конвертирование отходов органических веществ в товарные

КОНВЕРТИРОВАНИЕ ОТХОДОВ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ В
ТОВАРНЫЕ ПРОДУКТЫ
Главный инженер проектов института «Луганскгипрошахт»,
Технический консультант ООО «Луганск-Инфинити»
В своей книге «Цель - Zero Waste»1, Роберт Мюррей, рассматривая проблемы отходов жизнедеятельности человека, пишет: «С точки зрения загрязнения окружающей
среды, проблема сводится к вопросу о том, что же такое отходы? С точки зрения рационального использования ресурсов, это — вопрос о том, во что можно превратить отходы.
Если рассматривать отходы как загрязняющие вещества, то за ними требуется контроль.
Однако, если рассматривать их как источник энергии и материалов, то существуют альтернативные решения. Одно из таких решений сводится к тому, чтобы все оставалось по
старому. Другие решения открывают дорогу к новому».
В этой связи, производство альтернативных энергоносителей из отходов, а на базе
дешевых энергоносителей - организацию производства различных товарных продуктов,
можно рассматривать как одно из перспективных направлений для инвестиций.
Все отходы органического происхождения можно использовать как вид топлива с
присущей ему теплотворной способностью. К настоящему времени накоплен определенный опыт для оценки горючести органических веществ. Нижний предел теплоты сгорания, при котором их можно сжигать без дополнительного топлива, составляет от QH.mm
=
3,35 МДж/кг [1] до QH.min = 4,19 МДж/кг. Шведский ученый Таннер установил, что без дополнительного топлива органические вещества могут гореть при содержании влаги (W) не
более 50%, золы (А) не более 60% и горючих веществ (С) не менее 25%.
На Рис.1 приведен, так называемый треугольник Таннера, иллюстрирующий область горения органического вещества без дополнительного топлива. По Таннеру, нижний
предел теплоты сгорания высокозольного и влажного органического вещества, при котором возможно его сжигание без применения дополнительного топлива, соответствует условию: W = 50%, А = 25%, С = 25%, т.е., главное, чтобы содержание углерода превышало
двадцать пять процентов.
Основываясь на этой зависимости можно сделать вывод, что большинство отходов органических веществ необходимо рассматривать, в первую очередь, как сырье для 1 - «Цельноль отходов».
получения энергоносителей. Это относится к отходам углеобогащения, переработки древесины, резино-техническим изделиям, сельхозотходам, пластмассам, бытовым
отходам, биоилу городских очистных сооружений, и т.д.
О
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Горючая часть
Рис. 1 Треугольник
Таннера
Такой подход к решению проблемы утилизации органических отходов жизнедеятельности предприятий и населенных пунктов позволит превратить отходы из неизбежного зла в сырье, позволяющее создать энергохимическое производство, обеспечивающее
глубокую его переработку и, на этой основе, поставку на рынки Украины и зарубежья высоколиквидных, конкурентноспособных товаров, таких как:
>• электроэнергия;
>• тепловая энергия;
^ горючие газы;
>• газы восстановители;
> редкие газы;
^ газы для органического синтеза;
>• моторное топливо (бензин, метанол, дизтопливо, диметиловый эфир);
>• смолы и масла;
> растворители;
> электродный графит;
^ заменитель металлургического кокса;
>• технический углерод;
> графит, металлографитные изделия и углепластмассы;
> карбиды;
^ абразивные материалы и изделия из них;
>• минеральные удобрения; ^ сорбенты и
фильтраты;
> металлы, в т.ч., и редкоземельные (Al, Li, Ва, Ge, Со, Va, Сг, Мп и т.п.);
>• технические и питьевые воды;
^ строительные материалы и т.д.
Как показывают расчеты, базируясь на Законе Украины от 14.01.2000г. «Об альтернативных видах жидкого и газового топлива», такой подход позволит не только минимизировать затраты на утилизацию различных отходов и вредных веществ, но и значительно улучшить экономическое положение региона, оздоровить экологическую обстановку и создать новые рабочие места.
Следует отметить, что отсутствие точнее утрата, на текущий момент, законодательной базы в виде Госстандартов на рассматриваемые технологии, несколько усложняет
процедуру прохождения комплексной экспертизы проектов, но все сложности можно преодолеть используя возможности Госстандарта «Система разработки и постановки продукции на производство».
Из известных технологий утилизации органических отходов пиролиз и газификация привлекательны тем, что позволяют получать дешевые энергоносители, и делают экономически целесообразным целый ряд производств.
Пиролиз2 - это процесс разложения сложных углеводородных (органических) веществ под воздействием высоких температур без доступа кислорода окружающей среды
на более простые углеводороды.
Преимущественное получение того или иного продукта (газа, кокса или жидких
продуктов) определяется требованиями потребителя и может быть достигнуто путем соответствующего аппаратного обеспечения процесса пиролиза.
Кроме того, пиролизная установка может быть совмещена с установкой газификации твердого (коксового) остатка с жидким или твердым золоудалением, либо с ведением микрометаллургического процесса.
Газификация3 - это термохимический процесс превращения различных углеводородов в горючий, т.н. «генераторный газ».
Процессы пиролиза и газификации достаточно хорошо изучены, а технологические схемы отработаны на практике. Так еще в 50-е годы прошлого столетия в СССР работало 2500 газогенераторов, производивших 35 млрд. м энергетических и технологи-2 использование технологии пиролиза в крупном промышленном масштабе относится к 1856 г.; 3-1791 г. патент Франции на газовую турбину, работающую на газе из твердого топлива.
ческих газов и перерабатывавших около 9 млн. т угля в год. Однако, с переходом
промышленности на нефть и природный газ, практически, прекратились работы по газификации угля. Учитывая прежний опыт, целесообразно создать конвертор отходов, который бы решил задачу обезвреживания отходов и выпуска целого ряда товарных продуктов.
Анализ результатов работы пилотных установок по пиролизу и газификации различных отходов, содержащих органические вещества, показывает, что получение из них
жидких нефтеподобных и газообразных продуктов, твердого топлива, не менее выгодно,
чем переработка сырой нефти.
Особенно следует подчеркнуть, что совмещение в один технологический процесс
утилизации отходов пиролизной установки и газогенератора позволит довести использование углерода, содержащегося в них, практически до 100%.
Целесообразно укомплектовать установки автономной электростанцией или когенератором, которые, используя в качестве топлива пирокарбон (коксовый остаток), пиролизный или генераторный газы, обеспечат в автоэнергетическом режиме все технологические процессы утилизации. Экономическая эффективность предлагаемого конвертора будет еще больше, если жидкие фракции пиролиза подвергнуть переработке по известным
нефтехимическим технологиям с получением бензола, толуола, ксилола, сольвента, бензина, дизтоплива, масел и т.д.
На текущий момент спроектированы, построены и успешно прошли испытания газогенератор ГТ-30, А7 (см. Рис. 2-3) и пирогенераторы УПФ-02, УПП-1, УПП-1М (см.
Рис. 4-5). Кроме того:
^ газогенератор ГТ-30 испытан в качестве альтернативного источника газа в
замен 32 м3/ч природного газа на выпаривании битума (АБЗ ДСУ № 6 пос.
Петровкое, г. Луганск). Затраты по элементу «Топливо» в сравнении дроваприродный газ снижены в 5,7 раза; ^ газогенератор А7 испытан в качестве
источника горючего газа для автономной электростанции типа АД-8
производительностью 8 кВт*ч, и газодизельной электростанции ДГМА-100,
производительностью 100 кВт*ч (производство «Юждизельмаш», г. Токмак,
экспонировалась в октябре 2006 года на региональной выставке в г.
Днепропетровске); ^ газогенераторы А7 изготовлены, прошли испытания и
эксплуатируются в ЧП «Аксиал» (г. Луганск), ЧП «Подорван» (г. Киев), завод
«Юждизельмаш» (г. Токмак), «Технокомплекс» (г. Новошахтинск, Россия); ^
установка УПФ-02 в стадии монтажа находится в фирме «Полипак» (г. Луганск; с целью утилизации отходов производства);
^ установка УТГП-1 эксплуатируется ЧП «Трунов» (г. Лисичанск) для утилизации нефтешлама и получения светлых нефтепродуктов;
>• три модификации установки УПП-1 РЭО (ЖЭК г. Умань) для утилизации
ТБО и отходов резино-технических изделий.
А7. Общий вид газогенератора
ГГ-30. Общий вид газогенератора
Рис.2
Рис.3 ГГ-30. Процесс горения
генераторного газа: а) в горелке
низкого давления; б) в факельной горелке; в) в инфракрасной горелке.
Топливо - отходы древесины
Рис.4 УПФ-02. Общий вид
пиролизной установки
Рис.5
УПФ-02. Процесс сжигания: а) пиролизного газа; б) жидкой фракции пиролиза;
в) пирокарбона. Сырье - бытовые отходы
Результаты работы этих установок послужили основой для разработки технологической
схемы конвертора отходов в газообразные, жидкие и твердые энергоносители, электрическую, тепловую энергию и другие товарные продукты, а так же легли в основу заявки № а
2006 04523 на которую уже получено положительное решение о выдаче патента Украины
«Полигон для утилизации твердых бытовых отходов». Конструкция газогенератора, способного работать на любом виде твердого топлива без предварительной подготовки, защищена патентом Украины № 75529 «Газогенератор для газификации твердого топлива»,
подана заявка № а 2007 042 93 на получение патента Украины «Установка пиролиза отходов», получены патенты Украины № 52076А и России № 2236596 «Установка подогрева воздуха, подаваемого в шахту», работающая в режиме когенерации.
По заказу ЗАО «Макеевский металлургический завод» в 2006 году выполнены расчеты и предпроектные проработки по замене 50000 м3/ч природного газа на альтернативные энергоносители, аналогичная работа выполнена для Украинского головного производственного НИИ инженерно-технических и экологических изысканий по утилизации
отходов г. Харькова с выработкой альтернативных энергоносителей, эквивалентных 5000
м3/ч природного газа.
Для шахты «Южнодонбасская № 1» выполнен проект тепло-электрогенерирующей
установки для подогрева воздуха в количестве 4200 м3/мин мощностью 3 МВт.
Экономический риск при внедрении этой, «новой» для нас технологии, сводится к
минимуму, т.к. уже создана необходимая теоретическая и техническая база. В зависимости от сырьевых возможностей и энергетических потребностей заказчика конвертор адаптируется под определенные виды сырья (уголь, отходы углеобогащения, древесина и отходы ее переработки, различные сельхозотходы, бытовые и промышленные отходы органического происхождения) и может вырабатывать из отходов различные высоколиквидные товарные продукты.
Срок окупаемости конвертора не превышает 1-2 года и зависит от объема переработки отходов, аппаратного оформления и уровня автоматизации, определенных заказчиком.
23.04.07