Силата на пиролизата: кафявите въглища дават енергийна независимост на Якутия

Описание на процеса

Необходимостта от екологично оборудване за преработка на химически отпадъци възниква в нашето общество от дълго време. Първите пиролизни котли започват да работят в края на деветнадесети век. А създаването на съвременни пиролизни единици решава няколко въпроса едновременно:

• екологичен компонент;
• способността да се натрупват резултатите от горенето;
• икономическа изгода.

Икономическият аспект на използването на пиролиза обаче е предназначен за бъдещето. Пиролизата е доста скъпо удоволствие. Изисква подходящо оборудване и специално обучен персонал.

Но в експлоатация пиролизните инсталации са практически автономни. Агрегатите изискват електричество само за стартиране, по-нататъшната работа на котела се извършва за сметка на ресурсите, произведени в процеса на горене. В същото време излишъкът от генерирана енергия и пара може да се използва за битови цели, като ги пренасочва към комунални мрежи.

В Русия пиролизата едва започва да набира популярност, докато в Европа нито едно голямо предприятие не може да се справи без единици за пиролиза. Има доста причини за такова търсене на пиролиза:

• без отпадъци начин за преработка на отпадъци и всички видове индустриални замърсявания;
• нивото на ефективност от пиролиза е 90%;
• способността за получаване на нови съединения, рециклируеми материали;
• създаването на незаменими ресурси като синтетично масло;
• получаване на въглеводороди, органични киселини и други химични елементи;
• източник на топлоснабдяване за предприятия.

Въз основа на избора на суровини за преработка, реакцията на пиролиза може да протече при различни температурни условия. Крайният резултат също ще се различава в състава на химичните елементи.

В зависимост от температурата на нагряване на пещта и допълнителните компоненти на пиролизата, дестилацията обикновено се разделя на два вида: суха и окислителна.

Как да изберем пиролизен котел

Пазарът предлага богат избор за купувача. Повечето единици са създадени от чешки производители, но лидерството се държи от германски представители. Почти всички модели се нуждаят от електричество, могат да работят на въглища, дърва или да се комбинират.

Когато избирате, трябва да обърнете внимание на:

• единична мощност;
• външен дизайн;
• брой контури.

При закупуване на такова отоплително устройство е необходимо правилно да изберете мощността му, така че да има достатъчно топлина за помещението. Бенчмаркът е, както следва: 1 kW мощност на пиролизен котел е необходима за отопление на 10 кв. м помещения. Това се взема предвид факта, че къщата е добре изолирана, височината на стените не надвишава 3 метра. Ако топлинните загуби на къщата са възможни, купувачът не е сигурен за надеждността на сградата, тогава не се вземат предвид 1 kW, а 1,3 kW. Например за стая с площ от 30 кв. m имате нужда от пиролиза с капацитет най-малко 3,9 kW (1,3 kW * 30 кв. м / 10 = 3,9 kW).

Пиролизните котли са технологични устройства, които имат голям брой електроника и различни настройки, по-скъпите имат контролен панел и керамична пещ, която ви позволява да поддържате топлина за дълго време, добри технически характеристики. Можете да намерите и по-нови модели: пиролизен котел в чугунен корпус (немски производител Dakon).

Има и модели, които все още могат да функционират без електричество. Това са котли OPOR (чешки).Същността на тяхната работа е следната: образуването на газове се случва по време на пиролизата на горивото, пътят им преминава през дифузионна горелка, където те са насочени към горивната камера.

Изгарянето става благодарение на вторичния въздух. Вторичният въздух не се усилва от вентилатора и не е насочен към горивната камера, за разлика от повечето модели, той се засмуква в камерата по време на движението на газове. Това се улеснява от специална порфирова тръба. Чрез отваряне на амортисьорите за вторичен и първичен въздух, мощността на котела се регулира. Такива модели работят напълно автономно и гарантират ефективност от 89%.

Автономните отоплителни системи са подходящи предимно там, където няма възможност за свързване към основното топлоснабдяване. Един от съвременните видове такива системи са котлите за пиролиза на твърдо гориво с дълъг период на горене.

Различните модели, предлагани за продажба, се различават по мощност, конфигурация и цена. Такива котли имат висока ефективност и минимално количество емисии на продукти от горенето в атмосферата. Възможността за автоматизиране на контрола прави използването им по-удобно.

Окислителна пиролиза

Този тип пиролиза може да се нарече най-екологичен и продуктивен. Използва се за обработка на рециклируеми материали. Реакцията протича при високи температури. Например, при пиролизата на метан, той се смесва с кислород, частичното изгаряне на веществото отделя енергия, която загрява останалата суровина до температура от 16 000 ºС.

Окислителната пиролиза се използва за неутрализиране на промишлени отпадъци с високо съдържание на масло. А също и за обработка на пластмаса, каучук и други материали, които не се поддават на естествено разлагане в естествената среда.

„Окислителната пиролиза дава възможност за обработка на суровини с различна консистенция. Включително материали в течно и газообразно състояние ”.

Принцип на действие

За разлика от традиционните котли на твърдо гориво, пиролизните котли използват двоен цикъл на горене. В процеса на термично разлагане на органични вещества се отделят пиролизни газове, чието изгаряне води до голямо отделяне на топлинна енергия.

Използването на пиролиза ви позволява да получавате повече топлина от изгарянето на горивото. Пиролизните (газогенериращи) котли имат две камери - за изгаряне на твърдо гориво и освободен газ.

В първата камера изгарянето става при ниско ниво на кислород и висока температура (200-800 ° C), което започва процеса на пиролиза. Количеството отделени газове зависи от използваната суровина. Дървесината е най-подходяща, тъй като при изгаряне произвежда най-много пиролизен газ.

Оптималната дебелина на дървата за огрев е от 70 мм, като в допълнение към тях можете да използвате пелети или дървени стърготини в количество не повече от 25%, тъй като те не осигуряват достатъчна мощност на горене. Работата на газовия генератор с продължително изгаряне се извършва по следната схема:

1. Горивото се поставя върху решетката (огнеупорна решетка) през товарния прозорец.
2. Осигурете подаване на първичен въздух към него.
3. Горивото се запалва и се довежда до режим, като се постига необходимата температура.
4. Подаването на първичен въздух е ограничено чрез затваряне на клапана, поради което започва процесът на пиролиза.
5. С помощта на вентилатор пиролизният газ навлиза във вторичната камера, където се подава вторичен въздух.
6. Горещият газ при контакт с кислород изгаря, отделяйки голямо количество топлина, която загрява охлаждащата течност в топлообменника.
7. Продуктите от горенето се изхвърлят през комина.

В зависимост от количеството входящ вторичен въздух, реакцията протича с различна скорост. Това ви позволява да регулирате температурата на охлаждащата течност с помощта на автоматичен клапан, ограничавайки подаването на въздух към горивната камера.

При оптимално качество на изгаряната дървесина ефективността на пиролизните котли с продължително изгаряне е 85-90%. Този индикатор рязко спада с увеличаване на съдържанието на влага в дървесината, тъй като водните пари намаляват концентрацията на горими газове.

Видове суха пиролиза

Сухата пиролиза е една от най-търсените в индустрията. С негова помощ се получават горива, различни химични съединения и рециклируемите материали стават безвредни. Използвайки различни температурни режими на пиролиза, се получават газови, течни и твърди продукти на горене.

Загряването на котела до максимална температура от 5500 ºС се счита за режим с ниска температура. При такива температури образуването на газове практически не се случва. Работата е насочена към производството на полукокси (в индустрията те се използват активно като гориво) и смоли, от които впоследствие се произвежда изкуствен каучук.

Курсът на пиролиза при температури от 550 до 9000 ºС се счита за нискотемпературен, но всъщност, предвид техническите възможности, той принадлежи към средния температурен режим. Препоръчително е използването му, когато е необходимо да се получат пиролизен газ и твърди утайки. В този случай суровината може да включва фракции с неорганичен произход.

Курсът на пиролиза при температури над 9000 ° C се счита за високотемпературна реакция. Работата на котела при максимална температура от 9000 ºC позволява да се получат твърди материали (кокс, въглища и др.) С нисък дял на отделяния газ.

Дестилацията при използване на по-високи температурни условия е необходима за получаване на предимно газообразни вещества. Практическата полза от режима на висока температура е, че получените газове могат да се използват като гориво.

„Високотемпературната пиролиза не е придирчива към съдържанието на преработените суровини. Когато се използва режим на ниска температура, трябва да се спазват всички стъпки за подготовка, включително сушене и сортиране. "

Силата на пиролизата: кафявите въглища дават енергийна независимост на Якутия

ЯКУТИЯ.INFO. Икономическият живот на Якутия е силно зависим от така наречената северна доставка. Когато всяка година се организира доставка на жизненоважни стоки до далечните северни райони на републиката. Повечето от тях са гориво за котли и електроцентрали.

Мащабът на събитието е голям, доставката се извършва по всички големи реки на Якутия. Полагат се десетки километри черни пътища и зимни пътища.

В същото време десетки милиарди бюджетни рубли се изразходват годишно за организацията на доставката. Но всички тези средства биха могли да се използват за други цели. Освен това с годишното увеличение на цената на горивото доставката на всички стоки се покачва и храната става по-скъпа. Горивото за котли и електроцентрали става злато. Скъпите енергийни ресурси от своя страна правят развитието на всяка частна инициатива в регионите нерентабилно. Сблъсках се с всичко това на практика Владимир Иванов, Генерален директор на Innovative Energy LLC.

- Когато работех като заместник-началник на администрацията на област Нюрба по икономика и финанси от 2007 до 2009 г., започнах да мисля за необходимостта от алтернативно снабдяване на регионите на републиката с достъпни енергийни ресурси. След това котелните къщи се отопляваха с местни нискокалорични кафяви въглища, имаше малко топлина от тях. Провеждахме срещи с кожуси, с изключение на това, че седяхме без шапки и ръкавици. По образование съм инженер, работил съм във въглищната индустрия. Казаха ми - вие сте наш специалист, направете нещо с тези въглища, невъзможно е да ги загреете.

Веднъж, когато придружавах правителствена комисия по време на полеви доклад за населението на района. В едно от селата думата взе местен жител, възрастен мъж на около седемдесет години. Той каза следното: „Казвате, че предприемате мерки в подкрепа на земеделието. Похарчете за това милиарди рубли всяка година.И аз, и моите съседи не го усещаме. Ние не членуваме в кооперация, имаме частни чифлици, програмите за подкрепа не ни касаят. Разходете се из селото и вижте. Всяка секунда в двора има китайски трактор или трактор Беларус. Ние, хората от Саха, от незапомнени времена не се оплаквахме на никого, работехме, хранихме се, живеехме нормално. За да живеем по-добре и да можем сами да печелим пари. Дайте ни евтин солариум. Предлагам да използвам тези средства за датиране на дизелово гориво. Днес струва 40 рубли на литър (в онези дни). И аз не само кося сено на този трактор. Нося лед от реката, дърва за огрев, имам нужда от тях навсякъде във фермата. Нямам заплата, тъй като ще издържам фермата си при такива условия. Ако горивото стане по-достъпно, ще можем да се издържаме без излишни субсидии. "

Реших, че в това предложение има разумно зърно. И тогава се замислих как да намаля разходите за дизелово гориво за селяните. Може да изглежда странно, че в Якутия, с големи находища на въглища, нефт и газ, има проблем с достъпността на енергийните ресурси. Тук обаче роля играе спецификата на региона. Първо, няма доказани запаси от нефт и газ в северните територии на републиката, където се доставят горивни и енергийни ресурси. Второ: голяма територия на републиката с ниска гъстота на населението. Поради това е нерентабилно големите компании, занимаващи се с разработване на нефт и газ в републиката, да ги продават във вътрешността на региона. Всички техни дейности са ориентирани към износ. Но във всеки речен басейн, по протежение на който са разположени областите, има собствени въглищни ресурси. В тази връзка Владимир Иванов като специалист в въгледобивната индустрия реши да реализира проекта си за преработка на кафяви въглища. Основата на проекта е използването на технология за бърза пиролиза за преработка на местни въглеводородни суровини, която днес практически не се търси на пазара.

- Като се вземе предвид доставката, според северната доставка, цената на горивните ресурси поскъпва 2-3 пъти. За какъв вид конкурентно производство можем да говорим тук? Разполагането на инсталации за пиролиза в райони със собствени находища на въглища, като Момски, Уст-Янски, Верхрнеколимски, Булунски и Кобяйски, ще позволи снабдяването на всички близки улуси със собствено гориво. Така цялата територия на републиката ще бъде снабдена с местно гориво. Според нашите изчисления цените на горивата ще намалеят значително. Ще има работа за тези, които ще добиват и преработват местни кафяви въглища или торф. Съответно цената на топлинната и електрическата енергия ще намалее. И това е много благоприятен фактор за развитието на малкия и среден бизнес в селата и селата. Значителни бюджетни средства ще бъдат освободени чрез намаляване на северната доставка. Като цяло ще има голям мултипликационен ефект.

КАКВО Е ПИРОЛИЗА?

ПИРОЛИЗА - от гръцкия огън + разпад, тоест разлагането на химично съединение при нагряване, без достъп до кислород (термично разрушаване) при температури от 250 - 850 ° C. Бързият процес на пиролиза се основава на теорията за фазовите преходи и е предимно екзотермичен, придружен от освобождаване на топлинна енергия. При излагане на предварително изсушени кафяви въглища едновременно с висока температура и бърза скорост възниква експлозивното му „кипене“, придружено от прехода на част от кафявите въглища от твърдо състояние в газообразно. Освен това газът, преминавайки през охладителната система, частично се превръща в течност.

При преработката на кафяви въглища се получават обогатени въглища, които по своите енергийни характеристики не отстъпват на вносните въглища, както и синтетичен газ, който може безопасно да се използва за производство на електричество или за получаване на диметилов етер.Последният вече може да се използва днес като течно мазут, а в бъдеще може да се използва като аналог на дизелово гориво (синтетично моторно гориво) или битов газ за готвене.

ХАРАКТЕРИСТИКИ НА ПРОЕКТА

Те са само трима. Първо, най-важното е, че е възможно не само да се обработват суровини, но и да се изхвърлят промишлени и селскостопански отпадъци. Например, пилешки тор, след преработката на който можете безопасно да получите синтетичен газ. На второ място, няма абсолютно никаква нужда да доставяме топлина и електричество на комплекса - всичко това може да бъде получено с помощта на нашия собствен синтетичен газ, което ще бъде пряко отразено в цената на продуктите. Трето, няма отпадъци.

ОСЕМ ТОНА ВЪГЛИЩА - ВСИЧКИ ЗА ИЗПИТВАНЕ!

Мащабните идеи изискват мащабно изпълнение. Само си представете: за да докаже иновативността на идеята си, Владимир положи много усилия. Първо, той проведе един тест в Московска област, за който се изискваше да донесе 1,5 тона въглища. Няколко години по-късно дойде ред на следващия тест - този път в Германия, с прякото участие на инженерната компания DGEngineering GmbH. За да изпълни всичко по най-добрия начин, якутът трябваше да изпрати 1,8 тона якутски въглища в Европа.

И едва след извършената работа и получаването на положителни резултати, те повярваха, че ентусиастът и правителството на републиката насочиха вниманието си към него: през 2012 г. ръководството на републиката, представлявано от Държавния комитет за иновационна политика и наука на Якутия, взе решение и финансира създаването на демонстрационна инсталация за бърза пиролиза на кафяви въглища, която стартира тази година в Нюрба. Мислите ли, че това беше краят? Нищо подобно. Там, на демонстрационната единица, отново бяха извършени демонстрационни технологични изпитания на кафяви въглища в размер на 5,0 тона. За пореден път резултатите станаха ясни за всички: технологията е повече от ефективна. - Защо беше необходимо да се извършват толкова много тестове? - Разбира се, бих могъл да нарисувам теорията с всички изчисления, седейки вкъщи или в офиса. Но за мен беше важно не само да разбера за себе си, но и да докажа всичко на практика. И едва след извършването на проучванията станаха известни конкретните цифри на материалния баланс - продукцията на продуктите от пиролиза, т.е. колко обогатени въглища и синтетичен газ се получават от един тон кафяви въглища. Без тези цифри просто нямаше да можем да изчислим икономичността на проекта. Сега съм напълно уверен в изчисленията на икономическата ефективност на проекта. Според Владимир Иванов, той първоначално разбра, че нов проект, особено иновативен от гледна точка на технологията, ще изисква не само много време и определени финансови ресурси, но и търпение и неизчерпаем натиск за преодоляване на всички бариери, включително административните.

- Прекарах 5 години в популяризиране на този проект. Но днес събрах всички необходими документи, а именно положителните заключения на съответните комисии и министерства. Пилотният проект е одобрен от Министерството на жилищно-комуналните услуги и енергетиката на републиката. Агенцията за инвестиционно развитие на републиката призна проекта за икономически ефективен и икономически ефективен. Проектът получи одобрение и от ръководителя на Якутия Йегор Борисов. Интервюира Тимофей ЕФРЕМОВ

Пиролиза на твърди отпадъци

Екологичната преработка на отпадъци е една от ключовите области на използването на пиролиза. Тези единици могат значително да намалят отрицателното въздействие на антропогенния фактор върху околната среда.

В процеса на пиролиза биоактивните вещества се разлагат, тежките метали не се топят. След термично разлагане в пиролизните котли на практика няма непотърсени отпадъци, което прави възможно значително намаляване на площта за по-нататъшното им съхранение.

Така например, изгаряйки 1 тон гуми, ние замърсяваме атмосферата с 300 кг сажди.Освен това във въздуха се отделят около 500 кг токсични вещества. Рециклирането на същия материал в пиролизните инсталации позволява използването на каучук за енергийни цели, получаване на рециклируеми материали за по-нататъшно производство и значително намаляване на вредните емисии.

Възможно е да се намали вредното въздействие върху околната среда благодарение на многостепенна система за обработка. В процеса на пиролиза отпадъците преминават през четири етапа на обезвреждане:

• първоначално изсушаване;
• напукване;
• доизгаряне на остатъците от обработка в атмосферата;
• пречистване на получените газообразни вещества в специални абсорбатори.

Пиролизните инсталации ви позволяват да преработвате отпадъци:

• дървопреработвателни предприятия;
• фармацевтична индустрия;
• автомобилна индустрия;
• електроинженерство.

Методът на пиролиза успешно борави с полимери, отпадъчни води и битови отпадъци. Отрича въздействието върху естеството на петролните продукти. Страхотно за изхвърляне на органични отпадъци.

Единственият недостатък на пиролизните единици се намира в преработката на суровини, съдържащи хлор, сяра, фосфор и други токсични химикали. Продуктите на полуживот на тези елементи под въздействието на температурата могат да се комбинират с други вещества и да образуват токсични сплави.

Предимства и недостатъци на пиролизните котли

В газогенериращите котли горивото се използва най-ефективно, тъй като изгаря почти напълно. Това не само ви позволява да получавате повече топлина, но също така намалява вредните емисии в атмосферата.

Понякога такива котли се използват за изхвърляне на промишлени отпадъци с минимално замърсяване на атмосферата. Освен това се намалява количеството пепел, поради което честотата на почистване е по-малка (при използване на дърва за огрев - около веднъж седмично).

При директно изгаряне на твърдо гориво е доста трудно да се регулира нагряването на охлаждащата течност. В пиролизните котли с дълго изгаряне това е възможно благодарение на контрола на подаването на въздух.

Размерът на използваната дървесина може да бъде доста голям; може да се използва несечена дървесина. Съвременните модели са оборудвани с електронно оборудване, което прави контрола на процеса на отопление по-опростен и удобен.

Недостатъците включват високата цена на оборудването и високите изисквания за качеството на суровините. Икономиите на гориво ще изплатят разходите за оборудване с течение на времето. Препоръчително е да използвате дърва за огрев, изсушени в рамките на 12 месеца със съдържание на влага 12-20% като гориво.

В противен случай котелът няма да работи с обявената мощност и също ще изгасне, когато подаването на въздух намалее. При ниска температура на охлаждащата течност във връщащата тръба температурата в първичната камера ще спадне, което може да доведе до изгаряне на горивото.

За да се избегне това, понякога се монтира специална байпасна тръба. В същото време дизайнът на отоплителната система се усложнява и цената на инсталацията се увеличава.

Използване на принудителна тяга

За да се осигури правилната работа на пиролизния котел с дълго изгаряне, се изисква подаване на първичен и вторичен въздух. Принудителната тяга се осигурява от вентилатор или димоотвод, който работи от захранването.

Това позволява:

• бързо увеличаване на температурата в горивната камера и отоплителната система като цяло;
• ускорява началото на процеса на пиролиза;
• удължете работата на котела с едно зареждане с гориво;
• автоматично поддържа температурата на охлаждащата течност.

Единственият недостатък е необходимостта от постоянно захранване. При негово отсъствие работата на отоплителната система се спира. Изход от ситуацията може да бъде използването на котел с естествена тяга, който не изисква връзка с електрическата мрежа.

За пълноценната му работа се изисква добре проектиран и монтиран комин. Тези котли трябва да се почистват по-често. Поради липсата на електроника, вероятността от повреди е сведена до минимум.Ефективността на такива котли обаче е по-ниска, което се компенсира от по-ниската цена.

Използването на котли за пиролиза на твърдо гориво е един от най-ефективните начини за организиране на автономно отопление. Съвременното електронно оборудване, което контролира работния процес, ви позволява да автоматизирате процеса на отопление.

Липсата на газ или недостатъчната мощност на електрическата мрежа принуждават собствениците на жилища да решат проблема със зимното отопление с оборудване на твърдо гориво. Сред тези единици пиролизните котли с продължително горене се открояват като отделна група (втората често срещана, не съвсем точна, но името е газогенериращи котли). Причината за това е тяхната висока ефективност - до 85% и голям обхват на мощността на устройството - от 30 до 100%.

Дървесна пиролиза

Тази процедура се нарича още напукване на дърво и произхожда от Русия. Прототипът на съвременния агрегат е изобретен от нашите горелки на дребно в незапомнени времена. За да получат въглен без достъп до въздух, те запалват дърва под слой земя.

Днес този процес е много по-съвършен и протича на няколко етапа. Напукването започва при нагряване до 2000 ºС. На този етап се отделя голямо количество въглероден окис. Ако продължите да го изгаряте в атмосферата, ще можете да получите огромно количество енергия.

След това котелът се нагрява до 5000 ºС. При този температурен режим се получават метанол, смоли, ацетон и оцетна киселина. Той също така произвежда твърд въглерод, по-известен като въглен.