Меню Рубрики

Установки уничтожения методом пиролиза

Пиролиз: что это такое, его виды, сферы применение, описание процесса

Пиролитическое разложение, или пиролиз — это термохимический процесс распада органических и ряда неорганических соединений. Под воздействием высоких температур связи в больших молекулах разрываются, и образуются молекулы меньшего размера. В отличие от газификации и горения процесс протекает при отсутствии кислорода. Однако при распаде соединений с высоким содержанием O2 происходят реакции с участием кислородных атомов.

Методы пиролиза

Существует два основных метода: сухой и окислительный, которые используются для утилизации разных видов сырья и отличаются по способу нагрева.

Сухой метод

Пиролиз протекает без доступа кислорода, чтобы предотвратить горение или окисление. При необходимости добавляют дегидрирующие или дегидратирующие средства. Емкости с сырьем нагреваются снаружи. Лабораторные установки оборудованы системами электрического теплоснабжения.

Различают три температурных режима:

  • низкотемпературный, или полукоксование (до 550 °C)
  • среднетемпературный (550-800 °C);
  • высокотемпературный, или коксование (выше 800 °C).

Окислительный метод

Пиролизуемое сырье нагревается до 600-900 °C путем подачи в закрытый контейнер горячих дымовых газов или частично сжигается. Окислительный метод пиролиза применяется для уничтожения твердых отходов промышленных предприятий и сточных вод, переработки пластика, резины и других материалов, которые нельзя сжигать или газифицировать.

Современные методы

  1. Каталитический низкотемпературный пиролиз. Новая технология переработки волокнистых композиционных материалов на основе смол, которую американская компания Adherent Technologies разрабатывает для получения углеродных волокон. Используется катализаторы и температура ниже 200 °C, поэтому вторичные волокна не распадаются и мало уступают по качеству первичным.
  2. Инициированный пиролиз. Разработан для переработки углеводородного сырья. При использовании определенных веществ (инициаторов) увеличивается выход конечных продуктов. Например, участие в реакциях галогенсодержащих и пероксидных соединений приводит к образованию большего количества этилена и пропилена.
  3. Термоконтактный пиролиз. Углеводороды сырья вступают в прямой контакт с катализатором — частицами нагретого огнеупорного материала, расплавленным металлом или другим теплоносителем. Основные преимущества метода — непрерывное устранение нежелательных накоплений кокса, возможность подвода тепловой энергии в любом количестве.
  4. Гидропиролизный пиролиз. Соединения нагреваются до высоких температур в присутствии воды. Давление достигает 100 бар, температура — 900 °C. Вместо кокса, доля которого обычно составляет около 80%, выделяется больше газообразных углеводородов и около 20% смолы.

Условия для проведения

Для протекания реакций необходима высокая температура (от 200 до 900 °C), поскольку пиролиз — эндотермический процесс. Для обеспечения прямого и непрямого нагрева используются разные теплоносители: электроэнергия или энергия процессов горения, пиролизный газ и т. д. Давление во время пиролитического разложения приближено к атмосферному.

Виды установок

Пиролизные установки для переработки бытовых и промышленных отходов существуют давно. Они преобразуют твердые материалы в горючие газы. Наряду с крупными устройствами производительностью несколько тысяч тонн в год имеются небольшие, которые генерируют электроэнергию.

Комплекс обращения с отходами, оборудованный пиролизной установкой, Канада

Технические комплексы собирают из разных модулей. Например, устройство, перерабатывающее пластмассы и резиновые изделия, может состоять из печи пиролиза, расположенной выше системы вытяжки отработанных газов, линии химосинтеза, вентилятора, дымососов, силовой части.

Описание процесса переработки

Сырье загружают в емкости и помещают в печь, где оно нагревается горелками до нужной температуры. С началом реакции пиролиза установка полностью переходит на автономное обеспечение газовым топливом. После завершения пиролитического разложения конечные продукты остывают. Процесс охлаждения ускоряет перегретый водяной пар, поступающий в емкости из парогенераторов по трубопроводу.

Промышленное применение

  1. Переработка ТБО. Пиролиз твердых бытовых отходов — важная альтернатива сжиганию, так как в процессе разложения образуется гораздо меньше вредных веществ. При переработке не сортированного мусора виды и количество конечных продуктов зависят от его состава.
  2. Утилизация промышленных отходов. Удается переработать не только твердые материалы (нефтешлам, отходы производства резин и пластмасс), но также ликвидировать сточные воды.
  3. Получение углеводородов. На пиролиз приходится почти 100% мирового производства этилена, 67% — пропилена, 80% — бутадиена и 37% — бензола. Их источники — углеводороды и нефтепродукты. Из газового сырья и жидкостей получают полимеры, необходимые для изготовления синтетических материалов, включая пластмассы.
  4. Получение ацетилена из метана. Этот углеводород сразу перерабатывается в другие продукты: пластмассы, синтетический каучук, растворители, этиловый спирт.
  5. Переработка древесины. Процесс пиролиза — источник получения древесного угля.

Продукты пиролитического разложения

Конечные продукты — это газы, твердые продукты, жидкости. Их количество и состав зависят от вида пиролизуемого сырья, температуры, вспомогательных добавок, давления, продолжительности обработки. При разложении полимеров во многих случаях получается пиролитический газ, основную часть которого составляют мономеры. Дополнительно выделяется тепловая энергия.

Читайте также:  Установка 6 передачи на газель

Использование в быту

На бытовом уровне технологии пиролиза применяются для получения тепла и древесного угля, эффективной очистки духовок от трудно удаляемого нагара.

Пиролизные котлы для отопления

Благодаря особой конструкции у пиролизных котлов с естественной подачей кислорода высокий КПД. Сырьем служат древесина и древесный газ. При их сжигании образуется мало вредных для окружающей среды веществ. Количество производимого тепла зависит от качества топлива. Некоторые котлы рассчитаны на щепу, топливные гранулы, уголь, кокс.

Главная часть устройства — две камеры сгорания, у каждой из которых своя функция. В верхней сырье высушивается, превращается в древесный газ. Там же сгорают некоторые составляющие газа.

Очистка духового шкафа

Большинство новых моделей духовок способны самоочищаться. Происходит это за счет высокой температуры. Грязь внутри духового шкафа карбонизируется, отпадает сама или легко удаляется. Этот процесс, занимающий около трех часов, относительно энергоемкий: расход электроэнергии в среднем составляет 3-4 кВт⋅ч. Пепел устраняется влажной губкой после охлаждения устройства. Перед пиролитическим самоочищением убирают решетки, кастрюли, противни.

Для получения древесного угля

При переработке древесины лиственных или хвойных пород образуются древесные:

В зависимости от температуры выделяют несколько фаз процесса. Когда она поднимается выше 280 °C, начинается сильная экзотермическая реакция, высвобождается много энергии. В последней фазе (t>500 °C) из дымовых газов при их прохождении через обугленные слои выделяются горючий монооксид углерода и водород. Твердый остаток — красный, черный или белый уголь.

Перспективы применения

Разные методы пиролиза будут применяться все чаще, так как это экологически чистый способ утилизации мусора, получения ценного химического сырья, электрической и тепловой энергии. Климатологи обсуждают возможность их использования для пирогенного улавливания и хранения углерода (PyCCS) с целью преодоления климатического кризиса.

источник

Переработка твердых бытовых отходов при помощи пиролиза

Пиролиз ТБО должен помочь землянам очистить окружающую среду от мусора и уменьшить нагрузку на нефтеперерабатывающую промышленность. Это производство, которое может дать ощутимый доход бизнесмену, наладившему его, так как сырьем служит дешевый мусор, которого только по России за год образуется 3,5 миллиарда тонн.

Что такое пиролиз ТБО, его преимущества перед простым сжиганием

Пиролиз – это разложение тяжелых органических веществ на более легкие при нагревании и в отсутствии кислорода. На латинском языке «pir» – это огонь, а «lizios» – разлагаю, дословный перевод термина: «разлагаю огнем». Смысл пиролиза ТБО (смотреть схему ниже) сводится к тому, что соединения, образующие мусор, при нагревании расщепляются на вещества, имеющие более низкую молекулярную массу. В результате пиролиза образуется три основных продукта:

  • пирогаз (пиролизный, пиролитический газ или синтез — газ) – это смесь газов, способных гореть и негорючих;
  • пиролизное (пиролитическое) масло и вода. Пиролизное масло имеет разный состав и может служить впоследствии печным топливом или сырьем для переработки;
  • пикарбон (твердый углеродсодержащий остаток – уголь).

По ходу пиролиза происходит четыре общих для всех его видов процесса: просушка мусора (в сушильной камере), сухая его перегонка (пиролиз), горение твердых остатков, получение пиролизного газа, пиролитического масла и углеродистого остатка.

Из схемы видно, что нагревание некоторых этапов происходит за счет тепла, вырабатываемого по ходу пиролиза.

Пиролиз ТБО может протекать в разных температурных режимах. При низких температурах выход газа меньше, больше образуется пиролитического масла и пикарбона. С увеличением температуры равновесие сдвигается в сторону образования синтез – газа.

Пиролиз ТБО имеет неоспоримые преимущества перед утилизацией мусора сжиганием. Во-первых, не происходит загрязнение среды, во-вторых, сырьевым материалом служат отходы, при этом примечательно, что пиролизом перерабатываются отходы, которые сложно утилизировать, например, старые шины. Пиролизные остатки не содержат агрессивных веществ, поэтому их можно складировать под землей, причем такие отходы образуются в меньшем количестве, чем после сжигания. При пиролизе тяжелые металлы не восстанавливаются, а уходят в золу. Полученные продукты легко хранить и перевозить. Оборудование не является массивным, и оно относительно недорогое.

Виды пиролиза

По воздействию разных значений температур на мусор пиролиз делится на низкотемпературный и высокотемпературный. Первый протекает при температуре до 900 0 С, а второй – при температуре больше 900 0 С.

Читайте также:  Установка глобальной прошивки на китайский xiaomi

Низкотемпературный пиролиз. Технология обработки отходов данным способом заключается в нагревании сырья в шахте до 350 – 450 0 С без доступа воздуха, то есть при отсутствии как кислорода, так и азота. Стабильная температура и полное отсутствие кислорода гарантируют, что сырье не будет гореть, а также не будет помех для интенсивного протекания таких процессов как нагревание, плавление, испарение, разложение углеродистых соединений. При данном типе пиролиза неважно, каков химический состав перерабатываемых отходов и в каком соотношении находятся в них органические вещества. Пиролизный газ имеет, практически, одинаковый состав:

  • горючая составляющая: угарный газ, метан, этилен, сероводород, водород;
  • негорючая составляющая: углекислый газ и азот.

Важно, что горючая составляющая значительно превышает по содержанию негорючую, а это значит, что пиролизный газ можно использовать так же, как добываемый природный газ. Выход полученного горючего газа зависит от качественного состава сырья: так, пищевые отходы образуют газ, насыщенный влагой, чего не скажешь о пластмассах.

Высокотемпературный пиролиз. Технологическая цепочка:

  1. Сортировка мусора с удалением больших предметов, цветного и черного металлолома.
  2. Измельчение и просушка отобранных отходов.
  3. Разложение просушенного сырья с целью образования пиролитического газа, пиролитического масла, шлаков и побочных веществ, таких как Cl2, F2, N2.
  4. Ликвидация загрязнителей и снижение температуры полученного газа.
  5. Употребление пиролитичского газа для получения пара, электрической или тепловой энергии. Чаще всего этот газ применяется обратимо для инициирования пиролиза.
  6. Пиролитическое масло после складирования направляется в качестве сырья на заводы нефтехимической промышленности для изготовления горюче – смазочных материалов, заменителей мазута и дров.

Плюсы и минусы пиролиза ТБО

Положительные стороны низкотемпературного пиролиза:

  • нет острой необходимости сортировать углеводородные остатки (даже полностью несортированные отходы дают выход пиролизного газа в два раза больше по сравнению только с пищевыми отходами);
  • городские свалки выступают в роли источника сырья для производства;
  • отсутствие ядовитых оксидов серы и азота.

Недостатки низкотемпературного пиролиза:

  • сложная конструкция крупногабаритных печей;
  • высокая стоимость печей;
  • необходимость в большом количестве работников;
  • не происходит полный распад диоксинов, содержащихся в сырье;
  • тяжелые металлы не плавятся, а выпадают в осадок вместе со шлаком.

Преимущества высокотемпературного пиролиза:

  • можно перерабатывать сырье с небольшим количеством горючих материалов;
  • образующийся газ поднимается снизу вверх и проходит через слой мусора, который подается сверху. При этом газ не захватывает пылевые частички, что служит залогом его чистоты;
  • пиролизный газ подобен природному, и его целесообразно применять для выработки тепловой энергии, а на небольших электростанциях для выработки электричества;
  • пиролизный газ проще очищать от ненужных примесей (если вообще таковые есть) из-за низкой температуры;
  • поскольку процесс идет в отсутствии кислорода, то пиролизный газ не содержит опасные диоксины, образующиеся при сжигании углеводородов;
  • если в ходе пиролиза получается жидкая фракция (из старых покрышек образуется, например, пиролизное масло, которое не совсем точно называют синтетической нефтью), то ее используют как заменитель нефтепродуктов;
  • зола не содержит неокисленный углерод и имеет низкую температуру, что позволяет использовать ее, например, в дорожном строительстве.

Какие отходы можно перерабатывать при помощи пиролиза

Обратите внимание! ТБО – твердые бытовые отходы – разные субстанции, которые без обработки невозможно вторично использовать в бытовой деятельности человека.

ТБО – это смесь веществ органического и неорганического происхождения, имеющих разные свойства. В России отходы не сортируются. Однако за рубежом, да и у нас в стране есть тенденция к снижению в мусоре доли пищеотходов и увеличению доли упаковочных материалов: пластика, картона, бумаги. Исследования показали, что примерно 30 процентов по весу и 50 процентов по объему ТБО приходится на долю упаковочного материала. А 13 процентов по весу и 30 процентов по объему упаковочного материала приходится на долю пластмассовых изделий, в подавляющем большинстве пластиковой посуды. Органическую составляющую мусора подразделяют на:

  • компостируемую (кухонные отбросы, опил, кора и ветки деревьев, щепа, старые газеты, картон);
  • некомпостируемую (пластмассы, резина, кожа, выброшенные старые шины, кабели, вязкие пастообразные отходы, такие как машинное масло, нефтешламы, почва, на которую попали горюче-смазочные материалы).

Пиролизу подвергается компостируемая и некомпостируемая составляющие мусора.

Пиролизное оборудование для переработки отходов

Современное оборудование может работать с использованием сырья, полученного почти из любых видов органических отходов с использованием собственной энергии. Обязательной составной частью системы аппаратов для пиролиза является реактор.

Интересно! Изначально первые пиролизные аппараты появились в России в девятнадцатом веке. В те времена пиролизу подвергался керосин для приготовления из него газа и бензина, которые применялись для освещения.

Переработка сырья осуществляется в зонах реактора (схема ниже):

  • вверху температура поддерживается на уровне 100 – 200 0 С и здесь сырье подсыхает (этап №1);
  • в середине при температуре 1000 – 1200 0 С происходит термическое разложение органической массы и коксование ее, при этом часть углерода сгорает с выделением тепла, поддерживая нужную температуру (этап № 2);
  • внизу твердый остаток охлаждается до температуры 100 0 С, остатки углерода догорают и преобразуется в золу – пикарбон, карбон (этап №3);
  • отведение продуктов пиролиза для складирования и повторного применения (этап № 4).
Читайте также:  Установка программного обеспечения samsung galaxy

В настоящее время промышленность предлагает следующие типы оборудования для пиролиза ТБО:

  1. Пиролизная установка для утилизации шин:
  2. Пиролизная установка для утилизации отходов деревообработки, навоза и помета:
  3. Универсальная пиролизная установка (Т – ПУ1) для утилизации отходов деревообработки, нефтепереработки, медицинских, пищевых и других отходов.

Если упростить промышленные механизмы пиролиза, использовать необъемные аппараты, то можно создать небольшую установку для пиролиза, применяемую в личных целях простыми людьми. В быту с помощью этой установки можно получать тепловую энергию, а в промышленности – востребованные химические продукты.

Видео о работе пиролизной установки, находящейся в Татарстане, о технологии проведения процесса, о достоинствах данного способа утилизации твердых бытовых отходов:

Пиролизный завод

В качестве примера пиролизного завода рассмотрим технологию переработки ТБО на мини – заводе ШАХ «ПОТРАМ — ТБО». Технология производства на этом заводе построена с использованием отдельных модулей:

  • для сортировки, измельчения и компостирования ТБО. Производственная площадка имеет размеры 50м в длину, 30м в ширину и 12м в высоту;
  • просушки компоста;
  • образования синтетического пиролизного масла;
  • получения дистиллятов из пиролизного масла;
  • очистки дистиллятов до уровня чистоты Евро-4.

Модульная схема работы завода дает возможность приспосабливаться к абсолютно разным видам ТБО.

Мусор на заводе перед обработкой проходит радиационный контроль, большие куски мусора измельчаются (размеры измельченных частиц не должны превышать 250 мм в диаметре) и компостируются. Компост содержит до 60 – 65% воды, поэтому он поступает в установку низкотемпературного пиролиза для удаления влаги. Далее этот материал отправляется в установку высокоскоростного пиролиза, где он перемешивается с золой ТБО, образованной здесь же и имеющей высокую температуру порядка 800 – 850 0 С. Смесь поступает в реактор, который медленно вращается. В этом реакторе смесь без кислорода прогревается до температуры 460 – 490 0 С.

Происходит термическое разложение тяжелых органических молекул с образованием легких углеводородов, которые затем конденсируются, и с выделением неконденсирующихся газов (водорода, азота, угарного газа, сероводорода и других), также образуется твердый углеродистый остаток и зола.

В условиях данной технологии происходит очень быстрый, практически мгновенный нагрев компоста, лишенного влаги, что обеспечивается высокоэффективным подводом энергии.

Плюсом системы является снижение потерь тепловой энергии, так как она не рассеивается в окружающее пространство. Для того чтобы запустить реактор, нужен обычный пропан, а для разогрева требуется всего 4 часа.

Полученная в реакторе смесь паров и газов поступает в следующий модуль, где пары углеводородов подвергаются конденсации, образуя жидкую пиролизную составляющую. Неорганические вещества испаряются или идут на химические предприятия для дальнейшей модификации. Газ, не подвергшийся конденсации, отправляется обратно в цикл, где он сгорает, а выделяющееся тепло обратимо используется в реакторе.

Жидкая составляющая пиролиза отправляется на склад, чтобы потом реализоваться как исходное сырье на предприятиях нефтехимии, как горючее автомобилей и локомотивов, как заменитель мазута и печного топлива в ТЭЦ и котельных.

Твердый остаток поступает из реактора в аэрофонтанную топку, где он дожигается в воздушном потоке. Образовавшееся тепло применяется для прогревания золы – теплоносителя. Горячая зола поступает в реактор, помогая разлагать органическую массу.

Таким образом, утилизация ТБО пиролизным методом – это эффективное решение переработки мусора, так как данный способ позволяет извлекать тепловую энергию и ценные продукты из отходов, практически не загрязняя при этом природную среду.

источник

Добавить комментарий