CC BY
53УДК 574:628.5
Г.Р. Гайнуллина, Г.Ю. Федоров
ТЕРМИЧЕСКИЙ СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ УГЛЕРОДОСОДЕРЖАЩИХ ОТХОДОВ (ПИРОЛИЗ)
В данной работе рассматриваются различные термические способы переработки углеродосодержащих отходов. Приведены основные источники углеродсодержащих отходов. Дается описание наиболее оптимального способа.
Ключевые слова: углеродосодержащие отходы, термические методы, сжигание, газификация, пиролиз.
Проблема утилизации отходов приобретает в настоящее время все более острый характер в связи с тем, что объемы генерирования отходов постоянно растут, в то время как темпы их полезной утилизации неоправданно притормаживаются. К настоящему времени накоплены сотни миллионов тонн углеродосодержащих отходов, которые требуют экологического обезвреживания.
Источниками углеродсодержащих отходов могут быть компоненты: твердых бытовых отходов; осадки биологических очистных сооружений городов, поселков и предприятий; неф-тешламы из отстойников нефтеперерабатывающих заводов, железнодорожных предприятий, нефтебаз и ремонтных заводов; загрязненный нефтепродуктами грунт территорий железнодорожных предприятий, нефтебаз нефтеперерабатывающих заводов; угольный шлам; отработанные масла и смазки, бумажные фильтры машин и механизмов; старые деревянные шпалы и т.п. [1, 2]
Для эффективной переработки отходов необходимы технологии, наносящие минимальный экологический ущерб окружающей природной среде, имеющие низкие капитальные затраты и позволяющие получать прибыль. Поэтому эта тема является актуальной на сегодняшний день.
Для крупных городов с населением более 0,5 млн. жителей целесообразнее всего использовать термические методы обезвреживания твердых бытовых отходов, так как: 1) «Мусоро-сжигание» является одним из перспективных, быстрых и радикальных методов обезвреживания твердых бытовых отходов. 2) Термические методы сокращают объем отходов. 3) Существует возможность выработки тепловой и электрической энергии.
К термическим методам обезвреживания отходов относятся газификация, сжигание и пиролиз.
Газификация - преобразование органической части твёрдого или жидкого топлива в горючие газы при высокотемпературном (1000-2000°С) нагреве с окислителем (кислород, воздух, водяной пар, или, чаще, их смесь). Переработка отходов газификацией имеет следующие преимущества: получаемые горючие газы могут быть использованы в качестве энергетического и технологического топлива; получаемая смола может быть использована как жидкое топливо и как химическое сырье; при этом сокращаются выбросы золы и сернистых соединений в атмосферу.
Сжигание - контролируемый процесс окисления твердых, жидких или газообразных горючих отходов. При горении в основном образуются диоксид углерода, пары воды и зола.
Пиролиз - процесс термического разложения органических соединений без доступа кислорода и происходит при относительно низких температурах (500-800 °С). После пиролиза не остается биологически активных веществ, поэтому подземное складирование отходов процесса пиролиза не наносит вреда природной среде, что очень важно для экологической ситуации. При пиролизе не происходит восстановления (выплавки) тяжелых металлов.
© Гайнуллина Г.Р., Федоров Г.Ю., 2014.
ISSN 2223-4047
Вестник магистратуры. 2014. № 11(38). Том I
Современные технологии пиролиза могут быть разделены по таким характерным признакам: скорость нагрева (быстрый - БП, медленный пиролиз - МП); среда, в которой происходит пиролиз (вакуумный, гидропиролиз, метанопиролиз). В качестве сырья могут использоваться органика ТБО, древесные отходы, лигнин, целлюлоза, отходы сельского хозяйства, сырая нефть, тяжелые мазуты, битум, тяжелые продукты перегонки нефти, асфальт, отходы бумаги, осадки сточных вод, торф, бурые угли и т.д.
Оптимальным способом переработки углеродосодержащих отходов является пиролиз в специальных установках (рис.1).
Рис. 1. Установка по переработке углеродосодержащих отходов
Установка содержит печь 1 с топкой 2 и дымоходом 3. Топка 2 печи 1 выполнена из последовательно установленных отдельных секций 7, в каждой из которых установлены реторты 4, снабженные газоподводящими трубопроводами 5 и газоотводящими трубопроводами 6. Секции 7 сообщаются газоходными отверстиями 8 для топочных газов, причем в нечетных секциях входные газоходные отверстия выполнены внизу, а выходные - вверху секции, а в четных секциях - наоборот, последняя секция снабжена вытяжным дымососом 9, кроме того, топка снабжена нагнетающим дымососом 10, вход которого установлен в топке 2, а выход направлен во входную трубу газоподводящего трубопровода 5, установленную в верхней части первой реторты 4 ряда последовательно расположенных аналогичных реторт, каждая из которых снабжена выходным газоотводящим трубопроводом 6, соединенным с входной трубой каждой из последующих реторт, при этом выходной трубопровод последней реторты направлен в топку 2.
Устройство работает следующим образом. Сначала в реторты 4 загружают углеродосо-держащие отходы, подлежащие утилизации. Нагревают реторты 4 снаружи в печи 1. При нагреве отходы разлагаются на газообразные и твердые составляющие. Одновременно с наружным нагревом топочные газы нагнетают внутрь реторт, последующих за первой ретортой 4, смешивают их с отходящими горючими газами, произведенными в результате пиролиза. Полученную смесь газов по трубам 5 и 6 направляют последовательно из одной реторты 4 в другую, а затем в топку 2 печи 1, где сжигают. Твердые остатки удаляют из реторт 4 после охлаждения,
а полученные газы сжигают в собственной топке 2. Затем загружают в реторты новую партию удаляемых отходов. Процесс циклически повторяют. [3]
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. Так же при пиролизе не происходит восстановления (выплавки) тяжелых металлов. Так как после пиролиза не остается биологически активных веществ, следовательно, подземное складирование отходовпроцесса пиролиза не наносит вреда природной среде. Образующийся пепел имеет высокую плотность, что резко уменьшает объем отходов, подвергающийся подземному складированию. 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.
Таким образом, получают экологически безопасный замкнутый процесс утилизации отходов. Данный метод является выгодным для предприятий с технологической, экономической и экологической точек зрения. [3]
Библиографический список
1. В.М. Бельков, Всероссийский научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта (ВНИИЖТ).
2. http://xreferat.ru/112/291-1-metody-tehnologii-i-koncepcii-utilizacii-uglerodosoderzhashih-promysh кт yh-i-tverdyh-bytovyh-othodov.html
3. http://www.freepatent.ru/patents/2433158
ФЕДОРОВ Георгий Юрьевич - доцент кафедры «Инженерная экология и рациональное природопользование», Казанский государственный энергетический университет.
ГАЙНУЛЛИНА Гульназ Рамилевна - студент кафедры «Инженерная экология и рациональное природопользование», Казанский государственный энергетический университет.
