Технология переработки отходов ТПО и ТБО

Ежегодно в мире на каждого человека образуется около 300 кг твердых бытовых отходов (ТБО, картон, бумага, дерево, пищевые отходы, черные и цветные металлы, текстиль, кости, стекло, резина, кожа, пластмассы, уличный смет). В 1 т. ТБО по данным немецких исследований может содержаться до 7 кг хлора и фтора, 5 кг серы, до 3 кг цветных металлов (свинец, цинк, медь, хром, никель, кадмий).

Большая часть ТБО складируется на полигонах и свалка. Даже в странах ЕЭС этот показатель превышает 60%. Сжиганию подвергается в большинстве стран меньше 20%, а утилизации менее 10% и то только в некоторых странах (Италии, Японии, Франции).

Особым видом ТБО являются отходы медицинских учреждений, относящиеся к отходам риска (инфекционная опасность). Лидером по уровню ежегодного прироста являются отходы пластических материалов. Согласно статистическим данным ежегодно в мире накапливается до 20 млн.т. отходов пластмасс. Из них 15-30% подвергается рециклингу, 20-40% сжигается, а 35-70% складируется на полигонах, свалка, закапывается в землю.

Отходы пластмасс по теплоте сгорания подобны основным ископаемым топливам (природному газу, нефти, углям). Так, например, теплота сгорания полиэтилена, полипропилена (43,0 – 45 МДж/кг) выше, чем у нефтепродуктов (40,0 – 42,5 МДж/кг) и тем более энергетических углей (13,0 – 20,5 МДж/кг)

Однако простое сжигание в энергетических установках, как правило, не возможно из-за присутствия в них примесей, приводящих к образованию токсичных соединений.

В техногенных отходах (окалине, шламах, шлаках некоторых производств) может содержаться значительное количество ценных компонентов (Fe, Ni, Cu, Zn, РЗМ, Ti, V и др.), представляющих интерес в связи с концентрацией подчас выше, чем в исходном сырье.

При разработке принципиальной схемы универсальной технологии переработки широкого класса отходов ставилась задача организации процесса с использованием такого агрегата, в котором сочетались бы экологическая безопасность всех получаемых при переработке продуктов и возможность их дальнейшего использования, энергетическая эффективность, простота и надежность применяемых конструктивных элементов.

Перечисленным требованиям в наибольшей степени отвечает процесс в шахтных агрегатах типа доменных печей, вагранок с жидким удалением конденсирования продуктов.

Утилизация отходов, в том числе химически - и радиационно-опасных, в шахтных агрегатах предусмотрены в промышленных («Родон») и разрабатываемых (Институт проблем электрофизики) процессах. В обоих случаях в качестве генератора тепла используются плазмотроны.

Кинетический фактор, тем не менее должен учитываться в связи с изменением температуры и восстановительного потенциала на конечных стадиях процесса (двух зонное сжигание, охлаждение отходящих газов и т.д.). Влияние кинетического фактора может быть оценено.

В экспериментах по моделированию уничтожения некоторых видов химического оружия показывают отсутствие в отходящих газах токсичных соединений.

В случае наличия в перерабатываемых отходах больших количеств хлора, фтора и других галогенов, технология предусматривает вывод их в виде шлаковых соединений.

В зависимости от вида перерабатываемых отходов загрузка возможна сверху через колошник или (и) через фурменнные устройства компактирования или разделка отходов до крупности 10-100 мм (соответствующее оборудовано предусматривается).

Во втором случае возможна подача жидкостей, эмульсий или необходимо измельчение до фракции менее 3 мм в типовом оборудовании. При подаче в фурменную золу горючих отходов (пластических масс, промасленной окалины и т.п.) снижается необходимое количество угольного топлива. Механизмы для подачи измельченных материалов в фурменную зону производятся малым предприятием при Институте металлургии Уральского отделения РАН.

Предлагаемая технология переработки ТО обеспечит:

• Полное разложение органических соединений;
• Полное окисление всех горючих компонентов;
• Перевод минеральных составляющих в шлаковый расплав, состав которого легко регулируется присадкой флюсов. Поученный шлак может быть использован для производства строительных материалов (щебня, наполнителя, каменного литья, шлаковаты, цемента и др. материалов);
• Использование дымовых газов для собственных нужд процесса (высокотемпературный нагрев воздуха), а также выработки энергетической продукции (пара, электроэнергии). При этом в дымовых газах, благодаря высокому температурному уровню процесса, не содержится органических соединений, в частности таких опасных, как фураны и диоксины;
• Возможность переработки ТО при больших неконтролируемых колебаниях гранулометрического и химического состава отходов;
• Переработку, в случае необходимости, совместно с твердыми бытовыми отходами промышленных отходов.

Предлагается модульный принцип построения завода со строительством на первом этапе одной технологической линии с шахтной печью производительностью до 100 тыс. т в год по перерабатываемым ТО. В дальнейшем предполагается довести производительность завода до 300-400 тыс. т в год со строительством еще 2-3 модулей такой же или большей производительности.

Примерный состав основных объектов завода:

• Цех комплексной переработки ТО, включающей следующие участки и отделения:
  
  • приема исходных материалов;
  • предварительной обработки и подготовки материалов к плавке;
  • тракты транспортировки твердых, пылевидных и жидких материалов к шахтной печи;
  • комплекс высокотемпературной шахтной печи (собственно печь с литейным двором, расходные бункера, здание колошникового подъемника, блок воздухонагревателей, пылеуловители, воздуходувная и газосмесительная станции, аспирационная станция и др.);
  • участок обработки жидких продуктов (разливка металла, грануляция шлака, производство шлаковой продукции);
  • система дожига и очистки дымовых газов, конденсации возгонок;
• Электростанция, частично использующая вторичные энергоресурсы;
• Объекты оборотного водоснабжения и канализации;
• Понизительная и распределительные электростанции и другие объекты электроснабжения;
• Объекты энергоснабжения;
• Склады.

Кроме перерабатываемых ТПО, ТБО и угля недефицитных сортов завод будет потреблять в относительно небольших количествах такие материалы и внешние ресурсы, как известняк, известь, электроэнергию, природный газ, свежую воду, огнеупоры.

По экспертным оценкам для завода производительностью 100 тыс. т в год перерабатываемых отходов:

• Ориентировочная площадь занимаемой территории составит 4-5 га.;
• Потребуется примерно 180 – 200 человек трудящихся;
• Инвестиции в реализацию проекта составят около 20 млн. долларов США. Состав и стоимость объектов инфраструктуры завода зависеть от условий конкретной площадки размещения;
• Стоимость инжиниринга составит около 1 млн. долларов США;
• Продолжительность реализации проекта от принятия решения и обеспечения финансированием до ввода в эксплуатацию с учетом совмещения работ составит 2,5-3 года.

Предлагается следующая этапность реализации проекта создания в Московской области завода по переработке твердых отходов.

Автор презентации: Член Президиума РАН, академик, доктор технических наук, Леопольд Игоревич Леонтьев

Статья размешена на сайте по просьбе Директора МИЛРТИ РХТУ имю Д.И. Менделеева, профессора, доктора технических наук, Мешалкин Валерий Павлович