Пиролиз: понятие, технология, процесс, схема, продукты

Пиролиз: понятие, технология, процесс, схема, продукты

Под пиролизом твердых бытовых отходов принято понимать процесс термического разложения отходов, происходящий без доступа кислорода. В конечном результате данный процесс позволяет получить твердый углеродистый остаток и пиролизный газ. Пиролиз ТБО способствует созданию современных безотходных технологий утилизации мусора и максимально рациональному использованию природных ресурсов.

Этот метод утилизации ТБО считается намного безопаснее сжигания. Однако, даже не смотря на то, что процесс пиролиза гораздо более трудоемкий, чем традиционное сжигание мусора, данная технология является наиболее перспективной, поскольку во время пиролиза количество выбросов попадающих в атмосферу значительно меньше, чем при традиционном сжигании.

А, следовательно, при использовании технологии пиролиза в таком деле как переработка мусора, существенно уменьшается загрязнение окружающей среды. Итак, какие же процессы происходят во время пиролиза:

  • сушка
  • сухая перегонка
  • горение остатков
  • газификация

Количество образовавшихся в процессе пиролиза веществ напрямую зависит от начального состава твердых бытовых отходов и от текущих условий, при которых происходит сам процесс пиролиза. Процессы пиролиза могут протекать с разным температурным уровнем:

  1. Низкотемпературный пиролиз (при температуре 450-900 °С). При таком пиролизе выход газа минимален, а количество твердого остатка, смол и масел наоборот, максимально. С увеличением температуры пиролиза, количество получаемого газа увеличивается, ну а количество смол и масел, соответственно, уменьшается;
  2. Высокотемпературный пиролиз (при температуре свыше 900 °С). Выход газа при данном способе максимален, а выход смол минимален. Таким образом, при данном методе пиролиза образуется минимальное количество отходов.

Сырье и продукты

Современная мировая структура сырья пиролиза:

  1. этан — 27,6 % мас.
  2. сжиженные газы (пропан, бутан) — 14,0 % мас.
  3. прямогонный бензин (нафта) — 53,1 % мас.
  4. гидроочищенные керосино-газойлевые фракции — 5,3 % мас.

Нафта в основном является продуктом первичной переработки сырой нефти, в то время как этан более распространен в природном газе, сжиженные газы и газойли также могут являться продуктом первичной переработки нефти.

Сухой пиролиз и его разновидности

Утилизация кислых гудронов пиролизом

Метод преследует такие основные цели: обезвреживание вторичного сырья, получение топлива, различных химических соединений, используемых в промышленности. Главный сохраняемый принцип, которому следует сухой пиролиз, – рациональное использование невосполнимых природных ресурсов.

Способ позволяет получать пиролизный газ, жидкий продукт, твердые углеродистые компоненты. Сухой пиролиз может протекать при трех режимах температур:

  1. Низких.
  2. Средних.
  3. Высоких.

Пиролиз при Т 450-550 градусов по Цельсию относится к низкотемпературному. Методу характерно получение полукоксов в больших количествах, максимальная температура выхода пиролизного газа при образовании его в минимальных объемах. Также наблюдается получение смол, которые в дальнейшем используются для производства каучука. Образующиеся полукоксы применяют в качестве топлива для промышленных и бытовых нужд.

Среднетемпературный пиролиз происходит при 800 градусах по Цельсию. В ходе сжигания выделяется большое количество газа и гораздо меньше, жидких смол и непосредственно кокса, чем в предыдущем случае.

Высокотемпературный пиролиз протекает при Т выше 900 градусов по Цельсию. Этот метод дает минимальное количество твердых и жидких отходов. Образующиеся газы впоследствии используют, как топливо для транспортировки.

О пиролизных котлах

Эта группа твердотопливных агрегатов отличается от традиционных котлов прямого горения наличием двух камер вместо одной. По задумке, в первичной камере сжигания идет процесс газификации твердого топлива при подаче недостаточного количества кислорода, а во второй – дожигание выделяющихся пиролизных газов при добавлении вторичного воздуха. Но так ли это происходит технология сжигания на самом деле? Чтобы это понять, надо рассмотреть конструкцию теплогенератора.

На данный момент существует 2 вида пиролизных котлов, разберем устройство каждого подробнее. Самая популярная конструкция – когда первичная топка находится над вторичной. Между ними имеется форсунка прямоугольного сечения, сделанная из огнеупорного кирпича. А теперь внимание: воздух в главную топку нагнетается с помощью вентилятора, частично попадая и в нижнюю камеру для дожигания газов. То есть, принцип пиролиза нарушен изначально, так как вместо ограничения по кислороду вентилятор создает его избыток.

Что это дает? Полное и эффективное сжигание дров, так что и золы не остается. Но этому есть объяснение: сухое дерево не оставляет после себя золы, а только легкий пепел, половина которого просто выдувается вентилятором через форсунку в дымоход. По всем признакам данной конструкции можно присвоить название «котел верхнего дутья», поскольку вентилятор нагнетает воздух в верхнюю камеру. За счет этого возрастает температура горения, увеличивается выход газа, но он тут же сгорает, проходя через форсунку. Подобный алгоритм работы имеет мало общего с химической реакцией пиролиза.

Эту процедуру еще называют древесным крекингом, а зародилась она именно в России. Прообраз современного агрегата еще в незапамятных временах изобрели наши углежоги. Для получения древесного угля без доступа воздуха, они воспламеняли древесину под слоем земли.

Сегодня этот процесс гораздо совершеннее и проходит в несколько этапов. Начинается крекинг при разогреве до 2000 ºС. На этом этапе выделяется большое количество оксида углерода. Если продолжить его сжигание в атмосфере, то удастся получить огромное количество энергии.

Затем котел разогревается до 5000 ºС. В этом температурном режиме получают метанол, смолы, ацетон и уксусную кислоту. Кроме этого вырабатывается твердый углерод, больше известный, как древесный уголь.

Продукты пиролиза каменного угля

Итак, в самом начале своей статьи мы упоминали о том, что путем пиролиза из каменного угля можно получить продукты следующих типов:

  • Твердые
  • Жидкие
  • Газообразные

Теперь рассмотрим каждую разновидность продуктов пиролиза подробнее.

При пиролизе каменного угля получают твердый кокс, который сегодня используется в основном в таких отраслях как черная и цветная металлургия. Кокс является более совершенным твердым топливом, чем каменный уголь, поэтому именно его используют для выплавки металлов.

Однако кокс, хотя он и является основным продуктом пиролиза каменного угля, это далеко не самое ценное, что можно извлечь из этого природного ископаемого. Побочным продуктом данного процесса является парогазовая смесь, которая содержит множество химических соединений. Данную смесь путем конденсации разделяют на жидкую и газообразную составляющую, из которых, в свою очередь, можно получить более чем 250 химических соединений.

Основным жидким продуктом пиролиза каменного угля является каменноугольная смола — черный жидкий продукт, представляющий собой сложную смесь органических соединений. Из каменноугольной смолы путем дальнейшей переработки получают такие вещества как:

  • Фенолы
  • Нафталин
  • Антрацен
  • Различные гетероциклические соединения
  • Технические масла
  • Синтетическое топливо

Однако стоит отметить тот факт, что получаемые путем пиролиза каменного угля масла и жидкое топливо являются непригодными для использования в двигателях внутреннего сгорания, поскольку они содержат в своем составе много примесей. По этой причине данные продукты пиролиза для дальнейшего использования нуждаются в дополнительной очистке. А это существенно увеличивает себестоимость данных продуктов пиролиза, делая их производство не очень рентабельным.

Газообразным продуктом пиролиза каменного угля является так называемый пиролизный газ, представляющий собой смесь горючих газов и различных химических соединений. Во многих странах мира пиролизный газ сегодня используется как альтернативный источник энергии, в первую очередь, тепловой.

Читайте также  Парник из рам

Если для нас эта технология достаточно новая, то в некоторых европейских странах пиролизный газ уже давно стал привычным топливом. Помимо этого, пиролизный газ также как и каменноугольную смолу можно использовать и для получения различных химических соединений. Так, из данного газа выделяют бензол, фенол и другие вещества.

  • Комментарии к статье

Выбор и проектирование сорбционного агрегата с учетом исходных данных Заказчика

Наше предприятие получило Заявку на расчет и проектирование оптимального оборудования для очистки пиролизных газов, образующихся на промышленном участке Заказчика, занимающегося термической переработкой автомобильных шин.

Проанализировав особенности технологического процесса, направленного на получение топливного пиролизного масла, объемы, характер загрязнителей и температуру выбросов, мы пришли к выводу, что максимальную рациональность и эффективность в улавливании продуктов пиролиза – с учетом удобства последующей сепарации топочного масла – покажет газовый скруббер со стационарной насадкой.

Основными продуктами пиролиза автопокрышек являются вещества, большинство из которых проявляет сильные биоцидные, мутагенные и тератогенные свойства: окислы серы, оксиды азота, бензол, фенолы, бензпирен, фуран, диоксины, олефины, высокомолекулярные парафины, полиароматические углеводороды, а также большое количество сажи и золы.

При термической утилизации 1 тонны старых автошин образуется около 450 кг. газов, около 250 кг. сажи и около 300 кг. аэрозольной взвеси.

Помимо прочего, Заказчик попросил рассмотреть возможность максимальной компактизации оборудования для установки / транспортировки аппарата в 20-футовом морском контейнере, что было обеспечено сменой форм-фактора скруббера с вертикальной колонны на горизонтальный блок газоочистки.

Технические характеристики скруббера и итоговая эффективность внедрения

Агрегат был изготовлен и доставлен на промучасток, где наши инженеры провели монтаж, пуско-наладку и ввод скруббера в эксплуатацию. Итоговая эффективность и другие технически значимые данные, относящиеся к данному скрубберу, приведены в таблице.

Параметр Значение
Параметры очищаемой среды
Основной поллютант Комплексный газомеханический загрязнитель (пиролизные газы + сажа / копоть)
Температура выбросов ≈ 500 градусов Цельсия
Характеристики пылегазоуловителя
Газоочистной аппарат Насадочный горизонтальный скруббер
КПД установки 96-99%
Модель СГ-6
Работа в качестве пылеуловителя Да
Ориентация Горизонтальная, повышенная компактность
Материал корпуса и вспомогательного оборудования Химически и термически стойкая жаропрочная нержавеющая сталь
Тип очистки Мокрый скруббинг / Абсорбция
Объем обрабатываемой среды 1000-6000 м 3 / час
Абсорбент Техническая вода
Форсунки / Распыл Полноконусный распыл с углом раскрытия 120°
Расход абсорбента ≈ 15 л. / мин.
Насадка Кольца Палля из нержавеющей стали, Ø 38 мм

Комплект поставки включил в себя всю номенклатуру основных и вспомогательных систем, (включая вытяжной вентилятор с частотным преобразователем), для быстрого и бесшовного введения газопромывателя в технологическую цепь Заказчика.

Скруббер оснащен системой автоматизации, что наделяет его высочайшими показателями автономности. Панель контроля и управления аппарата позволяет деликатно и плавно оперировать пуском, остановом и ключевыми параметрами газоочистки, исключая возможность повреждения функциональных узлов и увеличивая межобслуживающий период агрегата.

Фотографии горизонтального насадочного скруббера

Погрузка газопромывателя на автомобиль для отправки Заказчику

Вид пылегазоочистителя сбоку

Заказ на проектирование, изготовление, доставка и монтаж промышленного газоочистного оборудования

По вопросам индивидуального проектирования, производства и доставки компактных, экономичных и эффективных пылегазоочистных аппаратов для улавливания / сепарации / утилизации пиролизных газов, а также других газомеханических загрязнителей, пожалуйста, контактируйте с нами удобным способом или заполняйте Анкету Заказчика.

По требованию готовы произвести профессиональный монтаж и ввод аппаратуры в технологические циклы Вашего промышленного участка на территории РФ, СНГ, Европы или Азии.

Полный комплект технической и бухгалтерской документации. Обучение рабочего штата. Гарантия производителя.

На примере нашего собственного опыта работа по поиску шин двигалась следующим образом. Первое что пришло в голову — это объезжать шиномонтажки и собирать там шины. Это была утопия, т.к. целый день бригада наших рабочих на нанятой Газели разъезжала по городу и собирала эти шины. Объем сбора был мизерный и себестоимость тонны шин выходила в несколько тысяч рублей. Выход был найден быстро: от физлица было составлено заявление в РосПриродНадзор о предоставлении информации компаний, утилизирующих шины. Через 30 дней данный перечень был у нас и по Свердловской области таких предприятий оказалось около 350. Данный перечень был хорош тем, что все эти компании подотчетны РПН, т.е. им так или иначе обязательно необходимо утилизировать свои шины должным образом. В течение 3х месяцев проводился обзвон компаний и на 4й месяц начали заключаться договора. К концу года количество заключенных договоров составило 54шт. При этом последние 40 договоров были заключены по сарафанному радио среди экологов, т.к. для всех экологов было большим счастьем то, что мы принимали абсолютно любые отходы шин и РТИ, и ряд других отходов такие как: промасленную ветошь, отработанное масло, нефтешламы, масляные фильтры, ряд пластиков и другие углеводородсодержащие отходы.

Сбыт печного топлива

Получаемое пиролизное масло (конкретно на нашем оборудовании с применением ноу хау линии конденсации) является по праву топливом вне конкуренции на рынке. Данное топливо пригодно для всех видов горелок, не требует использования сжатого воздуха, подогрева и имеет постоянное единое качество. На сегодняшний день нами продано более 2млн.л топлива. Наши клиенты остановились на нем, т.к. альтернативные варианты не соответствуют по ряду причин. Так, например, приобретение сырой нефти по цене 17руб./л требует ее покупки оптом железнодорожными цистернами, а это проблема с ж/д тупиком, заморозка денежных средств, использование специальных горелок на сырой нефти. Темное печное топливо — это то топливо, которое не попало ни в одну из классификаций товарного топлива и может содержать твердые включения, смесь различных видов топлива в постоянно меняющейся пропорции. Иногда оно густеет, иногда расслаивается, а это не приемлемо для любого котельщика. Применение отработанного масла в качестве топлива также имеет обременения. Его состав также разносортный и часто присутствует вода, которая может замерзнуть в трубопроводе с соответствующими последствиями. Последнее время отработка дорожает ввиду освоения технологии ее регенерации и достигает цены 15руб./л. Применение мазута влечет ряд подготовительных процессов по его постоянному нагреву, доставки в горячем виде в зимний период, а его калорийность самая низкая среди товарных топлив, приобретение малыми партиями по 1-10м 3 затруднительно. В связи с вышеперечисленным, предприятия, где существуют технологические процессы с применением горелочных устройств зачастую покупают дизельное топливо на заправках.

Основные потребители пиролизной жидкости (топлива): асфальтовые заводы, производство стирального порошка, плавка алюминия, производство сухих смесей, сушилки древесины, зерна, песка. вспенивание полимеров, стеклодувы, котельные, другие производства, расположенные на источнике сырья вдали от газопровода, временные производства.

Сбыт пирокарбона (углеродистого остатка)

Углеродистый сухой остаток применяется в качестве пигмента, усилителя бетона, гидрофобная добавка или ингридиент для производства гидрофобных покрытий (например, мастики), добавкой в малом соотношении к ГОСТовскому техуглероду, сырьем для производства активированного угля.

На сегодня организуются предприятия по переделу пиролизной сажи. Покупная цена колеблется в ценовом диапазоне 8-9,5руб./кг. Если самостоятельно очищать сажу от мех.примесей (камней, остатков металла) и доизмельчить до однородной фракции, то стоимость такой сажи достигает 25руб.кг. Стоит заметить, что только полностью прокаленный техуглерод находит сбыт. При применении статичных реторт без функции ворошения сырья добиться полной прокалки невозможно. Из-за этого сажа имеет запах, как следствие наличия в ее составе летучих соединений.

Читайте также  Пол в гараже дешево

Сбыт металлокорда (при переработке шин)

Благодаря вращению реактора во время пиролиза, металлокорд скручивается в единую плотную свивку, имеет компактные габариты, не требует фасовки. Цена металлолома в таком виде около 8000руб./тн

Основные экономические показатели работы установки можно скачать в эксель формате.

Пиролиз от А до Я (часть 1)

Пиролиз: основы процесса и технологии

Пиролиз является достаточно изученной и эффективно применяемой в различных странах технологией переработки нефтесодержащего сырья в газообразные и жидкие продукты горения. Впервые он был применен в конце 19 века для получения осветительного газа из керосиновой фракции нефти. В частности, уже в 1877 году на нефтяной пиролиз был получен патент. Его автором стал химик-технолог из Петербурга Александр Александрович Летний, исследовавший процессы воздействия высоких температур на нефтепродукты.

Сейчас пиролиз начал использоваться для переработки твердых органических отходов, нефтешламов и продуктов бурения. В его основу положен процесс разложения органического сырья на низкомолекулярные составляющие при воздействии высоких температур. Процесс может протекать как в условиях отсутствия воздуха, так и при его ограниченном доступе.

Совершенствование технологии – неотъемлемая часть существования пиролиза. Основные модификации процесса относятся главным образом, к повышению эффективности пиролизных котлов, уменьшению объема образующихся вредных остатков и снижению себестоимости технологии. Это может осуществляться за счет изменения конструкции установок, введения/выведения в состав различных химических компонентов и корректировки условий протекания процесса.

Условия протекания пиролиза и его особенности

Независимо от специфики процесса пиролиза, обязательным условием его протекания являются высокие температуры, которые должны быть в диапазоне 450-1050 °C. Их обеспечение сопровождается различными способами, которые зависят от стадии протекания процесса, его модификации, исходного сырья и желаемых продуктов разложения.

По температурам протекания процесса различают:

  • низкотемпературный пиролиз — 450-550 °C
  • среднетемпературный пиролиз — 550-800 °C
  • высокотемпературный пиролиз — 900-1050 °C

Для обеспечения пиролиза особых условий к давлению не предъявляется. Оно может находиться в диапазоне, приближенном к атмосферному давлению. Время реакции составляет 0,1-0,5 секунд.

По видам реакций различают окислительный и сухой пиролиз. По исходному сырью современная химическая промышленность выделяет отдельно пиролиз нефтепродуктов, древесины, шин, пластмасс и отходов.

Пиролиз как химический процесс

Пиролиз представляет собой совокупность элементарных реакций разложения (деструкции) органического вещества на продукты с меньшей молекулярной массой. Реакции протекают как последовательно, так и параллельно и при этом неразрывно связаны между собой. Тем не менее, условно выделяют первичную и вторичную стадии процесса:

  1. На первой стадии в области высоких температур осуществляется первичное расщепление вещества.
  2. На второй – образовавшиеся вещества подвергаются реакции дегидрирования для возможности последующего расщепления. Разделение полученных фракций происходит за счет конденсации паров или их изомеризации, полимеризации.

Сырье для пиролиза

Прежде чем, понять, что может служить сырьем, важно выделить назначение пиролизной печи. Если это установка для утилизации, то первооснову составляет сырье — отходы, которые следует переработать. Установки термической деструкции позволяют перерабатывать:

  • пластмассы и полимеры
  • шины
  • автомобильный скрап
  • кабели
  • нефтешламы
  • отходы бурения
  • отработанные масла
  • загрязненную смолами и мазутами землю.

Рассматривая пиролиз, как способ получения газа, богатого непредельными углеводородами, то пиролизные установки могут использовать в качестве сырья древесину, нефтепродукты, уголь и т.п.