Granskning av utvecklingen och tillämpningen av pyrolysteknik för avfallshantering

Metodbeskrivning

Behovet av miljövänlig utrustning för bearbetning av kemiskt avfall har uppstått i vårt samhälle under lång tid. De första pyrolyspannorna började springa i slutet av 1800-talet. Och skapandet av moderna pyrolysenheter löste flera problem samtidigt:

• ekologisk komponent;
• förmågan att ackumulera förbränningsresultaten;
• ekonomisk nytta.

Den ekonomiska aspekten av användningen av pyrolys är dock utformad för framtiden. Pyrolys är ett ganska dyrt nöje. Det kräver lämplig utrustning och specialutbildad personal.

Men under drift är pyrolysanläggningarna praktiskt taget autonoma. Enheterna behöver endast elektricitet för att starta; ytterligare drift av pannan utförs på bekostnad av de resurser som produceras under förbränningsprocessen. Samtidigt kan överskottet av genererad energi och ånga användas för hushållsändamål och omdirigeras till elnät.

I Ryssland har pyrolys precis börjat bli populär, medan i Europa inte ett enda stort företag klarar sig utan pyrolysenheter. Det finns en hel del anledningar till ett sådant krav på pyrolys:

• ett avfallsfritt sätt att bearbeta avfall och alla typer av industriföroreningar;
• effektivitetsnivån från pyrolys är 90%;
• möjligheten att erhålla nya föreningar, återvinningsbara material;
• skapandet av oersättliga resurser såsom syntetisk olja;
• erhållande av kolväten, organiska syror och andra kemiska element;
• värmekälla för företag.

Baserat på valet av råmaterial för bearbetning kan pyrolysreaktionen fortsätta vid olika temperaturförhållanden. Slutresultatet kommer också att skilja sig åt i sammansättningen av kemiska element.

Beroende på ugnens uppvärmningstemperatur och de ytterligare pyrolyskomponenterna delas destillationen vanligtvis i två typer: torr och oxidativ.

Oxidativ pyrolys

Denna typ av pyrolys kan kallas den mest miljövänliga och produktiva. Det används för att bearbeta återvinningsbara material. Reaktionen äger rum vid höga temperaturer. Till exempel, i pyrolysen av metan blandas det med syre, den partiella förbränningen av ämnet frigör energi, vilket värmer kvarvarande råmaterial till en temperatur av 16.000 ºС.

Oxidativ pyrolys används för att neutralisera industriavfall med hög oljehalt. Och även för bearbetning av plast, gummi och andra material som inte lämpar sig för naturlig nedbrytning i den naturliga miljön.

”Oxidativ pyrolys gör det möjligt att bearbeta råvaror med olika konsistenser. Inklusive material i flytande och gasformigt tillstånd.

Principen för drift av en långbrinnande pyrolyspanna

Långbrinnande pyrolyspannor vinner stor popularitet, och särskilt i de områden där det inte finns tillgång till gas

Driften av utrustningen baseras på nedbrytning av organiskt bränsle (ved) under förhållanden med hög temperatur och syrebrist, följt av förbränning av de frisatta pyrolysgaserna. Eftersom processen kan delas upp i två steg används en eldstuga med två fack för dess flöde. Bränsle placeras i lastkammaren och börjar brinna. Förbränningsprocessen förvandlas smidigt till termisk nedbrytning på grund av begränsningen av åtkomst av syre som är nödvändigt för förbränning. Hög temperatur och låg syrekoncentration leder till bildning av sönderdelningsprodukter: koks och pyrolysgas. Den senare, som går in i den andra kammaren, genomgår förbränning redan under förutsättningarna för sekundärlufts åtkomst.Den levereras oftare med kraft med en fläkt eller en rökavgasare. Förbränningsprocessen äger rum vid temperaturer över 1000 ° C. Från förbränningsprodukterna överförs värme till vätskan som fyller värmeväxlaren. De sista gasformiga produkterna i processen avlägsnas genom skorstenen. Idag anses långvariga pyrolyspannor vara den mest effektiva och ekonomiska uppvärmningsutrustningen. Pannans komplexa tvåkammarutformning förklarar dess höga kostnad. Effektiviteten, som är den högsta bland värmeenheter, gör att du snabbt kan få tillbaka pannan.

Typer av torr pyrolys

Torr pyrolys är en av de mest efterfrågade i branschen. Med hjälp, bränsle, olika kemiska föreningar erhålls och återvinningsbara material görs ofarliga. Med användning av olika temperaturregimer för pyrolys erhålls gas, flytande och fasta förbränningsprodukter.

Uppvärmning av pannan till en maximal temperatur på 5500 ºС anses vara ett lågtemperaturläge. Vid sådana temperaturer sker bildandet av gaser praktiskt taget inte. Arbetet är inriktat på produktion av halvkoks (inom industrin används de aktivt som bränsle) och hartser, från vilka konstgjord gummi därefter framställs.

Pyrolysförloppet vid temperaturer från 550 till 9000 ºС anses vara lågtemperatur, men faktiskt, med tanke på de tekniska förmågorna, tillhör det den genomsnittliga temperaturregimen. Användningen rekommenderas när det är nödvändigt att producera pyrolysgas och fasta sediment. I detta fall kan råmaterialet innefatta fraktioner av oorganiskt ursprung.

Pyrolysförloppet vid temperaturer över 9000 ° C betraktas som en högtemperaturreaktion. Drift av pannan vid en maximal temperatur på 9000 ºC gör det möjligt att erhålla fasta material (koks, kol, etc.) med en låg andel utsläppt gas.

Destillation med användning av förhållanden med högre temperatur är nödvändig för att erhålla övervägande gasformiga ämnen. Den praktiska fördelen med högtemperaturregimen är att de producerade gaserna kan användas som bränsle.

”Pyrolys vid hög temperatur är inte kräsen när det gäller innehållet i bearbetade råvaror. När du använder lågtemperaturläget måste alla förberedelsesteg följas, inklusive torkning och sortering. "

Pyrolys. referens

Pyrolystyper

Oxidativ pyrolys - processen för termisk nedbrytning av industriavfall under partiell förbränning eller direktkontakt med produkterna från bränsleförbränning. Denna metod är tillämplig för bortskaffande av många avfall, inklusive de som är "obekväma" för förbränning eller förgasning: visköst, klibbigt avfall, våta sediment, plast, slam med hög askhalt, jord förorenad med eldningsolja, oljor och andra föreningar, och mycket dammigt avfall.

Dessutom kan avfall som innehåller metaller och deras salter, som smälter och antänds vid normala förbränningstemperaturer, avfallsdäck, krossade kablar, bilskrot etc. genomgå oxidativ pyrolys.

Metoden för oxidativ pyrolys är en lovande riktning för eliminering av fast industriavfall och avloppsvatten.

Torr pyrolys... Denna metod för termisk behandling av avfall säkerställer deras mycket effektiva neutralisering och användning som bränsle och kemiska råvaror, vilket bidrar till skapandet av lågavfalls- och icke-avfallsteknologi och en rationell användning av naturresurser.

Torr pyrolys är en termisk nedbrytningsprocess utan syre. Resultatet är en pyrolysgas med högt värmevärde, en flytande produkt och en fast kolhaltig rest. Beroende på temperaturen vid vilken pyrolysen fortsätter skiljer den sig:

1. Pyrolys vid låg temperatur eller halvkoksning (450–550 ° C).Denna typ av pyrolys kännetecknas av ett maximalt utbyte av flytande och fasta (halvkoks) rester och ett minimalt utbyte av pyrolysgas med maximal förbränningsvärme. Metoden är lämplig för produktion av primärharts - ett värdefullt flytande bränsle och för bearbetning av undermåligt gummi till monomerer, som är råmaterialet för sekundär skapande av gummi. Halvkoks kan användas som energi och hushållsbränsle.

2. Medeltemperatur pyrolys eller medeltemperaturkoksning (upp till 800 ° C) ger mer gas med lägre värmevärde och mindre vätskerester och koks.

3. Pyrolys vid hög temperatur eller koksning (900–1050 ° C). Här finns det ett minimiutbyte av flytande och fasta produkter och en maximal produktion av gas med ett lägsta värmevärde - ett högkvalitativt bränsle som är lämpligt för långväga transporter. Som ett resultat reduceras mängden harts och halten av värdefulla ljusfraktioner i den.

Metoden för torr pyrolys blir mer och mer utbredd och är en av de mest lovande metoderna för bortskaffande av fast organiskt avfall och isolering av värdefulla komponenter från dem i det nuvarande utvecklingsstadiet för vetenskap och teknik.

Kolvätepyrolys

Processen med pyrolys av kolväten (800 900 ° C) (gaskolväten, rakdriven bensin, atmosfärisk gasolja) är den huvudsakliga källan för etenproduktion och en av de viktigaste källorna för produktion av propylen, divinyl, bensen och ett antal av andra produkter. Processen med pyrolys (krackning) av olje- och gasråvaror patenterades 1877 av en rysk ingenjör, kemist Alexander Aleksandrovich Letniy.

Träpyrolys

Under pyrolysen av trä (450-500 ° C) bildas ett antal ämnen, såsom: kol, metylalkohol, ättiksyra, aceton, harts etc. Ryssland är ett av de rikaste länderna i skogarna. Därför bildades och drivs världens bästa träpyrolysskolor i Ryssland. Deras bidrag har fått världsomspännande erkännande.

Avfall och avfallspyrolys

Det finns projekt för destruktion av hushållsavfall med pyrolys. Svårigheter med organisationen av pyrolys av däck, plast och annat organiskt avfall är inte förknippade med själva pyrolystekniken, som inte skiljer sig från tekniken för värmebehandling av andra fasta material.

Problemet är att det mesta avfallet innehåller fosfor, klor och svavel. Svavel och fosfor i oxiderad form är flyktiga och skadar miljön. Klor reagerar aktivt med organiska pyrolysprodukter med bildandet av ihållande giftiga föreningar (till exempel dioxiner).

Att fånga dessa föreningar från rök är inte billigt och har sina egna komplexiteter. Problemet med återvinning av slitna bildäck och gummiprodukter som är ur drift är av stor ekologisk och ekonomisk betydelse för alla utvecklade länder i världen. Och den olämpliga ersättningen av naturliga petroleumråvaror dikterar behovet av att använda sekundära resurser med maximal effektivitet.

Däck och polymerer är värdefulla råvaror, som ett resultat av deras bearbetning genom pyrolys vid låg temperatur (upp till 500 ° C), flytande kolvätefraktioner (syntetisk olja), kolrester (kolsvart), stålkabel och brännbar gas erhålls. Samtidigt, om 1 ton däck bränns, kommer 270 kg sot och 450 kg giftiga gaser att släppas ut i atmosfären.

Fördelar med pyrolysanläggningar:

1. Praktiskt taget fullständigt utnyttjande av material och energiresurser för fast avfall och energiautonomi under hela den tekniska cykeln uppnås.

2. Eftersom termisk sönderdelning sker utan tillträde till luft finns det inga förutsättningar för bildning av giftiga föreningar som dioxin, furan, bensopyren etc.

3.Den slutna kretsen, utrustningens kompaktitet och miljövänlighet bestämmer möjligheten att placera ett sådant företag inom gränserna för vilken stad som helst.

4. Med tanke på att mineralkomponenten i MSW - ekologiskt ren slagg efter värmebehandling - kan användas för vägarbeten, kan denna teknik klassificeras som helt avfallsfri.

5. Dessa installationer gör det möjligt att tjäna på försäljning av tillverkade produkter (ånga, el), till skillnad från de produktionsanläggningar som idag är verksamma, där driftskostnaderna väsentligt överstiger försäljningsintäkterna och företagens lönsamhet baseras på betalningar från befolkningen för avfallshantering.

För pyrolysanläggningar finns det inget behov av att bygga kapitalstrukturer och höga skorstenar. Enheterna kan monteras under en baldakin eller i lätta hangarer på en betongbas.

Materialet bereddes på grundval av information från RIA Novosti och öppna källor

Pyrolys av fast avfall

Miljövänlig avfallshantering är ett av de viktigaste områdena för pyrolysanvändning. Dessa enheter kan avsevärt minska den antropogena faktorens negativa påverkan på miljön.

Vid pyrolys sönderdelas bioaktiva ämnen, tungmetaller smälts inte. Efter termisk sönderdelning i pyrolyspannor finns det praktiskt taget inget avfall utan avfall, vilket gör det möjligt att avsevärt minska ytan för ytterligare lagring.

Så till exempel när vi bränner 1 ton däck förorenar vi atmosfären med 300 kg sot. Dessutom släpps cirka 500 kg giftiga ämnen ut i luften. Återvinning av samma material i pyrolysanläggningar gör det möjligt att använda gummi för energisyfte, få återvinningsbara material för vidare produktion och avsevärt minska skadliga utsläpp.

Det är möjligt att minska den skadliga miljöpåverkan tack vare ett flerstegsbehandlingssystem. I pyrolysprocessen går avfall genom fyra avfallshanteringssteg:

• initial torkning;
• krackning;
• efterförbränning av resterna av bearbetning i atmosfären;
• rening av de erhållna gasformiga ämnena i speciella absorberare.

Med pyrolysanläggningar kan du bearbeta avfall:

• träbearbetningsföretag;
• läkemedelsindustri;
• bilindustri;
• elektroteknik.

Pyrolysmetoden hanterar framgångsrikt polymerer, avloppsavfall och hushållsavfall. Negerar inverkan på petroleumprodukternas natur. Perfekt för bortskaffande av organiskt avfall.

Den enda nackdelen med pyrolysenheter finns vid bearbetning av råvaror som innehåller klor, svavel, fosfor och andra giftiga kemikalier. Halveringstidsprodukterna för dessa element under påverkan av temperatur kan kombineras med andra ämnen och bilda giftiga legeringar.

Kärnan i pyrolyspannan

En sådan pyrolyspanna kallas också en gasgenerator. Kärnan i arbetet vid pyrolysbränsleförbränning: under påverkan av höga temperaturer och under förhållanden med syrebrist sönderdelas fast bränsle (brunkol, kolbriketter) till flyktiga partiklar. Det visar sig den så kallade pyrolysgasen. Temperaturindikatorer för värmeutrustning 200-800 grader. Denna kemiska reaktion bidrar till bättre uppvärmning och torkning av bränsle i pannan, uppvärmning utförs som går i riktning mot luftförbränning.

Fikon. 2
Den höga temperaturen främjar blandningen av syre med den emitterade pyrolysgasen. Som ett resultat brinner gasen. Värmeenergi genereras från den brinnande gasen. Det bör noteras att pyrolysgas också interagerar med aktivt kol under dess förbränning. Därför lämnar rökgaserna praktiskt taget inga skadliga komponenter när de lämnar pannan. Snarare är de en blandning av koldioxid och vattenånga. Den resulterande koldioxiden släpps ut i miljön på tre gånger mindre än efter driften av konventionella utsläpp från kol eller vedpannor.Dessa enheter anses vara miljövänliga, förorenar inte miljön.

Enheter av denna typ drivs på kol och ved. Om du använder råbränsle av dålig kvalitet tappar värmaren sin effekt upp till 50%. Sådant bränsle brinner dåligt, röker, värmer lite och förkortar pannans och skorstenens livslängd.

Fördelar med pyrolysenheter:

• effekt regleras från 30% till 100%;
• rengörings- och underhållsprocessen är enkel;
• låg bränsleförbrukning
• bränsletillförsel per dag bara en gång;
• en stor mängd bränsle brinner tillsammans på en gång;
• användningen av råbränsle av en kolpanna vars fuktinnehåll inte är högre än 20%.

Nackdelar:

• dyr uppvärmningsanordning;
• behöver el.

Varje typ av bränsle brinner olika. När det gäller kolbränsle brinner brunt bränsle på 8 timmar och svart bränsle på 10 timmar. Med pyrolyspannor är besparingar möjliga, även med hänsyn till nackdelar som behovet av el, inte låg kostnad. Elektricitet behövs för att driva fläkten, men den behöver bara 85 watt för att gå (precis som en vanlig glödlampa). Om detta är ett problem kommer dieselgeneratorn att hantera det.

Träpyrolys

Denna procedur kallas också träsprickbildning och den har sitt ursprung i Ryssland. Prototypen på den moderna enheten uppfanns av våra kolbrännare i urminnes tider. För att få träkol utan tillgång till luft antändde de trä under ett jordlager.

Idag är denna process mycket mer perfekt och sker i flera steg. Sprickbildning börjar vid uppvärmning till 2000 ºС. I detta skede frigörs en stor mängd kolmonoxid. Om du fortsätter att bränna den i atmosfären kommer du att kunna få en enorm mängd energi.

Sedan värms pannan upp till 5000 ºС. I detta temperaturregime erhålles metanol, hartser, aceton och ättiksyra. Det producerar också hårt kol, bättre känt som kol.

Funktioner i träpyrolys

Sådan pyrolys är ett förfarande för förbränning av virke utan närvaro av luft, utfört vid en temperatur av cirka 5000 grader. Ättiksyra, aceton, metanol och även harts är värdefulla produkter erhållna under sådan interaktion. Det speciella med denna kemiska reaktion är att kol kan användas som ett utmärkt bränsle för att påskynda många kemiska interaktioner.

Sådan pyrolys är en process som börjar inträffa vid två hundra grader Celsius, åtföljd av en reaktion med frisättningen av en blandning av koloxider. Med den efterföljande förbränningen av produkter i en atmosfär av atmosfäriskt syre observeras en ökning av det totala värmevärdet.

Träpyrolys är ett separat avsnitt inom kemi som förtjänar detaljerad övervägande och studie.