Три года аспирантуры миновало, или Технология СВЧ-термолиза ТБО
Почти четыре года назад я переехал в тогда еще Лужковск, поступил в аспирантуру РХТУ им. Д.И. Менделеева и игрался в пробирки:
Это была избитая на тот момент тема пиролитической переработки отходов. Для чистоты и упрощения эксперимента брали отдельные компоненты ТБО и ряда других отходов (на фото в реторте - отходы производства муки), и подбирали температуру и время осуществления процесса, измеряли что получается на выходе, рассчитывали материальные балансы и технико-экономические показатели будущей технологии...
Затем были периоды коммерциализации, проектирования, конструирования, масштабирования и т.д. Теперь мы имеем и эксплуатируем уже более серьезную аппаратуру для апробации новой технологии мусоропереработки. Да и изобретение уже принадлежит одной коммерческой структуре (ООО "ИТС" - сорри за продакт-плейсмент).
В двух словах о нашей разработке. Это так называемая технология СВЧ-термолиза твердых бытовых отходов (ТБО), в процессе которой мусор разлагается при высокой температуре и СВЧ-воздействии в инертной бескислородной среде на технический углерод, жидкую углеводородную фракцию и топливные газы. Так как ТБО в большинстве своем состоят из органических веществ (полимеры, бумага, картон, пищевые отходы, растительные остатки, древесина, биомасса), а современные методы сортировки позволяют извлечь только 12% вторсырья из массы ТБО, наиболее оптимальными методами утилизации отходов являются термические, пиролитические процессы превращения органики в углерод и в другую органику. В природе такие процессы длятся тысячелетиями - судите сами, когда-то на территории современной Сибири были тропики, а сейчас мы имеем в сибирских недрах уголь, нефть, газ. Это по сути и есть результат термолиза органики, жившей когда-то на земле, и позже оказавшейся в недрах земли... Но мусор не может лежать тысячелетиями и перепревать естественным образом. Поэтому необходим более прогрессивный и результативный метод переработки.
Пилотная технологическая установка, что на фото, позволяет перерабатывать в экспериментально-производственном режиме до 80 кг ТБО/сутки.
Первый этап - подготовительный. Иным словом, чтобы переработать мусор, его нужно подготовить, то есть, измельчить. Измельчение осуществляется в роторно-ножевой дробилке до крупности 1 см. Вот такая субстанция (дробленка):
Затем осуществляется пневмозагрузка ТБО через сепаратор непосредственно в главный технологический аппарат - печь карбонизации.
Печь карбонизации - это металлическая камера объемом 75 л, выполненная из жаропрочной нержавейки и зафутерованная огнеупорным керамоволокном. Между футеровкой и камерой сжигается газообразное топливо, теплота от дымовых газов передается через стенку камеры к перерабатываемым отходам. Температура процесса достигает 900 градС, хотя снаружи не скажешь, что внутри сильно горячо.
Также в камеру подводится СВЧ-волна, генерируемая от "большой микроволновки". Электромагнитное излучение СВЧ-волны воздействует на влагу, содержащуюся в отходах (а в ТБО влаги может быть и до 40% по массе, и эта влага, между прочим, самый теплоемкий элемент в мусоре), ускоряя тем самым процесс термодеструкции ТБО в углерод.
При термодеструкции ТБО также выделяется газовая фаза. При температуре выше 400 градусов в газовой фазе присутствуют как ацетилен, аммиак, хлор, фтор, водород, так и пары различных углеводородов. В последующих технологических цепочках, отдаленно напоминающих ректификационные колонны химзаводов (хотя по сути это и есть ректификационные аппараты, сделанные из обычных стальных труб, с керамической насадкой внутри для увеличения поверхности межфазного контакта), происходит охлаждение газовой фазы и ее фракционирование.
В результате фракционирования выделяются (конденсируются) углеводороды в виде темного синтетического мазута, а несконденсировавшиеся газовые компоненты уходят на дожигание в печь карбонизации в качестве газообразного топлива.
На фото линия слева - это линия фракционирования продуктов термолиза, а линия справа - линия газоочистки дымовых газов. Так как печь работает на пропан-бутане и смеси отходящих топливных газов, то перед выбросом дыма в атмосферу необходимо очищать продукты горения указанных веществ от вредных компонентов (оксиды азота, хлора, серы, и т.д.). Газоочистка осуществляется в три стадии. В термокаталитическом реакторе (первая ступень) происходит обезвреживание дымовых газов от продуктов неполного сгорания топлива (бензапирены, диоксины, фураны). В скруббере происходит промывание дымовых газов водным раствором реагента (смеси едкого натра, соды и карбамида). Однако, из-за небольших концентраций вредных компонентов в дымовых газах пилотной установки, видимого эффекта газоочистки за незначительный период эксплуатации еще не выявлено. Но это только начало, пусть установка поработает минимум полгода, тогда произойдет насыщение реагента и получение продукта реакции газоочистки - сульфата аммония. Пока что измерения экологов показали ПДК по оксидам азота, серы и углерода в пределах норм.
Вот, собственно, упомянутая жидкая углеводородная фракция.
Анализ на тамбовской нефтебазе показал, что там где-то 200 различных углеводородов, вплоть до органических кислот.
А это основной продукт переработки мусора - углеродное вещество. Химанализ показал, что вещество это состоит на 80-90% из чистого углерода (из которого же состоят и графиты, алмазы, графены и т.д.), а тяжелых и радиоактивных элементов не содержит.
Ну и как любой углерод, оно способно гореть.
Осталось только подобрать метод гранулирования углерода для придания ему товарной формы.
В целом, установка оправдала теоретические и лабораторные исследования, проводимые годами ранее. Из-за ряда просчетов мы процентов на 20 ошиблись в производительности, но для пилотных установок это допустимо. Достигнута главная цель - переработка 95...98% массы ТБО в товарные продукты (не требуется захоронение на полигоне) экологически безопасным и экономически рентабельным методом.
Осталось только подобрать метод гранулирования углерода для придания ему товарной формы.
Это была избитая на тот момент тема пиролитической переработки отходов. Для чистоты и упрощения эксперимента брали отдельные компоненты ТБО и ряда других отходов (на фото в реторте - отходы производства муки), и подбирали температуру и время осуществления процесса, измеряли что получается на выходе, рассчитывали материальные балансы и технико-экономические показатели будущей технологии...
Затем были периоды коммерциализации, проектирования, конструирования, масштабирования и т.д. Теперь мы имеем и эксплуатируем уже более серьезную аппаратуру для апробации новой технологии мусоропереработки. Да и изобретение уже принадлежит одной коммерческой структуре (ООО "ИТС" - сорри за продакт-плейсмент).
В двух словах о нашей разработке. Это так называемая технология СВЧ-термолиза твердых бытовых отходов (ТБО), в процессе которой мусор разлагается при высокой температуре и СВЧ-воздействии в инертной бескислородной среде на технический углерод, жидкую углеводородную фракцию и топливные газы. Так как ТБО в большинстве своем состоят из органических веществ (полимеры, бумага, картон, пищевые отходы, растительные остатки, древесина, биомасса), а современные методы сортировки позволяют извлечь только 12% вторсырья из массы ТБО, наиболее оптимальными методами утилизации отходов являются термические, пиролитические процессы превращения органики в углерод и в другую органику. В природе такие процессы длятся тысячелетиями - судите сами, когда-то на территории современной Сибири были тропики, а сейчас мы имеем в сибирских недрах уголь, нефть, газ. Это по сути и есть результат термолиза органики, жившей когда-то на земле, и позже оказавшейся в недрах земли... Но мусор не может лежать тысячелетиями и перепревать естественным образом. Поэтому необходим более прогрессивный и результативный метод переработки.
Пилотная технологическая установка, что на фото, позволяет перерабатывать в экспериментально-производственном режиме до 80 кг ТБО/сутки.
Первый этап - подготовительный. Иным словом, чтобы переработать мусор, его нужно подготовить, то есть, измельчить. Измельчение осуществляется в роторно-ножевой дробилке до крупности 1 см. Вот такая субстанция (дробленка):
Затем осуществляется пневмозагрузка ТБО через сепаратор непосредственно в главный технологический аппарат - печь карбонизации.
Печь карбонизации - это металлическая камера объемом 75 л, выполненная из жаропрочной нержавейки и зафутерованная огнеупорным керамоволокном. Между футеровкой и камерой сжигается газообразное топливо, теплота от дымовых газов передается через стенку камеры к перерабатываемым отходам. Температура процесса достигает 900 градС, хотя снаружи не скажешь, что внутри сильно горячо.
Также в камеру подводится СВЧ-волна, генерируемая от "большой микроволновки". Электромагнитное излучение СВЧ-волны воздействует на влагу, содержащуюся в отходах (а в ТБО влаги может быть и до 40% по массе, и эта влага, между прочим, самый теплоемкий элемент в мусоре), ускоряя тем самым процесс термодеструкции ТБО в углерод.
При термодеструкции ТБО также выделяется газовая фаза. При температуре выше 400 градусов в газовой фазе присутствуют как ацетилен, аммиак, хлор, фтор, водород, так и пары различных углеводородов. В последующих технологических цепочках, отдаленно напоминающих ректификационные колонны химзаводов (хотя по сути это и есть ректификационные аппараты, сделанные из обычных стальных труб, с керамической насадкой внутри для увеличения поверхности межфазного контакта), происходит охлаждение газовой фазы и ее фракционирование.
В результате фракционирования выделяются (конденсируются) углеводороды в виде темного синтетического мазута, а несконденсировавшиеся газовые компоненты уходят на дожигание в печь карбонизации в качестве газообразного топлива.
На фото линия слева - это линия фракционирования продуктов термолиза, а линия справа - линия газоочистки дымовых газов. Так как печь работает на пропан-бутане и смеси отходящих топливных газов, то перед выбросом дыма в атмосферу необходимо очищать продукты горения указанных веществ от вредных компонентов (оксиды азота, хлора, серы, и т.д.). Газоочистка осуществляется в три стадии. В термокаталитическом реакторе (первая ступень) происходит обезвреживание дымовых газов от продуктов неполного сгорания топлива (бензапирены, диоксины, фураны). В скруббере происходит промывание дымовых газов водным раствором реагента (смеси едкого натра, соды и карбамида). Однако, из-за небольших концентраций вредных компонентов в дымовых газах пилотной установки, видимого эффекта газоочистки за незначительный период эксплуатации еще не выявлено. Но это только начало, пусть установка поработает минимум полгода, тогда произойдет насыщение реагента и получение продукта реакции газоочистки - сульфата аммония. Пока что измерения экологов показали ПДК по оксидам азота, серы и углерода в пределах норм.
Вот, собственно, упомянутая жидкая углеводородная фракция.
Анализ на тамбовской нефтебазе показал, что там где-то 200 различных углеводородов, вплоть до органических кислот.
А это основной продукт переработки мусора - углеродное вещество. Химанализ показал, что вещество это состоит на 80-90% из чистого углерода (из которого же состоят и графиты, алмазы, графены и т.д.), а тяжелых и радиоактивных элементов не содержит.
Ну и как любой углерод, оно способно гореть.
Осталось только подобрать метод гранулирования углерода для придания ему товарной формы.
В целом, установка оправдала теоретические и лабораторные исследования, проводимые годами ранее. Из-за ряда просчетов мы процентов на 20 ошиблись в производительности, но для пилотных установок это допустимо. Достигнута главная цель - переработка 95...98% массы ТБО в товарные продукты (не требуется захоронение на полигоне) экологически безопасным и экономически рентабельным методом.
Осталось только подобрать метод гранулирования углерода для придания ему товарной формы.