Методы извлечения энергии из пластмассовых отходов

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

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

Кроме того, существуют и другие способы извлечения из отходов энергии, и каждый имеет различный энергетический выход, измеряемый в МДж/кг. Один МДж теоретически эквивалентен энергии, необходимой для энергоснабжения 40-ваттной лампочки в течение 7 ч. После удаления элементов, допускающих вторичную переработку, например, пластиковых бутылок, стекла и алюминиевых банок, мусор можно утилизировать различными способами: как МТО, ТБО, ТУМ или полимерное топливо, которое может сжигаться само по себе.

Несортированный бытовой мусор, включающий некоторые полимеры, можно сжигать как смешанное топливо в крупных печах для сжигания МТО [26]. Теплотворная способность МТО 10 МДж/кг.

Извлечение энергии путем совместного сжигания с бытовым мусором и уличными твердыми отходами

Отчет об эксперименте по извлечению энергии сжиганием смеси полимерных отходов и МТО, проведенный в Германии, раскрывает некоторые интересные позитивные моменты влияния полимерных материалов на сгорание муниципального твердого мусора [27]. Для проведения испытаний роли пластмасс при реальных рабочих условиях использовалась сжигательная печь для МТО в Вюрцбурге. Завод использует распространенную рабочую решетку обратного типа МАКТШ, экономичную систему контроля выбросов, систему так называемой сухой очистки газов, печь с достаточно долгим временем пребывания и систему рекуперации энергии для генерации электричества и снабжения теплоцентрали. При сухой очистке использовались нейтрализующие добавки двух типов: безуглеродная известь и то же с 3 % углерода. В течение нескольких недель испытывались три различных способа загрузки:

А — обычный состав МТО; базовый случай содержания полимеров (7 %);

В — МТО + 7,5 %масс. смешанных пластмасс; случай среднего содержания полимеров (14,5 %);

С — МТО + 15 %масс. смешанных пластмасс; случай высокого содержания полимеров (22 %).

Усредненные данные по чистоте газов для условий А, В и С показаны в табл. 11.5.

Введение пластмассовых отходов не приводит существенному изменению концентрации СО или пыли [25]. Сгорание при наличии полимерных отходов проходит стабильнее. Концентрации полихлорированных дибензодиоксинов (ПХДД)/полихлорированных дибензофуранов (ПХДФ) в продуктах сгорания

топлива не возрастают при введении полимерных отходов. Средние значения концентраций ПХДД/ ПХДФ, выраженные в единицах эквивалента токсичности, составили 3,7; 3,7 и 2,9 нг КЭТ/м3 для случаев Л, Б и С соответственно (КЭТ количественный эквивалент токсичности). Результаты изменений выхода ПХДД/ ПХДФ показаны на рис. 11.4, где все значения лежат ниже доп -стимого уровня.

Представляют интерес следы выбросов токсической природы, таких как гало-генированные диоксины и фураны, и токсических тяжелых металлов. Поэтому технические усилия были сосредоточены на уменьшении этих выбросов, особенно диоксинов, которые рассматриваются как индикатор [28] общей токсичности выбросов. Имеется 75 различных видов диоксинов и 135 форм фуранов. Чтобы оценивать их различную токсичность, диоксины и фураны в настоящее время измеряются в единицах количественного эквивалента токсичности (КЭТ) [29]. В последнее время разработаны способы, позволяющие контролировать и поддерживать выброс диоксинов в исходящем газе на уровне < 0,0000001 мг КЭТ/Нм3 (< 0,1 нг КЭТ/Нм3) [30-32]. Столь низкие уровни выбросов недавно были приняты в качестве стандартов в Швеции, Нидерландах, Германии [33] и Австрии [34], а величина 0,1 нг КЭТ/Нм3, по-видимому, будет принята как стандарт Европейской Комиссией [35]. Эти следы на уровне пикограммов (Ю-12) в выбросах из сжигательных печей для МТО считаются полностью безвредными организацией Консультационная комиссия Германского общества фармакологии и токсикологии (ВСРТ) [36]

Наиболее важные результаты, полученные в ходе испытаний, состоят в следующем:

• Добавление средних и больших количеств смешанных пластмасс из бытового мусора в сжигаемые МТО улучшают сгорание газообразных и твердых остатков на конечной стадии сжигания. Это происходит потому, что при увеличении содержания пластмасс горение становится более стабильным и интенсивным, чем при стандартных условиях сгорания.

Увеличение общего содержания полимерных отходов (включая ПВХ) не приводит к заметному в измерениях увеличению выхода диоксинов и фура нов. Все газообразные выбросы зарегистрированные при работе по проекту, оказались вполне соответствующими германскому стандарту 17 ВЬпЗсН V при наличии активной нейтрализующей угольно/известковой добавки.

Более высокие концентрации пластмасс оказывают положительное влияние на состав выбросов создавая стабильные уровни сгорания, что ведет к уменьшению выброса СО. Снижается концентрация сернистого ангид рида. Причиной является тот факт, что пластмассы представляют собой сильный агент горения, снижающий потребность в добавлении содержащих серу ископаемых видов топлива.

Исследование подтвердило положительную роль сжигания МТО как ди-оксинового стока; эффективность разложения диоксинов и фуранов более 80 %.

Все остатки сгорания — пепел на решетках, остатки в бойлере, циклоне и фильтрах — имеют меньшее содержание остаточного несгоревшего угля как прямой результат добавления полимера. Более благоприятные характеристики сгорания расширяют круг использования колосникового пепла в качестве вторичного сырьевого материала и способствуют сохранению потенциальной емкости свалок.

Абсолютные величины содержания суммарного остаточного органического углерода (СООУ) составляют менее 15 г/кг, что крайне мало по сравнению с другими сжигательными установками для муниципальных твердых отходов, распространенными в Европе. СООУ являются важным индикатором выщелачивания или вымывания остаточной воды, что существенно для безопасного удаления таких остатков, как пепел.

По сравнению с суммарной концентрацией тяжелых металлов в общем потоке сжигаемых отходов вклад тяжелый металлов из пластмасс незначителен. Увеличение доли полимерных материалов в сырье для сжигания не увеличивает концентрацию тяжелых металлов, обнаруживаемых в остатках. Полная концентрация примерно одинакова в операциях по сжиганию МТО во всей Западной Европе.

На основании изложенных данных мы можем заключить, что программы испытаний, осуществленные в рамках проекта АРМЕ в Вюрцбурге подтвердили благоприятный эффект от присутствия смешанных пластмасс в МТО, сжигаемых в целях извлечения энергии.

Поскольку пластмассы остаются ресурсом для эффективной упаковки, и поскольку общее количество бытового мусора постоянно растет, то и содержание в нем пластмасс будет возрастать. Данное исследование показывает, что это не будет иметь отрицательного воздействия на окружающую среду при сжигании МТО и извлечении энергии, и будет способствовать более эффективной работе европейских заводов по переработке МТО. В конечном счете, это будет увеличивать энергетическую эффективность и задавать направление развития для новых и существующих восстановительных заводов.

уже работают в крупном масштабе и в будущем могут быть использованы более активно.