Технология переработки отходов с/х производств

в жидкие, твердые и газообразные энергоносители

Краткое описание метода.

Утилизацию органических отходов предполагается осуществить методом быстрого пиролиза без доступа кислорода (воздуха).

Общие сведения о применении технологии пиролиза.

Пиролиз - от греческого «огонь + распад», то есть разложение органических соединений при нагревании без доступа кислорода (термическая деструкция). Это наиболее изученный способ переработки органического сырья и отходов. Процесс быстрого пиролиза основан на теории фазовых переходов и носит преимущественно экзотермический характер, сопровождаемый выделением тепловой энергии. При воздействии на предварительно высушенное сырьё одновременно с высокой температурой и большой скоростью происходит его взрывное «вскипание», сопровождаемое переходом части вещества с твердого состояния в газообразное. При этом протекают реакции разложения высокомолекулярных соединений на низкомолекулярные.

Преимуществами рассматриваемого процесса быстрого пиролиза является то, что процесс применим к любому типу органического сырья — отходы древесины, солома, лузга, торф, куриный помет, навоз, канализационный ил, нефтешламы, попутные нефтяные газы и т.д. Наряду с экологически безопасной утилизацией органических отходов термохимическая реакция пиролиза позволяет получать горючие газы, пиролизную жидкость (синтетическую нефть) и углистый остаток (полукокс), а также большое количество тепла за счет возникновения экзотермии.

Полученный газ состоит из моноксида углерода, водорода, метана, диоксида углерода, небольшого количества углеводородных соединений более высокого порядка, таких как метан и этан, содержит пары воды, азот (при воздушном дутье) и различные примеси, такие как смолы, частицы углистого вещества и золы.

В качестве окислителя при газификации чаще всего используется воздух.

Предлагаемое производство является экологически чистым, т.к. для обеспечения производства используется замкнутая водооборотная система и отсутствуют технологические стоки, сбрасываемые в систему канализации. Технологический процесс построен таким образом, чтобы исключить образование отходов, подлежащих захоронению на полигонах. Твердые отходы производства - полуфабрикат представляет целевой товарный продукт, а газообразные продукты выбрасываются в атмосферу в виде обычных продуктов сгорания (дымовые газы).

Газоочистка обеспечивает доведение состава выбрасываемого газа до требований современных санитарных норм. Для обеспечения защиты воздушного бассейна каждый модуль снабжен эффективной системой пыле - и газоочистки. Содержание вредных веществ в дымовых газах после пыле - газоочистки не превысит по окиси углерода (СО) - < 50 мг/нмЗ, по окиси азота (N02) - < 110 мг/нмЗ, по пыли - < 10 мг/нмЗ, что не превышает показателей существующих санитарных норм. Основным компонентом отходящих газов является углекислый газ.

Производство будет размещено рядом с накопителем органических отходов, для того, чтобы свести к минимуму транспортные расходы.

При относительно невысоком объеме инвестиций проект обеспечивает получение большого экономического эффекта и позволяет занять рынок производителей конкурентоспособной и дефицитной продукции.

Физико-химические основы процесса термической обработки органических отходов.

Исходя из химического и вещественного состава органических отходов, данный материал следует считать природным кремнийорганическим соединением. Технология переработки органических отходов предусматривает получение товарной продукции за одну стадию обработки.

Целью термической обработки в безкислородной атмосфере в общей технологической цепочке является получение из органических отходов остатка с удаленными летучими веществами, представляющего аморфизированную смесь кремнезема и углерода. При быстром пиролизе с нагревом сырья до конечной температуры 500 - 900 град. С, происходит выделение из органических отходов летучих продуктов и последующая конденсация в жидкое топливо; за счет выделения летучих веществ материал обогащается кремнеземом и углеродом.

Жидкие продукты пиролиза

Вызывают большой интерес вследствие их высокой энергетической плотности и потенциальной возможности использования их в качестве жидкого топлива. Жидкость, образующуюся в процессе пиролиза, часто называют "масла", "пиротопливо", "биотопливо" или "смолы". Она близка по своему составу к БМ, имеет чуть большую теплоту сгорания (20-25 МДж/кг) и состоит из сложной смеси высокоокисленных углеводородов с содержанием воды до 20 % (мас.). Необработанное пиротопливо представляет собой густую черную смолянистую жидкость, выход которой может достигать до 80 % массы сухого сырья (при быстром низкотемпературном пиролизе). Пиротопливо может использоваться в качестве заменителя котельного топлива, пригодное для прямого сжигания в котельных агрегатах тепловых электростанций, газотурбинных и дизельных электростанциях, обжиговых и металлургических печах, а так же для получения моторного топлива.

Твердые продукты пиролиза.

Твердым продуктом процесса пиролиза является углистое вещество (QНP = 30 МДж/кг), выход которого может достигать 30-35 % массы сухого сырья при карбонизации и медленном пиролизе. Углистое вещество может использоваться в качестве топлива (в основном для бытового применения в каминах), а также для технологических нужд промышленности (металлургической, электроугольной, фармакологической, для очистки воды и газов).

Газообразные продукты пиролиза

Представляют собой обычно среднекалорийный газ (QHP = 15-22 МДж/нм3), а при частичной газификации низкокалорийный газ (QHP = 4-8 МДж/нм3). Выход газообразного топлива может доходить до 70 % массы сухого сырья при высокотемпературном быстром пиролизе. Состав газа зависит от сырья и параметров процесса. Эти продукты имеют высокий уровень углеводородов (в частности, метана). Теплотворная способность повышается, если использовать газ пока он горячий и содержит относительно много смол. Такой газ обычно используется в самом процессе пиролиза для поддержания температуры процесса и сушки исходного сырья.

Химические продукты

В составе продуктов пиролиза выявлено несколько сотен химических составляющих. Все большее внимание уделяется регенерации отдельных химических соединений (левоглюкозан и гидроксиуксусный альдегид) или их семейств (полифенолы) из продуктов пиролиза. Более высокая ценность отдельных химических продуктов по сравнению с топливом могла бы сделать выгодным извлечение этих продуктов даже при их небольших концентрациях. Интегральный подход к проблеме получения химических продуктов и топлива открывает широкие возможности в этом направлении.

Кремнеуглеродистые материалы - наполнитель для резинотехнических изделий, в том числе автомобильных шин. улучшающий их прочностные свойства, сорбент для очистки воды от нефтяных и масляных загрязнений, компонент для получения специальных углеродных изделий, в том числе:

Диоксид кремния - (кремнезем, кремниевый ангидрид) Si02.

Применение: белая сажа и аэросил - наполнители в производстве резинотехнических изделий, в том числе автомобильных шин. аэросил - загуститель смазочных материалов, клеев, красок; сырье в производстве технического кремния, кварцевого сырья, силикальцита, компонент керамики, абразивных материалов: в производстве искусственных кож; в производстве продуктов парфюмерии и медпрепаратов.

Хлорид кремния SiCI4 - область применения: исходный материал при синтезе кремнийорганических соединений, используемых для получения диэлектриков, лакокрасочных жаростойких покрытий, смазочных материалов, гидрофобизирующих средств для защиты от влаги различных изделий и т.д. Среди кремнийорганических соединений известны кремнийорганические смолы, кремнийорганический каучук. Хлорид кремния используют для получения чистого кремния для полупроводниковой техники. Значительные количества хлорида кремния расходуют для получения аэросила - высокодисперсного диоксида кремния, который служит наполнителем резины.

Карбид кремния - (карборунд) SiC. Применение: абразивный материал для шлифовальных кругов, брусков, бумаги: для изготовления силитовых стержней электропечей; материал для матриц в порошковой металлургии; компонент огнеупоров: основной элемент в выпрямительных полупроводниковых диодах и фотодиодах; упрочняющий элемент в композиционных материалах; металлокерамика.

Нитрид кремния - (трикремния тетранитрид) Si3N4. Применение: для футеровки металлургических печей; защитные чехлы термопар; изоляционные покрытия: в производстве полупроводниковых приборов на основе кремния: в производстве керамики.

.

Предлагаемое производство

Является экологически чистым, т.к. для обеспечения производства используется замкнутая водооборотная система и отсутствуют технологические стоки, сбрасываемые в систему канализации. Технологический процесс построен таким образом, чтобы исключить образование отходов, подлежащих захоронению на полигонах. Твердые отходы производства - полуфабрикат представляет целевой товарный продукт, а газообразные продукты выбрасываются в атмосферу в виде обычных продуктов сгорания (дымовые газы).

Пиролизная установка переработки органосодержащего сырья

Стационарный вариант пиролизной установки

Мобильный вариант пиролизной установки

Технология переработки органических материалов способом быстрого пиролиза является универсальной для любого вида углеродосодержащего сырья. В пиролизный реактор поступает подготовленное сырье - высушенное и измельченное до фракции не более 1-2 мм. С точки зрения подготовки самым простым являются такие виды сырья, как древесные опилки, лузга подсолнечника, торф и др. Более сложная технология подготовки требуется для сырья с высокой влажностью и наличием различных включений - это иловые осадки сточных вод, навоз, куриный помет, нефтешламы. Для каждого вида сырья проектируется соответствующее оборудование сушки и измельчения. Предварительно, как правило, применяется сепарирование и удаление металлических предметов, камней и прочих элементов.

На участке предварительной подготовки после удаления механической примеси сырье загружается в приемный бункер-накопитель и далее подается в агрегат сушки- измельчения, где происходит удаление влаги, измельчение частиц до фракции не более 1-2 мм и нагрев до температуры порядка 150оС. Частицы сырья должны иметь небольшие размеры, чтобы обеспечить высокую производительность и эффективность технологического процесса.

При использовании сырья с влажностью более 30% предусматривается отвод паровоздушной смеси в процессе сушки сырья. Измельченное и нагретое сырье поступает в промежуточный бункер, откуда подается в пиролизный реактор. Управление подачей сырья осуществляется в автоматическом режиме в зависимости от заданной производительности установки.

Термическое разложение органического сырья в реакторе ЭКПУО происходит в режиме быстрого пиролиза. На начальном этапе для запуска реактора используется газ - пропан-бутан. Перед подачей сырья реактор разогревают до температуры ~ 750оС. В дальнейшем для поддержания температурного режима работы реактора используется собственный пиролизный газ. В процессе быстрого пиролиза происходит выделение тепла (экзотермическая реакция), поэтому для поддержания заданного температурного режима подачу газа в горелки реактора уменьшают. Пиролизный реактор в режиме экзотермии требует минимального подвода тепловой энергии.

Разогретый воздух вместе с топочными газами из реактора выводится в теплообменник и частично используется для подогрева исходного сырья.

Пиролизный газ. Поступающие в пиролизный реактор частицы сырья получают мгновенный термоудар без доступа кислорода при температуре 700 - 900 оС, в результате чего на молекулярном уровне происходит разрыв углеводородных цепочек и образуется пиролизный газ. Термическое разложение органического сырья представляет собой сложный процесс, который можно представить как ряд протекающих последовательно и параллельно химических реакций с образованием большого числа продуктов.

Технология переработки отходов с/х производств

в жидкие, твердые и газообразные энергоносители

Краткое описание метода.

Общие сведения о применении технологии пиролиза.

.

​Предлагаемое производство

Предлагаемое производство