ТЕХНОЛОГИИ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ ОТХОДОВ В СЫРЬЕВЫЕ И ТОПЛИВНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ

ТЕХНОЛОГИИ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ ОТХОДОВ
В СЫРЬЕВЫЕ И ТОПЛИВНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ

Журавский Г. И., Матвейчук А. С., Мартинов О. Г., Романовский А. В., Институт тепло-
и массообмена имени А. В. Лыкова Национальной академии наук Беларуси, Минск, Беларусь

На протяжении ряда лет в ГНУ «Институт тепло- и массообмена имени А. В. Лыкова» НАН Беларуси (ИТМО) разрабатываются технологии термической переработки отходов, основанные на деструкции органических соединений при нагревании. Найдены новые технические решения, позволяющие реализовать концепцию парового термолиза. Она предполагает применение водяного пара для утилизации отходов и производства ценных конечных продуктов, которые могут быть использованы как топливо и добавки к нему, как сырье для получения активированного угля, битума, мастики, пигментов для красителей, наполнителей для полимерных материалов и др.

Оценка экологических показателей термолизной технологии была выполнена рядом фирм в Республике Беларусь, Российской Федерации, Украине и Франции, где демонстрировалась мобильная установка УТПО-1 (рисунок).

Разработана технология получения композитного жидкого топлива (КЖТ) из резинотехнических отходов с использованием этой установки, проведены токсико-гигиенические исследования и получено положительное заключение ГУ «Республиканский научно-практический центр гигиены» Минздрава РБ.

В процессе разработки термолизной технологии и оборудования найдены новые технические решения, которые защищены патентами.

Работы ИТМО по созданию оборудования для утилизации органических отходов методом парового термолиза отмечены бронзовой медалью Международной выставки «Эврика-2004» (Брюссель, 2004 г.) и золотой медалью VI Московского международного салона инноваций и инвестиций (Москва, 2006 г.). Разработанная технология была номинирована на соискание премии «Blue Sky», присуждаемой ЮНИДО и Международным центром содействия развитию технологий в целях устойчивого развития, и вошла в число 13-ти лучших мировых проектов по уровню новизны и реализации.

В 2006 г. в рамках Государственной программы освоения новых и высоких технологий специалисты ИТМО выполнили работы по созданию конструкторско-технологической документации на опытный образец мобильной установки УТРО-500. Расчетная производительность комплекса по конечным продуктам при утилизации отработанных автомобильных шин с металлическим кордом приведена в таблице. Для сравнения приведены данные по установке УПАШ-1200, выпускаемой в РФ, — лучшему аналогу комплекса, предлагаемого ИТМО.

Производительность установок по конечным продуктам, т/год

Наименование продукта	УПАШ-1200	УТРО-500
Жидкая углеводородная фракция	1 425,6	Композитное топливо 4 435,2
Углеродный твердый остаток	2 043,36	Композитное топливо 4 435,2
Металлический корд	807,84	422,4

Кроме того, в процессе работы установок образуется 142 т/год генераторного газа, который используется в качестве основного топлива на данном технологическом оборудовании.

Жидкие углеводороды и твердый углеродный остаток (или КЖТ на их основе) предполагается использовать в качестве топлива для котельной мощностью около 6 МВт. По теплоте сгорания 1000 кг КЖТ эквивалентно 832 кг (1146 нм³) природного газа. На установке УТРО-500 может быть произведено 4435,2 т КЖТ в год, что при КПД котла 90 % позволит получить 35248,5 Гкал/год тепловой энергии.

Основные преимущества установок УТРО-500:
• КЖТ можно использовать без существенной модернизации горелочного оборудования котлов;
• по сравнению со сжиганием отходов сжигание КЖТ обеспечивает более высокий (на 10–15 %) КПД использования топлива и существенно снижает поступление загрязняющих веществ в окружающую среду.

В связи с истощением природных запасов нефти во всем мире ведутся интенсивные поиски новых топливно-энергетических ресурсов. Такими ресурсами являются в том числе растительная биомасса (древесина, отходы производства и переработки сельскохозяйственной продукции, быстрорастущие лесные культуры и т. п.) и другие горючие органические отходы (бумага, полимеры и др.).

Теплота сгорания природного газа 33–36 МДж/м³, а газа, получаемого путем газификации отходов, — 4–20 МДж/м³. Последний может заменить природный газ и жидкое топливо как в крупных котельных, так и в мелких индивидуальных отопительных системах. Он также может быть использован для производства электроэнергии малыми автономными электростанциями, роль которых в развитии энергообеспечения сельских районов и индивидуальных потребителей в ближайшие годы возрастет.

Специалисты ИТМО работают над созданием оборудования для термохимической утилизации растительной биомассы и органических отходов. Продукт переработки — горючий газ — может быть использован в качестве топлива в двигателях внутреннего сгорания при производстве электроэнергии и в отопительных котлах для получения тепловой энергии.

Конструкция газогенератора, в котором совместно газифицируются твердые и жидкие отходы, в том числе тяжелые остатки нефтепродуктов и смол, основана на применении двухзонного газификационного модуля обращенного процесса. Повышение тепловой эффективности газогенератора за счет увеличения КПД до 84 % достигается путем предварительного подогрева воздушного дутья в теплообменнике за счет охлаждения выходящей из газогенератора парогазовой смеси.

При переработке смеси, состоящей из 85 % древесины и 15 % углеводородных отходов, будет получен генераторный газ с выходом 2,1 м³/кг смеси и теплотворной способностью 6 300 кДж/м³.

За 1 год при 3-сменной работе и коэффициенте годовой загрузки, равном 0,5, один комплект оборудования с общей тепловой мощностью 270 кВт и электрической 40 кВт позволит заменить импортируемое топливо в эквиваленте 170 т у. т. отходами в количестве 300 т. При таком вовлечении в оборот отходов из них будет выработано 1 000 Гкал тепловой или 175 200 кВт·час электрической энергии.

Zhuravskiy G. I., Matveychuk A. S., Martinov O. G., Romanovskiy A. V., A. V. Lykov Institute
of Heat and Mass Transfer, National Academy of Sciences of Belarus, Minsk, Belarus

The paper describes the following technologies: 1) steam thermolysis of polymeric waste to produce composite liquid fuel for boiler-houses; and 2) combined gasification of solid and liquid waste (biomass, polymers, black oil fuel, etc.) to produce gaseous fuel for internal combustion engines in the process of electricity generation and thermal power generation in the heating boilers.

Журавский Геннадий Иванович, д-р техн. наук, зав. лабораторией теплообменных процессов и аппаратов, Институт тепло- и массообмена имени А. В. Лыкова НАН Беларуси, ул. П. Бровки, 15, Минск, 220072, Беларусь. Тел. (17) 284-21-32, факс (17) 284-22-41
Матвейчук Александр Сергеевич, канд. техн. наук, науч. сотр., Институт тепло- и массообмена имени А. В. Лыкова НАН Беларуси, ул. П. Бровки, 15, Минск, 220072, Беларусь. Моб. (029) 754-51-74. E-mail
Мартинов Олег Георгиевич, науч. сотр., Институт тепло- и массообмена имени А. В. Лыкова НАН Беларуси, ул. П. Бровки, 15, Минск, 220072, Беларусь. Тел. (17) 284-21-32, факс (17) 284-22-41
Романовский Александр Васильевич, науч. сотр., Институт тепло- и массообмена имени А. В. Лыкова НАН Беларуси, ул. П. Бровки, 15, Минск, 220072, Беларусь. Тел. (17) 284-21-32, тел./факс (17) 284-22-41