Сжигание с извлечением энергии.

Конструкции установок. Эффективность метода.

Выполнил, магистрант гр. ХЕМО-11-16: Терёхин А.С.

Приняла, доц. каф. ХТПП и ПК: Ушакова О.Б.

Москва 2017

Введение

Наиболее экологически опасными считаются полимерные отходы, основным недостатком которых является стойкость к влиянию естественных природных условий, так как в большинстве своём полимеры не подвержены саморазложению. Вместе с тем сжигание таких отходов вызывает выделение крайне ядовитых газов, в том числе диоксина. По имеющимся данным стоимость обработки и уничтожения отходов пластмасс в целом примерно в 8 раз превышает расходы на обработку большинства промышленных отходов и почти в 3 раза – на уничтожение бытовых.

Для каждого конкретного упаковочного материала в зависимости от особенностей его состава, химического строения полимера и свойств выбирается тот или иной путь уничтожения отходов. Следует учесть, что значительное количество пластиковых упаковок, используемых сегодня, являются неэкологичными, то есть включают в себя сразу несколько материалов. Например, литровые пакеты, в которых продается сок, состоят из фольги, пластика, картона; эластичные бутылки для кетчупа часто производятся из нескольких типов пластика. Такая упаковка практически не поддается вторичной переработке и зачастую не сгорает в мусоросжигательных печах.

В то время как вторичная переработка (если она возможна) является пред­почтительным путем, и также имеет место естественное разложение, большая часть полимерных материалов в настоящее время по-прежнему закапывается в землю. Необходимо определить путь решения проблемы. Один способ — сжига­ние с извлечением энергии. Рекуперация энергии через сжигание сегодня, воз­можно, является наилучшим средством для утилизации тех пластмасс, которые слишком трудно перерабатывать повторно. С термодинамической точки зре­ния энтропия возрастает, а величина энтальпии материала восстанавливается.

Сжигание имеет плохую репутацию в среде защитников окружающей среды, поскольку результатом является токсичный дым и пепел. Этот образ возникает в первую очередь из-за того, что большинство используемых сжигательных уста­новок — старой конструкции, в которой не предусмотрена минимизация загряз­нения воздуха. Конструируя сжигательные установки на базе хорошо известных химико-технологических принципов, можно добиться практически полного сго­рания, так что компоненты полимеров С, Н и О почти полностью превратятся в СО и Н20. (Деструкция неизбежно приведет к тем же самым продуктам, но без извлеченной энергии.) Генерация низкомолекулярных органических веществ с токсическими или канцерогенными свойствами совершенно незначительна. Дру­гие элементы, которые иногда содержатся в полимерах, такие как CI и N, могут приводить к образованию HCl, СО2 и NO2, являющихся нежелательными ком­понентами выбрасываемых газов. Их можно удалить из дыма посредством про­мывания газа, или же их присутствие в полимерном сырье можно свести до ми­нимума с помощью грубой сортировки.

Следует отдавать себе отчет в том, что компоненты чистых полимеров не об­разуют пепел в условиях надлежащего сгорания. Пепел состоит, в основном, из компаундов, часто оксидов или металлов, которые не являются нормальными компонентами полимеров. Они происходят из других материалов, перемешан­ных с полимерами, или из остатков катализатора, стабилизаторов или пигмен­тов. Промышленность предпринимает меры, чтобы максимально уменьшить их содержание в полимерах. Грубая сортировка сырья, поступающего в мусоросжи­гательную печь, извлечение таких фрагментов, как батарейки, может снизить со­держание в пепле тяжелых металлов. Также можно добавлять в сжигаемое сырье такие вещества, как известь, которая образует с пеплом стабильные, плохо ра­створимые соединения.

Если металлосодержащие примеси в мусоре не сжигать, то они затем посту­пят на свалку или на предприятия, выпускающие компост и продолжат свой путь в экологическом цикле неконтролируемым путем. Если же они концентрируют­ся в пепле печи, то их можно удалять в небольшом объеме и приемлемым для окружающей среды способом.

Некоторые примеси могут быть желательными. Например, одним из путей утилизации отработанных шин является их сжигание в качестве топлива в печах для обжига цемента. Было показано, что это можно делать экологически прием­лемым способом, а железо, остающееся от корда шин, оказывается благоприят­ной добавкой в цементе.

Следует подчеркнуть, что полимеры, в целом, являются чистым, хорошим топливом. Их теплотворная способность высока, и они горят также чисто, как большинство сортов нефти, и намного чище, чем уголь. Их сжигание возвращает большую часть энергии, заключенной в нефти, из которой полимеры были изго­товлены.

Хотя сжигание можно проводить чисто, часто этого не делается из-за нежелания государства выделять достаточные средства для строительства со­временных сжигательных установок с надлежащим контролем и газоочисткой, которые могут быть весьма дорогими. Однако в долгосрочной перспективе эти установки могут представлять собой более экономичный и экологичный вы­ход, чем продолжение захоронений, которые, могут стать даже еще более зат­ратными.

Избыточное тепло, получаемое при сжигании отходов, возвращается в виде горячей воды, пара и электроэнергии. Муниципалитеты и промышленные пред­приятия, утилизирующие отходы посредством сжигания, получают выигрыш за счет сокращения объема мусора, нагревания воды и генерации электроэнергии. В современном мире, с его акцентом на экономические и экологические состав­ляющие управленческой деятельности, извлечение энергии из отходов является более чем конкурентоспособным по сравнению с традиционной переработкой.

В некоторых очень плотно населенных странах, например, в Японии, большая часть МТО (75 %) сжигается. По всей Западной Европе и во многих регионах США значительная часть МТО также не закапывается, а сжигается. [10]

Исторически извлечение энергии из отходов посредством сжигания воспринималось как способ утилизации ресурсов и отходов из общего потока МТО. Однако есть и новые виды топлива из отходов, которые известны под общим названием топливо из брака, получаемое при сортировке МТО.

Это топливо из отходов можно сжигать само по себе как индивидуальный вид топлива (моносжигание) или же в сочетании с обычным ископаемым топливом (совместное сжигание). Поэтому один из путей утилизации пластмассовых отходов состоит в их использовании как топлива, теплотворная способность которого почти столь же высока, как у нефти. Промышленные бойлеры конструируются как для конкретного топлива (моносжигание), так и для топливных смесей (совместное сжигание). В обоих случаях может производиться извлечение энергии из смеси полимерных отходов.

Один МДж теоретически эквивалентен энергии, необходимой для энергоснабжения 40-ваттной лампочки в течение 7 ч.

После удаления элементов, допускающих вторичную переработку, например, пластиковых бутылок, стекла и алюминиевых банок, мусор можно утилизировать различными способами: как МТО, ТБО, ТУМ или полимерное топливо, которое может сжигаться само по себе.

Несортированный бытовой мусор, включающий некоторые полимеры, можно сжигать как смешанное топливо в крупных печах для сжигания МТО. Теплотворная способность МТО 10 МДж/кг. [9]