Применение технологии быстрого пиролиза для утилизации бытовых и промышленных отходов
«Применение технологии быстрого пиролиза для утилизации бытовых и промышленных отходов» (pirolizeco.ru, май 2004 г.)
Экологический аспект применения технологии быстрого пиролиза к промышленным и бытовым отходам.
Переработка различных органических отходов человеческой жизнедеятельности методом пиролиза является перспективной сферой, потому что при переработке отходов таким методом количество канцерогенных и загрязняющих факторов, выделяемых в окружающую среду в процессе переработки этих отходов должно быть значительно меньше количества таких же факторов, выделяемых отходами в процессе естественного распада. Кроме того, в результате переработки отходов методом пиролиза получается ценные высоколиквидные продукты — вторичное углеводородное сырье и топливо, значение которых в настоящее время все более возрастает в связи с истощением природных источников такого сырья.
Пиролиз — термическая деструкция исходного вещества (разрушение нормальной структуры вещества посредством высокой температуры, с ограниченным доступом кислорода).
Быстрый пиролиз — пиролиз, при котором подвод тепловой энергии к исходному веществу производится с высокой скоростью и без доступа кислорода (либо воздушной смеси в которой присутствует кислород).
Если медленный пиролиз подобен (условно) процессу доведения воды до состояния закипания, то БП условно подобен процессу попадания капли воды в раскаленное масло («взрывное вскипание»).
Отличительными особенностями БП являются:
— способность построения непрерывного замкнутого технологического производственного процесса;
— минимальное содержание угарного газа, при практическом отсутствии углекислого газа;
— относительная «чистота» выходных продуктов пиролиза, из-за отсутствия процесса бертинирования («осмоления»);
— минимальная энергоемкость процесса, по сравнению с другими видами пиролиза;
— процесс сопровождается выделением тепловой энергии (экзотермические реакции превосходят эндотермические);
— управляемость температурными режимами процесса, с возможностью (при определенных условиях) построения «управляемого синтеза углеводородов» и т.д.
Однако, БП требует тщательной подготовки исходного сырья:
— измельчения до как можно меньшего эквивалентного диаметра частиц исходного вещества;
— сушку исходного вещества (эндотермия) до как можно меньшей относительной влажности (идеально до 0% — абсолютно сухое вещество).
Если нивелировать эти недостатки (каким-либо образом), то себестоимость выходных продуктов БП становится значительно ниже традиционных, полученных из: угля, нефти и природного газа.
Торфяной Энергетической Компанией была разработана и запатентована технология БП торфа. Создана и запущена в опытную эксплуатацию установка быстрого пиролиза торфа (годовой перерабатывающей мощностью до 10 тыс. тн исходного торфа.
В результате, применения технологии БП к торфу, получены продукты переработки:
- Синтетическая нефть (представляющая собой подобие природной нефти) -предназначена либо для дальнейшей переработки на установках органического синтеза в моторные топлива, либо для использования в системах ТЭЦ и котельных, вместо традиционных, полученных из сырой нефти;
- Твердое углистое вещество (ТУВ) — высокоуглеродистый материал (ВУМ), представляющий собой порошкообразный кокс (полукокс) — предназначен для использования в металлургической, химической, пищевой и шинной отраслях промышленности, в системах ЖКХ и энергетики (как высококалорийное топливо);
- Синтез-газ (не путать с синтгазом по Фишеру-Тропшу), представляющий собой очищенную и осушенную газовую смесь (метан, пропан, водород и т.д. со следами СО) — предназначен для использования в энергетических системах и системах потребления газа;
- Тепловая энергия (высвобождаемая в процессе быстрого пиролиза) — предназначена для использования в системах ЖКХ и АПК, а также в целях генерации электроэнергии.
При анализах продуктов переработки торфа использовались методы: ядерного магнитного резонанса (ЯМР) и газово-жидкостной хроматографии.
НИОКР (научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы) позволили масштабировать производственные мощности комплексов от единиц тыс. тн исходного вещества до сотен тыс. тн.
Усредненная себестоимость продуктов БП торфа составила для России:
- синтетической нефти — до 18,0 $ США за 1 тн;
- синтез-газа — до 15,0 $ США за 1 000 куб. м;
- высокоуглеродистого материала (ВУМ) — до 20,0 $ США за 1 тн;
- эквивалентной тепловой энергии — до 2,0 $ США за 1 Гкал.
Причем, по своим энергетическим характеристикам (средней теплоте сгорания) выходные продукты БП торфа не уступают традиционным энергетическим ресурсам (нефти, природному газу и углям).
В процессе НИОКР были исследованы все твердые горючие ископаемые (ТГИ): сланцы, бурые и каменные угли.
Для практической реализации технологии быстрого пиролиза к промышленным и бытовым отходам, особенно в части касающейся отходов КРС, свиноводства и птицеводства, необходима предварительная подготовка исходного материала, которая заключается (на примере птичьего помета) в смешивании, в определенной пропорции, помета и древесных опилок (торфа и т.п., что практически сегодня осуществляется непосредственно на фермах). На -001 были проведены технологические прогоны (испытания) древесных опилок как лиственных и хвойных пород по отдельности, так и смешанных пород древесины (включая санитарные древесные отходы — поваленные деревья, отходы городской и парковой санитарной порубки и т.п.). Оказалось, что при всех прочих одинаковых условий, конечные продукты переработки древесных опилок, в пересчете на выходную эквивалентную тепловую энергию, по себестоимости на 30% ниже, чем у торфа. Нет сомнений в реализации проектов переработки угольного шлама методом быстрого пиролиза, с целью получения энергетических ресурсов. Такая уверенность базируется на результатах опытных технологических прогонах угольного шлама, доставленного с одного из обогатительных комбинатов РФ.
Касаясь отходов АПК, можно сказать, что никаких принципиальных проблем, применения технологии быстрого пиролиза, для переработки отходов растениеводства (соломы, жмыха и т.п.), с целью построения экономически эффективных комплексов, для выработки альтернативных энергетических ресурсов, мы не видим.
Вопрос переработки бытовых отходов, с использованием технологии быстрого пиролиза, требует определенных пояснений:
— возникает строгая необходимость сортировки отходов на родовые виды (древесные, бумажные, металлические, стекло и т.д., до «месиво — смесь пищевых и других отходов жизнедеятельности человека в быту»);
— что касается таких видов отходов как: древесные, бумажные, целлофановые, пластиковые и т.п., то возможно (в принципе) построение самоокупаемых производств;
— металл и стекло, для применения технологии быстрого пиролиза, не пригодны;
— «месиво», состоящее из неопределенного состава веществ, не может никогда служить источником построения окупаемого производства. Его можно подвергнуть технологической переработке на установках быстрого пиролиза, с целью утилизации, однако, из-за своего неопределенного состава, оно не может служить источником построения какой-либо окупаемой производственной системы. Утилизация его является социальной задачей — всегда дотационной. Результатом такой переработки является снижение, на порядок и выше, конечных объемов захоронения отходов жизнедеятельности человека! Это мировая проблема!
Несколько слов о возможности применении технологии быстрого пиролиза к автомобильным покрышкам и резине:
Применение технологии быстрого пиролиза для переработки (утилизации) автомобильных покрышек и резины, с целью построения рентабельных производств, принципиально возможно и мало того, экономически выгоднее (существенно!!!), чем существующие (сегодня) производства (установки) переработки автомобильных покрышек методом медленного пиролиза. Однако, необходимо учитывать, что в данном материале присутствую (могут присутствовать) тяжелые металлы и накопленная радиоактивность, что неминуемо скажется на выходных продукта пиролиза. Данная проблема мало изучена и поэтому вызывает опасения. Требуются детальные исследования в данной области — социальная проблема!
Направления применения технологии БП, для улучшения экологической ситуации в регионах, муниципалитетах и т.д.:
- Утилизация бытовых отходов, после их сортировки;
- Утилизация различных иловых отложений;
- Утилизация автомобильных и авиационных покрышек;
- Утилизация отходов АПК и отдельных фермерских хозяйств;
- Утилизация отходов лесной и деревообрабатывающей промышленности;
- Утилизация отходов бумажно-целлюлозных комбинатом;
- Утилизация отходов угольных обогатительных фабрик и т.д.;
В чем же «изюминка» применения технологии БП, для утилизации промышленных и бытовых отходов, в сравнении с другими применяемыми технологиями (прямое сжигание и т.д.)? Частично ответ на этот вопрос дан выше — возможность построения самоокупаемых непрерывных производств по утилизации отходов, с достаточной управляемостью и замкнутостью технологического процесса (без каких-либо «выбросов» в окружающую среду). Вторым фактором «изюминки» является возможность разделения продуктов БП на фракции (жидкая, твердая, газообразная), из которых (в свою очередь) можно извлекать «чистые» химические соединения и вторично запускать их в промышленный оборот.
Конечные продукты БП имеют высокую энергетическую способность и соответственно должны быть использованы, для внутренних (внешних) нужд систем ЖКХ, АПК (включая отдельные фермерские хозяйства), предприятий промышленности. Это позволит значительно снизить затраты на энергетику, что, в конечном счете, приведет к снижению себестоимости продукции.
Сегодня, на полигонах захоронения бытовых и промышленных отходов запускаются производства по сортировке отходов. Это позволяет частично разгрузить площади захоронения отходов. Однако, основная масса отходов («месиво») прессуется в «кипы» и складируется штабелями. Таким образом, вместо горы отходов появляется гора «кип»! Т.е. основная задача процесса утилизации отходов — употребление с пользой (вовлечение во вторичный технологический оборот) не решена. Она заменена на процесс «захоронения». Вот здесь и необходимо, используя технологию БП, замкнуть процесс реальной утилизации отходов.
Удельные начальные капитальные вложения УБП отходов составляют 1,5 тыс. руб. на 1,0 тн отсортированных отходов. Т.е. для переработки 10,0 тыс. тн отходов в год, капитальные вложения составят 15,0 млн. руб.
Актуальность проведения работ по переработке промышленных и бытовых отходов, с целью построения экономически эффективных производств, а также поиска альтернативных источников энергоресурсов на базе всевозможных отходов, сегодня признана во всем мире. Мы предлагаем один из множества способов решения проблемы утилизации отходов — переработка отходов, посредством применения технологии быстрого пиролиза, с целью вовлечения продуктов БП во вторичный технологический оборот (включая получение альтернативных энергетических ресурсов), на базе замкнутого, экологически чистого, экономически эффективного производства.
Переработка для всеобъемлющей пользы
Себестоимость любой продукции напрямую зависит от энергоносителей. Многие из нас обеспокоены постоянным ростом цен на энергию и ищут возможности новых решений.
Ежегодно увеличивается количество органических отходов жизнедеятельности человека. Экологические требования ужесточаются, вводятся различные программы утилизации отходов, но проблемы переработки остаются нерешёнными. Мусороперерабатывающих предприятий не хватает. Зачастую переработка мусора ассоциируется с банальной сортировкой отходов на вторсырьё и перевозкой невостребованных отходов на различные полигоны.
ООО СНДВ занимается внедрением новых технологий, продвижением на рынке оборудования по переработке органического сырья, с последующим получением энергии и реализацией проектов связанных с ними.
Представляем Вашему вниманию технологию переработки органических отходов методом быстрого пиролиза (разложение в реакторе органики на газовую и твёрдую фракции).
Перерабатывая любое органическое сырьё, от не перерабатываемой органики твердых бытовых отходов (ТБО), до отходов агропромышленного комплекса (АПК), лесной и бумажной промышленности, отходы алкогольной промышленности (дробина, барда), лигнин, а также измельченные угли, осадки сточных вод, и др., мы получаем тепло, электроэнергию, синтезгаз, синтезнефть, высоко углеродистые материалы (ВУМ) и их производные продукты. На основе этой технологии (как один из вариантов) нами предлагается установка быстрого пиролиза торфа. Торф — восполнимое природой минеральное сырьё. Только в России разведанных запасов насчитывается более 150 млрд. тонн. Уникальность оборудования заключается в том, что, в рабочем режиме, она не требует привлечения дополнительных источников энергии и работает на само обеспечении. Отработаны все ступени технологии.
Проведены комплексные анализы полученной продукции:
— синтетическая нефть, в состав которой входят бензиновые, дизельные, масляные фракции, ароматические углеводороды, гидроксильные соединения, спирты и эфиры и пр. При возгонке ее, на месте, нами было получено до 8% бензольных фракций от объема синтетической нефти, с отсутствием серы и хлора. Синтетическая нефть является сырьем для оргсинтеза, нефтепереработки и т.д.
— высоко углеродистый материал (ВУМ), порошкообразное твердое вещество, с содержанием чистого углерода от 80% и выше. Готовый кокс и полукокс, ВУМ является сырьем для энергетики, металлургии, химии, парфюмерии и т.д.;
— синтезгаз, в состав, которого, входят метан, пропан и выше, водород, оксид углерода и т.д., получены синтезгазы с содержанием оксида углерода (СО) от 2-8%. Синтезгаз, практически, готов к применению в системе ЖКХ и в энергоустановках, в т.ч. на ТЭЦ;
— тепловая энергия – в виде перегретого пара, направляется для дальнейшего использования в энергетических нуждах.
Производство является экологически чистым.
Себестоимость 1 Гкал экв. тепловой энергии составляет 80-140 руб.
Данная технология и Установка быстрого пиролиза (УБП) могут быть поставлены Заказчику для любого вида органического сырья. Технология и основные агрегаты установки защищены патентами РФ.
Краткий аналитический обзор современных технологий, получения альтернативных энергетических ресурсов, методом быстрого пиролиза. Пиролиз — термическая деструкция исходного вещества без доступа кислорода.
Различают два вида пиролиза:
— медленный пиролиз (МП) — термическая деструкция вещества без доступа кислорода, при которой скорость нагрева исходного вещества составляет градусы в мин., час.
— быстрый пиролиз (БП) — термическая деструкция вещества без доступа кислорода, при которой скорость нагрева исходного вещества составляет сотни, тысячи градусов в доли, единицы сек.
Основные отличительные особенности БП от МП:
— технологическая возможность создания высокопроизводительных непрерывных производств;
— возможность создания энергетически самообеспечивающих систем, что снижает производственные затраты, как минимум, на 30%, а, следовательно, приводит к снижению себестоимости продуктов переработки;
— малое время нахождения исходного вещества, в зоне термической деструкции, не допускает процессов вторичного крекинга (вторичной термической деструкции), что позволяет получать более чистые, по своему химическому составу (практическое отсутствие гудроновых и мазутных составляющих), продукты пиролиза. Так синтез-газ, полученный БП, имеет теплоту сгорания на 50% больше, чем при МП;
— возможность использования «энтропийных взрывов» (нанотехнология), что позволяет, дополнительно к продуктам БП, получать значительное количество тепловой энергии;
— возможность регулирования рабочих температурных режимов, без технологических и конструктивных изменений оборудования;
— возможность переработки различных исходных продуктов на одном и том же оборудовании, без принципиальных технологических и конструктивных изменений.
Недостатком процесса БП является обязательная предварительная сушка исходного вещества до определенной относительной влажности. Однако, тепловой эффект, полученный с помощью БП, с лихвой окупает затраты на процесс сушки.
Продукты переработки углеродосодержащих исходных веществ.
Для процесса МП:
— пиролизная жидкость — «синтетическая нефть» (средняя теплота сгорания составляет 18 Мдж/кг, у природной нефти — 45 Мдж/кг). Обычно количество «синтетической нефти составляет 50- 60% от количества исходного вещества;
— пиролизный газ, в состав которого входят водяной и генераторный газы, а также метан (средняя теплота сгорания составляет 20 Мдж на куб.м, у природного газа — 35 Мдж на куб.м). Его количество колеблется в пределах 20-30% от количества исходного вещества;
— твердое углистое вещество — полукокс (средняя теплота сгорания 20 Мдж/кг, у кокса — 30 Мдж/кг) Количественные характеристики составляют 10-20% от количества исходного вещества.
Для процесса БП:
— «синтетическая нефть» (средняя теплота сгорания составляет 30 Мдж/кг). В зависимости от установленного температурного режима, количество «синтетической нефти» колеблется от 15-70% от сухого исходного вещества;
— синтез-газ, в состав которого входят водород, сумма от метана и выше, небольшое количество оксида углерода, при отсутствии углекислого газа (средняя теплота сгорания составляет 35 Мдж на куб.м). В зависимости от установленного рабочего температурного режима, его количество может находиться в пределах 20-65% от сухого исходного вещества;
— твердое углистое вещество — высокоуглеродистый материал (средняя теплота сгорания составляет 40 Мдж/кг). Количество высокоуглеродистого материала (ВУМ) находится в пределах 10-20% от сухого исходного вещества;
— тепловая энергия, выделившаяся посредством «энтропийных взрывов». Количество выделяемой тепловой энергии зависит от вида исходного вещества. Например, при переработке низинного торфа составляет 12 Мдж/кг сухого торфа.
Таким образом, если привести (усреднить) процессы переработки исходных веществ к полезной эквивалентной тепловой энергии (на примере низинного торфа, имеющего теплоту сгорания 15 Мдж/кг) и сравнить их с полезной эквивалентной тепловой энергией продуктов переработки природной нефти, то получим:
- При процессе переработки низинного торфа, методом прямого сжигания, в количестве 1тн — эквивалентная тепловая энергия 15000 Мдж;
- При процессе переработки низинного торфа (относительной влажностью 50%), методом МП, в количестве 1тн: «синтетическая нефть» — 600кг или 11000 Мдж экв. тепловой энергии; пиролизного газа — 300кг или 5000 Мдж экв. тепловой энергии; полукокса — 100кг или 2000 Мдж экв. тепловой энергии. Итого сумма экв. тепловой энергии (для МП торфа) составит 18000 Мдж.
- При процессе переработки низинного торфа (относительной влажностью 50%), методом БП в режиме синтез-газа, в количестве 1тн: «синтетическая нефть» — 100кг или3000 Мдж экв. тепловой энергии; синтез-газ — 450кг или 19000 Мдж экв. тепловой энергии; ВУМ — 50кг или 2000 Мдж экв. тепловой энергии; тепловая энергия — 7000 Мдж экв. тепловой энергии. Итого сумма экв. тепловой энергии (для БП торфа) составит 31000 Мдж.
- При процессе возгонки 1тн природной нефти: бензиновые фракции — 200кг или 9000 Мдж экв. тепловой энергии; дизельные фракции — 200кг или 8500 Мдж экв. тепловой энергии; масла и мазута — 500кг или 8500 Мдж экв. тепловой энергии. Ит