Выбор технологии термической переработки [5]

лить, какой метод обеспечит наиболее экономичный способ утилизации конкретного вида отходов.

Г азификация и пиролиз возникли как технологии, предоставляющие возможность выделения ценных компонентов химического сырья. Многочисленные попытки организовать промышленный пиролиз отходов показывают, что технический и экономический смысл пиролиз имеет только при получении самостоятельных, реализуемых продуктов. При энергетическом использовании продуктов пиролиза мы получаем опять же сжигание, но усложненное массой дополнительных стадий и оборудования, что только удорожает процесс. Следует помнить, что при сжигании продуктов пиролиза на месте экологический статус предприятия и требования к газоочистке остаются такими же, как и при прямом сжигании отходов.

В связи с неравномерным составом коммунальных отходов, высокой влажностью и низким содержанием углерода при их пиролизе не могут быть получены ценные стабильные продукты. Потенциально ликвидный продукт пиролиза твердых коммунальных отходов (TKO) - синтетическая нефть - является крайне обводненной и токсичной, а наличие парафинов и высокое содержание примесей делают ее очистку практически неосуществимой. В то же время расход топлива на поддержание процесса пиролиза TKO достаточно велик. Поэтому приходится признать, что пиролиз коммунальных отходов не является рациональным способом их переработки.

Те же свойства TKO делают их малоподходящими и для переработки газификацией. Многочисленные установки, выпускаемые для пиролиза и газификации отходов, действительно работают, но коммунальные отходы на них не перерабатываются. Эти установки работают на стабильных по составу отходах с высоким содержанием углерода, например, на нефтешламах, пластиках или резиновых отходах.

Приведем конкретные примеры внедрения альтернативных методов термической переработки ТКО (рис. 3.11). Начнем с примеров реализации пиролиза и газификации, считающихся наиболее успешными.

Рис. 3.11. Классификация термических методов переработки отходов

Пиролиз Siemens TWR. В период пика интереса к технологиям пиролиза и газификации (в 1990-х гг.) крупнейшей фигурой на этом рынке стала компания Siemens TWR. Процесс Siemens основан на комбинации пиролиза и высокотемпературного сжигания ТКО.

После дробления до 200 мм отходы шнековым питателем загружаются в пиролизный барабан. Во вращающемся барабане материал подвергается пиролизу без подачи кислорода при температуре 450 °С и активном перемешивании в течение часа.

Получаемый пиролизный газ направляется в камеру сжигания. Твердый остаток пиролиза выводится из пиролизного барабана, охлаждается до температуры 150 °С и направляется на грохочение в целях отделения крупных металлических и минеральных фракций. Тонкая фракция, содержащая 30 % углерода, смешивается с уловленной в пылегазоочистке золой и направляется в камеру сжигания, где сжигается совместно с пиролизным газом при температуре 1 300 °С. На выходе из камеры сжигания получается остеклованный шлак; отходящие газы отдают тепло в паровом котле с дальнейшим производством электроэнергии и направляются на газоочистку.

Установка Siemens TWR для пиролиза ТКО промышленного масштаба производительностью 5 т/ч (50 тыс. т/год) была построена в Германии. Эксплуатация постоянно осложнялась технологическими проблемами, в частности, проблемой подачи питания в реактор. После двух лет попыток наладить процесс эти проблемы вылились в серьезную аварию, после которой компанией было принято решение покинуть европейский рынок термических технологий.

Лицензия была продана японским компаниям Mitsui и Takuma, которые запустили процесс с некоторыми доработками.

Результаты строительства пиролизных установок для ТКО другими крупными компаниями, например, Von Roll, Nippon Steel привели разработчиков к сходному выводу: на коммунальных отходах пиролиз экономически не целесообразен. Затраты на проведение процесса могут окупить лишь стабильные высококалорийные отходы - резина, пластики, другие отходы с высоким содержанием углерода.

Газификация-сжигание Thermoselect. Процесс Thermoselect - наиболее известная технология газификации неподготовленных ТКО, прошедшая в практической реализации дальше своих конкурентов. Основа технологии - комбинация газификации и высокотемпературного сжигания ее продуктов. Получаемый в процессе синтез-газ используется для производства электроэнергии в газовой турбине. Неорганические компоненты образуют остеклованный шлак, из которого извлекается концентрат металлов. Конденсат от очистки синтез-газа подвергается очистке с извлечением солей, элементарной серы и цинкового концентрата.

Первая пилотная установка Thermoselect производительностью 30 тыс. т/год была запущена в г. Фондоточе (Италия), однако стабильной работы установки добиться так и не удалось, она была закрыта. Установка промышленного масштаба производительностью 225 тыс. т/год, состоящая из трех линий и рассчитанная на теплотворную способность ТКО 12 мДж/кг, при теплотворной способности смешанных ТКО 7-9 мДж/кг, была построена и введена в эксплуатацию в 1999 г. в г. Карлсруэ (Германия). Есть сведения о том, что значительную часть сырья для нее составляло высококалорийное топливо RDF, полученное на заводах механобиологической сортировки отходов.

Установка оказалась затратной в эксплуатации, декларируемые продукты (сера, металлические концентраты) не имели товарного качества, и, в результате технических и организационных трудностей, завод был приостановлен в 2004 г.

В последнее время появились сведения об экспериментальных условиях, совмещающих процесс газификации с СВЧ-обработкой поступающих отходов. Такое совмещение позволяет сохранить расход топлива и получить более полное разложение широкого статуса отходов. Насколько такая технология экономически обоснована, покажет время.

Как показывает опыт, углерода, содержащегося в неподготовленных ТКО, просто недостаточно для автотермического протекания газификации и получения более или менее ценного синтез-газа. Следует отметить, что на высококалорийных отходах газификация работает успешно, хотя и не распространена повсеместно. Например, газификация ТКО, организованная British Gas Ramp;D на электростанции г. Dunfermline в Великобритании, предусматривает сложный процесс подготовки отходов с сушкой, измельчением и выделением высококалорийной части (~20 %), после чего отходы смешиваются с коксом и формуются в брикеты. Содержание кокса в брикетах, являющихся питанием для газификатора, - более 50 %.