2.6.4. Пиролиз отходов

Наиболее перспективным способом обезвреживания отходов потребления является переработка, состоящая из двух стадий:

1)  аэробного биотермического компостирования органической части ТБО (биотермический метод) с получением компоста или биотоплива;

2)  пиролиза некомпостируемой части бытовых отходов (НБО), включающих резину, кожу, пластмассы, дерево и т. д.

Под пиролизом понимают процесс термического разложения отходов без доступа кислорода, в результате которого образуются пиролизный газ и твердый углеродистый остаток.

Количество и состав продуктов пиролиза зависит от состава отходов и температуры разложения. Пиролиз НБО способствует созданию безотходных и малоотходных технологий и рациональному использованию природных ресурсов.

Пиролизные установки в зависимости от температурного режима процесса разделяют:

• на низкотемпературные (450...500 °С), характеризующиеся минимальным выходом газа, максимальным количеством смол, масел и твердых остатков;
• среднетемпературные (до 800 °С), характеризующиеся увеличенным выходом газа с уменьшенным количеством смол и масел;
• высокотемпературные (свыше 800 °С), характеризующиеся максимальным выходом газов и минимальным количеством смолообразных продуктов.

Процесс пиролиза ИБО состоит из:

• пиролиза НБО в печи с внешним обогревом;
• дожига пиролизных газов;
• утилизации тепла отходящих газов в котле-утилизаторе с получением пара;
• очистки дымовых газов от пыли и химических примесей в пенном абсорбере;
• сушки абсорбционных растворов в распылительной сушилке;
• охлаждения пирокарбона в барабане-холодильнике;
• сепарации черного и цветного металла из пирокарбона;
• сепарации камней из пирокарбона;
• измельчения пирокарбона в конусной инерционной дробилке;
• фасовки пирокарбона в мешки и складирования.

Основной узел пиролизной установки – реактор, представляющий собой шахтную печь со встроенной швельшахтой и системой эвакуации газов, предотвращающей смешивание пиролизных и дымовых газов (рис. 2.9).

Из сортировочного отделения НБО по системе конвейерных транспортеров попадают в приемный бункер пиролизной установки. Из бункера отходы забирают грейферным ковшом, смонтированным на подъемном кране. Кран подает отходы в промежуточный бункер, днищем которого служит пластинчатый питатель, предназначенный для загрузки отходов в верхнюю часть реактора, оборудованную тремя затворами шиберного типа.

В печи пиролизной установки при температуре 500...550 °С без доступа воздуха происходит термическая деструкция (пиролиз) НБО.

В результате образуется парогазовая смесь, содержащая в своем составе летучие вещества, пары смолы и твердый углеродсодержащий продукт – пирокарбон.

Присутствующие в НБО кожа, пластмасса, резина и другие продукты разлагаются, образуя летучие вещества, которые помимо СО2 и Н2О, Сl, Р, SО2 содержат углеводороды (олефины, парафины и т. д.). Пиролизные газы подвергаются дальнейшему окислению в специальной камере дожига, превращаясь в менее опасные вещества. Камера дожига имеет горелку, через которую подают природный газ или мазут и воздух на горение, а для снижения температуры образующихся дымовых газов – воздух.

Камера дожига оборудована рубашкой, в которую поступает воздух, охлаждающий стенки камеры, в результате чего температура газов на выходе из камеры дожига снижается до 800 °С. Воздух на горение и разбавление подают дутьевыми вентиляторами.

Дымовые газы из камеры дожига направляются в рубашку печи пиролиза, где тепло дымовых газов используется для обогрева печи. Из рубашки печи пиролиза

дымовые газы температурой 600...700 °С направляются для утилизации тепла в котел-утилизатор, в котором в результате снижения температуры дымовых газов до 300...350 °С получают пар.

Пар используют для нужд теплоснабжения производства. Затем дымовые газы температурой 300...350 °С поступают на распылитель для сушки абсорбционных растворов, использованных в абсорберах, а затем с температурой 120 °С – на абсорбцию и после очистки выбрасываются в атмосферу.

Тепло дымовых газов используется для проведения процесса пиролиза НБО, что позволяет экономить топливо.

Полученный в печи пирокарбон с температурой 450…500 ºС поступает в холодильный барабан, где охлаждается до 40...50 °С, затем по ленточному конвейеру подается на размол. Пирокарбон пройдя электромагнитный сепаратор для извлечения остатков черного металла, поступает на полигональное сито, где освобождается от крупных камней, которые вывозят на свалку. Затем пирокарбон подается на мельницу, где измельчается до 0,5 мм и менее. После измельчения пирокарбон вновь подают на сепарацию для извлечения цветных металлов, которые накапливают в контейнерах, а пирокарбон расфасовывают и затем направляют на склад готового продукта.

Физико-химические свойства пирокарбона: плотность – 2...2,5 г/см3; удельная поверхность – 2200 см/г; насыпная плотность – 0,6...0,7 т/м3; гранулометрический состав (d > 0,5 мм – 10 %, d < 0,5 мм – 90 %). Теплофизические свойства пирокарбона: теплота сгорания – 12000...13000 кДж/кг; теплопроводность – 0,106 Вт (м·°С); температуропроводность – 11,1 °С·10 –8 м2/с.

Поступающие на установку отходы НБО более чем на 90 % состоят из органических веществ, в основной массе которых соотношение углерод : водород :
кислород приблизительно соответствует их соотношению в целлюлозе (С6Н10О5)n. Целлюлоза – высокомолекулярный полисахарид. Клетчатка – главная составная часть органической части отходов, например бумага почти на 100 % состоит из целлюлозы; хлопчатобумажные и текстильные изделия – более чем на 90 %; древесина – примерно на 50 %. При термической обработке целлюлозы (без доступа кислорода) она разлагается, образуя большое количество различных продуктов.

При быстром подъеме температуры образуется большое количество парогазовой смеси и температура внутри аппарата повышается.

Медленное нагревание сопровождается равномерным выделением продуктов реакции, при этом образующееся тепло удаляется с парогазовой смесью, не оказывая существенного влияния на температурный режим внутри аппарата.

Соотношение и состав получаемых газообразных, жидких и твердых продуктов зависят от условий пиролиза и состава исходного продукта.

К вредным составляющим НБО относят: серу, основным источником которой является резина; хлор, выделяющийся при сжигании полимерных материалов; оксиды азота; соединения фтора и т. д.

Для защиты окружающего атмосферного воздуха от загрязнений дымовые газы необходимо тщательно очищать как от золы, так и от химических веществ.

В качестве реагента для очистки дымовых газов применяют известковое молоко, выбор которого зависит от имеющихся в дымовых газах химических примесей и необходимости вывода химических загрязнителей (слабо - или труднорастворимые соли) дымовых газов. Используя известковое молоко, достигают достаточно высокой степени очистки дымовых газов и обеспечивают доступность нейтрализующего реагента и простоту обращения с ним.

Система, включающая распылительную сушилку и абсорбер, рассчитана на очистку отходящих газов от двух одновременно работающих печей пиролиза. При этом качество выбрасываемых газов характеризуется следующими показателями: пыль – 30 мг/м3; SО2 – 50 мг/м3; NOx – 100 мг/м3; Сl– – 10 мг/м3; F– – 2 мг/м3.

Абсорбция пыли и химических примесей из отходящих топочных газов происходит в пенном абсорбере. В качестве орошающего раствора используют известковое молоко. В результате нейтрализации кислых окислов образуются кальциевые соли соответствующих кислот, раствор которых направляют в распылительную сушилку, где образуется сухой шлам – смесь солей и золы.

Шлам собирают в контейнеры и направляют в отвал для хранения или отправляют потребителю.

Количество загрязняющих веществ, выделяющихся при пиролизе, составляет примерно 50 % от выделяющихся при сжигании таких же объемов ТБО на МСЗ.