Тезисы докладов Всероссийской научно-практической конференции "Энергоресурсосбережение в строительстве и жилищно-коммунальном комплексе-2003" (Ярославль, 1 - 2 октября 2003 г.):
 

Промышленные отходы как альтернативные источники энергии

А.В. Жаров, ведущий научный сотрудник АНО НПО "Эколлайн", к.т.н.;
В.Ф. Бочкарев, старший научный сотрудник АНО НПО "Эколлайн", к.ф.-м.н.;
А.К. Кривошеин, генеральный директор ООО "М-ПМК-17" (Ярославль)

Безотходная деятельность человека нереальна. Однако стремление к сокращению отходов диктуется жесткими экологическими ограничениями и экономическими интересами народного хозяйства. Один из парадоксов современности состоит в том, что с ростом благосостояния людей, несмотря на достижения технического прогресса, количество бытовых отходов в расчете на одного человека неуклонно возрастает. Средне статистический городской житель выбрасывает за год: россиянин порядка 500 кг отходов, американец - более тонны, немец - 900 кг, этого вполне достаточно для того, чтобы наша далеко не современная система вывоза и складирования мусора задыхалась и давала сбои.
 

Структурный состав твердых бытовых отходов (ТБО) в городах примерно одинаков и колеблется по временам года. По проведенным исследованиям это по весу: 30-40% - бумага, картон, 25-35% - пищевые отходы, 2-4% - древесина, 2-4% - текстиль, 3-6% - металл, 5-6% - стекло, керамика, 1-2% - кожа, резина и 1-2% - пластмассы. Особо вредных веществ в составе ТБО не просматривается, если не смешивать их с промышленными отходами, которые отличаются большим содержанием вредных примесей и нуждаются в специальных технологиях переработки. К ним относятся пиролитический и плазменный методы переработки отходов, которые позволяют получить дополнительную энергию, содержащуюся в отходах.

Пиролитический процесс ставит своей целью максимальный перевод тепловой энергии, содержащейся в потоке отходов в газ, который затем используется для производства энергии либо путем прямого сжигания, либо в двигателе сгорания с системой искрового зажигания, или в газовой турбине для производства электроэнергии. Данная технология превращения отходов в источники энергии является высоко эффективной, наибольшим достижением системы пиролитической газификации является молекулярное разложение и полное уничтожение органических отходов, как твердых, так и жидких, токсичных и не токсичных. Пиролиз это разрушительная перегонка органических материалов. Это происходит при тепловой газификации материалов в отсутствии кислорода. Это приводит обрабатываемый материал к горючим газам и не опасным, легко воспламеняющимся остаткам, а также - шлакам. Пиролитическая деградация является процессом с выходом энергии. При использовании этого метода нет сжигания, поэтому выброс токсичных отходов в окружающую среду очень мал. Обеспечиваются нормативы ПДВ по атмосферным выбросам. Пиролиз это процесс переработки отходов в закрытом цикле, где нет открытого мусора, нет потоков в воду в любой форме, а также нет выбросов в атмосферу.

Пиролитические конвертеры выпускаются как горизонтального, так и вертикального типа, как маленькие - цеховые, так и большие - заводские с производительностью переработки отходов до 150т в день. Пиролитические конвертеры выпускают (производят) многие фирмы. Например, фирма Balboa Pacific-Comimpex имеет опыт работы полностью безопасным методом со всеми индустриальными отходами, включая опасные и токсичные отходы. При этом методе переработки отходов удовлетворяются все требования охраны окружающей среды.

Достоинства пиролизного метода переработки отходов:

• переработка 90% органического мусора и утилизация 10% в виде инертных остатков, как сырья для производства продуктов асфальтовых смесей;

• весь токсичный мусор и тяжелые металлы либо разлагаются, либо нейтрализуются в результате десорбции в угольные остатки;

• в процессе переработки отходов образуется энергия в виде газов; процесс потребляет 15% произведенной энергии, оставшиеся 85% могут продаваться.

Основные преимущества:

• нет токсичных отходов (фуранов, диоксинов),

• нет опасных угольных остатков,

• уменьшение объема отходов до 10–15%,

• редко требуются дополнительные устройства (газопромыватель или пылеудалитель).

Плазменные технологии широко используются по всему миру в различных отраслях промышленности: химической, металлургической, а также для переработки отходов. Плазменная технология переработки отходов, содержащих органические материалы (бытового мусора, промышленных отходов, токсичных органических соединений, медицинских отходов, пестицидов, запрещенных к применению или с истекшим сроком годности и прочие) позволяет получать дополнительную энергию. В сравнении с традиционными технологиями применение плазменной конверсии повышает экономичность переработки и существенно снижает негативное воздействие на окружающую среду. Основу технологии составляет термохимическая конверсия органической компоненты отходов в синтез газ, подвергаемый эффективной очистке и содержащей в качестве полезных компонентов СО и Н₂, которые можно использовать в качестве чистого энергетического топлива или как сырье для технологии органического синтеза. В процессе конверсии подавляется образование NOx, а S, Cl, F- содержащие компоненты удаляются в форме намного более активно связываемой адсорбентами, чем при сжигании. Высокая температура в конвертере (1300–1500°С) обеспечивает полное разрушение диоксинов, фуранов и иных вредных веществ. Тяжелые металлы из отходов прочно связываются жидким шлаком и не вымываются грунтовыми водами.

Испытания показали высокую эффективность данной технологии для переработки именно следующих видов отходов:

• муниципальные твердые отходы;

• использованные шины;

• угольные отходы;

• осадки сточных вод;

• опасные шлаки;

• шлаки после сжигания мусора;

• металлическая стружка;

• медицинские отходы;

• пестициды и другие ядохимикаты;

• материалы, содержащие асбест;

• отходы керамики;

• отходы лакокрасочных изделий;

• загрязненные почвы;

• смешанные отходы;

• продукты нефтепереработки;

• радиоактивные отходы;

• отравляющие вещества;

• взрывчатые вещества;

• отходы электронной промышленности.

Высокие температуры утилизируемых материалов, получаемые при плазменном горении составляют 1300–2000°С, по сравнению с 850°С при обычном сжигании, что являются ключевым преимуществом плазменной технологии переработки опасных отходов. Главный элемент такой технологии — это термохимическое разложение органической компоненты материала отходов до атомарного уровня и ее ионизация с последующим получением синтез - газа (смеси, содержащей СО и Н₂), который может в дальнейшем применяться в качестве чистого топлива или, как первичный продукт, для органического синтеза.

Плазменный конвертор является сердцем всей установки. Отходы разлагаются при нагреве и ионизации за счет воздействия плазменного потока. Разряд поддерживается за счет ионизации газа в разрядном пространстве между электродами. Положением электродов в камере управляет оператор, что позволяет регулировать энергией разряда на разных участках камеры. Пар автоматически подается в камеру для оптимизации стехиометрии газового разряда.
В результате молекулярного разложения продуктов переработки получаются:
1) расплав силицидов и металлов,
2) конверторный газ или синтез-газ.
При этом неорганическая компонента (металлы, силикаты) переводится в расплав и остекловывается. Получаемые твердые отходы представляют собой экологически безопасный инертный материал, похожий на обсидиан, который может применяться в строительстве или в качестве абразивного материала.

Схематично рабочий процесс системного плазменного конвертора можно представить состоящим из пяти стадий:

1. загрузка отходов в любой форме (твердой, жидкой, газообразной);

2. плазменное разложение материала; отходы разлагаются при нагреве за счет излучения и ионизации в результате воздействия плазмы; температура в плазме достигает 17000°С, в среде окружающей плазму - 4000°С;

3. удаление конверторного газа из камеры разложения и его охлаждение до 30°С;

4. фильтрование конверторного газа для удаления кислоты, для уменьшения кислотности используется процесс нейтрализации;

5. финальная очистка конверторного газа и удаление оксида азота.

На выходе из установки конверторный газ может отгружаться потребителям в качестве топлива или как химическое сырье.

Важное преимущество этой технологии состоит в том, что процесс разложения проводится в изолированном от атмосферы объеме и получаемый конверторный газ подвергается многостадийной очистке перед его использованием.

Производительность рассмотренных выше установок может варьироваться от 5 до 100 т отходов в сутки. Причем они представляют собой отдельные модули, которые при необходимости могут быть объединены в единый комплекс, и состоять из нескольких модулей. Ниже приведены некоторые технические характеристики системного плазменного конвертора производительностью 10, 20 и 30 т в сутки. Для сравнения взяты крайние по содержанию органики виды отходов: твердые бытовые отходы (ТБО) и старые изношенные покрышки (шины). В таблице приведены мощности горелок, которые меняются в зависимости от производительности переработки отходов и от их вида. Представлены энергетические затраты на работу конвертора и его энергетическая эффективность с учетом собственных затрат. Последняя составляет величину от 1,3 до 1,5.

Таким образом, плазменный конвертор является не только установкой по переработке опасных отходов, но также является и генерирующей станцией, позволяющей полностью обеспечить энергией себя и дополнительно передать около 40% сторонним потребителям.

Таким образом, технология плазменной переработки отходов является весьма перспективным направлением. Данная технология конкурентно способна и является экономически выгодной. В настоящее время она активно развивается и находит все более широкое распространение в мире.

Источник: http://www.energo-resurs.ru