Descrizione del processo
La necessità di attrezzature ecocompatibili per il trattamento dei rifiuti chimici è sorta da tempo nella nostra società. Le prime caldaie a pirolisi iniziarono a funzionare alla fine del diciannovesimo secolo. E la creazione di moderne unità di pirolisi ha risolto diversi problemi contemporaneamente:
- componente ecologica;
- la capacità di accumulare i risultati della combustione;
- vantaggio economico.
Tuttavia, l'aspetto economico dell'uso della pirolisi è progettato per il futuro. La pirolisi è un piacere piuttosto costoso. Richiede attrezzature adeguate e personale appositamente addestrato.
Ma durante il funzionamento, gli impianti di pirolisi sono praticamente autonomi. Le unità richiedono energia elettrica solo per l'avvio, l'ulteriore funzionamento della caldaia viene effettuato a scapito delle risorse prodotte durante il processo di combustione. Allo stesso tempo, il surplus di energia generata e vapore può essere utilizzato per scopi domestici, reindirizzandoli alle reti di utilità.
In Russia, la pirolisi sta appena iniziando a guadagnare popolarità, mentre in Europa nessuna grande impresa può fare a meno delle unità di pirolisi. Ci sono diversi motivi per una tale richiesta di pirolisi:
- un modo senza sprechi di trattare i rifiuti e tutti i tipi di inquinamento industriale;
- il livello di efficienza della pirolisi è del 90%;
- la possibilità di ottenere nuove mescole, materiali riciclabili;
- la creazione di risorse insostituibili come il petrolio sintetico;
- ottenere idrocarburi, acidi organici e altri elementi chimici;
- fonte di fornitura di calore per le imprese.
In base alla scelta delle materie prime per la lavorazione, la reazione di pirolisi può procedere a diverse condizioni di temperatura. Il risultato finale differirà anche nella composizione degli elementi chimici.
A seconda della temperatura di riscaldamento del forno e dei componenti aggiuntivi della pirolisi, la distillazione è solitamente divisa in due tipi: secca e ossidativa.
Pirolisi ossidativa
Questo tipo di pirolisi può essere definito il più rispettoso dell'ambiente e produttivo. Viene utilizzato per elaborare materiali riciclabili. La reazione avviene ad alte temperature. Ad esempio, nella pirolisi del metano, si miscela con l'ossigeno, la combustione parziale della sostanza rilascia energia, che riscalda la materia prima rimanente a una temperatura di 16.000 ºС.
La pirolisi ossidativa viene utilizzata per neutralizzare i rifiuti industriali con un alto contenuto di olio. E anche per la lavorazione di plastica, gomma e altri materiali che non si prestano alla decomposizione naturale nell'ambiente naturale.
“La pirolisi ossidativa consente di lavorare materie prime di varie consistenze. Compresi i materiali allo stato liquido e gassoso ”.
Il principio di funzionamento di una caldaia a pirolisi a combustione lunga
Le caldaie a pirolisi a combustione lunga stanno guadagnando una notevole popolarità, soprattutto in quelle aree in cui non c'è accesso al gas
Il funzionamento dell'apparecchiatura si basa sulla decomposizione del combustibile organico (legna da ardere) in condizioni di alta temperatura e mancanza di ossigeno, seguita dalla combustione dei gas di pirolisi rilasciati. Poiché il processo può essere suddiviso condizionatamente in due fasi, per il suo flusso viene utilizzato un focolare con due scomparti. Il carburante viene posto nella camera di carico, che inizia a bruciare. Il processo di combustione si trasforma dolcemente in decomposizione termica a causa della limitazione dell'accesso all'ossigeno necessario per la combustione. L'alta temperatura e la bassa concentrazione di ossigeno portano alla formazione di prodotti di decomposizione: coke e gas di pirolisi. Quest'ultimo, entrando nella seconda camera, subisce la combustione già nelle condizioni di accesso dell'aria secondaria.Viene fornito più spesso forzatamente utilizzando un ventilatore o un aspiratore di fumo. Il processo di combustione avviene a temperature superiori a 1000 ° C. Dai prodotti della combustione, il calore viene trasferito al liquido che riempie lo scambiatore di calore. I prodotti gassosi finali del processo vengono rimossi attraverso il camino. Oggi, le caldaie a pirolisi a combustione lunga sono considerate le apparecchiature di riscaldamento più efficienti ed economiche. Il complesso design a due camere della caldaia spiega il suo costo elevato. L'efficienza, che è la più alta tra le unità di riscaldamento, consente di ottenere un rapido recupero dell'investimento della caldaia.
Tipi di pirolisi a secco
La pirolisi a secco è una delle più richieste nel settore. Con il suo aiuto si ottengono carburante, vari composti chimici e si rendono innocui i materiali riciclabili. Utilizzando diversi regimi di temperatura di pirolisi, si ottengono prodotti di combustione gassosi, liquidi e solidi.
Il riscaldamento della caldaia a una temperatura massima di 5500 ºС è considerato una modalità a bassa temperatura. A tali temperature, la formazione di gas praticamente non si verifica. Il lavoro è finalizzato alla produzione di semi-coke (nell'industria vengono utilizzati attivamente come combustibile) e resine, da cui viene successivamente prodotta la gomma artificiale.
Il corso della pirolisi a temperature comprese tra 550 e 9000 ºС è considerato a bassa temperatura, ma in realtà, date le capacità tecniche, appartiene al regime di temperatura media. Il suo utilizzo è consigliabile quando è necessario produrre gas di pirolisi e sedimenti solidi. In questo caso, la materia prima può includere frazioni di origine inorganica.
Il corso della pirolisi a temperature superiori a 9000 ° C è considerato una reazione ad alta temperatura. Il funzionamento della caldaia ad una temperatura massima di 9000 ºC permette di ottenere materiali solidi (coke, carbone di legna, ecc.) Con una bassa percentuale di gas emesso.
La distillazione utilizzando condizioni di temperatura più elevate è necessaria per ottenere sostanze prevalentemente gassose. Il vantaggio pratico del regime ad alta temperatura è che i gas risultanti possono essere utilizzati come carburante.
“La pirolisi ad alta temperatura non è esigente riguardo al contenuto delle materie prime lavorate. Quando si utilizza la modalità a bassa temperatura, è necessario seguire tutti i passaggi di preparazione, inclusi l'asciugatura e la cernita. "
Pirolisi. riferimento
Tipi di pirolisi
Pirolisi ossidativa - il processo di decomposizione termica dei rifiuti industriali durante la loro combustione parziale o il contatto diretto con i prodotti della combustione dei combustibili. Questo metodo è applicabile per lo smaltimento di molti rifiuti, compresi quelli "scomodi" per l'incenerimento o la gassificazione: rifiuti viscosi e pastosi, sedimenti umidi, plastica, fanghi con un alto contenuto di ceneri, suolo contaminato da olio combustibile, oli e altri composti e rifiuti altamente polverosi.
Inoltre, i rifiuti contenenti metalli e loro sali, che fondono e prendono fuoco alle normali temperature di combustione, pneumatici di scarto, cavi frantumati, rottami di automobili, ecc., Possono subire pirolisi ossidativa.
Il metodo della pirolisi ossidativa è una direzione promettente per l'eliminazione dei rifiuti industriali solidi e delle acque reflue.
Pirolisi a secco... Questo metodo di trattamento termico dei rifiuti garantisce la loro neutralizzazione e utilizzo altamente efficienti come combustibili e materie prime chimiche, il che contribuisce alla creazione di tecnologie a basso e non spreco e all'uso razionale delle risorse naturali.
La pirolisi secca è un processo di decomposizione termica senza ossigeno. Il risultato è un gas di pirolisi con un alto potere calorifico, un prodotto liquido e un residuo carbonioso solido. A seconda della temperatura alla quale procede la pirolisi, differisce:
1. Pirolisi a bassa temperatura o semi-coking (450–550 ° C).Questo tipo di pirolisi è caratterizzato da una resa massima di residui liquidi e solidi (semi-coke) e una resa minima di gas di pirolisi con un calore massimo di combustione. Il metodo è adatto per la produzione di resina primaria, un prezioso combustibile liquido, e per la trasformazione di gomma scadente in monomeri, che sono la materia prima per la creazione secondaria di gomma. Il semi-coke può essere utilizzato come energia e combustibile domestico.
2. Pirolisi a media temperatura o il coking a media temperatura (fino a 800 ° C) produce più gas con potere calorifico inferiore e meno residui liquidi e coke.
3. Pirolisi ad alta temperatura o coking (900-1050 ° C). Qui c'è una resa minima di prodotti liquidi e solidi e una produzione massima di gas con un potere calorifico minimo - un carburante di alta qualità adatto per il trasporto a lunga distanza. Di conseguenza, la quantità di resina e il contenuto di preziose frazioni leggere in essa sono ridotti.
Il metodo della pirolisi a secco sta diventando sempre più diffuso ed è uno dei metodi più promettenti per lo smaltimento dei rifiuti organici solidi e l'isolamento di componenti preziosi da essi nell'attuale fase di sviluppo della scienza e della tecnologia.
Pirolisi di idrocarburi
Il processo di pirolisi degli idrocarburi (800 900 ° C) (gas idrocarburi, benzina di prima distillazione, gasolio atmosferico) è la principale fonte di produzione di etilene e una delle principali fonti per la produzione di propilene, divinile, benzene e un numero di altri prodotti. Il processo di pirolisi (cracking) delle materie prime di petrolio e gas fu brevettato nel 1877 da un ingegnere russo, il chimico Alexander Aleksandrovich Letniy.
Pirolisi del legno
Durante la pirolisi del legno (450-500 ° C) si formano numerose sostanze, come: carbone di legna, alcool metilico, acido acetico, acetone, resina, ecc. La Russia è uno dei paesi più ricchi di foreste. Pertanto, le migliori scuole di pirolisi del legno del mondo sono state formate e gestite in Russia. Il loro contributo ha ricevuto riconoscimenti in tutto il mondo.
Rifiuti e pirolisi dei rifiuti
Sono in corso progetti per la distruzione dei rifiuti domestici mediante pirolisi. Le difficoltà con l'organizzazione della pirolisi di pneumatici, plastica e altri rifiuti organici non sono associate alla tecnologia della pirolisi stessa, che non differisce dalla tecnologia del trattamento termico di altri materiali solidi.
Il problema è che la maggior parte dei rifiuti contiene fosforo, cloro e zolfo. Lo zolfo e il fosforo in forma ossidata sono volatili e danneggiano l'ambiente. Il cloro reagisce attivamente con i prodotti di pirolisi organica con la formazione di composti tossici persistenti (ad esempio, diossine).
Catturare questi composti dal fumo non è economico e ha le sue complessità. Il problema del riciclaggio di pneumatici per automobili usurati e prodotti in gomma fuori servizio è di grande importanza ecologica ed economica per tutti i paesi sviluppati del mondo. E l'insostituibilità delle materie prime del petrolio naturale impone la necessità di utilizzare risorse secondarie con la massima efficienza.
Pneumatici e polimeri sono materie prime preziose, come risultato della loro lavorazione mediante pirolisi a bassa temperatura (fino a 500 ° C), si ottengono frazioni di idrocarburi liquidi (olio sintetico), residuo di carbonio (nerofumo), corda d'acciaio e gas combustibile. Allo stesso tempo, se 1 tonnellata di pneumatici viene bruciata, verranno rilasciati nell'atmosfera 270 kg di fuliggine e 450 kg di gas tossici.
Vantaggi degli impianti di pirolisi:
1. Si ottiene un utilizzo pressoché completo delle risorse materiali ed energetiche dei rifiuti solidi e l'autonomia energetica dell'intero ciclo tecnologico.
2. Poiché la decomposizione termica avviene senza accesso all'aria, non ci sono condizioni per la formazione di composti tossici come diossina, furano, benzopirene, ecc.
3.Il circuito chiuso, la compattezza delle attrezzature e il rispetto dell'ambiente determinano la possibilità di collocare un'impresa del genere entro i confini di qualsiasi città.
4. Considerando che la componente minerale dei RSU - scorie ecocompatibili dopo il trattamento termico - può essere utilizzata per lavori stradali, questa tecnologia può essere classificata come completamente non rifiuto.
5. Questi impianti consentono di trarre profitto dalla vendita di prodotti manifatturieri (vapore, elettricità), a differenza degli impianti di produzione che operano oggi, dove i costi operativi superano notevolmente i proventi delle vendite e la redditività delle imprese si basa sui pagamenti da la popolazione per il trattamento dei rifiuti.
Per gli impianti di pirolisi, non è necessario costruire strutture capitali e alte ciminiere. Le unità possono essere montate sotto una tettoia o in hangar leggeri su una base di cemento.
Il materiale è stato preparato sulla base delle informazioni di RIA Novosti e di fonti aperte
Pirolisi dei rifiuti solidi
Il trattamento dei rifiuti rispettoso dell'ambiente è una delle aree chiave dell'uso della pirolisi. Queste unità possono ridurre in modo significativo l'impatto negativo del fattore antropogenico sull'ambiente.
Nel processo di pirolisi le sostanze bioattive si decompongono, i metalli pesanti non vengono fusi. Dopo la decomposizione termica nelle caldaie a pirolisi, non ci sono praticamente rifiuti non reclamati, il che consente di ridurre significativamente l'area per il loro ulteriore stoccaggio.
Quindi, ad esempio, bruciando 1 tonnellata di pneumatici, inquiniamo l'atmosfera con 300 kg di fuliggine. Inoltre, circa 500 kg di sostanze tossiche vengono rilasciati nell'aria. Il riciclaggio dello stesso materiale negli impianti di pirolisi consente di utilizzare la gomma a fini energetici, ottenendo materiali riciclabili per ulteriori produzioni e riduce notevolmente le emissioni nocive.
È possibile ridurre l'effetto nocivo sull'ambiente grazie a un sistema di lavorazione a più stadi. Nel processo di pirolisi, i rifiuti passano attraverso quattro fasi di smaltimento:
- asciugatura iniziale;
- cracking;
- postcombustione dei resti della lavorazione nell'atmosfera;
- purificazione delle sostanze gassose ottenute in speciali assorbitori.
Gli impianti di pirolisi consentono di trattare i rifiuti:
- imprese di lavorazione del legno;
- industria farmaceutica;
- Industria di macchine;
- ingegnere elettrico.
Il metodo di pirolisi gestisce con successo polimeri, scarichi fognari e rifiuti domestici. Nega l'impatto sulla natura dei prodotti petroliferi. Ottimo per lo smaltimento dei rifiuti organici.
L'unico svantaggio delle unità di pirolisi si trova nella lavorazione di materie prime contenenti cloro, zolfo, fosforo e altri prodotti chimici tossici. I prodotti di emivita di questi elementi sotto l'influenza della temperatura possono combinarsi con altre sostanze e formare leghe tossiche.
L'essenza della caldaia a pirolisi
Tale caldaia a pirolisi è anche chiamata generatore di gas. L'essenza del lavoro nella combustione del combustibile per pirolisi: sotto l'influenza di alte temperature e in condizioni di mancanza di ossigeno, il combustibile solido (lignite, bricchette di legno di carbone) si decompone in particelle volatili. Si scopre il cosiddetto gas di pirolisi. Indicatori di temperatura per apparecchiature di riscaldamento 200-800 gradi. Questa reazione chimica contribuisce a un migliore riscaldamento e asciugatura del combustibile nella caldaia, viene eseguito il riscaldamento, che va nella direzione della combustione dell'aria.
Figura. 2
L'alta temperatura favorisce la miscelazione dell'ossigeno con il gas di pirolisi emesso. Di conseguenza, il gas brucia. L'energia termica è generata dal gas che brucia. Va notato che il gas di pirolisi interagisce anche con il carbone attivo durante la sua combustione. Pertanto, uscendo dalla caldaia, i fumi non hanno praticamente componenti dannosi. Piuttosto, sono una miscela di anidride carbonica e vapore acqueo. La CO2 risultante viene rilasciata nell'ambiente in tre volte meno rispetto a dopo il funzionamento delle emissioni convenzionali da caldaie a carbone o legna.Queste unità sono considerate rispettose dell'ambiente, non inquinano l'ambiente.
Le unità di questo tipo funzionano con carbone e legna da ardere. Se si utilizza combustibile grezzo di scarsa qualità, il riscaldatore perderà la sua potenza fino al 50%. Tale combustibile brucia male, fuma, si riscalda poco e accorcia la vita della caldaia e del camino.
Vantaggi delle unità di pirolisi:
- la potenza è regolata dal 30% al 100%;
- il processo di pulizia e manutenzione è semplice;
- basso consumo di carburante;
- rifornimento di carburante al giorno una sola volta;
- una grande quantità di carburante brucia insieme contemporaneamente;
- l'uso di combustibile grezzo da parte di una caldaia a carbone, il cui contenuto di umidità non è superiore al 20%.
Svantaggi:
- costoso dispositivo di riscaldamento;
- bisogno di elettricità.
Ogni tipo di carburante brucia in modo diverso. Per quanto riguarda il combustibile a carbone, il combustibile marrone brucia in 8 ore e il combustibile nero - in 10 ore. Con le caldaie a pirolisi, il risparmio è possibile, anche tenendo conto di svantaggi come la necessità di elettricità, non a basso costo. L'elettricità è necessaria per alimentare la ventola, ma necessita solo di 85 watt per funzionare (proprio come una normale lampadina). Se questo è un problema, il generatore diesel se ne occuperà.
Pirolisi del legno
Questa procedura è anche chiamata cracking del legno e ha avuto origine in Russia. Il prototipo dell'unità moderna è stato inventato dai nostri carbonai in tempi immemorabili. Per ottenere carbone senza accesso all'aria, hanno acceso il legno sotto uno strato di terra.
Oggi questo processo è molto più perfetto e si svolge in più fasi. Il cracking inizia quando viene riscaldato a 2000 ºС. In questa fase viene rilasciata una grande quantità di monossido di carbonio. Se continui a bruciarlo nell'atmosfera, sarai in grado di ottenere un'enorme quantità di energia.
Quindi la caldaia viene riscaldata fino a 5000 ºС. In questo regime di temperatura si ottengono metanolo, resine, acetone e acido acetico. Produce anche carbonio duro, meglio conosciuto come carbone.
Caratteristiche della pirolisi del legno
Tale pirolisi è una procedura per bruciare il legno senza la presenza di aria, eseguita ad una temperatura di circa 5000 gradi. L'acido acetico, l'acetone, il metanolo e anche la resina sono prodotti preziosi ottenuti nel corso di tale interazione. La particolarità di questa reazione chimica è che il carbone può essere utilizzato come ottimo combustibile per accelerare molte interazioni chimiche.
Tale pirolisi è un processo che inizia a verificarsi a duecento gradi Celsius, accompagnato da una reazione con il rilascio di una miscela di ossidi di carbonio. Con la successiva combustione di prodotti in un'atmosfera di ossigeno atmosferico, si osserva un aumento del potere calorifico totale.
La pirolisi del legno è una sezione separata della chimica che merita una considerazione e uno studio dettagliati.
