Miêu tả quá trình
Nhu cầu về thiết bị thân thiện với môi trường để xử lý chất thải hóa học đã nảy sinh trong xã hội chúng ta từ lâu. Các lò hơi nhiệt phân đầu tiên bắt đầu chạy vào cuối thế kỷ XIX. Và việc tạo ra các đơn vị nhiệt phân hiện đại đã giải quyết một số vấn đề cùng một lúc:
- thành phần sinh thái;
- khả năng tích lũy các kết quả của quá trình đốt cháy;
- lợi ích kinh tế.
Tuy nhiên, khía cạnh kinh tế của việc sử dụng nhiệt phân được thiết kế cho tương lai. Nhiệt phân là một thú vui khá tốn kém. Nó yêu cầu thiết bị thích hợp và nhân viên được đào tạo đặc biệt.
Nhưng khi vận hành, các nhà máy nhiệt phân trên thực tế là tự chủ. Các thiết bị chỉ yêu cầu điện để khởi động, hoạt động tiếp theo của lò hơi được thực hiện với chi phí của các nguồn lực được tạo ra trong quá trình đốt cháy. Đồng thời, lượng năng lượng dư thừa và hơi nước được tạo ra có thể được sử dụng cho các mục đích sinh hoạt, chuyển hướng chúng đến các mạng lưới tiện ích.
Ở Nga, quá trình nhiệt phân mới bắt đầu phổ biến, trong khi ở châu Âu, không một doanh nghiệp lớn nào có thể làm được mà không có các thiết bị nhiệt phân. Có khá nhiều lý do cho nhu cầu nhiệt phân như vậy:
- một cách xử lý không lãng phí chất thải và tất cả các loại ô nhiễm công nghiệp;
- mức độ hiệu suất của quá trình nhiệt phân là 90%;
- khả năng thu được các hợp chất mới, vật liệu có thể tái chế;
- việc tạo ra các nguồn tài nguyên không thể thay thế như dầu tổng hợp;
- thu được hydrocacbon, axit hữu cơ và các nguyên tố hóa học khác;
- nguồn cung cấp nhiệt cho xí nghiệp.
Dựa vào việc lựa chọn nguyên liệu để chế biến, phản ứng nhiệt phân có thể tiến hành ở các điều kiện nhiệt độ khác nhau. Kết quả cuối cùng cũng sẽ khác nhau về thành phần của các nguyên tố hóa học.
Tùy thuộc vào nhiệt độ đốt nóng của lò và các thành phần bổ sung của quá trình nhiệt phân, chưng cất thường được chia thành hai loại: khô và oxy hóa.
Nhiệt phân oxy hóa
Đây là loại nhiệt phân có thể được gọi là thân thiện với môi trường và năng suất cao nhất. Nó được sử dụng để xử lý các vật liệu có thể tái chế. Phản ứng xảy ra ở nhiệt độ cao. Ví dụ, trong quá trình nhiệt phân metan, nó trộn với oxy, quá trình đốt cháy một phần của chất sẽ giải phóng năng lượng, làm nóng nguyên liệu thô còn lại đến nhiệt độ 16.000 ºС.
Nhiệt phân oxy hóa được sử dụng để trung hòa chất thải công nghiệp có hàm lượng dầu cao. Và cũng để chế biến nhựa, cao su và các vật liệu khác không tự phân hủy trong môi trường tự nhiên.
“Quá trình nhiệt phân oxy hóa làm cho nó có thể xử lý các nguyên liệu thô có độ nhất quán khác nhau. Kể cả vật chất ở trạng thái lỏng và khí ”.
Nguyên lý hoạt động của lò hơi nhiệt phân đốt dài
Lò hơi nhiệt phân đốt lâu ngày đang trở nên phổ biến đáng kể, và đặc biệt là ở những khu vực không có khí đốt
Hoạt động của thiết bị dựa trên sự phân hủy nhiên liệu hữu cơ (củi) trong điều kiện nhiệt độ cao và thiếu oxy, sau đó là đốt cháy các khí nhiệt phân giải phóng ra. Vì quy trình có thể được chia thành hai giai đoạn theo điều kiện, nên một hộp cứu hỏa có hai ngăn được sử dụng cho dòng chảy của nó. Nhiên liệu được đưa vào buồng nạp, bắt đầu cháy. Quá trình đốt cháy chuyển thành phân hủy nhiệt do hạn chế sự tiếp cận của oxy cần thiết cho quá trình cháy. Nhiệt độ cao và nồng độ oxy thấp dẫn đến sự hình thành các sản phẩm phân hủy: than cốc và khí nhiệt phân. Sau đó, đi vào buồng thứ hai, trải qua quá trình đốt cháy trong điều kiện tiếp cận của không khí thứ cấp.Nó được cung cấp thường xuyên hơn nhờ quạt thổi hoặc quạt hút khói. Quá trình cháy diễn ra ở nhiệt độ trên 1000 ° C. Từ các sản phẩm cháy, nhiệt được truyền sang chất lỏng làm đầy thiết bị trao đổi nhiệt. Các sản phẩm khí cuối cùng của quá trình được loại bỏ qua ống khói. Ngày nay, nồi hơi nhiệt phân đốt dài được coi là thiết bị gia nhiệt hiệu quả và kinh tế nhất. Thiết kế hai buồng phức tạp của lò hơi giải thích cho chi phí cao của nó. Hiệu suất, cao nhất trong số các thiết bị sưởi ấm, cho phép bạn hoàn vốn nhanh cho lò hơi.
Các loại nhiệt phân khô
Nhiệt phân khô là một trong những nhu cầu cao nhất trong ngành công nghiệp. Với sự trợ giúp của nó, nhiên liệu, các hợp chất hóa học khác nhau được thu được và các vật liệu có thể tái chế trở nên vô hại. Sử dụng các chế độ nhiệt độ khác nhau của quá trình nhiệt phân thì thu được các sản phẩm cháy ở thể khí, lỏng và rắn.
Làm nóng lò hơi đến nhiệt độ tối đa 5500 ºС được coi là chế độ nhiệt độ thấp. Ở nhiệt độ như vậy, sự hình thành khí thực tế không xảy ra. Công việc này nhằm mục đích sản xuất bán cốc (trong công nghiệp, chúng được sử dụng tích cực làm nhiên liệu) và nhựa, từ đó cao su nhân tạo sau đó được sản xuất.
Quá trình nhiệt phân ở nhiệt độ từ 550 đến 9000 ºС được coi là nhiệt độ thấp, nhưng trên thực tế, với khả năng kỹ thuật, nó thuộc về chế độ nhiệt độ trung bình. Khuyến khích sử dụng nó khi cần tạo ra khí nhiệt phân và cặn rắn. Trong trường hợp này, nguyên liệu có thể bao gồm các phần nhỏ có nguồn gốc vô cơ.
Quá trình nhiệt phân ở nhiệt độ trên 9000 ° C được coi là một phản ứng ở nhiệt độ cao. Hoạt động của lò hơi ở nhiệt độ tối đa 9000 ºC cho phép thu được nguyên liệu rắn (than cốc, than củi, v.v.) với tỷ lệ khí thải ra thấp.
Chưng cất ở điều kiện nhiệt độ cao hơn là cần thiết để thu được các chất chủ yếu ở thể khí. Lợi ích thiết thực của chế độ nhiệt độ cao là các khí tạo thành có thể được sử dụng làm nhiên liệu.
“Nhiệt phân ở nhiệt độ cao không kén chọn hàm lượng nguyên liệu chế biến. Khi sử dụng chế độ nhiệt độ thấp, tất cả các bước chuẩn bị phải được tuân thủ, bao gồm cả làm khô và phân loại. "
Nhiệt phân. tài liệu tham khảo
Các loại nhiệt phân
Nhiệt phân oxy hóa - quá trình phân hủy nhiệt chất thải công nghiệp trong quá trình đốt cháy một phần hoặc tiếp xúc trực tiếp với các sản phẩm của quá trình đốt cháy nhiên liệu. Phương pháp này có thể áp dụng để xử lý nhiều chất thải, kể cả những chất thải "không thuận tiện" cho quá trình đốt hoặc khí hóa: chất thải nhớt, nhão, trầm tích ướt, nhựa, bùn có hàm lượng tro cao, đất bị nhiễm dầu nhiên liệu, dầu và các hợp chất khác, và chất thải có nhiều bụi.
Ngoài ra, chất thải có chứa kim loại và muối của chúng, nóng chảy và bốc cháy ở nhiệt độ cháy bình thường, lốp xe phế thải, dây cáp nghiền nát, phế liệu xe hơi, v.v., có thể trải qua quá trình nhiệt phân oxy hóa.
Phương pháp nhiệt phân oxy hóa là một hướng đi đầy hứa hẹn cho việc loại bỏ chất thải rắn công nghiệp và nước thải.
Nhiệt phân khô... Phương pháp xử lý nhiệt chất thải này đảm bảo sự trung hòa và sử dụng hiệu quả cao làm nguyên liệu nhiên liệu và hóa chất, góp phần tạo ra các công nghệ ít chất thải và không chất thải cũng như sử dụng hợp lý các nguồn tài nguyên thiên nhiên.
Nhiệt phân khô là một quá trình phân hủy nhiệt mà không cần oxy. Kết quả là khí bị nhiệt phân có nhiệt trị cao, sản phẩm lỏng và cặn rắn cacbon. Tùy thuộc vào nhiệt độ mà quá trình nhiệt phân diễn ra, nó khác nhau:
1. Nhiệt phân nhiệt độ thấp hoặc bán cốc (450–550 ° C).Loại nhiệt phân này được đặc trưng bởi năng suất tối đa của cặn lỏng và rắn (bán than cốc) và năng suất tối thiểu của khí nhiệt phân với nhiệt lượng đốt cháy lớn nhất. Phương pháp này phù hợp để sản xuất nhựa nguyên sinh - một loại nhiên liệu lỏng có giá trị và để chế biến cao su không đạt tiêu chuẩn thành các monome, là nguyên liệu thô để tạo ra cao su thứ cấp. Bán than cốc có thể được sử dụng làm năng lượng và nhiên liệu gia dụng.
2. Nhiệt phân nhiệt độ trung bình hoặc luyện cốc ở nhiệt độ trung bình (lên đến 800 ° C) tạo ra nhiều khí hơn với nhiệt trị thấp hơn và ít cặn lỏng và than cốc hơn.
3. Nhiệt phân nhiệt độ cao hoặc luyện cốc (900–1050 ° C). Ở đây, có sản lượng tối thiểu của các sản phẩm lỏng và rắn và sản xuất khí tối đa với nhiệt trị tối thiểu - nhiên liệu chất lượng cao thích hợp cho vận chuyển đường dài. Kết quả là lượng nhựa và hàm lượng các phần ánh sáng có giá trị trong đó bị giảm đi.
Phương pháp nhiệt phân khô ngày càng trở nên phổ biến và là một trong những phương pháp có triển vọng nhất để xử lý chất thải hữu cơ rắn và phân lập các thành phần có giá trị từ chúng trong giai đoạn phát triển của khoa học công nghệ hiện nay.
Nhiệt phân hiđrocacbon
Quá trình nhiệt phân hydrocacbon (800 900 ° C) (hydrocacbon khí, xăng chạy thẳng, dầu khí trong khí quyển) là nguồn chính sản xuất etylen và là một trong những nguồn chính để sản xuất propylen, divinyl, benzen và một số của các sản phẩm khác. Quá trình nhiệt phân (crackinh) nguyên liệu thô dầu khí được cấp bằng sáng chế vào năm 1877 bởi một kỹ sư hóa học người Nga, Alexander Aleksandrovich Letniy.
Nhiệt phân gỗ
Trong quá trình nhiệt phân gỗ (450-500 ° C), một số chất được hình thành như: than củi, rượu metylic, axit axetic, axeton, nhựa thông, ... Nga là một trong những nước giàu rừng nhất. Chính vì vậy, những trường học nhiệt phân gỗ tốt nhất thế giới đã được hình thành và hoạt động tại Nga. Đóng góp của họ đã nhận được sự công nhận trên toàn thế giới.
Rác thải và nhiệt phân chất thải
Có các dự án tiêu hủy rác thải sinh hoạt bằng phương pháp nhiệt phân. Khó khăn đối với tổ chức nhiệt phân săm lốp, nhựa và các chất thải hữu cơ khác không liên quan đến bản thân công nghệ nhiệt phân, không khác với công nghệ xử lý nhiệt vật liệu rắn khác.
Vấn đề là hầu hết chất thải đều chứa phốt pho, clo và lưu huỳnh. Lưu huỳnh và phốt pho ở dạng oxy hóa dễ bay hơi và gây hại cho môi trường. Clo phản ứng tích cực với các sản phẩm nhiệt phân hữu cơ với sự hình thành các hợp chất độc khó phân hủy (ví dụ, dioxin).
Việc thu giữ các hợp chất này từ khói không hề rẻ và có những phức tạp riêng. Vấn đề tái chế lốp ô tô đã mòn và các sản phẩm cao su hết giá trị sử dụng có tầm quan trọng lớn về mặt sinh thái và kinh tế đối với tất cả các nước phát triển trên thế giới. Và sự không thể thay thế của các nguyên liệu thô dầu mỏ tự nhiên dẫn đến nhu cầu sử dụng các nguồn tài nguyên thứ cấp với hiệu quả tối đa.
Lốp xe và polyme là những nguyên liệu thô có giá trị, do quá trình xử lý chúng bằng phương pháp nhiệt phân ở nhiệt độ thấp (lên đến 500 ° C), thu được các phân đoạn hydrocacbon lỏng (dầu tổng hợp), cặn cacbon (muội than), dây thép và khí dễ cháy. Đồng thời, nếu đốt cháy 1 tấn lốp xe sẽ thải vào khí quyển 270 kg muội than và 450 kg khí độc.
Ưu điểm của nhà máy nhiệt phân:
1. Thực tế sử dụng triệt để nguồn vật chất, năng lượng của chất thải rắn và tự chủ về năng lượng của toàn bộ chu trình công nghệ.
2. Do sự phân hủy nhiệt xảy ra mà không có không khí tiếp cận nên không có điều kiện hình thành các hợp chất độc hại như dioxin, furan, benzopyrene, v.v.
3.Mạch khép kín, tính nhỏ gọn của thiết bị và tính thân thiện với môi trường quyết định khả năng định vị một doanh nghiệp như vậy trong ranh giới của bất kỳ thành phố nào.
4. Xét thấy thành phần khoáng chất của CTRSH - xỉ sạch sinh thái sau khi xử lý nhiệt - có thể được sử dụng cho các công trình đường bộ, công nghệ này có thể được phân loại là hoàn toàn không có chất thải.
5. Các cơ sở lắp đặt này có thể tạo ra lợi nhuận từ việc bán các sản phẩm sản xuất (hơi nước, điện), trái ngược với các cơ sở sản xuất đang hoạt động hiện nay, nơi chi phí hoạt động vượt quá đáng kể thu nhập từ bán hàng và lợi nhuận của doanh nghiệp dựa trên các khoản thanh toán từ dân số để xử lý chất thải.
Đối với nhà máy nhiệt phân, không cần xây dựng cấu trúc vốn và ống khói cao. Các thiết bị có thể được gắn dưới nhà kho hoặc trong nhà chứa máy bay nhẹ trên nền bê tông.
Tài liệu được chuẩn bị trên cơ sở thông tin từ RIA Novosti và các nguồn mở
Nhiệt phân chất thải rắn
Xử lý chất thải thân thiện với môi trường là một trong những lĩnh vực quan trọng của việc sử dụng nhiệt phân. Những đơn vị này có thể làm giảm đáng kể tác động tiêu cực của yếu tố con người đối với môi trường.
Trong quá trình nhiệt phân các chất hoạt tính sinh học bị phân hủy, các kim loại nặng không được nấu chảy. Sau khi phân hủy nhiệt trong nồi hơi nhiệt phân, thực tế không có chất thải vô thừa nhận, điều này có thể giảm đáng kể diện tích để lưu trữ chúng.
Vì vậy, ví dụ, đốt cháy 1 tấn lốp xe, chúng ta gây ô nhiễm bầu không khí với 300 kg muội than. Ngoài ra, khoảng 500 kg chất độc hại được thải vào không khí. Việc tái chế cùng một loại vật liệu trong các nhà máy nhiệt phân cho phép sử dụng cao su cho các mục đích năng lượng, lấy vật liệu tái chế để sản xuất thêm và giảm đáng kể lượng khí thải độc hại.
Có thể giảm thiểu tác hại đến môi trường nhờ hệ thống xử lý nhiều giai đoạn. Trong quá trình nhiệt phân, chất thải trải qua bốn giai đoạn xử lý:
- làm khô ban đầu;
- nứt nẻ;
- đốt tàn dư của quá trình xử lý trong khí quyển;
- tinh chế các chất khí thu được trong các chất hấp thụ đặc biệt.
Các nhà máy nhiệt phân cho phép bạn xử lý chất thải:
- doanh nghiệp chế biến gỗ;
- ngành công nghiệp dược phẩm;
- ngành công nghiệp xe hơi;
- kỹ thuật điện.
Phương pháp nhiệt phân xử lý thành công polyme, rác thải nước thải và rác thải sinh hoạt. Phủ nhận tác động đến bản chất của các sản phẩm dầu mỏ. Tuyệt vời để xử lý chất thải hữu cơ.
Nhược điểm duy nhất của các đơn vị nhiệt phân được tìm thấy trong quá trình xử lý nguyên liệu thô có chứa clo, lưu huỳnh, phốt pho và các hóa chất độc hại khác. Các sản phẩm bán hủy của các nguyên tố này dưới tác động của nhiệt độ có thể kết hợp với các chất khác và tạo thành các hợp kim độc hại.
Bản chất của lò hơi nhiệt phân
Lò hơi nhiệt phân như vậy còn được gọi là máy tạo khí. Bản chất của công việc đốt cháy nhiên liệu nhiệt phân: dưới tác động của nhiệt độ cao và trong điều kiện thiếu ôxy, nhiên liệu rắn (than nâu, than củi) bị phân hủy thành các hạt dễ bay hơi. Hóa ra cái gọi là khí bị nhiệt phân. Các chỉ số nhiệt độ cho thiết bị sưởi 200-800 độ. Phản ứng hóa học này góp phần làm nóng và làm khô nhiên liệu trong lò hơi tốt hơn, quá trình đốt nóng được thực hiện theo hướng đốt cháy không khí.
Quả sung. 2
Nhiệt độ cao thúc đẩy quá trình trộn oxy với khí nhiệt phân phát ra. Kết quả là khí đốt cháy. Nhiệt năng được tạo ra từ khí đốt. Cần lưu ý rằng khí nhiệt phân cũng tương tác với cacbon hoạt tính trong quá trình đốt cháy của nó. Do đó, khi ra khỏi lò hơi, khí thải thực tế không có thành phần độc hại nào. Đúng hơn, chúng là một hỗn hợp của carbon dioxide và hơi nước. CO2 thải ra môi trường ít hơn ba lần so với sau khi vận hành khí thải thông thường từ lò hơi đốt than hoặc củi.Các đơn vị này được đánh giá là thân thiện với môi trường, không gây ô nhiễm môi trường.
Các đơn vị thuộc loại này hoạt động bằng nhiên liệu than và củi. Nếu bạn sử dụng nguồn nguyên liệu kém chất lượng, bình nóng lạnh sẽ bị mất điện đến 50%. Nhiên liệu như vậy cháy kém, bốc khói, ít nóng lên và làm giảm tuổi thọ của lò hơi và ống khói.
Ưu điểm của đơn vị nhiệt phân:
- quyền lực được quy định từ 30% đến 100%;
- quy trình làm sạch và bảo trì đơn giản;
- tiêu hao nhiên liệu thấp;
- cung cấp nhiên liệu mỗi ngày chỉ một lần;
- một lượng lớn nhiên liệu cháy cùng một lúc;
- sử dụng nhiên liệu thô bằng lò hơi đốt than có độ ẩm không quá 20%.
Nhược điểm:
- thiết bị sưởi ấm đắt tiền;
- cần điện.
Mỗi loại nhiên liệu cháy khác nhau. Đối với nhiên liệu than, nhiên liệu nâu cháy trong 8 giờ và nhiên liệu đen - trong 10 giờ. Với nồi hơi nhiệt phân, việc tiết kiệm là hoàn toàn có thể, thậm chí tính đến những nhược điểm như cần nhiều điện, chi phí không thấp. Cần điện để cung cấp năng lượng cho quạt, nhưng nó chỉ cần 85 watt để chạy (giống như bóng đèn thông thường). Nếu đây là một vấn đề, thì máy phát điện diesel sẽ giải quyết nó.
Nhiệt phân gỗ
Thủ tục này còn được gọi là bẻ gỗ, và nó có nguồn gốc ở Nga. Nguyên mẫu của thiết bị hiện đại được phát minh bởi lò đốt than của chúng tôi trong thời xa xưa. Để có được than củi mà không cần tiếp cận không khí, họ đốt củi dưới lòng đất.
Ngày nay quá trình này đã hoàn hảo hơn nhiều và diễn ra theo nhiều giai đoạn. Sự nứt vỡ bắt đầu khi được làm nóng đến 2000 ºС. Ở giai đoạn này, một lượng lớn carbon monoxide được giải phóng. Nếu bạn tiếp tục đốt nó trong khí quyển, bạn sẽ có thể nhận được một lượng năng lượng khổng lồ.
Sau đó, lò hơi được làm nóng lên đến 5000 ºС. Ở chế độ nhiệt độ này, metanol, nhựa, axeton và axit axetic thu được. Nó cũng tạo ra carbon cứng, được biết đến nhiều hơn với tên gọi than củi.
Đặc điểm của nhiệt phân gỗ
Nhiệt phân như vậy là một quy trình đốt gỗ mà không có sự hiện diện của không khí, được thực hiện ở nhiệt độ khoảng 5000 độ. Axit axetic, axeton, metanol, và cả nhựa thông là những sản phẩm có giá trị thu được trong quá trình tương tác như vậy. Điểm đặc biệt của phản ứng hóa học này là than có thể được sử dụng như một loại nhiên liệu tuyệt vời để tăng tốc nhiều tương tác hóa học.
Nhiệt phân như vậy là một quá trình bắt đầu xảy ra ở nhiệt độ hai trăm độ C, kèm theo một phản ứng với việc giải phóng một hỗn hợp các ôxít cacbon. Với quá trình đốt cháy các sản phẩm sau đó trong môi trường oxy khí quyển, sự gia tăng tổng hàm lượng calo được quan sát thấy.
Nhiệt phân gỗ là một phần riêng biệt trong hóa học đáng được xem xét và nghiên cứu chi tiết.
