Получение нефти из отходов

Как извеcтнo, oтхoды пoлимерoв – этo нoвoе «cтихийнoе» бедcтвие. Пoлиэтиленoвые пакеты cтали прoклятием нашегo cущеcтвoвания. Они загрязняют вoдные пути, путаютcя в ветвях деревьев и куcтoв и раcпадаютcя coтни лет на бoлее мелкие чаcтицы. Делo в тoм, что плаcтмаccа разлагаетcя очень долго, накапливаяcь на поверхноcти земли и в водах океана. Каждый год Америке иcпользуют 380 млн плаcтиковых пакетов, и только в среднем 7% из них подвергаются вторичной переработке. Управление охраны окружающей среды США привело неутешительные данные, согласно которым только за 2008 г. в этом государстве образовалось свыше 3 млн т отходов. Только 13,6% из них было утилизировано. «Пугающие» прогнозы были опубликованы консалтинговой компанией Petro Strategies, специалисты которой пришли к выводу, что запасов нефти в мире хватит до 2057 г., а газа – до 2064 г.

Такие неутешительные прогнозы и увеличение объема неутилизированных отходов пластмасс дают возможность утверждать, что скоро на Земле не останется природных ресурсов, которые используются при производстве пластмасс, особенно на углеводородной основе. Именно из этого вида пластика изготавливают корпуса для электронных устройств. Отметим, что получать нефть можно не только из электронных отходов, но из любого пластика, который отвечает необходимым критериям. Так, большинство видов пластмасс, которые используются для электроники, производится из углеводородов. Прежде всего, речь идет об АБС-пластике, поликарбонате и полипропилене. Правда, в ПВХ и некоторых других пластиках нет углеводородов, а это означает, что их превратить в нефть невозможно.

В Японии очень мало мест, куда можно свозить мусор, как и во всем мире. Но мы можем превратить повседневный продукт в источник топлива и уменьшить скопление пластиковых пакетов.

Машина, которая перерабатывает полиэтиленовые пакеты в топливо, пластик, обратно в нефть, была изобретена в Японии. Создатель этого потрясающего и, что немаловажно, компактного девайса – Акинори Ито из Blest Corporation. Плюс его маленькой машины в том, что предметы не нужно измельчать.

Вдохновение Ито пришло из простого понимания того, что пластик изготавливается из нефти, поэтому его обратное превращение в нефть не должно быть очень сложным. Высокоэффективная, экологически чистая машина может обрабатывать полиэтилен, полистирол и полипропилен, но не ПЭТ-бутылки.

Переработка пластмасс происходит следующим образом: в аппарат необходимо загрузить ненужный пластик (пакеты, бутылки и пр. изделия). Необходимо сказать, что перед загрузкой пластиковый мусор необходимо очищать от грязи и остатков пищи.

При нагреве в электрическом нагревателе пластик преобразуется в газ, который далее охлаждается в водяном радиаторе. Пластиковый мусор в установке разогревается, выделяющиеся в процессе пары направляются в специальную систему труб, где они оседают, охлаждаются и конденсируются в сырую нефть. Сырую нефть можно использовать для теплогенераторов и печей или переработать в бензин.

Акинори Ито: «Вы просто закладываете пластиковые пакеты и коробки внутрь в том виде, в каком они у вас есть. Тогда проще понять, что они превращаются в нефть. Я включаю агрегат… температура начнет подниматься. Пластик начинает плавиться и превращаться в жидкость. После того, как жидкость закипит, газ начнет проходить через трубочку в воду. Это вода из-под крана, она охлаждает газ и превращает газ в нефть. Нефть может просто гореть. Но вы также можете продолжить процесс переработки и получить бензин, дизельное топливо и керосин. Полученную нефть вы можете использовать для работы автомобиля или мотоцикла, или генератора, бойлера, плиты. Вы можете использовать также как обычную нефть. Если сжечь 1 кг пластика, он превратится в 3 кг углекислого газа. Моим способом из 1 кг пластика можно получить около 1 литра нефти».

Разговоры о глобальном потеплении ведутся с 2000 г. При загрузке в чудо-машину 1 кг пластика на выходе получим 1 л нефтепродукта, затрачивая при этом 1 кВт электрической энергии, но без вредоносных выбросов СО2 в атмосферу.

Когда Акинори Ито впервые создал такой процесс переработки летом 2010 г., он пояснил, что путем преобразования пластика в нефть исключается загрязнение окружающей среды СО2: «В Японии мы используем нефть, которая приходит к нам издалека – из Ирака, Ирана, Саудовской Аравии. Ее очищают на нефтеперерабатывающем заводе и привозят на танкерах. А мы покупаем ее на заправочных станциях. Выброс СО2 очень высок. Если бы пластиковый мусор превращался обратно в нефть, наш суммарный выброс в атмосферу был бы гораздо ниже. Если бы весь мир начал это делать, то количество углекислого газа сократилось бы значительным образом. При помощи электричества и тепла мы можем превратить его обратно в нефть и сократить выброс СО2 примерно на 80%. Даже в развитых странах мусор выбрасывают безразличные к окружающей среде люди. В развивающихся странах, даже если им не все равно, они не знают как. Поэтому я привожу этот агрегат и обучаю их. Это единственный агрегат, который можно перевозить самолетом. Мы привозим его в Африку, на Филиппины или на Маршалловы острова. И вместе с местными детьми мы собираем мусор и делаем нефть. Люди начинают понимать, что это не мусор. Эти пластиковые отходы, крышки от бутылок, ланч-боксы – это нефть. Поэтому когда ребенок это понимает, мусор исчезает. Люди не знают, что мусор – это нефть. Поэтому они его выбрасывают. Если они узнают, что он превращается в нефть, тогда они будут собирать его. Это нефтяное месторождение, пластиковое нефтяное месторождение».

Хотя конечный продукт переработки пластика – топливо, которое будет потом сожжено с выделением СО2, инновационный метод рециркуляции революционизировал способы переработки пластмассы. Для этой системы подходят бытовые, домашние материалы. Таким образом, это сильно способствует созданию энергетической независимости среди потребителей и уменьшению необходимости извлекать больше нефти из земли.
Изобретенный Акинори Ито аппарат выпускается в различных модификациях, как для промышленного, так и для домашнего пользования.

Установка Акинори Ито Be-h доступна всем желающим, кто готов заплатить за нее 10 тыс. долл. Но Ито надеется понизить эту цену по мере того, как приобретение его аппарата станет более популярным и распространенным. Изобретатель высказывает предположение, что когда его аппарат «поставят на конвейер», стоимость Be-h упадет и переработка пластмасс в нефть в домашних условиях станет более доступной.

Переработка пластмасс в нефть в домохозяйствах дает возможность использовать полученное «черное золото» в качестве топлива для некоторых типов электрогенераторов, печей.

Профессор Георгий Лисичкин, заведующий лабораторией органического катализа кафедры химии нефти и органического катализа химического факультета МГУ, не разделяет оптимизма Акинори Ито в отношении использования аппарата в домашних условиях. Господин Лисичкин отмечает, что не существует генераторов электроэнергии для коттеджей, которые работали бы на нефти. Да и переработка пластмасс в «черное золото» требует достаточно большого количества пластикового мусора. По мнению профессора, подобное устройство куда более оправдано не в домохозяйствах, а на производственных предприятиях.

Пиролиз пластиков как способ получения топлива: сущность процесса, механизм и условия реализации, получаемые продукты

Пиролиз – это достаточно старый и детально освоенных процесс, применяющийся во многих процессах химической технологии.

Используется как для утилизации отходов, так и для получения ценных продуктов.

Пластиковые отходы, представляющие собой смесь органических соединений с высокомолекуярной структурой и различных добавок, отлично поддаются пиролизу.

Если отходы уже нельзя пустить на переработку, то их сжигают в пиролизных печах. В подавляющем большинстве в России такими установками оборудованы мусороперерабатывающие заводы.

Пиролизом также перерабатываются покрышки, опилки и множество других видов отходов и мусора.

Стоимость оборудования высокая и не окупается доходами от продукции, но при этом компенсируется дотациями от государства для такого рода компаний.

Тем не менее, переработка полимерных отходов пиролизом, в том числе в жидкое топливо, – тема перспективная, ее изучением и оптимизацией процесса занимаются институты во многих странах.

Как происходит процесс: основные понятия

Пиролиз – это цепочка химических реакций разложения, протекающих при высоких температурах в инертной атмосфере (без доступа кислорода). Полимеры разлагаются полностью при температурах порядка 650 °С.

В отличие от простого сжигания на воздухе, при деструкции не образуются газы (например, диоксин). Окружающая атмосфера не подвергается загрязнению.

Собственно сама технология разложения органики при высоких температурах применяется в промышленности с конца 19-го века. Таким способом получали горючее из нефтяной смолы, коксового угля и даже торфа.

Отходы полимеров – это ценный источник энергии. Ведь помимо экологического вопроса утилизации пластикового мусора, можно попутно добывать углеводородное сырье.

Механизм и условия протеканий реакций пиролиза полимеров

Первая стадия процесса — это нагрев сырья до температуры примерно 270-300 °С. Реакции на этой стадии протекают с большим выделением тепла. Происходит, собственно, термическая деструкция высокомолекулярного соединения. Основной продукт этого этапа — это газообразная органика и жидкие компоненты. Заканчивается процесс при 400°С.

Далее температура постепенно повышается до максимальной (зависит от вида сырья), обычно она составляет 650°С.

При достижении максимальных температурных показателей система переходит в автоклавный режим. В это время происходят процессы окончательного разложения в жидких компонентах и твердом коксовом остатке.

По завершении всех технологических операций происходит сбор всех продуктов реакций. В дальнейшем они передаются на очистку и разделение на фракции при необходимости.

Полезная информация о процессе в цифрах

Факты о пиролизной переработке пластмассовых отходов:

  1. При соблюдении правильно подобранного температурного режима можно получить до 90 % горючей жидкости на выходе с очень высокой теплотворной способностью.
  2. Переработав 1 тонну пластиковых отходов, удается собрать в среднем 10 % газообразного горючего, примерно 85% жидких компонентов и до 5% несжигаемой золы.
  3. Количество выделяющегося тепла при переработке 2 тонн отходов пластика равно количеству тепла от 1 тонны нефти. Это очень высокий показатель.
  4. В Европейских странах реализованы проекты по строительству и эксплуатации мини ТЭЦ, в которых в качестве 50% топлива используют отходы полимеров.
  5. Регулировать состав продуктов деструкции полимера можно подбором температурного режима. Если основной процесс протекает до 600°С, то на выходе превалируют жидкие компоненты. Если температура выше 600 °С, то преимущественно получается газ.

Технология термического разложения

Для более глубокого понимания протекающих процессов при термодеструкции необходимо ознакомиться с конструкционными особенностями печи для пиролиза. Очень упрощенно печь можно разделить на 2 части.

В первой, так называемой радиантной, протекает основной процесс деструкции. Пластик разлагается на газообразные, жидкие и твердые продукты. Далее во второй части, или конвекционной, продукты разложения подвергаются дегидрированию и конденсации.

Установки оснащаются резервуарами большой ёмкости для сбора жидких и газообразных материалов. В системе есть разделительная колонка (для отделения жидкости и газа) и кожухотрубный теплообменник для конденсации легколетучих компонентов.

Технологический процесс пиролиза пластиковых отходов происходит следующим образом:

  1. На первом этапе отходы проходят необходимую сортировку. Если основная задача – это получение качественных продуктов, то желательно провести разделение по видам пластика (ПЭ, ПП, ПС, ПЭТ и т.д.). Так процесс термического разложения будет стабильным, поскольку сырье максимально однородное. А готовые продукты меньше загрязнены посторонними включениями и примесями.
  2. Далее пластиковые отходы моются и измельчаются на дробилках. Подача однородной измельченной крошки позволит интенсифицировать процесс и добиться максимального КПД установки. Мойка отходов избавит от ненужных примесей. Подробнее о таком оборудовании можно почитать здесь.
  3. Дробленые куски подаются в печь. Под действием нагрева до температуры порядка 300°С масса расплавляется и становится жидкой. Далее от нее начинают отделяться газообразные продукты. Идут процессы термического разложения.
  4. Когда установка переходит в режим поддержания постоянной температуры, протекают реакции отщепления водорода (дегидрирования) газообразных продуктов.
  5. Смесь продуктов горения конденсируется на теплообменнике. Потом разделяется на фракции в газожидкостном разделителе. Жидкость поступает в накопитель и далее передается для очистки.
  6. Полученный в результате пиролиза газ проходит многоступенчатую систему фильтрации и очистки. Сначала он подается на горелку печи. Очень интересна реализация системы с двумя печами, когда нет расхода топлива для старта. Газообразная горючая смесь может подаваться для розжига от одной установки к другой.
  7. Твердые продукты пиролиза накапливаются в нижней части печи. Потом они выгружаются, брикетируются и используются как сухое топливо.

Конечные продукты

В основном на выходе можно получить:

  1. Пиролизный газ. Его, как правило, не собирают для дальнейшего использования. Он сразу подается на печную горелку. В составе преимущественно присутствует смесь этилена, пропилена и водорода. Таким образом, установка почти автономна по потреблению топлива. Оно может пригодиться только на старте.
  2. Горючее котельное. При очистке и ректификации жидких продуктов получается топливо, соответствующее по своему составу дизельному. По молекулярной массе и фракционному составу преимущественно присутствуют (от общей массы загрузки) до 25% масла и до 15% воска.
  3. Сухой коксовый остаток. По своим свойствам — это химически инертный материал, не представляющий угрозы здоровью и экологии. Может быть утилизирован. Есть информация по его применению в газобетонных блоках, в строительстве, подсыпке грунта и т.д.
  4. Тепло, выделяемое в процессе, идет на обогрев помещений.

Бензин из пластмассы

При пиролизе пластиковых отходов вполне реально получить бензин. Причем выход чисто бензиновой фракции может достигать до 80% от массы исходного сырья. Для сравнения степень конверсии нефти по бензину всего 55%.

Современные печи позволяют собрать с 1 кг загруженного сырья 1 литр жидких горючих компонентов. Естественно, что в чистом виде заправить автомобиль таким топливом не получится. Требуется дополнительная стадия очистки и перегонки.

Сравнительно недавно в Томском политехническом университете ученым удалось увеличить вход бензина до 90 %. Для этого были проведены работы по подбору катализатора (состав его не раскрывается), увеличению глубины вакуума и температуры в камере сгорания.

К сожалению, горючее, получаемое таким способом, даже при глубокой очистке далеко не идеально для применения. Неотгоняемые примеси выводят из строя систему подачи топлива и двигатель.

Конструкция мотора требует существенной модификации, поскольку фракционный состав пиролизного бензина существенно отличается от традиционного. Эти проблемы можно решить подбором каталитических систем. Такие фундаментальные исследования проводятся.

Как сделать топливо из отходов в домашних условиях?

Для того чтобы попытаться получить из отходов пластмассы бензин в домашних условиях, нужно максимально упростить процесс и попытаться собрать установку пиролиза.

Необходимые компоненты и последовательность действий:

  1. Огнестойкая ёмкость с крышкой, оборудованная трубкой. Трубка соединяется со вторым резервуаром для сбора конденсата.
  2. Бак конденсатора соединяется трубкой с небольшой бутылкой с плотной крышкой с еще одним патрубком. Это гидрозатвор.
  3. Мелко измельченное пластиковое сырье загружается в резервуар печи горения, ее необходимо сильно разогреть.
  4. Постепенно жидкие продукты разложения попадают в конденсатор и охлаждаются.
  5. В чистом виде топливо из пластика не пригодно. Оно нуждается в очистке. Для этого можно использовать самогонный аппарат. Разделение топлива проводится визуально по изменению цвета и вязкости.
  6. Зольный остаток можно выбросить.

Видео по теме

На видео представлен сюжет о красноярских умельцах, самостоятельно перерабатывающих пластиковые отходы в жидкое горючее:

Вывод

На основании приведенных данных можно утверждать, что пиролиз – перспективный процесс переработки пластиковых отходов. В настоящий момент он используется как метод утилизации.

Но развитие технологии и изучение фундаментальных основ процесса поможет оптимизировать его и сделать более доступным. Идеальным для российских условий вариантом была бы организация мини ТЭЦ на пластиковых отходах со сбором и очисткой продуктов пиролиза.