Пиролизная установка: виды, устройство и принцип работы

Пиролиз — метод термической переработки отходов, в ходе которой утилизируемое сырье разлагается на другие фракции: полукокс, пиролизную жидкость и пиролизный газ. Горение протекает без доступа кислорода, полученные фракции можно использовать как горючее. Правильно собранная и оснащённая фильтрами пиролизная установка экологически безопасна.

Подходящие отходы для переработки

• ТБО: бумага, пластмасса, стекло, кости и т.д;
• отходы деревообработки: щепки и опилки;
• пластик и полимерсодержащие отходы (бутылки, полиэтиленовые пакеты);
• иловые слои, образующиеся в коллекторах и канализациях;
• сланец и торф;
• автомобильные покрышки, резиновые отходы;
• отходы аграрно-промышленного комплекса;
• сельскохозяйственные отходы (шелуха зёрен, скорлупа орехов и т.п.);
• отходы медицинских учреждений
• нефтешламы;
• растительные отходы, включая водоросли.

Типы установок в зависимости от перерабатываемого материала

Пиролизные установки построены по одному принципу, различия в конструкции и режимах работы обусловлены сферой применения конкретного агрегата. Для утилизации некоторых отходов требуется более высокая температура.

Пиролизная установка

Переработка древесины протекает при низких (400-500°C) температурах. В результате процесса из установки извлекают древесный уголь, смолу, метиловый спирт, уксусную кислоту, ацетон.

Крекинг (процесс термического разложения) предельных углеводородов протекает при средних (700°С) температурах. На выходе получаются бензол, этилен, пропилен.

Пиролиз метана — высокотемпературный (1500°C) процесс, в результате которого образуется ацетилен. Продукты пиролиза быстро охлаждаются, после чего используются для производства синтетического каучука.

Низкотемпературный пиролиз ТБО осложнён необходимостью улавливать вредные летучие продукты горения: серу, фосфор и хлор. Требуется установка фильтров.

Технические характеристики установки

Основные параметры агрегатов:

• производительность (кг/час или кубометры в день);
• масса установки (мобильные агрегаты весят 3-8 тонн, стационарные — больше 10 тонн);
• габаритные размеры;
• мощность;
• тип питания (требуемое топливо/параметры электросети);
• мобильность (требуется ли разборка для перевозки);
• этажность установки (количество уровней).

Иногда производитель пиролизных установок указывает дополнительные параметры: окупаемость, объём реактора и т.д.

Конструкция и составные части

Перевозимые агрегаты строят из жаропрочной нержавейки. Устройство состоит из сушильного реактора, пиролизного реактора, камеры охлаждения твёрдых пиролизных продуктов и реактора, в котором охлаждается и конденсируется парогазовая смесь углеводородов.

Модули мобильного агрегата установлены на единую раму. В процессе утилизации отходы непрерывно двигаются сквозь реакторы по шнековым транспортёрам. Система подачи отходов работает от мотор-редуктора, движение передаётся зубчатой или цепной передачей. Сама установка перемещается на автоприцепе или грузовом шасси.

Компоненты простейших стационарных установок немного другие, но принцип работы тот же:

• реторта — ёмкость для отходов, устойчивая к нагреву;
• топочная камера — отсек, в котором проходит нагрев ТБО и сам пиролиз;
• теплообменник — устройство для охлаждения и конденсации газа до состояния жидкости.

Технология переработки отходов

Мусор автоматически измельчают на куски менее 1 см. После измельчителя материал попадает в сушильную камеру, которая нагревает его до температуры 180 °C. Чтобы установка работала с максимальным КПД, содержание влаги в материале должно быть меньше 15%. Если сушильной камеры нет, эффективность пиролиза снижается.

ТБО, прошедшие сушку, попадают в пиролизный реактор.

Отходы разлагаются под действием высокой температуры, но кислород в этом не участвует.

Конденсат и газы поступают в теплообменник и разделяются на горючий газ и жидкое топливо.

Пиролизный завод

На крупных заводах установлены пиролизные линии, суточная производительность которых достигает десятков тонн материала.

На нефтехимических предприятиях пиролизные цеха специализируются на работе с метаном. Для предотвращения возгораний продуктов пиролиза на предприятиях расположены цистерны для хранения ГСМ.

Из крупных предприятий, производящих пиролизное оборудование в России, можно выделить:

• Тюменский пиролизный завод;
• Уральский пиролизный завод;
• Ангарский завод полимеров;
• ОАО «Газпром нефтехим Салават».

Процесс производства останавливают только для чистки реторт.

Продукты, получаемые на выходе

После термической обработки полимерных материалов остаются зола полукокса, пиролизная жидкость и газ.

Часть газов конденсируется и переходит в жидкое состояние. Жидкость очищают, чтобы превратить её в синтетическую нефть. Она используется как замена природному топливу.

Сухой метод пиролиза

Газ, не прошедший конденсацию, отправляют на дожиг или продают сторонним потребителям. Его можно применять в качестве топлива при выработке электроэнергии на ТЭС.

После переработки покрышек остаётся несгораемый металлокорд, его отправляют на склад для дальнейшей переработки в металлические изделия. Обуглероженный (превратившийся в кокс) остаток используется в промышленности:

• в производстве новых шин и резиновых изделий;
• в качестве красителя при изготовлении лакокрасочных покрытий;
• применяется в качестве сорбента вместо активированного угля;
• служит компонентом жидкого топлива или сам используётся как твёрдое горючее.

Популярные производители в России

В связи с актуальностью проблемы переработки мусора и хорошей окупаемостью пиролизных установок открытие своего перерабатывающего завода — популярный бизнес. Компании предлагают закупать оборудование оптом или в розницу, возможно строительство цехов под ключ.

Среди отечественных производителей пиролизных установок — «Эковторресурс», «Экопромсервис», «НПО Отечественные технологии», «Росэко».

Например, «Эковторресурс» предлагает модульную установку «Константа 6». В зависимости от модификации, она перерабатывает от 6 до 24 тонн сырья в сутки. Стоимость «Константы 6» в максимальной комплектации составляет 40 000 000 рублей, в базовой — 11 300 000 рублей. Установка модульная, возможно постепенное наращивание производственной мощности.

«Росэко» предлагает бюджетную модель агрегата для низкотемпературной переработки шин за 9 000 000 рублей. Производительность составляет от 100 кг/ч, масса установки — 6 тонн.

Пиролизные котлы для отопления

Пиролизный котел

Работающие по принципу пиролиза котлы отопления слишком мощные для обогрева дач, поэтому их применяют в коттеджах и больших хозяйственных помещениях.

Загруженные в котёл дрова медленно тлеют под действием высокой температуры и ограниченного доступа кислорода. Выделяемый пиролизный газ поступает в камеру сжигания и смешивается с воздухом. Происходит одновременное сжигание в разных камерах древесного угля и газа. Преимущество такой схемы — продолжительное горение каждой закладки топлива и повышенный КПД установки.

В котле топливо сгораёт не сразу в полном объёме, а постепенно, тем самым увеличивается время от одной закладки от другой. Продвинутые модели требуют вмешательства человека не чаще 1-2 раз в день.

Пиролизный котёл для коттеджа стоит около 350 000 рублей. Пример такой установки — ATMOS D 15.

Самодельная пиролизная установка

Полноценную установку для переработки отходов своими руками сделать не получится, но можно собрать отопительный котёл по схеме конструктора В.А. Беляева.

Потребуется слесарный инструмент, включая болгарку и сварочный аппарат. Требуемые материалы:

• труба металлическая (диаметром 34, 57 и 159 мм);
• стальная полоса (20х4; 30х4; 80х5 мм);
• труба профильная (сечением 60х30, 80х40 и 20х20 мм);
• металлические листы;
• датчик температуры;
• шамотные кирпичи;
• воздушный насос.

Нарежьте листы на заготовки в соответствии с выбранным чертежом.

Из заготовок методом сварки соберите двухкамерный топливный бункер. К нему подведите изготовленные из труб воздуховоды.

Врежьте металлическую трубу на расположенной поперёк воздуховодам стенке (ниже топочной камеры). Это вторичный подвод воздуха.

Теплообменник собирайте из 57 мм труб следующим образом:

1. Разметьте два металлических листа в соответствии с чертежом.
2. Вырежьте в них 60 мм отверстия под трубы.
3. Нарежьте 57 мм трубы на куски нужной длины.
4. Концы труб вставьте в отверстия на листе, закрепите сваркой.
5. Приварите к противоположным концам второй лист.

Прикрепите теплообменник к корпусу. По верхнему уровню теплообменника установите заслонку дросселя. Торец дроссельной заслонки закрывается куском металлического листа. В листе должен быть патрубок под установку дымохода.

Изнутри усильте камеры сгорания кирпичом. Обточите кирпичи, чтобы они лежали плотно. Кирпичи не должны блокировать заслонки воздухоотводов.

Установите на устройство фронтальную панель. Почистите корпус котла от сварочной окалины и прочего налёта, выровняйте неровности.

Проверьте герметичность конструкции: временно заблокируйте все отверстия и патрубки, налейте в теплообменник горячую воду. Если вода вытекает, необходимо герметизировать щели сваркой.

Обшейте корпус металлическими панелями и навесьте дверцу. Её лучше делать из чугуна и усиливать шамотным кирпичом.

Установите агрегат на бетонный фундамент высотой минимум 10 см. Присоедините дымоход, воздушный насос и линии подачи/выхода теплоносителя.

В одиночку собрать такой котёл очень трудно, пригласите напарника.