Устранение мусора — одна из основных задач современной промышленности, позволяющая защитить планету от негативного воздействия человеческой жизнедеятельности. Пиролиз отходов подразумевает термическую переработку ненужных вещей с целью уменьшения их вреда для окружающей среды. Это одно из прибыльных дел для современных предприятий. Следует знать особенности процедуры, чтобы не нарушать законодательство.
Плюсы и минусы сжигания
Пиролиз мусора — процедура обезвреживания отходов путем высокотемпературного воздействия на них. Она подразумевает сжигание опасных объектов с помощью специализированных установок.
Для осуществления данной задачи требуется соблюдение некоторых условий: ограничение доступа кислорода в герметичную камеру, а также создание высокотемпературного режима внутри. Во время этого процесса продукты распадаются на молекулярном уровне. В результате получаются более простые соединения, которые полностью безопасны для природы.
Достоинства и недостатки технологии:
- продукты распада не выделяются в окружающую среду, что позволяет избежать распространения вредных веществ;
- полная безопасность для человеческого здоровья;
- сырье доступно для каждого и стоит недорого, его можно найти практически в любом месте, где проживают люди;
- на свалках имеется большое количество ресурсов для сжигания;
- есть возможность перерабатывать те типы мусорных отложений, которые не поддаются другим способам уничтожения;
- в процессе распада не образуются опасные вещества;
- продукты пиролиза можно захоронить без вреда для природы;
- уменьшение объема перерабатываемого материала в несколько раз;
- тяжелые и опасные металлы полностью превращаются в золу, что позволяет исключить вероятность их дальнейшего распространения.
- высокая стоимость оборудования и монтажных работ;
- сложность управления системой;
- требуется большое количество сотрудников, которые будут контролировать процесс.
В чем заключается технология
Она состоит в выполнении следующих шагов:
- Материалы для сжигания помещаются в высокотемпературную камеру, в которой находятся длительное время. Это этап, для которого требуются большие энергетические затраты.
- Непосредственно пиролиз. Наиболее нестабильные соединения расплавляются при температуре 300 градусов. В результате выделяется углекислота, углерод и другие газы. Далее продолжается процесс сгорания твердых отходов и их превращения в золу.
- На заключительном этапе получаются продукты, которые подвергаются захоронению или утилизации другим способом.
На выходе могут быть разные материалы в зависимости от того, какие составляющие были использованы изначально. Получаемые продукты бывают нескольких типов:
- жидкость — маслянистая или обычная вода;
- пикарбон;
Они полностью безвредны. Их можно захоронить или использовать во вторичном производстве продукции в зависимости от необходимости.
Виды пиролиза
Выделяют несколько разных вариантов процедуры в зависимости от используемых методов обработки первичной продукции. В таблице ниже приведены описания.
| Название | Характеристика |
|---|---|
| Сухой | Используется в тех случаях, когда нужно обработать твердые отходы. Среди достоинств методологии — экономия ресурсов и средств в процессе переработки. Не требуется большое количество сырья для сжигания. |
| Окислительный | Предназначается для жидких и газообразных веществ. В основе лежит процесс окисления и разложения веществ на простые составляющие. Наиболее эффективен для утилизации жидкого пластика, нефти, природного газа и других опасных веществ для окружающей среды. Методология полностью безопасна для природы и здоровья. |
| Низкотемпературный | Подразумевает разложение компонентов основного продукта при воздействии низких температур – до 900 градусов. Получается достаточно большое количество твердых остатков. Также в некотором количестве вырабатывается газ, который можно использовать в промышленных целях. |
| Высокотемпературный | Подразумевается поддержанием высоких температур в процессе горения. Обеспечивает тщательную переработку первичного сырья. Среди достоинств – выработка большого количества газообразных веществ, а также снижение твердых отходов. Не требуется много средств для утилизации. Потребуются ресурсы для поддержания одного температурного режима. |
| Быстрый | Проходит достаточно быстро. Процесс можно сравнить по скорости с кипячением воды. Это происходит мгновенно. Тепловая энергия быстро перемещается из одного состояния в другое. |
| Медленный | Отличается от того, что описано выше, пониженной скоростью протекания реакции. Требует длительного времени и существенных ресурсов. Подходит для тех случаев, где неважна оперативность. |
Каждый из вариантов активно используется на практике и имеет свою сферу применения. Технологии для их реализациии постоянно развиваются.
Сравнительные характеристики видов пиролиза
Все описанные методы имеют свои преимущества и недостатки. Особенности каждого из них приведены в таблице ниже.
| Высокотемпературная | Низкотемпературная обработка |
|---|---|
| Во время процесса обработки практически не остается твердых частиц – все превращается в газ | Дорогостоящее и труднодоступное оборудование |
| Получившийся газ равен по свойствам натуральному, поэтому может использоваться в энергетической промышленности | Есть сложности с приобретением и установкой купленных систем |
| Простота очистки получившихся продуктов сгорания | Требуется большое количество сотрудников для внедрения и поддержки на производстве |
| Исключено появление продуктов окисления, так как в камеру практически не поступает кислород | Финансовые траты не всегда окупаются |
| Жидкость можно использовать для производства продуктов нефтяной промышленности | Невозможность расщепить вещества с плотной молекулярной структурой |
| Быстрый пиролиз | Медленный пиролиз |
| Снижено количество появления смол в процессе обработки | Длительное время процедуры |
| Очистка полученного сырья | В некоторых случаях требуется прерывание процесса обработки |
| Небольшие энергетические затраты |
Какие отходы можно перерабатывать
Пиролиз — это процедура, которая имеет особый порядок проведения. Она требует предварительного изучения. В противном случае могут возникнуть проблемы с законодательством.
К органическим относятся следующие типы мусорных отложений:
- Компостируемые. Это картон, опилки, ветки, пластмассовые и кожаные изделия, различные изделия типа проводов и пр.
- Некомпостируемые. Это вещества с повышенной вязкостью или кремообразной структурой, одежда, кожаные и резиновые изделия, земля с наличием горючих компонентов в составе.
Пиролизный завод
Обустройство и технологические процессы на таком заводе имеют ряд особенностей, а также требуют соблюдения определенных правил. Обязательно присутствуют:
- просушка компонентов;
- измельчение и обработка поступающего сырья на ленте;
- процесс очистки жидкости;
- формирование масляных жидкостей на основании пиролиза;
- получение продуктов обмена.
Пиролиз как метод переработки ТБО
Пиролиз — это разложение соединений органического и искусственного происхождения под действием высоких температур. Он распространен в промышленности. Область его применения — обезвреживание твердых бытовых отходов (ТБО). Подробно об этом способе переработки в статье.
Суть метода
Утилизация органических веществ этим способом заключается в превращении тяжелых отходов в более легкие. Отсутствует доступ кислорода, возникает анаэробная реакция. Процесс пиролиза сопровождается ростом температуры до 200–400°С. Давление соответствует атмосферному.
Механизмы превращения веществ анаэробным нагреванием еще недостаточно изучены. Условно все реакции пиролиза делят на первичные и вторичные. Первый тип превращений заключается в снижении молекулярной массы соединений. Так расщепляются тяжелые вещества. Процесс сопровождается выделением большого количества газов.
Вторичная реакция — это преобразование низкомолекулярных соединений в тяжелые. Этот химический процесс характерен для последних этапов пиролиза. Выделение газов уменьшается. Два типа реакций происходят в одно и то же время, поэтому классификация условна.
В теории осуществляют пиролиз воды. В результате образуется гидроген и кислород. Но на практике такая задача неосуществима, так как необходимая температура нагрева составляет тысячи градусов. Это технически трудоемко и дорого.
Химики также допускают пиролиз газа. Сначала разрушаются менее устойчивые связи атомов карбона, потом распадаются мостики между этим микроэлементом и водородом. По формуле пиролиза последним разлагается метан.
Применение метода на территории РФ и в мире
Первые пиролитические предприятия в России открылись в последних декадах 19 века. Там перерабатывали керосин. Из получившихся продуктов делали газ для освещения. Первый патент на этот метод получил ученый из Санкт-Петербурга. Во времена первой мировой войны пиролитическим способом создавали толуол — сырье для взрывчатки тротила.
Пиролизные заводы по переработке мусора расположены по всему миру. Газ, как один из продуктов утилизации, является источником энергии для нагревания воды, отопления. С помощью высокотемпературной обработки добывают этилен, пропилен. Лидер по созданию продукта для получения этилового спирта на данном этапе — США. Они добывают более 27 000 тонн этого вещества за 1 год. В России получают 3 000 тонн.
Пиролиз в мире популярней, чем в странах СНГ. Это связано с высокой стоимостью установки, техническими трудностями эксплуатации. Новые предприятия не строятся, реконструируются старые, сохранившиеся с времен Советского Союза.
Пиролизное оборудование для переработки отходов можно без проблем приобрести в интернете. Цена на одну установку начинается от 10 млн рублей.
Метод высокотемпературной переработки давно вышел за пределы промышленной области. Можно найти духовые шкафы с функцией эко-пиролиза. Суть режима в том, что для одновременного приготовления большого количества еды требуется минимум энергии.
Классификация
Существует 2 основные классификации метода пиролиза. Первая основана на длительности процесса. Выделяют быстрый и медленный пиролиз. Первый похож на воду в горячем масле. В этом случае жидкость вскипает мгновенно. А медленная переработка напоминает нагревание воды в кастрюле. Она происходит постепенно.
У быстрого пиролиза выделяют ряд преимуществ в сравнении с медленным:
- так как продукты не осмоляются, на выходе они чище;
- переработка отходов нуждается в наименьшем количестве энергии;
- реакции выделения тепла превышают поглощение, в результате чего образуется энергия;
- отсутствует необходимость в прерывании технологического процесса.
Обработка отходов путем анаэробного сжигания делится в зависимости от уровня нагрева внутри установки. Таким образом выделяют низко- и высокотемпературный пиролиз. В первом случае достигается нагревание от 450 до 900°С, во втором — выше 900°С.
При низкотемпературной обработке газы выходят в малом количестве. Но остается много твердых отходов. Высокотемпературный метод сопровождается обильным синтезом газов, минимумом смол. Отличительная черта этого вида переработки — твердый остаток равен нулю.
В химии разграничивают окислительный и сухой пиролиз. Первый вид используют для утилизации мусора пастообразной консистенции, осадков, сырья в мазуте или золе. Сухой пиролиз отходов получил более широкое распространение. Его применяют для утилизации ТБО.
Продукты переработки
Объем и вид продуктов пиролиза бывает разным. Играет роль материал, который подвергался переработке, количество сырья, длительность и температура процесса. В результате сгорания образуются такие продукты пиролиза:
- пиролитическое масло;
- электрическая и тепловая энергия;
- дизельное топливо;
- пирогаз;
- пикарбон — твердый остаток, по сути являющийся древесным углем.
Пиролитическое масло используют в качестве топлива для печи. По сути это аналог мазута. Еще продукт используют в виде сырья для вторичной переработки.
Все эти продукты должны получатся в теории. Но на практике этого не всегда можно добиться. Чтобы получить дизельное топливо, необходимо тщательно разделить отходы. Извлечь сырье из несортированных остатков практически невозможно.
Этапы обработки мусора
Прежде чем сжечь отходы, их подготавливают: измельчают и высушивают. Сушка — это процесс, требующий наибольшее количество энергии. При переработке древесины ее высушивают до 15%. Помимо удаления воды из дерева, заменяются некоторые компоненты.
Только после предварительной подготовки приступают к пиролизу отходов. Сначала разлагаются самые нестабильные части мусора. Их расщепление наступает при температуре до 300°С. В это время выделяется уксусная кислота, двуокись углерода и угарный газ.
При росте температуры выше 300°С, разлагается большая часть твердых бытовых отходов.
Этот процесс является экзотермическим, то есть сопровождается обильным выделением тепла. Активно образуется метанол, углеводород, аммиак, эфиры.
На последних этапах пиролиза макулатуры и других древесных остатков происходит прокаливание оставшихся в установке веществ. В этот момент температура достигает 500°С и продолжает расти. Выделяется смола с большой молекулярной массой, летучие газы. К примеру, водород, углекислый и угарный газы. В итоге остается древесный уголь.
Описание пиролизной установки
Устройство для переработки мусора высокими температурами является динамичным. Его можно передвигать в разные части помещения. Пиролизная установка по сжиганию отходов имеет такие составляющие:
- термический реактор;
- систему отвода газов пиролиза, в которую входят отстойник и конденсатор;
- совокупность устройств для отвода и очищения газов.
Основная составляющая в установке для пиролиза — это реактор и его компоненты (печь и швельшахта). Отходы поступают в верхнюю часть реактора, спускаясь в процессе сжигания, пока в итоге не окажутся в швельшахте. Высокотемпературное сжигание происходит в средней части реактора, а в верхних его слоях мусор просушивается.
Процесс сжигания состоит из двух этапов: коксование и температурное разложение. Газы, образующиеся в реакторе, не выходят мгновенно наружу. Для защиты экологической системы они должны пройти несколько этапов линии пиролиза. Первым на выходе из реакторов расположен котел-утилизатор. Далее газы попадают в сушилку и абсорбер. В последнем они обрабатываются известковым молоком. После этого газы выходят в окружающую среду.
В реакторе промышленных пиролизных печей для ТБО остается шлам — не превращенные в газ твердые бытовые отходы, смесь солей и золы. Он полностью безопасен. Его используют в сельском хозяйстве, промышленном производстве как топливо или сырье.
Преимущества и недостатки разных видов пиролиза
Каждый из типов имеет свои плюсы и минусы. Низкотемпературный пиролиз обладает такими преимуществами:
- можно перерабатывать мусор без сортировки;
- минимальное выделение токсичных окисей серы и азота.
Но минусов у этого метода больше, чем плюсов. Среди них:
- высокая стоимость установок;
- большие габариты печей и сложная конструкция;
- для эксплуатации необходимо много средств и рабочей силы;
- не распадаются высокомолекулярные соединения.
Среди преимуществ высокотемпературного пиролиза можно выделить следующие:
- газ используют в качестве сырья для тепловой энергии;
- на выходе газ имеет минимальное количество примесей;
- жидкие продукты пиролиза (масло) используют как заменитель нефти;
- золу применяют в дорожном строительстве.
Высокотемпературная переработка более выгодна с экономической точки зрения. Она требует меньше затрат, а продукты пиролиза можно использовать повторно.
Заключение
Пиролиз — высокотехнологичный метод переработки ТБО. Он обретает все большее распространение в мире, так как практически не влияет на окружающую среду.
Преимущество метода — возможность повторного использования продуктов, благодаря чему снижается потребность в первичном сырье.