Przegląd rozwoju i zastosowania technologii pirolizy do przetwarzania odpadów

Opis procesu

Potrzeba przyjaznego dla środowiska sprzętu do przetwarzania odpadów chemicznych istnieje w naszym społeczeństwie od dawna. Pierwsze kotły pirolityczne zaczęły działać pod koniec XIX wieku. Stworzenie nowoczesnych jednostek pirolizy rozwiązało jednocześnie kilka problemów:

• składnik ekologiczny;
• zdolność do gromadzenia wyników spalania;
• Korzysci ekonomiczne.

Jednak ekonomiczny aspekt stosowania pirolizy jest zaprojektowany z myślą o przyszłości. Piroliza to dość kosztowna przyjemność. Wymaga odpowiedniego sprzętu i specjalnie przeszkolonego personelu.

Ale w działaniu instalacje do pirolizy są praktycznie autonomiczne. Jednostki potrzebują tylko energii elektrycznej do uruchomienia, dalsza praca kotła odbywa się kosztem zasobów powstałych w procesie spalania. Jednocześnie nadwyżki wytworzonej energii i pary można wykorzystać na cele domowe, kierując je do sieci użyteczności publicznej.

W Rosji piroliza dopiero zaczyna zyskiwać na popularności, podczas gdy w Europie żadne duże przedsiębiorstwo nie może obejść się bez jednostek pirolizy. Istnieje kilka powodów takiego zapotrzebowania na pirolizę:

• bezodpadowy sposób przetwarzania odpadów i wszelkiego rodzaju zanieczyszczeń przemysłowych;
• poziom wydajności z pirolizy wynosi 90%;
• możliwość uzyskania nowych związków, surowców wtórnych;
• tworzenie niezastąpionych zasobów, takich jak olej syntetyczny;
• pozyskiwanie węglowodorów, kwasów organicznych i innych pierwiastków chemicznych;
• źródło zaopatrzenia w ciepło dla przedsiębiorstw.

Na podstawie doboru surowców do przetwarzania reakcja pirolizy może przebiegać w różnych warunkach temperaturowych. Końcowy wynik będzie również różnił się składem pierwiastków chemicznych.

W zależności od temperatury nagrzewania pieca i dodatkowych składników pirolizy destylację zwykle dzieli się na dwa typy: suchą i utleniającą.

Piroliza oksydacyjna

Ten rodzaj pirolizy można nazwać najbardziej przyjaznym dla środowiska i produktywnym. Służy do przetwarzania materiałów nadających się do recyklingu. Reakcja przebiega w wysokich temperaturach. Na przykład podczas pirolizy metanu miesza się z tlenem, częściowe spalanie substancji uwalnia energię, która ogrzewa pozostały surowiec do temperatury 16 000 ºС.

Piroliza oksydacyjna służy do neutralizacji odpadów przemysłowych o dużej zawartości oleju. A także do przetwarzania tworzyw sztucznych, gumy i innych materiałów, które nie ulegają naturalnemu rozkładowi w środowisku naturalnym.

„Piroliza oksydacyjna umożliwia przetwarzanie surowców o różnej konsystencji. W tym materiały w stanie ciekłym i gazowym ”.

Zasada działania długo palącego się kotła do pirolizy

Kotły pirolityczne o długim spalaniu zyskują coraz większą popularność, zwłaszcza na obszarach, gdzie nie ma dostępu do gazu

Działanie urządzenia opiera się na rozkładzie paliwa organicznego (drewna opałowego) w warunkach wysokiej temperatury i braku tlenu, a następnie spalaniu uwolnionych gazów pirolitycznych. Ponieważ proces można warunkowo podzielić na dwa etapy, do jego przepływu służy palenisko z dwoma przedziałami. Paliwo trafia do komory załadunkowej, która zaczyna się palić. Proces spalania płynnie przechodzi w rozkład termiczny ze względu na ograniczenie dostępu tlenu niezbędnego do spalania. Wysoka temperatura i niskie stężenie tlenu prowadzą do powstawania produktów rozkładu: koksu i gazu pirolitycznego. Ten ostatni, wchodząc do drugiej komory, ulega spalaniu już w warunkach dostępu powietrza wtórnego.Częściej jest zasilany na siłę za pomocą dmuchawy lub wyciągu dymu. Proces spalania odbywa się w temperaturach powyżej 1000 ° C. Z produktów spalania ciepło jest przekazywane do cieczy wypełniającej wymiennik ciepła. Końcowe gazowe produkty procesu odprowadzane są przez komin. Obecnie kotły pirolityczne o długim spalaniu są uważane za najbardziej wydajne i ekonomiczne urządzenia grzewcze. Złożona dwukomorowa konstrukcja kotła wyjaśnia jego wysoki koszt. Najwyższa spośród jednostek grzewczych sprawność pozwala uzyskać szybki zwrot z inwestycji w kocioł.

Rodzaje pirolizy suchej

Piroliza sucha jest jedną z najbardziej pożądanych w branży. Z jego pomocą uzyskuje się paliwo, różne związki chemiczne, a materiały nadające się do recyklingu stają się nieszkodliwe. Przy zastosowaniu różnych reżimów temperaturowych pirolizy uzyskuje się gazowe, ciekłe i stałe produkty spalania.

Rozgrzanie kotła do maksymalnej temperatury 5500 ºС jest traktowane jako tryb niskotemperaturowy. W takich temperaturach tworzenie się gazów praktycznie nie występuje. Praca ma na celu produkcję półkoksów (w przemyśle są one aktywnie wykorzystywane jako paliwo) oraz żywic, z których następnie wytwarzany jest sztuczny kauczuk.

Przebieg pirolizy w temperaturach od 550 do 9000 ºС jest uważany za niskotemperaturowy, ale w rzeczywistości, biorąc pod uwagę możliwości techniczne, należy do reżimu średniej temperatury. Jego użycie jest wskazane, gdy konieczne jest wytworzenie gazu pirolitycznego i osadów stałych. W tym przypadku surowiec może zawierać frakcje pochodzenia nieorganicznego.

Przebieg pirolizy w temperaturach powyżej 9000 ºС uważany jest za reakcję wysokotemperaturową. Praca kotła przy maksymalnej temperaturze 9000 ºC pozwala na uzyskanie materiałów stałych (koks, węgiel drzewny itp.) O małej zawartości wydzielanego gazu.

Destylacja w warunkach wyższej temperatury jest konieczna, aby otrzymać głównie substancje gazowe. Praktyczną zaletą reżimu wysokotemperaturowego jest to, że wytwarzane gazy można wykorzystać jako paliwo.

„Piroliza wysokotemperaturowa nie jest wybredna, jeśli chodzi o zawartość przetwarzanych surowców. Podczas korzystania z trybu niskiej temperatury należy przestrzegać wszystkich etapów przygotowania, w tym suszenia i sortowania. "

Piroliza. odniesienie

Rodzaje pirolizy

Piroliza oksydacyjna - proces termicznego rozkładu odpadów przemysłowych podczas ich częściowego spalania lub bezpośredniego kontaktu z produktami spalania paliw. Metoda ta ma zastosowanie do unieszkodliwiania wielu odpadów, w tym tych „niewygodnych” do spalania lub zgazowania: lepkich, pastowatych, wilgotnych osadów, tworzyw sztucznych, szlamów o dużej zawartości popiołu, gleby zanieczyszczonej olejem opałowym, olejami i innymi związkami oraz odpady mocno zakurzone.

Ponadto odpady zawierające metale i ich sole, które topią się i zapalają w normalnych temperaturach spalania, zużyte opony, pokruszone kable, złom samochodowy itp. Mogą ulec pirolizie oksydacyjnej.

Metoda pirolizy oksydacyjnej jest obiecującym kierunkiem eliminacji stałych odpadów przemysłowych i ścieków.

Piroliza sucha... Taka metoda termicznego unieszkodliwiania odpadów zapewnia ich wysoce efektywne unieszkodliwianie i wykorzystanie jako surowca paliwowego i chemicznego, co przyczynia się do tworzenia technologii niskoodpadowych i bezodpadowych oraz racjonalnego wykorzystania zasobów naturalnych.

Piroliza sucha to proces rozkładu termicznego bez tlenu. Rezultatem jest gaz pirolityczny o wysokiej wartości opałowej, ciekły produkt i stała pozostałość zawierająca węgiel. W zależności od temperatury, w której przebiega piroliza, różni się:

1. Piroliza w niskiej temperaturze lub półkoksowanie (450–550 ° C).Ten rodzaj pirolizy charakteryzuje się maksymalną wydajnością pozostałości ciekłych i stałych (półkoks) oraz minimalną wydajnością gazu pirolitycznego przy maksymalnym cieple spalania. Metoda nadaje się do produkcji pierwotnej żywicy - cennego paliwa płynnego oraz do przerobu niespełniających norm gumy na monomery, które są surowcem do wtórnego wytwarzania gumy. Półkoks może być używany jako paliwo energetyczne i domowe.

2. Piroliza w średniej temperaturze lub koksowanie średniotemperaturowe (do 800 ° C) daje więcej gazu o niższej wartości opałowej i mniej płynnej pozostałości i koksu.

3. Piroliza wysokotemperaturowa lub koksowanie (900–1050 ° C). Tutaj występuje minimalny uzysk produktów płynnych i stałych oraz maksymalna produkcja gazu o minimalnej wartości opałowej - paliwa wysokiej jakości, nadającego się do transportu na duże odległości. W rezultacie zmniejsza się ilość żywicy i zawartość w niej cennych lekkich frakcji.

Metoda pirolizy suchej staje się coraz bardziej rozpowszechniona i jest jedną z najbardziej obiecujących metod unieszkodliwiania stałych odpadów organicznych i wyodrębniania z nich cennych składników na obecnym etapie rozwoju nauki i techniki.

Piroliza węglowodorów

Proces pirolizy węglowodorów (800 900 ° C) (węglowodory gazowe, benzyna surowa, olej napędowy atmosferyczny) jest głównym źródłem produkcji etylenu i jednym z głównych źródeł do produkcji propylenu, diwinylu, benzenu oraz szeregu innych produktów. Proces pirolizy (krakowania) surowców naftowych i gazowych został opatentowany w 1877 roku przez rosyjskiego inżyniera chemika Aleksandra Aleksandrowicza Letniya.

Piroliza drewna

Podczas pirolizy drewna (450-500 ° C) powstaje szereg substancji, takich jak: węgiel drzewny, alkohol metylowy, kwas octowy, aceton, żywica itp. Rosja jest jednym z najbogatszych krajów leśnych. Dlatego w Rosji powstały i działały najlepsze na świecie szkoły pirolizy drewna. Ich wkład zyskał uznanie na całym świecie.

Odpady i piroliza odpadów

Istnieją projekty niszczenia odpadów domowych za pomocą pirolizy. Trudności z organizacją pirolizy opon, tworzyw sztucznych i innych odpadów organicznych wiążą się nie z samą technologią pirolizy, która nie różni się od technologii obróbki termicznej innych materiałów stałych.

Problem polega na tym, że większość odpadów zawiera fosfor, chlor i siarkę. Siarka i fosfor w postaci utlenionej są lotne i szkodzą środowisku. Chlor aktywnie reaguje z organicznymi produktami pirolizy, tworząc trwałe toksyczne związki (na przykład dioksyny).

Wychwytywanie tych związków z dymu nie jest tanie i ma swoją złożoność. Problem recyklingu zużytych opon samochodowych i nieużywanych produktów gumowych ma ogromne znaczenie ekologiczne i gospodarcze dla wszystkich rozwiniętych krajów świata. A niezastąpienie naturalnych surowców naftowych narzuca potrzebę wykorzystania surowców wtórnych z maksymalną wydajnością.

Opony i polimery są cennymi surowcami, w wyniku ich przetwarzania metodą pirolizy niskotemperaturowej (do 500 ° C) uzyskuje się ciekłe frakcje węglowodorowe (olej syntetyczny), pozostałości koksowe (sadza), kord stalowy oraz gaz palny. Jednocześnie spalenie 1 tony opon spowoduje uwolnienie do atmosfery 270 kg sadzy i 450 kg toksycznych gazów.

Zalety instalacji do pirolizy:

1. Osiąga się praktycznie całkowite wykorzystanie zasobów materiałowych i energetycznych odpadów stałych oraz autonomię energetyczną całego cyklu technologicznego.

2. Ponieważ rozkład termiczny zachodzi bez dostępu powietrza, nie ma warunków do tworzenia się toksycznych związków, takich jak dioksyny, furan, benzopiren itp.

3.Zamknięty obieg, zwartość wyposażenia i przyjazność dla środowiska decydują o możliwości ulokowania takiego przedsiębiorstwa w granicach dowolnego miasta.

4. Biorąc pod uwagę, że składnik mineralny MSW - ekologicznie czysty żużel po obróbce cieplnej - może być stosowany do robót drogowych, technologię tę można uznać za całkowicie bezodpadową.

5. Instalacje te pozwalają czerpać zyski ze sprzedaży wytworzonych produktów (para, energia elektryczna), w przeciwieństwie do funkcjonujących obecnie zakładów produkcyjnych, w których koszty eksploatacji znacznie przewyższają przychody ze sprzedaży, a rentowność przedsiębiorstw oparta jest o wpłaty z ludność zajmująca się przetwarzaniem odpadów.

W przypadku zakładów pirolizy nie ma potrzeby budowania struktur kapitałowych i wysokich kominów. Jednostki można montować pod baldachimem lub w lekkich hangarach na betonowej podstawie.

Materiał został przygotowany na podstawie informacji z RIA Novosti oraz otwartych źródeł

Piroliza odpadów stałych

Przyjazne dla środowiska przetwarzanie odpadów jest jednym z kluczowych obszarów stosowania pirolizy. Jednostki te mogą znacznie ograniczyć negatywny wpływ czynnika antropogenicznego na środowisko.

W procesie pirolizy rozkładają się substancje bioaktywne, metale ciężkie nie są topione. Po termicznym rozkładzie w kotłach pirolitycznych praktycznie nie ma nieodebranych odpadów, co pozwala znacznie zmniejszyć powierzchnię do ich dalszego składowania.

Czyli np. Spalając 1 tonę opon, zanieczyszczamy atmosferę 300 kg sadzy. Ponadto do powietrza zostaje uwolnionych około 500 kg toksycznych substancji. Recykling tego samego materiału w zakładach pirolizy pozwala na wykorzystanie gumy do celów energetycznych, pozyskiwanie surowców wtórnych do dalszej produkcji oraz znaczną redukcję szkodliwych emisji.

Zmniejszenie szkodliwego wpływu na środowisko jest możliwe dzięki wieloetapowemu systemowi przetwarzania. W procesie pirolizy odpady przechodzą cztery etapy utylizacji:

• wstępne suszenie;
• Pękanie;
• dopalanie pozostałości obróbki w atmosferze;
• oczyszczanie otrzymanych substancji gazowych w specjalnych absorberach.

Instalacje do pirolizy pozwalają na przetwarzanie odpadów:

• przedsiębiorstwa zajmujące się obróbką drewna;
• przemysł farmaceutyczny;
• przemysł motoryzacyjny;
• Inżynieria elektryczna.

Metoda pirolizy z powodzeniem radzi sobie z polimerami, odpadami ściekowymi i odpadami z gospodarstw domowych. Neguje wpływ na charakter produktów ropopochodnych. Doskonały do ​​usuwania odpadów organicznych.

Jedyną wadą jednostek pirolizy jest przetwarzanie surowców zawierających chlor, siarkę, fosfor i inne toksyczne chemikalia. Produkty półtrwania tych pierwiastków pod wpływem temperatury mogą łączyć się z innymi substancjami i tworzyć toksyczne stopy.

Istota kotła pirolitycznego

Taki kocioł do pirolizy nazywany jest również generatorem gazu. Istota pracy przy spalaniu pirolizy paliwa: pod wpływem wysokich temperatur iw warunkach braku tlenu paliwo stałe (węgiel brunatny, brykiety węglowe) rozkłada się na cząstki lotne. Okazuje się, że jest to tak zwany gaz pirolityczny. Wskaźniki temperatury dla urządzeń grzewczych 200-800 stopni. Ta reakcja chemiczna przyczynia się do lepszego nagrzania i wysuszenia paliwa w kotle, następuje ogrzewanie, które przebiega w kierunku spalania powietrza.

Figa. 2
Wysoka temperatura sprzyja mieszaniu się tlenu z emitowanym gazem pirolitycznym. W rezultacie gaz się pali. Energia cieplna jest wytwarzana ze spalanego gazu. Należy zauważyć, że gaz pirolityczny oddziałuje również z węglem aktywnym podczas jego spalania. Dlatego opuszczając kocioł, spaliny praktycznie nie zawierają szkodliwych składników. Są raczej mieszaniną dwutlenku węgla i pary wodnej. Powstały CO2 jest uwalniany do środowiska trzykrotnie mniej niż po eksploatacji konwencjonalnych emisji z kotłów na węgiel lub drewno.Jednostki te są uważane za przyjazne dla środowiska, nie zanieczyszczają środowiska.

Jednostki tego typu zasilane są paliwem węglowym i drzewnym. Jeśli użyjesz złej jakości surowego paliwa, grzejnik straci swoją moc nawet do 50%. Takie paliwo słabo się pali, dymi, mało nagrzewa i skraca żywotność kotła i komina.

Zalety jednostek pirolizy:

• moc regulowana od 30% do 100%;
• proces czyszczenia i konserwacji jest prosty;
• niskie zużycie paliwa;
• zapas paliwa dziennie tylko raz;
• duża ilość paliwa spala się jednocześnie;
• wykorzystanie surowego paliwa przez kocioł węglowy, którego wilgotność nie przekracza 20%.

Niedogodności:

• drogie urządzenie grzewcze;
• Potrzebujesz energii elektrycznej.

Każdy rodzaj paliwa spala się inaczej. Jeśli chodzi o paliwo węglowe, to paliwo brunatne spala się w ciągu 8 godzin, a paliwo czarne - w 10 godzin. W przypadku kotłów pirolitycznych możliwe są oszczędności, nawet biorąc pod uwagę takie wady, jak zapotrzebowanie na energię elektryczną, a nie niskie koszty. Do zasilania wentylatora potrzebna jest energia elektryczna, ale do działania potrzebuje on tylko 85 watów (tak jak zwykła żarówka). Jeśli jest to problem, generator diesla sobie z tym poradzi.

Piroliza drewna

Ta procedura jest również nazywana pękaniem drewna i pochodzi z Rosji. Prototyp nowoczesnej jednostki został wynaleziony przez nasze palniki na węgiel drzewny od niepamiętnych czasów. Aby uzyskać węgiel drzewny bez dostępu powietrza, podpalili drewno pod warstwą ziemi.

Dziś proces ten jest znacznie doskonalszy i przebiega w kilku etapach. Pękanie zaczyna się po podgrzaniu do 2000 ºС. Na tym etapie uwalnia się duża ilość tlenku węgla. Jeśli nadal będziesz go spalać w atmosferze, będziesz w stanie uzyskać ogromną ilość energii.

Następnie kocioł nagrzewa się do 5000 ºС. W tym reżimie temperaturowym otrzymuje się metanol, żywice, aceton i kwas octowy. Produkuje również twardy węgiel, lepiej znany jako węgiel drzewny.

Cechy pirolizy drewna

Taka piroliza to procedura spalania drewna bez obecności powietrza, przeprowadzana w temperaturze około 5000 stopni. Kwas octowy, aceton, metanol, a także żywica to cenne produkty otrzymywane w wyniku takiego oddziaływania. Osobliwością tej reakcji chemicznej jest to, że węgiel drzewny może być używany jako doskonałe paliwo do przyspieszania wielu interakcji chemicznych.

Taka piroliza to proces, który zaczyna zachodzić w temperaturze dwustu stopni Celsjusza, któremu towarzyszy reakcja z uwolnieniem mieszaniny tlenków węgla. Wraz z późniejszym spalaniem produktów w atmosferze tlenu atmosferycznego obserwuje się wzrost całkowitej wartości opałowej.

Piroliza drewna to osobna sekcja chemii, która zasługuje na szczegółowe rozważenie i zbadanie.