Revizuirea dezvoltării și aplicării tehnologiei pirolizei pentru prelucrarea deșeurilor

Descrierea procesului

Nevoia de echipamente ecologice pentru procesarea deșeurilor chimice a apărut în societatea noastră de mult timp. Primele cazane de piroliză au început să funcționeze la sfârșitul secolului al XIX-lea. Și crearea unităților moderne de piroliză a rezolvat mai multe probleme simultan:

• componentă ecologică;
• capacitatea de a acumula rezultatele arderii;
• beneficiu economic.

Cu toate acestea, aspectul economic al utilizării pirolizei este conceput pentru viitor. Piroliza este o plăcere destul de costisitoare. Este nevoie de echipament adecvat și personal special instruit.

Dar în funcțiune, plantele de piroliză sunt practic autonome. Unitățile necesită electricitate doar pentru a porni, funcționarea ulterioară a cazanului se efectuează în detrimentul resurselor produse în timpul procesului de ardere. În același timp, surplusul de energie generată și abur poate fi utilizat în scopuri interne, redirecționându-le către rețelele de utilități.

În Rusia, piroliza tocmai începe să câștige popularitate, în timp ce în Europa nici o singură întreprindere mare nu poate face fără unități de piroliză. Există destul de multe motive pentru o astfel de cerere de piroliză:

• o modalitate de procesare a deșeurilor și toate tipurile de poluare industrială fără deșeuri;
• nivelul de eficiență din piroliză este de 90%;
• posibilitatea de a obține noi compuși, materiale reciclabile;
• crearea de resurse de neînlocuit, cum ar fi uleiul sintetic;
• obținerea de hidrocarburi, acizi organici și alte elemente chimice;
• sursă de alimentare cu căldură pentru întreprinderi.

Pe baza alegerii materiilor prime pentru prelucrare, reacția de piroliză poate continua la diferite condiții de temperatură. Rezultatul final va diferi și în ceea ce privește compoziția elementelor chimice.

În funcție de temperatura de încălzire a cuptorului și de componentele suplimentare ale pirolizei, distilarea este de obicei împărțită în două tipuri: uscată și oxidativă.

Piroliza oxidativă

Acest tip de piroliză poate fi numit cel mai ecologic și productiv. Este folosit pentru prelucrarea materialelor reciclabile. Reacția are loc la temperaturi ridicate. De exemplu, în piroliza metanului, acesta se amestecă cu oxigenul, arderea parțială a substanței eliberează energie, care încălzește materia primă rămasă la o temperatură de 16.000 ºС.

Piroliza oxidativă este utilizată pentru neutralizarea deșeurilor industriale cu un conținut ridicat de ulei. Și, de asemenea, pentru prelucrarea plasticului, cauciucului și a altor materiale care nu se pretează descompunerii naturale în mediul natural.

„Piroliza oxidativă face posibilă prelucrarea materiilor prime de diferite consistențe. Inclusiv materiale în stare lichidă și gazoasă ”.

Principiul de funcționare al unui cazan de piroliză cu ardere lungă

Cazanele cu piroliză cu ardere îndelungată câștigă o popularitate considerabilă și mai ales în acele zone în care nu există acces la gaz

Funcționarea echipamentului se bazează pe descompunerea combustibilului organic (lemn de foc) în condiții de temperatură ridicată și lipsă de oxigen, urmată de arderea gazelor de piroliză eliberate. Deoarece procesul poate fi împărțit condiționat în două etape, se folosește un focar cu două compartimente pentru fluxul său. Combustibilul este plasat în camera de încărcare, care începe să ardă. Procesul de ardere se transformă ușor în descompunere termică datorită restricționării accesului la oxigen necesar arderii. Temperatura ridicată și concentrația scăzută de oxigen duc la formarea de produse de descompunere: cocs și gaz de piroliză. Acesta din urmă, intrând în a doua cameră, suferă o ardere deja în condițiile de acces al aerului secundar.Este furnizat mai des cu forța folosind un ventilator sau un aspirator de fum. Procesul de ardere are loc la temperaturi peste 1000 ° C. Din produsele de ardere, căldura este transferată în lichidul care umple schimbătorul de căldură. Produsele finale gazoase ale procesului sunt îndepărtate prin coș. Astăzi, cazanele cu piroliză cu ardere îndelungată sunt considerate cel mai eficient și mai economic echipament de încălzire. Designul complex cu două camere al cazanului explică costul ridicat al acestuia. Eficiența, care este cea mai mare dintre unitățile de încălzire, vă permite să obțineți o rambursare rapidă a cazanului.

Tipuri de piroliză uscată

Piroliza uscată este una dintre cele mai solicitate din industrie. Cu ajutorul său, combustibil, se obțin diferiți compuși chimici și materialele reciclabile sunt inofensive. Folosind diferite regimuri de temperatură ale pirolizei, se obțin produse de combustie gazoase, lichide și solide.

Încălzirea cazanului la o temperatură maximă de 5500 ºС este considerată un mod cu temperatură scăzută. La astfel de temperaturi, formarea gazelor nu are loc practic. Lucrarea vizează producerea de semi-cocsuri (în industrie sunt utilizate în mod activ ca combustibil) și rășini, din care se produce ulterior cauciuc artificial.

Cursul pirolizei la temperaturi cuprinse între 550 și 9000 ° C este considerat cu temperatură scăzută, dar, de fapt, având în vedere capacitățile tehnice, aparține regimului mediu de temperatură. Utilizarea acestuia este recomandabilă atunci când este necesar să se producă gaz de piroliză și sedimente solide. În acest caz, materia primă poate include fracțiuni de origine anorganică.

Cursul pirolizei la temperaturi peste 9000 ° C este considerat o reacție la temperaturi ridicate. Funcționarea cazanului la o temperatură maximă de 9000 ºC permite obținerea de materiale solide (cocs, cărbune etc.) cu o proporție redusă de gaz emis.

Distilarea utilizând condiții de temperatură mai ridicată este necesară pentru a obține substanțe predominant gazoase. Avantajul practic al regimului de temperatură ridicată este că gazele rezultate pot fi utilizate ca combustibil.

„Piroliza la temperaturi ridicate nu este dificilă în ceea ce privește conținutul de materii prime prelucrate. Când utilizați modul de temperatură scăzută, trebuie respectați toți pașii de pregătire, inclusiv uscarea și sortarea. "

Piroliza. referinţă

Tipuri de piroliză

Piroliza oxidativă - procesul de descompunere termică a deșeurilor industriale în timpul arderii lor parțiale sau a contactului direct cu produsele de ardere a combustibilului. Această metodă este aplicabilă pentru eliminarea multor deșeuri, inclusiv a celor „incomode” pentru incinerare sau gazeificare: deșeuri vâscoase, pastoase, sedimente umede, materiale plastice, nămol cu ​​un conținut ridicat de cenușă, sol contaminat cu păcură, uleiuri și alți compuși și deșeuri foarte prăfuite.

În plus, deșeurile care conțin metale și sărurile acestora, care se topesc și se aprind la temperaturi normale de ardere, anvelope uzate, cabluri zdrobite, resturi de mașini etc., pot suferi piroliză oxidativă.

Metoda pirolizei oxidative este o direcție promițătoare pentru eliminarea deșeurilor industriale solide și a apelor uzate.

Piroliza uscată... Această metodă de tratare termică a deșeurilor asigură neutralizarea și utilizarea lor extrem de eficiente ca combustibil și materii prime chimice, ceea ce contribuie la crearea de tehnologii cu deșeuri și non-deșeuri și la utilizarea rațională a resurselor naturale.

Piroliza uscată este un proces de descompunere termică fără oxigen. Rezultatul este un gaz de piroliză cu o putere calorică ridicată, un produs lichid și un reziduu carbonos solid. În funcție de temperatura la care se desfășoară piroliza, aceasta diferă:

1. Piroliza la temperatură scăzută sau semi-cocsificare (450-550 ° C).Acest tip de piroliză se caracterizează printr-un randament maxim de reziduuri lichide și solide (semi-cocs) și un randament minim de gaz de piroliză cu o căldură maximă de ardere. Metoda este potrivită pentru producția de rășină primară - un combustibil lichid valoros și pentru prelucrarea cauciucului necorespunzător în monomeri, care sunt materia primă pentru crearea secundară a cauciucului. Semi-cocsul poate fi folosit ca energie și combustibil de uz casnic.

2. Piroliza la temperatura medie sau cocsificarea la temperatură medie (până la 800 ° C) produce mai mult gaz cu putere calorică mai mică și mai puține reziduuri lichide și cocs.

3. Piroliza la temperaturi ridicate sau cocsificare (900-1050 ° C). Aici, există un randament minim de produse lichide și solide și o producție maximă de gaz cu o putere calorică minimă - un combustibil de înaltă calitate adecvat pentru transportul pe distanțe lungi. Ca urmare, cantitatea de rășină și conținutul de fracțiuni ușoare valoroase din ea sunt reduse.

Metoda pirolizei uscate devine din ce în ce mai răspândită și este una dintre cele mai promițătoare metode de eliminare a deșeurilor organice solide și izolarea componentelor valoroase din acestea în etapa actuală de dezvoltare a științei și tehnologiei.

Piroliza hidrocarburilor

Procesul de piroliză a hidrocarburilor (800 900 ° C) (hidrocarburi gazoase, benzină liniară, motorină atmosferică) este principala sursă de producție a etilenei și una dintre principalele surse pentru producerea de propilenă, divinil, benzen și un număr al altor produse. Procesul de piroliză (crăparea) materiilor prime din petrol și gaze a fost brevetat în 1877 de un inginer rus, chimistul Alexander Aleksandrovich Letniy.

Piroliza lemnului

În timpul pirolizei lemnului (450-500 ° C), se formează o serie de substanțe, cum ar fi: cărbune, alcool metilic, acid acetic, acetonă, rășină etc. Rusia este una dintre cele mai bogate țări din păduri. Prin urmare, cele mai bune școli de piroliză a lemnului din lume au fost formate și operate în Rusia. Contribuția lor a primit recunoaștere la nivel mondial.

Deșeurile și piroliza deșeurilor

Există proiecte pentru distrugerea deșeurilor menajere prin piroliză. Dificultățile legate de organizarea pirolizei anvelopelor, materialelor plastice și a altor deșeuri organice sunt asociate nu cu tehnologia pirolizei în sine, care nu diferă de tehnologia procesării termice a altor materiale solide.

Problema este că majoritatea deșeurilor conțin fosfor, clor și sulf. Sulful și fosforul sub formă oxidată sunt volatile și dăunează mediului. Clorul reacționează activ cu produsele organice de piroliză cu formarea de compuși toxici persistenți (de exemplu, dioxine).

Captarea acestor compuși din fum nu este ieftină și are propriile sale complexități. Problema reciclării anvelopelor de automobile uzate și a produselor din cauciuc scoase din funcțiune are o mare importanță ecologică și economică pentru toate țările dezvoltate ale lumii. Iar de neînlocuit al materiilor prime naturale din petrol dictează necesitatea utilizării resurselor secundare cu eficiență maximă.

Anvelopele și polimerii sunt materii prime valoroase, ca urmare a prelucrării lor prin piroliză la temperatură scăzută (până la 500 ° C), se obțin fracțiuni de hidrocarburi lichide (ulei sintetic), reziduuri de carbon (negru de fum), cablu de oțel și gaz combustibil. În același timp, dacă se arde 1 tonă de anvelope, 270 kg de funingine și 450 kg de gaze toxice vor fi eliberate în atmosferă.

Avantajele plantelor de piroliză:

1. Se realizează utilizarea practic completă a resurselor materiale și energetice a deșeurilor solide și autonomia energetică a întregului ciclu tehnologic.

2. Deoarece descompunerea termică are loc fără acces la aer, nu există condiții pentru formarea compușilor toxici precum dioxină, furan, benzopiren etc.

3.Circuitul închis, compactitatea echipamentelor și respectarea mediului determină posibilitatea plasării unei astfel de întreprinderi în limitele oricărui oraș.

4. Având în vedere că componenta minerală a RSM - zgură ecologică după tratamentul termic - poate fi utilizată pentru lucrări de drumuri, această tehnologie poate fi clasificată ca fiind complet non-deșeu.

5. Aceste instalații fac posibilă profitarea din vânzarea produselor fabricate (abur, electricitate), spre deosebire de instalațiile de producție care funcționează astăzi, unde costurile de funcționare depășesc semnificativ veniturile din vânzări, iar profitabilitatea întreprinderilor se bazează pe plăți de la populația pentru prelucrarea deșeurilor.

Pentru instalațiile de piroliză, nu este necesar să se construiască structuri de capital și coșuri de fum înalte. Unitățile pot fi montate sub o magazie sau în hangare ușoare pe o bază de beton.

Materialul a fost pregătit pe baza informațiilor de la RIA Novosti și a surselor deschise

Piroliza deșeurilor solide

Prelucrarea ecologică a deșeurilor este unul dintre domeniile cheie ale utilizării pirolizei. Aceste unități pot reduce semnificativ impactul negativ al factorului antropic pe mediu.

În procesul pirolizei se descompun substanțe bioactive, metalele grele nu sunt topite. După descompunerea termică în cazanele de piroliză, practic nu există deșeuri nerevendicate, ceea ce face posibilă reducerea semnificativă a zonei pentru depozitarea lor ulterioară.

De exemplu, arzând 1 tonă de anvelope, poluăm atmosfera cu 300 kg de funingine. În plus, aproximativ 500 kg de substanțe toxice sunt eliberate în aer. Reciclarea aceluiași material în instalațiile de piroliză permite utilizarea cauciucului în scopuri energetice, obținerea de materiale reciclabile pentru producția ulterioară și reducerea semnificativă a emisiilor dăunătoare.

Este posibil să se reducă efectul dăunător asupra mediului, datorită unui sistem de procesare în mai multe etape. În procesul de piroliză, deșeurile trec prin patru etape de eliminare:

• uscare inițială;
• cracare;
• arderea după rămășițe a procesării în atmosferă;
• purificarea substanțelor gazoase obținute în absorbante speciale.

Plantele de piroliză vă permit să prelucrați deșeurile:

• întreprinderi de prelucrare a lemnului;
• industria farmaceutica;
• industria auto;
• Inginerie Electrică.

Metoda pirolizei tratează cu succes polimerii, deșeurile de canalizare și deșeurile menajere. Neagă impactul asupra naturii produselor petroliere. Excelent pentru eliminarea deșeurilor organice.

Singurul dezavantaj al unităților de piroliză se găsește în procesarea materiilor prime care conțin clor, sulf, fosfor și alte substanțe chimice toxice. Produsele de înjumătățire ale acestor elemente sub influența temperaturii se pot combina cu alte substanțe și pot forma aliaje toxice.

Esența cazanului de piroliză

Un astfel de cazan de piroliză se mai numește și generator de gaz. Esența muncii în arderea combustibilului prin piroliză: sub influența temperaturilor ridicate și în condițiile lipsei de oxigen, combustibilul solid (cărbune brun, brichete din lemn de cărbune) se descompune în particule volatile. Se pare că așa-numitul gaz de piroliză. Indicatori de temperatură pentru echipamente de încălzire 200-800 grade. Această reacție chimică contribuie la o mai bună încălzire și uscare a combustibilului în cazan, se efectuează încălzirea, care merge în direcția arderii aerului.

Smochin. 2
Temperatura ridicată favorizează amestecarea oxigenului cu gazul de piroliză emis. Ca urmare, gazul arde. Energia termică este generată din gazul care arde. Trebuie remarcat faptul că gazul de piroliză interacționează și cu carbonul activ în timpul arderii sale. Prin urmare, ieșind din cazan, gazele de ardere nu au practic componente nocive. Mai degrabă, acestea sunt un amestec de dioxid de carbon și vapori de apă. CO2 rezultat este eliberat în mediu de trei ori mai puțin decât după funcționarea emisiilor convenționale de la cazanele pe cărbune sau pe lemn.Aceste unități sunt considerate ecologice, nu poluează mediul.

Unitățile de acest tip funcționează pe combustibil de cărbune și lemn. Dacă utilizați combustibil brut de calitate slabă, încălzitorul își va pierde puterea cu până la 50%. Un astfel de combustibil arde prost, fumează, se încălzește puțin și scurtează durata de viață a cazanului și a coșului de fum.

Avantajele unităților de piroliză:

• puterea este reglementată de la 30% la 100%;
• procesul de curățare și întreținere este simplu;
• consum redus de combustibil;
• alimentare cu combustibil pe zi o singură dată;
• o cantitate mare de combustibil arde simultan;
• utilizarea combustibilului brut de către un cazan pe cărbune, al cărui conținut de umiditate nu este mai mare de 20%.

Dezavantaje:

• dispozitiv de încălzire scump;
• nevoie de electricitate.

Fiecare tip de combustibil arde diferit. În ceea ce privește combustibilul pe cărbune, combustibilul brun arde în 8 ore, iar combustibilul negru - în 10 ore. Cu cazanele de piroliză, sunt posibile economii, chiar ținând seama de dezavantaje precum nevoia de energie electrică, nu costuri reduse. Este necesară electricitate pentru a alimenta ventilatorul, dar are nevoie doar de 85 de wați pentru a funcționa (la fel ca un bec obișnuit). Dacă aceasta este o problemă, atunci generatorul diesel se va ocupa de aceasta.

Piroliza lemnului

Această procedură se mai numește și crăparea lemnului și are originea în Rusia. Prototipul unității moderne a fost inventat de cărbunii noștri în timpuri imemoriale. Pentru a obține cărbune fără acces la aer, au aprins lemnul sub un strat de pământ.

Astăzi acest proces este mult mai perfect și are loc în mai multe etape. Crăparea începe atunci când este încălzită la 2000 ºС. În această etapă, se eliberează o cantitate mare de monoxid de carbon. Dacă continuați să-l ardeți în atmosferă, veți putea obține o cantitate imensă de energie.

Apoi, cazanul este încălzit până la 5000 ºС. În acest regim de temperatură, se obțin metanol, rășini, acetonă și acid acetic. De asemenea, produce carbon tare, mai bine cunoscut sub numele de cărbune.

Caracteristicile pirolizei lemnului

O astfel de piroliză este o procedură pentru arderea lemnului fără prezența aerului, efectuată la o temperatură de aproximativ 5000 de grade. Acidul acetic, acetonă, metanol și, de asemenea, rășina sunt produse valoroase obținute în cursul unei astfel de interacțiuni. Particularitatea acestei reacții chimice este că cărbunele poate fi folosit ca un combustibil excelent pentru a accelera multe interacțiuni chimice.

O astfel de piroliză este un proces care începe să aibă loc la două sute de grade Celsius, însoțit de o reacție cu eliberarea unui amestec de oxizi de carbon. Odată cu arderea ulterioară a produselor într-o atmosferă de oxigen atmosferic, se observă o creștere a puterii calorice totale.

Piroliza lemnului este o secțiune separată în chimie care merită o analiză și un studiu detaliat.