O aplikaci technologie rychlé pyrolýzy

Pyrolýza je způsob tepelného zpracování odpadu, při kterém se recyklované suroviny rozkládají na další frakce: polokoks, pyrolýzní kapalinu a pyrolýzní plyn. Spalování probíhá bez přístupu kyslíku a výsledné frakce lze použít jako palivo. Správně sestavené a filtrované zařízení na pyrolýzu je ekologicky bezpečné.

Vhodný odpad k recyklaci

Výhodou pyrolýzních zařízení je, že jsou vhodné pro bezpečnou likvidaci široké škály materiálů včetně obtížně rozložitelných látek.

• TKO: papír, plast, sklo, kosti atd.
• odpad ze zpracování dřeva: třísky a piliny;
• plastový odpad a odpad obsahující polymery (lahve, plastové sáčky);
• vrstvy bahna vytvořené v kolektorech a kanalizacích;
• břidlice a rašelina;
• pneumatiky pro automobily, pryžový odpad;
• odpad ze zemědělsko-průmyslového komplexu;
• zemědělský odpad (obilní slupky, ořechové skořápky atd.);
• odpad ze zdravotnických zařízení
• ropný kal;
• rostlinný odpad včetně řas.

Typy instalací v závislosti na zpracovávaném materiálu

Pyrolýzní jednotky jsou postaveny na stejném principu; rozdíly v konstrukci a provozních režimech jsou určeny rozsahem použití konkrétní jednotky. Některé odpady vyžadují k likvidaci vyšší teploty.

Zpracování dřeva dochází při nízkých teplotách (400-500°C). V důsledku tohoto procesu se ze zařízení extrahuje dřevěné uhlí, pryskyřice, metylalkohol, kyselina octová a aceton.

Praskání (proces tepelného rozkladu) nasycených uhlovodíků probíhá při středních (700°C) teplotách. Výstupem je benzen, etylen a propylen.

Pyrolýza metanu — vysokoteplotní (1500°C) proces, při kterém se vyrábí acetylen. Produkty pyrolýzy se rychle ochladí a poté se použijí k výrobě syntetického kaučuku.

Nízkoteplotní pyrolýza pevného odpadu komplikované potřebou zachycovat škodlivé těkavé produkty spalování: síru, fosfor a chlór. Je třeba nainstalovat filtry.

Specifikace instalace

Průmyslové pyrolýzní zařízení umožňuje zpracovat desítky tun materiálu za den, jeho nevýhodou je však jeho velká velikost.

Hlavní parametry jednotek:

• produktivita (kg/hod nebo metry krychlové za den);
• hmotnost jednotky (mobilní jednotky váží 3-8 tun, stacionární – více než 10 tun);
• rozměry;
• moc
• typ napájení (požadované parametry palivové/elektrické sítě);
• mobilita (vyžaduje demontáž pro přepravu);
• Počet podlaží instalace (počet úrovní).

Někdy výrobce pyrolýzních zařízení specifikuje další parametry: návratnost, objem reaktoru atd.

Konstrukce a komponenty

Přepravované jednotky jsou vyrobeny ze žáruvzdorné nerezové oceli. Zařízení se skládá ze sušícího reaktoru, pyrolytického reaktoru, chladicí komory pro pevné produkty pyrolýzy a reaktoru, ve kterém se ochlazuje a kondenzuje směs páry a plynu uhlovodíků.

Moduly mobilní jednotky jsou instalovány na jednom rámu. Během procesu recyklace se odpad nepřetržitě pohybuje přes reaktory prostřednictvím šnekových dopravníků. Systém podávání odpadu je poháněn převodovým motorem a pohyb je přenášen ozubeným nebo řetězovým převodem. Samotná instalace se přepravuje na podvozku přívěsu nebo nákladního automobilu.

Komponenty nejjednodušších stacionárních instalací se mírně liší, ale princip fungování je stejný:

• odpověď – nádoba na odpad odolná žáru;
• spalovací komora — prostor, ve kterém probíhá ohřev tuhého odpadu a samotná pyrolýza;
• výměník tepla — zařízení pro chlazení a kondenzaci plynu do kapalného stavu.

Pokročilá zařízení jsou vybavena sušícími komorami, mlýnky, teplotními čidly, čidly koncentrace látek v emisích atd.

Technologie recyklace odpadu

Odpad je automaticky skartován na kousky menší než 1 cm. Za drtičem vstupuje materiál do sušící komory, která jej zahřeje na teplotu 180 °C. Aby jednotka pracovala s maximální účinností, musí být obsah vlhkosti v materiálu nižší než 15 %.. Pokud není sušicí komora, účinnost pyrolýzy se snižuje.

Vysušený pevný odpad vstupuje do pyrolýzního reaktoru.

Proces probíhá při teplotách od 400 do 1500°C v závislosti na druhu odpadu a teplotních podmínkách.

Odpad se vlivem vysoké teploty rozkládá, ale kyslík se na tom nepodílí.

Kondenzát a plyny vstupují do výměníku tepla a jsou rozděleny na hořlavý plyn a kapalné palivo.

Pyrolýza

Velké provozy mají instalovány pyrolýzní linky, jejichž denní kapacita dosahuje desítek tun materiálu.

Pyrolýza může kombinovat zpracování pevného odpadu s likvidací zdravotnického nebo jiného odpadu.

V petrochemických závodech se pyrolýzní provozy specializují na práci s metanem. Aby se zabránilo požárům pyrolýzních produktů, jsou v podnicích umístěny skladovací nádrže paliva.

Mezi velké podniky vyrábějící pyrolýzní zařízení v Rusku lze rozlišit následující:

• Ťumeňský pyrolýzní závod;
• Uralská pyrolýza;
• Angarsk Polymer Plant;
• OJSC Gazprom Neftechim Salavat.

Výrobní proces je zastaven pouze kvůli čištění retort.

Výstupní produkty

Po tepelném zpracování polymerních materiálů zůstává polokoksový popel, pyrolýzní kapalina a plyn.

Některé plyny kondenzují a stávají se kapalnými. Kapalina se čistí, aby se přeměnila na syntetický olej. Používá se jako náhrada přírodního paliva.

Metoda suché pyrolýzy

Plyn, který neprošel kondenzací, je odeslán k dodatečnému spalování nebo prodáván spotřebitelům třetích stran. Může být použit jako palivo pro výrobu elektřiny v tepelných elektrárnách.

Po recyklaci pneumatik zůstává nehořlavá kovová šňůra, která je odeslána do skladu k dalšímu zpracování na kovové výrobky.. Karbonizovaný (koksovaný) zbytek se používá v průmyslu:

• při výrobě nových pneumatik a pryžových výrobků;
• jako barvivo při výrobě nátěrových hmot a laků;
• používá se jako sorbent místo aktivního uhlí;
• slouží jako složka kapalného paliva nebo se sám používá jako tuhé palivo.

Populární výrobci v Rusku

Vzhledem k závažnosti problému recyklace odpadu a dobré návratnosti pyrolýzních závodů je otevření vlastního recyklačního závodu oblíbeným podnikáním. Firmy nabízejí nákup vybavení velkoobchodně nebo maloobchodně a je možná výstavba dílen na klíč.

Mezi tuzemské výrobce pyrolýzních jednotek patří Ekovtorresurs, Ekopromservis, NPO Otechestvennye Tekhnologii a Roseko.

Například Ekovtorresurs nabízí modulární instalaci Constant 6. V závislosti na úpravě zpracuje od 6 do 24 tun surovin denně. Náklady na „Constant 6“ v maximální konfiguraci jsou 40 000 000 rublů, v základní konfiguraci – 11 300 000 rublů. Instalace je modulární a je možné postupně zvyšovat výrobní kapacitu.

Roseko nabízí rozpočtový model jednotky pro nízkoteplotní recyklaci pneumatik za 9 000 000 rublů. Produktivita je od 100 kg/h, hmotnost zařízení je 6 tun.

Pyrolýzní kotle pro vytápění

Topné kotle, které pracují na principu pyrolýzy, jsou příliš výkonné pro vytápění letních chat, proto se používají v chatách a velkých technických místnostech.

Kamna na dřevo jsou oproti kotlům horší, pokud jde o šetrnost k životnímu prostředí (vypouštějí více oxidu uhelnatého), výkon a snadnost použití (neustále potřebují nakládat nové palivo).

Palivové dřevo naložené do kotle vlivem vysoké teploty a omezeného přístupu kyslíku pomalu doutná. Uvolněný pyrolýzní plyn vstupuje do spalovací komory a mísí se se vzduchem. Současné spalování dřevěného uhlí a plynu probíhá v různých komorách. Výhodou tohoto provedení je dlouhodobé spalování každé šarže paliva a zvýšená účinnost instalace.

Palivo v kotli neshoří okamžitě naplno, ale postupně, čímž se prodlužuje doba od jednoho zatížení k druhému. Pokročilé modely vyžadují zásah člověka maximálně 1-2x denně.

Pyrolýzní kotel pro chatu stojí asi 350 000 rublů. Příkladem takové instalace je ATMOS D 15.

Domácí pyrolýza

Není možné vyrobit plnohodnotné zařízení na zpracování odpadu vlastníma rukama, ale můžete sestavit topný kotel podle návrhu V.A. Beljajevová.

Budete potřebovat kovoobráběcí nástroje včetně brusky a svářečky. Požadované materiály:

• kovová trubka (průměr 34, 57 a 159 mm);
• ocelový pás (20×4; 30×4; 80×5 mm);
• profilová trubka (úsek 60×30, 80×40 a 20×20 mm);
• plechy;
• teplotní senzor;
• šamotové cihly;
• vzduchové čerpadlo.

Listy nařežte na přířezy podle zvoleného výkresu.

Sestavte dvoukomorový zásobník paliva z přířezů metodou svařování. Připojte k němu vzduchová potrubí vyrobená z trubek.

Vyřízněte kovovou trubku do stěny umístěné napříč vzduchovými kanály (pod topeništěm). Jedná se o přívod sekundárního vzduchu.

Sestavte výměník tepla z trubek 57 mm následovně:

1. Označte dva plechy podle výkresu.
2. Vyřízněte do nich otvory o průměru 60 mm pro trubky.
3. Trubku 57 mm nařežte na kusy požadované délky.
4. Vložte konce trubek do otvorů na plechu a zajistěte svařením.
5. Přivařte druhý list k opačným koncům.

Připevněte výměník tepla ke skříni. Nainstalujte škrticí ventil na horní úroveň výměníku tepla. Konec škrtící klapky je zakryt kusem plechu. Plech musí mít odbočnou trubku pro instalaci komína.

Spalovací komory vyztužte zevnitř cihlami. Cihly obruste tak, aby těsně přiléhaly. Cihly nesmí blokovat větrací otvory.

Nainstalujte přední panel na zařízení. Očistěte těleso kotle od okují a jiných usazenin, vyrovnejte případné nerovnosti.

Zkontrolujte těsnost konstrukce: dočasně zablokujte všechny otvory a potrubí, nalijte horkou vodu do výměníku tepla. Při úniku vody je nutné trhliny utěsnit svařováním.

Zakryjte tělo kovovými panely a zavěste dveře. Je lepší ho vyrobit z litiny a vyztužit šamotovými cihlami.

Nainstalujte jednotku na betonový základ o výšce alespoň 10 cm. Připojte komín, vzduchové čerpadlo a přívodní/výstupní potrubí chladicí kapaliny.

Sestavit takový kotel sám je velmi obtížné, pozvěte si partnera.

PROGRESS ENERGO
O aplikaci technologie rychlé pyrolýzy

Pyrolýza – z řeckého „oheň + rozklad“, tedy rozklad organických sloučenin při zahřívání bez přístupu kyslíku (tepelná destrukce). Jedná se o nejvíce studovaný způsob zpracování organických surovin a odpadu. Proces rychlé pyrolýzy je založen na teorii fázových přechodů a má převážně exotermický charakter, doprovázený uvolňováním tepelné energie. Při vystavení vysoké teplotě a zároveň vysoké rychlosti dochází u předsušené suroviny k explozivnímu „varu“, doprovázenému přechodem části látky z pevného do plynného skupenství. V tomto případě dochází k reakcím rozkladu vysokomolekulárních sloučenin na nízkomolekulární.

Výhody uvažovaného procesu rychlé pyrolýzy jsou, že proces je použitelný na jakýkoli typ organické suroviny – dřevní odpad, slámu, plevy, rašelinu, slepičí hnůj, hnůj, čistírenské kaly, ropné kaly, související ropné plyny atd. Spolu s ekologicky bezpečnou likvidací organického odpadu umožňuje termochemická reakce pyrolýzy výrobu hořlavých plynů, pyrolýzních zbytků a velkého množství uhlíku exotermie.

V současné době jsou ve světě známé desítky technologií pro pyrolýzu surovin obsahujících uhlík. Více než 30 společností v USA, Německu, Francii, Rusku, Izraeli, Kanadě a na Tchaj-wanu vyvíjí a staví pilotní komplexy.

V Německu byl v Karlsruhe Institute of Technology (KIT) ve spolupráci s Chemieanlagenbau Chemnitz GmbH uveden do provozu pilotní závod na výrobu benzínu ze zbytkové biomasy na bázi technologie bioliq vyvinuté vědci KIT. Závod realizuje všechny fáze procesu výroby bioliqu, od bleskové pyrolýzy a zplyňování ve vysokotlakém toku až po syntézu biopaliv. Technologie je v současné době optimalizována pro použití v průmyslovém měřítku. Celý proces bioliq (zkratka pro Biomass to Liquid Karlsruhe) zahrnuje tři fáze.

V první fázi dochází k decentralizované přeměně suchého zbytku biomasy, který má nízkou energetickou hustotu, bleskovou pyrolýzou na kapalnou látku s vysokou hustotou energie, podobnou ropě. Tato látka, nazývaná bioliqSynCrude®, může být přepravována na velké vzdálenosti a dále zpracovávána. Poté se pomocí technologie in-line zplyňování, při teplotách nad 1200 °C a tlacích až 80 barů, bioliqSynCrude přemění na syntézní plyn bez dehtu sestávající převážně z oxidu uhelnatého a vodíku. Ve třetím stupni se syntézní plyn čistí od nečistot (síra, chlor a dusík) pomocí čištění horkým plynem a poté se v katalytickém reaktoru převádí na kapalný produkt, který je chemicky identický s rafinovaným olejem.

V roce 2014 byla v Rakousku postavena pyrolýza využívající dřevní odpad. Tento technologický proces je založen na rychlé pyrolýze, která umožňuje přeměnu biomasy na kapalinu, která se snáze a levněji skladuje, přepravuje a využívá. V tomto případě dochází k tepelnému rozkladu organických molekul za vzniku pevných, kapalných a plynných produktů. Princip bleskové pyrolýzy je založen na zavádění cirkulujícího horkého chladiva (písku) do vysušené rozdrcené biomasy. Proces probíhá ve dvoušnekovém mísícím reaktoru při okolním tlaku v nepřítomnosti vzduchu. Po pyrolytické konverzi, která proběhne během několika sekund, jsou produkty pyrolýzy odváděny do vertikálních kondenzátorů ke kondenzaci směsi pára-plyn, její separaci v rektifikačních kolonách a dopracování na požadované parametry kapalných a plynných paliv. Kromě toho lze výslednou pyrolýzní pryskyřici použít k výrobě automobilového paliva nebo paliva pro elektrárny. Zbytkový polokoks je spolu s pískem spalován v pecích a teplonosné médium je v zahřáté formě předáváno zpět do technologického cyklu. Vzniklé plyny jsou využívány pro vlastní zásobování teplem a energií.

V Kanadě byl v provincii Ontario vybudován závod, který zpracovává asi 200 tun suché biomasy denně (8 tun za hodinu). Rychlý proces pyrolýzy používaný ve vertikálním reaktoru byl dříve testován v malém závodě s kapacitou 250 kg suroviny za hodinu. Výtěžek z rychlé pyrolýzy pilin je: asi 70 % bioolej, 20 % biouhel a 10 % syntézního plynu, který se přivádí do hořáků k ohřevu reaktoru. Biouhel se prodává jako sorbent. Izolovaná pracovní frakce syntetického oleje pod TM Biooil® je umístěna na trhu jako náhrada paliv používaných v kotlích, pecích a dieselových agregátech pro výrobu energie a procesního tepla.