Revisão do desenvolvimento e aplicação de tecnologia de pirólise para processamento de resíduos

Descrição do processo

A necessidade de equipamentos ecologicamente corretos para o processamento de resíduos químicos surge em nossa sociedade há muito tempo. As primeiras caldeiras de pirólise começaram a funcionar no final do século XIX. E a criação de unidades de pirólise modernas resolveu vários problemas de uma vez:

• componente ecológico;
• a capacidade de acumular os resultados da combustão;
• benefício económico.

No entanto, o aspecto econômico do uso da pirólise é projetado para o futuro. A pirólise é um prazer caro. Requer equipamento adequado e pessoal especialmente treinado.

Mas em operação, as usinas de pirólise são praticamente autônomas. As unidades requerem eletricidade apenas para arrancar, o prosseguimento do funcionamento da caldeira é efectuado à custa dos recursos produzidos durante o processo de combustão. Ao mesmo tempo, o excedente de energia e vapor gerados pode ser utilizado para fins domésticos, redirecionando-os para redes de utilidades.

Na Rússia, a pirólise está apenas começando a ganhar popularidade, enquanto na Europa nenhuma grande empresa pode viver sem unidades de pirólise. Existem algumas razões para tal demanda por pirólise:

• uma forma livre de resíduos de processamento de resíduos e todos os tipos de poluição industrial;
• o nível de eficiência da pirólise é de 90%;
• a possibilidade de obtenção de novos compostos, materiais recicláveis;
• a criação de recursos insubstituíveis como o óleo sintético;
• obtenção de hidrocarbonetos, ácidos orgânicos e outros elementos químicos;
• fonte de fornecimento de calor para as empresas.

Com base na escolha das matérias-primas para processamento, a reação de pirólise pode ocorrer em diferentes condições de temperatura. O resultado final também será diferente na composição dos elementos químicos.

Dependendo da temperatura de aquecimento do forno e dos componentes adicionais da pirólise, a destilação é geralmente dividida em dois tipos: seca e oxidativa.

Pirólise oxidativa

Esse tipo de pirólise pode ser considerado o mais ecologicamente correto e produtivo. É usado para processar materiais recicláveis. A reação ocorre em altas temperaturas. Por exemplo, na pirólise do metano, que se mistura com o oxigênio, a combustão parcial da substância libera energia, que aquece o restante da matéria-prima a uma temperatura de 16.000 ºС.

A pirólise oxidativa é utilizada para neutralizar resíduos industriais com alto teor de óleo. E também para o processamento de plástico, borracha e outros materiais que não se prestam à decomposição natural no ambiente natural.

“A pirólise oxidativa permite processar matérias-primas de várias consistências. Incluindo materiais no estado líquido e gasoso ”.

O princípio de operação de uma caldeira de pirólise de longa queima

As caldeiras de pirólise de longa duração estão ganhando popularidade considerável, especialmente nas áreas onde não há acesso a gás

O funcionamento do equipamento baseia-se na decomposição do combustível orgânico (lenha) em condições de alta temperatura e falta de oxigênio, seguida da combustão dos gases de pirólise liberados. Como o processo pode ser dividido condicionalmente em dois estágios, uma fornalha com dois compartimentos é usada para seu fluxo. O combustível é colocado na câmara de carregamento e começa a queimar. O processo de combustão se transforma suavemente em decomposição térmica devido à restrição do acesso de oxigênio necessário para a combustão. A alta temperatura e a baixa concentração de oxigênio levam à formação de produtos de decomposição: coque e gás de pirólise. Este último, entrando na segunda câmara, sofre combustão já nas condições de acesso de ar secundário.É fornecido mais frequentemente à força por meio de um ventilador ou exaustor de fumaça. O processo de combustão ocorre em temperaturas acima de 1000 ° C. Dos produtos da combustão, o calor é transferido para o líquido que preenche o trocador de calor. Os produtos gasosos finais do processo são removidos pela chaminé. Hoje, as caldeiras de pirólise de longa queima são consideradas o equipamento de aquecimento mais eficiente e econômico. O projeto complexo de duas câmaras da caldeira explica seu alto custo. A eficiência, que é a mais alta entre as unidades de aquecimento, permite obter um retorno rápido da caldeira.

Tipos de pirólise seca

A pirólise a seco é uma das mais demandadas do setor. Com sua ajuda, o combustível, vários compostos químicos são obtidos e os materiais recicláveis ​​tornam-se inofensivos. Usando diferentes regimes de temperatura de pirólise, produtos de combustão gasosa, líquida e sólida são obtidos.

Aquecer a caldeira a uma temperatura máxima de 5500 ºС é considerado um modo de baixa temperatura. Nessas temperaturas, a formação de gases praticamente não ocorre. O trabalho visa a produção de semicoques (na indústria são ativamente usados ​​como combustível) e resinas, a partir das quais a borracha artificial é posteriormente produzida.

O curso da pirólise nas temperaturas de 550 a 9000 ºС é considerado de baixa temperatura, mas na verdade, dadas as capacidades técnicas, pertence ao regime de temperatura média. Seu uso é aconselhável quando é necessário produzir gás de pirólise e sedimentos sólidos. Neste caso, a matéria-prima pode incluir frações de origem inorgânica.

O curso da pirólise em temperaturas acima de 9000 ° C é considerado uma reação de alta temperatura. O funcionamento da caldeira a uma temperatura máxima de 9000 ºC permite obter materiais sólidos (coque, carvão, etc.) com uma baixa proporção de gás emitido.

A destilação em condições de temperatura mais alta é necessária para obter substâncias predominantemente gasosas. O benefício prático do regime de alta temperatura é que os gases produzidos podem ser usados ​​como combustível.

“A pirólise de alta temperatura não é exigente quanto ao conteúdo das matérias-primas processadas. Ao usar o modo de baixa temperatura, todas as etapas de preparação devem ser seguidas, incluindo a secagem e classificação. "

Pirólise. referência

Tipos de pirólise

Pirólise oxidativa - o processo de decomposição térmica de resíduos industriais durante sua combustão parcial ou em contato direto com os produtos da combustão de combustíveis. Este método é aplicável para o descarte de muitos resíduos, incluindo aqueles "inconvenientes" para incineração ou gaseificação: resíduos viscosos, pastosos, sedimentos úmidos, plásticos, lodo com alto teor de cinzas, solo contaminado com óleo combustível, óleos e outros compostos, e resíduos altamente empoeirados.

Além disso, resíduos contendo metais e seus sais, que derretem e incendiam em temperaturas normais de combustão, resíduos de pneus, cabos triturados, sucata de automóveis, etc., podem sofrer pirólise oxidativa.

O método de pirólise oxidativa é uma direção promissora para a eliminação de resíduos sólidos industriais e águas residuais.

Pirólise seca... Este método de tratamento térmico de resíduos garante a sua neutralização altamente eficiente e utilização como combustível e matérias-primas químicas, o que contribui para a criação de tecnologias de baixo desperdício e não desperdício e para a utilização racional dos recursos naturais.

A pirólise seca é um processo de decomposição térmica sem oxigênio. O resultado é um gás de pirólise com alto poder calorífico, um produto líquido e um resíduo carbonáceo sólido. Dependendo da temperatura em que a pirólise prossegue, ela difere:

1. Pirólise de baixa temperatura ou semicoque (450–550 ° C).Este tipo de pirólise é caracterizado por um rendimento máximo de resíduos líquidos e sólidos (semicoque) e um rendimento mínimo de gás de pirólise com um calor máximo de combustão. O método é adequado para a produção de resina primária - um combustível líquido valioso, e para o processamento de borracha abaixo do padrão em monômeros, que são a matéria-prima para a criação secundária da borracha. O semicoque pode ser usado como energia e combustível doméstico.

2. Pirólise de temperatura média ou coque de média temperatura (até 800 ° C) rende mais gás com menor valor calorífico e menos resíduo líquido e coque.

3. Pirólise de alta temperatura ou coque (900–1050 ° C). Aqui, há um rendimento mínimo de produtos líquidos e sólidos e uma produção máxima de gás com um valor calorífico mínimo - um combustível de alta qualidade adequado para transporte de longa distância. Como resultado, a quantidade de resina e o conteúdo de valiosas frações de luz nela são reduzidos.

O método de pirólise a seco está se tornando cada vez mais difundido e é um dos métodos mais promissores para o descarte de resíduos orgânicos sólidos e o isolamento de componentes valiosos deles no estágio atual do desenvolvimento da ciência e da tecnologia.

Pirólise de hidrocarbonetos

O processo de pirólise de hidrocarbonetos (800 900 ° C) (hidrocarbonetos gasosos, gasolina de destilação direta, gasóleo atmosférico) é a principal fonte de produção de etileno e uma das principais fontes de produção de propileno, divinil, benzeno e vários de outros produtos. O processo de pirólise (craqueamento) de matérias-primas de petróleo e gás foi patenteado em 1877 por um engenheiro russo, o químico Alexander Aleksandrovich Letniy.

Pirólise de madeira

Durante a pirólise da madeira (450-500 ° C), várias substâncias são formadas, tais como: carvão, álcool metílico, ácido acético, acetona, resina, etc. A Rússia é um dos países mais ricos em florestas. Portanto, as melhores escolas de pirólise de madeira do mundo foram formadas e operadas na Rússia. Sua contribuição recebeu reconhecimento mundial.

Resíduos e pirólise de resíduos

Existem projetos de destruição de resíduos domésticos por pirólise. As dificuldades com a organização da pirólise de pneus, plásticos e outros resíduos orgânicos não estão associadas à tecnologia da pirólise em si, que não difere da tecnologia de processamento térmico de outros materiais sólidos.

O problema é que a maioria dos resíduos contém fósforo, cloro e enxofre. O enxofre e o fósforo na forma oxidada são voláteis e prejudicam o meio ambiente. O cloro reage ativamente com os produtos orgânicos da pirólise com a formação de compostos tóxicos persistentes (por exemplo, dioxinas).

Capturar esses compostos da fumaça não é barato e tem suas próprias complexidades. O problema da reciclagem de pneus usados ​​de automóveis e produtos de borracha fora de serviço é de grande importância ecológica e econômica para todos os países desenvolvidos do mundo. E a insubstituibilidade das matérias-primas naturais do petróleo dita a necessidade de usar recursos secundários com a máxima eficiência.

Pneus e polímeros são matérias-primas valiosas, como resultado de seu processamento por pirólise de baixa temperatura (até 500 ° C), são obtidas frações de hidrocarbonetos líquidos (óleo sintético), resíduo de carbono (negro de carbono), cordão de aço e gás combustível. Ao mesmo tempo, se 1 tonelada de pneus for queimada, 270 kg de fuligem e 450 kg de gases tóxicos serão lançados na atmosfera.

Vantagens das plantas de pirólise:

1. Consegue-se o aproveitamento praticamente completo dos recursos materiais e energéticos dos resíduos sólidos e a autonomia energética de todo o ciclo tecnológico.

2. Como a decomposição térmica ocorre sem acesso ao ar, não há condições para a formação de compostos tóxicos como dioxina, furano, benzopireno, etc.

3O circuito fechado, a compactação dos equipamentos e o respeito pelo meio ambiente determinam a possibilidade de colocar tal empreendimento dentro dos limites de qualquer cidade.

4. Considerando que o componente mineral do RSU - escória ecologicamente limpa após tratamento térmico - pode ser utilizado em obras rodoviárias, essa tecnologia pode ser classificada como totalmente isenta de resíduos.

5. Estas instalações permitem lucrar com a venda de produtos manufaturados (vapor, eletricidade), ao contrário das instalações de produção que operam hoje, onde os custos operacionais excedem significativamente as receitas das vendas, e a rentabilidade das empresas é baseada nos pagamentos de população para o processamento de resíduos.

Para plantas de pirólise, não há necessidade de construir estruturas de capital e chaminés altas. As unidades podem ser montadas sob uma cobertura ou em hangares leves sobre uma base de concreto.

O material foi preparado com base em informações da RIA Novosti e de fontes abertas

Pirólise de resíduos sólidos

O processamento de resíduos ecologicamente correto é uma das principais áreas de uso da pirólise. Essas unidades podem reduzir significativamente o impacto negativo do fator antrópico no meio ambiente.

No processo de pirólise, as substâncias bioativas se decompõem, os metais pesados ​​não são fundidos. Após a decomposição térmica em caldeiras de pirólise, praticamente não há resíduos não reclamados, o que permite reduzir significativamente a área para posterior armazenamento.

Então, por exemplo, queimando 1 tonelada de pneus, poluímos a atmosfera com 300 kg de fuligem. Além disso, cerca de 500 kg de substâncias tóxicas são liberados no ar. A reciclagem do mesmo material em plantas de pirólise permite o uso de borracha para fins energéticos, obtendo materiais recicláveis ​​para posterior produção e reduzindo significativamente as emissões nocivas.

É possível reduzir o efeito nocivo no meio ambiente graças a um sistema de processamento em várias etapas. No processo de pirólise, os resíduos passam por quatro etapas de disposição:

• secagem inicial;
• rachaduras;
• pós-queima dos restos de processamento na atmosfera;
• purificação das substâncias gasosas obtidas em absorventes especiais.

As plantas de pirólise permitem processar resíduos:

• empresas de processamento de madeira;
• indústria farmacêutica;
• Indústria automobilística;
• Engenharia elétrica.

O método de pirólise lida com sucesso com polímeros, resíduos de esgoto e resíduos domésticos. Nega o impacto sobre a natureza dos produtos petrolíferos. Ótimo para eliminação de resíduos orgânicos.

A única desvantagem das unidades de pirólise é encontrada no processamento de matérias-primas contendo cloro, enxofre, fósforo e outros produtos químicos tóxicos. Os produtos de meia-vida desses elementos sob a influência da temperatura podem se combinar com outras substâncias e formar ligas tóxicas.

A essência da caldeira de pirólise

Essa caldeira de pirólise também é chamada de gerador de gás. A essência do trabalho na combustão de combustível de pirólise: sob a influência de altas temperaturas e em condições de falta de oxigênio, o combustível sólido (carvão marrom, briquetes de madeira de carvão) se decompõe em partículas voláteis. Acontece o chamado gás de pirólise. Indicadores de temperatura para aquecimento de equipamentos de 200-800 graus. Essa reação química contribui para um melhor aquecimento e secagem do combustível na caldeira, é realizado o aquecimento, que vai na direção da combustão do ar.

FIG. 2
A alta temperatura promove a mistura de oxigênio com o gás de pirólise emitido. Como resultado, o gás queima. A energia térmica é gerada a partir da queima do gás. Deve-se notar que o gás de pirólise também interage com o carbono ativo durante sua combustão. Portanto, saindo da caldeira, os gases de combustão praticamente não possuem componentes nocivos. Em vez disso, eles são uma mistura de dióxido de carbono e vapor de água. O CO2 resultante é liberado no meio ambiente em três vezes menos do que após a operação de emissões convencionais de caldeiras a carvão ou madeira.Estas unidades são consideradas ecologicamente corretas, não poluem o meio ambiente.

Unidades desse tipo operam com carvão e lenha. Se você usar combustível bruto de baixa qualidade, o aquecedor perderá sua potência em até 50%. Esse combustível queima mal, fumega, esquenta pouco e encurta a vida útil da caldeira e da chaminé.

Vantagens das unidades de pirólise:

• a potência é regulada de 30% a 100%;
• o processo de limpeza e manutenção é simples;
• baixo consumo de combustível;
• abastecimento de combustível por dia apenas uma vez;
• uma grande quantidade de combustível é queimada ao mesmo tempo;
• o uso de combustível bruto por uma caldeira de carvão, cujo teor de umidade não é superior a 20%.

Desvantagens:

• dispositivo de aquecimento caro;
• precisa de eletricidade.

Cada tipo de combustível queima de maneira diferente. Quanto ao combustível de carvão, o combustível marrom queima em 8 horas e o combustível preto - em 10 horas. Com as caldeiras de pirólise, a economia é possível, mesmo levando em consideração desvantagens como a necessidade de energia elétrica, e não o baixo custo. A eletricidade é necessária para alimentar o ventilador, mas ela só precisa de 85 watts para funcionar (como uma lâmpada normal). Se isso for um problema, o gerador a diesel resolverá.

Pirólise de madeira

Esse procedimento também é chamado de craqueamento da madeira e se originou na Rússia. O protótipo da unidade moderna foi inventado por nossos carvoeiros em tempos imemoriais. Para obter carvão sem acesso ao ar, eles acenderam madeira sob uma camada de terra.

Hoje esse processo é muito mais perfeito e ocorre em várias etapas. A rachadura começa quando aquecido a 2.000 ºС. Nesse estágio, uma grande quantidade de monóxido de carbono é liberada. Se você continuar a queimá-lo na atmosfera, poderá obter uma enorme quantidade de energia.

Em seguida, a caldeira é aquecida até 5000 ºС. Neste regime de temperatura, obtêm-se metanol, resinas, acetona e ácido acético. Também produz carbono duro, mais conhecido como carvão.

Características da pirólise da madeira

Essa pirólise é um procedimento de queima de madeira sem a presença de ar, realizado a uma temperatura de cerca de 5000 graus. O ácido acético, a acetona, o metanol e também a resina são produtos valiosos obtidos no decorrer dessa interação. A peculiaridade dessa reação química é que o carvão vegetal pode ser usado como excelente combustível para acelerar muitas interações químicas.

Essa pirólise é um processo que começa a ocorrer a duzentos graus Celsius, acompanhado de uma reação com a liberação de uma mistura de óxidos de carbono. Com a subsequente combustão dos produtos em uma atmosfera de oxigênio atmosférico, observa-se um aumento no valor calorífico total.

A pirólise da madeira é uma seção separada na química que merece consideração e estudo detalhados.