Способы утилизации отходов пиролиз

Пиролиз ТБО: Преимущества и недостатки

Процесс переработки твердых бытовых отходов под действием высоких температур без доступа кислорода называется пиролизом. Дословно переводится с латыни, как «разлагаю огнем». Процесс пиролиза ТБО заключается в расщеплении соединений, из которых образован утиль, до более простых веществ с низкой молекулярной массой.

Технология пиролиза

В конце процесса получают следующие продукты:

• смесь газов (горючих и негорючих), ее называют — пиролизный газ, синтез-газ, пиролитический газ;
• пиролитическое масло, служащее впоследствии топливом для печей или материалом для дальнейшей переработки;
• вода;
• пикарбон (уголь — твердый остаток, содержащий углерод).

Пиролиз любого вида проходит в 4 этапа:

1. Сушка сырья в сушильной камере.
2. Собственно пиролиз (перегонка).
3. Горение твердых компонентов.
4. Получение пиролитического масла, газа и углеродистого остатка.

Смотрите видео: Установка пиролиза. Всё об этом

Плюсы пиролиза

По сравнению со сжиганием мусора, пиролиз имеет серьезные преимущества. Главный фактор тот, что в окружающую среду не поступают продукты горения, не происходит загрязнение природы, не наносится вред здоровью людей.

Второй момент — сырьем служат твердые бытовые отходы. При этом важно, что таким способом перерабатывается мусор, который сложно утилизировать другими методами, например, автомобильные шины.

Продукты, получаемые в результате пиролиза, не содержат в себе агрессивных веществ. Их легко складировать даже под землей. Материалов образуется меньше, чем при обычном сжигании. Тяжелые металлы уходят в золу, а не восстанавливаются.

Такой способ утилизации практически безотходный, создающий цикличный механизм переработки твердых бытовых отходов. В конце процесса получают продукты, состав которых зависит от применяемого сырья и вида пиролиза.

Схема установки для пиролиза резиновой крошки

Минусы пиролиза

К недостаткам пиролиза относят:

• сложность печей;
• дороговизну оборудования;
• необходимость большого количества работников.

Список преимуществ перевешивает возможные недостатки метода.

Подробности о вывозе среднего количества утиля на одно физическое лицо можно узнать в статье Норматив вывоза ТБО на 1 человека .

Про общероссийский классификатор продукции по видам экономической деятельности, о том, как выбирают правильные коды, читайте статью: https://strazhchistoty.ru/waste/fcsc/okpd-2-vyvoz-tbo.html

О плотности твердых коммунальных отходов, влияющей на пространство для утилизации ТБО, узнавайте здесь .

Виды пиролиза

Несмотря на то, что оборудование для пиролиза дорогостоящее, а подготовка кадров также стоит денег, многие предприниматели рассматривают этот вид работ в качестве идеи для бизнеса.

Причины такой заинтересованности просты:

• метод эффективен из-за использования вторсырья и практически безотходен;
• вносится серьезный вклад в дело защиты окружающей природы;
• не испытывают дискомфорта жители территорий, прилегающих к перерабатывающему заводу.

Метод пиролиза появился еще в XIX веке. С тех пор он постоянно развивается. Энтузиасты искали все новые способы для разложения мусора.

При этом преследовались следующие цели:

1. Сохранение окружающей среды.
2. Создание возможностей для накопления продуктов пиролиза.
3. Уменьшение расходов на переработку.
4. Получение прибыли от процессов переработки мусора.

В результате исследований появилось два основных метода переработки: сухой и окислительный.

Для увеличения картинки нажмите на нее

Сухой метод пиролиза

Главный принцип способа — тщательное сохранение невосполнимых природных ресурсов.

С помощью этого метода:

• получают топливо;
• обезвреживают вторсырье;
• получают химические вещества, используемые в промышленности.

Работы ведут в диапазоне температур:

Процесс, протекающий при температуре от 450 до 550 градусов, называется низкотемпературным. При этом получают большое количество полукоксов, а также некоторое количество пиролизного газа.

Также на выходе получают смолы, идущие впоследствии на производство каучука. Коксы же используют в качестве топлива для бытовых и промышленных нужд.

Если температуру настраивают в режиме 800 градусов, то это будет среднетемпературный пиролиз. При таком варианте выделяется гораздо большее количество газа, меньше кокса и жидких смол, чем при низкотемпературном методе.

Смотрите видео: Установка непрерывного пиролиза отходов

Высокотемпературный пиролиз ТБО

Самым эффективным и экологически безопасным способом переработки ТБО остается высокотемпературный пиролиз.

При этом получают большой объем пиролизного газа, шлаки и продукты, которые с успехом применяются в промышленности и производстве.

Немаловажным достоинством метода является возможность переработки бытовых отходов без предварительной сортировки, обработки и сушки.

Проводится процесс высокотемпературного пиролиза по следующему алгоритму:

1. Путем индукционного сепарирования из поступившего на завод мусора отбирают крупногабаритные предметы.
2. Подготовленное утильсырье перерабатывают в газофикаторе и получают пиролизный газ. При этом выделяются побочные химические вещества: хлор, фтор и азот.
3. Очистка синтез-газа до безопасного для экологии состояния и увеличения его энергоемкости.
4. Охлаждение пиролизного газа и его отправка в скруббер, где он очищается от примесей — соединений серы, фтора, хлора и цианидов щелочными растворами.
5. Сжигание уже чистого синтез-газа в особых котлах-утилизаторах. При этом получают электроэнергию, пар или горячую воду.

Высокотемпературный пиролиз на данном этапе остается самым перспективным направлением утилизации мусора. При этом достигаются цели экологической безопасности и получения полезной вторичной продукции.

Газификация при воздействии высоких температур (от 850 до 1450 градусов) позволяет перерабатывать любые ТБО без сортировки, сушки и предварительной обработки.

Схема переработки изношенной авторезины методом пиролиза. Для увеличения картинки нажмите на нее

Продукты пиролиза ТБО

Продуктами пиролиза различных составляющих мусора являются:

• при пиролизе полимерных материалов на выходе получаются мазут, газ и зола. Из мазута впоследствии с помощью сложных технологий вырабатывают синтетическое топливо, которое после очистки применимо для работы двигателей внутреннего сгорания. Золу упаковывают в брикеты и применяют, как топливо;
• автомобильные покрышки утилизируются с получением газа, технического углерода и синтетической нефти. Синтетическую нефть очищают и получают замену природным нефтепродуктам. Технический углерод широко применяется в лакокрасочной промышленности, где его используют в качестве пигмента. Также он идет в ход при производстве резины и некоторых стройматериалов.

С помощью пиролиза есть возможность значительно сократить накопление ТБО на планете.

Источник

Пиролиз — технологии, оборудование и описание процесса

Пиролиз – это процесс распада органических и ряда неорганических соединений на молекулярном уровне. Он протекает под воздействием высоких температур, при условии полного отсутствия кислорода.

Описание процесса

Чтобы описать процесс пиролиза, для начала нужно разобраться с горением. Горение – это процесс быстрого окисления вещества. При этом каждые 2 атома водорода сочетается с 1 молекулой кислорода, а 1 атом углерода – с 2 частицами кислорода.

В результате образуется углекислый газ и вода. Последняя испаряется, поскольку при горении выделяется много тепловой энергии.

Технологический процесс можно описать следующим образом:

1. Топливо помещается в закрытый реактор.
2. Оно подогревается до температуры в 500 градусов.
3. Топливо распадается на углекислый газ, водород и твердый остаток.
4. Углекислый газ и водород выходят через специальный трубопровод, а остаток охлаждается.

Пиролиз используется для безопасной утилизации химических веществ, которые могут выделять токсичные соединения при горении.

Формула, заложенная в основу процесса пиролиза.

• практически безотходный процесс;
• КПД около 90%;
• возможность переработки твердого остатка;
• создание невосполнимых ресурсов, в том числе, синтетической нефти;
• получение углеводородов и органических кислот;
• выработка большого количества тепловой энергии.

Большинство видов опасного мусора нельзя сжигать, поскольку они загрязняют атмосферу. Пиролиз – это фактически бездымное горение, поэтому он подходит для утилизации любого мусора.

Условия для проведения

Температура пиролиза – от 200 до 900 градусов. При меньшей температуре процесс не будет активироваться. В качестве теплоносителя допустимо использовать электроэнергию или пиролизный газ.

Методы пиролиза

Выделяют несколько методов пиролиза. Они отличаются по способу нагрева, а также по сырью, подходящему для утилизации таким способом.

Сухой

Сухой пиролиз – это горение, которое протекает при условии полного отсутствия кислорода. Это позволяет полностью предотвратить окисление.

Принцип работы сухого пиролиза.

В процессе используются дегидратирующие средства. Пиролизные установки работают на электричестве.

Сухой пиролиз может протекать при разных температурных режимах:

Название	Температура
Полукоксование	До 550 градусов
Среднетемпературный	От 550 до 800 градусов
Высокотемпературный	От 800 градусов

Сухой метод пиролиза подходит для переработки углеводородных отходов. Твердый остаток, получаемый в процессе, может использоваться в качестве вторсырья для химической промышленности.

Окислительный

Окислительный пиролиз – это самый экологически чистый метод. Сырье в установках нагревается до 900 градусов. Сжигание происходит под воздействием горячих дымовых газов, являющихся катализатором реакции.

Вещество начинает сгорать и выделять тепловую энергию. В результате твердый остаток нагревается до температуры в 16 тысяч градусов.

Современный подход

Помимо вышеописанных, в промышленности используется несколько современных методов утилизации.

1. Каталитический низкотемпературный. Пиролиз происходит при воздействии низких температур – до 200 градусов. Реакция проходит под воздействием катализаторов. В результате сырье распадается на твердый остаток, который по эксплуатационным качествам превосходит вторсырье.
2. Инициированный. Используется для обработки углеводородов. В реакции используются так называемые «инициаторы». Благодаря этому количество твердого и жидкого остатка увеличивается.
3. Термоконтактный. Катализатором реакции выступает расплавленный металл, частички нагретого огнеупорного материала. В результате образуется большое количество тепловой энергии, появляется меньше кокса.
4. Гидропиролизный. Проводится под воздействием высоких температур в 900 градусов, а также воды, которая подается под давлением в 100 бар. Вместо кокса выделяется больше углеводородов и смолы.

Схема современного технического решения по переработке ТБО.

Современные методы пиролиза эффективнее, экологически чище и приносят больше пользы.

Продукты пиролиза

Пиролизная смола активно используется в химической промышленности.

Продуктами пиролиза могут выступать:

• бензин;
• дизельное топливо;
• синтетический газ;
• древесный уголь.

Твердый остаток может использоваться в качестве вторсырья на перерабатывающих предприятиях. Пиролизный газ и тепловая энергия активно используется в промышленности, а также в быту, выступая заменой электрификации и газификации участка.

Типы установок

Установки, вырабатывающие пирогаз, делятся на бытовые и промышленные. Бытовые обладают сравнительно небольшими размерами.

Пиролизные установки различаются по следующим параметрам:

1. производительность;
2. вес;
3. габариты;
4. мощность;
5. источник энергии;
6. количество уровней.

В быту используются небольшие и малогабаритные установки, однако даже они способны обеспечить тепловой энергией участок небольших размеров.

Виды по типу сжигаемого материала

Все установки также отличаются по типу перерабатываемого сырья. Где-то используется гидропиролиз, где-то – сухой метод.

Пиролиз ТБО

Безопасная переработка мусора, в процессе которой не выделяются вредные соединения, — одна из главных задач экологии. Пиролиз помогает значительно сократить агрессивное воздействие ТБО на окружающую среду. При этом в процессе утилизации появляется твердый остаток, который можно использовать в качестве вторсырья.

В установках можно перерабатывать отходы:

• деревообрабатывающей промышленности;
• электротехники;
• автопрома;
• фармацептической промышленности.

В процессе утилизации не образуется тяжелых металлов, только биоразлагаемые и безопасные материалы.

Пиролиз метана

Утилизация метана проходит на разных температурных режимах. Сначала под воздействием высоких температур газ распадается на ацетилен. Однако это бесполезно и не имеет никакого экономического оправдания.

После этого в установку добавляют активированный уголь, утилизация проходит на низких температурах. В результате начинается реакция тримеризации.

Пиролиз древесины

Другое название – древесный крекинг. Обработка проходит при температуре в 2 тысячи градусов. В результате вырабатывается большое количество оксида углерода, а также тепловая энергия.

После этого пиролизная установка разогревается до 5 тысяч градусов. В результате вырабатывается метанол, смола, ацетон и уксусная кислота. Помимо этого образовывается древесный уголь.

Использование в быту

Пиролиз углеводородов нашел широкое применение в быту. Установки используют для выработки дешевой тепловой энергии.

Пиролизные котлы

Пиролизные котлы с естественной подачей кислорода – это тепловые установки с высоким коэффициентом полезного действия. В качестве источника используется древесина, а также выделяемый в процессе древесный газ.

Сравнение обычного твердотопливного котла и пиролизного.

Бытовая установка состоит из двух камер сгорания. В первой древесина преобразуется в газ под воздействием высоких температур. Во второй камере оказываются трудно сгораемые остатки.

Они утилизируются при температуре свыше 1 тысячи градусов, вырабатывая тепловую энергию.

Очистка духового шкафа

Простые пиролизные установки используются в процессе самоочистки в современных шкафах.

Под воздействием высоких температур грязь и налипший жир карбонизируется. Процесс занимает до четырех часов.

После этого образовывается пепел, который легко стирается обычной тряпкой или губкой.

Получение древесного угля

Бытовые установки используются также для получения древесного угля. В специальных установках утилизируется древесина лиственных или хвойных пород. В процессе появляются уголь, смола и газ.

Переработка происходит в 2 этапа. Для начала при температуре в 300 градусов начинается выработка большого количества тепловой энергии. Затем, при 500 градусах, образуется твердый остаток – древесный уголь.

Промышленный пиролиз

Пиролизные установки активно применяются в промышленности.

Они могут использоваться для:

• переработки отходов промышленности;
• переработки ТБО;
• получения углеводородов;
• переработки метана;
• получения древесного угля.

Технологическое оформление

Переработка сырья в промышленных пиролизных установках проходит на нескольких этапах.

Оборудование состоит из нескольких узлов:

1. Пиролиза. Состоит из нескольких печей, где и происходит непосредственная переработка.
2. Разделения продуктов. Продукты пиролиза делятся на воду, смолы и пиролизный газ.
3. Компримирования. Пирогаз сжимается под высоким давлением.
4. Осушки. Из продуктов пиролиза удаляется воды.
5. Глубокое охлаждение. Пирогаз охлаждается до низкой температуры.

Сырьевая база

Сырье пиролиза в европейских странах и в России отличается по составу.

Процентное соотношение в мире следующее:

Процентное соотношение	Сырьё
27%	Этан
14%	Бутан
53%	Нафта
5%	Керосино-газойлевые фракции

В России сырьем также выступают легкие углеводороды широкой фракции, а керосино-газойлевое сырье не используется. При этом их доля постоянно увеличивается, в связи с растущими объемами добычи нефти.

Производство низших олефинов

Не так давно был опубликован рейтинг стран по производству низших олефинов.

1. Америка – мощность в 27 тысяч в год.
2. Япония – 7 тысяч в год.
3. Саудовская Аравия – 5,6 тысяч в год.
4. Корея – 5,4 тысяч в год.
5. Германия – 5,4 тысячи в год.
6. Канада – 5,3 тысячи в год.
7. Китай – 4,9 тысяч в год.
8. Нидерланды – 3,9 тысяч в год.
9. Франция – 3,4 тысячи в год.
10. Россия – 2,8 тысяч в год.

Из этого можно сделать вывод, что пиролизные установки в промышленности России пока не получили должного распространения.

Технологическая схема

Пиролизное горение проходит по сложной технологической схеме.

Пример схемы пиролизной установки.

Предварительный подогрев

На этом этапе сырье нагревают, после чего смешивают с водяным паром, добиваясь концентрации в 0,5.

Наличие водяного пара позволяет избежать обратной реакции. После этого сырье подогревают до 500 градусов.

Печь пиролиза

Реакция происходит в змеевиках пиролизной печи на протяжении примерно 0,6 секунд.

Схема работы печи пиролиза.

Обработка происходит под воздействием высоких температур в 800 градусов, что позволяет увеличить выработку олефинов.

Блок захолаживания

Захолаживание происходит при помощи воды, а также жидкой части продукта С9+.

Способ охлаждения исходного газа.

Так называемый квенчинг подразумевает подачу охлажденного сырья в холодные продукты горения, благодаря чему реакция пиролиза моментально останавливается.

Блок фракционирования

Газ попадает в блок фракционирования. Тяжелые компоненты выходят из куба колоны.

Легкие охлаждаются, после чего разделяются на газ и жидкость. После этого газ сжижается, охлаждается и подается в деметанизатор.

Деметанизатор

На этом этапе из смеси выделяются углеводородные компоненты или бензин. Неконденсированный газ используется в качестве топлива, а также для захолаживания сырья.

Остальной газ подается в деэтанизатор.

Деэтанизатор

На этом этапе технологического процесса ацетилен превращается в этилен.

Блок колонны деэтанизатора.

После этого смесь компонентов С2 разделяется в ректификационной колоне.

Депропанизатор

На этом этапе металацетилен превращается в пропилен.

Схематическое изображение работы блока депропанизатора.

После этого он также подается в ректификационную колону.

Дебутанизатор

Дистилят смешивается с газами и используется в качестве топлива для печи. Тяжелые углеводороды отправляются на разделение.

Колонны разделения фракций

На последнем этапе тяжелые углеводороды разделяются на ароматические. Выделяется этилен, пропилен.

Перспективы применения

Пиролиз – это экологически чистый способ переработки мусора, в том числе промышленных отходов. При использовании пиролизных установок в атмосферу не выделяются токсические соединения.

Кроме того, в процессе образуется вторсырье, а также дешевая тепловая энергия.

Источник