Крупномасштабная комплексная переработка твердых промышленных и бытовых отходов

Проблема твердых промышленных и бытовых отходов- наиболее актуальная и сложноразрешимая современная проблема, потому что огромное и нарастающее количество отходов с различными свойствами складируются. Если эту проблему не решать в первом десятилетии 21 века последствия могут быть катастрофические.

Проблема очень критическая в Украине, особенно в очень населенном промышленном Донбассе. Так как промышленные и бытовые отходы не перерабатываются крупномасштабно, что привело к загрязнению плодородных земель под свалки (сегодня больше 30 тыс. гектаров из 170 тыс. по Украине), это приводит к постоянному загрязнению токсичными веществами воды и воздуха.

Комплекс научных и инженерных проблем, которые стоят перед разработчиками, по нашем мнению, весомым фактором, не дающим создать эффективную технику для переработки твердых отходов. Это связано во многом с нестабильностью сырьевой базы. Физико-механические свойства многих твердых промышленных и бытовых отходов и закономерности изменения их свойств пока мало изучены. Существующая информация не полная и не систематизирована. Создание техники для переработки такого сырья- объективно сложная задача. Не создано крупного завода для комплексной переработки промышленных и бытовых и бытовых отходов. И избирательно перерабатываются нейтральные либо малотоксичные отходы в ограниченном количестве, поэтому экологический эффект переработки не значителен.

Известные технологии сжигания или переработки твердых отходов ориентированы на конкретные отходы дорогие и несовершенные так как создают новые проблемы или не пригодны для Украины по причинам экономического, экологического и социального характера. Важно, что более половины всех видов твердых промышленных и бытовых отходов Донбасс являются углеродистыми и содержат органическую массу, которая представляет собой сырьё для химической переработки или энергоноситель. Зольные компоненты таких отходов можно использовать в производстве строительных материалов. Еще большее содержание органической составляющей имеют бытовые отходы. Однако только девятая часть от ресурсов промышленных и бытовых отходов используется, а бытовые отходы используются еще в меньшей мере.

Работники ДонНТУ разрабатывают направление с целью создания техники и технологии комплексной переработки твердых углеродистых отходов (ТУО) промышленного и бытового происхождения на базе термической деструкции и синтеза органического вещества отходов в наклонных термолизных печах (НТП) с получением полезных продуктов и энергии. Лабораторные исследования компаун-смесей твердых промышленных и бытовых отходов показали широкие возможности новой технологии для исходных составов сырья.

На основании обобщения мирового опыта в области переработки твердых углеродистых отходов, анализа состояния и значимости этой проблемы в Украине и других странах и результатов исследований, выполненных в ДонНТУ, в основу подхода к созданию данной технологии и техники положены концептуальные положения.

1. Технология базируется на термолизе органической части отходов. Это главная часть переработки, которая протекает герметичных поверхностях камерных НТП и является управляемым процессом термической деструкции исходного сырья с образованием твердого термолизного топлива и смеси летучих веществ в виде парогазовых и жидких углеродистых продуктов.

2. Комплексный характер переработки и компаундирование смесей отходов. Предлагается совместная переработка широкого спектра смесей углеродистых промышленных и бытовых отходов. Твердые и жидкие компоненты отходов в различных пропорциях в зависимости от физических свойств и химического состава смешивают на стадии подготовки сырья с целью получения исходных компаунд-смесей требуемого качества.

3. Крупномасштабность промышленных установок. Объемы накопления и генерирования промышленных и бытовых отходов настолько большие, что делают необходимым сооружение высокопроизводительных установок и вовлечение в сферу переработки инфраструктуры существующих промышленных производств, в основном коксохимические заводы

4. Управляемость и гибкость процессов. Этого достигают благодаря возможности совместного использования нескольких управляющих факторов: температурного режима термолиза, давления предварительного уплотнения сырья, цикличности загрузки, скорости продвижения рабочей массы в агрегатах и др. Оптимальное управление ведется на основе значения свойств сырья и потребностей в производимой продукции и энергии с использованием компьютерной техники, средств автоматизации при контролирующих функциях персонала.

5. Высокий уровень техногенной безопасности. В промышленный комплекс на стадии проектирования закладывают более высокий уровень требований к герметичности технологических агрегатов в сравнении с известными в промышленности, улавливание, полное обезвреживание и химическая переработка всех продуктов термолиза. При этом на основе главных положений концепции приняты проверенные технологические и конструктивные решения, которые создают предпосылки для высокой экологичности комплекса

6. Высокая степень использования энерго- химического потенциала отходов. Этого достигают созданием полного цикла глубокой переработки смесей отходов с получением полезной продукции и энергии, а именно: термолизного газа, жидких углеводородов, твердого топлива, электроэнергии и строительных материалов.

7. Экономическая эффективность. Использование дешевого органического сырья различного происхождения с получением полезной продукции, защита почвы, воды и воздуха от загрязнения, освобождение территорий от свалок, отвалов, шламонакопителей, отстойников, а также вовлечение инфраструктуры коксохимических заводов при оптимально небольших капитальных затратах делают разработку экономически выгодной.

8. Социальный эффект. Вовлечение кадров и основных фондов коксохимических предприятий, сокращающих в настоящее время производство, изготовление оборудования, машин, агрегатов и конструкций промышленного комплекса для переработки отходов на отечественных машиностроительных и огнеупорных заводах способствуют созданию рабочих мест.

А - подача воздуха в топку; Б - дымовые газы на очистку; В -подача газа и воздуха на обогрев печи; Г- подача воды в котлоагрегат; Д— отвод пара к турбине; Е- отвод химических продуктов на переработку; / - система загрузки;2 - прессующе-проталкивающее устройство; 3 - термолизная печь; 4 - система обогрева печи; 5 - система отвода летучих веществ; 6- наклонный канал; 7 - топка; 8 - котлоагрегат; 9 - система золоудаления.

Технология переработки имеет такую последовательность основных операций:

1. Сортировка и классификация исходного сырья с извлечением крупных включений металлов, стекла и керамики;

2. Измельчение, дозирование и смешение компонентов;

3. Загрузка смеси твердых углеродистых отходов в агрегат и ее прессование;

4. Термолиз смеси твердых углеродистых отходов с получением твердого термолизного топлива и летучих химических продуктов,которые перерабатываются традиционными методами;

5. Сжигание твердого термолизного топлива с утилизацией тепла;

6. Подача зольных остатков в производство строительных материалов.

Загрузка смеси, ее прессование, термолиз и сжигание твердого топлива происходят в едином агрегате (рис.1). Процесс термолиза характеризуется высокой экологичностью, поскольку протекает в замкнутом пространстве герметичной камеры, непрерывностью, хорошей управляемостью; автоматизирован. НТП относительно просты, обеспечивают воздействие на сырье нескольких управляющих факторов и компонуются в батареи. Это создает предпосылки для их надежности, экономичности, хороших теплотехнических характеристик агрегатов и возможности использования проверенных в коксовом производстве прогрессивных решений.

Высокоэффективная переработка твердых углеродистых отходов новым методом осуществима при обеспечении однородности сырья и стабильности его основных физико-механических и технологических свойств. Этими свойствами в определенных пределах можно управлять посредством предварительной подготовки и механических, химических и термических воздействий, к которым относятся измельчение, усреднение, дозирование и перемешивание компонентов в определенных соотношениях, введение в состав необходимых количеств жидких связующих, твердых присадок, прессование загружаемого сырья с последующей регулируемой термообработкой. Многие преимущества нового метода в сравнении с традиционным сжиганием становятся очевидны даже при их общем анализе (рис.2).

Такая комплексная переработка отходов представляется не только наиболее экологически безопасным методом из всех известных, но и экономически выгодна. Срок окупаемости промышленного комплекса - до двух лет. Ряд технических решений проекта защищены патентами. Практическая реализация предполагается на площадках и с использованием инфраструктуры и кадрового потенциала некоторых коксохимических заводов Украины.

Изложенная концепция и технические идеи создают предпосылки для эффективного решения проблемы глобального значения — создания техники и технологии крупномасштабной комплексной переработки твердых промбытотходов с получением полезных химических продуктов, топлива, энергии, строительных материалов при обеспечении высокого уровня техногенной безопасности.