Piroliza odpadów

- jest to jedna z metod termicznego unieszkodliwiania odpadów

-piroliza w zastosowaniu do odpadów – to procesy chemiczne przebiegające w podwyższonych temperaturach w tym odgazowanie(bez udziału tlenu) i zgazowanie bez obecności powietrza lub przy jego niewielkim dostępie ( w ilościach niewystarczających do pełnego spalania)

-piroliza stosowana może być w stosunku do odpadów komunalnych, przemysłowych a w szczególności do odpadów medycznych i weterynaryjnych (odpady szpitalne)

W wielu nowoczesnych technologiach termicznego przekształcania odpadów piroliza i spalanie występuje w następujących po sobie etapach

Wpływ tlenu w sposób zasadniczy zmienia przebieg procesu i właściwości otrzymywanych produktów.

Piroliza w zastosowaniu so odpadów to procesy chemiczne przebiegające w podwyższonych temperaturach w tym odgazowanie i zgazowanie bez obecności powietrza lub przy jego dostępie ( w ilościach niewystarczających do pełnego spalania)

Proces zachodzący bez udziału tlenu nazywa się odgazowanie, ( rozkład pirogeniczny). W rozumieniu chemicznym piroliza zachodzi bez udziału tlenu.

W technologii odpadów piroliza rozumiana jest również, jako odgazowanie i częściowe zgazowanie ( przy niewielkim dostępie tlenu).

ODGAZOWANIE

Proces odgazowania odpadów -na skutek ogrzewania z zewnętrznych źródeł zachodzi proces suszenia i termicznego rozkładu substancji palnej w wyniku tego powstaje:

• szereg związków organicznych lotnych w temperaturze, przy której prowadzony jest proces (para wodna, CO2, H2, CH4, CO, C2H4, C4H6) - gaz pizolityczny

• zwęglona pozostałość (koks)

• pozostałość mineralna

Najwyższą wartość opałową gaz pizolityczny uzyskuje przy temperaturze procesu około 700°C i wynosi od 12 do 16 MJ/m3

Odgazowanie – bez udziału tlenu gaz pizolityczny

Zgazowanie

Zgazowanie odpadów prowadzi do całkowitego przekształcenia się ich w paliwo gazowe

W procesie zgazowania zachodzą reakcje:

• spalania paliwa

• rozkład pary wodnej

• redukcja CO2

Zgazowanie- niepełne utlenienie substancji palnej i wytworzenie paliwa gazowego. Utlenienie może odbywać się za pośrednictwem powietrza, tlenu, pary wodnej.

W wyniku zgazowania (przy udziale tlenu i pary wodnej- czynnik utleniający) uzyskuje się produkt gazowy zbliżony do gazu syntezowego ( głównie CO2 i H2).

Wartość opałowa tego procesu jest niższa od wartości opałowej gazu z procesu odgazowania.

Jeżeli czynnikiem zgazowującym będzie powietrze to otrzymuje się słaby gaz (wartość opałowa ok. 5000 kJ/m3)

Jeżeli czynnikiem zgazowującym jest tlen otrzymuje się mocny gaz (ok. 10000 kJ/m3)

(gaz pizolityczny ok. 12- 16 MJ/m3, czyli 12 000 kJ)

Zgazowanie odpadów (proces endotermiczny) traktowane jest niekiedy, jako odrębna metoda termicznego unieszkodliwiania

Rozkład termiczny odpadów w temperaturze ok. 1000°C w obecności tlenu lub pary wodnej powoduje ich zgazowania i uzyskanie produktu gazowego zbliżonego do gazu syntetycznego (składającego się z CO i H2)

Stałą pozostałością po zgazowaniu jest popiół; zgazowanie jest procesem przebiegającym w porównaniu do spalania przez utlenianie bardzo wolno i prze to jest mało popiołów.

W przypadku pirolizy i kwasi pirolizy możemy odzyskiwać energię

W pirolizie spalanie gazu pizolitycznego

W utlenianiu wykorzystujemy temperaturę gazów (niepalnych)

Podział procesów pirolizy w zależności od temperatury

1. piroliza niskotemperaturowa (wytlewanie) przebiega w zakresie temp 400-700 °C (powstaje przy tym duża ilość smoły i oleju a mało gazu pirolitycznego)

2. piroliza średniotemperaturowa 700- 1200°C

3. piroliza wysokotemperaturowa ( zwana również pyrofizją lub wysokotemperaturowym spalaniem) przebiega w temp powyżej 1200°C; produktami są gaz i żużel odprowadzany w formie ciekłej

Ze wzrostem temperatury pirolizy zwiększa się udział lotnej frakcji produktów pirolizy oraz składników palnych (przede wszystkim CH4, CO i H2) a zmniejsza się ilość karbonizatu (stałej pozostałości)

Obróbka wstępna w procesie pirolizy

Większość opracowanych technologii stosuje obróbkę wstępną przed wprowadzeniem odpadów do reaktora, która może polegać na

Wariant I- rozdrabnianiu i wydzieleniu metali żelaznych (najprostszy przypadek)

Wariant II- wydzielenie frakcji palnej i ewentualnym podsuszeniu ( można prowadzić także wzbogacanie odpadów w składniki palne wysokokaloryczne, np. przez dodanie wysoko kalorycznych odpadów przemysłowych lub węgla albo oddzieleniu materiałów niepalnych)

Doświadczenia wykazują ze niecelowe jest przerabianie metodą pirolizy odpadów komunalnych charakteryzujących się dużą wilgotnością. Metoda jest bardziej skuteczna w stosunku do odpadów o wysokiej wartości opałowej. Określono ( no podstawie doświadczeń), że metodą pirolizy opłaca się przerabiać odpady o wartości opałowej powyżej 8400 kJ/kg.

Metoda Schell-Brenn

W pierwszym etapie procesu odpady są wstępnie rozdrabiane i mieszane. Zostają poddane termicznej obróbce bez dostępu tlenu w temperaturze 450°C – proces wytlewania.

Proces wytlewania- prowadzony w reaktorze bębnowym pracującym w niewielkim nadciśnieniu. Otrzymuje się gaz palny i stałą pozostałość zawierającą węgiel elementarny w postaci koksu i metale żelazne w nieżelazne oraz materiały obojętne ( szkoło, ceramika, kamienie, porcelana).

Bioreaktor bębnowy obraca się z szybkością 30 orb/min

Na zewnątrz umieszone są rury grzejne; z bioreaktora odprowadzana jest stała pozostałość i zostaje ona skierowana do zespołu urządzeń mechanicznej obróbki.

Mechaniczna obróbka stałej pozostałości polega na podziale na frakcje grubą i drobną (przesiewanie) i wydzielenie z frakcji grubej (z odsiewu) składników użytkowych. Zostały one w trakcie ogrzewania ( w procesie wytlewania) pozbawione mikroorganizmów chorobotwórczych oraz innych palnych zanieczyszczeń i nadają się do wykorzystania.

Gazy wytlewne o temperaturze 450°C odprowadzane są do komory dopalania (komory spalania)

W komorze dopalania/ komora wysokotemperaturowa uzyskuje się temperatury 1300- 1400°C. Temperatury te zapewniają całkowite utlenienie substancji organicznych oraz stopnienie składników niepalnych pyłu

W komorze dopalania powstaje żużel, jako odpady technologiczne ( pozostałość po spaleniu). Ponieważ temperatura w komorze jest wyższa o 100- 150°C od temperatury topnienia popiołu, więc odprowadzany jest żużel w formie ciekłej. Trafia do mokrego odżużlacza

- mamy mniej zapylone gazy dzięki dwóm etapom

- potrzebujemy mniej powietrza i mniej otrzymujemy dzięki temu spalin λ 1,03-1,05

METODA TERMOSELECT

1. Przyjmowane odpady nie są rozdrobnione ( w przeciwieństwie do metody Schwell- Brenn- Vafrahren) a jedynie sprasowane pod ciśnieniem (zagęszczanie) przeprowadzone prze kanał o długości 15 m z zewnętrznym ogrzewaniem ( reaktor pizolityczny)

- temperatura w kanale wynosi 100°C

- usunięcie powietrze w trakcie wstępnego prasowania odpadów ułatwia wymianę ciepła

-w metodzie termoselect zastosowano wyższą temperaturę niż w metodzie Schwell- Brenn

- po odprowadzeniu całości H₂O z odpadów rozpoczyna się proces odgazowania substancji organicznej i przekształcenie w węgiel

1. Sprasowana stała pozostałość zostaje wypchnięta z tunelu ( reaktora pizolitycznego) przez nową porcję odpadów i skierowana do wysokotemperaturowego reaktora zgazowania, do którego trafiają też gazy wytlewne.

- sprasowane brykiety rozpadają się w reaktorze pod działaniem ciśnienia resztek gazu wytlewnego i rozpryskują po całym reaktorze. Do reaktora doprowadzany jest tlen ( w niedostatecznej ilości – niedobór tlenu spalanie niecałkowite- zgazowanie czynnik zgazowania – czysty tlen)

- w temperaturze powyżej 1200°C powstały węgiel ulega zgazowaniu

Otrzymany gaz poddawany jest oczyszczeniu i może zostać wykorzystany, jako nośnik energii

Niezgazowane substancje zostają spopielone w wysokiej temperaturze panującej w reaktorze i skierowane do homogenizującego reaktora

Podawanie pozostałości termicznemu przekształceniu

Doprowadzane jest paliwo gazowe, następuje topnienie żużla i homogenizacja

1. Do homogenizującego reaktora wprowadzany jest też tlen i …

-temp 1600-1800°C.

Pozostały materiał stały w tych warunkach ulega dalszemu przekształceniu

Piroliza według metody Eco Waste

Uzyskany popiół pozbawiony jest części palnych (mimo stosunkowo niskiej temperatury w komorze wstępnej następuje dobre wypalenie składników palnych – dzięki długotrwałemu przebywaniu tu odpadów)

W komorze wstępnej szkło i metale nie ulegają stopieniu w związku ze stosunkowo niską temperaturą (560°C), przez co łatwiejsze jest ich wykorzystanie

Substancje gazowe zawierające składniki palne przepływają do komory dopalania

Czas zatrzymania wynosi tu 2-3 s, ilość powietrza kontrolowana, temperatura w komorze dopalania wynosi 1000-1200°C.

W pierwszej fazie jest niedobór tlenu w drugiej jest nadmiar

Wspólną cechą technologii pizolitycznych stosowanych do unieszkodliwienia odpadów jest zmniejszenie ilości gazów odprowadzanych do atmosfery. Odbywa się to dzięki prowadzeniu procesu w komorze pizolitycznej bez dostępu powietrza. Spalanie gazów pizolitycznych w komorze spalania lub dopalania wymaga natomiast znacznie mniejszego współczynnika nadmiary powietrza niż spalanie odpadów. Dla porównania przy spalaniu odpadów w paleniskach rusztowych współczynnik nadmiaru powietrza powinna wynosić 1,5- 2,5 aby spalanie było pełne

W przypadku unieszkodliwiania odpadów w oparciu o pirolizę powietrze dodawane jest jedynie do komory dopalania gazów a współczynnik nadmiaru powietrza λ wynosi wówczas 1, 1 (podobnie jak dla paliw gazowych) nie powoduje to jednak powstawanie produktów niepełnego spalania, które stanowiłyby prekursory tworzenia się dioksan i furanów.