Показники складу гірськихпорід та шлакового розплаву, що утворюється в різних виробництвах
| Хімічний компонент | Вміст хімічних компонентів, % мас. | ||
| Гірські породи габро-базальтової групи | Шлаки від переробки ТПВ на заводі «Екотехпром», Москва | Шлаки від переробки відходів на установці «Плутон» НВО «Радон» | |
| SiO2 | 39–51 | 46,1-56,3 | 35–56 |
| Al2O3 | 10–19 | 6-9,3 | 18,8-27,9 |
| Fe2O3 | 10–18 | 9–16,3 | 1,5-8,5 |
| CaO | 8–13 | 9-15,6 | 2,1-8,7 |
| MgO | 4–12 | 1,7-2,8 | 1,2-2,9 |
| Na2O | У сумі 2–5 | 5,6-7,2 | 2,6-11,1 |
| K2O | 1,12-1,3 | 0,6-2,1 | |
| SO3 | - | 1,5-2,2 | - |
Основний показник, що визначає придатність сировини для виробництва мінеральної вати, - це модуль кислотності Мк, який є відношенням суми процентного вмісту в сировині кислих оксидів (кремнезему SiO2 і глинозему Al2O3) до суми процентного вмісту в ньому основних оксидів (кальція CaO і магнію MgO) . Модуль кислотності мінеральної вати типу А – не менше ніж 1,4; типів Б та В – не менше 1,2 (ГОСТ 4640). Для вати з урахуванням гірських порід рекомендується мати модуль кислотності лише на рівні 1,7–2,2; для базальтового волокна – понад 2,2.
В даний час обладнання для виробництва теплоізоляційних матеріалів з мінеральної сировини виробляється як в Україні, так і за кордоном. Найбільш відомим постачальником комплектного технологічного обладнання в Україні є пермське підприємство ТОВ «Теплотроніка». Орієнтовна вартість повного комплекту технологічного обладнання з його установкою "під ключ" становить 25 млн руб.
Одним зпровідних закордонних постачальників аналогічного технологічного обладнання є науково-виробнича компанія Basalt Fiber & Composite Materials Technology Development («BF&CM TD»).
- Вуглекислотна продукція з вторинної сировини
Ще одним напрямом підвищення рентабельності плазмотермічної переробки ТПВ є виробництво продукції, що містить вуглекислоту, на основі використання вторинних продуктів переробки відходів. Актуальність використання цієї технології у Московському регіоні пов'язані з тим, що у Москві є єдиний виробник продукції, що містить вуглекислоту, – холодокомбінат № 7, використовує застарілу технологію і технологічне устаткування. При цьому сумарна потреба в «сухому льоді» становить близько 40 т на день (в літній час), потреба в рідкому двоокисі вуглецю – близько 200 т на день, а попит на вуглекислий газ обчислюється тисячами балонів.
Діоксид вуглецю застосовується у різних галузях харчової та хімічної промисловості, машинобудуванні, металургії, енергетиці, сільському господарстві та ін. Технологія його виробництва залежить від виду джерела сировини (вуглекислого газу), а енергетичні витрати – від досконалості термодинамічних циклів, схем та обладнання.
Найчастіше використовуваним джерелом сировини є димові гази, хоча вони містять лише 10–20 % діоксиду вуглецю. Вилучення чистого діоксиду вуглецю з димових газів, одержуваних при спалюванні природного газу, засноване на абсорбційно-десорбційному методі, що відрізняється складністю та відносно невисокою енергетичною ефективністю. Внаслідок цього, а також зростання цін на природний газ собівартість діоксиду вуглецю істотно зростає.
В даний час основна увагарозробників та виробників вуглекислотних установок, які використовують для отримання вуглекислого газу продукти конверсії природного газу, сконцентровано на вдосконаленні техніки спалювання природного газу за рахунок підвищення термічних ККД: с
0,80-0,85 для існуючих котлів до 0,95-0,98.
Більш ефективним є використання димових (технологічних) газів, що утворюються як побічний продукт основного виробництва, наприклад, плазмової переробки відходів різного походження.
Ще одним важливим резервом зниження собівартості отримання вуглекислого газу є використання непридатних джерел теплоти у вигляді водяної пари та гарячої води. Сенс такого підходу полягає в тому, що водяну пару з температурою вище 130-140 0 С, необхідну для вилучення діоксиду вуглецю з димових газів абсорбційно-десорбційним методом, в існуючих установках одержують за рахунок спалювання природного газу в котлах.
В даний час найбільш досконале технологічне обладнання для продукції, що містить вуглекислоту, пропонується швейцарською фірмою Asco Kohlensaure AG [6]. На рис. 1.13 показано типове встановлення Asco Kohlensaure AG для виробництва рідкої вуглекислоти. Установки такого типу випускаються з продуктивністю (рідкою вуглекислотою) від 70 до 1 000 кг/год; відповідна продуктивність по «сухому льоду» становить від 30 до 400 кг/год. Як вихідна сировина для отримання вуглекислого газу використовується природний газ, дизельне паливо або гас, а також будь-яке їх поєднання. Робота установки включає послідовні операції «мокрого очищення» (промивання) технологічних газів, що використовуються в якості вихідної сировини, абсорбції СО2, відділення побічних фракцій, охолодження СО2, зрідження СО2.
Мал. 1.13 Високопродуктивне автоматизоване встановлення фірми ASCO для отримання рідкої вуглекислоти
Серед вітчизняних виробників устаткування випуску продукції, що містить вуглекислоту, слід відзначити Краснодарський компресорний завод [7] і Науково-виробниче об'єднання «Автогазтранс» [8]. Краснодарський компресорний завод пропонує до постачання комплект обладнання для виділення та очищення вуглекислого газу, що відповідає вимогам ГОСТ 8050-85, а також вуглекислотні станції УВЖС, призначені для отримання рідкої вуглекислоти та «сухого льоду» за схемою високого тиску.
Відповідно до вищевикладеної концепції, забезпечення максимальної рентабельності плазмотермічної переробки ТПВ передбачає максимально можливе та доцільне використання вторинних продуктів переробки відходів. Стосовно завдання вироблення вуглекислоти до таких продуктів відносяться: скидні гази від газифікації та піролізу органічних компонентів відходів у плазмохімічних реакторах, вихлопні гази енергогенеруючих установок, що працюють на пирогазі з частковим підсвічуванням природним газом; пар, одержуваний за рахунок утилізації скидного тепла вихлопних газів установок, а також пар паротурбінних генераторів, що відпрацював; надлишкова електроенергія за її наявності після покриття власних технологічних потреб і постачання зовнішнім споживачам або, у разі економічної доцільності використання електроенергії, що виробляється, – для забезпечення виробництва супутніх продуктів замість будівництва ліній електропередачі та підключення до регіональних електромереж.
Беручи до уваги, що оптова вартість «сухого льоду» на ринку становить, як мінімум, 20 руб./кг, за 3 тонни «сухого льоду» на годину очікується виручка 60 тис. руб.Іншими словами, максимальна розрахункова величина виручки становить близько 16 млн. дол. на рік.
Для порівняння: при продажі 22 Гкал/год тепла зовнішнім споживачам з урахуванням чинного тарифу 1 000 руб./Гкал виторг становить приблизно 22 тис. руб. За рахунок продажу 1890 кВт * год електроенергії зовнішнім споживачам з урахуванням тарифу 2,5 руб. / кВт * год виручка складе приблизно 4725 руб. Таким чином, чиста вигода від використання внутрішніх ресурсів для виробництва продукції, що містить вуглекислоту, замість продажу їх зовнішнім споживачам напевно перевищить 30 тис. руб./год, що гарантує річний виторг не менше 8 млн дол. Це забезпечить окупність вуглекислотного обладнання менш ніж за один рік. При цьому слід зазначити, що у наведених вище розрахунках не бралися до уваги витрати на створення інфраструктури для постачання тепла та електроенергії зовнішнім споживачам, а також пов'язані з цим організаційні витрати.
Важливою обставиною є також фактор можливого підвищення якості та, як наслідок, ціни за продукцію, що містить вуглекислоту та вироблену на основі імпортних технологій та обладнання. Так, наприклад, вартість рідкої вуглекислоти (на яку, наприклад, у Москві існує очевидний дефіцит) може становити від 4 до 10 руб./кг залежно від якості продукту. На жаль, вітчизняне обладнання не забезпечує необхідної у багатьох випадках якості.
- Отримання технологічного водню
Найбільш багатообіцяючим шляхом досягнення високої рентабельності плазмотермічної переробки ТПВ слід вважати використання технології отримання водню, що є паливом для енергетичних установок різного призначення.
Найбільш поширеними методами отримання водню із природнихВуглеводнів є методи парового реформінгу метану (природного газу), а також часткового окислення важких фракцій нафтопродуктів та газифікації вугілля або біомаси сільськогосподарських відходів у поєднанні з газовою сепарацією водню. Оскільки очевидно, що принципи газифікації застосовні до переробки органовмісних відходів, справедливо було б припустити, що за освоєнням технології отримання водню з біомаси сільськогосподарських відходів стане актуальним завдання отримання водню з ТПВ.
До цього часу відома лише одна американська компанія – Startech Environmental Corp. [9], яка, займаючись розробкою обладнання для плазмової переробки відходів, практично реалізує завдання отримання водню із синтез-газу, що генерується в процесі плазмового піролізу відходів різного походження, включаючи шлам з фільтраційних відстійників, медичні відходи, ТПВ, органічні розчинники, що відпрацювали, автомобільні шини та ін. Для виділення водню зі складу синтез-газу використовуються блоки мембранної сепарації. Кількість водню, яке може бути отримано таким чином, визначається складом синтез-газу, що, у свою чергу, залежить від складу відходів, що переробляються, і режиму газифікації. За оцінками фахівців компанії Startech, розроблена ними технологія отримання водню з ТПВ здатна забезпечити максимальний вихід водню на рівні 58 кг/т ТПВ [10].
Мембранний метод – більш простий, проте він може вимагати застосування багатоступеневого очищення. Оскільки конструктивно навіть багатоступінчаста система очищення не є складною, наведемо можливі схеми побудови таких систем із зазначенням параметрів ефективності вилучення та очищення водню стосовно типового складу пирогаза.
Виходячи зможливих параметрів сепарації водню за допомогою мембранної технології, можна дійти невтішного висновку, що, застосовуючи двух-трехступенчатый мембранний сепаратор, з однієї тонни ТПВ, що пройшла переробку в плазмохімічному реакторі, можна отримати 50-60 кг водню. З використанням другої фази переробки – парової конверсії – вироблення водню може становити вже 85–100 кг на тонну відходів. Використовуючи інші можливості глибокої переробки пирогаза, вихід водню може бути доведено до 140-160 кг на тонну відходів.
Технологічна схема установки для отримання водню з ТПВ [13] представлена на рис. 1.14.
Мал. 1.14 Принципова технологічна схема установки для плазмотермічної переробки ТПВ з отриманням водню:
1. Реактор для плазмотермічної переробки відходів;
2. Циклон для відокремлення твердих частинок (пилу) від газоподібних продуктів переробки відходів;
3. Скруббер - смоловідділювач;
4. Бойлер - дожигатель;
5. Встановлення знесолення води;
6. Фільтри газоочищення продуктів згоряння;
7. Скруббер – нейтралізатор;
8. Конденсатор - осушувач;
9. Мембранний сепаратор для первинного виділення водню із складу газової суміші;
10. Теплообмінник – рекуператор тепла екзотермічних реакцій;
11. Апарат парової конверсії окису вуглецю на водень;
12. Холодильник для охолодження газової суміші;
13. Сепаратор - осушувач;
14. Мембранний блок для концентрування водню, що подається на КЦА;
15. Апарат парового риформінгу вуглеводнів на водень;
16. Апарат короткоциклової адсорбції;
18. Мікрохвильовий плазмокаталітичний реактор конверсії двоокису вуглецю в окис вуглецю;
19. Магнетрон дляпідтримки НВЧ-розряду в плазмотроні;
20. Джерело постійного струму;
21. Теплообмінник загартування продуктів реакцій у плазмокаталітичному реакторі;
22. Форвакуумний насос для забезпечення запуску НВЧ-розряду в плазмокаталітичному реакторі;
23. Вузол абсорбційного виділення;
24. Допалювач кисню.
25. Реактор для плазмотермічної переробки відходів
26. Циклон для відокремлення твердих частинок (пилу) від газоподібних продуктів переробки відходів;
27. Скруббер - смоловідділювач;
28. Бойлер - дожигатель;
29. Встановлення знесолення води;
30. Фільтри газоочищення продуктів згоряння.
Технологічна схема установки для отримання водню з ТПВ працює наступним чином: тверді побутові відходи подаються в шахтну піч плазмохімічного реактора1, в якому піддаються тепловому впливу гарячого повітря, що подається від електродугових плазмотронів у відновлювальній атмосфері. При цьому органічні складові відходів піддаються газифікації та піролізу, перетворюючись на піролізний газ (паливний газ), а неорганічна частина відходів переплавляється, перетворюючись на склоподібний шлак.
Для ТПВ типового складу в результаті такої переробки у складі піролізного газу одержують (у % за масою) до 30-45 водню, від 30 до 40 вуглекислого газу, 10-15 метану та інших вуглеводнів; 4–5 двоокису вуглецю, а також інші складові, такі як смола, пил, сірководень, гідрохлорид, азот, волога та ін. Обсяг пирогазу, що генерується, може становити від 350 до 650 м 3 на тонну відходів.
У табл. 1.4 представлені результати оцінки очікуваних економічних показників під час реалізації вторинних продуктів плазмотермічної переробки ТПВ.