Для чего используется пиролиз при переработке отходов
Пиролиз мусора и отходов: плюсы и минусы метода
Очищение планеты от мусора — основная задача. Пиролиз отходов — один из способов, применяемых для обработки и утилизации мусора. Процедура безопасна для окружающей среды. Это прибыльная отрасль для начинающих бизнесменов. Сырье – мусор, производимый человеком ежедневно.
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
Список отрицательных сторон пиролиза гораздо короче.
Технология пиролиза
Стандартно процедура производится в 3 этапа:
Материал, который получается на выходе, зависит в основном от компонентов, помещенных в камеру.
Виды пиролиза
Рассматривая пиролиз, как процедуру обработки различных видов отходов, выделяют 3 классификации.
Сухой метод и окислительный пиролиз
Окислительный метод применяют для обработки жидких и газообразных отходов. Он эффективен при нейтрализации нефтесодержащих элементов, пластика, покрышек и иных веществ.
Сухой пиролиз эффективен при обработке твердых веществ. Его главное достоинство по сравнению со вторым методом пиролиза — грамотное применение природного ресурса.
Низко и высокотемпературный пиролиз ТБО
Низкотемпературный пиролиз предполагает обработку при поддержании температуры от 450 до 900 градусов. В процессе вырабатывается меньший объем газов, но остаток твердых веществ больше.
Второй характеризуется горением в камере с жаром свыше 900 градусов. При этом вырабатывается довольно большой объем газов с минимальным содержанием смол.
Быстрый и медленный пиролиз
Следующее разделение производится на основе продолжительности. Процедура быстрого пиролиза подобна воде в кипящем масле. Она закипает моментально. Технологии быстрого пиролиза отличаются способами передачи тепловой энергии от носителя к исходному веществу.
Процедура медленного пиролиза сравнима с нагреванием и закипанием.
Преимущества и недостатки разных видов пиролиза
Каждый вариант имеет плюсы и минусы.
Если сравнивать переработку при высоких и низких температурах, то второй вариант допускает проведение процедуры без предварительной сортировки. При этом выработка вредных окисей серы и азота будет минимальной.
Какие отходы можно перерабатывать при помощи пиролиза?
К твердым отходам относят органические и неорганические компоненты. Процедуре подлежат органические массы.
Пиролизное оборудование для переработки отходов
Установки последнего поколения дают возможность обрабатывать различный органический мусор. При этом в процессе используется собственная вырабатываемая энергия.
Основа установки — реактор. В нем сгораю отходы. В верхнем отсеке мусор просушивается. Для этого устанавливается температура в рамках от 100 до 200 градусов. В средней камере температура достигает от 1000 до 1200 градусов. Здесь органические элементы разлагаются и проходят процедуру коксования.
Выделяемый при горении углерод выделяет тепло, тем самым поддерживая требуемую температуру. Нижний отсек предназначен для охлаждения. Температура не превышает 100 градусов. В этой части реактора остатки догорают и преобразуются в золу. Заключительный этап предполагает выведение компонентов из реактора для складирования или дальнейшей обработки.
Эти пиролизные установки большие. Если создать уменьшенную и упрощенную копию, то аппарат можно использовать в личных целях. Они позволят вырабатывать тепловую энергию и получать химические продукты.
Пиролизный завод
Рассмотреть пиролизный завод можно на примере завода ШАХ «ПОТРАМ — ТБО».
Такое зонирование позволяет перерабатывать практически все виды твердых бытовых отходов.
Сначала отходы в обязательном порядке проходят радиационный контроль. Крупные куски измельчаются. Допустимый размер — 250 мм в диаметре.
Следующий этап — компостирование. Среднее содержание влаги в нем — 60-65%. Для ее удаления компост помещается в отсек для низкотемпературного пиролиза. Далее отходы перемещаются в зону для быстрого пиролиза.
В отсеке просушенный компост смешивается с золой твердых бытовых отходов. Температура золы достигает 850 градусов. Полученная смесь перемещается в медленно вращающийся реактор. В нем, без участия кислорода, смесь прогревается до 500 градусов. Под воздействием температур тяжелые органические молекулы разлагаются, образуя легкий углеводород.
Образованные пары и газы перемещаются в следующую зону. В нем пару углеводорода подвергаются конденсации. При этом получается жидкая пиролизная составляющая. В рассматриваемом процессе неорганические компоненты испаряются или направляются на другие химические заводы для последующей обработки. Необработанный газ поступает обратно в реактор, где он сгорает, поддерживая тепло.
Жидкая часть направляется в складское помещение для реализации в качестве исходного сырья в нефтеперерабатывающем заводе. Из него добывают топливо для машин и поездов, он заменяет мазут и топливо для печек и котельных.
Остатки твердых отходов перенаправляются в аэрофонтанную топку, в которой он догорает. Вырабатываемое тепло используют для прогревания золы. Она помещается в реактор, помогая процессу разложения органических веществ
Продукты пиролиза мусора
По мере завершения процесса пиролиза образуются следующие компоненты:
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 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.
Что такое пиролиз и продукты, получаемые на выходе из пиролизных установок
Методы переработки твердых бытовых отходов В России
Утилизация отработанного моторного и других видов масел
Преимущества и недостатки газификации отходов
Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии
Вред и польза мусоросжигательных заводов
Крематоры – печи для утилизации биологических отходов
Альтернативная энергетика и экология: виды и пути развития
Системы утилизации тепла дымовых и отходящих газов
Термическая утилизация отходов: сжигание, инсинерация, пиролиз
Обработка осадков сточных вод: методы очистки и сушки
Процесс пиролиза: виды и необходимое оборудование
Устранение мусора — одна из основных задач современной промышленности, позволяющая защитить планету от негативного воздействия человеческой жизнедеятельности. Пиролиз отходов подразумевает термическую переработку ненужных вещей с целью уменьшения их вреда для окружающей среды. Это одно из прибыльных дел для современных предприятий. Следует знать особенности процедуры, чтобы не нарушать законодательство.
Плюсы и минусы сжигания
Пиролиз мусора — процедура обезвреживания отходов путем высокотемпературного воздействия на них. Она подразумевает сжигание опасных объектов с помощью специализированных установок.
Для осуществления данной задачи требуется соблюдение некоторых условий: ограничение доступа кислорода в герметичную камеру, а также создание высокотемпературного режима внутри. Во время этого процесса продукты распадаются на молекулярном уровне. В результате получаются более простые соединения, которые полностью безопасны для природы.
Достоинства и недостатки технологии:
В чем заключается технология
Она состоит в выполнении следующих шагов:
На выходе могут быть разные материалы в зависимости от того, какие составляющие были использованы изначально. Получаемые продукты бывают нескольких типов:
Они полностью безвредны. Их можно захоронить или использовать во вторичном производстве продукции в зависимости от необходимости.
Виды пиролиза
Выделяют несколько разных вариантов процедуры в зависимости от используемых методов обработки первичной продукции. В таблице ниже приведены описания.
| Название | Характеристика |
|---|---|
| Сухой | Используется в тех случаях, когда нужно обработать твердые отходы. Среди достоинств методологии — экономия ресурсов и средств в процессе переработки. Не требуется большое количество сырья для сжигания. |
| Окислительный | Предназначается для жидких и газообразных веществ. В основе лежит процесс окисления и разложения веществ на простые составляющие. Наиболее эффективен для утилизации жидкого пластика, нефти, природного газа и других опасных веществ для окружающей среды. Методология полностью безопасна для природы и здоровья. |
| Низкотемпературный | Подразумевает разложение компонентов основного продукта при воздействии низких температур – до 900 градусов. Получается достаточно большое количество твердых остатков. Также в некотором количестве вырабатывается газ, который можно использовать в промышленных целях. |
| Высокотемпературный | Подразумевается поддержанием высоких температур в процессе горения. Обеспечивает тщательную переработку первичного сырья. Среди достоинств – выработка большого количества газообразных веществ, а также снижение твердых отходов. Не требуется много средств для утилизации. Потребуются ресурсы для поддержания одного температурного режима. |
| Быстрый | Проходит достаточно быстро. Процесс можно сравнить по скорости с кипячением воды. Это происходит мгновенно. Тепловая энергия быстро перемещается из одного состояния в другое. |
| Медленный | Отличается от того, что описано выше, пониженной скоростью протекания реакции. Требует длительного времени и существенных ресурсов. Подходит для тех случаев, где неважна оперативность. |
Каждый из вариантов активно используется на практике и имеет свою сферу применения. Технологии для их реализациии постоянно развиваются.
Сравнительные характеристики видов пиролиза
Все описанные методы имеют свои преимущества и недостатки. Особенности каждого из них приведены в таблице ниже.
| Высокотемпературная | Низкотемпературная обработка |
|---|---|
| Во время процесса обработки практически не остается твердых частиц – все превращается в газ | Дорогостоящее и труднодоступное оборудование |
| Получившийся газ равен по свойствам натуральному, поэтому может использоваться в энергетической промышленности | Есть сложности с приобретением и установкой купленных систем |
| Простота очистки получившихся продуктов сгорания | Требуется большое количество сотрудников для внедрения и поддержки на производстве |
| Исключено появление продуктов окисления, так как в камеру практически не поступает кислород | Финансовые траты не всегда окупаются |
| Жидкость можно использовать для производства продуктов нефтяной промышленности | Невозможность расщепить вещества с плотной молекулярной структурой |
| Быстрый пиролиз | Медленный пиролиз |
| Снижено количество появления смол в процессе обработки | Длительное время процедуры |
| Очистка полученного сырья | В некоторых случаях требуется прерывание процесса обработки |
| Небольшие энергетические затраты |
Какие отходы можно перерабатывать
Пиролиз — это процедура, которая имеет особый порядок проведения. Она требует предварительного изучения. В противном случае могут возникнуть проблемы с законодательством.
К органическим относятся следующие типы мусорных отложений:
Пиролизный завод
Обустройство и технологические процессы на таком заводе имеют ряд особенностей, а также требуют соблюдения определенных правил. Обязательно присутствуют:
Пиролиз как метод переработки ТБО
Пиролиз — это разложение соединений органического и искусственного происхождения под действием высоких температур. Он распространен в промышленности. Область его применения — обезвреживание твердых бытовых отходов (ТБО). Подробно об этом способе переработки в статье.
Суть метода
Утилизация органических веществ этим способом заключается в превращении тяжелых отходов в более легкие. Отсутствует доступ кислорода, возникает анаэробная реакция. Процесс пиролиза сопровождается ростом температуры до 200–400°С. Давление соответствует атмосферному.
Механизмы превращения веществ анаэробным нагреванием еще недостаточно изучены. Условно все реакции пиролиза делят на первичные и вторичные. Первый тип превращений заключается в снижении молекулярной массы соединений. Так расщепляются тяжелые вещества. Процесс сопровождается выделением большого количества газов.
Вторичная реакция — это преобразование низкомолекулярных соединений в тяжелые. Этот химический процесс характерен для последних этапов пиролиза. Выделение газов уменьшается. Два типа реакций происходят в одно и то же время, поэтому классификация условна.
В теории осуществляют пиролиз воды. В результате образуется гидроген и кислород. Но на практике такая задача неосуществима, так как необходимая температура нагрева составляет тысячи градусов. Это технически трудоемко и дорого.
Применение метода на территории РФ и в мире
Пиролизные заводы по переработке мусора расположены по всему миру. Газ, как один из продуктов утилизации, является источником энергии для нагревания воды, отопления. С помощью высокотемпературной обработки добывают этилен, пропилен. Лидер по созданию продукта для получения этилового спирта на данном этапе — США. Они добывают более 27 000 тонн этого вещества за 1 год. В России получают 3 000 тонн.
Пиролиз в мире популярней, чем в странах СНГ. Это связано с высокой стоимостью установки, техническими трудностями эксплуатации. Новые предприятия не строятся, реконструируются старые, сохранившиеся с времен Советского Союза.
Пиролизное оборудование для переработки отходов можно без проблем приобрести в интернете. Цена на одну установку начинается от 10 млн рублей.
Метод высокотемпературной переработки давно вышел за пределы промышленной области. Можно найти духовые шкафы с функцией эко-пиролиза. Суть режима в том, что для одновременного приготовления большого количества еды требуется минимум энергии.
Классификация
Существует 2 основные классификации метода пиролиза. Первая основана на длительности процесса. Выделяют быстрый и медленный пиролиз. Первый похож на воду в горячем масле. В этом случае жидкость вскипает мгновенно. А медленная переработка напоминает нагревание воды в кастрюле. Она происходит постепенно.
У быстрого пиролиза выделяют ряд преимуществ в сравнении с медленным:
Обработка отходов путем анаэробного сжигания делится в зависимости от уровня нагрева внутри установки. Таким образом выделяют низко- и высокотемпературный пиролиз. В первом случае достигается нагревание от 450 до 900°С, во втором — выше 900°С.
При низкотемпературной обработке газы выходят в малом количестве. Но остается много твердых отходов. Высокотемпературный метод сопровождается обильным синтезом газов, минимумом смол. Отличительная черта этого вида переработки — твердый остаток равен нулю.
В химии разграничивают окислительный и сухой пиролиз. Первый вид используют для утилизации мусора пастообразной консистенции, осадков, сырья в мазуте или золе. Сухой пиролиз отходов получил более широкое распространение. Его применяют для утилизации ТБО.
Продукты переработки
Объем и вид продуктов пиролиза бывает разным. Играет роль материал, который подвергался переработке, количество сырья, длительность и температура процесса. В результате сгорания образуются такие продукты пиролиза:
Пиролитическое масло используют в качестве топлива для печи. По сути это аналог мазута. Еще продукт используют в виде сырья для вторичной переработки.
Все эти продукты должны получатся в теории. Но на практике этого не всегда можно добиться. Чтобы получить дизельное топливо, необходимо тщательно разделить отходы. Извлечь сырье из несортированных остатков практически невозможно.
Этапы обработки мусора
Прежде чем сжечь отходы, их подготавливают: измельчают и высушивают. Сушка — это процесс, требующий наибольшее количество энергии. При переработке древесины ее высушивают до 15%. Помимо удаления воды из дерева, заменяются некоторые компоненты.
Только после предварительной подготовки приступают к пиролизу отходов. Сначала разлагаются самые нестабильные части мусора. Их расщепление наступает при температуре до 300°С. В это время выделяется уксусная кислота, двуокись углерода и угарный газ.
При росте температуры выше 300°С, разлагается большая часть твердых бытовых отходов.
Этот процесс является экзотермическим, то есть сопровождается обильным выделением тепла. Активно образуется метанол, углеводород, аммиак, эфиры.
На последних этапах пиролиза макулатуры и других древесных остатков происходит прокаливание оставшихся в установке веществ. В этот момент температура достигает 500°С и продолжает расти. Выделяется смола с большой молекулярной массой, летучие газы. К примеру, водород, углекислый и угарный газы. В итоге остается древесный уголь.
Описание пиролизной установки
Устройство для переработки мусора высокими температурами является динамичным. Его можно передвигать в разные части помещения. Пиролизная установка по сжиганию отходов имеет такие составляющие:
Основная составляющая в установке для пиролиза — это реактор и его компоненты (печь и швельшахта). Отходы поступают в верхнюю часть реактора, спускаясь в процессе сжигания, пока в итоге не окажутся в швельшахте. Высокотемпературное сжигание происходит в средней части реактора, а в верхних его слоях мусор просушивается.
Процесс сжигания состоит из двух этапов: коксование и температурное разложение. Газы, образующиеся в реакторе, не выходят мгновенно наружу. Для защиты экологической системы они должны пройти несколько этапов линии пиролиза. Первым на выходе из реакторов расположен котел-утилизатор. Далее газы попадают в сушилку и абсорбер. В последнем они обрабатываются известковым молоком. После этого газы выходят в окружающую среду.
В реакторе промышленных пиролизных печей для ТБО остается шлам — не превращенные в газ твердые бытовые отходы, смесь солей и золы. Он полностью безопасен. Его используют в сельском хозяйстве, промышленном производстве как топливо или сырье.
Преимущества и недостатки разных видов пиролиза
Каждый из типов имеет свои плюсы и минусы. Низкотемпературный пиролиз обладает такими преимуществами:
Но минусов у этого метода больше, чем плюсов. Среди них:
Среди преимуществ высокотемпературного пиролиза можно выделить следующие:
Высокотемпературная переработка более выгодна с экономической точки зрения. Она требует меньше затрат, а продукты пиролиза можно использовать повторно.
Заключение
Пиролиз — высокотехнологичный метод переработки ТБО. Он обретает все большее распространение в мире, так как практически не влияет на окружающую среду.
Преимущество метода — возможность повторного использования продуктов, благодаря чему снижается потребность в первичном сырье.
Переработка отходов методом пиролиза: характеристика, преимущество, виды и сырье
Пиролиз мусора – это технология, которая должна вытеснить захоронение отходов. Она позволяет не только разгрузить полигоны ТБО, но и позволяет получать нефтепродукты, что снижает нагрузку на промышленность, в которой они добываются. Кроме того, прибыльность такого предприятия велика: низкие затраты на сырье, наличие его в большом количестве, высокая стоимость конечного продукта.
Что такое пиролиз мусора?
Пиролиз отходов заключается в том, что под воздействием высоких температур в условиях вакуума разлагаются тяжелые органические вещества, на выходе получают более легкие. В результате такого воздействия из отходов получают вещества с более низкой молекулярной массой.
Основные продукты, который дает пиролиз ТБО:
При пиролизе исходное сырье проходит четыре процесса, а именно:
В некоторых процессах пиролиза температура повышается за счет тепла, который получают в ходе всей процедуры.
Пиролиз ТБО и выход продуктов зависит от того, какой температурный режим применяется. Он может регулироваться. Чтобы уменьшить количество вырабатываемого газа, устанавливаются низкие температуры. В результате получают больше масла и угля. И наоборот, высокотемпературный пиролиз ТБО дает больше газа.
Пиролиз ТБО: плюсы и минусы
В отличие от обычной утилизации, в том числе и через сжигание, пиролиз имеет следующие преимущества:
Некоторые недостатки имеются при применении технологии с низким температурным режимом, а именно:
Все эти недостатки условны, если сравнивать с обычным сжиганием или захоронением отходов. Преимущества неоспоримы как для экологической безопасности и здоровья населения, так и для бизнес-деятельности.
Высокотемпературный и низкотемпературный пиролиз отходов
Из вышесказанного следует, что есть высокотемпературный и низкотемпературный пиролиз отходов. Различие в том, что в первом температура достигает выше, а во втором – ниже 900 о С.
В первом случае процесс следующий:
Полученный газ в основном применяется в следующих процессах пиролиза, но его могут задействовать для выработки тепловой или электрической энергии. После того, как на складах образуется достаточное количество пиролитического масла, его направляют на предприятия по производству горюче-смазочных материалов.
Технология при во втором случае заключается в том, что сырье помещается в шахту, в котором отсутствует кислород и азот, нагревается до 400-450 о С. В данном случае происходит пиролиз отходов без сортировки. ТБО в вакуумном пространстве не будут гореть, нагреваются, плавятся и испаряются, в результате чего углеродистые соединения разлагаются.
Оборудование и сырье для пиролиза
Несмотря на то, что пиролиз является одним из способов утилизации отходов, как указано выше, металл при высокотемпературном процессе нужно отсортировывать. Но при низких температурах этого делать не нужно, этап сортировки отсутствует.
В качестве сырья в пиролизе применяется отходы как органического, так и неорганического происхождения. Несмотря на введение в действие мусорной реформы, ТБО в России не сортируются, в производство поступает смесь из разных составляющих.
Для обработки всех этих отходов используется оборудование, основой которого является реактор. Промышленные образцы оборудования, которое применяется для пиролиза, представлены следующими установками:
Переработка мусора пиролизом при наличии компактных установок может использоваться гражданами в частных домохозяйствах. Это позволяет получать дешевую энергию, экономить на коммунальных услугах: вывоз мусора, отопление. В промышленных объемах страна может получать дешевые и необходимые химические вещества.