Пиролиз ТБО плюсы и минусы

Пиролиз ТБО. Низкотемпературный и высокотемпературный пиролиз, их преимущества и недостатки. Производственные установки для пиролиза бытовых отходов.

Что такое пиролиз?

Пиролиз — процесс утилизации, обезвреживания и сжигания отходов. Для выполнения процедуры требуется соблюдение двух условий: наличие высокой температуры и закрытая камера без доступа кислорода. В процессе сжигания при таких условиях отходы распадаются на элементы с низкой молекулярной массой.

Плюсы и минусы пиролиза ТБО

Достоинства, по сравнению с процедурой простого сжигания мусора:

• исключен выброс продуктов сгорания в окружающую природу, что предотвращает ее загрязнение и причинение вреда здоровью;
• дешевое и доступное сырье, которое берется с городских свалок;
• обработка отходов, которые не поддаются утилизации другими способами;
• продукты сгорания не содержат агрессивных элементов;
• возможность безопасного складирования и захоронения под землей;
• после проведения пиролиза образуется меньший объем материала нежели при обычном сжигании. Процесс утилизации безотходный;
• исключена возможность восстановления тяжелых и вредных металлов. Они перерабатываются в золу окончательно.

Список отрицательных сторон пиролиза гораздо короче.

К минусам метода относят:

• сложность системы;
• цена на установки;
• необходимость большого числа рабочих, которые будут следить за сжиганием мусора.

Как осуществляют пиролиз нефти?

В промышленных условиях пиролиз нефти осуществляют при:

• температурах 800-900 °C;
• давлениях, близких к атмосферному (на входе в пирозмеевик ~ 0,3 МПа, на выходе – 0,1 МПа избыточных);
• времени пребывания сырья в пирозмеевике 0,1 – 0,5 сек.

Условно все реакции при пиролизе можно разделить на первичные и вторичные. Первичные реакции протекают с увеличением объёма газа реакционной массы.

Это, в основном, реакции расщепления высокомолекулярных парафинов и нафтеновых углеводородов с образованием углеводородов с меньшей молекулярной массой. Вторичные реакции конденсации протекают, преимущественно, на поздних стадиях пиролиза.

В связи с увеличением молекулярной массы молекул продуктов реакции происходит уменьшение газообразного объёма реакционной массы – это один из основополагающих факторов, к которым приводит пиролиз нефти.

В основном, реакции образования ароматических, полиядерных ароматических углеводородов типа нафталин, антрацен в результате реакции конденсации/поликонденсации ведут к синтезу термически стабильных ароматических углеводородов в том числе, в результате реакций типа Дильса-Альдера.

К вторичным реакциям можно отнести реакции образования различных пастообразных водородных соединений углерода, которые в промышленности принято называть пёком. Лишённый водорода продукт, обожжённый при очень высокой температуре – это кокс.

Пиролитический кокс отличается по свойствам от каменоугольного кокса. Деление реакций на первичные (разрушение тяжёлых молекул) и вторичные (синтез поликонденсированных ароматичеких углеводородов) условно.

Какие отходы можно перерабатывать при помощи пиролиза?

К твердым отходам относят органические и неорганические компоненты. Процедуре подлежат органические массы.

Они разделяются на:

• компостируемые (пищевой мусор, опилки, древесная кора и ветки, печатные издания, картон);
• некомпостируемые (пластмассы, резина, кожа, провода, вязкие пасто- и кремообразные вещества (автомобильное масло), земля с каплями горюче-смазочных компонентов).

Сравнительные характеристики видов пиролиза

Все описанные методы имеют свои преимущества и недостатки. Особенности каждого из них приведены в таблице ниже.

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.

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.

Литература

• Мухина Т. Н.
  Пиролиз углеводородного сырья [Текст] / Т. Н. Мухина, Н. Л. Барабанов, С. Е. Бабаш — М.: Химия, 1987. — 240 с.
• Nakamura D. N.
  Global ethylene capacity increases slightly in 2006 [Ежегодный отчет] / D. N. Nakamura // Oil and Gas Journal. — 2007. — v. 105. — № 27.
• Кластер, зубы, хвосты / О. Ашпина, П. Степаненко // The Chemical Journal. — 2011. — май. — с.26—33.

В этой статье или разделе имеется список источников или внешних ссылок, но источники отдельных утверждений остаются неясными из-за отсутствия сносок. Утверждения, не подкреплённые источниками, могут быть поставлены под сомнение и удалены. Вы можете улучшить статью, внеся более точные указания на источники.

Продукты пиролиза мусора

По мере завершения процесса пиролиза образуются следующие компоненты:

• Из пластика вырабатывается мазут, газ и зола.
  Мазут направляется для дальнейшей переработки в синтетическое топливо, которое добывается при использовании более сложных установок. Полученное топливо применяется для функционирования двигателей внутреннего сгорания. Полученная при переработке зола используется в качестве топлива. Зола упаковывается в брикеты и не нуждается в дополнительной обработке.
• Процесс переработки автомобильных шин характеризуется выработкой газов, технического углерода и синтетической нефти.
  Последняя, после прохождения дополнительной очистки, становится аналогом природного продукта. Углерод — вспомогательный элемент при производстве лакокрасочной продукции. Он отвечает за пигментацию. Углерод используют на заводах при производстве резины и отдельных строительных материалов.
• Дизельное топливо.
• Тепло и электроэнергия.

Сложность получения того или иного вида материала состоит в том, что для выработки может потребоваться сортировка продуктов. Эта процедура дорогостоящая. Получить высококачественный материал из несортированных твердых отходов практически невозможно.

Применение пиролиза в РФ

В России этот тип переработки отходов пока не приобрел большой популярности. Но с каждым годом отрасль развивается. Появляются новые производственные мощности, производится до 3 000 тонн полезного газа для энергетической промышленности.

Применение пиролиза в России

Впервые о пиролитических предприятиях стало известно еще в 19 веке. Основная цель — добыча газа для освещения. Сырь – керосин. Способ запатентован ученым из Санкт-Петербурга.

Вторым знаменательным периодом в пиролизе стала первая мировая война. Целью стал толуол — вещество, используемое для подрыва тротила. Пиролизные заводы строятся и функционируют во многих странах. Лидер — США. Россия, хоть и отстает, продумывает стратегии развития.

Низкая распространенность объясняется стоимостью оборудования и сложностями при эксплуатации.

Распространение метода способствует очищению планеты от твердых отходов. Помимо спасения экологии следует дополнительно отметить выработку вторсырья и безвредность состава отходов для окружающей среды.

Пиролизные котлы для отопления

Работающие по принципу пиролиза котлы отопления слишком мощные для обогрева дач, поэтому их применяют в коттеджах и больших хозяйственных помещениях.

Дровяные печи проигрывают котлам в экологичности (у них больше выброс угарного газа), мощности и удобстве эксплуатации (постоянно нужно загружать новое топливо).

Загруженные в котёл дрова медленно тлеют под действием высокой температуры и ограниченного доступа кислорода. Выделяемый пиролизный газ поступает в камеру сжигания и смешивается с воздухом. Происходит одновременное сжигание в разных камерах древесного угля и газа. Преимущество такой схемы — продолжительное горение каждой закладки топлива и повышенный КПД установки.

В котле топливо сгораёт не сразу в полном объёме, а постепенно, тем самым увеличивается время от одной закладки от другой. Продвинутые модели требуют вмешательства человека не чаще 1-2 раз в день.

Пиролизный котёл для коттеджа стоит около 350 000 рублей. Пример такой установки — ATMOS D 15.

Самодельная пиролизная установка

Полноценную установку для переработки отходов своими руками сделать не получится, но можно собрать отопительный котёл по схеме конструктора В.А. Беляева.

Потребуется слесарный инструмент, включая болгарку и сварочный аппарат. Требуемые материалы:

• труба металлическая (диаметром 34, 57 и 159 мм);
• стальная полоса (20х4; 30х4; 80х5 мм);
• труба профильная (сечением 60х30, 80х40 и 20х20 мм);
• металлические листы;
• датчик температуры;
• шамотные кирпичи;
• воздушный насос.

Нарежьте листы на заготовки в соответствии с выбранным чертежом.

Из заготовок методом сварки соберите двухкамерный топливный бункер. К нему подведите изготовленные из труб воздуховоды.

Врежьте металлическую трубу на расположенной поперёк воздуховодам стенке (ниже топочной камеры). Это вторичный подвод воздуха.

Теплообменник собирайте из 57 мм труб следующим образом:

1. Разметьте два металлических листа в соответствии с чертежом.
2. Вырежьте в них 60 мм отверстия под трубы.
3. Нарежьте 57 мм трубы на куски нужной длины.
4. Концы труб вставьте в отверстия на листе, закрепите сваркой.
5. Приварите к противоположным концам второй лист.

Прикрепите теплообменник к корпусу. По верхнему уровню теплообменника установите заслонку дросселя. Торец дроссельной заслонки закрывается куском металлического листа. В листе должен быть патрубок под установку дымохода.

Изнутри усильте камеры сгорания кирпичом. Обточите кирпичи, чтобы они лежали плотно. Кирпичи не должны блокировать заслонки воздухоотводов.

Установите на устройство фронтальную панель. Почистите корпус котла от сварочной окалины и прочего налёта, выровняйте неровности.

Проверьте герметичность конструкции: временно заблокируйте все отверстия и патрубки, налейте в теплообменник горячую воду. Если вода вытекает, необходимо герметизировать щели сваркой.

Обшейте корпус металлическими панелями и навесьте дверцу. Её лучше делать из чугуна и усиливать шамотным кирпичом.

Установите агрегат на бетонный фундамент высотой минимум 10 см. Присоедините дымоход, воздушный насос и линии подачи/выхода теплоносителя.

В одиночку собрать такой котёл очень трудно, пригласите напарника.

Читайте также

• 

  Ресурсосберегающие технологии в сфере переработки отходов

• 

  Календарь эколога на 2020 год: отчетность и важные даты

•