Метод пиролиза: что это, определение понятия, методы и их использование

Содержание

Метод переработки пластика: пиролиз | Статьи

Мировое потребление пластиковой продукции увеличивается год от года. И вместе с ним неуклонно растет объем пластиковых отходов. Особенно сложно обстоит дело с пластиковыми пакетами, которые буквально заполонили города и природные зоны. Напомним, что, согласно подсчетам экспертов, в мире ежегодно производится свыше триллиона полиэтиленовых пакетов. Средний срок использования одного пакета — около 20 минут. Фактически это время, которого достаточно для того, чтобы дойти от магазина до дома, после чего пакет становится ненужным и выбрасывается. А период полного разложения полиэтилена в природе, как напоминают экологи, измеряется сотнями лет.

Что же делать с горами пластикового мусора? В качестве решения проблемы предлагается внедрять наиболее передовые и эффективные технологии переработки данного вида отходов.

Одним из таких методов является пиролиз. Под пиролизом понимается процесс разложения пластика под воздействием высоких температур и при отсутствии кислорода. Здесь следует сказать, что пиролиз — это далеко не новая технология. В ряде стран Европы, где нет своих нефтяных ресурсов, он применялся еще в тридцатых годах прошлого века для получения бензина. Так, например, в гитлеровской Германии посредством пиролиза производили бензин из каменного угля. Полученное таким образом топливо использовалось для заправки знаменитых немецких танков, весьма неплохо показавших себя на фронтах Второй мировой войны.

Особенности и преимущества пиролиза

В современном мире для технологии пиролиза нашлось новое полезное применение: переработка пластиковых отходов.

  • На первом этапе осуществляется необходимая обработка пластиковых отходов: они проходят сортировку, размельчение и мойку.
  • Далее обработанный пластик отправляется в реактор. Здесь под воздействием температуры +600C и без доступа воздуха полимер вначале расплавляется до состояния густой жидкости, а затем превращается в газ.
  • Этот газ проходит через систему очистки и охлаждения. При этом вещество снова переходит в жидкое состояние с характерными свойствами мазута. Из полученного мазута можно изготавливать различную продукцию: например, синтетическое топливо для двигателей внутреннего сгорания.
  • Помимо жидкости, в результате пиролиза образуются еще две фракции: зола, которая упаковывается в брикеты и применяется в качестве печного топлива, и газ, который удаляется в атмосферу. Отметим, что, проходя через пиролизный реактор, такие материалы, как полиэтилен, полипропилен и полистирол, теряют почти треть своей массы, а полиуретан — до половины.

Таким образом, можно выделить два ключевых преимущества пиролиза.

  1. Данная технология позволяет производить из пластиковых отходов полезные и востребованные продукты, в частности — мазут, дизельное и печное топливо. Добавим, что этими видами продукции возможности пиролиза не исчерпаны. С помощью пиролизного реактора также можно получать горячий газ для котельных ТЭС и ТЭЦ. Для этого потребуется немного изменить описанный выше технологический процесс, остановив его на фазе перехода пластика в газообразное состояние.
  2. Пиролиз дает возможность уничтожить 99 % вредных веществ, входящих в состав пластика. Таким образом, это один из наиболее экологичных вариантов переработки отходов.

Что касается недостатков пиролиза, то нужно выделать следующие моменты.

  • В процессе работы пиролизного реактора высвобождается достаточно большое количество вредных химических соединений. В принципе, при должном оснащении оборудования системой фильтрации и очистки этот фактор не должен представлять собой серьезную проблему. Но здесь мы вплотную подходим ко второму пункту.
  • Качественное оборудование для пиролиза стоит достаточно дорого. Чтобы организовать процесс работы пиролизного реактора по всем правилам требуются серьезные финансовые вложения, которые по силам далеко не всем компаниям.

Собственно, именно по этой причине пиролиз пластика при всех своих преимуществах до сих пор не получил в России широкого применения. Приятным моментом является заинтересованность ведущих отечественных производителей полиэтилена в развитии технологий переработки их продукции — в том числе и методом пиролиза. Среди таких производителей выделяется компания «УпакСнаб». Данный бренд известен не только высоким качеством своей продукции, но и активной экологической позицией.

«Упакснаб» — один из лидеров в сфере производства полиэтиленовой продукции

Широкому российскому потребителю компания «УпакСнаб» известна, прежде всего, как производитель широкого ассортимента упаковочной продукции, пакетов с логотипами, мусорных и фасовочных мешков.

Причины, почему полиэтиленовые пакеты лучше заказывать в «УпакСнаб»:

  • мы изготавливаем качественные и дешевые пакеты на заказ, в том числе — эксклюзивные и нестандартные модели по индивидуальным параметрам клиента;
  • заказ любой сложности выполняется в указанный клиентом срок;
  • доставка продукции осуществляется по территории России и Ближнего Зарубежья.

Дополнительную информацию можно получить по телефонам: 8 (495) 782-27-08, 8 (962) 954-00-55 или электронной почте: [email protected]

КРАТКАЯ ИСТОРИЧЕСКАЯ СПРАВКА ПО ТЕХНОЛОГИИ ПИРОЛИЗА ОТХОДОВ

Для достижения лучших результатов в проектах, всегда удобней и продуктивней работать с инвесторами и партнёрами не специалистами, имеющими, хотя бы начальные знания в технологиях, которые используются в этих проектах.

Поэтому предлагаем найти немного времени и ознакомиться по выбору с информацией, представленной в разделах слайдера главной страницы сайта, — «Технологии пиролизной переработки шин и отходов резины», « Технологии девулканизации крошки шин и отходов резины», «Технологии озоновой деструкции шин и отходов резины».

Тема пиролиза начинается с истории появления у человечества этого инструмента технического прогресса.

ИСТОРИЧЕСКАЯ СПРАВКА

Технологический процесс пиролиза известен с давних времён, ещё с XII в. в России его применяли, для выработки сосновой смолы, которую использовали для пропитки корабельной древесины дубильными сосновыми смолами. Тогда этот промысел называли «смолокурением

», а фабрики «смолокурнями». В дальнейшем, с развитием металлургического дела возник другой промысел, также основанный на «сухой» — пиролизной перегонке древесины, — «углежжение«, с получением на выходе древесного угля.

В западной промышленной культуре процесс получения полезных продуктов из различного сырья, путём его термической переработки (нагрева) в замкнутом объёме без доступа кислорода, назвали «Пиролизом» (от древнегреч. Pyr -огонь, жар и Lysis -распад, разложение). Там впервые в промышленных масштабах технологию пиролиза применили в Швеции в XVI-XVII веках.

В целом, процесс заключался в следующем: в закрываемую наглухо медную ёмкость *котёл, чан), закладывали древесину хвойных смолистых пород, под ней разводили костёр, и грели, пока на дне ёмкости начинала скапливаться маслянистая смола. Смолу отводили через трубу в нижней части ёмкости, и в дальнейшем ею пропитывали корабельную древесину погружением в неё деталей корабля или их поверхностной обмазкой смолой.

Запатентован эффект пиролиза углеводородов был русским учёным Летним А.А. в 1877 г., когда он установил, что при температуре выше 250 -300 °С, тяжёлые углеводородные остатки подвергаются разложению на более лёгкие продукты в виде газов, из которых возможно путём конденсации получать жидкие топлива мазутно-солярового и бензинового состава. В 1877 впервые ему удалось выделить из нефти ароматические углеводороды (ксилол, бензол, толуол, антрацен и др.), установить ключевые закономерности процесса пиролиза нефти.

Технология сразу получила распространение, прежде всего в получении осветительного газа для уличного и прочего освещения, производстве толуола, — ценного сырье для изготовления тротила. В России, и не только, на протяжении долгого времени, когда ещё не пришло время широкой добычи и применения природного газа, пиролиз твёрдых топлив стал весьма важным направлением в энергетике. На многих фабриках стояло и успешно эксплуатировалось мощное газогенераторное оборудование, а автомобили оснащались двигателями внутреннего сгорания, работавших, на генерируемом в процессе пиролиза синтез-газе.

В дальнейшем и до наших дней, процесс пиролиза стал одним из наиболее важных, постоянно развивающихся, крупномасштабных технологических процессов, который представляет ценность, как источник углеводородного сырья для всего нефтехимического и органического синтеза, и на котором, собственно основывается весь органический и нефтехимический синтез.

Линейка сырья для пиролиза весьма широка: от газообразных углеводородов, таких как пропан,этан, до тяжёлых дистиллятов, сырой нефти, нефтешламов, т.е. практически любого углеводородного сырья, органических отходов человеческой жизнедеятельности (резины в т.ч.), содержащих органические компоненты.

Пиролизная переработка различных органических отходов является сегодня очень привлекательной сферой, исходя из её несомненной экономической и экологической эффективности. Именно поэтому она занимает одно из ведущих мест в мире среди технологий переработки отходов эластомеров.

Состав «связанных» соединений в маслах биодеградированных нефтей по результатам их «on-line» флэш-пиролиза

Том 326 № 6 (2015)

Актуальность работы обусловлена необходимостью получения и обобщения информации о составе и строении масляных и смолисто-асфальтеновых компонентов нетрадиционных источников углеводородного сырья — тяжелых высоковязких нефтей и природных битумов, большинство из которых являются биодеградированными, для выявления путей их генезиса, решения проблем добычи, транспортировки, переработки, а также рационального использования полученных продуктов. Трудности получения информации даже о составе масел перечисленных объектов, в частности, методом газовой хроматографии с масс-спектрометрическим детектором (ГХ-МС) обусловлены тем, что в хроматограммах, наряду с пиками идентифицируемых соединений, присутствует так называемый «горб», в котором сосредоточено до 90…95 % компонентов масел. Состав компонентов «горба» не поддается идентификации традиционным вариантом ГХ-МС. Кроме того, опубликованные литературные данные указывают на наличие в маслах сложных высокомолекулярных компонентов, в которых некоторые типы соединений находятся в виде химически связанных между собой структурных фрагментов. А также свидетельствуют о перспективности использования деструктивных методов для получения сведений о строении «связанных» фрагментов компонентов масел. Цель работы: получение информации о составе и строении структурных фрагментов, находящихся в сложных высокомолекулярных компонентах масел биодеградированных нефтей и природных битумов в «связанном» виде. Методы исследования: методы ЯМР 1 Н и хроматомасс-спектрометрии (ГХ-МС), аналитический пиролиз масел в вариантах Rock-Eval и сочетания двухступенчатого флэш-пиролиза при 300 и 600 °С с ГХ-МС анализом летучих продуктов термической деструкции в режиме «on-line». Результаты. Термический крекинг компонентов масел биодеградированных нефтей и природных битумов в условиях двухступенчатого «on-line» флэш-пиролиза позволяет получить дополнительную информацию о составе нефтяных масел, которая недоступна при их прямом ГХ-МС-анализе. Полученные результаты свидетельствуют о наличии «связанных» форм алканов, алкилциклогексанов, гомогопанов и алкилбензотиофенов в составе высокомолекулярных компонентов изученных масел.

Ключевые слова:

биодеградированные нефти, природный битум, масла, аналитический пиролиз, связанные соединения, состав

Авторы:

Владимир Родионович Антипенко

Ольга Сергеевна Баканова

Василий Николаевич Меленевский

Елена Александровна Ельчанинова

Скачать bulletin_tpu-2015-326-6-05.pdf

Установки плазменного пиролиза и ректификации с получением топлива PLAZARIUM MPS

Блок пиролиза:

Характеристики Величина
Производительность блока пиролиза (Примечание 1) от 50 до 1000 кг в час (от 1 до 25 тонн в день)
Подача сырья Постоянная или периодическая (1 раз в 10-12 часов)
Напряжение сети переменного тока, В 3 фазы, 380±10% (Примечание 2)
Частота питающего напряжения, Гц 50/60
Потребляемая мощность основного технологического оборудования, кВт на каждые 2,5 тонны в день до 20
Среднемассовая температура в реакторе пиролиза, °С до 650
Среднемассовая температура в топочной камере, °С до 750
Охлаждение системы конденсации топлива Водяное, замкнутое (Примечание 3)
Диапазон рабочей температуры окружающей среды, °С от — 60 до + 50
Габаритные размеры, Д×Ш×В, м

соответствуют размерам морских контейнеров в 20/30/40 футов

Количество контейнеров от 1 до 2 и более (Примечание 4)
Суммарная масса блока, тонн от 8 до 40 (в зависимости от производительности)
Режим работы (Коэффициент рабочего цикла) Продолжительный, непрерывный (ПВ=100%)

Блок ректификации:

Характеристики Величина
Производительность блока ректификации (Примечание 1) от 50 до 1000 литров в час (от 1 до 25 тонн в день)
Подача сырья Постоянная или периодическая (1 раз в 10-12 часов)
Напряжение сети переменного тока, В 3 фазы, 380±10% (Примечание 2)
Частота питающего напряжения, Гц 50/60
Потребляемая мощность основного технологического оборудования, кВт на каждые 2 тонны в день до 5
Рабочая температура в колонне ректификации, °С до 380
Среднемассовая температура в реакторе пиролиза, °С до 560
Среднемассовая температура в топочной камере, °С до 680
Охлаждение системы конденсации топлива Водяное, замкнутое (Примечание 3)
Диапазон рабочей температуры окружающей среды, °С от — 60 до + 50
Габаритные размеры, Д×Ш×В, м

соответствуют размерам морских контейнеров в 20/30/40 футов

Количество контейнеров от 1 до 2 и более (Примечание 4)
Суммарная масса блока, тонн от 6 до 30 (в зависимости от производительности)
Режим работы (Коэффициент рабочего цикла) Продолжительный (ПВ=100%) или периодичный (ПВ=100% в 2 смены)

Блок плазменного крекинга:

Характеристики Величина
Производительность блока плазменного крекинга (Примечание 1) от 50 до 1000 кг в час (от 1 до 25 тонн в день)
Подача сырья Постоянная / непрерывная
Напряжение сети переменного тока, В 3 фазы, 380±10% (Примечание 2)
Частота питающего напряжения, Гц 50/60
Потребляемая мощность основного технологического оборудования, кВт соответствует 10% от мощности плазменной системы
Мощность плазменной системы, кВт от 50 и более (в зависимости от производительности блока)
Рабочая температура в пятне контакта плазменной струи и перерабатываемого сырья, °С 1000-1200
Охлаждение системы конденсации топлива Водяное, замкнутое (Примечание 3)
Диапазон рабочей температуры окружающей среды, °С от — 60 до + 50
Габаритные размеры, Д×Ш×В, м

соответствуют размерам морских контейнеров в 20/30/40 футов

Количество контейнеров от 1 до 2 и более (Примечание 4)
Суммарная масса блока, тонн от 5 до 30 (в зависимости от производительности)
Режим работы (Коэффициент рабочего цикла) Продолжительный, постоянный (ПВ=100%)

Блок хранения топлива:

Характеристики Величина
Объем топлива для хранения и обмена между блоками пиролиза, ректификации и плазменного крекинга (Примечание 1) соответствует двойной производительности блоков пиролиза, ректификации и плазменного крекинга
Виды сохраняемого топлива жидкое синтетическое топливо, тяжелая углеводородная фракция, бензиновая и дизельная фракции
Напряжение сети переменного тока, В 3 фазы, 380±10% (Примечание 2)
Частота питающего напряжения, Гц 50/60
Потребляемая мощность основного технологического оборудования, кВт 2
Диапазон рабочей температуры окружающей среды, °С от — 60 до + 50
Габаритные размеры, Д×Ш×В, м

соответствуют размерам морских контейнеров в 20/30/40 футов

Количество контейнеров от 1 до 2 и более (Примечание 4)
Суммарная масса блока, тонн от 3 до 40 (в зависимости от производительности)
Режим работы (Коэффициент рабочего цикла) Продолжительный, постоянный (ПВ=100%)

Примечания:

1 — Возможно изготовление по заказу установок для плазменного пиролиза производительностью до 80 тонн в день (HGP-3000) и до 100 тонн в день (HGP-5000).

2 — Источник питания обеспечивает автоматическую адаптацию к любому входному напряжению в диапазоне 380–450 В для трех фаз.

3 — Выбор охлаждения зависит от технического задания на разработку установки плазменного пиролиза.

4 — Установка базируется в стандартных 20/30/40 футовых контейнерах, количество контейнеров от 1 до 6 и более (зависит от требуемых параметров уничтожения, количества и производительности основных блоков, типа отходов и ТЗ заказчика).

5 — Все параметры установки плазменного пиролиза изготавливаются в соответствии с ТЗ заказчика.

Переработка шин методом пиролиза

Переработка шин методом пиролиза

Есть различные подвиды данной технологии. В основе технологии лежит тление перерабатываемого материала без участия кислорода. При такой переработке автопокрышка распадается на фракции: технический углерод, пиролизный газ (участвует в технологии переработки для поддержания процессов), жидкие фракции — аналог печного топлива, мазута.

 

Преимущества данной технологии:

  • Относительно невысокая стоимость оборудования. 
  • Низкое энергопотребление.
  • Небольшое количество заявляемого производителем работающего персонала.
  • Можно переработать покрышки в независимости от типа корда.

Недостатки пиролизной технологии:

  • Очень низкое качество продукции, что сильно ограничивает сбыт. Для производства товарного продукта требуется полная модернизация и автоматизация процессов данных установок. Это делает стоимость оборудования достаточно высокой (намного выше равнозначной по рентабельности линии механической переработки шин).
  • Отсутствие экологичности пиролизного производства. Сжигание шин в реакторе таких установок сопровождается выделением сильного резкого запаха, который распространяется на десятки километров. Идет активное выделение в атмосферу вредных веществ. На такое производство очень сложно получить разрешительную документацию. Сами экологи такое производство называют «грязным».
  • Высокий риск аварийных ситуаций и взрыва реактора. Известны случаи гибели персонала на таких производствах в СНГ.

Все перечисленное является основным препятствием для распространения технологии переработки шин пиролизным методом. Именно поэтому данная технология не практикуется в развитых странах. Известно множество случаев установки такого оборудования в различных городах СНГ благодаря его дешевизне. Однако, работающих предприятий на сегодняшний день очень мало. Гораздо больше простаивающих предприятий.

Часто на первой стадии используют предварительную резку цельных шин на сегменты для более эффективной загрузки реактора и увеличения производительности установки. Компания ООO «Техноресурсы»  неоднократно поставляла гидравлические ножницы НС-500  для разделки цельных шин на сегменты для подобных производств.  Также иногда используют шредерные дробилки шин на чипсы для более эффективной компоновки материала. 

Беспламенное горение древесины: параметры макрокинетики пиролиза и термоокислительного разложения | Круглов

1. Франк-Каменецкий Д. А. Диффузия и теплопередача в химической кинетике. — 2-е изд. — М. : Наука, 1967. — 484 с.

2. Rein G. Smoldering combustion // SFPE Handbook of Fire Protection Engineering / Hurley M. J. (editor-in-chief). — 5th ed. — New York, NY : Springer, 2016. — P. 581–603. DOI: 10.1007/978-1-4939-2565-0_19.

3. Rabelo E. R. C., Veras C. A. G., Carvalho J. A., Alvarado E. C., Sandberg D. V., Santos J. C. Log smoldering after an Amazonian deforestation fire // Atmospheric Environment. — 2004. — Vol. 38, Issue 2. — P. 203–211. DOI: 10.1016/j.atmosenv.2003.09.065.

4. Мержанов А. Г., Сычев А. Е. О cамораспространяющемся высокотемпературном синтезе (СВС). URL: http://www.ism.ac.ru/handbook/_shsr.htm (дата обращения: 20.12.2019).

5. Мержанов А. Г., Мукасьян А. С. Твердопламенное горение. — 2-е изд. — М. : Торус Пресс, 2007. — 336 с.

6. Davies G. M., Gray A., Rein G., Legg C. J. Peat consumption and carbon loss due to smouldering wildfire in a temperate peatland // Forest Ecology and Management. — 2013. — Vol. 308. — P. 169–177. DOI: 10.1016/j.foreco.2013.07.051.

7. Hadden R. M., Rein G., Belcher C. M. Study of the competing chemical reactions in the initiation and spread of smouldering combustion in peat // Proceedings of the Combustion Institute. — 2013. — Vol. 34, Issue 2. — P. 2547–2553. DOI: 10.1016/j.proci.2012.05.060.

8. Rein G. Smouldering fires and natural fuels // Fire phenomena in the earth system — an interdisciplinary guide to fire science / Belcher C. M. (ed.). — Chichester : John Wiley & Sons, 2013. — P. 15–33. DOI: 10.1002/9781118529539.ch3.

9. Торфяные пожары в России в 2009–2014 годах / ТАСС. URL: https://tass.ru/info/1352655 (дата обращения: 20.12.2019).

10. Babrauskas V. Pyrophoric carbon and long-term, low temperature ignition of wood // Fire and Arson Investigator. — 2001. — Vol. 52, No. 2. — P. 12–14.

11. Walther D. C., Fernandez-Pello A. C., Urban D. L. Space shuttle based microgravity smoldering combustion experiments // Combustion and Flame. — 1999. — Vol. 116, Issue 3. — P. 398–414. DOI: 10.1016/s0010-2180(98)00095-9.

12. Hadden R., Alkatib A., Rein G., Torero J. L. Radiant ignition of polyurethane foam: the effect of sample size // Fire Technology. — 2014. — Vol. 50, Issue 3. — P. 673–691. DOI: 10.1007/s10694-012-0257-x.

13. Шестак Я. Теория термического анализа: физико-химические свойства твердых неорганических веществ / Пер. с англ. — М. : Мир, 1987. — 456 с.

14. Rogers F. E., Ohlemiller T. J. Pyrolysis kinetics of a polyurethane foam by thermogravimetry. A general kinetic method // Journal of Macromolecular Science: Part A — Chemistry. — 1981. — Vol. 15, No. 1. — P. 169–185. DOI: 10.1080/00222338108066438.

15. Сriado J. M. Kinetic analysis of DTG from master curves // Thermochimica Acta. — 1978. — Vol. 24, Issue 1. — P. 186–189. DOI: 10.1016/0040-6031(78)85151-x.

16. Кобелев А. А., Круглов Е. Ю., Асеева Р. М., Серков Б. Б., Шутов Ф. А. Термическое поведение полимерной теплоизоляции пониженной горючести // Пожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion Safety. — 2018. — Т. 27, № 4. — С. 13–23. DOI: 10.18322/PVB.2018.27.04.13-23.

17. Круглов Е. Ю., Кобелев А. А., Шутов Ф. А., Асеева Р. М. Термогравиметрический анализ разложения полимерного пенокомпозита PENOCOM // Все материалы. Энциклопедический справочник. — 2016. — № 6. — С. 30–34.

18. Кобелев А. А., Круглов Е. Ю., Серков Б. Б., Асеева Р. М. Закономерности термоокислительной деструкции полистирольной теплоизоляции пониженной горючести // Пожары и чрезвычайные ситуации: предотвращение, ликвидация. — 2018. — № 2. — С. 74–80. DOI: 10.25257/FE.2018.2.74-80.

19. Кобелев А. А., Круглов Е. Ю., Нагановский Ю. К., Асеева Р. М., Серков Б. Б. Термоокислительная деструкция пенополиизоциануратной теплоизоляции // Все материалы. Энциклопедический справочник. — 2018. — № 12. — С. 31–40. DOI: 10.31044/1994-6260-2018-0-12-31-39.

20. Kissinger H. E. Reaction kinetics in differential thermal analysis // Analytical Chemistry. — 1957. — Vol. 29, No. 11. — P. 1702–1706. DOI: 10.1021/ac60131a045.

21. Grønli M. G., Várhegyi G., Di Blasi C. Thermogravimetric analysis and devolatilization kinetics of wood // Industrial & Engineering Chemistry Research. — 2002. — Vol. 41, Issue 17. — P. 4201–4208. DOI: 10.1021/ie0201157.

22. Branca C., Albano A., Di Blasi C. Critical evaluation of global mechanisms of wood devolatilization // Thermochimica Acta. — 2005. — Vol. 429, Issue 2. — P. 133–141. DOI: 10.1016/j.tca.2005.02.030.

23. Miller R. S., Bellan J. A generalized biomass pyrolysis model based on superimposed cellulose, hemicellulose and lignin kinetics // Combustion Science and Technology. — 1997. — Vol. 126, Issue 1-6. — P. 97–137. DOI: 10.1080/00102209708935670.

24. Асеева Р. М., Серков Б. Б., Сивенков А. Б. Горение древесины и ее пожароопасные свойства. — М. : Академия ГПС МЧС России, 2010. — 262 с.

25. Poletto M., Zattera A. J., Forte M. M. С., Santana R. M. C. Thermal decomposition of wood: Influence of wood components and cellulose crystallite size // Bioresource Technology. — 2012. — Vol. 109. — P. 148–153. DOI: 10.1016/j.biortech.2011.11.122.

A Two-Step Pyrolysis-Gas Chromatography Method with Mass Spectrometric Detection for Identification of Tattoo Ink Ingredients and Counterfeit Products

Please note that all translations are automatically generated.

Этот метод двухэтапного пиролиза онлайн, связанный с газовой хроматографии с массовым спектрометрическим детектированием и протоколом оценки данных, может быть использован для мультикомпонентного анализа чернил татуировки и дискриминации контрафактной продукции.

Татуировка чернила и другие чернила являются сложными смесями ингредиентов. Наш метод обеспечивает быстрый и простой способ анализа нескольких компонентов одновременно. Пиролиз, а затем в сочетании с газовой хроматографией с масс-спектрометрическим обнаружением позволяет проводить анализ неволатильных и летучих соединений в течение двух последовательных запусков.

В дополнение к чистому анализу ингредиентов чернил, этот метод также может быть использован для дифференциации оригинальных и контрафактных продуктов. Как правило, этот метод может быть использован для всех видов жидких образцов. Подход к оценке данных может также использоваться для любого другого вида пиролизных данных.

Как и в большинстве аналитических методов, интерпретация данных пирограмм является ахиллесовой пятой этого метода. Поэтому мы предоставляем библиотеки пирограмм и одно проанализированных спектров, чтобы облегчить интерпретацию данных. Сначала держите 25-миллиметровую полую стеклянную пиролизную трубку со специализированными пинцетами и вставьте необходимое количество кварцевой шерсти в трубку с остроконечными пинцетами.

Вставьте две стальные палочки с каждой стороны пиролизной трубки и сдавьте шерсть в пробку толщиной от одного до двух миллиметров. Пробка должна быть расположена в нижней трети пиролизной трубки для достижения адекватного нагрева во время процесса пиролиза. Воспламенить газовую горелку и выпекать пиролиз трубки и заполнения в течение двух-трех секунд с каждой стороны, чтобы удалить загрязняющие вещества.

Далее, вручную встряхнуть бутылки чернил татуировки энергично в течение одной минуты, чтобы обеспечить однородность. Опустите двухмикролитровый микрокапильярный наконечник в чернила и аспирировать около одного микролитора чернил, заполнив половину капилляра. Вставьте капилляр в пиролизную трубку и окрашиваете пробку из кварцевой шерсти чернилами.

Четкое окрашивание цвета должно быть видно, не добавляя слишком много чернил в образец. Используя специализированные пинцеты, прикрепите подготовленную пиролизовую трубку к стальному транспортному адаптеру для автоматизированного инъекционного блока и убедитесь, что пиролизная трубка идеально вертикальна и не падает во время встряхивания. Поместите транспортный адаптер в лоток автоматизированного инъекционного блока в нужном положении для анализа пиролиза GCMS.

Для оценки данных летучих соединений, начать GCMS анализ MS библиотека поиска программного обеспечения, и открыть хроматограмму desorption перспективе. Выберите коммерческие библиотеки, нажав на Spectrum»и выберите библиотеку. Затем загрузите библиотеку интересов.

Выберите параметры интеграции и выполняте поиск в библиотеке, нажав на Spectrum»и Отчет о поиске библиотеки. Для оценки данных пиролиза откройте хроматограмму пробега пиролиза. Отметь всю хроматограмму в программном обеспечении для оценки GCMS.

С правой кнопкой мыши, нажмите вниз, чтобы получить средний спектр массы, или AMS. Для того, чтобы создать самостоячную библиотеку, нажмите на Spectrum»и Edit Library. Выберите библиотеку интересов, а затем добавить новую запись, и заполнить всю информацию, интересную.

Создать AMS исследуемой пирограммы чернил и использовать поиск библиотеки для сравнения с самостоятельной библиотекой AMS. Исключите массы из кровотечения столбца или других шумов столбца. Чтобы выявить неволатильные соединения со специализированным программным обеспечением для оценки пирограмм, создайте папку со всеми пирограммами, которые должны служить библиотекой, такие как библиотека пигментных пирограмм для идентификации пигментов, или пирограммы оригинальных чернил, чтобы сравнить ее с мнимой контрафактной продукцией.

Загрузите неизвестную пирограмму в поиске библиотеки вкладок, нажав на Browse. Далее загрузите папку библиотеки и выберите только MS соответствия «и RT соответствия» в вариантах поиска, так как общее изобилие будет меняться по сравнению с пирограммой эталонных пигментов. Нажмите на Расширенный «в вариантах поиска.

Выберите ширину интереса окна RT, порог площади 0,1% и разрешить многократное сопоставление. В вариантах Mass Spec выберите параметр, используйте только пики с указанными спектрами MS и используйте порог 850. Загрузите файл pigment_search_spectra.

spf, или нажмите на Add «, чтобы сохранить указанные спектры MS от каждой пирограммы эталонных пигментов или полимеров из библиотеки в расширенных вариантах поиска. Нажмите OK «, чтобы вернуться к главному окну. Затем нажмите на поиск «, чтобы начать сравнение.

При необходимости перейдите на вкладку матча хроматограммы и выберите соединение под вкладкой матча хроматограммы. Нажмите правой кнопкой мыши и выберите спектр поиска в NIST «, чтобы перейти спектра на программное обеспечение библиотеки MS и определить соединение. Для ручной оценки данных для неволатиленых соединений, запустите GCMS анализ MS библиотеки поиска программного обеспечения и открыть хроматограмму пиролиза перспективе.

Выберите коммерческие библиотеки и библиотеки пиролиза, нажав на Spectrum»и Select Library. Загрузите все библиотеки, представляющие интерес. Интегрируйте пирограмму в программное обеспечение для оценки GCMS и учитывайте все пики с площадью не менее 0,2% от общей площади.

Затем начните поиск в библиотеке, нажав на Spectrum»и Отчет о поиске библиотеки. Вручную сравните все совпадения библиотек с конкретными продуктами разложения пигмента и полимера в текстовом протоколе или фрагментами, указанными в литературе. Хорошо произведенные чернила с очень чистыми ингредиентами и ограниченным количеством компонентов привели к тому, что хроматограммы легко интерпретировать со стандартными библиотеками, так как большинство пиков можно определить.

Но даже в высококачественных чернилах, не заявленных ингредиентов, таких как пропиленгликоль часто встречаются в дополнение к объявленный глицерол. Чернила, содержащие несколько ингредиентов и примесей приведет к пирограммы, что трудно интерпретировать. Большинство пиков, происходящих во втором запуске, не могут быть базовыми, отделенными друг от друга, что затрудняет идентификацию.

Некоторые вещества могут также привести к пикам ниже порогового значения, установленного в ходе оценки данных. Решением для интерпретации сложных данных может быть пошаговая подход с использованием 400, 600 и 800 градусов по Цельсию в последовательных шагах пиролиза для одного и того же образца. Некоторые продукты разложения пигмента могут происходить от нескольких пигментов.

Положительный результат для идентификации контрафактной продукции продемонстрирован для трех лимонных чернил, приобретенных у различных поставщиков. Используя фактор вперед матч выше 0,9, хроматограмма из первого запуска desorption и пирограмма из второго запуска оригинальных чернил были сопоставлены с тремя независимыми приобретениями оригинальных чернил, и два поддельных продуктов с использованием программного обеспечения оценки пирограммы. Пиролиз полезен для идентификации нескольких соединений одним аналитическим методом.

Квалификация конкретных соединений может быть выполнена впоследствии с более специализированными методами.

Пиролиз | химическая реакция | Британника

Пиролиз , химическое разложение органических (углеродных) материалов под воздействием тепла. Пиролиз, который также является первым этапом газификации и сжигания, происходит в отсутствие или почти в отсутствие кислорода, и, таким образом, он отличается от горения (сжигания), которое может иметь место только при наличии достаточного количества кислорода. Скорость пиролиза увеличивается с температурой. В промышленных приложениях используемые температуры часто составляют 430 ° C (около 800 ° F) или выше, тогда как в более мелкомасштабных операциях температура может быть намного ниже.Два хорошо известных продукта, создаваемых пиролизом, — это форма древесного угля под названием biochar, созданная при нагревании древесины, и кокс (который используется в качестве промышленного топлива и теплового экрана), созданный при нагревании угля. Пиролиз также производит конденсируемые жидкости (или деготь) и неконденсирующиеся газы.

Подробнее по этой теме

горючие сланцы: пиролизные

Технология получения нефти из горючего сланца основана на пиролизе горной породы.Подаваемое тепло разрывает различные химические связи …

Процесс

Пиролиз преобразует органические материалы в их газообразные компоненты, твердый остаток углерода и золы и жидкость, называемую пиролитическим маслом (или биомаслом). Пиролиз имеет два основных метода удаления загрязняющих веществ из вещества: разрушение и удаление. При разрушении органические загрязнители распадаются на соединения с более низкой молекулярной массой, тогда как в процессе удаления они не разрушаются, а отделяются от загрязненного материала.Пиролиз — это полезный процесс для обработки органических материалов, которые «трескаются» или разлагаются под воздействием тепла; примеры включают полихлорированные бифенилы (ПХБ), диоксины и полициклические ароматические углеводороды (ПАУ). Хотя пиролиз неприменим для удаления или разрушения неорганических материалов, таких как металлы, его можно использовать в методах, которые делают эти материалы инертными.

Приложения

Пиролиз имеет множество приложений, представляющих интерес для экологически чистых технологий. Он полезен при извлечении материалов из таких товаров, как автомобильные шины, удалении органических загрязнителей из почвы и нефтесодержащих шламов, а также в создании биотоплива из сельскохозяйственных культур и отходов.Пиролиз может помочь разрушить автомобильные шины на полезные компоненты, тем самым снижая нагрузку на окружающую среду, связанную с выбрасыванием шин. Шины являются важным компонентом мусорных свалок во многих областях, и при сгорании они выделяют в воздух ПАУ и тяжелые металлы. Однако, когда шины подвергаются пиролизу, они распадаются на газ и масло (используемые в качестве топлива) и технический углерод (используемый в качестве наполнителя в резиновых изделиях, включая новые шины, и в качестве активированного угля в фильтрах и топливных элементах). Кроме того, пиролиз может удалить органические загрязнители, такие как синтетические гормоны, из осадка сточных вод (полутвердые материалы, которые остаются после очистки сточных вод и снижения содержания воды) и сделать тяжелые металлы, оставшиеся в осадке, инертными, что позволяет безопасно использовать осадок. как удобрение.

Кроме того, пиролизная биомасса (биологические материалы, такие как древесина и сахарный тростник) имеет большие перспективы для производства источников энергии, которые могут дополнить или заменить энергию на основе нефти. Пиролиз заставляет целлюлозу, гемицеллюлозу и часть лигнина в биомассе распадаться на более мелкие молекулы в газообразной форме. При охлаждении эти газы конденсируются в жидкое состояние и становятся бионефтью, в то время как остальная часть исходной массы (в основном оставшийся лигнин) остается в виде твердого биоугля и неконденсируемых газов.

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас Сара Э. Босло

Узнайте больше в этих связанных статьях Britannica:

  • горючие сланцы: пиролизные

    Технология получения нефти из горючего сланца основана на пиролизе горной породы.Приложенное тепло разрывает различные химические связи макромолекул керогена, высвобождая небольшие молекулы жидких и газообразных углеводородов, а также соединений азота, серы и кислорода. Пиролиз банка…

  • древесина: продукты химической переработки

    Пиролиз включает нагревание древесины до температуры 1000 ° C (около 1800 ° F) в отсутствие воздуха.Он включает карбонизацию, деструктивную перегонку и ожижение. Карбонизация осуществляется либо традиционным методом наращивания конусовидных штабелей древесины, которые затем покрываются …

  • карбен: Образование.

    При фотолизе или пиролизе (обработка светом или теплом соответственно) диазосоединения расщепляются с образованием соответствующего карбена и свободной молекулы газообразного азота.Диазирины, которые представляют собой кольцевые или циклические соединения со структурой, аналогичной структуре диазосоединений, подвергаются той же реакции расщепления и…

7. Исследование процессов пиролиза биомассы

7. Исследование процессов пиролиза биомассы.



7.1. Общее введение
7.2. Система пиролиза биомассы
7.3.Продукты и их характеристики
7.4. Предварительная обработка и определение характеристик исходного сырья
7.5. Установлен пилотный реактор с вращающимся конусом в САУ


7.1.1 Что такое пиролиз?

Пиролиз — это термическая деградация либо при полном отсутствии окислителя, либо с такой ограниченной подачей, что газификация не происходит в значительной степени или может быть описана как частичная газификация.Используются относительно низкие температуры от 500 до 800 ° C по сравнению с 800 до 1000 ° C при газификации. Обычно производятся три продукта: газ, пиролизное масло и древесный уголь, относительные пропорции которых очень сильно зависят от метода пиролиза, характеристик биомассы и параметров реакции. Быстрый или мгновенный пиролиз используется для максимального увеличения количества газообразных или жидких продуктов в зависимости от используемой температуры.

7.1.2 История пиролиза биомассы

Чем интересен пиролиз?

Есть несколько способов использовать энергию, содержащуюся в биомассе, от прямого сжигания до газификации и пиролиза.Выбор наиболее прибыльного метода рекуперации энергии из биомассы определенного типа является и наиболее важным шагом на пути к прибыльным инвестициям.

Прямое сжигание — это старый способ использования биомассы. Биомасса полностью превращается в тепло, но эффективность составляет всего около 10 процентов. Газификация доводит до максимального уровня крекинг биомассы, полностью превращая ее в горючий газ перед сжиганием. Производство древесного угля, медленный пиролиз древесины при температуре 500 ° C — это процесс, который производители древесного угля использовали на протяжении тысячелетий.Древесный уголь — бездымное топливо, которое до сих пор используется для отопления. Его первое технологическое использование можно отнести к железному веку, когда древесный уголь использовался при плавке руды для производства железа. Производство древесного пара обычно связано с копчением, которое является одним из старейших методов консервирования пищевых продуктов, вероятно, применяемым с момента развития кулинарии на огне. Эти пары, содержащие природные консерванты, такие как формальдегид и спирт, использовались в качестве исходного сырья. Основная привлекательность — небольшие и очень простые установки, которые можно изготавливать с очень низкими инвестиционными затратами.Недостаток — довольно низкая выработка энергии и загрязнение воздуха.

Пиролиз биомассы привлекателен тем, что управлять твердой биомассой и отходами очень сложно и дорого. легко превращается в жидкие продукты. Эти жидкости, такие как сырая бионефть или суспензия древесного угля из воды или масла, имеют преимущества при транспортировке, хранении, сжигании, модернизации и гибкости в производстве и сбыте. Плотность энергии сведена в Таблицу 7.1.

Неочищенное пиролизное масло представляет собой холостой флюид, который часто называют бионефть, пиролизное масло или просто нефть.Другой основной продукт — это суспензия, которую можно приготовить из отходов и древесного угля с добавлением химикатов для стабилизации суспензии. Сообщалось о стабильной и подвижной концентрации до 60 мас.%. Суспензии также можно приготовить из масла и древесного угля.

На пилотной установке газ обычно сжигается на факеле, но в промышленном процессе он будет использоваться для управления процессом или для сушки топлива или выработки электроэнергии.

При транспортировке важна насыпная плотность, некоторые расчетные значения приведены в таблице 7.1 Смесь масла и навозной жижи имеет явное преимущество перед древесной щепой и соломой по объемной плотности при транспортировке и заметной удельной энергии.

Для сбора биомассы на большие расстояния эта разница может быть решающим фактором.

Хранение и транспортировка могут быть важны из-за сезонных колебаний производства, и всегда будет требоваться некоторое хранение. Помимо насыпной плотности и учета энергии, важно, чтобы сырая биомасса ухудшалась во время хранения из-за процесса биологического разложения.Однако уголь очень стабилен и биологически не разлагается. Еще одним важным фактором является обращение с жидкостью, при котором жидкости имеют значительные преимущества перед твердыми веществами.

Обычно жидкие продукты легче контролировать в процессе сгорания, и это важно при модернизации существующего оборудования. Существующие горелки, работающие на жидком топливе, не могут полностью работать на твердой биомассе без какой-либо модификации устройства, что может не быть заинтересовано в неопределенных рынках топлива. Тем не менее, бионефти, суспензии полукокса и воды, вероятно, потребуются только относительно небольшая переделка оборудования или даже не потребуется в некоторых случаях.Горелки на угле с электроприводом относительно легко могут принять древесный уголь в качестве частичной замены топлива, если содержание нарушения совместимо с конструкцией горелки.

На электростанциях газовые турбины могут легко работать на биомасле и жидком топливе, хотя при этом требуется щелочная зола в составе полукокса пульпы. Некоторые модифицированные двигатели могут использоваться для использования модернизированного масла. В некоторых странах. существует рынок кусков древесного угля и брикетов для отдыха и промышленного использования.

Табл.7.1 Энергетические и плотностные характеристики

Корм ​​

Насыпная плотность кг / м 3 )

Теплотворная способность в сухом виде (ГДж / т)

Плотность энергии (ГДж / м 3 )

солома

100

20

2

щепа

400

20

8

пиро-масло

1200

25

30

уголь

300

30

9

суспензия угольной воды (50/50)

1000

15

15

суспензия угольного масла (20/80)

1150

23

26

7.1.3 Общее введение в процесс пиролиза биомассы

На сегодняшний день существует много видов процессов пиролиза биомассы, таких как обычные, мгновенные или быстрые, которые зависят от параметров реакции. Однако типичный процесс пиролиза можно описать следующим образом:

Биомассу предварительно измельчают и сушат, чтобы полностью контролировать процесс. Таким образом, биомасса подается в реактор с воздухом, достаточным для сжигания той части биомассы или теплоносителя (песка или другого), обеспечивающего тепло, необходимое для процесса.Система циклонов и конденсаторов позволяет восстанавливать продукты. Вообще говоря, система пиролиза биомассы имеет дело со многими аспектами: посадка биомассы, предварительная обработка, процесс пиролиза, использование и обновление продуктов, стоимость и экономическая оценка. Ниже будут рассмотрены новейшие технологии пиролиза биомассы в странах Европы и США

.

7.2.1 Классификация пиролиза

Пиролиз применялся на протяжении веков для производства древесного угля.Это требует относительно медленной реакции при очень низких температурах для максимального увеличения выхода твердого вещества. Совсем недавно исследования механизмов пиролиза предложили способы существенного изменения пропорций газа, жидких и твердых продуктов путем изменения скорости нагрева, температуры и времени пребывания.

Высокая скорость нагрева, до заявленной 1000 ° C / с или даже 10000 ° C / с, при температуре ниже примерно 650 ° C и с быстрым охлаждением, вызывает конденсацию жидких промежуточных продуктов пиролиза до того, как дальнейшая реакция развалится. частицы с более высокой молекулярной массой в газообразные продукты.Высокие скорости реакции также сводят к минимуму образование полукокса, и при некоторых условиях, очевидно, не образуется полукокса. При высокой максимальной температуре основным продуктом является газ. Пиролиз при таких высоких скоростях нагрева известен как быстрый или мгновенный пиролиз в зависимости от скорости нагрева и времени пребывания, хотя различия нечеткие. В другой работе была предпринята попытка использовать сложные механизмы разложения путем пиролиза в необычной среде. Основные варианты пиролиза перечислены в таблице 7.2, а характеристики основных моделей пиролиза обобщены в таблице 7.3.

Таблица 7.2 Вариант технологии пиролиза

Тех.

Время пребывания

Скорость нагрева

Температура ° C

Продукты

карбонизация

дней

очень низкий

400

уголь

Обычный

5-30 мин

низкий

600

нефть, газ, уголь

Быстро

0.5-5с

очень высокий

650

био-масло

Вспышка

<1 с

высокая

<650

био-масло

Вспышка газа

<1 с

высокая

<650

химикаты, газ

Ультра

<0.5

очень высокий

1000

химикаты, газ

Вакуум

2-30с

средний

400

био-масло

Hydro-pyro.

<10 с

высокая

<500

био-масло

Метано-пиро.

<10 с

высокая

> 700

химикаты

Таблица 7.3 Характеристики пиролизных технологий

Низкая вспышка T

Вспышка высокая T

Медленный

Карбонизация

Сырье

Размер канала

малый

малый

умеренный

большой

Влажность

v.низкий

v. Низкий

низкий

низкий

Параметры

Температура ° C

450-600

650-900

500-600

450-600

Давление, бар

1

0.1-1

1

1

Макс. расход, т / ч

0,05

0,02

5

10

Товар

Газ,% мас. Сухой

<30

<70

<40

<40

МДж / Нм3

10-20

10-20

5-10

2-4

Жидкость%

<80

<20

<30

<20

МДж / кг

23

23

23

10-20

Цельный%

<15

<20

<30

<35

МДж / кг

30

30

30

30

7.2.2 Текущее состояние технологий

В Европе демонстрационная установка производительностью 500 кг / ч в настоящее время работает в Италии для производства жидкости. Планируется, что на основе этой технологии появятся небольшие коммерческие предприятия в Италии, Испании и Греции в качестве проектов LEBEN. Пилотная установка производительностью 250 кг / ч, основанная на процессах Ватерлоо, была построена в Испании. Несколько заводов находятся в эксплуатации на демонстрационном уровне для отстоя сточных вод и бытовых отходов в Западной Германии с производительностью до 2 т / ч на основе медленного пиролиза.

В другом месте в Северной Америке работает ряд демонстрационных установок для мгновенного пиролиза с производительностью до 25 кг / ч с планами нескольких коммерческих разработок с производительностью до 40 кг / ч, включая коммерческую установку, запланированную в Калифорнии на основе абляционный пиролиз и пиролиз осадка сточных вод SERI в Канаде и Австралии. Примеры текущих исследований и разработок перечислены в Таблице 7.4. Некоторые свойства, о которых сообщалось, обобщены и сравнены в Таблице 7.5.

A. Реактор с неподвижным слоем

Древесный уголь можно производить с помощью реактора с неподвижным слоем, в котором сырье биомассы частично газифицируется воздухом. Компания Bio-Alternative SA использовала газогенератор с нисходящим потоком с неподвижным слоем газа диаметром 1 м и высотой 3 м (Bridgwater and Bridgw, 1991). с производительностью по биомассе 2000 кг / ч. Продуктами этого процесса являются газ, вязкие смолы и древесный уголь, выход которых максимален. Для древесины пихты и бука был достигнут выход древесного угля 300% по весу в пересчете на загружаемую древесину.Все продукты используются в качестве энергоносителей.

Таблица 7.5. Характеристики различных технологий пиролиза бионефти

Технологии

ГИТ

Энсин

лаваль

СЕРИЯ

Твенте

Температура [° C]

500

550

480

510

600

Давление [бар абс.]

1.0

1,0

0,01

1.0

1.0

Расход [кг / ч]

50

50

30

30

12

dp [мм]

0,5

0.2

10

5

0,5

т газа [с]

1.0

0,4

3

1

0,5

т твердых [с]

1.0

0,4

100

0.5

Выход газа [мас.%]

30

25

14

35

20

Выход гудрона [мас.%]

60

65

65

55

70

Выход полукокса [мас.%]

10

10

21

10

10

Характеристики гудрона (на мокрой основе)

Плотность

1.23

1,21

1,23

1,20

1,20

Вязкость [cp]

10 (60c)

90 (25c)

5 (40c)

90 (30c)

80 (20c)

C мас.%

39.5

45,5

49,9

54,4

43,2

H вес.%

7,5

7,0

7,0

5,7

8,2

0 мас.%

52,6

45.4

43,0

39,8

48,6

HHV [МДж / кг]

24

19,3

21

15

25

Вода в гудроне [мас.%]

29

16

18

15

25

Выход продукта

% по массе жидкости

21

59

66

70

вода

26

26

10

10

знак

21

15

14

10

газ

32

10

10

Таблица 7.4 Сравнение технологий процесса пиролиза: ранжирование по желаемым продуктам

Технологии

Организация

Производительность (кг / ч)

Требуемый газ / смола / уголь

T (° C)

товар

(Вес%)

Фиксированная кровать

Био-альтернатива

2000

Char

55/15/30

500-800

псевдоожиженный слой

ТЕБЯ

500

Газ

80/10/10

650–1000

Радиационная печь

Univ.Сарагоса

100

Газ

90/8/2

1000–2000

Обычный

Альтен (КТИ + Itaenergy)

500

Смола

Циркуляционный псевдоожиженный слой

Энсин Инжиниринг

30

Смола

25/65/10

450-800

Быстро увлеченный поток

Технологический исследовательский институт Джорджии.

50

Смола

30/60/10

400–550

Вакуум

Университет Лаваля

30

Смола

15/65/20

250-450

Вихревой реактор

Исследования солнечной энергии Ins.

30

Смола

35/55/10

475-725

низкая температура

Тюбингенский университет

10

Flash с псевдоожиженным слоем

Университет Ватерлоо

3

Смола

20/70/10

425-625

Реактор с вращающимся конусом

Univ.Твенте

10

Смола

20/70/10

500-700

B. Реактор с псевдоожиженным слоем

Хорошо известная технология реакторов с псевдоожиженным слоем была применена Kosstrin (1980), Gourtay et al (1987) и Scott et al (1988). Выходы смолы, производимые реактором с псевдоожиженным слоем среднего масштаба (100 кг / ч), довольно низкие из-за крекинга паров в больших объемах слоя и надводного борта.Технология реакторов с псевдоожиженным слоем предлагает хорошие возможности для газификации сырья биомассы с минимальным образованием смол. В этом случае материал слоя следует выбирать на основе оптимальных характеристик каталитического крекинга гудрона. Однако, если продуктом является деготь, следует применить некаталитический неглубокий псевдоожиженный слой с последующим немедленным гашением газообразных продуктов.

C. Специфические технологии производства бионефти.

Производство бионефти максимально при средних температурах процесса (450-650) и коротком времени пребывания паров в реакторе.Полезными критериями для выбора технологий пиролиза для производства бионефти являются: i) выход биомасла на единицу массы древесины, который должен быть как можно более высоким, ii) мощность реактора процесса должна быть достаточно большой, чтобы ограничить количество шагов по увеличению мощности до полной мощности завода. Технологии пиролиза, включенные в следующий обзор, выбираются на основе этих критериев. Соответственно, было решено рассматривать только процессы с выходом биомасла более 50 мас.% В пересчете на сухую древесину и производительностью установки более 10 кг / ч.Схематическое расположение четырех известных технологий представлено на рис. 7.1; их особенности приведены в таблице 5 вместе с характеристиками «процесса вращения конуса Твенте».

а. Реактор с увлеченным потоком

Пиролиз биомассы в проточном реакторе с увлеченным потоком был изучен Гортоном и др. (1990) в Технологическом институте Джорджии, Атланта, Джорджия, США. Технологическая схема их процесса представлена ​​на рис. 7.1a. Вертикальная труба реактора имеет длину 6,4 м и внутренний диаметр 0 мкм.15м. Воздух и пропан вводятся стехиометрически и сгорают в нижней части их реактора. Полученный горячий дымовой газ течет вверх по трубе, проходя через точку сбора биомассы. Таким образом, тепловая энергия горючего газа используется для нагрева частиц биомассы и, при необходимости, для обеспечения тепла реакции пиролиза. Типичные рабочие условия — отношение массового расхода газа-носителя к массовому потоку пиролиза около 4, температура на входе в реактор 900 ° C, атмосферное давление в реакторе и пропускная способность реактора 500 кг.час Недостатком является необходимость в большом количестве газа-носителя (азота).

г. Реактор с циркулирующим псевдоожиженным слоем.

Реактор с восходящим потоком циркулирующей жидкости эксплуатируется компанией Ensyn в Оттаве, Канада (Graham, 1988). Рис. 7.1b показывает, что частицы биомассы и предварительно нагретый песок подаются вместе в нижнюю часть реактора с циркулирующей жидкостью. К сожалению, в литературе нет данных о размерах и расходах предварительно нагретого газа-носителя и песка для этого процесса.Обычно этот реактор работает при температуре 600 ° C и производительности по биомассе 100 кг / ч. Утверждается, что 60% биомасла можно получить из древесины тополя в качестве исходного сырья. Использование песка в качестве теплоносителя дает преимущество компактной конструкции из-за высокой скорости передачи тепла от песка к частицам биомассы. Еще одно преимущество — короткое время пребывания газа, за счет которого подавляется вторичный крекинг гудрона. Когда этот реактор становится масштабным, особое внимание следует уделять быстрому смешиванию частиц биомассы с твердым теплоносителем.И снова потребность в газе-носителе является недостатком.

г. Вакуумная печь реактор

Вакуумный пиролиз полярной осины в многоподовом реакторе был изучен Роем и др. (1992, 1993) в Университете Лаваля, Квебек, Канада. Шесть нагретых подов диаметром 0,7 м установлены наверху общей высотой 2 м как часть реактора, показанного на рис. 7.1c. Древесина подается в верхний отсек реактора и транспортируется вниз под действием силы тяжести и скребков, которые в настоящее время находятся в каждом отсеке.Если биомедицина полностью преобразована, нижнее отделение будет содержать только древесный уголь, который можно легко удалить из реактора. Температура верхнего пода составляет около 200 ° C и увеличивается по направлению к нижней части реактора, где она достигает 400 ° C для получения максимального количества бионефтепродуктов. Вакуумный насос используется для поддержания давления в реакторе на уровне 1 кПа. Трудность масштабирования реактора связана с установкой вакуумного насоса большой мощности, который чувствителен к загрязнению, а также является очень дорогостоящим.

г. Вихревой реактор

Вихревой реактор был построен Diebold and Power (1988) в Исследовательском институте солнечной энергии, Голден, Ко. США. Диаметр трубы этого реактора составляет 0,13 м, а длина 0,7 м. Для правильной работы реактора частицы биомассы должны быть увлекаются потоком азота со скоростью 400 м / с и входят в трубку реактора по касательной (см. рис. 7.1d). В таких условиях частицы биомассы испытывают высокие центробежные силы, которые вызывают высокие скорости абляции частиц на нагретой стенке реактора (625 ° C).Абляционные частицы оставляют на стенке жидкую пленку биомасла, которая быстро испаряется. Если древесные частицы не преобразованы полностью, они могут быть переработаны с помощью специального контура рециркуляции твердых частиц. В своей статье Диблод и Пауэр (1988) оценивают количество циклов, необходимых для достижения полного преобразования частиц биомассы, примерно в 15, что считается слишком высоким. Однако до сих пор было получено 80 мас.% Биомасла на основе сухой древесины.

В зависимости от используемого процесса первичные продукты могут быть газовыми, жидкими и твердыми.Большинство проектов заинтересованы в жидких продуктах из-за их высокой энергоемкости и потенциала замещения нефти.

Жидкость при образовании приближается к биомассе по элементному составу с немного более высокой теплотворной способностью 20-25 МДж / кг и состоит из очень сложной смеси кислородсодержащих углеводородов. Сложность возникает из-за разложения лигнина и широкого спектра фенольных соединений. Жидкость часто называют маслом, но она больше похожа на деготь. Это также может быть разложено до жидкого углеводородного топлива.Неочищенная жидкость пиролиза представляет собой густую смолистую жидкость с содержанием воды до 20% и вязкостью как тяжелая нефть.

Твердым продуктом процесса пиролиза является уголь, который имеет ограниченное применение в развитых странах для металлургии и отдыха. Альтернативный подход к жидким продуктам заключается в измельчении автомобиля и замачивании его водой со стабилизатором. Сообщалось о стабильной и подвижной концентрации до 60% мас. Суспензию также можно приготовить из биомасла и полукокса, но максимальная концентрация твердого вещества составляет 30%.

Газовый продукт пиролиза обычно представляет собой горючий газ MHV около 15-22 МДж / м.миль 3 . или низковольтный топливный газ с концентрацией около 4-8 МДж / Нм 3 от частичной газификации в зависимости от параметров подачи и обработки.

Рис. 7.1 Схема четырех известных технологий. A. Реактор с увлеченным потоком (GIT)

Рис. 7.1 Схематическое расположение четырех известных технологий. B. Реактор с циркулирующим псевдоожиженным слоем (ENSYN)

Рис.7.1 Схематическое расположение четырех известных технологий. C. Многоподовый реактор (Университет Лаваля)

Рис. 7.1 Схематическое расположение четырех известных технологий. D. Вихревой реактор (SERI)

Сырье, обычно рассматриваемое для термохимической переработки, — это древесина и древесные отходы, энергетические культуры, такие как лесное хозяйство с коротким оборотом и сладкое сорго, сельскохозяйственные отходы и мусор. Основными техническими критериями пригодности для термохимической обработки являются влажность, зольность и характеристики.Основными экономическими критериями являются стоимость, которая включает производство, сбор и транспортировку, и количество, которая включает доступность. Существует также вопрос о конкурирующих применениях, таких как производство целлюлозы и картона, сжигание, рециркуляция или рекуперация материалов, а не рекуперация энергии.

7.4.1 Сушка исходного сырья

Обычно для пиролиза требуется сырье с влажностью менее 15%, но существует оптимизация между содержанием влаги и эффективностью процесса конверсии.Фактическое содержание влаги, необходимое для процесса конверсии, очень мало между конверсионными установками. Полученная биомасса обычно имеет влажность в диапазоне 50-60% (влажная масса).

Пассивная сушка во время летнего хранения может снизить это количество примерно до 30 %. Активная сушка силоса позволяет снизить влажность до 12%. Сушка может быть выполнена либо очень простыми средствами, такими как сушка вблизи окружающей среды, солнечная сушка или потоки отходящего тепла, либо с помощью специально разработанных сушилок, работающих на месте.Коммерческие сушилки доступны во многих формах и на разных площадках, но наиболее распространенными являются вращающиеся печи и сушилки с неглубоким псевдоожиженным слоем.

7.4.2 Характеристики исходного сырья

Основные физические характеристики биомассы приведены в Таблице 7.6. Отличительные особенности: довольно высокое содержание влаги, низкая насыпная плотность и широкий диапазон размеров частиц.

Таблица 7.6 Типичные свойства исходного сырья

Сырье

Лесные отходы

дерево процессов

целиком

MSW

Солома

влажность (% )

30-60

20-60

40-60

15-40

10-20

плотность (кг / м3)

300

350

300

350

200

7.4.3 Производство пиролиза, связанное с составом биомассы

Пиролиз древесины приводит к образованию газа, смолы и полукокса (твердого вещества). Конечно, выход этих продуктов напрямую зависит от состава биомассы.

Биомасса состоит из трех основных компонентов: целлюлозы, гемицеллюлозы и лигнина. Целлюлоза представляет собой прямую и жесткую молекулу со степенью полимеризации приблизительно 10.000 единиц глюкозы (сахар C6). Гемицеллюлоза представляет собой полимеры, построенные из сахаров C5, C6 со степенью полимеризации около 200 единиц сахара.И целлюлоза, и гемицеллюлоза могут испаряться с незначительным образованием полукокса при температурах выше 500 ° C. Лигнин представляет собой трехмерный разветвленный полимер, состоящий из фенольных единиц. Из-за ароматического содержания лигнина он медленно разлагается при нагревании и составляет большую часть Образование угля. Помимо основного состава клеточной стенки, такого как целлюлоза, гемицеллюлоза и лигнин, биомасса часто содержит различные количества видов, называемых «экстрактивными веществами». Эти экстрактивные вещества, которые растворимы в полярных или неполярных растворителях, состоят из терпенов, жирных кислот, ароматические соединения и эфирное масло.Состав различных материалов биомассы представлен в таблице 7.7.

Таблица 7.7 ​​Состав различных типов биомассы

Тип

Класс

HCL

ЛИГ

Экстра.

ЯСЕНЬ

Мягкая древесина

41

24

28

2

0.4

Твердая древесина

39

35

20

3

0,3

Кора сосновая

34

16

34

14

2

Солома (пшеница)

40

28

17

11

7

Рисовая шелуха

30

25

12

18

16

Торф

10

32

44

11

6

примечание: CL — целлюлоза; HCL-гемицеллюлоза; LIG-лигнин

Фиг.7.2 показывает процессы, которые управляют пиролизом частиц биомассы. Сначала тепло переносится к поверхности частицы за счет теплопроводности. Нагретый объемный элемент внутри частицы биомассы впоследствии разложился на обугленные и паровые фрагменты, которые состоят из значительных газов (бионефти) и незначительных газов. Из-за объемного образования пара внутри пористой частицы создается давление, которое достигает максимума в центре частицы и уменьшается по направлению к поверхности частицы. Пары, образующиеся внутри пор биомассы, подвергаются дальнейшему растрескиванию, что приводит к образованию полукокса, газов и термически стабильных смол.Длительное время пребывания паров внутри крупных частиц s при низких температурах пиролиза объясняет образование древесного угля в корпусе. Однако этот механизм отсутствует, если размер частиц 1 меньше 1 мм. Когда газообразные продукты покидают частицу биомассы, они попадают в окружающую газовую фазу, где могут разлагаться дальше. Каждый из этих элементарных процессов анализируется ниже с точки зрения свойств частиц, условий процесса и конструкции реактора.

Рис. 7.2. Эскиз разлагающейся древесной частицы, в том числе задействованные пути реакции

Пилотный реактор пиролиза биомассы с вращающимся конусом спроектирован и поставлен Университетом Твенте, Нидерланды.Его производительность 50 кг / час. Вращающийся конус — это реактор нового типа для мгновенного пиролиза биомассы для максимального увеличения производства бионефти. Частицы древесины, подаваемые на дно вращающегося конуса вместе с избытком частиц инертного теплоносителя, преобразуются, перемещаясь по спирали вверх вдоль горячей стенки конуса. Геометрия конуса, используемого в работе, определяется верхним углом 90 градусов радиан и максимальным диаметром 650 мм. Наиболее важными преимуществами технологии атмосферного вращающегося конуса являются ее высокая селективность по отношению к бионефти и отсутствие разбавляющего газа.Выход бионефти сопоставим с выходом других технологий производства бионефти.

Отличительными особенностями этого реактора являются: быстрый нагрев (5000 К / с) твердых веществ, короткое время пребывания твердых частиц (0,5 с) и небольшое время пребывания в газовой фазе (0,3 с). Продукты, полученные в результате мгновенного пиролиза древесной пыли во вращающемся конусном реакторе, представляют собой неконденсируемые газы, бионефть (гудрон) и полукокс. Поскольку не требуется газа-носителя (снижение затрат), продукты пиролиза будут образовываться в высоких концентрациях.Если необходимо. уменьшение объема газовой фазы внутри вращающегося конуса возможно за счет перекрытия части объема внутри вращающегося конуса; он сокращает время пребывания газовой фазы в реакторе, за счет чего подавляется крекинг смолы в газовой фазе. На рис. 7.3 показано поперечное сечение реактора, в котором виден вращающийся конус.

Рис. 7.3 Поперечное сечение реактора с вращающимся конусом

Выводы и проблемы

Пиролиз является наиболее универсальной системой конверсии биомассы, предлагает высокие выходы жидких продуктов, которые можно использовать напрямую или модернизировать, эта технология открывает большие перспективы для топлива и химикатов, постоянные исследования и разработки необходимы для реализации потенциала.

Для продуктов с более высокой жидкостью используются более продвинутые процессы в Университете Твенте, Альтене, Ватерлоо, Тюбингенском университете и Исследовательском институте солнечной энергии.

Для интегрированной системы. еще предстоит выполнить следующие работы:

— Сбор данных о процессах производства, сбора, переработки и улучшения биомассы;
— Сбор данных о затратах на транспортировку и обработку биомассы и производных продуктов.
— Продолжение технико-экономических оценочных исследований для оптимизации системы.
— Спроектировать установку в направлении более низкой стоимости и простоты эксплуатации.

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


Настройка вашего браузера на прием файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

  • В вашем браузере отключены файлы cookie.Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
  • Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
  • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
  • Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie.Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
  • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файлах cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


Настройка вашего браузера на прием файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

  • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
  • Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
  • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
  • Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
  • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файлах cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

4-24 Пиролиз

Описание:

Рисунок 4-24: Типичный процесс пиролиза Пиролиз формально определяется как химическое разложение, вызванное органическими веществами. материалы нагреванием в отсутствие кислорода. На практике добиться полностью бескислородная атмосфера; реальные пиролитические системы работают с менее чем стехиометрические количества кислорода. Поскольку некоторое количество кислорода будет присутствовать в любом пиролитическом системы, произойдет номинальное окисление.Если летучие или полулетучие вещества присутствуют в отходы, термическая десорбция также будет происходить.

Пиролиз преобразует опасные органические вещества материалы на газообразные компоненты, небольшие количества жидкости и твердый остаток (кокс) содержащий связанный углерод и золу. При пиролизе органических материалов образуются горючие вещества. газы, включая окись углерода, водород и метан, а также другие углеводороды. Если отходящие газы охлаждаются, жидкости конденсируются с образованием остатков нефти / гудрона и загрязняются. вода.Пиролиз обычно происходит под давлением и при рабочих температурах выше 430 ° С. С (800 F). Пиролизные газы требуют дальнейшей обработки. Отходящие газы можно обрабатывать. во вторичной камере сгорания, сгорает и частично конденсируется. Удаление твердых частиц также требуется такое оборудование, как тканевые фильтры или мокрые скрубберы.

Обычные методы термической обработки, такие как вращающаяся печь, печь с вращающимся подом или печи с псевдоожиженным слоем, используются для пиролиза отходов.Печи или печи, используемые для пиролиза будет физически похожим на оборудование, описанное в Разделе 4,23 «Сжигание», но будет работать при более низкой температуре и с меньшим притоком воздуха, чем требуется для горения. Процесс расплавленной соли также может использоваться для пиролиза отходов. Эти процессы описаны в следующих разделах:

Вращающаяся печь

Вращающаяся печь представляет собой слегка наклоненный вращающийся цилиндр с огнеупорной футеровкой, который служит как нагревательная камера.

Печь с псевдоожиженным слоем

Циркуляционный псевдоожиженный слой использует высокоскоростной воздух для циркуляции и суспендирования отходов. частиц в нагревательном контуре и работает при температурах до 430 C (800 F).

Уничтожение расплавленной соли

Деструкция солевого расплава — еще один вид пиролиза. При деструкции расплавленной соли В установке для сжигания расплавленной соли используется расплавленный турбулентный слой соли, такой как карбонат натрия, в качестве Средство теплопередачи и реакции / очистки для разрушения опасных материалов.Измельченный твердые отходы нагнетаются воздухом под поверхность расплавленной соли. Горячие газы состоят в основном из углекислого газа, потока и непрореагировавших компонентов воздуха поднимаются через расплавленный соляная ванна, проходит через зону вторичной реакции и через систему очистки отходящих газов перед сбросом в атмосферу. Другие побочные продукты пиролиза реагируют с щелочью. расплав соли с образованием неорганических продуктов, которые остаются в расплаве. Отработанная расплавленная соль зола, содержащаяся, выводится из реактора, охлаждается и помещается на свалку.

Пиролиз — новая технология. Хотя в основных понятиях процесса есть были проверены, данные о производительности для новой технологии не были оценены в соответствии с методами, одобренными EPA, и придерживаясь контроля качества / контроля качества EPA стандарты. Данные о производительности в настоящее время доступны только для поставщиков. Кроме того, существующие данные ограничены по объему и количеству / качеству и часто носят частный характер.

Синонимы:

Обработка расплавленных твердых веществ; Плазменный пиролиз.

Применяемость:

Целевыми группами загрязняющих веществ для пиролиза являются SVOC и пестициды. В процесс применим для отделения органических веществ от отходов нефтепереработки, каменноугольной смолы отходы, отходы обработки древесины, почвы, загрязненные креозотом, почвы, загрязненные углеводородами, смешанные (радиоактивные и опасные) отходы, отходы переработки синтетического каучука и краски трата.

Системы пиролиза могут применяться к ряду органических материалов, которые «трескаются» или подвергаются химическому разложению в присутствии тепла.Пиролиз показала себя многообещающим в борьбе с органическими загрязнителями в почвах и нефтесодержащих илах. Химическая загрязнители, для которых существуют данные о лечении, включают ПХД, диоксины, ПАУ и многие другие органика. Пиролиз неэффективен ни для разрушения, ни для физического разделения неорганические вещества из загрязненной среды. Летучие металлы могут быть удалены в результате более высокие температуры, связанные с процессом, но также не разрушаются.

Ограничения:

Факторы, которые могут ограничить применимость и эффективность процесса включают:
  • Существуют определенные требования к размеру загружаемого материала и транспортировке материалов, которые влияют применимость или стоимость на конкретных сайтах.
  • Технология требует просушивания почвы для достижения низкого содержания влаги в почве (< 1%).
  • Подача с высокой абразивностью может потенциально повредить процессор.
  • Высокое содержание влаги увеличивает затраты на обработку.
  • Обработанная среда, содержащая тяжелые металлы, может потребовать стабилизации.

Потребности в данных:

Подробное обсуждение этих элементов данных представлено в подразделе 2.2.1 (Требования к данным для почвы, отложения, и шлам). Помимо определения загрязнителей почвы и их концентраций, информация, необходимая для инженерных тепловых систем для конкретных приложений, включает содержание влаги в почве и ее классификация (ситовый анализ не требуется), а также почва температура плавления.

Рабочие характеристики:

Доступны ограниченные данные о производительности пиролитических систем для очистки опасные отходы, содержащие ПХД, диоксины и другие органические вещества.Качество этого информация не определена. Эти данные включены в качестве общего указания производительность пиролизного оборудования и не может быть напрямую передана конкретному Сайт суперфонда. Характеристики участка и исследования излечимости имеют важное значение в дальнейшем доработка и проверка технологии пиролиза.

Стоимость:

Общие затраты на восстановление примерно 18 200 метрических тонн (20 000 тонн) загрязненных сред, как ожидается, составит около 330 долларов за метрическую тонну (300 долларов за метрическую тонну). тонна).

Каталожные номера:

Инновационная реабилитация Технологии: демонстрационный проект в полевом масштабе в Северной Америке, 2-е издание

Тезисы of Remediation Case Studies, том 4, июнь 2000 г., EPA 542-R-00-006

Руководство по документированию и управлению информацией о затратах и ​​производительности для Проекты реабилитации — пересмотренная версия, октябрь 1998 г., EPA 542-B-98-007

Калифорнийский комитет по окружающей среде закрытия баз (CBCEC), 1994. Лечение Матрица приложений технологий для деятельности по закрытию базы, редакция 1 , Группа действий по процессу согласования технологий, ноябрь 1994 г.

Исследования в области энергетики и окружающей среды Центр, 1994. Термическая переработка пластмасс . Энергия и Центр исследований окружающей среды, Университет Северной Дакоты, Гранд-Форкс, Северная Дакота.

EPA, 1992. AOSTRA-SoilTech Анаэробный термический процессор: Wide Beach Участок разработки , Демонстрационный бюллетень, EPA, ORD, Вашингтон, округ Колумбия, EPA / 540 / MR-92/008.

EPA, 1992. Пиролизная обработка , Engineering Bulletin, EPA, OERR, Вашингтон, округ Колумбия, EPA / 540 / S-92/010.

EPA, 1992. SoilTech Anaerobic Thermal Processor: Outboard Marine Сайт корпорации , Демонстрационный бюллетень, EPA, ORD, Вашингтон, округ Колумбия, EPA / 540 / MR-92/078.

Shah, J.K., T.J. Шульц, В. Дайга, 1989. «Процессы пиролиза». Раздел 8.7 в Стандартном справочнике по обращению с опасными отходами и их удалению , изд.H.M. Фримен. Книжная компания Макгроу-Хилл, Нью-Йорк, штат Нью-Йорк.

Информация о сайте:

Контактные лица:

Общие контакты агентства FRTR

Веб-сайты для конкретных технологий:

Правительственные веб-сайты

Неправительственные веб-сайты

Информация о продавце:

Список продавцов, предлагающих Термическая обработка почвы En situ доступна в EPA. REACH IT, который объединяет информацию из трех установленных баз данных EPA, Информационная система для поставщиков инновационных лечебных технологий (VISITT), Система технологий анализа и характеризации полей Vendor (Vendor FACTS) и инновационных лечебных технологий (ITT), чтобы предоставить пользователям доступ к исчерпывающая информация о технологиях лечения и характеризации и их приложения.

Правительственный отказ от ответственности

Здоровье и безопасность:

Добавляются

Пиролиз | EMIS

Схема метода


Описание способа и установки

При очистке воды пиролиз используется как метод обработки дренированного ила, а не водных потоков. Это термический процесс, который разрушает органический материал без использования кислорода.Таким образом, этот метод отличается от сжигания, при котором используется кислород. Это выделено на прилагаемой диаграмме. Газификация — это подход, который находится между вышеупомянутыми подходами:

В процессе пиролиза летучие вещества выделяются при рабочих температурах от 150 до 900 ° C. Выделяемые газы могут служить топливом для поддержания процесса пиролиза без необходимости использования большого количества дополнительной энергии.

Пиролиз может осуществляться в реакторе или мусоросжигательной печи.В реакторе с псевдоожиженным слоем, например, потоки отходов разделяются на 2 стадии из-за разной концентрации кислорода в 2 зонах внутри реактора. «Пластовая часть» состоит из песчаной массы, в которой происходит сушка, пиролиз и газификация. Эта секция работает в условиях низкого содержания кислорода для преобразования органических частиц в отходах в газ.

В «свободной части» реактора вторичное добавление воздуха приводит к дальнейшему горению. Эта секция рассчитана таким образом, чтобы гарантированно удерживать газ при температуре 825 ° C или выше не менее 2 секунд.Энергию дымовых газов можно рекуперировать в блоке рекуперации тепла. Дымовой газ очищается путем впрыскивания реактивной гашеной извести, возможно в сочетании с активированным углем, для иммобилизации тяжелых металлов и диоксинов. Затем продукты реакции и частицы фильтруют с использованием высокоэффективного фильтра из керамического волокна. Затем очищенный газ выдувается в атмосферу.

Другие типы реакторов и пиролизных технологий включают:

  • вакуумный пиролиз;
  • быстрый пиролиз;
  • мгновенный пиролиз;
  • абляционный пиролиз;
  • реактор с барботажным псевдоожиженным слоем;
  • Реактор с вращающимся конусом
  • ;
  • Реактор с вращающимся псевдоожиженным слоем
  • ;

Особые преимущества и недостатки

К преимуществам относится тот факт, что токсичные компоненты и патогены разлагаются при использовании высоких температур.Также наблюдается уменьшение объема воды из-за высокой рабочей температуры. Используя добываемые газы в качестве топлива, можно ограничить подачу внешнего топлива.

Процесс пиролиза сложен и требует высоких эксплуатационных и инвестиционных затрат. Кроме того, необходима установка очистки воздуха для дальнейшей обработки дымовых газов пиролиза. Произведенная зола содержит высокое содержание тяжелых металлов, в зависимости от концентраций в потоке, подлежащем переработке. Эта зола считается опасными отходами, и ее также необходимо утилизировать.

Приложение

Пиролиз может использоваться для потоков отходов с высокой теплотворной способностью и высокими концентрациями, а также для потоков, в которых обработка становится слишком сложной из-за наличия смесей. Этот метод также можно использовать для преобразования отходов в полезные технологические потоки.

Вот несколько примеров приложений:

  • Снижение количества осадка после физико-химической очистки воды;
  • Деградирующие сложные нефтяные потоки;
  • Переработка биомассы для производства биомассы.

Граничные условия

Уровень эффективности метода в основном определяется составом потока отходов и степенью, в которой органическая фракция может разлагаться и превращаться в газовую форму. Это влияет на температуру, давление и другие параметры используемого реактора.

В принципе, технология подходит для обработки широкого спектра органических отходов:

  • Растительные отходы;
  • Деревянные отходы;
  • Шлам;
  • Отработанное масло;
  • Загрязненная почва;
  • Синтетические отходы.

Эффективность

Эффективность в значительной степени определяется составом подлежащих переработке отходов и соответствующими параметрами температуры, давления и других параметров. Уровни ХПК и ТОС во входящей фракции воды, измеренные в дымовых газах, могут быть снижены до 80% при температуре сжигания 1000 ° C и до 99% при температуре сжигания 1220 ° C с газом. срок хранения 4,5 с. Такие компоненты, как азот, сера и хлориды, вероятно, будут обнаружены в газах, в то время как тяжелые металлы сконцентрированы в золе.

Вспомогательные продукты

Обычно продукты поддержки не используются.

Экологические проблемы

Выбрасываются газы, жидкости и зола, которые потенциально могут нанести вред окружающей среде. Существует потребность в резервном топливе, возможно, произведенном во время пиролиза.

Затраты

Были рассчитаны следующие затраты для установки пиролиза, используемой для преобразования высушенного ила с очистных сооружений сточных вод в бионефть, производительностью 2 т / ч:

  • Инвестиционные затраты на установку: 1000000 евро
  • Инвестиционные затраты на очиститель дымовых газов: 250 000 евро
  • Инвестиционные затраты на инфраструктуру: 200 000 евро
  • Эксплуатационные расходы в год (эксплуатация 7000 часов в год): 961 000 евро

Операционные расходы должны быть уменьшены за счет прибыли от продажи произведенного тепла, энергии и биомасла.В примере (в 2005 г.) это составляет, если предположить, что потребление биомассы оплачено, 1,8 миллиона евро, если предположить, что потребление биомассы оплачивается компанией, которая утилизирует биомассу.

Комментарии

Поставщики пиролизных систем разбросаны по всему миру. Вот несколько примеров:

  • Envirotec (Германия)
  • Arena-net: Минос (Бельгия)
  • BIC Group (Бельгия)
  • Bilfinger Berger Entsorgung GmbH (Германия)
  • Ener-G (Великобритания)

Сложность

Процесс очень сложный.Из-за высоких температур полимеры в различных более мелких молекулах расщепляются.

Уровень автоматизации

Нет данных по автоматизации.

Список литературы

  • Chiang et al., Journal of Air and Waste Management Association, 50, 73, 2000
  • Khiari B. et al., Desalination 167, 39 — 47, 2004
  • Koch et al., Science and Techn. Корп., 46, 1996
  • Мариас Ф.и др., AIChe. Дж., 47 (6), 1438 — 1460, 2001
  • Otero M. et al., Biomass Bioenergy, 22, 319-329, 2002
  • PyNe — Сеть пиролиза биомассы, www.pyne.co.uk
  • Симонс, Р.В., «Отчет об окончании пиролиза в Гронингене», xxxx
  • Thomé-Kozmiensky K. J., Pyrolyse von äbfallen, 1985
  • VITO, технический файл пиролиза AFSS
  • VITO-SCT, редакция технических файлов WASS, 2009 г.

Версия от февраля 2010 г.


Gelinkte pagina’s:

Процесс пиролиза биомассы | BioEnergy Consult

Пиролиз биомассы — это термическое разложение биомассы, происходящее в отсутствие кислорода.Это фундаментальная химическая реакция, которая является предвестником процессов горения и газификации и протекает естественным путем в первые две секунды. Продукты пиролиза биомассы включают биоуголь, бионефть и газы, включая метан, водород, монооксид углерода и диоксид углерода.

В зависимости от тепловой среды и конечной температуры, пиролиз будет давать в основном биоуголь при низких температурах, менее 450 0 C, когда скорость нагрева довольно низкая, и в основном газы при высоких температурах, превышающих 800 0 C , с быстрым нагревом.При промежуточной температуре и относительно высоких скоростях нагрева основным продуктом является бионефть.

Пиролиз можно проводить в относительно небольших масштабах и в удаленных местах, что увеличивает удельную энергию ресурса биомассы и снижает затраты на транспортировку и погрузочно-разгрузочные работы. Пиролиз предлагает гибкий и привлекательный способ превращения твердой биомассы в легко хранимую и транспортируемую жидкость, которую можно успешно использовать для производства тепла, энергии и химикатов.

В процессах пиролиза можно использовать широкий спектр сырья биомассы.Процесс пиролиза очень зависит от содержания влаги в сырье, которое должно составлять около 10%. При более высоком содержании влаги образуется большое количество воды, а при более низком уровне существует риск того, что в результате процесса будет образовываться только пыль, а не масло. Потоки отходов с высоким содержанием влаги, такие как шлам и отходы мясопереработки, требуют сушки перед пиролизом.

Эффективность и характер процесса пиролиза зависят от размера частиц исходного сырья.Большинство технологий пиролиза позволяют обрабатывать только мелкие частицы размером максимум 2 мм с учетом необходимости быстрой передачи тепла через частицы. Требование малого размера частиц означает, что сырье должно быть уменьшено в размере перед использованием для пиролиза.

Процессы пиролиза можно разделить на медленный пиролиз или быстрый пиролиз. Быстрый пиролиз в настоящее время является наиболее широко используемой системой пиролиза. Медленный пиролиз занимает несколько часов и приводит к получению биоугля в качестве основного продукта.С другой стороны, быстрый пиролиз дает 60% биомасла и требует секунд для полного пиролиза. Кроме того, он дает 20% биоугля и 20% синтез-газа.

Биомасло

Бионефть представляет собой жидкость темно-коричневого цвета, аналогичную составу биомассы. Он имеет гораздо более высокую плотность, чем древесные материалы, что снижает затраты на хранение и транспортировку. Биомасло не подходит для прямого использования в стандартных двигателях внутреннего сгорания. В качестве альтернативы масло можно улучшить либо до специального моторного топлива, либо с помощью процессов газификации до синтез-газа, а затем биодизеля.Бионефть особенно привлекательна для совместного сжигания, поскольку с ней легче обращаться и сжигать, чем твердое топливо, и ее дешевле транспортировать и хранить.

Биомасло может иметь большие преимущества перед твердой биомассой и обеспечивать газообразование благодаря простоте обращения, хранения и сжигания на существующей электростанции, когда нет необходимости в специальных процедурах запуска. Кроме того, биомасло также является жизненно важным источником широкого спектра органических соединений и специальных химикатов.

Нравится:

Нравится Загрузка…

Связанные

О Салмане Зафар

Салман Зафар — генеральный директор BioEnergy Consult, а также международный консультант, советник и инструктор, обладающий опытом в области управления отходами, энергии биомассы, преобразования отходов в энергию, защиты окружающей среды и сохранения ресурсов. Его географические области деятельности включают Азию, Африку и Ближний Восток. Салман успешно выполнил широкий спектр проектов в области биогазовой технологии, энергии биомассы, преобразования отходов в энергию, рециркуляции и управления отходами.Салман принимал участие в многочисленных национальных и международных конференциях по всему миру. Он — плодовитый экологический журналист, автор более 300 статей в известных журналах, журналах и на веб-сайтах. Кроме того, он активно участвует в распространении информации о возобновляемых источниках энергии, управлении отходами и экологической устойчивости через свои блоги и порталы.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.