Сравнительный анализ высокотемпературного окислительного метода (сжигания) и пиролиза
Пиролиз — процесс термического разложения отходов, которые содержат органические вещества, при недостатке или отсутствии кислорода. В результате образуются твердый углеродсодержащий остаток и пиролизный газ или пиролизное масло. При низких температурах пиролиза (~400–600 °C) образуется больше жидких продуктов – пиролизное масло, а при высоких (~700–1050 °C) - больше доля газообразных продуктов – пиролизный газ.
Пиролиз и газификация применяются в настоящее время сравнительно редко из-за жестких требований к качеству поступающих отходов, низкой надежности, повышенного энергопотребления. Так, существуют достаточно жесткие требования к подготовке отходов, в том числе ТКО, которые направляются на пиролиз и газификацию:
- сортировка отходов с целью извлечения балластных/минеральных фракций (стекло, металлы, камни, мелкая фракция);
- сушка отходов;
- предварительное дробление отходов.
Последнее требование приводит к снижению надежности мусороперерабатывающих предприятий, которые используют технологию пиролиза. Это связано с наличием крупных нераздробленных фракций, часто встречающихся, например, в ТКО, что нарушает работу установки и выводит оборудование из строя (НДТ ИТС 9-2020).
Качество продуктов пиролиза (пиролизный газ, пиролизное масло) зависят от состава обрабатываемых отходов и температуры процесса. Технология пиролиза может применяться для утилизации автопокрышек, резинотехнических изделий, отходов пластмасс, подготовленных ТКО, отработанных масел, нефтешламов, некоторых медицинских отходов, прошедших обеззараживание и других отходов, к которым предъявляются следующие требования:
- высокое содержанием органических соединений (к таким отходам относится в первую очередь резина, отработанные масла, пластик);
- низкая влажность (без предварительной подготовки ТКО обладает достаточно высокой влажностью для пиролиза);
- содержание минеральных компонентов (стекло, камни, грунт, металлы) должно быть близко к нулю.
Для отходов, обладаемых перечисленными характеристиками, возможно получить пиролизные продукты хорошего качества. При невыполнении требований к отходу качество продуктов настолько низкое, что не находит дальнейшего применения. Кроме того, пиролиз требует поддерживание определенных температур. Небольшое изменение температуры также приводит к плохому качеству получаемого продукта, то есть имеется риск фактора, нарушения режима при условии если установка оснащена системой автоматизации и контроля технологических процессов.
В отличие от пиролиза высокотемпературный окислительный метод не предъявляет требований к виду и качеству поступающих на сжигание отходов. Полный список отходов в ГЭЭ компании Эко-Спектрум включает больше 4700 наименований отходов. Подготовка отходов или минимальна или отсутствует вовсе. А в качестве вторичных материальных ресурсов возможно получение теплоэнергии, электричества и золы как строительного материала.
Таким образом, пиролиз не применим к огромному количеству отходов производства и потребления из-за жестких требований к ним и в сравнении с технологией сжигания применение пиролиза экономически не целесообразно.
Необходимо обратить внимание, что пиролиз малоэффективен для жидких отходов, в то время как циклонные печи легко справляются с поставленной задачей по утилизации отходов таких как:
- масла трансформаторные;
- совтолы, масла отработанные;
- жидкости спиртосодержащие, растворители и растворы отработанные;
- промывные жидкости;
- сточные воды;
- жидкие отходы химической промышленности и лабораторий, фильтрат полигона;
- жидкие отходы установок обратного осмоса и многое другое.
Циклонные печи являются не только эффективным, но и инновационным решением для обезвреживания и утилизации различных видов отходов. Соблюдение высоких стандартов промышленной безопасности и экологической ответственности делает их незаменимым компонентом современных производственных процессов.
Главное преимущество циклонной печи HURIKAN заключается в ее эффективности и специализации на обработке жидких отходов. С помощью уникальной циклонной технологии в сочетании с автоматической системой газоочистки, эта печь обеспечивает высокую степень очистки газовых выбросов - до 99%.
Если рассмотреть пиролиз и обезвреживание в сравнении для утилизации жидких отходов, то пиролизная технология становится убыточной и малоэффективной в сравнении с обезвреживаем в циклонных печах.
Циклон работает по инерционному принципу. Он очищает рабочую среду под действием гравитации и центробежной силы. Центробежная сила действует таким образом, что частицы твердые отделяются от влажной и воздушной массы и ударяются о внутренние стенки. Процесс может быть непрерывным за счёт шнекового питателя. Оборудование может быть укомплектовано теплообменником с любым теплоносителем, также системой ГОУ для тонкой очистки газов. Преимуществом циклонных печей является доступность, приемлемая цена, высокая эффективность, контролируемость процессов.
К недостаткам пиролиза относят: сложность печей; дороговизну оборудования; необходимость большого количества работников. Список недостатков перевешивает возможные преимущества метода.
Если рассматривать возможность пиролиза отходов иловых осадков, то наряду с получением пиролизной жидкости, которую можно использовать в качестве сырья химической промышленности, в частности, для получения топлив, синтеза органических растворителей и реагентов эксплуатирующая организация получает в большом объеме твёрдый кокс с преимущественным содержанием тяжелых металлов, которые необходимо утилизировать , что в высшей степени и значительно повышает негативное воздействие на окружающую среду. Поэтому прежде, чем рассчитывать рентабельность, важно учитывать затраты на обезвреживание кокса (отхода пиролиза).
Сравнение методов пиролиза и обезвреживания (сжигания) жидких отходов
| Пиролиз | Обезвреживание (сжигание) жидких отходов |
|---|---|
|
Требуется подготовка отходов После утилизации остается кокс обогащённый тяжелыми металлами в объеме 30-60 % , которая требует дальнейшей утилизации. |
Не требуется подготовка отходов После утилизации остается обезвреженная зола в объеме 3-6 %, которая не требует дальнейшей утилизации. Ее возможно применять в производстве.
Смотри статью о возможном применении зольного остатка |
|
Пиролиз обводнённых буровых шламов возможен (низкотемпературный пиролиз):
|
Обезвреживание обводнённых буровых шламов возможно (высокотемпературная деструкция):
|
|
Метод пиролиза осадков сточных вод крайне затруднителен из-за большого количества воды и низкой калорийности отхода. Здесь требуется технология трехстадийной переработки, которая предусматривает избавление от жидкой фракции и получения осадка. В дальнейшем требуется утилизация жидкой фракции. Остаток требует обезвреживания от примесей. Отходящие газы требуется очищать . Для получения синтез газа состоящего в основном из СО и Н2 требуются в большом количестве древесный уголь для того, чтобы образовавшиеся пиролизные газы прошли через слой нагретого до 1000 °С древесного угля. |
Метод обезвреживания осадков сточных вод возможен в циклонных печах. Применяется одностадийный метод высокотемпературного обезвреживания. Не требует разделение жидкой фракции. |
| Преимущества пиролиза | Преимущества обезвреживания |
|---|---|
|
|
| Принцип работы пиролизного котла | Принцип работы роторной печи |
|---|---|
|
Пиролизный котел длительного горения работает по принципу сухой перегонки – этот процесс имеет ряд отличий от обычного горения. В первой камере под влиянием высоких температур образуется газ. Он попадает во вторую камеру, где начинает сгорать при контакте с активным углеродом и кислородом.
Полученная тепловая энергия может подаваться на теплоноситель. |
Отходы загружаются в приемный бункер, из которого попадают в винтовой конвейер, и подаются во вращающуюся главную камеру и проходят через факел горелки. Под воздействием высоких температур начинается процесс горения в среде кислорода воздуха. Отходы перемещаются внутри вращающейся главной камеры (камеры сгорания) инсинератора, где они подвергаются воздействию высоких температур. В результате сгорания отхода образуются дымовые газы и переходят из главной камеры во вторичную, а зола попадает в золоуловитель – систему автоматической выгрузки золы. |
| Технология пиролиза (низкотемпературной термической бескислородной деструкции) | Технология обезвреживания (высокотемпературной термической кислородной деструкции) |
|---|---|
|
Пиролиз представляет собой термическую деструкцию исходного вещества (реакция пиролиза подразумевает собой разрушение нормальной структуры вещества при помощи высокой температуры, с ограничением доступа кислорода), в результате образуется токсичный отход (кокс с тяжелыми металлами, не менее III кл. опасности) , требующий обезвреживания в инсинераторе или другим химическим или высокотемпературным способом. Однако для того, чтобы применять пиролиз, например, для иловых осадков, сначала нужно обезвожить отход, потом его осушить, после чего отход пиролиза обезвредить, для чего часто применятся инсинератор. Таким образом, для обеспечения технологических процессов в замкнутом цикле может потребоваться комбинация двух технологий: пиролиз и обезвреживание. |
Обезвреживание представляет собой процесс термической деструкции при высоких температурах с участием кислорода. Обезвреживание имеет цель сокращения вредного влияния отходов на человека и биосферу. Цель метода: достижение следующих показателей:
Результатом обезвреживания должно стать уменьшение класса опасности веществ, снижение, например с III на V. Циклично направляется на обезвреживание в инсинератор. Очищенные газы поступает в атмосферу. С помощью автоматизации процесса сепарации зольного остатка возможно получать качественный, ценный, инертный компонент, Который является идеальным ВМР - например - в качестве замещения песка при производстве полимер-песчанных изделий, для частичной или полной замены пористых песков и снижения средней плотности бетона. |
| Рентабельность пиролиза отходов | Рентабельность термического обезвреживания отходов |
|---|---|
|
Рентабельность бизнеса утилизатора по методу пиролиза определяется по следующим критериям:
Метод не является универсальным для всех отходов, так, например из иловых осадков или фильтратов невозможно получить синтез-нефть, качественный синтез-газ, парафин или мазуты и т.д. То есть утилизатору нужны гарантированные контракты на длительное время 5-7 лет на конкретный перечень отходов (подходящих для пиролиза ) с целью успешной постоянной работы и гарантированной окупаемости, что в условиях высокой конкуренции, зависимой от поставщиков и регулярного изменения законодательства повышает коммерческие риски утилизатора. Количество образовавшихся в процессе пиролиза веществ напрямую зависит от начального состава твердых бытовых отходов и от текущих условий, при которых происходит сам процесс пиролиза. |
Рентабельность бизнеса утилизатора по методу обезвреживания определяется по следующим критериям:
*Компания Эко-Спектрум обладает лицензией на ведение образовательной деятельности, наши клиенты имеют возможность бесплатно получить дополнительное образование (получение новой профессии) «Оператор инсинераторной установки» Метод является универсальным для всех отходов, так например из иловых осадков или фильтратов возможно получить тепло, электричество, инертное сырье (зола 5 кл.), углекислый газ (СО2). Более того, у утилизатора возникают преференции по соблюдению планов снижения (сокращению) углеродного следа (за счет применения модуля улавливания СО 2, разработанного компанией Эко-Спектрум. Таким образом, утилизатор не имеет зависимости от постоянного входящего сырья, может брать на утилизацию любые отходы с разным компонентным составом), что повышает привлекательность его бизнеса и сокращает сроки окупаемости до 1-2 лет. А с учетом тенденции законодательства, ориентированного на энергетическую утилизацию данная технология становится с каждым годом все более востребованная в сфере обращения и утилизации отходов. |
Примечание: Обезвреживание отходящих газов камерного и роторного типа. Во вторичной камере (камере дожига) органические соединения дымовых газов, не разрушенных в главной камере, дожигаются при высокой температуре за счет задержки газов в течении не менее 2 секунд при высокой температуре (не менее 850 °С)
Нагретый до высокой температуры газ из вторичной камеры поступает в теплообменник, понижая свою температуру до значения, при котором возможно эксплуатировать систему газоочистки. Получаемое тепло может применяться для хозяйственно бытовых, или производственных нужд, эксплуатируемого объекта в качестве ВМР.
Дымовые газы из теплообменника направляются в систему газоочистки, которая состоит из батарейного циклона, циклонного фильтра, рукавного фильтра и угольного адсорбера с системой дополнительного впрыска сухого щелочного реагента, комплектация зависит от типа отхода и возможного состава промвыбросов. Происходит улавливание частиц пыли, диоксида серы, хлороводорода, тяжелых металлов и органических примесей.
Возможно оснащение оборудованием для улавливания CO2 с целью коммерциализации в качестве ВМР.
Опционально система газоочистки может быть мокрой или комбинированной в зависимости от требуемого качества выбросов и климатического исполнения.
За счет применения системы водоподготовки, исключается сброс стоков в окружающую среду, образующийся шлам водоподготовки.
Мы обратились к компании «Ртутная безопасность» по вопросу опыта работы на пиролизных печах и вот его комментарии:
Максимович Валерий Геннадьевич — учредитель ООО «Агентство "Ртутная безопасность"».
Мы спросили Валерия Геннадьевича поделиться опытом работы на пиролизных печах и вот, что он на рассказал:
Многие процессы налаживались экспериментально, практически вручную. Команда инженеров и химиков, я сам по образованию химик, и мне самому было интересно «победить» пиролиз, вложили много времени средств прежде мы получили товарный продукт хорошего качества. Я объехал много стран в поисках надежной и проверенной технологии пиролиза и убедился в том, что нет универсального пиролиза, работающей технологии на всяких и любых отходах, нет так называемой «всеядной пиролизной технологии» и оборудования, которое работало бы без отказа Очень много зависит в том числе и от квалификации и опыта обслуживающего персонала.
Нам, по сути, пришлось разобрать пиролизную установку и доработать ее своими силами, чтобы хоть как-то оправдать вложенные средства. Поэтому еще раз акцентирую внимание на том, что пиролиз — это не чудо технология, которую многие представляют как выгодное вложение и быструю окупаемость при минимуме внимания и затрат, она только кажется доступной и понятной, прибыльной, но фактически мы многие годы работали в ноль, а иногда и в убыток и к этому утилизаторы должны быть готовы.
Если сравнивать с технологией инсинерации, то она более предсказуема, процессы более контролируемы, перечень отходов к утилизации очень широкий и не требует какой либо подготовки или тщательного отбора, что делает технологии инсинерации привлекательной и доступной по многим направлениям бизнеса.
Выводы:
Итак, можно сделать вывод о том, что при выборе эффективной утилизации жидких отходов в сравнении с технологией пиролиза циклонные печи серии HURIKAN C, роторные печи серии HURIKAN R, камерные печи серии HURIKAN с возможностью получения тепловой энергии, электрической, углекислого газа СО2, инертной золы превратит убыточную отрасль в высокоприбыльную, решающую, не только, экологическую проблему, но, и энергетическую. Применение инсинератора циклонного, роторного, камерного типов производства Эко-Спектрум способствует улучшению производственных процессов, экономии времени, повышению доходов и упрощению управлением отходами на предприятии.
Циклонный инсинератор серии HURIKAN C
Компания Эко-Спектрум предлагает инновационное оборудование собственной разработки и собственного производства циклонную печь для утилизации (обезвреживания) жидких отходов HURIKAN C мощностью до 7 тонн/ч.
В данный момент мы работаем по проекту утилизации фильтратов полигонов, иловых осадков, продуктов обратного осмоса по заказу компании «Водоканал».
Нами проведены исследования с привлечением независимой аккредитованной лаборатории для подтверждения экологичности метода и экономической целесообразности.
Автор статьи
Девлетова Октябрина Шакировна
Основатель и генеральный директор компании «Эко-Спектрум»
«Судебный эксперт. Судебная экологическая экспертиза»
