrennstoff von schlechter Qualität verwenden, verliert die Heizung ihre Leistung um bis zu 50%. Solcher Brennstoff verbrennt schlecht, raucht, erwärmt sich wenig und verkürzt die Lebensdauer des Kessels und des Kamins.

Vorteile von Pyrolyseeinheiten:

• Die Leistung wird von 30% bis 100% geregelt.
• Der Reinigungs- und Wartungsprozess ist einfach.
• niedriger Kraftstoffverbrauch;
• Kraftstoffversorgung pro Tag nur einmal;
• eine große Menge Kraftstoff verbrennt gleichzeitig;
• die Verwendung von Rohbrennstoff durch einen Kohlekessel, dessen Feuchtigkeitsgehalt nicht höher als 20% ist.

Nachteile:

• teures Heizgerät;
• brauche Strom.

Jede Kraftstoffart verbrennt anders. Bei Kohlebrennstoffen brennt brauner Brennstoff in 8 Stunden und schwarzer Brennstoff in 10 Stunden. Mit Pyrolysekesseln sind Einsparungen möglich, selbst wenn Nachteile wie der Bedarf an Strom berücksichtigt werden, nicht niedrige Kosten. Für die Stromversorgung des Lüfters wird Strom benötigt, für den Betrieb werden jedoch nur 85 Watt benötigt (genau wie bei einer normalen Glühbirne). Wenn dies ein Problem ist, wird sich der Dieselgenerator darum kümmern.

Holzpyrolyse

Dieses Verfahren wird auch als Holzriss bezeichnet und hat seinen Ursprung in Russland. Der Prototyp der modernen Einheit wurde seit jeher von unseren Holzkohlebrennern erfunden. Um Holzkohle ohne Luftzugang zu erhalten, entzündeten sie das Holz unter der Erde.

Heute ist dieser Prozess viel perfekter und findet in mehreren Schritten statt. Risse beginnen beim Erhitzen auf 2000 ºС. In diesem Stadium wird eine große Menge Kohlenmonoxid freigesetzt. Wenn Sie es weiterhin in der Atmosphäre verbrennen, können Sie eine große Menge Energie gewinnen.

Dann wird der Kessel auf 5000 ºС erhitzt. In diesem Temperaturbereich werden Methanol, Harze, Aceton und Essigsäure erhalten. Es produziert auch harten Kohlenstoff, besser bekannt als Holzkohle.

Merkmale der Holzpyrolyse

Eine solche Pyrolyse ist ein Verfahren zum Verbrennen von Holz ohne Anwesenheit von Luft, das bei einer Temperatur von etwa 5000 Grad durchgeführt wird. Essigsäure, Aceton, Methanol und auch Harz sind wertvolle Produkte, die im Verlauf einer solchen Wechselwirkung erhalten werden. Die Besonderheit dieser chemischen Reaktion besteht darin, dass Holzkohle als ausgezeichneter Brennstoff verwendet werden kann, um viele chemische Wechselwirkungen zu beschleunigen.

Eine solche Pyrolyse ist ein Prozess, der bei zweihundert Grad Celsius beginnt, begleitet von einer Reaktion unter Freisetzung eines Gemisches von Kohlenoxiden. Bei der anschließenden Verbrennung von Produkten in einer Atmosphäre aus Luftsauerstoff wird ein Anstieg des gesamten Heizwerts beobachtet.

Die Holzpyrolyse ist ein separater Abschnitt in der Chemie, der einer eingehenden Prüfung und Untersuchung bedarf.