Пиролиз высокотемпературный: Переработка отходов методом пиролиза: характеристика, преимущество, виды и сырье

Содержание

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.

Содержание статьи

Что такое пиролиз мусора?

Принцип работы пиролизной установки.

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:

  1. Горючие и негорючие смеси газов или пирогаз;
  2. Масло, которое используют как топливо или сырье для переработки, а также воду;
  3. Уголь или пикарбон.

При пиролизе исходное сырье проходит четыре процесса, а именно:

  1. Сушку в специально предназначенной для этого камере;
  2. Непосредственно пиролиз или сухая перегонка отходов;
  3. Сжигание твердых остатков;
  4. Получение конечного продукта: газа, масла или угля.

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:

  1. Не загрязняет окружающую среду;
  2. Для получения полезных веществ используются отходы;
  3. В отходах после процесса нет агрессивных и опасных веществ, их объем существенно меньше, чем при обычном сжигании, можно закапывать в землю;
  4. Препятствует восстановлению тяжелых металлов, они преобразуются в золу;
  5. Добываемые таким способом конечные продукты просты в обращении: хранении, транспортировке;
  6. Наладить технологический процесс несложно, оборудование не требует много места, цены на него доступны.

Некоторые недостатки имеются при применении технологии с низким температурным режимом, а именно:

  1. В производстве используются крупногабаритные печи, которые имеют сложную конструкцию и обходятся дорого в обслуживании;
  2. Не обойтись без численного персонала;
  3. Нельзя добиться полного распада диоксинов, которые содержат ТБО;
  4. В шлаке, выпадающем в осадок, остаются тяжелые металлы, которые не поддаются плавлению.

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

Установка для утилизации отходов методом высокотемпературного пиролиза.

Из вышесказанного следует, что есть высокотемпературный и низкотемпературный пиролиз отходов. Различие в том, что в первом температура достигает выше, а во втором – ниже 900оС.

В первом случае процесс следующий:

  1. Отходы сортируются, из них удаляются большие и металлические предметы;
  2. Полученная масса измельчается и просушивается;
  3. Под воздействием высоких температур в вакуумном пространстве сырье разлагается, в результате образуется газ, масло шлаки и другие вещества, такие как дихлор, фтор и азот;
  4. Устраняются загрязнители, понижается температура выработанного газа.

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 400-450оС. 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

Так выглядит установка для утилизации отходов методом 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 справки! Ежегодно в РФ образуется около 4 млрд т отходов, в которых доля упаковочного материала составляет около 30%.

Для обработки всех этих отходов используется оборудование, основой которого является реактор. Промышленные образцы оборудования, которое применяется для пиролиза, представлены следующими установками:

  1. Для утилизации покрышек;
  2. Для переработки отходов лесной и сельскохозяйственной промышленности;
  3. Для утилизации пищевых, медицинских и других отходов.

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.

В видео рассказывается о принципе работы установки низкотемпературного пиролиза украинско-польского производства.

Температура пиролиза: низкотемпературный и высокотемпературный

Проблема утилизации бытового мусора на сегодняшний день является одной из наиболее острых проблем в мире. С увеличением числа населения земли растет и количество образующегося мусора. Неконтролируемое накопление отходов способно привести нас к глобальной катастрофе.

Сейчас только лишь в России насчитывается несколько десятков тысяч переполненных мусорных свалок, а столько еще тонн мусора находится на нелегальных свалках не известно никому. И только внедрение программы по вторичной переработке и утилизации отходов сможет решить эту актуальную проблему.

Во всем цивилизованном мире переработка ТБО является прибыльным бизнесом. Это объясняется тем, что в более развитых странах научились перерабатывать бытовой мусор, получая из него ценные вещества и тепло. Однако в России новые технологии утилизации мусора практически не применяются, и бытовой мусор, в лучшем случае, просто сжигается, а в худшем – накапливается на полигонах ТБО.

Однако сегодня существуют куда более безопасные с экологической точки зрения способы избавления от ТБО.

Давайте рассмотрим наиболее часто используемую технологию – пиролиз ТБО. Пиролиз может происходить при разных температурах, и, соответственно, подразделяется на низкотемпературный и высокотемпературный. Рассмотрим их по отдельности.

Низкотемпературный пиролиз.

Под низкотемпературным пиролизом понимается процесс, при котором размельченный мусор подвергается термическому разложению. Данный процесс происходит при температурах от 400 до 850 градусов по шкале цельсия. Преимущество низкотемпературного пиролиза по сравнению с традиционным для нас сжиганием отходов заключается, в первую очередь, в его эффективности в плане предотвращения загрязнения окружающей среды.

При помощи пиролиза можно перерабатывать самые разнообразные составляющие отходов, неподдающиеся утилизации, например такие как автопокрышки, отработанные масла, пластмассы и отстойные вещества. После низкотемпературного пиролиза в мусоре не остается никаких биологически активных веществ, поэтому складировать пиролизные отходы можно без риска нанесения вреда природной среде. Образующийся при данном процессе пепел имеет высокую плотность, что существенно уменьшает объем мусора, подвергающийся дальнейшему складированию. Однако стоит отметить, что низкотемпературный пиролиз, хотя он и является более чистой технологией, нежели сжигание, не способен обеспечить полный распад диоксинов.

Также при таком пиролизе не происходит и выплавки тяжелых металлов. Все эти вещества выпадают в твердый остаток, который, равно как и шлак с обыкновенных мусоросжигательных заводов, все равно приходится вывозить в специальные отвалы. Однако, отходов в данном случае образуется гораздо меньше. Таким образом, к преимуществам низкотемпературного пиролиза ТБО можно отнести:

  • легкость хранения и транспортировки отходов пиролиза
  • существенное уменьшение объемов отходов
  • получение энергии, которую можно использовать для отопления и получения электричества.

Установки или заводы, осуществляющие переработку твердых бытовых отходов способом низкотемпературного пиролиза, функционируют во множестве стран мира, начиная с середины 70 годов прошлого века. Именно в ту пору получение из резиновых, пластмассовых, и прочих иных отходов энергии и тепла путем низкотемпературного пиролиза стало рассматриваться как довольно перспективный источник выработки энергетических ресурсов.

Наиболее большое значение придают данному процессу в Японии. Однако, необходимо учитывать тот факт, что в странах, где существуют технологии раздельного сбора мусора методом низкотемпературного пиролиза сжигаются не все отходы, а только лишь определенная часть. Благодаря этому эффективность данного метода утилизации ТБО там гораздо ниже чем в России, поскольку у нас на мусороперабатывающие заводы обычно поступает смешанный мусор, который содержит множество вредных веществ.

Высокотемпературный пиролиз

Способ утилизации ТБО посредством высокотемпературного пиролиза представляет собой газификацию мусора. Технология и процесс пиролиза этого типа предполагает получение из органической составляющей отходов вторичного синтез-газа, который можно использовать для получения пара, электроэнергии и горячей воды. Высокотемпературный пиролиз происходит при температуре выше 850 градусов.

Технологическая цепь данного способа утилизации состоит из следующих последовательных этапов:

  1. Отбор из поступившего на перерабатывающий завод мусора крупногабаритных предметов путем процедуры индукционного сепарирования.
  2. Переработка подготовленных к переработке отходов в газофикаторе с целью получения синтез-газа. При данном процессе также образуются и побочные химические соединения, содержащие хлор, азот и фтор.
  3. Очистка полученного из мусора синтез-газа с целью увеличения его экологических свойств и повышения энергоемкости.
  4. Охлаждение синтез-газа и его поступление в скруббер для очистки от соединений, серы, хлора, фтора и цианидов щелочным раствором.
  5. Сжигание очищенного от примесей синтез-газа в специальных котлах-утилизаторах для получения горячей воды, пара или электроэнергии.

Поскольку поступающий на мусороперерабатывающий завод мусор предварительно не сортируется, побочным продуктом высокотемпературного пиролиза являются твердые нипиролизируемые остатки. Эти остатки абсолютно безопасны, и могут использоваться для получения различных строительных материалов.

Именно поэтому высокотемпературный пиролиз сегодня является одним из наиболее перспективных направлений переработки ТБО, как с точки зрения экологической безопасности, так и со стороны получения вторичных полезных продуктов. Высокотемпературная газификация дает уникальную возможность экономически выгодно и экологически чисто перерабатывать любые твердые бытовые отходы без необходимости их предварительной подготовки (сортировки, сушки).

  • Комментарии к статье
  • Вконтакте

Пиролиз. Справка — РИА Новости, 11.06.2010

Виды пиролиза

Окислительный пиролиз – процесс термического разложения промышленных отходов при их частичном сжигании или непосредственном контакте с продуктами сгорания топлива. Данный метод применим для обезвреживания многих отходов, в том числе «неудобных» для сжигания или газификации: вязких, пастообразных отходов, влажных осадков, пластмасс, шламов с большим содержанием золы, загрязненную мазутом, маслами и другими соединениями землю, сильно пылящих отходов.

Кроме этого, окислительному пиролизу могут подвергаться отходы, содержащие металлы и их соли, которые плавятся и возгорают при нормальных температурах сжигания, отработанные шины, кабели в измельченном состоянии, автомобильный скрап и др.

Метод окислительного пиролиза является перспективным направлением ликвидации твердых промышленных отходов и сточных вод.

Сухой пиролиз. Этот метод термической обработки отходов обеспечивает их высокоэффективное обезвреживание и использование в качестве топлива и химического сырья, что способствует созданию малоотходных и безотходных технологий и рациональному использованию природных ресурсов.

Сухой пиролиз – процесс термического разложения без доступа кислорода. В результате образуется пиролизный газ с высокой теплотой сгорания, жидкий продукт и твердый углеродистый остаток. В зависимости от температуры, при которой протекает пиролиз, различается:

1. Низкотемпературный пиролиз или полукоксование (450–550 °С). Для данного вида пиролиза характерны максимальный выход жидких и твердых (полукокс) остатков и минимальный выход пиролизного газа с максимальной теплотой сгорания. Метод подходит для получения первичной смолы – ценного жидкого топлива, и для переработки некондиционного каучука в мономеры, являющиеся сырьем для вторичного создания каучука. Полукокс можно использовать в качестве энергетического и бытового топлива.

2. Среднетемпературный пиролиз или среднетемпературное коксование (до 800 °С) дает выход большего количества газа с меньшей теплотой сгорания и меньшего количества жидкого остатка и кокса.

3. Высокотемпературный пиролиз или коксование (900–1050° С). Здесь наблюдается минимальный выход жидких и твердых продуктов и максимальная выработка газа с минимальной теплотой сгорания – высококачественного горючего, годного для далеких транспортировок. В результате уменьшается количество смолы и содержание в ней ценных легких фракций.

Метод сухого пиролиза получает все большее распространение и является одним из самых перспективных способов утилизации твердых органических отходов и выделении ценных компонентов из них на современном этапе развития науки и техники.

Пиролиз углеводородов

Процесс пиролиза углеводородов (800 900°С) (газовых углеводородов, прямогонного бензина, атмосферного газойля) является основным источником получения этилена и одним из главных источников получения пропилена, дивинила, бензола и ряда других продуктов. Процесс пиролиза (крекинга) нефтегазового сырья был запатентован в 1877 году российским инженером химиком Александром Александровичем Летним.

Пиролиз древесины

При пиролизе древесины (450 500°С) образуется ряд веществ таких как: древесный уголь, метиловый спирт, уксусная кислота, ацетон, смола и др. Россия   одна из самых богатых лесом стран. Поэтому в России сформировались и работали лучшие в мире школы по пиролизу древесины. Их вклад получил мировое признание.

Пиролиз мусора и отходов

Существуют проекты уничтожения бытового мусора с помощью пиролиза. Затруднения с организацией пиролиза шин, пластмасс и других органических отходов связаны не с технологией собственно пиролиза, которая не отличается от технологии термической переработки других твердых материалов.

Проблема состоит в том, что в большинстве отходов содержится фосфор, хлор и сера. Сера и фосфор в окисленной форме летучи и наносят вред окружающей среде. Хлор активно реагирует с органическими продуктами пиролиза с образованием стойких ядовитых соединений (например, диоксины).

Улавливание этих соединений из дыма – процесс не из дешевых и имеющий свои сложности. Проблема переработки изношенных автомобильных шин и вышедших из эксплуатации резинотехнических изделий имеет большое экологическое и экономическое значение для всех развитых стран мира. А невосполнимость природного нефтяного сырья диктует необходимость использования вторичных ресурсов с максимальной эффективностью.

Шины и полимеры представляют собой ценное сырье, в результате их переработки методом низкотемпературного пиролиза (до 500 °С) получаются жидкие фракции углеводородов (синтетическая нефть), углеродистый остаток (технический углерод), металлокорд и горючий газ. В то же время, если сжечь 1 т шин, то в атмосферу выделится 270 кг сажи и 450 кг токсичных газов.

Преимущества пиролизных установок:

 1. Достигаются практически полная утилизация материально-энергетических ресурсов ТБО и энергоавтономность всего технологического цикла.

 2. Поскольку термическое разложение происходит без доступа воздуха, нет условий для образования таких токсичных соединений, как диоксин, фуран, бензапирен и др.

 3. Замкнутость схемы, компактность оборудования и экологическая чистота определяют возможность размещения такого предприятия в черте любого города.

 4. Учитывая, что минеральная составляющая ТБО – экологически чистый после термообработки шлак – может использоваться для дорожных работ, такую технологию можно отнести к категории полностью безотходных.

 5. Эти установки позволяют получать прибыль за счет реализации произведенной продукции (пар, электроэнергия) в отличие от действующих сегодня производств, где эксплуатационные затраты значительно превосходят доход от реализации, а рентабельность предприятий основывается на платежах населения за переработку мусора.

Для пиролизных установок нет необходимости строить капитальные сооружения и высокие дымовые трубы. Установки могут монтироваться под навесом или в ангарах легкого типа на бетонном основании.

Материал подготовлен на основе информации РИА Новости и открытых источников

Переработка отходов (высокотемпературная). Плазменные источники энергии (часть 4)

… часть 1
часть 2
часть 3

В последние годы в зарубежной и отечественной технической литературе появилось огромное количество публикаций в основном рекламного характера по использованию плазменных источников энергии в установках высокотемпературной переработки различных органических отходов. Рассмотрим основные варианты использования плазменных источников энергии в технологиях высокотемпературной переработки и обезвреживания твердых бытовых, промышленных и медицинских отходов.

Термическая обработка отходов в плотном фильтруемом слое

Наибольшее распространение в практике пиролиза и газификации твердых бытовых, промышленных и медицинских отходов нашли вертикальные шахтные печи. Классическим примером противоточной шахтной печи для пиролиза твердых отходов является реактор, разработанный ГУП МосНПО «Радон» [9], представленный на рис. 1.

Упаковки с отходами поступают через узел загрузки в верхние слои шахты и, опускаясь под действием силы тяжести, нагреваются за счет теплоты газов, движущихся вверх им навстречу.

Источником энергии служат дуговые плазмотроны, установленные в подовой части печи над ванной. В качестве плазмообразующего газа используется воздух. Применение воздушных плазмотронов достаточной мощности позволило отказаться от дополнительного топлива. В верхней части печи отходы проходят стадии сушки и пиролиза, сопровождающиеся интенсивным газовыделением.

В высокотемпературной зоне шахтной печи в нижних слоях отходов происходит возгонка летучих соединений. В то же время в среднем и верхнем уровнях шахты печи, в зоне относительно низких температур, эти соединения концентрируются и сорбируются в слое отходов. Коксовый остаток в значительной степени выжигается, а минеральные компоненты плавятся и поступают в зону накопления расплава.

Технологическая схема опытнопромышленной установки «Плутон», разработанной ГУП МосНПО «Радон» для обезвреживания радиоактивных отходов, с агрегатной нагрузкой 200-250 кг/ч [10] приведена на рис. 2. Эта установка позволяет перерабатывать смешанные твердые отходы, содержащие не только горючие компоненты (древесину, бумагу, ветошь, пластики), но и негорючие (металл, стекло, грунт, изоляционные материалы).

Температура отходящих газов на выходе из шахтной печи не превышала 250-300 °С, пирогаз (помимо горючих газов) содержал смолистые вещества и аэрозоли сажи и золы, которые подвергались обработке в многоступенчатой системе пылегазоо-чистки. Температура шлакового расплава в ванне печи достигала 1 600-1 800 °С. После охлаждения был получен продукт, пригодный для безопасного хранения.

На основе длительного цикла научно-исследовательских работ, выполненных на установке «Плутон», была осуществлена разработка демонстрационного комплекса по переработке ТБО в Израиле с проектной нагрузкой 500 кг/ч (см. фото), введенного в опытную эксплуатацию в 2007 г. по контракту между
РНЦ «Курчатовский институт» и израильской компанией EER (Environmental Energy Resources). Проектноконструкторские работы были выполнены ООО «ВАМИ» (г. Санкт-Петербург) при участии ОАО «ВНИИАМ» и ОАО «НПО Техэнер-гохимпром».

Шахтная печь для термической переработки (твердых бытовых, промышленных, медицинских и биологических) отходов с агрегатной нагрузкой до 200 кг/ч разработана Институтом тепло- и массообмена им. А. В. Лыкова совместно с другими организациями Республики Беларусь [11][12]. В качестве плазменных горе-лочных устройств применяются элек-тродуговые плазмотроны постоянного и переменного тока.

Параметры работы плазмотрона ПДС-50/3-03

РежимСила тока, аНапряжение, вРасход газа (воздух), г/сКпд, %Энтальпия плазменной струи, мдж/кгТемпература плазменной струи, к
I1203203,6586,53 700
II1303404,5596,13 550
III1103404,0605,93 500

Шахтный процесс переработки дал возможность реализовать режим противотока при нагревании и термической обработке отходов, а охлаждение и фильтрацию отходящих газов — непосредственно в самом слое. Для этого в состав шихты добавляли органический фильтрующий материал — мелкие древесные опилки.

Далее…
часть 5

И. М. Бернадинер,
Московский энергетический институт (технический университет),
М. Н. Бернадинер, ОАО «НПО «Техэнергохимпром»
Источник: журнал «Твердые Бытовые Отходы» № 5 2011, раздел «Технологии»

При использовании материала/любой его части ссылка на авторство и сайт (www.zaobt.ru) обязательна


Литература

1. Бернадинер М. Н., Шурыгин А. П. Огневая переработка и обезвреживание промышленных отходов. — М.: Химия, 1990. — 304 с.

2. Способ утилизации жидких отходов. Патент РФ, №2353857, опубликовано 27.04.2009. Бюллетень №12.

3. Плазмохимическая переработка отходов хлорорганических производств /А. М. Тухватуллин [и др.] // Химическая промышленность. -1986. -№9.

4. G. Ondrey, К. Fouhy. Plasma arcs sputter new waste // Chemical engineering. — 1991. — December. — S. 32-35.

5. Перспективы плазмохимического уничтожения ПХБ-содержащих конденсаторов и других токсичных отходов / А. П. Цыганков [и др.] // Экология производства. — 2004. -№ 5. — С. 75-79.

6. Моссэ А. Л., Горбунов А. В., Савчин В. В. Электродуговые плазменные устройства для переработки и уничтожения токсичных отходов: материалы 4-го Международного симпозиума по теоретической и прикладной плазмохимии II Ивановский государственный технологический университет, 13-18 мая 2005 г.

7. Гонопольский А. М., Федоров О. Л. Обезвреживание отходов медицинских учреждений в герметичной плазменной печи // Чистый город. -1999.-№ 1(5) — С. 28-31.

8. Опыт внедрения системы сбора, транспортировки и плазменной переработки медицинских отходов (на примере Московской городской инфекционной клинической больницы №1)/А. М. Гонопольский [и др.] I/ Чистый город. — 1999. — № 3 (7). -С. 16-20.

9. Способ и установка для переработки радиоактивных отходов. Патент РФ, № 2320038, опубликовано 20.03.2008. Бюллетень № 8.

10. Плазменные технологии: расширение возможности переработки отходов: материалы Международной конференции «Стратегия безопасности использования атомной энергии — прошлое, настоящее и будущее» / И. И. Кадыров [и др.]. — СПб. — 25-29 сентября 2006 г.

11. Моссэ А. Л., Савчин В. В. Плазмотермическая обработка токсичных отходов II Твердые бытовые отходы. — 2006. — № 12. — С. 22-24.

12. Савчин В. В., Моссэ А. Л. Разработка и исследование плазменной шахтной печи для утилизации радиоактивных отходов: материалы 5-го Международного симпозиума по теоретической и прикладной плазмохимии // Ивановский государственный технологический университет, 3-8 сентября 2008 г.

13. Установка для плазменной газификации различных видов отходов: теплоэнергетика высоких температур / А. Н. Братцев [и др.]. — 2006. -Т. 44. -№6.~ С. 832-837.

14. Переработка твердых отходов методом плазменной газификации: вода и экология: проблемы и решения /А. Н. Братцев [и др.]. — 2006. -№4.~ С. 69-73.

15. Петров С. В. Плазменная газификация отходов: мир техники и технологии. — 2009. — № 7. — С. 54-55.

16. Бернадинер И. М. Диоксины и другие токсиканты при высокотемпературной переработке и обезвреживании отходов. — М.: Издательский дом МЭИ, 2007. — 48 с.

17. Савчин В. В., Моссэ А. Л. Плазменные методы в технологии переработки РАО: материалы VМеждународной конференции «Сотрудничество для решения проблемы отходов». — Харьков, 2008. -С. 50-52.

Специализированное мобильное и стационарное оборудование

В качестве дополнительных средств для переработки ТБО можно использовать следующее оборудование:

 

  • Прокалыватель ПЭТ бутылок.

Он существенно упростит процесс хранения и переработки пластиковых бутылок. В бутылках остается воздух, который препятствует их прессованию. Для решения этой проблемы в этом устройстве применяют валы с колющими или режущими частями.

 

 

 

 

  • Разрыватели пакетов.

Зачастую отходы поступают на пункт переработки, упакованные в пакеты. Для открытия этих пакетов в автоматическом режиме применяют разрыватели, которые представляют из себя большой контейнер, внутри которого установлены роторы с острыми зубьями. Роторы, вращаясь с небольшой скоростью, разрывают пакеты, при этом не дробя содержимое пакетов.

 

 

 

Гранулятор – это технически сложное устройство для переработки пластиковых отходов, которые способно изготовить гранулы чистого материала без примесей. Для производства гранул используют измельченный пластик или агломерат. Технологический процесс выглядит следующим образом: Производится ручная либо автоматическая подача измельченного сырья в бункер, установленный над экструзионной камерой. Сырье под собственным весом ссыпается в камеру, где захватывается шнеком и увлекается к головке с фильерой. По пути масса прогревается и перемешивается, образуя однородный расплав. Последний проходит сквозь систему фильтров для удаления инородных примесей и мусора. Перед подачей в фильеру из расплава удаляются воздушные пузырьки. Для этого он пропускается сквозь вакуумную зону дегазации, где происходит отсасывание воздуха через специальное отверстие. Следующий этап — собственно экструзия. Пластиковый расплав продавливается шнеком в отверстия фильеры (матрицы). Выходящие из головки жгуты нарезаются различными способами на гранулы и охлаждаются. Готовый продукт проходит этапы сушки и калибровки (при необходимости) и поступает на упаковку. Для улучшения гомогенизации и дегазации расплава, а также повышения производительности зачастую применяется двухкаскадная технология, где массу перемешивают и продавливают 2 шнека. Та же система применяется в большинстве грануляторов – компаундеров, где к основному расплаву примешиваются специальные добавки — компаунды. В подобных машинах для улучшения перемешивания внутри цилиндра на некотором расстоянии от витков шнека установлены дополнительные неподвижные элементы.

Экструдер – это устройство, которое позволяет переработать агломерат и гранулы пластика или резины в готовое изделие. Принцип работы: в устройство поступает перерабатываемый материал, затем вращающийся шнек его захватывает, перемещая к нагревательным элементам. Высокая температура делает его вязким и тягучим, и в таком состоянии он выходит из машины. Часто на выходе экструдера установлена своеобразная пресс-форма, которая придает выходящему продукту нужные параметры.

Следует отметить, что экструдеры применяются не только в мусоропереработке, но и во многих отраслях промышленности.

  • Печи для утилизации и переработки мусора и отходов.

Для утилизации мусора и отходов в основном применяют стационарные или вращающиеся печи.

Стандартная стационарная установка для утилизации отходов представляет собой сложный механизм, состоящий из загрузчика, одно- или многоуровневой печи, вторичной камеры сжигания, а также систем мокрого выпуска и контроля загрязнения воздуха. Мусоросжигательные заводы в России работают преимущественно с такими видами печей. Они позволяют сжигать твердые, жидкие, биологические и бытовые отходы, так что, например, покупать отдельно печь для утилизации биологических отходов не требуется. Сам технологический процесс выглядит следующим образом. Загрузчик загружает отходы в печь, которая представляет собой бокс с огнеупорным покрытием. После того, как мусор сжигается, его остатки подаются в камеру повторного сжигания для полного уничтожения. В конце цикла гидравлический цилиндр очищает бокс от отходов горения. Оставшаяся зола сбрасывается в герметичные камеры мокрого удаления золы. Температура же в печи поддерживается одной или несколькими топками, в которые непрерывно поставляется топливо. По такому принципу работают практически все печи для сжигания отходов.

Вращающаяся печь, по сути, — это та же самая система, за тем лишь исключением, что камера сжигания здесь не стационарная, а вращающаяся. В основном утилизация биологических отходов, мусора и металла производится непрерывно, а вращение печи позволяет обжигать материалы с разных сторон, обеспечивая более эффективную работу и более чистый результат. Стоит подобная установка для сжигания отходов на порядок дороже стационарной, однако за счет ускорения процесса со временем печь полностью отрабатывает свою стоимость и начинает приносить прибыль.

Утилизация жидких отходов и биологических материалов сопровождается обильным выделением токсинов, для нейтрализации этих выделений стоит применять систему контроля загрязнения воздуха, которая включает в себя систему фильтрации.

При переработке отходов обычно используют пиролизные печи. Технология пиролиза заключается в необратимом химическом изменении мусора под действием температуры без доступа кислорода. По степени температурного воздействия на вещество мусора пиролиз как процесс условно разделяется на низкотемпературный (до 900°С) и высокотемпературный пиролиз (свыше 900°С).

Низкотемпературный пиролиз — это процесс, при котором размельченный материал мусора подвергается термическому разложению. При этом процесс пиролиза бытовых отходов имеет несколько вариантов: пиролиз органической части отходов под действием температуры в отсутствии воздуха; пиролиз в присутствии воздуха, обеспечивающего неполное сгорание отходов при температуре 760°С; пиролиз с использованием кислорода вместо воздуха для получения более высокой теплоты сгорания газа; пиролиз без разделения отходов на органическую и неорганическую фракции при температуре 850°С и др.

Повышение температуры приводит к увеличению выхода газа и уменьшению выхода жидких и твердых продуктов.

Преимущество пиролиза по сравнению с непосредственным сжиганием отходов заключается прежде всего в его эффективности с точки зрения предотвращения загрязнения окружающей среды. С помощью пиролиза можно перерабатывать составляющие отходов, трудно поддающиеся утилизации, такие, как автопокрышки, пластмасса, отработанные масла, отстойные вещества. После пиролиза не остается биологически активных веществ, поэтому подземное складирование пиролизных отходов не наносит вреда природной среде. Образующийся пепел имеет высокую плотность, что резко уменьшает объем отходов, подвергающийся подземному складированию. При пиролизе не происходит восстановления (выплавки) тяжелых металлов. К преимуществам пиролиза относятся и легкость хранения и транспортировки получаемых продуктов, а также то, что оборудование имеет небольшую мощность. В целом процесс требует меньших капитальных вложений.

Установки или заводы по переработке твердых бытовых отходов способом пиролиза функционируют в Дании, США, ФРГ, Японии и других странах.

Активизация научных исследований и практических разработок в этой области началась в 70-х годах ХХ столетия, в период «нефтяного бума». С этого времени получение из пластмассовых, резиновых и прочих горючих отходов энергии и тепла путем пиролиза стало рассматриваться как один из источников выработки энергетических ресурсов. Особенно большое значение придают этому процессу в Японии.

Высокотемпературный пиролиз. Этот способ утилизации ТБО, по существу, есть не что иное, как газификация мусора. Технологическая схема этого способа предполагает получение из биологической составляющей (биомассы) отходов вторичного синтез-газа с целью использования его для получения пара, горячей воды, электроэнергии. Составной частью процесса высокотемпературного пиролиза являются твердые продукты в виде шлака, т. е. непиролизуемые остатки. Технологическая цепь этого способа утилизации состоит из четырех последовательных этапов:

1. отбор из мусора крупногабаритных предметов, цветных и черных металлов с помощью электромагнита и путем индукционного сепарирования;

2. переработка подготовленных отходов в газофикаторе для получения синтез-газа и побочных химических соединений — хлора, азота, фтора, а также шлака при расплавлении металлов, стекла, керамики;

3. очистка синтез-газа с целью повышения его экологических свойств и энергоемкости, охлаждение и поступление его в скруббер для очистки щелочным раствором от загрязняющих веществ соединений хлора, фтора, серы, цианидов;

4. сжигание очищенного синтез-газа в котлах-утилизаторах для получения пара, горячей воды или электроэнергии.

При переработке, например, древесной стружки синтез-газ содержит (в %): влагу — 33,0; окись углерода — 24,2; водород — 19,0; метан — 3,0; двуокись углерода —10,3; азот — 43,4, а также 35-45 г/нм дегтя.

Из 1т твердых отходов, состоящих из 73% ТБО, 7% резиновых отходов (в основном автомобильные шины) и 20% каменного угля получают 40 кг смолы, используемой в котельной и м3 влажного газа. Объемная доля компонентов сухого газа следующая (в %): водород — 20, метан — 2, окись углерода — 20, двуокись углерода — 8, кислород — 1, азот — 50. Низшая теплота сгорания 5,4-6,3 МДж/м3. Шлака получается 200 кг/т.

  • Мойки и сушки при переработке и утилизации ТБО.

Мойки и сушки используются для очищения поступающего вторичного сырья от загрязнений всех типов, просушивания объемов с излишками влаги или сжигания определенного вида бытового мусора, который горит без вреда для окружающей среды.

Инженерный центр «Итлан» разработал уникальную технологию переработки мусора — Российская газета

Десятилетиями в России с завистью смотрят на зарубежные страны, давно научившиеся из мусора строить дома и дороги, создавать новые продукты.

Для нас же мусор по-прежнему остается дорогостоящей проблемой, самым технологичным решением которой остается банальное сжигание в печке. Однако новое поколение российских политиков говорит, что появилась наконец технология, позволяющая не только перерабатывать мусор без отходов, но еще и делающая этот процесс экономически рентабельным.

Уникальная технология переработки мусора существенно дешевле западных аналогов. Она не имеет конкурентов в России и разработана инженерным центром «Итлан». Основой ноу-хау является процесс разложения органических соединений под действием высоких температур при отсутствии или недостатке кислорода — пиролиз. При высокотемпературном пиролизе мусор не сгорает с выделением вредных веществ, а раскладывается на составные элементы.

Новая технология привлекает внимание бизнесменов и общественных деятелей по всему миру. В России ее двигает вперед молодой политик, кандидат на праймериз Единой России и Общероссийского народного фронта в Ростовской области, первый заместитель генерального директора ЗАО «ТВЭЛ ИНВЕСТ» Расул Вердиев. «Во многих странах мира сжигание мусора уже запрещено из-за выделения ядовитых веществ. Чтобы решить эту проблему, строятся очистные сооружения, которые сами по себе являются весьма дорогостоящими. Как правило, стоимость такого объекта составляет 60-70% от стоимости комплекса, который оно обслуживает, — утверждает Вердиев. — В отличие от горения, процессы при температуре 1600 градусов обеспечивают полный распад продуктов без образования диоксидов, смол и прочих токсинов».

Завод с одним реактором, перерабатывающим 100 тонн отходов в сутки, способен обеспечить электричеством 18 тысяч семей

Одно из главных экономических преимуществ мусороперерабатывающего завода, в основе деятельности которого лежит высокотемпературный пиролиз, заключается в том, что он сам обеспечивает себя энергией для работы: основной отход горения — синтез-газ — обеспечивает топливом сам реактор. «Используется только 20% вырабатываемого газа, все остальное поступает потребителю тепла и электричества», — рассказывает Расул Вердиев. Технология высокотемпературного пиролиза была создана в инженерном центре «Итлан» в Рыбинске. На данный момент процесс уже прошел испытания в специально созданной лабораторной установке, которая для утилизации принимает 500 кг мусора в сутки. «По сути, это прототип большого завода, на котором можно полностью отработать управление процессом», — говорит Вердиев.

«Весь процесс мы опробовали в лаборатории, составили математическую модель работы этого завода, — говорит генеральный директор «Итлана» Михаил Корюков. — В зависимости от происхождения сжигаемого мусора, на выходе можно получить различные вещества. Закладывая в программу морфологию мусора, мы можем по результатам этой программы предсказать, что получится в результате настоящего горения: такое-то количество газа, такое-то количество металла, и можно это все моделировать еще на этапе загрузки мусора в реактор». Для переработки пригодны все виды мусора — как бытовой, так и промышленный. «В бытовой мусор может попасть любой материал от капустного листа до металла. При таких температурах горения разложится все», — убеждает Корюков.

Проверенные российскими и зарубежными аудиторами расчеты показывают, что завод с одним реактором производительностью 100 т отходов в сутки способен обеспечить электричеством 18 тыс. семей и согреть более 19 тыс. квадратных метров жилья. Если же на заводе будет установлен не один, а четыре реактора, в совокупности способные перерабатывать 400 тонн мусора в сутки, то обеспечить электричеством и теплом можно будет целый город с населением в 200-300 тыс. человек. Период окупаемости такого предприятия составит 4 года при том, что работоспособность оборудования — 20 лет.

Высокотемпературный пиролиз также решает проблему сортировки мусора. «Сортировка — это не просто вынужденная и обременительная необходимость, свалившаяся на плечи жителей развитых стран, где раскладывание мусора по различным контейнерам уже стало привычной необходимостью, — поясняет Вердиев. — Это еще и весьма накладный процесс, не говоря уже о том, в России граждане не привыкли пока раскладывать отходы в разные корзины».

Пока же мусор приходится сжигать или складировать на свалках. Муниципалитеты тратят значительные суммы на сбор, транспортировку, сжигание и хранение мусора. Завод по переработке дает возможность не только окупить все связанные с утилизацией мусора мероприятия, но и получить прибыль от его переработки, продавая полученные тепловую и электроэнергию. Что касается сырья, то для производства топлива, электро- и тепловой энергии в нем никогда не бывает и не будет недостатка.

Для переработки мусор прессуется и упаковывается в полимерную пленку, что предотвращает любые разложения. Мумифицированные таким образом отходы не требуют сушки и могут транспортироваться на любые расстояния без ограничения по времени и храниться до 200 лет.

На данный момент технологией заинтересовались несколько западных и отечественных частных компаний, государственных структур и общественных организаций: Ростехнологии, Союз промышленников Санкт-Петербурга. Вопрос обсуждается и в рамках федеральной программы «Единой России» «Кадровый резерв — Профессиональная команда страны», в работе которой принимает участие и Расул Вердиев.

Несмотря на то, что технология существует уже не один год, до сих пор не были предприняты никакие реальные действия по созданию полноценного перерабатывающего комплекса. На это есть ряд веских причин, ведь такой завод — это непрерывно работающая структура, которая включает в себя не только процесс утилизации мусора, но и получение электрической, тепловой энергии, которую нужно сбывать. Необходима интеграция в транспортные, электрические, тепловые сети, утилизация шлака, поставка мусора.

Последнее — особенно проблематично в силу откровенно криминальной специфики существующего «мусорного рынка». «Необходимо решать этот вопрос на законодательном уровне при непосредственном участии депутатов Госдумы», — уверен Вердиев. Политическое решение проблемы мусора в российских городах давно назрело, и остается только надеяться, что новое поколение отечественных политиков сможет с ней справиться.

Технология быстрого пиролиза, быстрый абляционный пиролиз

Ежегодно в России образуется более 300 млн. тонн невостребованных отходов биомассы промышленных предприятий, предприятий лесного и агропромышленного комплексов. Потенциал данных отходов в большей мере не реализован в виду ряда технологических и экономических факторов. Существенной проблемой в технологическом  использовании данных отходов являются их рассредоточенность в сочетании с относительно небольшими объемами (10 тыс т/г), гигроскопичность в сочетании с биологической активностью, низкая плотность и др.

Одним из экономически эффективных  методов переработки (ожижения) растительного сырья на сегодняшний день, является технология быстрого пиролиза. Полученные при  быстром пиролизе жидкие продукты обладают большей в 12 раз энергетической плотностью по сравнению с исходной биомассой  и могут более эффективно транспортироваться для дальнейшей концентрации и переработки.

Наша оригинальная запатентованная технология быстрого абляционного пиролиза  позволяет в месте образования отходов перевести их в полезные продукты бионефть и биоуголь, которые подлежат  дальнейшей переработке в топливо, химические продукты, материалы, и другие привычные продукты в рамках существующей инфраструктуры.

 

Концепция переработки возобновляемых отходов

Как это работает

Режим реакции при абляционном пиролизе аналогичен плавлению масла на сковороде. Скорость плавления может быть значительно увеличена путем прижимания и перемещения масла по поверхности нагретой сковороды. При абляционном пиролизе тепло передается от стенки горячего реактора к «расплавленному» веществу (например, к древесине), которое контактирует с ней под давлением. Таким образом, фронт пиролиза движется однонаправленно через частицу биомассы.

Физико-химическая сущность процесса быстрого абляционного  пиролиза заключается в термическом механоактивированном разложении органических полимеров биомассы в отсутствии окислителя при относительно низких температурах 450-550°С, высокой скорости нагрева и незначительном времени пребывания продуктов в реакционном пространстве (до 2-3с).

Процесс осуществляется следующим образом. Предварительно высушенная до 10% и измельченная до размеров менее 50 мм биомасса подается в реактор, где под действием теплоты, образуемой в энергетическом модуле, в отсутствии кислорода осуществляется её механоактивированное термическое разложение, в результате чего образуются уголь  и парогазовая смесь.

Основные свойства абляционного пиролиза

  • высокое давление частиц на стенке горячего реактора, полученное благодаря центробежной силе или механически;
  • прогрессивное относительное движение между частицей и стенкой реактора;
  • температура стенки реактора менее 600 градусов по Цельсию.

Преимущества использования абляционного пиролиза
  • Скорость реакции не ограничена теплопередачей через частицу биомассы.
  • Нет верхнего предела размера, который может быть обработан.
  • Процесс ограничен скоростью подачи тепла в реактор, а не скоростью поглощения тепла пиролизной биомассой, как в других реакторах.
  • Процесс не требует наличия инертного газа для работы.
  • Реакционная система более интенсивна по сравнению с другими реакторами.
  • Низкая себестоимость выходных продуктов.
Принципиальная схема процесса

Быстрое охлаждение и конденсация парогазовой смеси позволяет выделить жидкую составляющую (бионефть) и горючий газ. При этом горючий газ подаётся на сжигание с целью энергетического обеспечения процесса пиролиза.

Работа Установки быстрого пиролиза FPP 02

Продукты высокотемпературного пиролиза RDF при медленных и быстрых скоростях нагрева

Основные

Высокие скорости нагрева увеличивают образование газа при одновременном снижении выхода жидкости при конечной фиксированной температуре.

Выходы твердого остатка остались относительно одинаковыми из-за наличия золы.

Составы нефти / гудрона становились все более ароматными с увеличением скорости нагрева при фиксированной конечной температуре и с повышением температуры при фиксированной скорости нагрева.

Различия в выходах газа и нефти / гудрона указывают на протекание реакций газ-газ и жидкость-газ с увеличением скорости нагрева и конечной температуры пиролиза.

Реферат

Поведение при высокотемпературном пиролизе образца топлива из отходов (RDF) в качестве модели твердых бытовых отходов (ТБО) было исследовано в горизонтальном трубчатом реакторе при температуре от 700 до 900 ° C, при переменном нагреве. скорости и при увеличенном времени пребывания пара.Эксперименты были разработаны для оценки влияния условий процесса на выход газа, а также состав газа и нефти. Пиролиз RDF при 800 ° C и при высокой скорости нагрева привел к выходу газа с наивысшим CV 24,8 МДж · м -3 , в то время как пиролиз до 900 ° C при высокой скорости нагрева дал самый высокий выход газа, но с более низким CV. 21,3 МДж м −3 . Сравнение влияния скоростей нагрева на нефтепродукты показало, что масло, полученное в результате медленного пиролиза, содержало более высокие выходы оксигенатов, алканов (C 8 –C 39 ) и алкенов (C 8 –C 20 ). ), тогда как масло, полученное в результате быстрого пиролиза, содержало больше ароматических углеводородов, возможно, из-за ускорения реакций типа Дильса-Альдера.

Ключевые слова

Высокотемпературный пиролиз

Топливо, полученное из отходов

Скорость нагрева

Нефть / гудрон

Синтез газа

Рекомендуемые статьиЦитирующие статьи (0)

Полный текст

Copyright © 2015 Elsevier B.V. Все права защищены.

Рекомендуемые статьи

Цитирующие статьи

Пиролиз биомассы при высоких температурах: Прогнозирование выхода газообразных веществ из анизотропных частиц

Реферат

Многочисленные промышленные применения, посвященные преобразованию биомассы в тепло и энергию, включают стадию пиролиза, проводимую в суровых условиях. температурный режим (скорости нагрева 10 3 … 10 5 K s −1 и максимальные температуры выше 1000 K).Хотя пиролиз не может быть центральным явлением рассматриваемых процессов, он часто является важным исходным элементом для моделирования других стадий, например последовательного окисления летучих веществ пиролиза при сжигании. Два конкурирующих механизма многокомпонентного пиролиза сравнивались с экспериментальными результатами с низкой (1 K с -1 ) и высокой (10 3 K с -1 ) скоростями нагрева. В одном из них дается характеристика выделяемых газообразных веществ.Было обнаружено, что оба механизма разумно согласуются с измерениями при низкой скорости нагрева и что они расходятся при более высоких скоростях нагрева, ни один из них не может удовлетворительно соответствовать экспериментальным данным. Наблюдаемые расхождения были изучены, и были предложены модификации для наиболее полного механизма. Полученная схема была объединена с двумерной физической моделью отдельной частицы, которая необходима для задач, которые нельзя рассматривать как термически тонкие. Полученная в результате модель является мощным инструментом прогнозирования выходов выделяемых частиц пиролизирующей частицей даже в высокотемпературных приложениях.

Основные

► Мы сравниваем два механизма пиролиза с экспериментами с низкой и высокой скоростью нагрева. ► Они расходятся из-за высоких скоростей нагрева, ни одно из них не соответствует экспериментальным данным. ► Мы совершенствуем наиболее полный механизм. ► Мы объединяем это с физической моделью анизотропной частицы биомассы. ► Мы рассчитываем выход газа (20 типичных видов) из пиролизирующей частицы в типичных высокотемпературных условиях.

Ключевые слова

Биомасса

Пиролиз

Частица

Высокая температура

Выход газа

Рекомендуемые статьи Цитирующие статьи (0)

Полный текст

Copyright © 2012 Elsevier Ltd.Все права защищены.

Рекомендуемые статьи

Цитирующие статьи

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

  • В вашем браузере отключены файлы cookie.Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
  • Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, используйте кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
  • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
  • Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie.Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
  • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файлах cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

  • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
  • Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, используйте кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
  • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
  • Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
  • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файлах cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Высокотемпературный пиролиз твердых продуктов быстрой гидротермальной обработки опилок сосны

Образец сосновых опилок был быстро предварительно обработан методом торрефикации, отдельно в субкритической воде (нейтральной) и с добавлением Na 2 CO 3 (щелочное соединение) и Nb 2 O 5 (твердая кислота) в реакторе периодического действия. Были подробно описаны исходные опилки и три рыхлых твердых продукта, извлеченных в результате гидротермальной процедуры.Твердые регенерированные продукты (SRP) дали более высокие отношения C / O и C / H, более высокую теплотворную способность и пониженное содержание влаги по сравнению с исходными опилками. Затем четыре твердых образца подвергали быстрому высокотемпературному пиролизу в реакторе с неподвижным слоем для исследования влияния маршрутов предварительной обработки на выходы и состав продуктов пиролиза. При повышении температуры пиролиза предварительно обработанные образцы производили больше CO и H 2 , гораздо больше полукокса и меньше смолы, чем исходные опилки.Тенденции в составе газов и выходах полукокса предполагают комбинацию реакции Будуара и сухого риформинга CO 2 как преобладающих реакций во время пиролиза. Для всех образцов повышение температуры привело к снижению образования смолы с увеличением содержания ароматических оксигенатов и ароматических углеводородов в смоле. При 800 ° C соотношение ароматических углеводородов резко увеличилось, особенно в образце, предварительно обработанном Nb 2 O 5 , что указывает на возможный катализ деоксигенации.

У вас есть доступ к этой статье

Подождите, пока мы загрузим ваш контент… Что-то пошло не так. Попробуй еще раз?

% PDF-1.4 % 5 0 obj > эндобдж 8 0 объект (Абстрактный) эндобдж 9 0 объект > эндобдж 12 0 объект (Вступление) эндобдж 13 0 объект > эндобдж 16 0 объект (Методы) эндобдж 17 0 объект > эндобдж 20 0 объект (Измерения ЛОС с помощью PTR-ToF-MS) эндобдж 21 0 объект > эндобдж 24 0 объект (Описание сжигания топлива и биомассы) эндобдж 25 0 объект > эндобдж 28 0 объект (Анализ PMF) эндобдж 29 0 объект > эндобдж 32 0 объект (Расчеты реакционной способности и летучести ОН) эндобдж 33 0 объект > эндобдж 36 0 объект (Результаты и обсуждение) эндобдж 37 0 объект > эндобдж 40 0 объект (Двухфакторная параметризация выбросов ЛОС от сжигания биомассы) эндобдж 41 0 объект > эндобдж 44 0 объект (Профили выбросов ЛОС от факторов высокотемпературного и низкотемпературного пиролиза) эндобдж 45 0 объект > эндобдж 48 0 объект (Химические характеристики выбросов ЛОС в зависимости от температуры пиролиза) эндобдж 49 0 объект > эндобдж 52 0 объект (Состав ЛОС) эндобдж 53 0 объект > эндобдж 56 0 объект (Реакционная способность OH) эндобдж 57 0 объект > эндобдж 60 0 объект (Волатильность) эндобдж 61 0 объект > эндобдж 64 0 объект (Связь характеристик топлива с относительной важностью факторов высокотемпературного и низкотемпературного пиролиза) эндобдж 65 0 объект > эндобдж 68 0 объект (Профили высокотемпературного и низкотемпературного пиролиза описывают общие выбросы ЛОС) эндобдж 69 0 объект > эндобдж 72 0 объект (Выбросы определенных соединений) эндобдж 73 0 объект > эндобдж 76 0 объект (Фаза дистилляции) эндобдж 77 0 объект > эндобдж 80 0 объект (Дафф горит) эндобдж 81 0 объект > эндобдж 84 0 объект (Различия в конкретных ЛОС между видами топлива) эндобдж 85 0 объект > эндобдж 88 0 объект (Выводы) эндобдж 89 0 объект > эндобдж 92 0 объект (Доступность данных) эндобдж 93 0 объект > эндобдж 96 0 объект (Добавка) эндобдж 97 0 объект > эндобдж 100 0 объект (Вклад авторов) эндобдж 101 0 объект > эндобдж 104 0 объект (Конкурирующие интересы) эндобдж 105 0 объект > эндобдж 108 0 объект (Благодарности) эндобдж 109 0 объект > эндобдж 112 0 объект (Рекомендации) эндобдж 113 0 объект > эндобдж 149 0 объектов> поток x ڵ [w۶ ݿ B / ۑ v, xm_8N4iZk5} (XbC * IU ~ @ Q-kv @@ WgoϞQeqnFQeY0JG / ڕ i4R $ oEjYAO ~} s ^ xp6̂TY`) Nx * E1lu ճ gsSHxD] AXLHL?e \ U [Lhi «Tvvqa * σEF {ĸ3ANbqxF3 $ 4, wgWbœ

Энергия | Полный текст бесплатно | Высокотемпературный пиролиз муниципальных пластиковых отходов с использованием катализаторов Me / Ni / ZSM-5: влияние отношения металл / никель

1. Введение

В настоящее время огромное количество пластмассовых отходов производится ежегодно из-за высокого спроса на пластмассы для различных областей применения. Полиэтилентерефталат (ПЭТ), полиэтилен (ПЭ), полипропилен (ПП), полистирол (ПС) и поливинилхлорид (ПВХ). ) представляют собой основные фракции пластиков, производимых в мире [1].Растущее количество пластиковых отходов вызывает серьезные экологические проблемы [2]. С одной стороны, большинство пластиковых отходов перерабатывается путем захоронения или сжигания, что способствует увеличению загрязнения за счет выброса токсичных газов в атмосферу [3]. С другой стороны, потребление энергии, особенно для транспорта, жилищного строительства и промышленности, увеличилось [4]. Они в основном полагаются на невозобновляемые источники энергии, такие как ископаемое топливо, природный газ, нефть и уголь. В настоящее время водород обещает высокий потенциал для использования в энергетике и может сыграть важную роль в будущих энергетических системах, поскольку он может заменить ископаемые источники энергии благодаря своим качествам экологически чистого горения [5].Следовательно, производство водорода имеет большое значение как в производстве чистого топлива, так и в химическом синтезе. Пластмассы также играют ключевую роль среди различных отходов из-за их высокого содержания энергии. Таким образом, технология переработки отходов в энергию является привлекательным способом переработки пластиковых отходов для восстановления их скрытой энергии. Пиролиз — широко исследуемая возможность химической переработки отработанных полимеров путем преобразования сырья в ценные продукты, такие как водород или другой синтез-газ. Процесс пиролиза может предоставить новый способ рециркуляции отработанных полимеров путем получения набора ценных углеводородов.Алканы, такие как метан, этан, пропан и бутан, являются основными компонентами углеводородных газов, извлекаемых при пиролизе отработанных полимеров, с высокой долей 80%, в то время как алкены составляют 10-20% [6]. Однако пластмассовые отходы можно превратить в ценные углеводороды путем пиролиза при высокой температуре. Таким образом, преобразование пластиковых отходов в водород с последующим производством синтез-газа путем пиролиза и газификации является еще одним способом обращения с отходами. Атмосфера, температура, сырье, реактор и тип катализатора являются наиболее важными факторами, влияющими на скорость термического разложения и производство синтез-газа в процессе пиролиза и газификации.Различные типы пластиковых отходов из разных источников использовались в качестве исходного сырья для этого процесса, чтобы увеличить выход синтез-газа и продукта. Например, Саад и Уильямс [7] выполнили пиролиз различных пластиковых отходов, которые в основном состояли из HDPE (полиэтилена высокой плотности), LDPE (полиэтилена низкой плотности), PET, PP, PS и PE для производства синтез-газа с использованием двухступенчатого фиксированного реактор со слоем. Они пришли к выводу, что использование HDPE / PET в качестве сырья показало самый высокий выход синтез-газа 156,45 ммоль / г по сравнению с другими образцами пластика.Кроме того, Miandad et al. [8] исследовали влияние различных исходных отходов пластмассы на добычу нефти с использованием небольшого экспериментального реактора. Их результаты показали, что смесь полипропилена и полиэтилена дает лучший выход масла по сравнению с исходным сырьем для отдельных пластиков. Более того, во многих исследованиях сообщалось, что выход синтез-газа может быть улучшен путем добавления пара или путем частичного окисления [9,10]. Ранее Ву и Уильямс [11] указывали, что выход газа и производство водорода были улучшены путем введения пара в каталитическую систему. пиролиз отработанной смеси пластиков (ПНД, ПП и ПС).Что касается влияния температуры реакции, более высокие температуры пиролиза могут сильно влиять на состав продукта за счет увеличения газового продукта и уменьшения количества нефтепродукта [12,13]. Температура имеет решающее влияние на разложение пластиковых отходов, так как выход водорода и углеродных нанотрубок зависит от температуры катализатора [14]. В исследовании [15] сообщается, что максимальный выход водорода наблюдается при самой высокой температуре реакции, 815 ° C. При исследовании катализаторов в контексте разложения отходов изучались различные биметаллические катализаторы, такие как Ni, Co, Fe и Cu. пластик [16,17].Согласно ссылкам, производство водорода / синтез-газа может быть увеличено с использованием цеолитных катализаторов, содержащих переходные металлы (ZSM-5, γ-цеолит, γ-цеолит и т.д.), особенно на основе никеля. Катализаторы на основе никеля показали более высокую эффективность в процессе пиролиза, так как производится большее количество водорода [18]. Кроме того, катализаторы на основе никеля показывают более высокую эффективность при каталитическом пиролизе из-за их высокой способности разрывать химические связи C-C [19]. На полезные свойства катализаторов на основе никеля влияют многие параметры, особенно структура и свойства цеолита или даже другие металлы.Кроме того, повышение температуры реакций термического разложения является благоприятным, поскольку в продукте пиролиза будет образовываться более высокая доля газа [12]. Ранее Liu et al. [20] изучали влияние катализаторов на основе никеля на совместную газификацию смесей биомассы и пластика. Они обнаружили, что никель способствует производству водорода. В другой работе Yao et al. исследовали влияние различных никелевых катализаторов, нанесенных на цеолит, на производство водорода и синтез-газа при пиролизе отходов полиэтилена.Ni / ZSM-5, Ni / y-цеолит и Ni / y-цеолит были использованы и исследованы для этого процесса. Они сообщили, что катализатор Ni / ZSM-5 имел самую высокую активность по сравнению с двумя другими катализаторами, поскольку были получены более высокие выходы водорода и синтез-газа [21]. Что касается промоторов катализатора, исследования показали, что добавление некоторых промоторов, таких как Ce, Mg, La и Ca, может улучшить активность и стабильность катализатора за счет улучшения физических и химических свойств [22,23]. Более того, структура и однородность частиц катализатора на основе Ni могут быть улучшены путем добавления металлических промоторов, что приводит к лучшей дисперсии металла [7].Santamaria et al. [24] исследовали влияние добавления La 2 O 3 на катализатор на основе никеля при пиролизе биомассы. Они сообщили, что катализатор Ni / La 2 O 3 -Al 2 O 3 показал более высокую стабильность и лучшие характеристики, чем Ni / Al 2 O 3 с точки зрения производства водорода. В другой работе Nahil et al. [25] исследовали влияние добавления металла к катализаторам на основе Ni для получения водорода при пиролизе отработанного полипропилена.Они указали, что выход водорода увеличивался при добавлении Mn к катализатору.

В данной работе были приготовлены биметаллические катализаторы с различным соотношением Me / Ni и использованы для пиролиза реальных отходов при 700 ° C в горизонтальном трубчатом реакторе. Для поддержки катализатора Ni / ZSM-5 использовали пять различных промоторов (Ce, La, Mg, Ca и Mn), чтобы повысить производительность катализаторов в отношении выхода продукта.

2. Материалы и методы

2.1. Сырье

Бытовые пластиковые отходы в виде смеси полиэтилена низкой плотности (17%), полиэтилена высокой плотности (14%), полипропилена (19%), полиэтилентерефталата (45%) и других (5%) были получены из острова селективного сбора мусора из Венгрии (желтый (пластиковый) контейнер).Каждый кусок пластиковых отходов был исследован методом FTIR, и тип пластика был определен на основе его инфракрасных спектров. Весовой процентный состав сырья определяли на основе веса основных частей. Более крупные непластиковые предметы (например, Tetra Paks) отделяли от пластмассы перед тем, как пластмассы измельчали ​​и измельчали ​​на мелкие частицы перед пиролизом. Сырье состояло из 72% углерода, 11% водорода, 16% кислорода и 1% азота. Зольность составила 2,4%.

2.2. Катализаторы
Выходы и состав продукта были модифицированы пропитанным металлом катализатором ZSM-5. Основные свойства катализаторов приведены в таблице 1. Средний диаметр зерна катализаторов исследовали с использованием прибора Fritsch Analysette 22 в соответствии с теорией Фраунгофера. Морфологию катализаторов анализировали с помощью изотерм адсорбции / десорбции N2 с использованием прибора Micromeritics ASAP 2000 (рабочая программа ASAP 2000 V1.03). Образец катализатора массой 1 г дегазировали в вакууме при 160 ° C.Метод БЭТ (Брунауэра-Эмметта-Теллера) использовался для определения площадей поверхности на основе изотерм адсорбции азота, в то время как S BJH был рассчитан с использованием изотерм десорбции азота на основе модели BJH (Барретта-Джойнера-Халенда). Методы SEM (прибор FEI Thermo Fisher Apreo S LoVac, EDAX AMETEK Octane Elect Plus) использовали для изучения морфологии и элементного состава катализаторов. Единицы пентасила (восемь пятичленных колец) связаны через атомы кислорода в структуре ZSM-5, содержащей 10 кольцевых отверстий размером 5.4–5,6 Å. Испытанные катализаторы Me / Ni / ZSM-5 (Me = Ce, La, Mg, Ca, Mn) получали мокрой пропиткой. Два металла использовали в различных соотношениях Me / Ni: 0,1, 0,5 и 2,0. Сначала был синтезирован Ni / ZSM-5. Синтетический цеолит ZSM-5 пропитывали растворением Ni (NO 3 ) 2 · 6H 2 O, затем полученный катализатор Ni / ZSM-5 сушили (10 ч, 110 ° C) и обрабатывали при 650 ° C в течение 5 часов на воздухе. Для добавления вторых металлических промоторов CaCl 2 (Reanal Kft, Венгрия), CeSO 4 · 4H 2 O (Reanal Kft, Венгрия), LaCl 3 · 7H 2 O (Reanal Kft, Венгрия) ), Mg (NO 3 ) 2 (Sigma-Aldrich) и MnCl 2 · 4H 2 O (Reanal Kft, Венгрия) растворяли в деионизированной воде в различных концентрациях, затем перемешивали в течение 2 ч при 85 ° C. ° C.После этого катализаторы Me / Ni / ZSM-5 сушили в течение 10 ч при 110 ° C, затем кондиционировали на воздухе в течение 5 ч при 600 ° C. Содержание Ni в катализаторах составляло от 3,83% до 4,12%. Вторичные металлы (Me = Ce, La, Mg, Ca и Mn) использовались в трех различных диапазонах концентраций: 0,41–0,48%, 1,97–2,11% и 7,70–8,51% (таблица 2).

Результаты показывают, что соотношение Si / Al не изменилось при пропитке; однако морфологические характеристики заметно изменились. Средний диаметр зерен катализаторов несколько увеличивался при более высоких концентрациях Ме (от 0 до 10%).62–0,74–0,76–1,28 мкм). Параллельно с этим были значительно уменьшены площади BET, BHJ и микропористой поверхности. Например, площадь поверхности по БЭТ была уменьшена с 460–464 до 350–362 м 2 / г, когда соотношение Me / Ni было увеличено с 0,1 до 2,0. Содержание кислорода в катализаторах составляло от 56,55% до 60,98% и не зависело от соотношения Me / Ni.

Морфология катализаторов исследована методом SEM. На рис. 1 представлены микрофотографии пропитанных катализаторов, полученные с помощью СЭМ.

Микрофотографии ясно показывают, что более крупные агломераты катализатора образовывались при более высоких отношениях Me / Ni.Кроме того, соединения, используемые в качестве пропитывающих агентов, можно найти среди частиц катализатора при более высоких концентрациях пропитывающего агента. Это явление особенно ярко проявляется при соотношении Me / Ni 2,0. С другой стороны, элементный состав зерна катализатора соответствует небольшим различиям между составом зерна катализатора и площадью поверхности большинства частиц катализатора.

Таблица 2 суммирует элементный состав одного зерна катализатора и заданную площадь поверхности катализатора (содержащую зерна и пропиточные соединения среди зерен катализатора).Исследования показывают, что частицы катализатора не способны поглощать больше ионов, чем определенная концентрация пропитывающего катиона при данной концентрации. Это также частично является причиной вышеупомянутого уменьшения площади поверхности пор, поскольку ионы раствора, используемого в качестве пропиточного агента, могут покрывать каналы катализатора ZSM-5.
2.3. Процесс пиролиза
Трубчатая печь использовалась для пиролиза при 700 ° C со скоростью нагрева 25 ° C / мин, в то время как инертная атмосфера создавалась потоками азота (2.5 дм 3 / час). Схема процесса пиролиза показана на рисунке 2.

Во время пиролиза 5 г сырья и 2,5 г катализаторов были испытаны в раздельной форме. Время реакции составляло 20 мин при заданной температуре (реакции пиролиза завершались за 20 мин). Исходные пластиковые отходы и катализатор помещали в реактор при постоянной температуре 700 ° C. Через 20 мин реакции реактор охлаждали до 150 ° C постоянным потоком азота (2.5 дм 3 / ч) на 1 час. Для конденсации летучих веществ использовался криостат, затем газы собирались в мешок из тедлара и анализировались. Пиролизное масло также собирали в небольшой держатель для образцов и далее анализировали с помощью газовой хроматографии.

2.4. Анализ продукта

Использовали GC-FID (колонки DANI GC (Rtx PONA (100 м × 0,25 мм, толщина поверхности 0,5 мкм) и Rtx-5 PONA (100 м × 0,25 мм, толщина поверхности 1 мкм))) для анализа углеводородного состава газов, в то время как GC-TCD (детектор газовой хроматографии-теплопроводности) (Shimadzu GC-2010 (колонка CarboxenTM 1006 PLOT (30 м × 0.53 мм))) для анализа водорода, CO и CO 2 .

Пиролизное масло растворяли в CS2, затем анализировали с помощью GC-FID (DANI GC), используя капиллярную колонку Rtx 1 с диметил-полисилоксаном (30 м × 0,53 мм, толщина 0,25 мкм).

4. Выводы

В данном исследовании катализаторы Ni / ZSM-5 с различным содержанием промоторов были синтезированы с целью увеличения производства синтез-газа при пиролизе смеси реальных пластиковых отходов (в основном, LDPE, HDPE, PP и PET) при 700 ° C.Изучено влияние соотношений Me / Ni в катализаторах на продукт пиролиза. Результаты показывают, что более высокие выходы газов могут быть получены с использованием катализаторов, содержащих металл, чем без них. Соотношение двух металлов не оказало существенного влияния на выход летучих. В общем, включение второго металла в структуру катализатора может способствовать более низкому разложению основных цепей полимера. Что касается соотношений Me: Ni: в целом церий, лантан и магний показали лучшие характеристики при 0.5 соотношение. С другой стороны, отношения 2,0 Mg: Ni и Mn: Ni показали лучшие свойства, чем другие. Можно было особенно увеличить выход водорода, и были измерены более высокие выходы газообразных углеводородов. Однако между соотношениями 0,5 и 2,0 наблюдалась небольшая разница. Отношение 0,5 Me: Ni было лучшим среди всех других соотношений с точки зрения производства синтез-газа и водорода, и максимальный выход синтез-газа был получен при использовании катализатора Ce / Ni / ZSM-5. Однако повышение концентрации вторых промоторов приводит к большему образованию кокса на поверхности катализатора, что приводит к блокированию активного центра.Долгосрочная применимость — важный вопрос для катализаторов Me / Ni / ZSM-5. Дальнейшая исследовательская работа может быть продолжена изучением долгосрочной применимости катализаторов и их регенерируемости. Регенерация катализаторов необходима, главным образом, из-за морфологических изменений, вызванных образованием кокса на его поверхности и последующим снижением активности.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *