Низкотемпературный пиролиз

Из-за стремительного развития промышленности, ежегодного увеличения производственных объектов и непрекращающегося роста отходов, остро встает вопрос обезвреживания, переработки и утилизации отходов разных классов опасности.

C 1 января 2019 года на территории РФ вступил в силу ряд изменений в Федеральном законе «Об отходах производства и потребления». Новый комплекс мер предполагает ликвидацию свалок, нарушающих законодательство, а до 2030 года планируется перерабатывать до 100% всех отходов. Несмотря на принятые поправки в области экологической безопасности, сложности, связанные с вывозом и утилизацией мусора, остаются существенной экологической проблемой.

Основными методами обращения с отходами являются сжигание, захоронение и частичная переработка. Причем захоронение по объективным причинам находится под жестким контролем правительства РФ, а во многих случаях это же можно отнести и к процессам сжигания.

Согласно ст.1 Федерального закона «Об отходах производства и потребления»
от 24.06.1998 № 89-ФЗ сжигание относится к категории обезвреживания отходов, к которой предъявляется повышенный перечень требований и условий, и это если не считать наличие лицензии на осуществление такой деятельности в обязательном порядке.
Хотя сжигание и позволяет значительно сократить объем и массу отходов, но из-за довольно высоких температур вырастает концентрация вредных веществ, загрязняющих атмосферу. Да, система газоочистки большинства современных установок по сжиганию отходов справляется со множеством выбросов, но не исключает их полностью.

Более того, есть виды отходов, которые категорически запрещено сжигать: шины, покрышки, отработанные минеральные и синтетические масла и др. Перечень требований при обращении с группой однородных отходов указан в Приказе Минприроды России от 11.06.2021 № 399 (ред. от 04.04.2023) «Об утверждении требований при обращении с группами однородных отходов I-V классов опасности».

Для захоронения требуется расширение площадей полигонов, и к тому же такой метод обращения с отходами наносит огромный ущерб для окружающей среды, загрязняются воздух, почвы и подземные воды. И с этим яростно борется Росприроднадзор и
правительство РФ.

Исходя из сведений, указанных в Государственном докладе о состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации в 2022 году, за период 2013-2022 общая масса захороненных отходов увеличилась в 3 раза. По данным Росприроднадзора в 2022 году было захоронено 2415,4 млн. тонн отходов.

Перечень отходов, запрещенных к захоронению указан в Распоряжении
Правительства РФ от 25.07.2017 № 1589-р «Об утверждении перечня видов отходов производства и потребления, в состав которых входят полезные компоненты, захоронение которых запрещается».

Следует отметить, что ненадлежащее исполнение законов Российской Федерации, регламентирующих должное обращение с отходами, может повлечь за собой строгие санкции вплоть до закрытия предприятия сроком на 90 дней (ст. 28 Федеральный закон от 24.06.1998 № 89-ФЗ).

Принципы пиролиза

На сегодняшний день целый спектр задач в сфере утилизации отходов позволяет решить метод низкотемпературного пиролиза, обеспечивающий утилизацию отходов безопасно для людей и окружающей среды.

Низкотемпературный пиролиз, или по-другому полукоксование – процесс термического разложения отходов на углеводородные составляющие при низких температурах (не более 800°) в бескислородной среде. При термической деструкции сложные органические соединения распадаются на более простые. Благодаря тому, что утилизация или обезвреживание происходит без доступа к кислороду, образующиеся выбросы вредных веществ в атмосферу минимальные.

Если говорить простым языком, то низкотемпературный пиролиз позволяет извлечь из ряда отходов углеводородное топливо, сперва испарив его, а затем сконденсировав, которое в дальнейшем может быть использовано для реализации в качестве продукта для продажи или для обеспечения собственных нужд – в качестве топлива.

К примеру, при пиролизе отработанных шин получается газ, жидкость и сажа, которые в свою очередь имеют широкий спектр применения. Так, из пиролизного газа можно выделять ароматическое масло, пригодное для применения в производстве резиновых смесей. Чаще всего газ содержит в себе смесь парафиновых и олефиновых соединений с меньшим количеством других углеводородов, и может быть использован для генерации тепла, необходимого для обеспечения процесса.

Пиролизное масло содержит ценные химические вещества (олефины, ароматика) и обладает отличными свойствами, и впоследствии после удаления загрязняющих веществ, может быть применено в качестве горючего топлива для жидкотопливных горелок.
Наиболее выгодным считается оборудование, которое позволяет получать высокий выход такого масла.

Также при переработке использованных шин, после по сути выпаривания углеводородов можно получить металлокорд, а в случае переработки загрязненного грунта – грунт минеральный. Да, такой грунт, не несущий в себе биологической начинки, не пригоден для сельскохозяйственной деятельности. Но он более не несет опасности для окружающей среды и может быть применен в строительстве или других направлениях, где изначально плодородных почв и не планировалось.

Критерии

Критерии, влияющие на качественные и количественные свойства конечных продуктов пиролиза:

Вид исходного сырья (для получения продуктов высокого качества необходима сортировка отходов по одному типу/виду);
Температура (чем выше температура, тем меньше конденсируется парогазовая смесь в парогазовое масло);
Время пребывания отходов в реакторе пиролиза (чем выше температура в реакторе, тем меньший объем конечных продуктов на выходе; соответственно, если температура в реакторе условно низкая, то больший объем конечных продуктов получится на выходе, а меньший сгорит);
Скорость нагрева (чем выше температура в реакторе, тем короче цикл пиролиза; соответственно, если температура в реакторе низкая, то длительность процесса пиролиза будет увеличена).

С помощью пиролиза можно перерабатывать более 1000 видов отходов, содержащих разного рода углеводороды, среди которых:

Твердые, включая покрышки, нефтезагрязненные грунты, буровые шламы на углеводородной основе и т.д.;
Бытовые – в первую очередь пластики;
Медицинские – в особенности шприцы, одноразовая одежда и средства защиты;
Нефтесодержащие;
Нефтешламы в жидкой или твердой форме, в том числе парафинистые отложения трубопроводов и емкостей хранения нефти;
Промышленные, включая пластики, отработанные масла, отходы производства спанбонда, отходы производства резинотехнических изделий и прочие.

Пиролизная установка Фортан

Переработка поливинилхлорида (ПВХ) методом пиролиза без нейтрализации запрещена, т.к. при процессе выделяются пары соляной кислоты, разъедающие металл.

Отходы, наиболее часто перерабатываемые пиролизом и примерные выходы продуктов

Процесс утилизации отходов с помощью пиролиза

Процесс утилизации отходов с помощью оборудования пиролиза выглядит так:

Происходит обработка отходов (в зависимости от группы отходов могут проводиться дробление, измельчение или т.п.);
Предварительно отсортированные отходы погружают в реактор (реторту), которую после загрузки помещают в печь, в зону нагрева;
Запускаются жидкотопливные горелки, внутри реактора начинает расти температура;
Внутри реактора отсутствует кислород, поэтому под воздействием температуры отходы, в отличие от атмосферных установок сжигания отходов, подвергаются термическому разложению (испарению) и образуются в парогазовую смесь (пары горючей жидкости и горючих газов);
Парогазовая смесь поступает в теплообменник и охлаждается, разделяясь на жидкую (пиролизное топливо) и газовую (пиролизный газ) фракции;
Пиролизное топливо поступает в накопительную емкость – это конечный продукт, называемый пиролизным топливом, по своим свойствам близкий к дизельному;
Газ очищается через колонны осушения, гидрозатвор, сепаратор, фильтра и поступает на газовую горелку, обеспечивающую нагрев следующей партии отходов;
Жидкотопливная горелка отключается, включается газовая горелка, работающая от пиролизного газа;
Минимальные излишки газа сгорают в дожигателе;

Цикл (пиролиз) длится до того момента, пока образуется парогазовая смесь.

Когда давление системы станет равным нулю и газ перестанет выделяться, реторта извлекается;
Реторта охлаждается естественным путем.

В среднем процесс пиролиза длится от 8 до 12 часов в зависимости от вида загружаемых отходов.
На выходе мы получаем жидкую и газовую фракции, а внутри реторты остается небольшое количество углерода.

Преимущества