ПРОИЗВОДСТВО ЭНЕРГОНОСИТЕЛЕЙ ПУТЕМ ТЕРМОХИМИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ СИНТЕТИЧЕСКИХ И ПРИРОДНЫХ ПОЛИМЕРОВ

Лихоманенко В. А., Цветкова И. В., Терещенко С. Е., Пауков А. Н., ООО «ИнТех-Синтез»,
Тольятти, Россия
Юшко В. Л., Русалин С. М., Украинский государственный химико-технологический университет, Днепропетровск, Украина

Использование для производства энергии органических отходов, в первую очередь муниципальных, целесообразно в связи с их доступностью, налаженной инфраструктурой сбора и транспортировки, высоким энергетическим потенциалом. При сжигании отходов образуются токсичные продукты, что требует проведения весьма дорогостоящих природоохранных мероприятий. Альтернатива сжиганию — термическая деструкция сырья без доступа кислорода и других окислителей с получением газообразных, жидких и твердых энергоносителей.

Для разработки промышленной технологии термохимической утилизации отходов авторы провели серию экспериментов на опытной установке производительностью 100 кг/ч. Установка включала вертикальный реактор, в котором сырье двигалось сверху вниз навстречу потоку теплоносителя — циркулирующего углеводородного газа, который является продуктом термической деструкции сырья. Нагрев теплоносителя осуществлялся в малогабаритном конверторе специальной конструкции, где одновременно происходило образование смеси водорода и моноокиси углерода. В установке предусмотрено устройство для конденсации и разделения углеводородов, система регулирования параметров процесса.

В качестве объектов исследования выбраны следующие группы сырья, объединенные по физико-химическим свойствам и генезису:
— отходы РТИ, изношенные автомобильные шины;
— отходы полимеров: полиэтилена, полипропилена, полистирола, композитных материалов на основе полиолефинов, ПЭТФ;
— некомпостируемая часть муниципальных отходов (НЧМО), представляющая собой смесь указанных выше компонентов, а также макулатуры, ветоши и других материалов (по сути, НЧМО — смесь полимеров природного и синтетического происхождения).

Процесс термической деструкции в опытной установке осуществляется следующим образом. В конверторе в результате некаталитической автотермической конверсии углеводородов при температуре 900–1 000 °С происходит образование водорода и моноокиси углерода. Одновременно в конвертор подается поток циркулирующего пиролизного газа. Вследствие теплообменных процессов и химических превращений углеводородов температура газообразного теплоносителя устанавливается в широком интервале (300–700 °С). Сырье, движущееся навстречу потоку теплоносителя, последовательно проходит зону нагрева, химических реакций и в нижней части реактора — зону карбонизации. Геометрически зоны процесса не обособлены и отличаются лишь температурой. Следует ожидать, что в зоне химических реакций происходят процессы деполимеризации и деструкции макромолекул и последующий пиролиз низкомолекулярных соединений с образованием насыщенных, ненасыщенных и ароматических углеводородов.

Состав полученных продуктов, в частности преобладание в них парафиновых, непредельных и ароматических соединений, свидетельствует о протекания преимущественно деструктивных процессов с последующим пиролизом.

С увеличением концентрации водорода в газообразном теплоносителе в продуктах реакции резко снижается содержание непредельных углеводородов, в жидких продуктах увеличивается содержание нафтеновых и ароматических углеводородов.

Отличительная особенность конечных продуктов — низкое содержание бензиновых фракций. Продукты, полученные при высоком содержании водорода, отличаются высокой начальной температурой кипения и преобразованием легких дизельных фракций. Например, фракция с температурой кипения 160–360 °C содержит не менее 60 % керосина. Характер кривых фракционирования жидких продуктов, полученных в условиях высокого содержания водорода, свидетельствуют о его активном участии в процессе образования новых соединений при термохимической деструкции.

Мы исследовали процесс термохимической деструкции различных видов вторичного сырья в восстановительной атмосфере без катализаторов и в присутствии природных и синтетических алюмосиликатов, промотированных соединениями железа.

В присутствии катализатора выход жидких продуктов увеличивается, одновременно в их составе уменьшается доля фракции, выкипающей до 150 °С. На 90–95 % они состоят из керосино-газойлевых фракций. Состав газообразных углеводородов при переработке отходов РТИ и полимеров в присутствии катализатора практически не изменяется.

При переработке НЧМО состав газообразных углеводородов меняется довольно существенно. Основа углеводородного газа — моноокись углерода. Это связано с особенностями сырья, на 70 % состоящего из полимеров растительного происхождения. В присутствии катализатора содержание моноокиси углерода в газообразных продуктах деструкции НЧМО снижается на порядок, а выход углеводородов, в которых атомы углерода четырехвалентны, возрастает вдвое. Указанные эффекты можно объяснить протеканием процессов, аналогичных реакции Фишера-Тропша, катализируемых алюмосиликатами и соединениями железа.

Выполнены калориметрические измерения теплотворной способности смеси жидких и газообразных углеводородов, которая равна 41–44 МДж/кг и 12–18 МДж/м³ соответственно.

Энергетический потенциал 1 т муниципальных отходов составляет 30 750 МДж (8 500 кВт∙ч), в том числе 20 000 МДж (5 500 кВт∙ч) жидких углеводородов, 2 250 МДж (625 кВт∙ч) газообразных, 8 500 МДж (2 300 кВт∙ч) пиролизного угля. Для сравнения: при сжигании 1 т муниципальных отходов может выделиться около 2 000 кВт∙ч энергии.

Основное количество (до 50 %) производимого в процессе термохимической деструкции углеводородного газа используют для энергообеспечения процесса, остаток — для обеспечения энергией других объектов.

Эксперименты по сжиганию смеси жидких продуктов проводили в котельном агрегате Е-1-9/9-1М производительностью 1 т/ч насыщенного пара с давлением 0,9 МПа. Агрегат оборудован ротационной форсункой РПМГ-07, рассчитанной на сжигание 83 кг/ч топочного мазута. Струю распыленного топлива из штатной форсунки подавали на источник воспламенения. При удалении источника воспламенения устойчивое горение топлива сохраняется. Структура горящего факела подобна структуре, имеющей место при сжигании топочного мазута. Исследованиями отходящих дымовых газов установлено, что процесс горения происходит без образования сажистых выделений и бенз(а)пирена. Расход топлива по сравнению с мазутом в аналогичных условиях снижается на 10 %. Характеристики синтетического жидкого топлива соответствуют топливу печному бытовому.

На основе проведенных исследований разработана проектно-конструкторская документация и построена установка для термохимической деструкции отходов производительностью 1 000 т/год по сырью.

Установка работает в составе ведомственной котельной мощностью 1 Гкал/час. Для производства тепловой энергии используют жидкие и газообразные продукты термохимической деструкции. Пиролизный уголь применяют в кузнечном производстве взамен антрацита.

THERMOCHEMICAL PROCESSING OF SYNTHETIC AND NATURAL POLYMERS TO PRODUCE DERIVED FUEL

Lihomanenko V. A., Tsvetkova I. V., Tereshchenko S. E., Paukov A. N., «InTekh-Synthesis» LLC,
Tolyatti, Russia
Yushko V. L., Rusalin S. M., Ukrainian State University of Chemical Engineering, Dnepropetrovsk, Ukraine

The thermochemical destruction process has been examined to assess its suitability for waste rubber materials, spent polymers, and municipal wastes. The optimal process conditions have been defined. The study has demonstrated that final products of thermochemical treatment process (mixtures of liquid and gaseous hydrocarbons, pyrolized coal) represent valuable substitutes for natural fossil fuels.

Главная страница

Сведения об авторах

Лихоманенко Владимир Алексеевич, директор, ООО «ИнТех-Синтез», ул. Комсомольская, 84А, оф. 518, Тольятти, Самарская обл., 445009, Россия. Тел.: (8482) 63-82-55, 28-61-45. E-mail
Юшко Виталий Ларионович, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой оборудования химических производств, Украинский государственный химико-технологический университет, просп. Гагарина, 8, Днепропетровск, 49005, Украина. Тел. (056) 753-55-46, факс (056) 765-33-35. E-mail
Русалин Сергей Михайлович, канд. техн. наук, доц., Украинский государственный химико-технологический университет, просп. Гагарина, 8, Днепропетровск, 49005, Украина. Тел. (056) 753-55-46, факс (056) 765-33-35. E-mail

Последние изменения внесены 15.09.08