Пиролиз: что это такое, виды, условия, продукты пиролиза, оборудование, плюсы и минусы

Мусор и утилизация

Жители планеты производят огромное количество мусора. Нередко большая часть отходов просто свозится за границы населенных пунктов, на свалки, полигоны для ТБО, причем даже без сортировки. Технология простого сжигания мусора на заводах не оправдала себя, поскольку она наносит Земле еще больший вред. Зато пиролиз отходов – эффективное мероприятие, которое сейчас активно вытесняет захоронение мусора и помогает дополнительно получать полезные для человека продукты.

Что такое пиролиз

Пиролиз: что это такое, виды, условия, продукты пиролиза, оборудование, плюсы и минусы

Процесс пиролиза – это термообработка мусора без доступа кислорода с его распадом на простые вещества и выделением полезной энергии. Можно сказать, что пиролиз – это, выражаясь простыми словами, воздействие высоких температур на отходы, которое приводит к их разложению. Технология подходит для работы с органическими и неорганическими веществами. По мере выполнения всех этапов пиролиза тяжелые элементы распадаются на более легкие, с низкой молекулярной массой.

Важно!
Пиролиз отходов относится к методам их утилизации, является безопасным и экологичным, хоть и стоит дороже обычного сжигания.

При простом горении происходит быстрое окисление химических веществ с образованием воды, которая сразу испаряется, и углекислого газа. Поскольку при пиролизе отсутствует контакт с кислородом, вредных выбросов в воздух не наблюдается.

Сам процесс проходит последовательно в четыре этапа:

  • помещение отходов в специальную камеру и их сушка;
  • основной этап – сухая перегонка мусора;
  • сжигание твердых остатков;
  • формирование газа, угля, масла (конечных продуктов пиролиза).

Виды пиролиза

Уточняя, что такое пиролиз, и каковы его основные виды, нужно знать: различия касаются способов обработки отходов и температуры, при которой осуществляется процесс. Для разных видов сжигания подходят не все типы мусора, а только некоторые из них.

Сухой пиролиз

Пиролиз: что это такое, виды, условия, продукты пиролиза, оборудование, плюсы и минусы

Данная технология считается самой распространенной и обеспечивает эффективное обезвреживание различных отходов и их переработку в топливо или в химическое сырье определенного назначения. Сухое горение без доступа кислорода на 100% предотвращает окисление и нередко применяется в отношении остатков углеводородов. Образованное сырье впоследствии используется в химическом производстве.

Сухой пиролиз и его виды зависят от температуры, которая достигается внутри пиролизных установок:

  1. Низкотемпературная технология (полукоксование). Температура в печах не превышает +450…+550 градусов, наблюдается максимальный выход полукокса и жидких продуктов переработки, при этом объем пиролизных газов минимален. В дальнейшем полукокс становится топливом, жидкие продукты – основой для производства вторичного каучука.
  2. Среднетемпературный метод. Коксование при температуре в пределах +550…+800 градусов приводит к появлению большего объема газов со сниженной теплотой сгорания, при этом кокс и жидкие вещества образуются в уменьшенном количестве.
  3. Высокотемпературный пиролиз ТБО. Температура при горении составляет +900…+1050 градусов. Выход твердых, жидких конечных продуктов минимален, объем пиролизных газов, напротив, максимален. Эти газы служат высококачественным горючим, которое можно перевозить на любые расстояния в сжатом виде.

Методика подходит для переработки автопокрышек, масел, пластика, других веществ, которые крайне нежелательно утилизировать другими способами. Поскольку никаких биокомпонентов продукты пиролиза не содержат, остатки можно складировать без вреда для природы. Их объем будет очень маленьким, зато плотность – высокой.

Окислительный пиролиз

Пиролиз: что это такое, виды, условия, продукты пиролиза, оборудование, плюсы и минусы

Данный метод считается одним из самых экологичных и безопасных. Он представляет собой частичное сжигание отходов с последующим термическим разложением под воздействием катализаторов реакции – горячих дымовых газов. Температура нагрева составляет более +900 градусов, а твердые продукты пиролиза могут нагреваться до нескольких тысяч градусов.

Важно!
Технология подходит для утилизации отходов, которые содержат остатки металлов и их соли, ведь при других температурах они будут просто плавиться.

Эта методика годится и для переработки резины, остатков нефтепродуктов и нефтехимии, прочих отходов промышленных предприятий, стоков, пастообразных и вязких веществ, пластика. С ее помощью можно избавиться от зольных отходов, почвы, загрязненной маслами и мазутом после разлива, от пылящего мусора.

Низкотемпературный каталитический

В таком случае температура нагрева ТБО не превышает +200…+400 градусов, а все реакции усиливаются за счет присутствия гетерогенных катализаторов. Основное сырье для пиролиза – углеводороды, которые при разложении трансформируются в низшие олефины (этилен) и прочие продукты. Количество этилена будет выше, чем при среднетемпературной термообработке. Именно благодаря катализаторам есть возможность не увеличивать температуру и достигать сравнимых результатов меньшими усилиями. В качестве катализаторов используют оксиды индия, магния, кальция, цеолиты, а также ванадат калия.

Инициированный пиролиз

Пиролиз: что это такое, виды, условия, продукты пиролиза, оборудование, плюсы и минусы

Добавление некоторых веществ запускает процесс пиролиза, при этом они же сокращают влияние нежелательных реакций.

Инициаторами служат такие вещества:

  • галогенсодержащие компоненты и галогены;
  • пероксид водорода;
  • другие органические пероксиды.

Большинство инициаторов термообработки добавляют в смеси друг с другом, а не по-отдельности, причем в определенных пропорциях. В результате те же реакции будут протекать, но только при облегченных условиях по сравнению со стандартным пиролизом. Это приводит к росту объема этилена на выходе. Если дополнительно вводить в реакцию спирты, органические кислоты, выход олефинов возрастает еще на 10-15%. Минусом является высокая стоимость таких компонентов, а также риск ускоренной коррозии оборудования.

Условия проведения пиролиза

Пиролиз: что это такое, виды, условия, продукты пиролиза, оборудование, плюсы и минусы

Основное условие для осуществления технологии термообработки твердых бытовых отходов и другого сырья – это достижение нужной температуры в печах. При снижении температуры ниже +200 градусов процесс не активируется даже при наличии катализаторов. В промышленности нагрев осуществляют до + 1050 градусов, при этом давление доводят до близкого к атмосферному (на входе – 0,3 МПа, на выходе – 0,1 МПа с временем прохождения через змеевик до 0,5 секунд).

Прочие условия:

  • применение пиролизных газов от предыдущего сгорания мусора или электричества в роли теплоносителя;
  • обязательное наличие систем водяного охлаждения установок.

Продукты пиролиза

Основным продуктом термообработки мусора становится пиролизный газ. Благодаря огромному количеству тепловой энергии он активно применяется в промышленности, для отопления предприятий, а в быту может частично или полностью заменить газификацию участка. Также продукт пиролиза – это так называемое пиролизное масло, обладающее отличным качеством и не требующее дополнительного удаления серы. Стоимость готового масла получается на 30-50% ниже, чем из первичного сырья.

В процессе пиролиза формируется пиролизная смола – популярное сырье для химической промышленности. Прочими продуктами термообработки ТБО становятся жидкое топливо, различные углеводороды, мазут для котельных, железнодорожных цистерн, различных горелок.

Оборудование для пиролиза и принцип работы

Пиролиз: что это такое, виды, условия, продукты пиролиза, оборудование, плюсы и минусы

Все пиролизные установки подразделяют на бытовые и промышленные.

В условиях промышленности оборудование состоит из таких узлов:

  • печи для непосредственной термообработки;
  • устройства для разделения продуктов на газ, смолы, жидкие вещества, твердые компоненты (блоки франкционирования);
  • деметанизатор и деэтанизатор – блоки для выделения углеводородов;
  • узел для сжимания газов под высоким давлением;
  • оборудование для осушки – удаления воды, а также охлаждения части компонентов до низкой температуры.

Производительность таких установок может сильно различаться, как и их мощность, источники энергии для работы. Большинство видов промышленного оборудования способны перерабатывать огромное количество отходов и требуют выделения отдельного участка для своего функционирования.

Пиролиз: что это такое, виды, условия, продукты пиролиза, оборудование, плюсы и минусы

Принцип работы установок таков:

  • сырье предварительно разогревается, смешивается с водяным паром, после чего доводится до более высокой температуры;
  • вводятся катализаторы или инициаторы химических реакций, температура еще повышается;
  • готовые продукты охлаждаются в блоке захолаживания.

В быту установки для сжигания отходов также активно используются, ведь с их помощью можно обеспечить свое жилье недорогой теплоэнергией. Пиролизные котлы отличаются высоким КПД и в роли источника для получения конечных продуктов используют древесину, выделяемые газы. Трудно сгораемые остатки вычищаются из печей по мере завершения процесса горения.

Пиролиз отходов

Пиролиз: что это такое, виды, условия, продукты пиролиза, оборудование, плюсы и минусы

Методика незаменима для безопасной переработки мусора и ТБО. Она позволяет сохранить нормальную экологическую обстановку, снизить агрессивное воздействие на природу, а также получить ценные вещества для вторичного использования. Применять для термообработки можно разные отходы – от мусора автопрома, деревообработки до утилизируемой электроники и техники, изделий фармацевтической промышленности.

Некоторые трудности могут возникнуть при переработке пластика и резины, прочих органических отходов, которые содержат хлор, серу, фосфор. В окисленном форме эти вещества наносят вред природе, а хлор и вовсе реагирует с продуктами горения и образует ядовитые диоксины и прочие токсичные соединения. Чтобы удалить их из общих пиролизных газов, придется совершенствовать технологию, что приводит к ее резкому удорожанию.

Пиролиз древесины

Пиролиз: что это такое, виды, условия, продукты пиролиза, оборудование, плюсы и минусы

Процесс термообработки можно заметить уже на начальной стадии горения дерева: когда на дровах видны языки пламени, это сгорают пиролизные газы. Процесс, который еще называется древесным крекингом, активно выполняется в бытовых пиролизных котлах, где непосредственно в загрузочном пространстве происходит сгорание сырья с выделением газов через короб выходного устройства и соединением с воздухом.

С помощью высокотемпературного метода переработки дерева получают различные вещества для химической промышленности:

  • метиловый спирт;
  • смолы и деготь;
  • ацетон;
  • бензол;
  • фуран;
  • уксусную кислоту.

Конечным продуктом становится древесный уголь (углерод в чистом виде) с примесями оксидов металлов. Еще в 19 веке таким способом вырабатывали сосновую смолу для пропитки днищ судов. Для сгорания древесины с получением твердых, жидких, газообразных веществ требуется температура в пределах +200…+450 градусов.

Пиролиз метана

Пиролиз: что это такое, виды, условия, продукты пиролиза, оборудование, плюсы и минусы

Для утилизации этого газа нужны очень высокие температуры – от +1200 до +1500 градусов. Только в таких условиях метан преобразуется в ацетилен с получением огромного количества энергии. Другие виды установок производят пиролиз метана с получением сырья для вторичного каучука из готового ацетилена, поскольку этот газ сам по себе не нашел особого полезного применения в промышленности.

Пиролиз этана

Переработка этана протекает аналогичным способом, как и у метана. Разница лишь в температуре нагревания газов: этану достаточно всего лишь +850 градусов, чтобы запустить реакцию распада. Процесс термообработки газа чаще применяется для выработки тепловой энергии, либо готовый ацетилен идет во вторичное производство.

Пиролиз нефти

Пиролиз: что это такое, виды, условия, продукты пиролиза, оборудование, плюсы и минусы

Термическое разложение нефтяного, а также газового сырья выполняется при температуре около +700…+1000 градусов. В результате можно получить пропилен, этилен и разные ароматические углеводороды (толуол, бензол, ксилол, бутадиен и прочие). Методика является основной для выработки полупродуктов, мономеров для химической промышленности, а также позволяет осуществлять производство олефинов.

Важно!
Сейчас доля нефти и газа, идущая на указанные цели в мире, достигает 6-20%.

Сопутствующим веществом в процессе горения нефти становится дивинил – мономер синтетического каучука. Методика прекрасно подходит и для утилизации продуктов разлива нефти, так как абсолютно безопасна для экологии и помогает убрать опасные для окружающей среды последствия.

Пиролиз пластика

Пиролиз: что это такое, виды, условия, продукты пиролиза, оборудование, плюсы и минусы

Из различных пластмасс делают всевозможные изделия для дома, быта, промышленности, прочих сфер жизни человека. Пластик есть везде – от одноразовых бутылок для воды до самых сложных электротехнических приборов.  При обычном сжигании пластика выделяются едкие вещества, токсины, вредящие экологии, а при захоронении на мусорном полигоне процесс разложения продлится до 100 лет. Термообработку выполняют при +600 градусах, в результате сгорают все токсины и примеси. Выделяемая теплоэнергия идет на отопление, газ может далее перерабатываться в мазут.

Пиролиз опилок

Пиролиз: что это такое, виды, условия, продукты пиролиза, оборудование, плюсы и минусы

Отходы деревообработки далеко не всегда используют для изготовления твердого топлива (брикетов), производство наполнителей. Часть опилок (например, загрязненных), отправляется на термообработку, чтобы получить дешевую теплоэнергию и полезное вторичное сырье. В опилках нет серы, поэтому не придется дорабатывать установки для пиролиза дорогостоящими методами. В процессе сгорания перерабатывается даже мокрое сырье, причем абсолютно без вреда для окружающей среды.

Пиролиз угля

Пиролиз: что это такое, виды, условия, продукты пиролиза, оборудование, плюсы и минусы

Такая методика была известна человечеству уже в 18 веке, когда начало развиваться производство каменноугольного кокса, газов для освещения улиц, высококачественного угля, дающего больше тепла. Сейчас пиролизные установки усовершенствовались, а принцип их работы остался все тем же. Современное оборудование сконструировано так, чтобы не приносить вреда экологии и не загрязнять планету.

Уголь для термообработки может быть даже плохого качества, неочищенным, не отсортированным. Для пиролиза применяются разные методы с температурой от +500…600 градусов до +900…+1000 градусов в зависимости от цели и конечных задач (получить больше газов или твердых продуктов).

Пиролиз шин

Пиролиз: что это такое, виды, условия, продукты пиролиза, оборудование, плюсы и минусы

Резиновые покрышки – ценное сырье, из которого путем низкотемпературной обработки получают синтетическую нефть, технический углерод, горючие газы, металлокорд. В отличие от пиролиза, при простом сжигании никаких полезных продуктов не появится, зато в воздух выделится огромное количество токсинов и сажи. Для переработки шин применяются температуры около +900 градусов. Готовые вторичные продукты становятся сырьем для металлургии, производства красок, плитки, бетона, кирпича.

Пиролизные заводы в России

Пиролиз: что это такое, виды, условия, продукты пиролиза, оборудование, плюсы и минусы

Сейчас в стране работает 13 заводов по выполнению термообработки мусора и ТБО, а также ряд мелких предприятий и передвижных установок для сжигания, которые доставляют непосредственно к месту переработки, на полигоны и свалки. Они выполнены модульным способом, могут разбираться и вновь собираться. Кроме того, ряд крупных предприятий занимаются производством этилена и пропилена (например, Нижнекамскнефтехим, Ставролен и другие). Пока уровень развития данной технологии в России невысок, а строительство новых заводов практически не планируется.

Плюсы и минусы пиролиза

Пиролиз: что это такое, виды, условия, продукты пиролиза, оборудование, плюсы и минусы

Технология имеет огромное количество положительных сторон.

Вот ее основные преимущества:

  • не приводит к загрязнению окружающей среды;
  • позволяет получить полезные продукты из обычных отходов;
  • остаток веществ после сжигания мусора не является токсичным, легко утилизируется;
  • исключает появление тяжелых металлов – они тоже сгорают до состояния золы;
  • стоимость оборудования доступна, установка – несложна;
  • есть возможность дополнительно получать тепло или электроэнергию;
  • свалки и мусорные полигоны уменьшаются, почва очищается;
  • невосполнимые ресурсы воссоздаются заново.

К минусам можно отнести затраты на обслуживание оборудования, которое при работе с некоторыми компонентами подвергается коррозии. При наличии серы и ряда других веществ в мусоре появляются диоксины. В целом, пиролиз – один из самых экологичных методов переработки ТБО и нефти, который является высокоэффективным и должен массово применяться во всем мире!

Команда нашего сайта
Артём Соколов

Артём Соколов

Автор проекта

Аркадий Семёнов

Аркадий Семёнов

Автор статей

Айгюль Соколова

Айгюль Соколова

Контент-менеджер

Всё о чистой энергии, экологии, энергетике, электрике, электронике и электротранспорте - GreenEnergia.ru
Добавить комментарий