Была поставлена задача термической переработки твердых бытовых и промышленных отходов путем создания таких температурных и газовых режимов, которые обеспечивают возможность осуществления глубокой пиролитической деструкции всей органической части отходов до проектных молекулярных образований, образующих экологически чистый энергетический газ и пригодный для использования твердый остаток. Она решена благодаря использованию плазмы.в качестве газоподобного теплоносителя.

При разработке способа была поставлена задача термической переработки твердых бытовых и промышленных отходов путем создания таких температурных и газовых режимов, которые обеспечивают возможность осуществления глубокой пиролитической деструкции всей органической части отходов до проектных молекулярных образований, образующих экологически чистый энергетический газ и пригодный для использования твердый остаток.

Это задача решена благодаря тому, что в данном способе, включающем подачу отходов в вертикальный реактор, сушку и пиролиз отходов газообразным теплоносителем, вывод из реактора парогазовой смеси и разделение ее на газ и конденсат, в качестве газоподобного теплоносителя используется плазма. В качестве плазмосоздающего агента применены газы пиролиза, которые выделяются из парогазовой смеси. Жидкая фракция частично или полностью подается в реактор для дальнейшей деструкции.

Установка для термической переработки твердых бытовых и промышленных отходов включает вертикальный реактор, устройство для загрузки отходов, сборник парогазовой смеси и разделительную колонну, соединенную трубопроводом со сборником парогазовой смеси, дополнительно включает плазмотрон. Последний расположен в нижней части реактора и соединен трубопроводом с выходным патрубком пиролизного газа разделительной колонны. Патрубок конденсата разделительной колонны соединен с внутренним объемом реактора.

Для разложения высокомолекулярных органических соединений, слагающих основную часть бытовых и органосодержащих промышленных отходов, на простые молекулы нужна высокая температура и инертная среда. Плазма, образующаяся из пиролизного газа, в электрической дуге, имеет достаточный энергетический потенциал для диссоциации сложных молекул газа и конденсата, которые поступают в реактор из разделительной колоны.

Переработка осуществляется следующим образом. Бытовые и промышленные органические отходы, предварительно освобожденные от неорганических компонентов, загружают в приемный бункер, откуда с помощью шнекового загрузочного устройства подаются непосредственно в реактор. Отходы, поступившие в реактор, перемещаются вниз, проходя последовательно зоны сушки и пиролиза. Необходимый температурный режим в реакторе обеспечивается работой плазмотрона, к которому непрерывно подводится электрический ток и пиролизный газ, который является плазмообразующим агентом.

За счет энергии электрической дуги плазмотрона, в которой температура достигает 100000С, газ пиролиза диссоциирует и ионизируется, превращаясь в плазму с температурой 40000С с высокой теплоемкостью и теплопроводностью.

Вследствие влияния на органические отходы высоких температур без доступа кислорода происходит глубокая деструкция органических соединений до Н₂, СО, СО₂, и СН₄. Образовавшаяся в процессе деструкции газовая смесь поднимается в верхнюю часть реактора, отдает свое физическое тепло твердым отходам, за счет чего происходит их термодеструкция с образованием парогазовой смеси.

Парогазовая смесь, образовавшаяся в плазмотроне и реакторе, поступает в разделительную колонну, выполненную в виде трубчатого холодильника, в котором происходит разделение на пиролизный газ и конденсат. Пиролизный газ подается потребителю, конденсат частично подается потребителю, а частично через форсунки возвращается в нижнюю часть реактора для более глубокой деструкции. Шлак, который накапливается в нижней части реактора, периодически удаляется с помощью специального устройства.

Данный способ положен в основу инвестиционного предложения "Промышленный комплекс плазменно-химической переработки твердых бытовых и промышленных отходов", включенный в государственную программу "Техногенные ресурсы".

Комплекс, работающий в системе многоцикловой термообработки отходов и первичных продуктов их пиролиза при температурах 600-4000° С, обеспечивает степень деструкции высокомолекулярных органических соединений до 99,9998%.

Комплекс включает участок сортировки и подготовки отходов к переработке, реакторное и электрогенераторное отделение, отделение водоподготовки и пункт накопления и распределения тепловой энергии.

В качестве сырья могут использоваться твердые органические отходы, пластмассы, резины, отходы кабельной, химической, цельно-газосодержащей продукции, текстиля, лакокрасочных материалов, масел и бытовые отходы.

Пиролизный энергетический газ поступает в парогенератор, где сгорает и нагревает воду, которая в виде пара поступает в теплоэлектрогенератор, где производится электроэнергия. Продукты сгорания проходят в рекуператор, охлаждаясь за счет нагрева воздуха, подаваемого в парогенератор, проходят через пылеуловитель и удаляются через дымовую трубу в атмосферу. Состав удаляемых выбросов аналогичен выбросам из котельных установок, оборудованных современными системами улавливания вредных компонентов.

Электрическая энергия через блок выравнивания и синхронизации направляется в электросети, а тепловая энергия используется для получения горячей воды для отопления и горячего водоснабжения.

Комплекс перерабатывает 500 килограмм в час или 4400 тонн в год отходов с производством более 1 млн.куб.метров в год энергетического газа, 4730 мегаватт часов электроэнергии, 4,2 гигаджоулей в час тепловой энергии и 440 тонн в год строительного высокодисперсного термоустойчивого шлака.

Общая сметная стоимость комплекса 7,6 млн. грн., уровень рентабельности – 38%, срок окупаемости – 2,8 года. Введение его в эксплуатацию способствует созданию 42 дополнительных рабочих мест.

Литература

1. Жуков М.Ф., Михайлов Б.И.Аньшаков А.С. Пароводяные плазмотроны для пиролиза и конверсии углеводородов. Плазменная газификация и пиролиз низкосортных углей. М : ЭНИН, 1987. с.111-123.

2. Жуков М.Ф., Слоляков В.Я., Урюков Б.А. Электродуговые нагреватели газа (плазмотроны). М : Наука. 1973. с.232.

3. Солоненко О.П. Низкотемпературная плазма, исследование и технология. Изв. СО АН СССР. Сер.техн.наук. 1986 № 4, вып.1. с.136-139.

4. Жуков М.Ф., Калиненко Р.А., Левицкий А.А., Полак Л.С. Плазмо-химическая переработка угля. М : Наука.1990.

5. СурисА.А. Термодинамика высокотемпературных процессов. М.: Металлургия, 1985. с.464-470.

6. Сигал И.Я. Защита воздушного бассейна при сжигании топлива. Л.:Наука, 1977. с.294.

 7. Левин Б.И. Использование твердых бытовых отходов в системе энергоснабжения. М.:Энергоиздат, 1982. с.224.

С.В. Ганюков, В.И. Саранчук,
КП "Укринвестпроект", г. Снежное