Преглед на разработването и приложението на технологията за пиролиза за преработка на отпадъци

Описание на процеса

Необходимостта от екологично оборудване за преработка на химически отпадъци е в нашето общество от дълго време. Първите котли за пиролиза започват да работят в края на деветнадесети век. А създаването на съвременни пиролизни единици решава няколко въпроса едновременно:

• екологичен компонент;
• способността да се натрупват резултатите от горенето;
• икономическа изгода.

Икономическият аспект на използването на пиролиза обаче е предназначен за бъдещето. Пиролизата е доста скъпо удоволствие. Изисква подходящо оборудване и специално обучен персонал.

Но в експлоатация пиролизните инсталации са практически автономни. Устройствата изискват електричество само за стартиране, по-нататъшната работа на котела се извършва за сметка на ресурсите, произведени в процеса на горене. В същото време излишъкът от генерирана енергия и пара може да се използва за битови цели, като ги пренасочва към комунални мрежи.

В Русия пиролизата едва започва да набира популярност, докато в Европа нито едно голямо предприятие не може да се справи без единици за пиролиза. Има доста причини за такова търсене на пиролиза:

• без отпадъци начин за преработка на отпадъци и всички видове промишлено замърсяване;
• нивото на ефективност от пиролиза е 90%;
• възможността за получаване на нови съединения, рециклируеми материали;
• създаването на незаменими ресурси като синтетично масло;
• получаване на въглеводороди, органични киселини и други химични елементи;
• източник на топлоснабдяване за предприятия.

Въз основа на избора на суровини за преработка, реакцията на пиролиза може да протече при различни температурни условия. Крайният резултат също ще се различава в състава на химичните елементи.

В зависимост от температурата на нагряване на пещта и допълнителните компоненти на пиролизата, дестилацията обикновено се разделя на два вида: суха и окислителна.

Окислителна пиролиза

Този тип пиролиза може да се нарече най-екологичен и продуктивен. Използва се за обработка на рециклируеми материали. Реакцията протича при високи температури. Например, при пиролизата на метан, той се смесва с кислород, при частичното изгаряне на веществото се отделя енергия, която загрява останалата суровина до температура от 16 000 ºС.

Окислителната пиролиза се използва за неутрализиране на промишлени отпадъци с високо съдържание на масло. А също и за обработка на пластмаса, каучук и други материали, които не се поддават на естествено разлагане в естествената среда.

„Окислителната пиролиза дава възможност за обработка на суровини с различна консистенция. Включително материали в течно и газообразно състояние ”.

Принципът на действие на пиролизен котел с дълго изгаряне

Котлите за пиролиза с дълго изгаряне набират значителна популярност и особено в онези райони, където няма достъп до газ

Работата на оборудването се основава на разлагане на органично гориво (дърва за огрев) при условия на висока температура и липса на кислород, последвано от изгаряне на отделените пиролизни газове. Тъй като процесът може условно да бъде разделен на два етапа, за неговото протичане се използва горивна камера с две отделения. В зареждащата камера се поставя гориво, което започва да гори. Процесът на горене плавно се превръща в термично разлагане поради ограничаването на достъпа на кислород, необходим за горенето. Високата температура и ниската концентрация на кислород водят до образуването на продукти на разлагане: кокс и пиролизен газ. Последният, влизайки във втората камера, се подлага на изгаряне вече в условията на достъп на вторичен въздух.Доставя се по-често принудително чрез вентилатор или димоотвод. Процесът на горене протича при температури над 1000 ° С. От продуктите на горенето топлината се предава към течността, която запълва топлообменника. Крайните газообразни продукти от процеса се отстраняват през комина. Днес пиролизните котли с дълго изгаряне се считат за най-ефективното и икономично отоплително оборудване. Сложният двукамерен дизайн на котела обяснява високата му цена. Ефективността, която е най-висока сред отоплителните тела, ви позволява да получите бърза възвръщаемост на котела.

Видове суха пиролиза

Сухата пиролиза е една от най-търсените в индустрията. С негова помощ се получават горива, различни химични съединения и рециклируемите материали стават безвредни. Използвайки различни температурни режими на пиролиза, се получават газови, течни и твърди продукти на горене.

Загряването на котела до максимална температура от 5500 ºС се счита за режим с ниска температура. При такива температури образуването на газове практически не се случва. Работата е насочена към производството на полукокси (в индустрията те се използват активно като гориво) и смоли, от които впоследствие се произвежда изкуствен каучук.

Курсът на пиролиза при температури от 550 до 9000 ºС се счита за нискотемпературен, но всъщност, предвид техническите възможности, той принадлежи към средния температурен режим. Препоръчително е използването му, когато е необходимо да се произвеждат пиролизен газ и твърди утайки. В този случай суровината може да включва фракции с неорганичен произход.

Курсът на пиролиза при температури над 9000 ºС се счита за високотемпературна реакция. Работата на котела при максимална температура от 9000 ºC позволява да се получат твърди материали (кокс, въглища и др.) С нисък дял на отделяния газ.

Дестилацията при използване на по-високи температурни условия е необходима за получаване на предимно газообразни вещества. Практическата полза от режима на висока температура е, че произведените газове могат да се използват като гориво.

„Високотемпературната пиролиза не е придирчива към съдържанието на преработените суровини. Когато се използва режим на ниска температура, трябва да се спазват всички стъпки за подготовка, включително сушене и сортиране. "

Пиролиза. справка

Видове пиролиза

Окислителна пиролиза - процесът на термично разлагане на промишлени отпадъци по време на частичното им изгаряне или директен контакт с продуктите от изгарянето на горивата. Този метод е приложим за обезвреждане на много отпадъци, включително тези, „неудобни“ за изгаряне или газификация: вискозни, пастообразни отпадъци, мокри утайки, пластмаси, утайки с високо съдържание на пепел, замърсена с мазут, масла и други съединения почва и силно прашни отпадъци.

Освен това отпадъците, съдържащи метали и техните соли, които се топят и се запалват при нормални температури на горене, отпадъчни гуми, смачкани кабели, автомобилен скрап и др., Могат да претърпят окислителна пиролиза.

Методът на окислителната пиролиза е обещаваща посока за елиминиране на твърди промишлени отпадъци и отпадъчни води.

Суха пиролиза... Този метод на термична обработка на отпадъците осигурява тяхната високоефективна неутрализация и използване като гориво и химически суровини, което допринася за създаването на технологии с ниски отпадъци и без отпадъци и рационалното използване на природните ресурси.

Сухата пиролиза е процес на термично разлагане без кислород. Резултатът е пиролизен газ с висока калоричност, течен продукт и твърд въглероден остатък. В зависимост от температурата, при която протича пиролизата, тя се различава:

1. Нискотемпературна пиролиза или полукоксоване (450–550 ° C).Този тип пиролиза се характеризира с максимален добив на течни и твърди остатъци (полу-кокс) и минимален добив на пиролизен газ с максимална топлина на горене. Методът е подходящ за производство на първична смола - ценно течно гориво и за преработка на некачествен каучук в мономери, които са суровината за вторично създаване на каучук. Полукоксът може да се използва като енергия и битово гориво.

2. Среднотемпературна пиролиза или коксуването при средна температура (до 800 ° C) дава повече газ с по-ниска калоричност и по-малко течни остатъци и кокс.

3. Високотемпературна пиролиза или коксуване (900–1050 ° C). Тук има минимален добив на течни и твърди продукти и максимално производство на газ с минимална калоричност - висококачествено гориво, подходящо за транспорт на дълги разстояния. В резултат на това се намалява количеството смола и съдържанието на ценни леки фракции в нея.

Методът на сухата пиролиза става все по-широко разпространен и е един от най-обещаващите методи за обезвреждане на твърди органични отпадъци и изолиране на ценни компоненти от тях на съвременния етап от развитието на науката и технологиите.

Въглеводородна пиролиза

Процесът на пиролиза на въглеводороди (800 900 ° C) (газови въглеводороди, директно работещ бензин, атмосферен газьол) е основният източник на производство на етилен и един от основните източници за производство на пропилен, дивинил, бензен и редица на други продукти. Процесът на пиролиза (крекинг) на петролни и газови суровини е патентован през 1877 г. от руски инженер, химик Александър Александрович Летний.

Дървесна пиролиза

По време на пиролизата на дървесината (450-500 ° C) се образуват редица вещества, като: въглен, метилов алкохол, оцетна киселина, ацетон, смола и др. Русия е една от най-богатите страни в горите. Поради това в Русия се формират и работят най-добрите училища за пиролиза на дървесина в света. Техният принос получи световно признание.

Отпадъци и пиролиза на отпадъци

Има проекти за унищожаване на битови отпадъци с помощта на пиролиза. Трудностите с организацията на пиролиза на гуми, пластмаси и други органични отпадъци са свързани не със самата технология на пиролиза, която не се различава от технологията на термична обработка на други твърди материали.

Проблемът е, че повечето отпадъци съдържат фосфор, хлор и сяра. Сярата и фосфорът в окислена форма са летливи и вредят на околната среда. Хлорът активно реагира с органични продукти на пиролиза с образуването на устойчиви токсични съединения (например диоксини).

Улавянето на тези съединения от дим не е евтино и има свои собствени сложности. Проблемът с рециклирането на износени автомобилни гуми и гумени изделия, които не се използват, е от голямо екологично и икономическо значение за всички развити страни по света. А незаменимостта на природните петролни суровини диктува необходимостта от използване на вторични ресурси с максимална ефективност.

Гумите и полимерите са ценни суровини, в резултат на тяхната обработка чрез нискотемпературна пиролиза (до 500 ° C), течни въглеводородни фракции (синтетично масло), остатъци от въглерод (сажди), стоманена корда и горим газ В същото време, ако се изгори 1 тон гуми, в атмосферата ще се отделят 270 кг сажди и 450 кг токсични газове.

Предимства на пиролизните инсталации:

1. Постига се практически пълно оползотворяване на материални и енергийни ресурси на твърди отпадъци и енергийна автономност на целия технологичен цикъл.

2. Тъй като термичното разлагане се осъществява без достъп на въздух, няма условия за образуване на токсични съединения като диоксин, фуран, бензопирен и др.

3.Затворената верига, компактността на оборудването и екологичността определят възможността за намиране на такова предприятие в границите на всеки град.

4. Като се има предвид, че минералният компонент на ТБО - екологично чиста шлака след термична обработка - може да се използва за пътни работи, тази технология може да бъде класифицирана като напълно без отпадъци.

5. Тези инсталации дават възможност за печалба от продажбата на произведени продукти (пара, електричество), за разлика от производствените съоръжения, работещи днес, където оперативните разходи значително надвишават приходите от продажби, а рентабилността на предприятията се основава на плащания от населението за преработка на отпадъци.

За пиролизните инсталации не е необходимо да се изграждат капитални конструкции и високи комини. Устройствата могат да бъдат монтирани под навес или в леки хангари върху бетонна основа.

Материалът е изготвен въз основа на информация от РИА Новости и отворени източници

Пиролиза на твърди отпадъци

Екологичната преработка на отпадъци е една от ключовите области на използването на пиролиза. Тези единици могат значително да намалят отрицателното въздействие на антропогенния фактор върху околната среда.

В процеса на пиролиза биоактивните вещества се разлагат, тежките метали не се топят. След термично разлагане в пиролизните котли практически няма непотърсени отпадъци, което прави възможно значително намаляване на площта за по-нататъшното им съхранение.

Така например, изгаряйки 1 тон гуми, ние замърсяваме атмосферата с 300 кг сажди. Освен това във въздуха се отделят около 500 кг токсични вещества. Рециклирането на същия материал в пиролизните инсталации позволява използването на каучук за енергийни цели, получаване на рециклируеми материали за по-нататъшно производство и значително намаляване на вредните емисии.

Възможно е да се намали вредното въздействие върху околната среда благодарение на многостепенна система за обработка. В процеса на пиролиза отпадъците преминават през четири етапа на обезвреждане:

• първоначално изсушаване;
• напукване;
• доизгаряне на остатъците от обработка в атмосферата;
• пречистване на получените газообразни вещества в специални абсорбатори.

Пиролизните инсталации ви позволяват да преработвате отпадъци:

• дървопреработвателни предприятия;
• фармацевтична индустрия;
• автомобилна индустрия;
• електроинженерство.

Методът на пиролиза успешно се справя с полимери, отпадъчни води и битови отпадъци. Отрича въздействието върху естеството на петролните продукти. Страхотно за изхвърляне на органични отпадъци.

Единственият недостатък на пиролизните единици се намира в преработката на суровини, съдържащи хлор, сяра, фосфор и други токсични химикали. Продуктите на полуживот на тези елементи под въздействието на температурата могат да се комбинират с други вещества и да образуват токсични сплави.

Същността на пиролизния котел

Такъв пиролизен котел се нарича още генератор на газ. Същността на работата при изгаряне на пиролизно гориво: под въздействието на високи температури и в условия на липса на кислород, твърдото гориво (кафяви въглища, въглищни брикети) се разлага на летливи частици. Оказва се така нареченият пиролизен газ. Температурни индикатори за отоплително оборудване 200-800 градуса. Тази химическа реакция допринася за по-добро нагряване и изсъхване на горивото в котела, извършва се нагряване, което отива в посока изгаряне на въздуха.

Фиг. 2
Високата температура насърчава смесването на кислорода с отделения пиролизен газ. В резултат на това газът изгаря. Топлинната енергия се генерира от изгарящия газ. Трябва да се отбележи, че пиролизният газ също взаимодейства с активен въглен по време на изгарянето му. Следователно, напускайки котела, димните газове практически нямат вредни компоненти. По-скоро те са смес от въглероден диоксид и водна пара. Полученият CO2 се отделя в околната среда за три пъти по-малко, отколкото след експлоатацията на конвенционалните емисии от котли на въглища или дърва.Тези единици се считат за екологични, не замърсяват околната среда.

Агрегатите от този тип работят на въглища и дървесни горива. Ако използвате сурово гориво с лошо качество, нагревателят ще загуби мощността си до 50%. Такова гориво гори слабо, пуши, загрява малко и съкращава живота на котела и комина.

Предимства на пиролизните единици:

• мощността се регулира от 30% до 100%;
• процесът на почистване и поддръжка е лесен;
• нисък разход на гориво;
• доставка на гориво на ден само веднъж;
• голямо количество гориво изгаря наведнъж;
• използването на сурово гориво от котел на въглища, чието съдържание на влага не е по-високо от 20%.

Недостатъци:

• скъпо отоплително устройство;
• се нуждаят от електричество.

Всеки вид гориво гори по различен начин. Що се отнася до горивото от въглища, кафявото гориво изгаря за 8 часа, а черното гориво - за 10 часа. С пиролизните котли са възможни икономии, дори като се вземат предвид такива недостатъци като нуждата от електричество, а не ниската цена. За захранването на вентилатора е необходимо електричество, но за да работи само 85 вата (точно като обикновена крушка). Ако това е проблем, тогава дизеловият генератор ще се справи с него.

Дървесна пиролиза

Тази процедура се нарича още напукване на дърво и произхожда от Русия. Прототипът на съвременния агрегат е измислен от нашите горелки в древни времена. За да получат въглен без достъп до въздух, те запалват дърва под слой земя.

Днес този процес е много по-съвършен и протича на няколко етапа. Напукването започва при нагряване до 2000 ºС. На този етап се отделя голямо количество въглероден окис. Ако продължите да го изгаряте в атмосферата, ще можете да получите огромно количество енергия.

След това котелът се нагрява до 5000 ºС. При този температурен режим се получават метанол, смоли, ацетон и оцетна киселина. Той също така произвежда твърд въглерод, по-известен като въглен.

Характеристики на пиролизата на дървесината

Такава пиролиза е процедура за изгаряне на дърва без наличието на въздух, проведена при температура около 5000 градуса. Оцетната киселина, ацетонът, метанолът и също смолата са ценни продукти, получени в процеса на такова взаимодействие. Особеността на тази химическа реакция е, че въгленът може да се използва като отлично гориво за ускоряване на много химически взаимодействия.

Такава пиролиза е процес, който започва да се случва при двеста градуса по Целзий, придружен от реакция с отделянето на смес от въглеродни оксиди. С последващото изгаряне на продукти в атмосфера на атмосферен кислород се наблюдава увеличаване на общата калоричност.

Пиролизата на дървесината е отделен раздел в химията, който заслужава подробно разглеждане и проучване.