Применение технологии быстрого пиролиза для утилизации бытовых и промышленных отходов

Котельников В. А., ООО «Торфяная энергетическая компания», Москва, Россия

Специалисты ООО «Торфяная энергетическая компания» разработали установку быстрого пиролиза торфа (УБПТ), технологическая схема которой представлена на рисунке.

Рабочую температуру в реакторе быстрого пиролиза и сушилке кипящего слоя устанавливают с помощью внешнего источника тепловой энергии — газа пропана. Исходный торф с влажностью до 70 % сушат до влажности 0,5—8,0 % и на 1,0—5,0 с направляют в реактор быстрого пиролиза. При этом образуются пиролизный газ, высокоуглеродистый твердый материал и перегретый пар.

В теплообменнике гшролизный газ нагревает наружный воздух, подаваемый для сушки исходного торфа, а в конденсаторе образует жидкое пиролизное топливо (синтетическую нефть) и синтез-газ.

Высокоуглеродистый твердый материал, перегретый пар, отработанный сушильный агент (горячий воздух), горячую воду (от водяного конденсатора) используют в промышленности. Синтез-газ сжижают или направляют для выработки электроэнергии и на нужды ЖКХ. Синтетическую нефть можно использовать для сжигания или дальнейшей переработки.

После выхода УБПТ на рабочий режим необходимость во внешнем источнике тепловой энергии отпадает.

Конструктивные элементы УБПТ: реактор быстрого пиролиза с абляционной защитой (запатентован); сушилка кипящего слоя (запатентована); трубчатый теплообменник (ноу-хау); трубчатый конденсатор (ноу-хау; прямоточный циклон; устройства дробления и сепарации исходного материала; устройство типа нории для подачи исходного материала; центробежный циклон; секторные затворы-дозаторы; емкости для высокоуглеродистого твердого материала и синтетической нефти; газовые фильтры; трубные газопроводная и водопроводная системы; газовые горелки с баллонами пропана; датчики температуры, давления, скорости и цифровые измерители; радиальный вентилятор; частотные преобразователи; воздуховоды; система электроснабжения.

Монтаж конструкции УБПТ производится с использованием швеллеров, уголков, листового железа. Основной метод сборки — электросварка. Система удобна в обслуживании (сборка, разборка и замена агрегатов).

Опытный образец УБПТ-001 занимает площадь 25 м², его высота 6 м.

При эксплуатации опытного образца УБПТ-001 установлено следующее:
1.   Количество образующейся тепловой энергии растет с уменьшением зольности торфа и с увеличением содержания углерода в нем.
2.   Низинный торф дает больший выход продуктов, чем верховой и переходной.
3.   Чем меньше влажность исходного материала, тем выше производительность УБПТ (при влажности 70 % производительность 100 кг/ч, при 45 % — 500 кг/ч).
4.     Понижение температуры наружного воздуха приводит к росту времени выхода УБПТ-001 на рабочий режим, дополнительному расходу пропана и тепловой энергии в системе теплообменника.
5.     Процесс быстрого пиролиза производительнее, чем медленный, и на порядок менее энергозатратный.
6.     Синтез-газ состоит из смеси углеводородов (метана, пропана, бутана и др.), водорода и небольших количеств кислорода, азота и монооксида углерода. Высокоуглеродистый твердый материал содержит свыше 80 % углерода, при контакте с воздухом в горячем состоянии вспыхи­вает. Состав синтетической нефти позволяет использовать ее как топливо или для переработки методами органического синтеза в ценные химические продукты.
7.     При производительности 500 кг/ч отводимая от УБПТ-001 тепловая энергия составляет 0,9 Гкал/ч, что эквивалентно 1,0 МВт электрической энергии.
8.     При влажности исходного и высушенного сырья соответственно 53 и 8 %, температуре в реакторе 550—850 °С из 1 кг исходного сырья образуется 0,05—0,4 кг синтетической нефти, 0,1—0,4 кг синтез-газа, 0,05—0,1 кг высокоуглеродистого твердого материала.
9.     Потребляемая мощность 15 кВт, при использовании частотных преобразователей переменного тока — 10 кВт. Для вывода УБПТ-001 на рабочий режим требуется 15 кг пропана.
10.   Обслуживающий персонал — 3 рабочих в смену.
11.   Удельные капитальные вложения составляют 50 дол. США/т исходного сырья.
12.  Себестоимость продуктов переработки: синтетической нефти 20 дол. США/т; синтез-газа 25 дол. США/10³ м³; высокоуглеродистого твердого материала 30 дол. США/т; тепловой энергии 5 дол. США/Гкал.

УБПТ можно эффективно применять для утилизации отходов биомассы — древесины, соломы, навоза (крупного рогатого скота и свиного), птичьего помета и др.

Испытания показали, что по сравнению с торфом использование в качестве сырья опилок древесины лиственных и хвойных пород снижает себестоимость продуктов переработки на 30 %. При утилизации навоза и помета требуется предварительная подготовка сырья — смешивание с опилками.

Методом быстрого пиролиза можно перерабатывать угольные шламы, некоторые фракции бытовых отходов, автомобильные покрышки и резину. Использование УБПТ для утилизации отходов определенного вида может потребовать проведения дополнительных исследований, разработок и испытаний, что связано с финансовыми затратами.

При промышленной эксплуатации УБПТ следует создать небольшую химическую лабораторию для проведения анализа исходного сырья и продуктов его переработки, разработать и внедрить АСУ ТП, что позволит снизить влияние человеческого фактора на технологический процесс.

 Application of Rapid Pyrolysis Method for Domestic and Industrial Wastes Utilization

Kotelnikov V. A., Peat Power Company Ltd, Moscow, Russia

The plant of rapid pyrolysis is developed. It can be used to process biomass (peat, sawdust, manure, dung, straw, etc.), coal sludge, outspent automobile tires and rubber waste. The manufactured products are synthetic oil, synthesis-gas, high-carbon solid material, thermal energy.