Ugrás a tartalomhoz

Mezőgazdasági (növénytermesztés, állattartás, erdészeti) hulladékok kezelése és hasznosítása

Dr. Czupy Imre, Vágvölgyi Andrea (2011)

8. fejezet - Pirolízis, elgázosítás

8. fejezet - Pirolízis, elgázosítás

Pirolízis

A hőbontás (pirolízis) a szerves anyagú hulladék megfelelően kialakított reaktorban, hő hatására, oxigénszegény vagy oxigénmentes közegben szabályozott körülmények között bekövetkező kémiai lebontása.

A hőbontás során a szerves hulladékból különböző termékek keletkeznek:

  • pirolízisgáz;

  • folyékony termék (olaj, kátrány, szerves savakat tartalmazó bomlási víz);

  • szilárd végtermék keletkeznek. (pirolíziskoksz).

Ezek összetétele, aránya és mennyisége a kezelt hulladék összetételétől, a reaktor üzemi viszonyaitól és szerkezeti megoldásától függ.

A hőbontás többféle hőmérsékleten végezhető:

  • kis- és középhőmérsékletű eljárások (450-600 °C);

  • nagyhőmérsékletű eljárások (800-1100 °C);

  • nagyhőmérsékletű salakolvasztások eljárások (≺1200 °C).

A pirolízis során keletkező végtermék elsősorban energiahordozóként (fűtőgáz, tüzelőolaj, koksz), ritkábban vegyipari másodnyersanyagként (pl. a gázterméket szintézisgázzá konvertálva metanol előállításához) és esetenként egyéb célokra (talajjavítás szilárd, szénben dús maradékkal; fakonzerválás vizes maradékkal; granulált salakolvadék építőipari adalékanyagként stb.) hasznosítható.

A pirolízis során döntőek a kémiai átalakulás reakciófeltételei

  • hőmérséklet;

  • felfűtési idő és a reakcióidő;

  • szemcse-, ill. darabnagyság;

  • átkeveredés mértéke, hatékonysága.

A végtermék összetételének és részarányának alapvető meghatározója a hőmérséklet: alkalmazott hőmérséklettartomány általában 450–550 °C.

A reaktorok a fűtési mód szerint lehetnek:

  • közvetett (reaktorfalon keresztül, ill. cirkulációs közeg segítségével) és

  • közvetlen fűtési megoldásúak.

A pirolízis előnyei:

  • a szilárd maradékok vízfürdős leválasztást követően különbözőképpen feldolgozhatók;

  • keletkeznek értékesíthető alifás és aromás szénhidrogének;

  • légszennyező hatása jelentősen kisebb, mint a hulladékégetésé.

A pirolízis hátrányai:

  • fokozott anyag-előkészítési igény;

  • a kisebb hőmérsékletű eljárásokban a gáztisztítás összetettebb és komplikáltabb;

  • az ennek során keletkező, többnyire erősen szennyezett mosóvizet is komplex módon tisztítani kell;

  • az égetéshez képest nagyobb a lehetősége a nehezen bomló, nem tökéletes égéstermékek képződésének;

  • a települési és az egészségügyi veszélyes hulladékkezelésben „áttörés” a reduktív és oxidatív eljárás soros összekapcsolása, folyamatirányítási rendszerek kifejlesztése és alkalmazása.

A 4 legjellemzőbb pirolízis technológia

1. Siemens eljárás

Ez az eljárás a pirolízis és az azt követő nagyhőmérsékletű égetés kombinációja.

A 150–200 mm-re aprított szilárd települési és ipari hulladékot 450–500 °C hőmérsékleten pirolizálják.

Az így előállított pirolízisgázokat további kezelés nélkül közvetlenül a nagyhőmérsékletű (kb. 1300 °C) égetőkamrába vezetik.

A szilárd pirolízismaradékot rostálják, a fémeket leválasztják. A tapasztalat szerint az 5 mm-nél kisebb részek gyakorlatilag az egész izzítási kokszot tartalmazzák.

Ezt megőrlik és szintén a nagyhőmérsékletű égetőkamrába vezetik.

A hőhasznosítást követően (gőz-, ill. áramtermelés) a füstgázt a hulladékégetőkhöz hasonló komplex rendszerben tisztítják.

A salakolvadékot vízfürdős hűtést követően tárolják ki.

Az eljárás előnye, hogy a hagyományos égetéssel szemben, a gáz és a finomra őrölt pirolíziskoksz elégetése az égetőkamrában alacsony (20–30%) légfelesleggel történik.

2. Lurgi eljárás

A pirolizis ezen technológiája az előzőtől főként az elülső, termikus feltáró egységben különbözik, ahol cirkuláló fluidágyas kemencét alkalmaznak.

A pirolízishez szükséges energiát a gáz és a pirolíziskoksz részleges elégetésével biztosítják, a fluidágy tehát önálló elgázosítóként működik.

A keringtetett fluidizáló közeget olyan fűtőágy felett vezetik, amelyben a hőhasznosító kazánban előállított gőzt túlhevítik (hatásfoknövelés).

A fűtőágyat az égetési levegővel fluidizálják és így az égetés véggáza nem okoz klórkorróziót. A gáz-és szilárd szén kiégetése, valamint a véggáz tisztítása az előző eljáráshoz hasonló.

3. Noell-féle eljárás

Ennél a technológiánál a szilárd hulladék termikus feltárása közvetetten fűtött forgódobos reaktorban, aprítás után, 450–550 °C-on történik.

A pirolízis kokszot szárazon hűtik, a fémtartalmát leválasztják, majd őrlést követően az áramlásos rendszerű elgázosító reaktorba vezetik.

A pirolízisgázokat gyorshűtéssel hűtik, a kondenzálható szénhidrogéneket leválasztják és szintén a reaktorba vezetik.

A pirolízis összes maradékanyaga elgázosításra kerül. Az áramlásos gázosítóban oxigén felhasználásával parciális oxidáció megy végbe, salakolvasztási hőmérsékleten, 2–35 bar túlnyomás mellett.

A véggázt hűtik, tisztítják.  A hűtővízzel előtisztított gáz alacsony hőmérsékletű gőzhasznosítás mellett hűl le és a gáztisztító berendezésben szabadul meg a kéntartalmától, a kinyert elemi kén értékesíthető.  A szilárd olvadék vízfürdőben kerül lehűtésre és további hasznosításra.

A gáztisztító szennyvize a nyersgáz szennyezéseinek nagy részét tartalmazza, ezért az oldott gázoktól és szilárd részektől elválasztják, elgőzölik.

A további gázhűtésből származó vizes kondenzátumot a gázmosóban újra felhasználják. A gáztisztításból különböző célra hasznosítható tisztított gázt nyernek.

4. Termoselsct-eljárás

Ezt a technológiát alapvetően a szilárd települési és ipari hulladékok kezelésére dolgozták ki. A települési hulladék előkezelés (aprítás) nélkül feldolgozható a berendezésben.

A technológia lépései a következők:  a hulladék tömörítése, mely a hulladék heterogén összetétele miatt szükséges. Ezt követi a pirolízis (gáztalanítás, a levegő kizárása és állandó nyomás mellett, közvetetten fűtött pirolizáló csatornában kigázosítás vagy pirolízis 500–600 °C hőmérsékleten). Az utolsó lépés az elgázosítás, nagyhőmérsékletű égetés (elgázosítás tiszta oxigénnel 1200 °C hőmérséklet feletti tartományban)

A megolvadt szervetlen alkotórészek homogenizálva, stabil vegyületekben kötődnek meg, amelynek további hasznosítása kedvező (építési és kohászati alapanyag).

A nagyhőmérsékletű elgázosítás során valamennyi szerves anyag elbomlik, a képződő szintézisgáz lényegében hidrogénből, szén-monoxidból és vízgőzből tevődik össze, kismennyiségű szilárd és gáznemű szennyező tartalommal.

A gáz tisztítása a szokásos módon, több fokozatban történik. (Barótfi, 2000.)