Главная
Форум
Правила
Регистрация
Почта
Карта сайта
  • Красивые норвежские зеленые крыши

    Зеленые крыши стали новым феноменом во многих регионах мира, но норвежцы сооружали такие крыши на протяжении сотен лет. ..  подробнее...
  • Массовоая гибель птиц, рыб и других животных: возможные причины и последствия

    2016 год начался зловещим и непонятным явлением - массовой гибелью совершенно разных видов птиц и рыб, в разных странах и на разных континентах.  подробнее...
  • Скоро самкам гренландского тюленя будет негде рожать

    Благодаря детальному изучению гренландских тюленей стало известно, что для родов, самки этого вида ищут самый толстый и старый лед..  подробнее...
  • Водные ресурсы, климат и здоровье

    Крупномасштабные глобальные изменения природной среды в настоящее время становятся все более очевидными, и все чаще их связывают с процессами глобального изменения климата.  подробнее...
Главное меню
Популярное на сайте
КЛИМАТ И СО2
Доклад ВОЗ Периоды сильной жары: угрозы и ответные мерыОжидается, что в результате изменения климата произойдет повышение средних летних температур и частоты и интенсивности жарких дней. Периоды сильной жары в Европе ассоциируют со значительной заболеваемостью и смертностью.
УРОВЕНЬ ШУМА
Шумовое загрязнение - это своеобразный и очень опасный для здоровья человека вид загрязнения среды обитания. При сильном, продолжительном или постоянном шуме мы подвергаемся особенно большой опасности.
ЭКOТРАНСПОРТ
электромобиль Фольксваген Golf Blue E-motionВы, вероятно, ничего не слышали о набегах компании Фольксваген в сферу электромобилей. Откровенно говоря, до недавнего времени, действительно было мало поводов для подобных обсуждений. Но, наконец, ситуация изменилась, поскольку второй по величине автомобилестроитель в мире только что представил свой Гольф Blue E-motion.
Обзор экологичных автомобилей на авто салоне в Детройте, 2011Детройт принимает автомобильные шоу уже более 100 лет подряд. Первые несколько десятилетий своего существования, однако, это была локальная выставка в США. Затем, в 1987 году, группа компаний из Детройтской ассоциации авто дилеров (DADA) задала себе вопрос: Почему бы не сделать из этого авто шоу национальную выставку автомобилей с приглашенными автопроизводителями из других стран?
КРАСИВЕЙШИЕ МЕСТА
Командорские остров, остров Беринга фото
Командо?рские острова? - архипелаг из четырёх островов в юго-западной части Берингова моря Тихого океана.
Великий барьерный риф, АвстралияОдно из естественных чудес на Планете - это Великий барьерный риф в Австралии. Он находится на ее восточном побережье и является самым большим коралловым рифом на Земле.
Интересное на сайте
Реклама на сайте
Экологичный и футуристичный тримаран Earthrace продолжает ставить рекорды - zelife.ru - Капитан и создатель экологичной яхты Earthrace дал интервью австралийским "Зеленым страницам" во время ее стоянки в Сиднее. Пит Бетюн построил эту лодку, которая приводится в действие исключительно благодаря био-топливу и является морским транспортным средством с нулевым балансом выбросов углерода.
МИРОВАЯ ЭКОЛОГИЯ
В Запорожье отмыли национальный заповедник14 сентября активисты Запорожской экологической организации "Оберег" провели акцию "Отмоем Хортицу вместе". Наиболее активными участниками акции стали девушки в народных костюмах, кто-то с "сажей" на лице, кто-то в противогазе.
ЗЕЛЕНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
Недельное тестирование нового гибридного автомобиля Chevi Volt - Экологический портал Зеленая жизнь www.zelife.ruИзвестный экологический веб-ресурс Inhabitat недавно получил в свое распоряжение электрический Chevy Volt от Дженерал Моторс на целую неделю с тем,
ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА
Зеленый офис: «уже в России чувствовать себя человеком...» Экологический портал Зеленая жизнь - Зелайф www.zelife.ruВ Москве состоялась встреча в рамках проекта EcoLounge, посвящённая экологизации офиса. Мы публикуем основные тезисы, прозвучавшие в ходе мероприятия.
ЭКОТУРИЗМ
На фоне глобальных изменений природной среды ХХ-го и начала XXI веков возникает проблема формирования нового типа общественного сознания, отражающего как современное знание о природе, так и принципиально новые потребности людей. Одной из них является возрастающая тяга к экотуризму.
ГМО
ГМО. Бомба замедленного действия.Основные методы генной инженерии были разработаны в начале 1970-х годов. Уже тогда возникли опасения, что новая наука в неумелых руках может не только нанести человечеству непоправимый вред, но и вообще уничтожить его.
Навигатор по сайту  »  Экология » КЛИМАТ ЗЕМЛИ » Утилизация отходов » Плазмотермическая переработка бытовых отходов в России
    
Плазмотермическая переработка бытовых отходов в России
Плазмотермическая переработка бытовых отходов в России. Экологический портал Зеленая жизнь www.zelife.ruВ последние годы в мировой практике обращения с ТБО наметилась устойчивая тенденция перехода от сжигательных технологий, не обеспечивающих надежной экологической безопасности для населения, к технологиям высокотемпературной плазмотермической переработки отходов, гарантирующей существенное сокращение выбросов в атмосферу диоксинов и фуранов (наиболее токсичных продуктов переработки отходов) до экологически и санитарно-гигиенически безопасных уровней, а также радикальное решение проблемы избавления от золошлаковых отходов, образующихся при традиционных способах сжигания ТБО. Известны схемы плазменных мусороперерабатывающих установок и технологических комплексов, в которых горючий газ (так называемый сингаз или пирогаз), генерируемый в результате термической деструкции отходов (пиролиза и газификации органических компонентов перерабатываемой массы отходов), либо подвергается сжиганию с последующим использованием высокотемпературных продуктов сгорания для получения пара в котлах-утилизаторах (бойлерах) и привода паротурбинных энергогенерирующих агрегатов, либо (после предварительной газоочистки) используется в качестве топлива для дизельных или газотурбинных электрогенераторов. Технико-экономическая оценка указанных схем показывает, что их окупаемость (с учетом потребных капитальных и эксплуатационных затрат) преимущественно зависит от действующих тарифов на переработку ТБО. В сложившейся мировой практике уровень тарифов на переработку тонны бытовых (муниципальных) отходов составляет в среднем 135 евро для предприятий производительностью свыше 100 тыс. т/год, 180 евро - для предприятий производительностью от 50 до 75 тыс. т/год и 230 евро - для предприятий производительностью менее 50 тыс. т/год. Такие тарифы обеспечивают создание предприятий плазмотермической переработки ТБО с периодом окупаемости 5-7 лет, что в большинстве случаев является приемлемым для потенциальных западных инвесторов. В то же время в России создание мусороперерабатывающих предприятий пока не стало инвестиционно привлекательным, поскольку в силу ряда обстоятельств региональные и городские власти, несмотря на очевидную экологическую актуальность, не в состоянии обеспечить финансирование переработки отходов по тарифам, которые сделали бы функционирование этих предприятий рентабельным. Так, например, тариф за переработку тонны ТБО на московском мусороперерабатывающем заводе производительностью 250 тыс. т/год составляет 1 640 руб. (45 евро). Решение задачи создания экономически рентабельных заводов плазмо-термической переработки ТБО возможно при использовании новых технологических схем эффективной переработки отходов с одновременной выработкой электроэнергии и тепла на основе использования современных комбинированных энергоагрегатов и получением коммерчески ценных вторичных продуктов переработки. ТЕПЛО И ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ В предлагаемых для России и других стран схемах (технологических комплексов) предусматривается такой вариант, как совмещенное использование (отработанной уже на пилотных установках) технологии плазмотермической переработки ТБО с промышленными энергоблоками парогазовых установок комбинированного цикла, например газотурбинных установок (ГТУ), выпускаемых ОАО «Авиадвигатель». В комбинированной газотурбинной энергогенерирующей установке, совмещающей плазмохимическую переработку ТБО с конверсией полихлорвиниловых отходов в высококалорийное жидкое топливо, для обеспечения работы ГТУ мощностью 25 МВт (или блока из двух ГТУ по 25 МВт каждая) используется природный газ с учетом его доступности на внутреннем рынке России. Две ГТУ суммарной мощностью до 50 МВт позволяют при сооружении энергоперерабатывающего комплекса обеспечить быстрое упреждающее начало коммерческих поставок электроэнергии (и, следовательно, снижение возможной кредитной нагрузки на инвестированный капитал за счет возврата кредитных средств), поскольку поставляемые промышленные энергоблоки можно быстро ввести в эксплуатацию независимо от сопрягаемой мусороперерабатывающей части технологического комплекса. Данный технологический комплекс работает следующим образом. Горючий (пиролизный) газ, генерируемый в результате переработки отходов в плазмотермических реакторах, подвергается сжиганию в реакторах-дожигателях, а получаемые в результате этого продукты сгорания, имея на выходе температуру около1100-1200 °С, подаются в котлы-утилизаторы (бойлеры), в которых вырабатывается пар с высокими параметрами. Котел-утилизатор имеет двухсекционную (двухконтурную) конструкцию. В первом контуре, куда подаются отработавшие горячие газы из газовых турбин (при температуре на выходе около 500 °С), происходит получение пара, который затем подается во второй контур бойлера, где осуществляется его перегрев. Приготовленный таким образом сухой пар подается на паровую турбину для выработки электроэнергии. Сбросной поток отработавшего газа из первого контура, а также отработавший пар из паровой турбины могут использоваться в целях коммерческого теплоснабжения. Промышленный энергоблок (например, ГТЭ-25 ПЭР производства ОАО «Авиадвигатель») в составе двух газовых и одной паровой турбины с промежуточным перегревом пара обеспечивает выработку 65-67 МВт электроэнергии (в том числе 20 МВт -с паротурбинного электрогенератора) с суммарным КПД (на клеммах) около 51-52 % [1]. Поскольку котлы-утилизаторы, в которых за счет энергии продуктов сгорания пирогаза обеспечивается получение дополнительного количества пара (сверх получаемого за счет отработавших газов от газовых турбин), в составе энергоблока может быть использована либо более мощная паровая турбина (на 25-26 МВт), либо вторая паровая турбина (на 5-6 МВт) в дополнение к штатной турбине промышленной парогазовой установки. Таким образом, используя четыре плазмотермических реактора суммарной производительностью 8-10 т отходов в час с паротурбинным энергоблоком на 5-6 МВт в комбинации с промышленной парогазовой установкой, состоящей из двух ГТУ и одной ПТУ (паротурбинной установки), на комбинированном энергоперера-батывающем технологическом комплексе возможно ежегодно утилизировать около 50 тыс. т ТБО с выработкой более 450 тыс. МВт-ч электроэнергии для поставки внешним потребителям. Кроме того, за счет отходящих газов ГТУ на выходе из первых контуров котлов-утилизаторов возможно получение более 100 тыс. Гкал/год тепловой энергии при температуре теплоносителя около 90-95 °С в дополнение к 1 400-1 500 тыс. Гкал/год с отработавшим паром ПТУ при температуре 170-180 °С. Другой вариант технологической схемы энергоперерабатываю-щей установки предполагает обеспечение работы комбинированного парогазового энергоблока преимущественно за счет получаемого от переработки отходов горючего пи-рогаза с подмешиванием к нему (при необходимости) 10-15 % природного газа. Такая установка работает следующим образом. Горючий (пиролизный) газ, генерируемый в результате переработки отходов в плазмотермических реакторах, имея на выходе температуру 200-250 °С, подвергается предварительной очистке от пыли и агрессивных хлористых и сернистых компонентов, и после компримирования до давления 1215 атм подается непосредственно в камеры сгорания газовых турбин. Отработавший газ из газовой турбины, имея температуру около 400 °С, поступает в котел-утилизатор (бойлер), где используется для приготовления пара с температурой около 300 °С, который затем под давлением 4-5 атм подается на паровую турбину. Сбросной поток отработавшего газа, а также отработавший пар из паровой турбины могут быть использованы для теплоснабжения. В качестве комбинированного энергоблока возможно использование промышленной ГТУ-ТЭЦ «Янус» (Пермского завода) с двумя турбинами ГТУ-4П по 4 МВт и одной паровой турбиной мощностью 3 МВт. Таким образом, с помощью четырех плазмотермических реакторов суммарной производительностью 8-10 т отходов в час с паротурбинным энергоблоком на 3 МВт в комбинации с промышленной газотурбинной установкой из двух ГТУ мощностью по 4 МВт, на энергоперерабатывающем комплексе возможно обеспечить ежегодную утилизацию около 50 тыс. т ТБО с выработкой 80-85 тыс. МВт-ч электроэнергии для поставки внешним потребителям. Кроме того, за счет отходящих газов газовых турбин и отработавшего горячего пара ПТУ можно получить более 150 тыс. Гкал/год тепловой энергии при температуре теплоносителя не менее 120-130 °С. Суммарный КПД такой энергогенерирующей установки может составлять не менее 32 %. Данная технологическая схема энергоперерабатывающего комплекса предполагает необходимость применения специальной камеры сжигания для газовой турбины, способной обеспечить ее работоспособность на низкокалорийном топливном газе, каковым является получаемый из отходов пирогаз. Такая камера сгорания разработана, испытана и запатентована в РФ [2]. При этом следует заметить, что, поскольку в камере сгорания газовой турбины средняя по ее объему температура продуктов сгорания, а также время их пребывания в пределах зоны повышенной температуры оказываются недостаточными для обеспечения надежной деструкции диоксинов и фуранов, система газоочистки должна включать в себя аппараты их каталитической нейтрализации (фото 1). Эти аппараты поставляются на рынок фирмой CRI CATALIST [3]. Оценочная цена такого аппарата -8-10 евро/т отходов в год. В технологии Shell Dioxin Destruction System (SDDS), разработанной CRI CATALIST, используется специально разработанный катализатор, обеспечивающий практически полную (не ниже 99,9 % начальной концентрации, что гарантирует не превышение установленной предельной концентрации вредных выбросов, составляющей 0,1 нг/м3) деструкцию диоксинов и фуранов в одноступенчатом процессе при температуре 140-160 °С: C12HnCl8-nO2 + (9+0,5n)O2 - (n-4)H2O + 12CO2 + (8-n) HCl. Газоочистные модули SDDS поставляются в блоках, имеющих сравнительно небольшие габариты (210 х х 143 х 142 см) и высокую пропускную способность при незначительном падении давления проходящих газов (3-3,5 мбар). Производительность по пирогазу - 70 тыс. м3/ч (100 тыс. т ТБО в год). ДИЗЕЛЬНОЕ ТОПЛИВО из полимеров Известно, что заметную долю в составе ТБО составляют отработавшие изделия из пластмассы (полихлорвиниловых изделий), из которых может быть получено достаточно высококалорийное жидкое топливо типа дизельного. Известна, например [4], технология немецкой компании Clyvia technology GmbH (патент ФРГ № 102005010151), в которой реализуется каталитическая деполимеризация углеродсодержащих полимерных отходов (крекинг высокомолекулярных углеводородных соединений) для получения дизельного топлива (фото 2). Производительность установки по топливу - 500 кг/ч, оценочная цена - 3,5-4 млн евро, тариф на топливо - 15-17 руб./л. Использование (получаемого путем конверсии отсортированных из ТБО полимерных отходов) высококалорийного жидкого «дизельного» топлива с низкокалорийным пирога-зом, образующимся при плазмотермической переработке ТБО, для обеспечения работы газотурбинного генератора (в целях обеспечения экономической рентабельности мусороперерабатывающих предприятий), а также теплоснабжения внешних потребителей осуществляется на основе технологической схемы, аналогичной схеме комбинированной газотурбинной энергогенерирующей установки, совмещающей плазмохимическую переработку ТБО с конверсией полихлорвиниловых отходов в высококалорийное жидкое топливо. Плазмотермическая переработка бытовых отходов в России. Экологический портал Зеленая жизнь www.zelife.ru Конструкторское бюро ОАО «Авиадвигатель» совместно с ОАО «СНИИП» разработало [2] двухзонную камеру сгорания для обеспечения работы газовой турбины на двух разных видах топлива. Атмосферный воздух, сжатый в осевом компрессоре газотурбинного двигателя, поступает в диффузор камеры сгорания. Жидкое топливо, сгорая в зоне дежурного горения, обеспечивает запуск двигателя и режим холостого хода. В зоне дежурного горения обеспечивается режим диффузионного горения на богатой смеси (при коэффициенте избытка воздуха а 1) также при более низкой температуре, что обеспечивает снижение образования окислов азота. Таким образом, обеспечивается устойчивое горение бедной смеси. Продукты горения направляются на лопатки соплового аппарата турбины. Установка работает следующим образом. На переработку направляются два потока отходов: полимерные и смешанные ТБО, имеющие типовой морфологический состав. Отходы первого потока после предварительной сортировки поступают из накопителя в конвертор, где подвергаются переработке на жидкое топливо, отходы второго потока - на переработку в плазмотермические реакторы (количество которых определяется потребной производительностью завода), после чего получаемый из них пиролизный газ подвергается предварительной газоочистке. Оба вида топлива - жидкое и газообразное, а также компримированный воздух подаются в двухзонные комбинированные камеры сгорания, продукты сгорания в которых используются для обеспечения работы газовых турбин и соответствующих электрогенераторов. Отработавшие горячие продукты сгорания из газовых турбин подаются в бойлеры, в которых из приготовленной в системе химводоподготовки воды приготавливается пар для питания паровой турбины с электрогенератором. Таким образом, в комбинированном газопаротурбинном цикле производится электроэнергия для поставки внешним потребителям и, возможно, тепло, которое может поставляться внешним потребителям. Отработавшие газы из бойлеров проходят через систему газоочистки и выбрасываются в атмосферу в виде экологически безопасного газового выброса. Вся технологическая система автоматизирована. ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ ИЗ ШЛАКА Наиболее распространенным вариантом коммерческого использования шлака, получаемого в результате плазмотермической переработки ТБО, является его гранулирование и применение в качестве добавок к строительным материалам. Стоимость такого продукта на рынке оценивается примерно как 2 500 руб./т. Вместе с тем его стоимость может быть существенно повышена, если с помощью специальных технологий переработать его в стекловату или теплоизоляционный материал. Последнее основано на том, что по своему химическому составу шлак весьма близок к природному базальту, из которого изготавливается теплоизоляционный материал (маты, полотна). Эта технология хорошо отработана (фото 3) и используется на ряде российских предприятий, например в ООО «Теплотроника» [5]. Эта технология предусматривает плавку базальта, превращение его из жидкой фазы в тонкие нити с последующим формованием из них матов, имеющих пористую структуру и, следовательно, обладающих высокими теплоизолирующими свойствами наряду с высокой жаростойкостью (пожаробезопасностью). Поскольку жидкий шлак является естественным продуктом термической переработки отходов (в отличие от производства теплоизоляционного материала из базальта), исключается необходимость затрат энергии на плавление исходного сырья. Так как рыночная стоимость базальтового теплоизоляционного материала составляет в среднем 5 500 руб./м3, использование этой технологии в составе комплексов переработки отходов может заметно повысить их экономическую рентабельность. До недавнего времени большим спросом пользовались утеплители из стекловолокна и минерального волокна на основе доменных шлаков. Однако данная продукция имеет ряд недостатков: выделение мельчайшей стеклянной пыли при механическом разрушении теплоизоляции, колючесть волокон, низкая температура применения (до 400 °С), а также наличие связующего, которое постепенно испаряется в виде токсичных газов, таких как фенол, формальдегид, аммиак и др., что в конечном итоге приводит к образованию пустот между изолируемой поверхностью и теплоизоляцией. Кроме того, стекловата и минеральная вата на основе доменных шлаков являются вторичными материалами, так как изготавливаются из смеси компонентов, порой включающих отходы различных производств, что, в свою очередь, может способствовать процессам гниения или окисления изолируемых поверхностей. Срок службы перечисленных утеплителей ограничен, поскольку через 1015 лет происходит их разрушение. Практика производства теплоизоляционных материалов в последнее время идет по пути использования базальтовой теплоизоляции. Базальтовая теплоизоляция намного качественнее по свойствам, чем минеральные волокна или волокна с такой же структурой, имеющей в своем составе стекло. Базальтовое волокно (даже при условии длительной эксплуатации) остается прочным, емким и невосприимчивым к агрессивным средам, а сам материал не выделяет токсинов. Теплоизоляция из базальтовых горных пород отличается экологической и радиационной безопасностью, негорючестью, химической стойкостью и огнестойкостью, долговечностью, инертностью к изолированной поверхности, имеет неограниченный срок службы и широкий температурный диапазон применения от 300 до 900 °С. Плазмотермическая переработка бытовых отходов в России. Экологический портал Зеленая жизнь www.zelife.ruУтеплитель на основе базальтового волокна «дышит», не закупоривает изолируемые поверхности, негигроскопичен, не выделяет вредных веществ во всех средах. Уникальные свойства материалов из базальтового волокна делают их применение универсальным в различных отраслях промышленности. В последние 10 лет изделия из базальтового волокна стали широко применяться в строительстве, энергетике, коммунальном хозяйстве и многих других отраслях промышленности. Стоимость базальтовой крошки требуемого фракционного состава (15-25 мм) зависит от удаленности месторождения базальта и доходит до 900 тыс. руб. за одну тонну. Выход волокна из расплава составляет обычно 85 %. Стоимость готовой продукции из базальтовой ваты составляет не менее 1 500 руб. за 1 м3 при плотности теплоизоляционного материала 20-50 кг/м3 (то есть от 30 до 75 тыс. руб./кг). Следует подчеркнуть, что производство теплоизоляционных материалов и изделий из базальтового сырья требует наличия достаточно громоздкого (габариты составляют около 4 х х 4 х 20 м, масса - около 35 т) плавильного оборудования, нуждающегося к тому же в использовании природного газа или мазута в качестве топлива. В то же время технология плазмо-термической переработки ТБО обеспечивает не только экологически безопасную утилизацию отходов, но и получение в качестве вторичного продукта минерализованного шлака, обладающего рядом замечательных свойств, что, в частности, делает его пригодным для производства теплоизоляционных материалов, не уступающих по качествам базальтовому волокну. Плазмотермическая переработка бытовых отходов в России. Экологический портал Зеленая жизнь www.zelife.ruВозможность использования шлакового расплава, образуемого в результате плазмотермической переработки ТБО, базируется на идентичности усредненного состава шлакового расплава (по основным компонентам) с химическим составом горных пород габбро-базальтовой группы. В табл. 1 представлены показатели состава горных пород и шлакового расплава, образующегося в различных производствах. Основной показатель, определяющий пригодность сырья для производства минеральной ваты, - это модуль кислотности Мк, который представляет собой отношение суммы процентного содержания в сырье кислых оксидов (кремнезема SiO2 и глинозема Al2O3) к сумме процентного содержания в нем основных оксидов (кальция CaO и магния MgO). Модуль кислотности минеральной ваты типа А - не менее 1,4; типов Б и В - не менее 1,2 (ГОСТ 4640-93). Для ваты на основе горных пород рекомендуется иметь модуль кислотности на уровне 1,7-2,2; для базальтового волокна -более 2,2. Учитывая приведенные в табл. 1 данные, нетрудно определить, что модуль кислотности шлака для базальтовой крошки составляет 3,2: SiO2 + Al2O3 = 45,0 +14,5 = 59,5 %; CaO + MgO = 10,5 +8,0 = 18,5 %; Мк = 59,5 % : 18,5 % = 3,2. Для шлака, образующегося в результате переработки ТБО на основе сжигательной технологии, применяемой на московском заводе МГУП «Экотехпром», по усредненным данным, представленным в табл. 1, модуль кислотности составляет примерно 4,0: SiO2 + Al2O3 = 51,2 +7,6 = 58,8 %; CaO + MgO = 12,3 + 2,2 = 14,5 %; Мк = 58,8 % : 14,5 % = 4,06. Для шлака, образующегося в результате переработки отходов на основе плазмотермической технологии, по усредненным данным для установки «Плутон» Мос НПО «Радон», модуль кислотности составляет не менее 9,0: SiO2 + Al2O3 = 45,5 +23,3 = 68,8 %; CaO + MgO = 5,4 + 2,0 = 7,4 %; Мк = 68,8 % : 7,4 % = 9,3. Таким образом, по показателю кислотного модуля шлаковый расплав, получаемый в результате переработки ТБО по плазмотермической технологии, не уступает базальтовому сырью и соответствует требованиям ГОСТ 4640-93 для изготовления теплоизоляционного волокна и изделий из него. Выход шлакового расплава при таком компонентном составе отходов исходя из указанной зольности составит 21 тыс. т в год при производительности перерабатывающего комплекса 100 тыс. т в год. В настоящее время оборудование для производства теплоизоляционных материалов из минерального сырья производится как в России, так и за рубежом. Наиболее известным поставщиком комплектного технологического оборудования в России является пермское предприятие ООО «Теплотроника». Ориентировочная стоимость полного комплекта технологического оборудования с его установкой «под ключ» составляет 25 млн руб. Одним из ведущих зарубежных поставщиков аналогичного технологического оборудования является научно-производственная компания Basalt Fiber&Composite Materials Technology Development (BF&CM TD). При поставках этого оборудования к производственным помещениям предъявляются следующие требования: высота в месте установки плавильной печи должна составлять 10 м, ширина - 12 м, длина - 40 м. Необходимые инженерные коммуникации: газ среднего давления (0,030,04 МПа, расход - 350 м3/ч), электроэнергия (3 х 380 В, 50 Гц), установленная мощность (600 кВ-А (с учетом двукратного резерва), сжатый воздух (60 м3/мин), давление (0,12 МПа), водоснабжение (до 5 м3/ч (оборотное с градирней), давление воды (0,3 МПа), канализация для обеспечения бытовых нужд. УГЛЕКИСЛОТНАЯ ПРОДУКЦИЯ ИЗ ВТОРИЧНОГО СЫРЬЯ Еще одним направлением повышения рентабельности плазмотермической переработки ТБО является производство продукции, содержащей углекислоту, на основе использования вторичных продуктов переработки отходов. Актуальность использования этой технологии в Московском регионе связана с тем, что в настоящее время в Москве имеется единственный производитель продукции, содержащей углекислоту, - хладокомбинат № 7, использующий устаревшую технологию и технологическое оборудование. При этом суммарная потребность в «сухом льде» составляет около 40 т в день (в летнее время), потребность в жидкой двуокиси углерода - около 200 т в день, а спрос на углекислый газ исчисляется тысячами баллонов. Диоксид углерода применяется в различных отраслях пищевой и химической промышленности, машиностроении, металлургии, энергетике, в сельском хозяйстве и др. Технология его производства зависит от вида источника сырья (углекислого газа), а энергетические затраты - от совершенства термодинамических циклов, схем и оборудования. Наиболее часто используемым источником сырья являются дымовые газы, хотя они содержат всего 10-20 % диоксида углерода. Извлечение чистого диоксида углерода из дымовых газов, получаемых при сжигании природного газа, основано на абсорбционно-десорбционном методе, который отличается сложностью и относительно невысокой энергетической эффективностью. Вследствие этого, а также роста цен на природный газ себестоимость диоксида углерода существенно возрастает. В настоящее время основное внимание разработчиков и производителей углекислотных установок, использующих для получения углекислого газа продукты конверсии природного газа, сконцентрировано на совершенствовании техники сжигания природного газа за счет повышения термических КПД: с 0,800,85 для существующих котлов до 0,95-0,98. Однако вряд ли можно ожидать заметного снижения себестоимости производства углекислого газа при использовании этих технологий. Более эффективным представляется использование дымовых (технологических) газов, образующихся в качестве побочного продукта основного производства, например плазменной переработки отходов различного происхождения. Еще одним важным резервом снижения себестоимости получения углекислого газа является использование бросовых источников теплоты в виде водяного пара и горячей воды. Смысл такого подхода состоит в том, что водяной пар с температурой выше 130-140 °С, необходимый для извлечения диоксида углерода из дымовых газов абсорбционно-десорбционным методом, в существующих установках получают за счет сжигания природного газа в котлах. Поскольку технологические комплексы плазменной переработки отходов, как правило, предполагают применение принципа когенерации, то есть использования газопаротурбинных энергоустановок для выработки электроэнергии и бросового тепла за счет отработавших газов и пара, напрашивается идея совмещения технологии плазменной переработки отходов с производством продукции, содержащей углекислоту. При этом заслуживает внимания и тот факт, что наличие в составе установки по переработке отходов автономного источника электроэнергии также может рассматриваться как фактор, способствующий повышению общей эффективности работы блока получения продукции (содержащей углекислоту), а с учетом конъюнктуры рынка на такую продукцию (о чем будет сказано далее) - и как фактор обеспечения повышенной рентабельности переработки отходов. Обеспечение максимальной рентабельности плазмотермической переработки ТБО предполагает максимально возможное и целесообразное использование вторичных продуктов переработки отходов. Применительно к задаче выработки углекислоты к таким продуктам относятся: сбросные газы от газификации и пиролиза органических компонентов отходов в плазмохимических реакторах, выхлопные газы энергогенерирующих установок, работающих на пирогазе с частичной подсветкой природным газом (или только на природном газе, если это предусмотрено регламентом их работы); пар, получаемый за счет утилизации сбросного тепла выхлопных газов установок, а также отработавший пар паротурбинных генераторов; избыточная электроэнергия при ее наличии после покрытия собственных технологических нужд и поставок внешним потребителям или, в случае экономической целесообразности использования вырабатываемой электроэнергии, - для обеспечения производства сопутствующих продуктов вместо строительства линий электропередачи и подключения к региональным электросетям. ПОЛУЧЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ВОДОРОДА Наиболее многообещающим путем достижения высокой рентабельности плазмотермической переработки ТБО следует считать использование технологии получения водорода, являющегося топливом для энергетических установок различного предназначения. Наиболее распространенными методами получения водорода из природных углеводородов являются методы парового реформинга метана (природного газа), а также частичного окисления тяжелых фракций нефтепродуктов и газификации углей или биомассы сельскохозяйственных отходов в сочетании с газовой сепарацией водорода. Поскольку очевидно, что принципы газификации применимы к переработке органосо-держащих отходов, справедливо было бы предположить, что вслед за освоением технологии получения водорода из биомассы сельскохозяйственных отходов станет актуальной задача получения водорода из ТБО. До настоящего времени известна лишь одна американская компания -Startech Environmental Corp. [6], которая, занимаясь разработкой оборудования для плазменной переработки отходов, практически реализует задачу получения водорода из синтез-газа, генерируемого в процессе плазменного пиролиза отходов различного происхождения, включая шлам из фильтрационных отстойников, медицинские отходы, ТБО, отработавшие органические растворители, автомобильные шины и пр. Для выделения водорода из состава синтез-газа используются блоки мембранной сепарации. Количество водорода, которое может быть получено таким образом, определяется составом синтез-газа, что в свою очередь зависит от состава перерабатываемых отходов и режима газификации. По оценкам специалистов компании Startech, разработанная ими технология получения водорода из ТБО способна обеспечить максимальный выход водорода на уровне 58 кг/т ТБО [7]. Плазмотермическая переработка бытовых отходов в России. Экологический портал Зеленая жизнь www.zelife.ruЗаслуживает внимания и технология плазменного реформинга двуокиси углерода, которая на протяжении длительного времени разрабатывалась в Институте водородной энергетики РНЦ «Курчатовский институт» (диссоциация углекислого газа в СВЧ-разряде в сверхзвуковом газовом потоке, 0,9 ГГц): CO2 - CO + 0,5 O2-2,9 эВ/мол. Этот процесс позволяет превращать двуокись углерода СО2, образуемую в результате паровой конверсии моноксида углерода, снова в моноксид углерода, замыкая таким образом цепочку (рециклинга) [CO + H2O - H2 + CO2 - CO + …],, что фактически означает реализацию технологии получения водорода из воды (пара). Поскольку известна технология получения водорода из воды путем ее электролиза, а реализация процесса плазменного рециклинга двуокиси углерода также требует определенных затрат электроэнергии на работу высокочастотного плазмотрона, представляет интерес сравнение удельных энергозатрат в этих двух технологиях. Ученые РНЦ «Курчатовский институт» [8] показали, что метод плазменного катализа характеризуется незначительными разрядными энергозатратами по сравнению с суммарными энергозатратами, составляющими не более 0,05-0,1 кВт-ч/м3 водорода. Для сравнения: большинство современных электролизеров обычного типа характеризуются удельными энергозатратами на уровне 3,7-4 кВт-ч/м3, а для экспериментальных образцов высокотемпературных электролизеров, работающих при температурах до 900 °С, этот показатель может быть снижен до величины порядка 2,5 кВт-ч/м3. Следует указать на возможность применения двух различных методов на первом этапе процесса переработки пирогаза на водород - прямой сепарации водорода из состава газовой смеси (пирогаза), а именно мембранного метода и так называемого метода короткоцикловой абсорбции (КЦА). В табл. 2 представлено сравнение основных параметров сепарации водорода из газовой смеси, обеспечиваемой этими двумя методами. Мембранный метод более простой, однако он может потребовать применения многоступенчатой очистки. Поскольку конструктивно даже многоступенчатая система очистки не представляется сложной, приведем возможные схемы построения таких систем с указанием параметров эффективности извлечения и очистки водорода применительно к типовому составу пирогаза. Исходя из возможных параметров сепарации водорода посредством мембранной технологии, можно сделать вывод, что, применяя двух-трех-ступенчатый мембранный сепаратор, из одной тонны ТБО, прошедшей переработку в плазмохимическом реакторе, можно получить 50-60 кг водорода. С использованием второй фазы переработки - паровой конверсии - выработка водорода может составить уже 85-100 кг на тонну отходов. При использовании других возможностей глубокой переработки пирогаза, выход водорода может быть доведен до 140-160 кг на тонну отходов. Технологическая схема установки для получения водорода из ТБО работает следующим образом: твердые бытовые отходы подаются в шахтную печь плазмохимического реактора, в котором подвергаются тепловому воздействию горячего воздуха, подаваемого от электродуговых плазмотронов в слабовосстановительной атмосфере. При этом органические составляющие отходов подвергаются газификации и пиролизу, превращаясь в пиролизный газ (топливный газ), а неорганическая часть отходов переплавляется, превращаясь в стеклоподобный шлак. Для ТБО типового состава в результате такой переработки в составе пиролизного газа получают до 3045 % масс. водорода, от 30 до 40 % масс. углекислого газа, 10-15 % масс. метана и других углеводородов; 4-5 % масс. двуокиси углерода, а также другие составляющие, такие как смола, пыль, сероводород, гидрохлорид, азот, влага и пр. Объем генерируемого пирогаза может составлять от 350 до 650 м3 на тонну отходов. Пиролизный газ, имеющий на выходе из плазмохимического реактора температуру 250-300 °С, подают на циклон промышленного типа, обеспечивающий осаждение частиц крупнее 2-3 мкм. Смолистые соединения улавливаются в полом скруббере-смолоотделителе, который работает в конденсационном режиме за счет подачи на орошение достаточно холодного растворителя (жидких углеводородов), что обеспечивает перевод смолистых соединений из газовой фазы во взвешенное состояние и в раствор. Раствор является горючим компонентом, который используют для приготовления технологического пара. Далее раствор, содержащий сепарированные смолистые вещества, в составе которых содержится до 60 % углерода, до 10 % водорода, до 30 % кислорода, а также некоторое количество серы, хлора, азота и алюминия, подают в бойлер-дожигатель, где сжигают (возможно, с некоторой добавкой другого топлива). Для получения технологического пара используют обессоленную воду, приготовленную установкой обессоливания воды (обратноосмотической или дистилляционной). Продукты сжигания охлаждают и очищают на фильтрах газоочистки продуктов сгорания перед последующим выбросом в атмосферу. Очищенный от пыли и смолы пирогаз имеет на выходе из скруббера-смоло-отделителя температуру около 35 °С. Его подают в скруббер-нейтрализатор. Очищенную и осушенную конденсатором-сепаратором газовую смесь подают далее на блок мембранного разделения, в котором концентрируют СО и углеводороды перед паровой конверсией. Блок снабжен собственным компрессором. Наличие этого блока позволяет удалить водород из состава газовой смеси и снизить расход поступающего на конверсию газа примерно на треть (и соответственно уменьшить энергозатраты). Кроме того, присутствие водорода может снижать степень последующей конверсии окиси углерода. Паровую конверсию СО проводят в две стадии: в реакторе среднетемпературной конверсии (при температурах 350-400 °С) и низкотемпературной конверсии (при температурах 180200 °С). Перед подачей в реактор газовую смесь нагревают в теплообменнике - рекуператоре тепла экзотермических реакций до температуры не ниже 385 °С. В конвертор подают пар, нагретый до температуры 350-360 °С в соотношении примерно 1,05-1,30 к объему газа, что обусловлено необходимостью 2-3-кратного избытка водяных паров по отношению к стехиомет-рическому соотношению реакции. Реакция CO + H2O - H2 + CO2 протекает c выделением тепла. Температура смеси на выходе из реактора поднимается до уровня 430-450 °С, что позволяет использовать ее для подогрева пирогаза в теплообменнике - рекуператоре тепла экзотермических реакций. В качестве катализатора в конверторе используют железохромо-вые композиции. Если в системе применяют низкотемпературный конвертор, то газовую смесь в него подают после рекуперативного охлаждения до температуры 190-200 °С. В этом конверторе в качестве катализатора используют медьсодержащие смеси. Суммарный коэффициент конверсии окиси углерода достигает 98 %, что означает выход водорода около 370 л на 1 м3 исходной газовой смеси. Полученная после конверсии смесь содержит около 55-60 % об. водорода и 0,2-0,3 % об. СО при температуре 210-220 °С. Кроме того, выходящая смесь содержит до 30 % об. паров воды. Поэтому перед дальнейшей переработкой смесь охлаждают до температуры 20-30 °С. После охлаждения в водяном холодильнике сконцентрированную влагу отделяют в сепараторе-осушителе. Очищенную и осушенную газовую смесь подают на мембранный блок, обеспечивающий концентрирование водорода перед подачей смеси на следующую ступень переработки. Плазмотермическая переработка бытовых отходов в России. Экологический портал Зеленая жизнь www.zelife.ruВ табл. 3 представлены результаты оценки ожидаемых экономических показателей при реализации вторичных продуктов плазмотермической переработки ТБО. Представленные экономические показатели позволяют проектировщикам выбрать необходимую концепцию организации технологической схемы плазмотермической переработки ТБО с учетом необходимости обеспечения требуемой рентабельности работы перерабатывающего комплекса. ЛИТЕРАТУРА 1. [Электронный ресурс]. URL: http://www.avid.ru. 2. Гнеденко В. Г., Горячев И. В., Бе-лопотапов О. Ф., Вощинин С. А., Пе-ков А. П., Поташник Л. М. Камера сгорания газотурбинного двигателя. Патент РФ № 83589,10.06.2009. 3. Onno L. Maaskant, S.Cavalli. The Low Temperature Shell Denox System for Removal of NOx and Dioxins from Waste Incineration Flue Gas. ISWA World Environment Congress, 17-21 Oct. 2004, Rome, Italy. 4. [Электронный ресурс]. URL: http://www.clyviatec.de. 5. [Электронный ресурс]. URL: http://www.teplotronika.ru. 6. [Электронный ресурс]. URL: http://www.startech.net. 7. Duane B.Myers, Greg D.Ariff, Brian D.James, Reed C.Kuhn. Ecjnjmic Comparison of Renewable Sources for Vehicular Hydrogen in 2040. Directed Technologies Inc. Presented results at the 14th Annual U.S. Hydrogen Conference (Март 2003, Washington, D.C.). 8. А. И. Бабарицкий, И. Е. Баранов, М. Б. Бибиков и др. Плазмокаталити-ческая переработка углеводородного сырья. ИАЭ-6302/13. - М., 2003. Статья печатается в сокращении. Полный текст - на www.solidwaste.ru С благодарностью к авторам и источнику: В. Г. Гнеденко, главный советник по науке специализированного НИИ приборостроения (ОАО СНИИП), И. В. Горячев, д.т.н. профессор, ведущий научный сотрудник ОАО СНИИП, журнал "Твердые бытовые отходы" № 10 2011 г.

Уважаемый посетитель, Вы зашли на сайт как незарегистрированный пользователь.
Мы рекомендуем Вам зарегистрироваться либо войти на сайт под своим именем.
  • Комментариев: 0
  • Просмотров: 1639