Пиролиз отходов – что это? Виды пиролиза: высоко- и низкотемпературный. Плюсы и минусы пиролиза. Продукты процесса. Пиролизные установки. Пиролиз в России.
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.
Подходящие отходы для переработки
Преимущество
пиролизных установок
в том, что они пригодны для безопасной утилизации широкого спектра материалов, включая трудноразлагаемые вещества.
- ТБО: бумага, пластмасса, стекло, кости и т.д;
- отходы деревообработки: щепки и опилки;
- пластик и полимерсодержащие отходы (бутылки, полиэтиленовые пакеты);
- иловые слои, образующиеся в коллекторах и канализациях;
- сланец и торф;
- автомобильные покрышки, резиновые отходы;
- отходы аграрно-промышленного комплекса;
- сельскохозяйственные отходы (шелуха зёрен, скорлупа орехов и т.п.);
- отходы медицинских учреждений
- нефтешламы;
- растительные отходы, включая водоросли.
Технические характеристики установки
Промышленное пиролизное оборудование позволяет перерабатывать десятки тонн материала в сутки, но его минус — большие размеры.
Основные параметры агрегатов:
- производительность (кг/час или кубометры в день);
- масса установки (мобильные агрегаты весят 3-8 тонн, стационарные — больше 10 тонн);
- габаритные размеры;
- мощность;
- тип питания (требуемое топливо/параметры электросети);
- мобильность (требуется ли разборка для перевозки);
- этажность установки (количество уровней).
Иногда производитель пиролизных установок указывает дополнительные параметры: окупаемость, объём реактора и т.д.
Разновидности
Вариации печи пиролизного горения подразделяют на основе используемого сырья, метода применения и передачи тепловой энергии. В процессе выбора специалист обращает внимание на вид тяги и размещение внутренних камер. Для производства аппарата используются кирпич или металл.
Минусы пиролиза
К недостаткам пиролиза относят:
- сложность печей;
- дороговизну оборудования;
- необходимость большого количества работников.
Список преимуществ перевешивает возможные недостатки метода.
Рабочий процесс
С помощью пиролизной установки производится быстрая и полная переработка отходов с целью получения различных материалов высокого качества. Процесс модификации невостребованного сырья выполняется в такой последовательности:
- Твердые бытовые отходы поставляются через загрузочную дверь. После поступления необходимого количества сырья отсек герметично закрывается.
- С помощью дизельной или газовой горелки происходит нагревание реактора до температуры 300- 400 градусов. Тепловой процесс способствует формированию нефтяных фракций. В некоторых моделях может использоваться другой вид топлива – дрова или уголь.
- При поступлении нефтяных газов в сепаратор происходит процесс конденсации тяжелых частиц пиролизного масла. После этого в каталитической колонне осуществляется молекулярное расщепление продукта, что приводит к образованию большого количества легких маслянистых фракций.
- Преобразованные газы поступают в кожухотрубное холодильное отделение, где после охлаждения и конденсации аккумулируются в топливной камере. Все оставшиеся горючие составляющие способствуют дальнейшему пиролизному процессу.
По завершению переработки оборудование остывает. Время охлаждения системы зависит от размеров устройства и производительных особенностей, в среднем составляет 2 — 4 часа.
Посредством автоматической системы выгрузки углерод поступает в специальные емкости для хранения. Затем через рабочий дверной проем достается металлоккорд, который во время переработки скручивается в рулон. Такое свойство намного облегчает процесс его удаления.
После извлечения всех продуктов пиролиза можно выполнять загрузку второй порции сырья для переработки.
Основные технические параметры Пиролизная установка:
| Пункт | Подробности | |||
| Модель | BLJ-6 | BLJ-10 | BLJ-16 | BLL-20 |
| Суточная емкость | 6Т | 8Т-10Т | 13-16Т | 20-24Т |
| Метод работы | Пакетный | Полунепрерывный | Непрерывный | |
| Сырье | Отходы пластика, шин, резины, нефтешлама | |||
| Размер реактора | 2,2*6,0м | 2,6*6,6м | 2,8*7,1м | 1,4*11м |
| Шаблон | Горизонтальный и Поворотный | |||
| Отопительные материалы | Древесный уголь, древесина, мазут, природный газ, сжиженный газ и т. Д. | |||
| Общая мощность | 24 кВт / ч | 30кВт / ч | 54кВт / ч | 71.4кВт / ч |
| Площадь пола (Д * Ш * В) | 30 * 10 * 8м | 30 * 10 * 8м | 40 * 10 * 8м | 45 * 25 * 10м |
| Рабочее давление | Нормальное давление | Постоянное давление | ||
| Метод охлаждения | Водяное охлаждение | |||
| Срок жизни | 5-8 лет |
Узнать цену
Пиролизные установки непрерывного действия по разным материалам могут разделить на два вида: пиролизная установка для пластика непрерывного действия и пиролизная установка для шины непрерывного действия.Здесь мы используем пиролизную установку для шины непрерывного действия в качестве примера для краткого введения ее производственного процесса:
Таблица типов устройств
|
Материал для конструирования |
Внутреннее содержимое |
Сфера использования |
| Металл |
Буржуйка |
Подходит для увеличения температуры внутри жилого дома или склада |
|
Может быть использована для парилки или сауны. Применяется для приготовления еды |
||
| Эксплуатируется как установка для барбекю | ||
| Булерьян | Обогревает любой тип помещений в зависимости от площади | |
| Бубафоня | Подходит только для пустых комнат | |
| Система, функционирующая на отработанном масле | Опасно эксплуатировать в жилых апартаментах | |
| Кирпич |
Устройство Кузнецова | Можно устанавливать в загородном доме |
| Подходит для бани | ||
| Есть возможность разогревать пищу |
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).
Промышленное применение
- 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.
- Утилизация промышленных отходов. Удается переработать не только твердые материалы (нефтешлам, отходы производства резин и пластмасс), но также ликвидировать сточные воды.
- 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.
- Получение ацетилена из метана. Этот углеводород сразу перерабатывается в другие продукты: пластмассы, синтетический каучук, растворители, этиловый спирт.
- Переработка древесины. Процесс пиролиза — источник получения древесного угля.
Описание схемы переработки мазута
Сырьё (мазут) подаётся насосом в блок рекуперации где нагревается в теплообменных аппаратах за счёт тепла выходящей с установки продукции (бензина, дизельного топлива, мазута). Далее сырьё проходя печь трубчатую Ану-1.25 и нагреваясь в ней до температуры 420 С , проходя через соккинг емкость (реактор) и систему обратной рекуперации попадает в колонну К1 , где с верха колонны выходит бензино-дизельная смесь, которая попадает через теплообменный аппарат в колонну К2, в которой происходит отделение тяжелого бензина от дизельной фракции.
Боковым погоном из К2 при необходимости отбирается керосиновая фракция. С Низа колонны К1 выходит мазут, а из колонны К2 дизельная фракция, которая направляется через узел подготовки и абсорбирования в товарно-сырьевой парк. Все продукты поступают в блок рекуперации тепла, в котором охлаждаются, передавая своё тепло сырью, проходят блок охлаждения и затем направляются в продуктовые ёмкости.
Пиролизный завод
На крупных заводах установлены пиролизные линии, суточная производительность которых достигает десятков тонн материала.
Пиролизный завод может совмещать переработку ТБО с утилизацией медицинских или других отходов.
На нефтехимических предприятиях пиролизные цеха специализируются на работе с метаном. Для предотвращения возгораний продуктов пиролиза на предприятиях расположены цистерны для хранения ГСМ.
Из крупных предприятий, производящих пиролизное оборудование в России, можно выделить:
- Тюменский пиролизный завод;
- Уральский пиролизный завод;
- Ангарский завод полимеров;
- ОАО «Газпром нефтехим Салават».
Процесс производства останавливают только для чистки реторт.
Продукты пиролиза
В результате переработки получаются такие продукты:
- углерод – 30 – 40%
- масло пиролизное – процент зависит от массы загружаемых отходов и в среднем составляет 20 – 65%
- корд металлический – образуется в результате модификации шин и покрышек
- смесь пиролизных горючих газов – 10%
Также в процессе преобразования отходов выделяется небольшое количество воды и пара. Все продукты пиролиза находят свое применение во многих промышленных сферах.
Перемолотый углерод применяют при изготовлении красящих веществ и резины. При этом для переработки используются отходы шин.
Пиролизное масло с помощью дистилляции преобразовывают в бензин или дизельное топливо.
Продукты, получаемые на выходе
После термической обработки полимерных материалов остаются зола полукокса, пиролизная жидкость и газ.
Часть газов конденсируется и переходит в жидкое состояние. Жидкость очищают, чтобы превратить её в синтетическую нефть. Она используется как замена природному топливу.
Сухой метод пиролиза
Газ, не прошедший конденсацию, отправляют на дожиг или продают сторонним потребителям. Его можно применять в качестве топлива при выработке электроэнергии на ТЭС.
После переработки покрышек остаётся несгораемый металлокорд, его отправляют на склад для дальнейшей переработки в металлические изделия. Обуглероженный (превратившийся в кокс) остаток используется в промышленности:
- в производстве новых шин и резиновых изделий;
- в качестве красителя при изготовлении лакокрасочных покрытий;
- применяется в качестве сорбента вместо активированного угля;
- служит компонентом жидкого топлива или сам используётся как твёрдое горючее.
Пиролизные котлы для отопления
Пиролизный котел
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:
- Разметьте два металлических листа в соответствии с чертежом.
- Вырежьте в них 60 мм отверстия под трубы.
- Нарежьте 57 мм трубы на куски нужной длины.
- Концы труб вставьте в отверстия на листе, закрепите сваркой.
- 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.
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 |
Размеры
Пиролизные установки разработаны в мобильном исполнении. Габаритные размеры комплекса соответствует размерам сорокафутового контейнера. Площадка для размещения оборудования не требует длительной подготовки и масштабных строительных работ, все соединения в конструкции фланцевые для оперативного демонтажа и монтажа на объекте. В комплекте установки поставляется подставка для транспортировки. Установки в стандартном исполнении предназначены для работы при температурах окружающей среды до -40°С. По заказу фирмой-изготовителем изготавливается специальное исполнение установок для работ при температурах до минус 60°С. Пиролизные установки долговечны и безопасны, просты в эксплуатации и работают по принципу самообеспечения.