Компания Кey Industry Engineering Group s.r.o. презентует технологию переработки ядовитых и бытовых отходов.

Некоторые отходы могут быть переработаны или использованы вторично, но некоторые необходимо уничтожать. Газификация, инсинерация (сжигание) и открытый взрыв - наиболее используемые методы утилизации. И хотя в некоторых случаях эти традиционные методы на сегодняшний день более предпочтительны, современная тенденция в отрасли переработки направлена на альтернативные инновационные процессы уничтожения отходов. Кey Industry Engineering Group s.r.o. на сегодняшний момент завершила исследования более экологически безопасного метода для уничтожения и переработки таких энергетических материалов: от ТБО (твердые бытовые отходы) до ядерного оружия. Процесс происходит в тигеле с расплавленной солью, в котором опасные материалы разлагаются на оксид и диоксид углерода, водород и воду.

Технология пиролиза в солевом расплаве Molten Salt Oxidation Process (MSOP)

Органические отходы - MSOP - синтез-газ - Tseosin - жидкие моторные топлива.

Компания Кey Industry Engineering Group s.r.o. предлагает технологию утилизации органического сырья с подготовкой к дальнейшему использованию в химической промышленности.

Компания через ее партнеров обладает 3 патентами на установки и процессы получения синтез-газа из органического сырья.

Варианты технологии получения синтез-газа из органики отрабатывались на:

• лабораторном уровне - 1979 - 2003 (автором идеи) - MSOP исследования;
• лабораторном уровне - 2003-2005 MSOP реактор 1 кг час;
• на укрупнено-лабораторном уровне 2004-2006 - MSOP реактор 20 кг час.

Существует три наиболее изученных метода термической переработки отходов: сжигание (инсинерация), газификация и пиролиз.

Сжигание. Метод наиболее изучен, характеризуется горением (окислением кислородом) при свободном доступе воздуха, однако в результате образуется токсичная зола, а в атмосферу выбрасываются, после очистки, продукты горения отходов - углекислый газ (СО₂) и азот.

Пиролиз представляет собой процесс термического разложения органических соединений без доступа кислорода и происходит при относительно низких температурах (500-800 °С) по сравнению с процессами газификации (800-1300 °С) и горения (900-2000 °С). Является наиболее экологически чистым методом переработки. Продуктами пиролиза является газ состоящий от 80% до 98% из СО, Н₂, СН₄, СО₂. Однако на сегодняшний день этот метод является дорогостоящим из-за высокой стоимости энергии необходимой для протекания процесса, а также сложностью инженерных решений для многотоннажного непрерывного промышленного использования. Этот метод используется для утилизации особо опасных отходов (медицинских, пестицидов и т.д.) на небольших установках - в тех случаях, где экологическая безопасность получаемых продуктов важнее потраченных на это средств.

Газификация это процесс физически и химически изменяющий биомассу в условиях повышенной температуры и среде обеднённой кислородом. Окисление производится с помощью подачи ограниченного количества кислорода, либо воздуха или других окислителей. Конечные продукты газификации включают шлак, жидкие пиролизные углеводороды и газы (пиролизный газ, синтез-газ или syngas). Состав синтез-газа зависит от типа окислителя и состава сырья. Наиболее чистый газ получается при окислении чистым кислородом. Этот метод получил наибольшее распространение в последние 20 лет. Однако кислородные установки достаточно дороги.

Процессы на основании пиролиза и газификации получили развитие в процессе MSOP, с целью устранения недостатков перечисленных процессов:

• высокой стоимостью переработки при окислении кислородом (как следствие убыточность производства при отечественных тарифах на утилизацию отходов);
• плохое качество синтез-газа (для синтеза) при окислении воздухом (высокий процент балласта до 80% азота);
• присутствие токсичных легкорастворимых веществ в золе, что приводит к необходимости ее захоронения в специальных контейнерах.

Компания Кey Industry Engineering Group s.r.o. предлагает процесс получения синтез-газа методом окисления в солевом расплаве без доступа кислорода (MSOP). Основные показатели процессов и составы продуктов окисления отходов показаны в таблице (данные промышленных и пилотных испытаний).

Выбранный процесс имеет ряд существенных достоинств перед другими способами газификации отходов:

• возможность построения агрегатов большой единичной мощности;
• универсальность метода, который позволяет перерабатывать все виды органических отходов, а также переходить с парового дутья на паро-воздушное, кислородное и парокислородное дутье;
• небольшая металлоемкость;
• малое количество стадий для подготовки сырья;
• нечувствительность к неорганическим компонентам;
• возможность работы на сырье с высокой влажностью.

Основным сырьем для производства синтез-газа служат городские ТБО, которые после механической подготовки (отделения крупной неорганической составляющей) могут смешиваться с промышленными отходами, отходами сельского хозяйства, а также илами - органическим остатком в технологии очистки сточных вод.

Таблица.1 Типичный состав основных газов, образующихся при пиролизе твердых бытовых отходов в установке MSOP-1

Вид ТБО	Состав ТБО, % (вес)	Состав продуктов пиролиза, % об.
		H2	CO	CH4	CO2
ТБО + илы Влажность - 40%		31-32	20-27	25-31	7-13
Теплота сгорания горючих компонентов пирогаза, МДж/нм3		16,7-19

Процесс MSOP обеспечивает переработку отходов в синтез-газ, состоящий из окиси углерода и водорода в соотношениях близких к идеальному для использования в качестве сырья в химической промышленности для производства синтез-бензина, метанола и т.д.

На сегодняшний день компанией Кey Industry Engineering Group s.r.o. создан и проходит испытания пилотный крупногабаритный реакторный комплекс по производству синтез-газа из таких видов сырья, как:

• твердые бытовые отходы,
• промышленные отходы,
• фекальные илы,
• отходы сельскохозяйственного производства и др.

В данном процессе использованы новые перспективные технологии, отвечающие последним мировым требованиям в области переработки.

Успешные лабораторные и экспериментальные исследования, а также испытания комплекса дают возможность сделать выводы, что процесс MSOP позволит наряду с получением синтез-газа обеспечить безопасную утилизацию всевозможных токсичных и ядовитых соединений.

Краткие сведения о процессе MSOP

Измельченное энергетическое сырье (отходы с влажностью от 10% до 80%) подается в реактор (тигель). Внутри ректора в равных пропорциях хлориды натрия, калия, и лития. Температура этих солей может быть от 400° до 1000°C, но 920°C выбранная температура для протекания процессов разложения отходов. Порог расплавления соли около 500°C.

Органические составляющие отходов попадая в зону реакции испытывают термоудар, при этом в первую очередь испаряется вода, разрыхляя и разрывая органические соединения. Эти частицы органики разлагаются и реагируют друг c другом и парами воды с образованием С, Н₂, СО, СО₂, СН₄. Углерод, остающийся в расплаве, благодаря катализационным свойствам соли интенсивно реагирует с СО₂ образуя СО, и таким образом улучшая энергетическую ценность газа. Неорганические компоненты, в виде золы, остаются в солевой ванне как результат разложения и оседают в вытеснительную систему. На протяжении пиролизных и окислительных и восстановительных процессов, галогены углеводородов в отходах образуют кислотные газы, которые промываясь через щелочные и углеродные компоненты соли, образуют диоксид углерода и соответствующую соль. (Например, HCl производит NaCl, которая является соответствующей солью.)

Емкости для образцов выходящего газа присоединяются к выходящей трубе тигля. После достижения стабильного состояния, инфракрасное излучение и масс спектрометры используются для измерения в реальном времени NO_x, CO, CO₂ , H₂ , CH₄ и углеводородов в выходящем газе. Если это необходимо, выходящий газ может быть пропущен через охладительную камеру. Процесс исключает выбросы кислотных газов, таких как HCl или HF. Кроме того, количества оксидов азота на порядок меньше чем при инсинерации.

Технология не использует в качестве окислителя воздух или кислород, и поэтому не имеет дымовых труб, присущих другим технологиям утилизации.

Данная технология не подразумевает какую-либо сушку сырья, а только измельчение отсортированного органического остатка.

В конце цикла переработки соль может быть разделена на углероды, легкоплавкие неуглероды, и золу. Легкоплавкие неуглероды, нейтральные соли (такие как NaCl) и углероды оказываются снова вовлечены в процесс переработки, а зола (в которой потенциально опасные вещества заключены в труднорастворимых карбонатах) депонируется соответствующим образом.

Последняя установка с расплавом соли компании Кey Industry Engineering Group s.r.o. имеет производительность 20-40 килограмм в час. Она имеет форму трубы, нержавеющий тигель 2.2 метра в высоту, 40-сантиметров номинальный диаметр вверху и 20-сантиметров диаметр у дна. Такая форма минимизирует количество жидкой соли уносимой выходящим газом. Отходы вводятся в тигель через верх.

Управляемые дистанционно камеры и позволяют ученым контролировать процесс, не присутствуя в помещении. Все механизмы, управляющие забором образцов и загрузочной системы, управляются дистанционно, и все данные постоянно фиксируются компьютером.

Используемая технология базируется на методе пиролиза в присутствии паров воды с возможной газификацией диоксида углерода и последующей пароконверсией метана в присутствии катализатора для получения необходимых соотношений окиси углерода и водорода с дальнейшим использованием для синтеза.

Основные факторы, позволяющие получить подобный результат:

• высокие температуры 900 - 950°С;
• эффективный перенос тепла на органические соединения теплоносителем - эвтектической смесью солей и щелочей;
• действие диспергаторов и специально подобранных катализаторов;
• нагрев, сушка и термоударная деструкция ТБО;
• динамическая активизация физических и химических процессов, действующих на разрыв молекулярных связей органических соединений за счет газодинамических особенностей конструкции реактора;
• наличие вытеснительной системы удаления неорганического остатка из реактора дает возможность удалять его без слива всего объема расплава;
• легкоплавкие составляющие ТБО в результате химических реакций превращаются в тело расплава, лишенное токсинов.

Все вышеперечисленное выгодно отличает предложенную технологию от существующих методов - пиролиза прямого нагрева, газификации в кипящем слое, абляционного.

От теории к практике

Концепция расплава соли для уничтожения опасных и взрывчатых веществ была выдвинута более 20 лет назад в США и СССР. Но эти работы были приостановлены по окончании холодной войны до завершения создания постоянно работающей установки. В 1991, эксперименты по уничтожению взрывчатых веществ и неотработанного ракетного топлива были возобновлены Lawrence Livermore национальной лабораторией Калифорнийского университета.

*Ученые Lawrence Livermore лаборатории использовали в качестве теплоносителя смесь карбонатов натрия, калия и лития. Сырье подается в тигель вместе с воздухом. Были проведены испытания и эксперименты по утилизации взрывчатки, неотработанного ракетного топлива, твердых бытовых отходов, фекальных илов. В 1996 году была создана первая пилотная установка для демонстрации работы метода на испытательном полигоне базы Eglin ВВС США. Это первая в мире постоянно работающая установка использующая расплав соли для утилизации отходов воплотившая теорию в реальную установку. Сейчас учеными продолжаются работы по созданию промышленной установки для переработки городских отходов, поскольку этот процесс признан безопасным, эффективным и простым в использовании. (по данным официального сайта Lawrence Livermore National Laboratory http://www-cms.llnl.gov/s-t/molten.html).

В 2003 году в Украине компанией на основании отечественных разработок, были начаты работы по созданию технологии переработки отходов в солевом расплаве (процесс MSOP). К разработке были привлечены:

• Киевский Национальный Университет
• Иститут угольных энерготехнологий
• Институт технической механики НКАУ
• Институт проблем материаловедения НАНУ
• Харьковский технический университет
• Днепропетровский национальный университет
• Институт "Украналит"
• ГНИПИХТ "Химтехнология"

"Из одного килограмма мусора с влажностью 30% мы получаем 1,3 м³ газа из котрого после пароконверсии можно получить до 1 кг метанола либо до 300 грамм бензина!"-технический директор Стрижак С.Ю.

Ориентировочные бизнес-показатели технологии по опытной установке:

• производительность: 20 кг/час измельченных отсортированных бытовых отходов
• выход газа при этом: 26 кубов/час
• эквивалент природного газа по калорийности: 14 кубов/час
• расход электроэнергии: 20 кВт/час
• расход солей и материалов: нет
• при последующем синтезе бензина на промышленной установке:
  • дополнительно технологические расходы энергии и материалов по подготовке газа 50 долл/1000 кубов газа
  • эквивалент бензина А-92 200-300 килограмм/1000 кубов газа