Beoordeling van de ontwikkeling en toepassing van pyrolysetechnologie voor afvalverwerking

Procesbeschrijving

De behoefte aan milieuvriendelijke apparatuur voor de verwerking van chemisch afval bestaat al langer in onze samenleving. Aan het einde van de negentiende eeuw begonnen de eerste pyrolyse-ketels te draaien. En de oprichting van moderne pyrolyse-eenheden loste verschillende problemen tegelijk op:

• ecologische component;
• het vermogen om de resultaten van verbranding te accumuleren;
• economisch voordeel.

Het economische aspect van het gebruik van pyrolyse is echter ontworpen voor de toekomst. Pyrolyse is een vrij duur genoegen. Het vereist geschikte apparatuur en speciaal opgeleid personeel.

Maar in bedrijf zijn de pyrolyse-installaties praktisch autonoom. De units hebben alleen elektriciteit nodig om te starten, de verdere werking van de ketel gaat ten koste van de middelen die tijdens het verbrandingsproces worden geproduceerd. Tegelijkertijd kan het overschot aan opgewekte energie en stoom worden gebruikt voor huishoudelijke doeleinden en deze omleiden naar nutsnetwerken.

In Rusland begint pyrolyse net aan populariteit te winnen, terwijl in Europa geen enkele grote onderneming zonder pyrolyse-eenheden kan. Er zijn nogal wat redenen voor een dergelijke vraag naar pyrolyse:

• een afvalvrije manier om afval en allerlei soorten industriële vervuiling te verwerken;
• het efficiëntieniveau van pyrolyse is 90%;
• de mogelijkheid om nieuwe verbindingen, recyclebare materialen te verkrijgen;
• het creëren van onvervangbare hulpbronnen zoals synthetische olie;
• het verkrijgen van koolwaterstoffen, organische zuren en andere chemische elementen;
• bron van warmtevoorziening voor bedrijven.

Op basis van de keuze van de grondstoffen voor verwerking, kan de pyrolysereactie bij verschillende temperatuuromstandigheden verlopen. Het eindresultaat zal ook verschillen in de samenstelling van chemische elementen.

Afhankelijk van de verwarmingstemperatuur van de oven en de extra componenten van pyrolyse, wordt destillatie meestal verdeeld in twee soorten: droog en oxidatief.

Oxidatieve pyrolyse

Dit type pyrolyse kan de meest milieuvriendelijke en productieve worden genoemd. Het wordt gebruikt om recyclebare materialen te verwerken. De reactie vindt plaats bij hoge temperaturen. Bij de pyrolyse van methaan vermengt het zich bijvoorbeeld met zuurstof, bij de gedeeltelijke verbranding van de stof komt energie vrij, die de resterende grondstof verwarmt tot een temperatuur van 16.000 ºС.

Oxidatieve pyrolyse wordt gebruikt om industrieel afval met een hoog oliegehalte te neutraliseren. En ook voor de verwerking van plastic, rubber en andere materialen die zich niet lenen voor natuurlijke afbraak in de natuurlijke omgeving.

“Oxidatieve pyrolyse maakt het mogelijk om grondstoffen met verschillende consistenties te verwerken. Met inbegrip van materialen in vloeibare en gasvormige toestand ”.

Het werkingsprincipe van een lang brandende pyrolyse-ketel

Lang brandende pyrolyse-ketels winnen aan populariteit, vooral in die gebieden waar geen toegang tot gas is

De werking van de apparatuur is gebaseerd op de afbraak van organische brandstof (brandhout) onder omstandigheden van hoge temperatuur en zuurstofgebrek, gevolgd door verbranding van de vrijgekomen pyrolysegassen. Omdat het proces voorwaardelijk in twee fasen kan worden verdeeld, wordt voor de stroom een ​​vuurhaard met twee compartimenten gebruikt. Brandstof wordt in de laadkamer geplaatst, die begint te branden. Het verbrandingsproces verandert soepel in thermische ontleding vanwege de beperking van de toegang tot zuurstof die nodig is voor verbranding. Hoge temperatuur en lage zuurstofconcentratie leiden tot de vorming van afbraakproducten: cokes en pyrolysegas. De laatste, die de tweede kamer binnengaat, ondergaat al een verbranding in de omstandigheden van toegang tot secundaire lucht.Het wordt vaker met kracht geleverd door middel van een blaasventilator of een rookafzuiging. Het verbrandingsproces vindt plaats bij temperaturen boven 1000 ° C. Van de verbrandingsproducten wordt warmte overgedragen aan de vloeistof die de warmtewisselaar vult. De uiteindelijke gasvormige producten van het proces worden via de schoorsteen afgevoerd. Tegenwoordig worden lang brandende pyrolyse-ketels beschouwd als de meest efficiënte en economische verwarmingsapparatuur. Het complexe ontwerp met twee kamers van de ketel verklaart de hoge kosten. Het rendement, dat het hoogst is onder verwarmingseenheden, stelt u in staat om de ketel snel terug te verdienen.

Soorten droge pyrolyse

Droge pyrolyse is een van de meest gevraagde in de industrie. Met zijn hulp worden brandstof, verschillende chemische verbindingen verkregen en worden recyclebare materialen onschadelijk gemaakt. Met behulp van verschillende temperatuurregimes van pyrolyse worden gas-, vloeibare en vaste verbrandingsproducten verkregen.

Het verwarmen van de ketel tot een maximale temperatuur van 5500 ºС wordt als een lagetemperatuurmodus beschouwd. Bij dergelijke temperaturen komt de vorming van gassen praktisch niet voor. Het werk is gericht op de productie van semi-cokes (in de industrie worden ze actief als brandstof gebruikt) en harsen, waaruit vervolgens kunstrubber wordt geproduceerd.

Het verloop van pyrolyse bij temperaturen van 550 tot 9000 ºС wordt als lage temperatuur beschouwd, maar in feite, gezien de technische mogelijkheden, behoort het tot het gemiddelde temperatuurregime. Het gebruik ervan is aan te raden wanneer het nodig is om pyrolysegas en vaste sedimenten te produceren. In dit geval kan de grondstof fracties van anorganische oorsprong bevatten.

Het verloop van pyrolyse bij temperaturen boven 9000 ºС wordt beschouwd als een reactie bij hoge temperatuur. Door de ketel te laten werken op een maximale temperatuur van 9000 ºC, kunnen vaste materialen (cokes, houtskool, enz.) Worden verkregen met een laag aandeel uitgestoten gas.

Destillatie onder hogere temperatuuromstandigheden is nodig om overwegend gasvormige stoffen te verkrijgen. Het praktische voordeel van het hoge temperatuurregime is dat de geproduceerde gassen als brandstof kunnen worden gebruikt.

“Pyrolyse bij hoge temperatuur is niet kieskeurig over het gehalte aan bewerkte grondstoffen. Bij gebruik van de lagetemperatuurmodus moeten alle voorbereidingsstappen worden gevolgd, inclusief drogen en sorteren. "

Pyrolyse. referentie

Pyrolyse-typen

Oxidatieve pyrolyse - het proces van thermische ontleding van industrieel afval tijdens de gedeeltelijke verbranding of direct contact met de verbrandingsproducten van brandstof. Deze methode is toepasbaar voor de verwijdering van vele afvalstoffen, ook die welke "lastig" zijn voor verbranding of vergassing: stroperig, pasteus afval, natte sedimenten, plastic, slib met een hoog asgehalte, grond verontreinigd met stookolie, oliën en andere verbindingen, en zeer stoffig afval.

Bovendien kunnen afval dat metalen en hun zouten bevat, die smelten en ontbranden bij normale verbrandingstemperaturen, afvalbanden, gebroken kabels, autoschroot, enz., Oxidatieve pyrolyse ondergaan.

De methode van oxidatieve pyrolyse is een veelbelovende richting voor de verwijdering van vast industrieel afval en afvalwater.

Droge pyrolyse​Deze methode van thermische behandeling van afval zorgt voor een zeer efficiënte neutralisatie en gebruik als brandstof en chemische grondstoffen, wat bijdraagt ​​tot de creatie van afvalarme en niet-afvaltechnologieën en een rationeel gebruik van natuurlijke hulpbronnen.

Droge pyrolyse is een thermisch ontledingsproces zonder zuurstof. Het resultaat is een pyrolysegas met een hoge calorische waarde, een vloeibaar product en een vast koolstofhoudend residu. Afhankelijk van de temperatuur waarbij de pyrolyse verloopt, verschilt deze:

1. Pyrolyse bij lage temperatuur of semi-verkooksing (450-550 ° C).Deze vorm van pyrolyse kenmerkt zich door een maximale opbrengst aan vloeibare en vaste (semi-cokes) residuen en een minimale opbrengst aan pyrolysegas met een maximale verbrandingswarmte. De methode is geschikt voor de productie van primaire hars - een waardevolle vloeibare brandstof, en voor de verwerking van ondermaats rubber tot monomeren, de grondstof voor de secundaire vorming van rubber. De halfcokes kan worden gebruikt als energie- en huishoudbrandstof.

2. Pyrolyse op gemiddelde temperatuur of vercooksing op gemiddelde temperatuur (tot 800 ° C) levert meer gas op met een lagere calorische waarde en minder vloeibaar residu en cokes.

3. Pyrolyse op hoge temperatuur of cokesvorming (900-1050 ° C). Hier is er een minimale opbrengst aan vloeibare en vaste producten en een maximale productie van gas met een minimale calorische waarde - een hoogwaardige brandstof geschikt voor transport over lange afstanden. Hierdoor wordt de hoeveelheid hars en het gehalte aan waardevolle lichte fracties daarin verminderd.

De methode van droge pyrolyse wordt steeds wijdverspreider en is een van de meest veelbelovende methoden voor de verwijdering van vast organisch afval en het isoleren van waardevolle componenten daaruit in de huidige ontwikkelingsfase van wetenschap en technologie.

Pyrolyse van koolwaterstoffen

Het pyrolyseproces van koolwaterstoffen (800900 ° C) (gaskoolwaterstoffen, directe benzine, atmosferische gasolie) is de belangrijkste bron van ethyleenproductie en een van de belangrijkste bronnen voor de productie van propyleen, divinyl, benzeen en een aantal van andere producten. Het proces van pyrolyse (kraken) van olie- en gasgrondstoffen werd in 1877 gepatenteerd door een Russische ingenieur, chemicus Alexander Aleksandrovich Letniy.

Pyrolyse van hout

Bij de pyrolyse van hout (450-500 ° C) worden een aantal stoffen gevormd, zoals: houtskool, methylalcohol, azijnzuur, aceton, hars, etc. Rusland is een van de rijkste landen op het gebied van bossen. Daarom werden 's werelds beste houtpyrolyse-scholen opgericht en geëxploiteerd in Rusland. Hun bijdrage heeft wereldwijde erkenning gekregen.

Afval en pyrolyse van afval

Er zijn projecten voor de vernietiging van huishoudelijk afval door middel van pyrolyse. Moeilijkheden met de organisatie van pyrolyse van banden, kunststoffen en ander organisch afval houden niet verband met de technologie van pyrolyse zelf, die niet verschilt van de technologie van thermische verwerking van andere vaste materialen.

Het probleem is dat het meeste afval fosfor, chloor en zwavel bevat. Zwavel en fosfor in geoxideerde vorm zijn vluchtig en schadelijk voor het milieu. Chloor reageert actief met organische pyrolyseproducten onder vorming van persistente toxische verbindingen (bijvoorbeeld dioxines).

Het afvangen van deze verbindingen uit rook is niet goedkoop en heeft zijn eigen complexiteit. Het probleem van het recyclen van versleten autobanden en buiten dienst zijnde rubberproducten is van groot ecologisch en economisch belang voor alle ontwikkelde landen van de wereld. En de onvervangbaarheid van natuurlijke aardolie-grondstoffen dicteert de noodzaak om secundaire hulpbronnen met maximale efficiëntie te gebruiken.

Banden en polymeren zijn waardevolle grondstoffen, als resultaat van hun verwerking door pyrolyse bij lage temperatuur (tot 500 ° C), worden vloeibare koolwaterstoffracties (synthetische olie), koolstofresidu (carbon black), staalkoord en brandbaar gas verkregen. Tegelijkertijd komen bij het verbranden van 1 ton banden 270 kg roet en 450 kg giftige gassen vrij in de atmosfeer.

Voordelen van pyrolyse-installaties:

1. Een praktisch volledig gebruik van materiaal en energiebronnen van vast afval en energie-autonomie van de gehele technologische cyclus wordt bereikt.

2. Aangezien thermische ontleding plaatsvindt zonder toegang tot lucht, zijn er geen voorwaarden voor de vorming van giftige verbindingen zoals dioxine, furaan, benzopyreen, enz.

3.Het gesloten circuit, de compactheid van de apparatuur en de milieuvriendelijkheid bepalen de mogelijkheid om een ​​dergelijke onderneming binnen de stadsgrenzen te vestigen.

4. Aangezien de minerale component van MSW - ecologisch schone slakken na warmtebehandeling - kan worden gebruikt voor wegenwerken, kan deze technologie als volledig afvalvrij worden aangemerkt.

5. Deze installaties maken het mogelijk om te profiteren van de verkoop van gefabriceerde producten (stoom, elektriciteit), in tegenstelling tot de huidige productiefaciliteiten, waar de exploitatiekosten aanzienlijk hoger zijn dan de inkomsten uit verkoop, en de winstgevendheid van ondernemingen is gebaseerd op betalingen van de bevolking voor afvalverwerking.

Voor pyrolyse-installaties is het niet nodig om kapitaalstructuren en hoge schoorstenen te bouwen. De units kunnen onder een luifel worden gemonteerd of in lichte hangars op een betonnen sokkel.

Het materiaal is opgesteld op basis van informatie van RIA Novosti en open bronnen

Pyrolyse van vast afval

Milieuvriendelijke afvalverwerking is een van de belangrijkste gebieden van pyrolyse. Deze eenheden kunnen de negatieve impact van de antropogene factor op het milieu aanzienlijk verminderen.

Tijdens het pyrolyse ontleden bioactieve stoffen, zware metalen worden niet gesmolten. Na thermische ontleding in pyrolyse-ketels is er praktisch geen niet-opgeëist afval, waardoor het gebied voor verdere opslag aanzienlijk kan worden verkleind.

Als we bijvoorbeeld 1 ton banden verbranden, vervuilen we de atmosfeer met 300 kg roet. Daarnaast komt er ongeveer 500 kg aan giftige stoffen vrij in de lucht. Door hetzelfde materiaal in pyrolyse-installaties te recyclen, kan rubber worden gebruikt voor energiedoeleinden, recyclebare materialen worden verkregen voor verdere productie en de schadelijke uitstoot aanzienlijk worden verminderd.

Het is mogelijk om de schadelijke effecten op het milieu te verminderen dankzij een meerfasig verwerkingssysteem. In het pyrolyseproces doorloopt afval vier stadia van verwijdering:

• eerste droging;
• kraken;
• naverbranding van de restanten van verwerking in de atmosfeer;
• zuivering van de verkregen gasvormige stoffen in speciale absorptiemiddelen.

Met pyrolyse-installaties kunt u afval verwerken:

• houtverwerkende bedrijven;
• farmaceutische industrie;
• auto industrie;
• Elektrotechniek.

De pyrolysemethode verwerkt met succes polymeren, rioolafval en huishoudelijk afval. Negeert de impact op de aard van aardolieproducten. Geweldig voor het afvoeren van organisch afval.

Het enige nadeel van pyrolyse-eenheden is de verwerking van grondstoffen die chloor, zwavel, fosfor en andere giftige chemicaliën bevatten. De halveringstijdproducten van deze elementen kunnen onder invloed van temperatuur combineren met andere stoffen en giftige legeringen vormen.

De essentie van de pyrolyse-ketel

Zo'n pyrolyse-ketel wordt ook wel een gasgenerator genoemd. De essentie van het werk bij de verbranding van pyrolysebrandstof: onder invloed van hoge temperaturen en in omstandigheden van zuurstofgebrek valt vaste brandstof (bruinkool, steenkoolbriketten) uiteen in vluchtige deeltjes. Het blijkt het zogenaamde pyrolysegas te zijn. Temperatuurindicatoren voor verwarmingsapparatuur 200-800 graden. Deze chemische reactie draagt ​​bij aan een betere verwarming en droging van brandstof in de ketel, verwarming wordt uitgevoerd, wat in de richting van luchtverbranding gaat.

Afb. 2
De hoge temperatuur bevordert het mengen van zuurstof met het uitgestoten pyrolysegas. Als gevolg hiervan verbrandt het gas. Uit het brandende gas wordt thermische energie opgewekt. Opgemerkt moet worden dat pyrolysegas ook een interactie aangaat met actieve kool tijdens zijn verbranding. Daarom hebben de rookgassen bij het verlaten van de ketel praktisch geen schadelijke componenten. Ze zijn eerder een mengsel van kooldioxide en waterdamp. De resulterende CO2 komt driemaal minder in het milieu terecht dan bij conventionele emissies van kolen- of houtketels.Deze units worden als milieuvriendelijk beschouwd, vervuilen het milieu niet.

Eenheden van dit type werken op kolen en hout als brandstof. Als u ruwe brandstof van slechte kwaliteit gebruikt, zal de kachel zijn vermogen tot 50% verliezen. Dergelijke brandstof verbrandt slecht, rookt, warmt weinig op en verkort de levensduur van de ketel en schoorsteen.

Voordelen van pyrolyse-units:

• vermogen wordt geregeld van 30% tot 100%;
• het reinigings- en onderhoudsproces is eenvoudig;
• laag brandstofverbruik;
• brandstoftoevoer per dag slechts één keer;
• een grote hoeveelheid brandstof verbrandt tegelijk;
• het gebruik van ruwe brandstof door een kolenketel waarvan het vochtgehalte niet hoger is dan 20%.

Nadelen:

• duur verwarmingsapparaat;
• elektriciteit nodig.

Elk type brandstof brandt anders. Wat betreft kolenbrandstof, bruine brandstof verbrandt in 8 uur en zwarte brandstof - in 10 uur. Met pyrolyse-ketels zijn besparingen mogelijk, zelfs als men rekening houdt met nadelen zoals de behoefte aan elektriciteit, niet met lage kosten. Er is elektriciteit nodig om de ventilator van stroom te voorzien, maar hij heeft slechts 85 watt nodig om te werken (net als een gewone gloeilamp). Is dit een probleem, dan lost de dieselgenerator het op.

Pyrolyse van hout

Deze procedure wordt ook wel houtkraken genoemd en is ontstaan ​​in Rusland. Het prototype van de moderne unit is in onheuglijke tijden uitgevonden door onze houtskoolbranders. Om houtskool te verkrijgen zonder toegang tot lucht, staken ze hout aan onder een laag aarde.

Tegenwoordig is dit proces veel perfecter en vindt het in verschillende fasen plaats. Het kraken begint bij verhitting tot 2000 ºС. In dit stadium komt er een grote hoeveelheid koolmonoxide vrij. Als je het in de atmosfeer blijft verbranden, zul je een enorme hoeveelheid energie kunnen krijgen.

Vervolgens wordt de ketel verwarmd tot 5000 ºС. Bij dit temperatuurregime worden methanol, harsen, aceton en azijnzuur verkregen. Het produceert ook harde koolstof, beter bekend als houtskool.

Kenmerken van houtpyrolyse

Een dergelijke pyrolyse is een procedure voor het verbranden van hout zonder de aanwezigheid van lucht, uitgevoerd bij een temperatuur van ongeveer 5000 graden. Azijnzuur, aceton, methanol en ook hars zijn waardevolle producten die tijdens een dergelijke interactie worden verkregen. De eigenaardigheid van deze chemische reactie is dat houtskool kan worden gebruikt als een uitstekende brandstof om veel chemische interacties te versnellen.

Dergelijke pyrolyse is een proces dat begint op te treden bij tweehonderd graden Celsius, vergezeld van een reactie waarbij een mengsel van koolstofoxiden vrijkomt. Bij de daaropvolgende verbranding van producten in een atmosfeer van atmosferische zuurstof wordt een toename van de totale calorische waarde waargenomen.

Houtpyrolyse is een aparte sectie in de chemie die gedetailleerde aandacht en studie verdient.