Выдержки из Технологического регламента, исходных данных и рекомендаций для проектирования завода-модуля по термохимической переработке муниципальных отходов. 2 часть
Согласно технологической схеме муниципальные отходы дробят, выделяют на соответствующих сепараторах черные, цветные металлы и стеклобой, остаток смешивают с отсевом известкового камня. Сушка указанной смеси осуществляется в паровой сушилке, использующей пар котлов-утилизаторов бросового тепла отходящих дымовых газов и газов пиролиза. При высокой влажности поступающие отходы после дробления предварительно отжимают в шнековом прессе. В районах с холодным климатом предусмотрена рециркуляция части горячих высушенных отходов на смешение с поступающими в сушилку отходами. Такая комбинированная схема удаления воды из отходов перед их пиролизом позволяет эффективно перерабатывать отходы любой влажности, в том числе и смерзшиеся.
Процесс пиролиза происходит во вращающемся барабане печи пиролиза за счет нагрева уходящими дымовыми газами топки. Теплообмен осуществляется через поверхность барабана, т.е. без непосредственного контакта дымовых газов с пиролизуемой массой. На первой стадии пиролиза находящиеся в мусоре компоненты, содержащие галогены, например пластмассы, содержащие хлор (поливинилхлорид, линолеум, обои, оконные рамы, электрооборудование, пластиковая тара и т.п.), полностью разлагаются при температуре 200 – 2500С (390 – 4800F) с выделением хлористого водорода, который нейтрализуется известняком c образованием хлористого кальция (СаCl2). Одновременно серные соединения, содержащиеся в муниципальных отходах, будут также нейтрализованы известняком. В ходе второй стадии пиролиза предварительно обработанные отходы нагреваются до более высокой температуры 5000С (9300F), достаточной для разложения других содержащихся в отходах органических веществ. При этом полихлорированные диоксины, фураны и бифенилы не образуются в связи с тем, что весь хлор из обрабатываемых отходов был выведен на предыдущей стадии пиролиза. Кроме того, отсутствие воздуха и, соответственно, свободного кислорода полностью исключает протекание процессов горения в барабане печи, а в сочетании с отсутствием свободного азота практически исключает образование парниковых газов (CH4, CO2, SO2, N2O, SF6 , поли- и гидрофторуглеродов) (17). Таким образом, если в известных процессах очистка получаемых при обработке отходов газов пиролиза производится на специальном газоочистном оборудовании, в предлагаемом процессе приняты меры к тому, чтобы высокотоксичные и опасные продукты вообще не образовывались в объёме печи пиролиза, т.е. созданы условия для предовращения образования диоксинов, что гораздо проще, чем связывать молекулярный хлор, тем более разрушать диоксин.
Газы, выделяющиеся в ходе пиролиза, а также выпары из технологического оборудования конденсируются, конденсат разделяется в отстойнике. Водный конденсат, образующийся при конденсации пиролитического газа и вода после отжима исходных отходов отдувается от легкой органики воздухом, который а конечном счете подается в качестве дутья в топку. Очищенная от легко летучих органических веществ вода используется в системе экстракции из твёрдого остатка пиролиза водорастворимых солей и ионов тяжёлых металлов c одновременным растворением хлористого кальция, полученного на первой стадии пиролиза. Затем промывная вода очищается в сорбционном фильтре с загрузкой активированным углем и в гальванокоагуляторе. При этом тяжёлые металлы выводятся из системы в виде концентрата (уголь + тяжёлые металлы) вместо их выброса в окружающую среду. Технология позволяет выделить 100% ртути и 90% остальных соединений тяжёлых металлов. При этом исключается захоронение активированного угля с сорбированными в нем тяжелыми металами в зависимости от местных условий путем отправки отработанного активированного угля в качестве товарного продукта (добавка к шихте) на предприятия цветной металлургии или в компанию, занимающуюся выпуском активированных углей и сервисным обслуживанием установок для очистки различных сред этими углями для их регенерации и повторного многократного использования.
Затем очищенную от тяжёлых металлов и запахов воду с растворенным в ней хлористым кальцием сушат в распылительной сушилке (получение сухого хлористого кальция) отходящими дымовыми газами печи пиролиза, которые затем используютcя для термовлажностной обработки шлакобетонных изделий и получения жидкой углекислоты стандартным методом (12) с использованием моноэтаноламина и пара котлов-утилизаторов. Таким образом, весь образовавшийся технологический конденсат используется в ходе технологических процессов, что исключает их сброс и, соответственно, строительство промышленной канализации и очистных сооружений. Излишек влаги, постоянно поступающей с исходными отходами, удаляется из системы в процессе сушки хлористого кальция. Исключается также потребление свежей технической воды от посторонних источников и, соответственно, нарушение водного баланса окружающей среды. Вода питьевого качества из городской водопроводной сети используется только на горячее водоснабжение, душевые, умывальники, туалеты, заводскую прачечную и столовую.
Неконденсируемая часть поролизного газа вместе с частью сконденсированных жидких органических продуктов направляются в топку на совместное сжигание с отмытыми от тяжелых металлов твердыми остатками пиролиза (угольно-минеральной композицией). Сжигание осуществляется в три стадии, что значительно снижает выброс окислов азота в атмосферу (9,10,11). Вентиляционный воздух из помещения и воздух из технологического оборудования подается на отдувку конденсата от легко летучей органики, нагревается за счет сухого охлаждения шлака, выходящего из топки и поступает в качестве дутья в эту же топку. Расход воздуха равен потребности процесса горения в топке, что обеспечивает его полное использование, исключает выброс даже части загрязненного дутьевого воздуха в окружающую среду. Охлажденный, очищенный от стекла, тяжелых металлов и серных соединений шлак и вода с растворенным хлористым кальцием (ускорителем процесса твердения бетона) используются для производства шлакобетонных изделий. Оставшаяся часть жидких органических продуктов (пиролизная смола) выводится из системы в качестве товарного синтетического жидкого топлива. Многоступенчатая утилизация тепла уходящих дымовых газов топки совместно с теплом, выделившимся при конденсации части водяного пара, образующегося при сгорании углеводородного топлива, при их последовательном охлаждении и выбросе в дымовую трубу при 85оС (185оF), обеспечивает высокий коэффициент использования топлива (>100%) и, соответственно, выход его части на рынок. Только в период пуска завода необходимо использовать ранее произведенное жидкое топливо или топливо от посторонних источников.
Переработка электронного, электротехнического и кабельного скрапа осуществляется без предварительной разборки перерабатываемых изделий за счет дробления, магнитной и взрывобезопасной электростатической сепарации на фракции. Неметаллы (полимеры, текстолит, силиконы, органические смолы, резина и другие компоненты) направляются в печь пиролиза на производство жидкого топлива, черные металлы поступают на склад, а затем в пункты приема металлолома, цветные металлы, обогащенные платиноидами, золотом и серебром отправляются на аффинажные заводы, где выделяются химически чистые металлы. Такой метод обогащения не является рафинированием, однако, используется как предварительная стадия при обработке электронного лома. Преимуществом такой обработки является легкость, с которой могут перерабатываться значительные объемы электронных отходов (16). Основным результатом работы установки по переработке отходов электроники, принятом в настоящем проекте, является увеличение степени чистоты выделяемых металлов (обогащение) до такого уровня, чтобы при последующей плавке на аффинажном заводе было обеспечено минимальное количество загрязняющих выбросов в атмосферу и получение дополнительного топлива из фракции неметаллов.
В зависимости от местных условий, в случае необходимости и наличия потребителей возможно использование тепла технологических конденсатов для мойки мусоровозов с возвратом загрязненной теплой воды обратно в производство, подпочвенного подогрева земли в теплицах и оранжереях, подогрева воды в искусственных водоемах для круглогодичного разведения рыб, горячего водоснабжения жилых районов города или поселка и т.д. Возможна также выработка электроэнергии, например, на дизель-генераторной или газо-турбинной установках как для собственного потребления, так и на реализацию сторонним потребителям.
2.6. Продукты, полученные при переработке муниципальных
отходов и рекомендации по их использованию.
Производимыми товарными продуктами являются: жидкое топливо, лом черных и цветных металлов, смесь различных видов стеклобоя, очищенные от тяжёлых металлов, серы и стекла шлак и шлакобетонные изделия, сухой хлористый кальций, жидкая углекислота, концентрат цветных и благородных металлов, полученный из электронного, электротехнического и кабельного скрапа. После очистки водных конденсатов на сорбционных фильтрах активированный уголь с сорбированными в нем тяжелыми металами является товарной продукцией и направляется на производства цветной металлургии в качестве дорогих добавок к шихте при восстановительном сжигании в производственных печах с получением концентрата смеси данных металлов. Если такой сбыт организовать не удается, то отработанный активированный уголь отправляется на регенерацию в компанию-поставщик активированного угля, занимающуюся в том числе и сервисным обслуживанием установок для очистки различных сред этими углями для их регенерации и повторного многократного использования На сегодняшний день деятельность этих компаний охватывает практически все страны мира (20). В любом случае исключается захоронение отработанного активированного угля и, соответственно, высвобождается земля и исключаются расходы на содержание специального полигона.
Жидкое топливо [теплотворная способность в соответствии с принятым морфологическим составом отходов определена в количестве 5880 ккал/кг (24618 кДж/кг, 10600 Btu/lb) отправляется на тепловые электростанции, промышленные и отопительные котельные, заводы различных отраслей промышленности для использования в качестве добавок к нефтяному топливу (мазуту). Смешивание указанных топлив (гомогенизация) непосредственно перед сжиганием обеспечивает снижение вязкости мазута, уменьшает расход тепла на его разогрев и хранение, снижает расход электроэнергии на перекачивание, приводит к экономии нефтяного топлива, улучшает условия эксплуатации форсунок, что улучшает качество сжигания и, соответственно, снижает коеффициент избытка воздуха и увеличивает КПД котла, уменьшает содержание оксидов серы в дымовых газах (пиролизное топливо не содержит серные соединения в связи с их нейтрализацией известняком в печи пиролиза). Одновременно предусмотрена площадка на генплане завода и показана возможность и экономическая целесообразность после строительства завода дополнительного монтажа комплектно поставляемой установки по производству бензина и печного топлива, соответствующих всем требованиям стандарта (19). Следует отметить, что теплотворная способность пиролизного жидкого топлива может доходить до 9000 ккал/кг (37680 кДж/кг) (41, Раздел “Продукты пиролиза”). Таким образом, при другом составе отходов, например, с повышенным содержанием пластмасс, отработанных шин, тканей и т. п теплотворная способность жидкого топлива соответственно увеличивается, что положительно отразится на технико-экономических показателях проекта.
В случае использования всего произведенного товарного топлива на выработку электроэнергии непосредственно на заводе, например, на дизель-генераторной или газо-турбинной установках, обеспечиваются собственные нужды предприятия и отпуск электроэнергии в районные электрические сети. При этом себестоимость электроэнергии, выработанной на произведенном на заводе собственном топливе, будет на 60% ниже себестоимости электроэнергии на тепловых электростанциях (ТЭС) (см. 9.Электрическая мощность, потребляемая заводом. Основное оборудование электроснабжения потребителей завода). Этот вариант использования топлива зависит от местных условий и должен быть согласован с местной администрацией.
Хлористый кальций, очищенный от тяжёлых металлов, применяется для ускорения схватывания и твердения бетонов, в качестве антиобледенителя для дорог и железнодорожных стрелок, против смерзания угля и руд, при приготовлении хладоагентов и лекарственных препаратов, в качестве осушителя в связи с быстрым поглощением влаги из окружающей среды.
Жидкая углекислота имеет чистоту не менее 99,998% (объемн.) при остаточном содержании кислорода < 5 ppm (объемн), что полностью соответствует применяемым в пивоваренной промышленности стандартам (12), используется также в пищевой промышленности в качестве разрыхлителя теста, для сатурирования шипучих напитков, в том числе безалкогольных напитков, минеральной воды и игристых вин, для производства сухого льда, как консервант при упаковке пищевых продуктов в модифицированной атмосфере для увеличения срока их хранения, экстрагирования пряно-ароматического сырья. В химической промышленности и фармацевтике при производстве синтетических химических веществ, нейтрализации щелочных сточных вод, в процессах очистки и осушки полимеров, волокон животного или растительного происхождения. В металлургии применяется для осаждения бурого дыма в процессах завалки лома и закачки углерода, для сокращения объема поглощения азота в процессе вскрытия электродуговых печей. При переработке цветных металлов для осаждения дыма в процессе ковшевой транспортировки штейна (производство Cu/Ni) или слитков (производство Zn/Pb). В целлюлозно-бумажной отрасли для регулирования уровня рН в перерабатываемом сырье после щелочной отбелки древесной массы или целлюлозы, в сварочном производстве – в качестве инертной среды при сварке проволокой. Баллоны с жидкой углекислотой широко применяются в качестве огнетушителей и в пневматическом оружии.
Шлак, очищенный от тяжёлых металлов, серы и стекла, используется в качестве наполнителя при производстве шлакобетонных изделий непосредственно на заводе (13), и/или отправляется потребителю.
Стеклобой (бой оконного и тарного стекла, витражей, зеркал, стеклянной мебели, бутылок и других изделий) отправляется на изготавление тротуарных плит, бордюрного камня, кирпича, плит для облицовки цоколей зданий, плит полов промышленных, сельскохозяйственных зданий и сооружений с повышенной агрессивностью среды, бетонов радиационной защиты и негорючих теплоизоляционные покрытий в атомной промышленности, используется в виде добавки к портландцементам и полимерам, в качестве наполнителя резины, увеличивая ее абразивную стойкость и твердость. Загрязненный стеклобой (содержат прилипший мелкий материал, бумагу и органические остатки) применяется как добавка при изготовлении кирпичей без предъявления к его качеству особых требований. При замене 50% глины загрязненным стеклобоем температуру обжига кирпича можно понизить с 11700С до 9000С. При этом производительность печи возрастает ~ на 30%. Качественные кирпичи получаются из смеси: стеклобой -30%, отходы кирпича 60% и глина-10%. Такие кирпичи имеют высокое сопротивление погодным воздействиям и пригодны для использования в качестве облицовочных материалов (14). Одновременно показана возможность и экономическая эффективность после строительства завода дополнительного монтажа комплексного оборудования для мойки и помола стеклобоя и отправки его на производство бетона, что обеспечивает аномальный рост прочности бетона, значительно превышающий прочность композиций на стандартном наполнителе из кварцевого песка (15).
Концентрат цветных и благородных металлов, полученный при переработке и сортировке электроннoго и электротехнического и кабельного скрапа, содержит медь, алюминий, олово, хром никель и другие металлы. Особую ценность представляют драгоценные металлы, которые могут применяться в следующих отраслях (16):
золото - производство ювелирных изделий, электронная и электротехническая промышленность, художественно-декоративная область, стоматология;
серебро - электронная, электротехническая, фото-кинопромышленность, производство ювелирных изделий, стоматология и медицина, производство зеркал;
платина - автомобильная, химическая, ювелирная, нефтяная промышленность, медицина и стоматология, электротехника, производство стекла;
палладий - автомобилестроение, нефтехимия, электронная и электротехническая промышленность, производство ювелирных изделий, медицина;
иридий - часто используют как упрочняющий элемент в сплавах с платиной и палладием, химическая промышленность, электротехника, изготовление инструментов для операций на сердце, ювелирная промышленность, лазерная техника, медицина;
родий - автомобильная промышленность, производство стекол, сплавы для зубного протезирования и ювелирных изделий, химия, нефтехимия.
Утилизация тепла вторичных энергоресурсов обеспечивает получение горячей воды для отопления и горячего водоснабжения завода. В зависимости от местных условий возможно также использование технологических конденсатов для мойки мусоровозов с возвратом загрязненной теплой воды обратно в производство, подпочвенного подогрева земли в теплицах и оранжереях, подогрева воды в искусственных водоемах для круглогодичного разведения рыб, горячего водоснабжения жилых районов города или поселка и т.д. (в технико-экономических показателях настоящего проекта этот вариант утилизации тепла не рассматривается, поскольку он возможен только при наличии постоянных посторонних потребителей тепла. В Регламенте показана только возможность такого использования вторичного тепла).
13. Заключение.
Показана возможность, экологическая безопасность и экономическая целесообразность строительства завода-модуля по термохимической переработке муниципальных отходов, который обеспечит переработку мусора средне-статистического населенного пункта США численностью в 112000 человек (в Израиле - 126000, Австралии – 137000, Германии - 142000, Италии - 154500, России - 191000, Японии - 207000, Бразилии - 218000, Казахстане - 266000 и Украине – 283000 человек). При этом мощность предприятия и, соответственно, численность обслуживаемого населения может меняться в широких пределах, поскольку производство состоит из отдельных автономных технологических линий (модулей). В зависимости от местных условий возможно строительство заводов малой производительности (мини-заводов), количество и географическое расположение которых для данной местности определяется технико-экономическим расчетом. Это сократит дальниe пeрeвозки отходов грузовиками и тяжeлыми трeйлeрами и, соответственно, снизит расходы и дополнитeльную нагрузку на экологичeскую обстановку, свойствeнную транспортным срeдствам. Особенно важен настоящий Регламент для стран, испытывающих дефицит в топливе, для жарких и засушливых районов с дефицитом воды и холодных районов, где возможна доставка на завод смерзшихся отходов.
Настоящий регламент обеспечивает создание нового направления в области переработки несортированных твердых бытовых отходов, которые из-за многокомпонентости и непостоянства морфологического состава являются наиболее сложными для переработки продуктами. Предлагаемый завод-модуль производительностью 10 т/час (85000 т/год) при ожидаемой стоимости $ 5 575 000 только за счет выпускаемой экологически чистой продукции самоокупаем и даже без оценки предотвращенного экологического ущерба окружающей среде обеспечивает чрезвычайно быстрый возврат инвестиций – 7 месяцев, а при бесплатном приеме на переработку муниципальных отходов – 10 месяцев, т.е. менее года. В этой связи можно предположить, что действительный срок окупаемости строительства завода с учетом охраны окружающей среды будет еще ниже ожидаемого. Такой малый срок окупаемости для подобных производств в доступной литературе не обнаружен. Полный расчет экономической эффективности может быть выполнен только после разработки технико – экономического обоснования строительства завода, привязанного к определенной местности.
Таким образом, предлагаемый завод обеспечит получение жидкого топлива (а случае необходимости – электроэнергии) из бросового сырья и позволит противостоять тенденциям опасного накопления мусора, его стихийного сжигания, самовозгорания, попадания огромных количеств образующихся токсических веществ в атмосферу, почву и водоёмы, поскольку обеспечивает не только экологически чистую переработку отходов, но и значительно снижает загрязнение окружающей среды в местах потребления выпускаемой заводом экологически чистой продукции. Кроме того, предлагаемое техническое решение обеспечивает существенную прибыль компаниям, которые будут работать в этой области.
Recycling plastics waste
добавить ресурс
.gif){kind=small}
Переработка мусора:
ТБО и другие проблемы современности:
© Дизайн Студии РОМАрт, 2004.