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);
• nagy hőmérsékletű eljárások (800-1100 °C);
• nagy hőmérsékletű 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 nagy hőmérsékletű 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 nagy hőmérsékletű (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 nagy hőmérsékletű 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 fluid ágyas kemencét alkalmaznak.
• A pirolízishez szükséges energiát a gáz és a pirolíziskoksz részleges elégetésével biztosítják, a fluid ágy 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 gyors hűtéssel 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 nyers gáz 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. Termoselkt-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, nagy hőmérsékletű 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 nagy hőmérsékletű elgázosítás során valamennyi szerves anyag elbomlik, a képződő szintézisgáz lényegében hidrogénből, szén-monoxidból és vízgőzből tevődik össze, kis mennyiségű szilárd és gáznemű szennyező tartalommal.