Производство комплекса по переработке твердых бытовых отходов для получения энергии и использования продуктов переработки ТБО

Отобранные  полезные компоненты отходов  
(для завода по переработке ТБО производительностью 50 тыс. т/год)

 
*Цены 2010 г. (Владивосток и Приморский край)  
 
Необходимое оборудование линии сортировки включает наклонные и горизонтальные конвейеры, грохот, кабину сортировки, электромагнитные сепараторы металла, автоматический пресс для пакетирования вторсырья, металлопресс, автопогрузчики и пр.  В проекте предусмотрена комплектная поставка на основе оборудования европейских производителей, сочетающего высокую эффективность и износоустойчивость с доступными ценами.  
Производство по сортировке ТБО занимает ангар площадью  30ґ50 м2 и высотой  12 м. 
Потребление электроэнергии на сортировочном производстве – установленная мощность 73 кВт, среднее потребление – 47 кВт-час. 
Для обслуживания линии необходимо 26 рабочих (2 сменыґ13) и 3 инженера.  
Число рабочих дней в году (в среднем)  – 300 , работа проводится в 2 смены в сутки. 
 
Сортировочное производство оставляет не переработанной большую часть исходного потока отходов, примерно 70%. К ним следует добавить крупногабаритный мусор, не подлежащий вторичной переработке (мебель, матрасы, и т.п.), составляющие до 3% от массы ТБО.  Крупногабаритный мусор и крупные фрагменты ТБО, прошедших сортировку подлежат измельчению до размера менее 250 мм, после чего измельченные остатки сортировки передаются на дальнейшую переработку. Потребление энергии дробилкой – 240 кВт. Режим работы - 300 дней в году, 1 смена в сутки.

Общая характеристика технологической схемы переработки  ТБО после первичной селекции полезного вторсырья

ТБО поступает  в блок приема отходов, предварительно пройдя этап радиационного контроля и анализов. Затем отходы дробятся и перерабатываются по практически  безотходной технологии, позволяющей  получать экологически чистые продукты пиролиза: высококалорийный пиролизный газ, углеподобный остаток. Вода, «отогнанная» из исходного сырья, используется в процессе работы.  
 
Используемая схема позволяет совместить высокие экологические показатели процесса с высокой энергетической эффективностью. Технология строится по модульной схеме, что позволяет гибко приспосабливаться к различному объему перерабатываемых отходов, изменениям их состава,  в которую встраивается производство. Модульная схема позволяет развивать мусороперерабатывающее производство поэтапно. Кроме того, могут использоваться различные элементы комплектации производства. Так, например, для органического сырья растительного происхождения  (солома, дерево и т.п.) может использоваться только модуль пиролиза (без дополнительной установки окисления неорганики).  
 
Ниже описано производство по переработке 50 тыс. т ТБО в год. Модульная схема производства позволяет, набирая необходимое число технологических модулей, строить производства различной производительности. Отметим, что описываемый  вариант может быть видоизменен с учетом условий конкретного города.

ЗАВОД ПО ПЕРЕРАБОТКЕ  ТВЕРДЫХ БЫТОВЫХ ОТХОДОВ ПО ТЕХНОЛОГИИ ТЕРМОУДАРА С ПОЛУЧЕНИЕМ ПИРОЛИЗНОГО  ГАЗА, ТЕХНИЧЕСКОЙ ВОДЫ И ТВЕРДОГО ОСТАТКА

Экологический аспект работы установки  – технологического ядра завода

Пиролизная установка позволяет перерабатывать органические вещества, традиционные способы утилизации которых наносят вред экологии. Так, например, твердые бытовые отходы зачастую просто сжигают, в результате чего в атмосферу выделяются вредные вещества. Пиролизная установка полностью это исключает.     Переработка по технологии ТЕРМОУДАРА приводит к уменьшению первоначального объема вещества в 10  и более раз, что позволяет значительно сократить расходы по захоронению ТБО на полигонах.  
 
Использование полезных продуктов пиролиза (водного пара, пиролизного газа и твердого остатка) безопасно для окружающей среды.  
 
Технология ТЕРМОУДАРА является экологически чистой и безопасной.  
 
Технология ТЕРМОУДАРА, лежащая в основе настоящей пиролизной установки, относится к области переработки органических веществ, в том числе полимеров и полимерных композиций, в частности, к технике переработки древесины, продуктов растениеводства, органосодержащих полезных ископаемых, а также промышленных и бытовых отходов, содержащих органические составляющие и может найти применение в  химической, лесо- и нефтеперерабатывающей отрасли, теплоэергетике и других отраслях промышленности.  Технология термоудара запатентована.  
 
Сущность ТЕРМОУДАРА - в мгновенном (со скоростью порядка 10{4} град/сек) нагреве ве-щества до границ его существования в конденсированной фазе. При этом происходит поста-дийное выделение веществ из исходной смеси: 
- "взрывное вскипание" и переход низкомолекулярных жидкостей (воды) в  газообразное состояние; 
- газификация вследствие высокоскоростного пиролиза высокомолекулярных   соединений с образованием газовой фазы - пиролизного газа; 
 
При приближении параметров перерабатываемого вещества к параметрам границы существования его в конденсированной фазе межмолекулярное взаимодействие становится пренебрежимо малым, газовая фаза образуется без поглощения скрытой теплоты испарения, происходит "взрывное" вскипание воды.  
 
Уникальность, новизна разработки заключается в применении технологии ТЕРМОУДАРА для тепловой обработки органики - ее газификации с получением водяного пара на первом этапе процесса, пиролизного газа и углеподобного остатка - на втором.  
 
Примеры эффективного использования технологии ТЕРМОУДАРА:  
Переработка, утилизация, газификация практически любых органических несетчатых  материалов: 
· твердых бытовых отходов; 
· древесных отходов, отходов сельско-хозяйственного производства, низкосортных твердых топлив - углей, торфа и т.д. 
· сырой нефти и отходов ее переработки: битумов, асфальтенов, тяжелых фракций нефти и мазута;  
· пластмасс, полимеров 
 
 
Экономические преимущества установки:  
· Установка перерабатывает органические вещества, имеющие чрезвычайно низкую себестоимость. Утилизация некоторых из них  (например, твердых бытовых отходов) обычными способами требует дополнительных капитальных затрат. Использование установки дает возможность не только исключить подобные затраты, но и получить прибыль от переработки.   
· Энергетически установка работает автономно, используя вырабатываемую энергию (за исключением начальной непродолжительной стадии, когда необходим подвод энергии извне). 
· Установка мобильна и проста в эксплуатации. Она может быть смонтирована как на удалении от источника сырья,  так и в непосредственной близости от него.  
· Работой одной или даже нескольких установок  управляют только два человека в смену. 
· Производительность установки варьируется по желанию заказчика, исходя из объемов органических веществ, имеющихся в наличии для переработки, а также из количества блоков в модуле.  
Технологическая и энергетическая эффективность: Процесс отличается высокой технологической и энергетической эффективностью и дает экономию тепловой энергии до 30% по сравнению с лучшими традиционными способами сушки и газификации.  
Основные преимущества технологии ТЕРМОУДАРА: 
· получение пара практически без затраты скрытой теплоты испарения; 
· выделение пара на первом этапе процесса, что дает возможность отвода пара к потребителю, в отличие от других известных способов, при которых пар не используется, а выбрасывается в атмосферу, 
 
 
Использование водяного пара:  
Водяной пар имеет температуру около 300°С  и может в дальнейшем использоваться в качестве теплоносителя, например, в котле или в автономном теплообменнике-водонагре-вателе поверхностного или смешивающего типа, либо в качестве энергоносителя, например, в паротурбинной установке. В отличие от других технологий утилизации отходов, технология термоудара позволяет НЕ ТЕРЯТЬ, а использовать пар в технологических нуждах.  
 
Использование пиролизного газа: 
· получение электроэнергии для автономной работы установки и для отвода энергии потребителю (автономное обеспечение электроэнергией всего хозяйства), 
· газ может быть сожжен в печи для получения тепловой или электроэнергии (для нагрева воды, например), 
· газ может быть сконденсирован в баллоны или жидкость и использован как бытовое топливо, 
· после необходимой модификации может быть использован как газовое топливо для двигателей внутреннего сгорания. 
 
 
Преимущества пиролизного газа:  
· высокая калорийность (4500-5000 ккал/м3 против 1500-2000 ккал/м3 генераторного газа),  
· отсутствие азота и его окислов NОх (отсутствие азота в пиролизном газе объясняется тем, что  при пиролизе исключается попадание воздуха - процесс происходит в вакууме).  
 
Калорийность углеподобного остатка  »7000 ккал/кг. В зависимости от того, от какого вещества сформировался остаток (преимущественно органика или неорганика), его (после соответствующей модификации) можно использовать в качестве удобрения или сырья для строительной индустрии.

СХЕМА КОМПЛЕКСА ПО ПЕРЕРАБОТКЕ  ТВЕРДЫХ БЫТОВЫХ  ОТХОДОВ

Описание  процесса: 
В начале процесса в блоке отделения от общей массы ТБО отделяются крупногабаритные отходы, которые затем разделяются  на отходы, состоящие преимущественно из органической и неорганической частей.  
 
Неорганические крупногабаритные отходы поступают в блок разделки, где разделываются на части, размеры которых определяются загрузочным устройством камеры окисления. После прохождения камеры окисления они соединяются с неорганическими отходами основного потока и направляются на дальнейшую переработку в соответствии с общеизвестными технологиями.  
 
Крупногабаритные отходы, состоящие преимущественно из органической части (пластмасса, древесина и т.д.) после грубого дробления (блок предварительного дробления) попадают в основной поток движения отходов.  
 
Оставшиеся после удаления крупногабаритных предметов органические и неорганические отходы поступают в блок измельчения, затем направляются в камеру предварительного подогрева (температура в камере порядка 200 °С или выше). Температура в камере определяется условиями удаления воды и других относительно легкокипящих соединений.  
 
Из камеры предварительного подогрева отходы попадают в реактор пиролиза, где мгновенно нагреваются до температуры 650-700 °С. При этой температуре протекает высокоскоростной пиролиз органических соединений с образованием твердых и газообразных продуктов. В камере предварительного подогрева и реакторе термоудара процессы проводятся без доступа воздуха.  
 
Твердые отходы, содержащие и неорганическую часть, из реактора поступают в блок сбора и направляются в блок разделения, где более легкий по плотности органический остаток отделяется от неорганического. Органический остаток, представляющий собой углеподобный продукт, сушится и направляется на дальнейшее использование.  
 
Неорганический остаток попадает в камеру окисления, где удаляются последние следы органических соединений. К неорганическому остатку основного потока , вышедшего из камеры окисления, добавляется неорганический остаток крупногабаритных отходов, прошедший через блок разделки и камеру окисления.  
 
Оставшийся после окисления неорганический остаток, содержащий соединения металлов, стекло и т.д., направляется на плавление, разделение и по известным технологиям перерабатывается в полезный продукт.  
 
Содержание неорганического остатка обычно ниже, чем 10% от исходного ТБО. 
Получаемые на различных стадиях газовые фракции направляются на очистку и частичную конденсацию с выделением полезных продуктов. Оставшийся газ разделяется на компоненты и/или дожигается в установке. После дожигания газ очищается и выводится.  В соответствии с требованиями экологии в схеме может содержаться блок поглощения основного количества CO2.  
 
Выделяемые в процессе для дальнейшего использования продукты определяются составом ТБО и пожеланиями Заказчика. 
При наличии в ТБО радиоактивных соединений они должны контролироваться на входе (отходы) и выходе (продукты) процесса. Оставшаяся радиоактивная часть отходов подлежит захоронению. 
Вследствие значительного колебания исходного состава несортированных ТБО в процессе большое внимание уделяется контролирующим и регулирующим системам (приборам). 
 
Преимущества процесса:  
· относительно небольшие энергозатраты при переработке единицы ТБО вследствие нагрева до высоких температур меньшего количества вещества, чем в обычно используемых процессах, и преимущественно энтропийного характера процесса пиролиза, 
· использование малого количества кислорода (воздуха), 
· максимальная степень допустимой переработки или уничтожения отходов, 
· минимальное возможное количество выводимых из системы соединений.

Сноска 1 
Установка по окислению (уничтожению) элементорганических и  
органических соединений 
 

Процесс медленного окисления (а не сжигания) органических соединений служит для уничтожения  органических и элементоорганических соединений, включая конденсированные ароматические соединения, содержащие галоиды.Периодический процесс окисления ТБО (в отличие от обычно проводимого процесса сжигания) осуществляется на установке кислородом (воздухом) при мягких условиях: температура порядка 650 oС, давление 1- 1,5 атм, время цикла 10- 15 мин. При окислении воздухом объем установки возрастает примерно в 5 раз в соответствии с содержанием азота. Вследствие низкой температуры процесса диоксины практически не образуются. Периодичность процесса позволяет осуществлять контроль выводимых из установки веществ и не допускать выброс в окружающую среду экологически вредных соединений в различных фазах.  
 
Газообразные продукты окисления после прохождения через катализатор на основе соединений меди содержат воду, экологически чистые газы (CO2 , N2) и/или используемые в дальнейшем газы, например, HCI. Если в отходах, кроме C, H, N, O и галоидов, содержатся другие элементы, например, металлы, то они, в основном в виде окислов, выпадают в осадок.. Состав выводимых продуктов согласовывается. Например, CO2 может быть переведен в Na2CO3.  
 
Метод был разработан для элементного анализа "трудно горящих" веществ (веществ, трудно поддающихся химическому анализу) и лишь потом применен для уничтожения отходов. Не было обнаружено соединений, элементный состав которых не определялся бы данным методом. Точность анализа по каждому элементу (C, H, N) ниже 0,3%.  
 
Преимущества процесса:  
 
* минимальное использование кислорода (воздуха),  
* контроль выбросов вредных газообразных соединений (вплоть до полного отсутствия выбросов), 
* отсутствие бесконтрольного выброса тяжелых металлов,  
* максимально возможное использование продуктов процесса,  
* возможность уничтожения галоидсодержащих соединений.  
 
Использование установки для окисления (уничтожения)  элементоорганических соединений позволит нейтрализовать вредные вещества, содержащиеся в твердой фазе и подготовить твердый остаток к депонированию или дальнейшему использованию (например, в качестве строительного материала для дорожного покрытия).

Сноска 2 
Пиролизная установка для перегонки воды 
Получение технической воды 
 

Описание  процесса:  
Неочищенная вода предварительно нагревается до температуры, близкой к кипению. При этой температуре удаляются соединения, присутствующие в воде и имеющие более низкие, чем вода, температуры кипения. Если вредные вещества в исходной воде отсутствуют, то предварительный нагрев все равно целесообразен для уменьшения диапазона высокоскоростного нагрева.  
 
После удаления легколетучих веществ вода направляется в реактор, где нагревается до температуры термоудара (около 375 oС). Растворимые в воде, имеющие более высокую критическую температуру, вещества не успевают испариться и направляются в узел отделения примесей. В дальнейшем соли или высококипящие жидкости направляются на переработку или захоронение.  
 
Полученный пар охлаждается, испаряя дополнительное количество воды, или направляется на технологические цели. Параметры пара должны модифицироваться с соответствии с требованиями технологического процесса.  
 
Экономичность установки возрастает при использовании теплоты, получаемой при охлаждении и конденсации пара.  
 
Основные преимущества процесса: * уменьшение энергозатрат на единицу полученной продукции по сравнению с другими методами получения воды путем ее перегонки,  
* высокая скорость процесса, возможность работы в широком диапазоне концентраций примесей.  
 
Значение последнего преимущества особенно возрастает при необходимости работы с водами переменного состава, например, с сезонными водами.  
 
Установка по перегонке воды методом высокоскоростного пиролиза позволит использовать полученную из ТБО воду в технологических целях (как оборотную воду для предварительного нагрева ТБО), а также для иных производственных целей при необходимости.

Сопоставление технологии термоудара с существующими аналогами

Разработанная ЗАО «Энергия» технология переработки отходов – технология мгновенного пиролиза - отличается применением схемы процесса, обеспечивающей наиболее высокую энергетическую эффективность по сравнению с любыми альтернативными технологиями – проведение процесса на очень высокой скорости протекания (порядка или менее 104 °С/сек.), что позволяет газифицировать практически любые органические вещества с получением высококалорийного пиролизного газа (аналог природного по потребительским свойствам), горячего пара (который НЕ ТЕРЯЕТСЯ в процессе переработки органики, а собирается и используется в технологическом процессе). Кромке того, технология позволяет уменьшить ОБЪЕМ исходного сырья в 10 раз или более. Углеподобный остаток – еще один продукт технологии термоудара – содержит (в зависимости от вида исходного сырья) ценные, иногда редкие компоненты. Так, из всех видов органического сырья значительный интерес представляют именно БУРЫЕ УГЛИ, как дешевое полезное ископаемое, обогащенное РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫМИ МЕТАЛЛАМИ: галлием, германием, ванадием, лантаном, церием и другими.  
 
Значительное увеличение энергетической эффективности по сравнению с известными технологиями газификации обеспечивается за счет того, что установка работает АВТОНОМНО (исключая непродолжительный начальный этап, когда подводится энергия извне). В целом, установка использует 15-25% вырабатываемой энергии.  
 
Технология ТЕРМОУДАРА позволяет повысить энергетическую эффективность и экологическую безопасность производства по переработке отходов.  
 
Показатели выбросов загрязнителей 
Технологический процесс обеспечивает соответствие выбросов загрязнителей с дымовыми газами Директиве 2000/76/EC Европейского Парламента и Европейского Союза [DIRECTIVE 2000/76/EC OF THE EUROPEAN PARLIAMENT AND COUNCIL OF 4 December 2000 on the incineration of waste (OJ L 332, 28.12.2000, p. 91) Corrigendum OJ L 145, 31.5.2001, p. 52 (2000/76/EC)  
 
Газообразные продукты окисления после прохождения через катализатор на основе соединений меди содержат воду, экологически чистые газы (CO2 , N2) и/или используемые в дальнейшем газы, например, HCI. Если в отходах, кроме C, H, N, O и галоидов, содержатся другие элементы, например, металлы, то они, в основном в виде окислов, выпадают в осадок..  
 
Технология позволяет проводить элементный анализ "трудно горящих" веществ (веществ, трудно поддающихся химическому анализу) и с успехом применяется для уничтожения отходов. Не было обнаружено соединений, элементный состав которых не определялся бы данным методом. Точность анализа по каждому элементу (C, H, N) ниже 0,3%.  
 
Необходимо отметить, что чистота газа (выбросов) на выходе обеспечивается не  применением  традиционных газоочистных устройств, а уникальной системой очистки – катализатором на основе соединений меди – которая обеспечивает выпадение в зольный (углеподобный) остаток практически всех вредных веществ с эффективностью не менее 98,4 . Технология  термоудара обеспечивает практически нулевой  выброс  пыли с газом. Высокое качество пиролизации органики (в реакторе пиролиза) и окисления неорганики (в реакторе окисления) обеспечивает практические нулевые концентрации органических загрязнителей. 
 
Отсутствие этапа сушки сырья (с потерей влаги) и использование водяного пара в технологической  цепочке.  
Характеристики элементов ТБО как топлива представлены в следующей таблице