अपशिष्ट रूपांतरण रिएक्टरः पायरोलिसिस, गैसीकरण और हाइड्रोथर्मल मार्ग

अपशिष्ट रूपांतरण रिएक्टर: पायरोलिसिस, गैसीकरण और हाइड्रोथर्मल मार्ग

अपशिष्ट रूपांतरण रिएक्टर क्या है?अपशिष्ट रूपांतरण रिएक्टर एक ऐसा जहाज है जो कम मूल्य या खतरनाक कचरे, बायोमास, प्लास्टिक या कीचड़ को ऊर्जा या रसायनों में परिवर्तित करता है, और इसे परिभाषित किया जाता है कि यह चार मार्गों में से किसका उपयोग करता है: पायरोलिसिस, पायरोलिसिस तेल, गैस और चार प्राप्त करने के लिए 400-700 डिग्री सेल्सियस पर ऑक्सीजन की अनुपस्थिति में हीटिंग; प्रति सामान्य घन मीटर 10-30 एमजे का सिनगैस बनाने के लिए 700-1200 डिग्री सेल्सियस पर गैसीकरण; गीले बायोमास से हाइड्रोचार का उत्पादन करने के लिए 180-250 डिग्री सेल्सियस और 20-40 बार पर हाइड्रोथर्मल कार्बोनाइजेशन; या बायोगैस बनाने के लिए 35-38°C पर अवायवीय पाचन। प्रमुख इंजीनियरिंग चुनौती फ़ीड विविधता है, क्योंकि नगर निगम के ठोस अपशिष्ट, बायोमास और कीचड़ में नमी, कैलोरी मान और संदूषक बैच दर बैच भिन्न होते हैं, इसलिए रिएक्टर को एक निश्चित फ़ीड के बजाय जो आता है उसे सहन करना चाहिए। सामग्री और आंतरिक सामग्री को मूल रसायन विज्ञान की तुलना में घर्षण, टार, राख और संक्षारण के लिए अधिक चुना जाता है।

1. रूपांतरण मार्ग और उनके रिएक्टर

प्रत्येक मार्ग एक अलग अपशिष्ट को फिट करता है और एक अलग उत्पाद उत्पन्न करता है:

• ठोस अपशिष्ट का पायरोलिसिस और गैसीकरण:पायरोलिसिस छांटे गए कचरे या प्लास्टिक को ऑक्सीजन की अनुपस्थिति में 400-700 डिग्री सेल्सियस पर गर्म करता है, इसे पायरोलिसिस तेल, एक दहनशील गैस और चारे में विघटित करता है, जिसमें फ़ीड के आधार पर 30-60 वजन प्रतिशत की तेल उपज होती है। गैसीकरण आगे बढ़ता है, फ़ीड को आंशिक रूप से 700-1200 डिग्री सेल्सियस पर कार्बन मोनोऑक्साइड और 10-30 एमजे प्रति सामान्य घन मीटर पर हाइड्रोजन के सिनगैस में ऑक्सीकरण करता है जिसे जलाया जा सकता है या रासायनिक रूप से परिवर्तित किया जा सकता है। रिएक्टर आम तौर पर एक रोटरी भट्ठा, एक द्रवीकृत बिस्तर या अप्रत्यक्ष रूप से गर्म पेंच होते हैं, और केंद्रीय समस्याएं टार गठन होती हैं, जो डाउनस्ट्रीम उपकरणों को खराब और निष्क्रिय कर देती हैं, और राख और चार घर्षण जो आंतरिक भाग को खराब कर देते हैं। फ़ीड तैयार करना, सुखाना और छंटाई करना रिएक्टर जितना ही महत्वपूर्ण है, क्योंकि लगभग 30-40% से ऊपर की नमी और निष्क्रियता प्रक्रिया के ऊर्जा संतुलन को नष्ट कर देती है।
• गीले बायोमास का हाइड्रोथर्मल रूपांतरण:सीवेज कीचड़, खाद्य अपशिष्ट और खाद जैसे गीले फ़ीड के लिए, सुखाना महंगा कदम है, इसलिए हाइड्रोथर्मल मार्ग सामग्री को उसकी प्राकृतिक नमी पर संसाधित करते हैं। कार्बनिक अंश को हाइड्रोचार में परिवर्तित करने के लिए हाइड्रोथर्मल कार्बोनाइजेशन 180-250 डिग्री सेल्सियस और 20-40 बार पर 5-30 मिनट तक चलता है, जो बेहतर हैंडलिंग और ऊर्जा घनत्व के साथ कोयला जैसा ठोस है। रिएक्टर एक उत्तेजित या प्लग-फ्लो दबाव पोत है जो संक्षारक, उच्च तापमान वाले जलीय चरण और फ़ीड में ग्रिट और फाइबर के लिए प्रतिरोधी है। यह मार्ग पायरोलिसिस के सूखने के दंड से बचाता है और कीचड़ और कृषि अवशेषों के लिए उपयुक्त है, जहां लक्ष्य उच्च मूल्य वाले तरल उत्पाद के बजाय मात्रा में कमी, स्थिरीकरण और ऊर्जा पुनर्प्राप्ति है। दबाव सीमा और संक्षारण प्रतिरोधी गीला पथ प्रमुख डिज़ाइन आइटम हैं।
• ऊर्जा और स्थिरीकरण के लिए अवायवीय पाचन:उच्च-जैविक अपशिष्ट के लिए, 35-38 डिग्री सेल्सियस पर एक सीलबंद रिएक्टर में अवायवीय पाचन, 15-30 दिनों की अवधारण पर 0.3-0.6 एम3 प्रति किलोग्राम सीओडी पर ऑर्गेनिक्स को बायोगैस, लगभग 60% मीथेन में परिवर्तित करता है। रिएक्टर आमतौर पर हजारों से 30,000 m3 का ग्लास-फ्यूज्ड-टू-स्टील या कंक्रीट टैंक होता है, जो विस्फोटक-वायुमंडल-नियंत्रित हेडस्पेस के साथ 10-40 W/m3 पर मिश्रित होता है। यह तापीय रूप से रूपांतरण मार्गों में सबसे कोमल है, लेकिन वॉल्यूमेट्रिक रूप से सबसे बड़ा है, क्योंकि जीवविज्ञान धीमा है और वॉल्यूम अवधारण समय द्वारा निर्धारित किया जाता है। रिएक्टर को ग्रिट को संभालना चाहिए जो जम जाता है और नष्ट हो जाता है, चर फ़ीड ताकत, और डाइजेस्ट जिसे पानी से साफ किया जाना चाहिए, और यदि जीव विज्ञान परेशान होता है तो इसका क्षरण ट्रेस सल्फाइड और किसी भी अम्लीय चरण द्वारा संचालित होता है। यह नगरपालिका और कृषि अपशिष्ट रूपांतरण का कार्यक्षेत्र है।

2. विषमांगी, अपघर्षक फ़ीड के लिए इंजीनियरिंग

अपशिष्ट रूपांतरण इस बात पर निर्भर करता है कि रिएक्टर शत्रुतापूर्ण, परिवर्तनशील फ़ीड से कैसे निपटता है:

• सामग्री और आंतरिक पहनावा प्रबंधन:प्रत्येक अपशिष्ट रूपांतरण रिएक्टर एक साथ घर्षण और क्षरण से लड़ता है। पायरोलिसिस और गैसीकरण रिएक्टरों में गर्म लकड़ी और राख दिखाई देती है जो भट्ठे या द्रवीकृत-बिस्तर के अंदरूनी हिस्सों को नष्ट कर देती है, इसलिए दुर्दम्य अस्तर, कठोर उड़ान पट्टियाँ और बदली जाने योग्य घिसाव वाली प्लेटें मानक हैं, और द्रवीकृत बिस्तर में बिस्तर सामग्री को प्रतिक्रियाशीलता और घर्षण प्रतिरोध दोनों के लिए चुना जाता है। हाइड्रोथर्मल और एनारोबिक रिएक्टर जलीय चरण से जंग से लड़ते हैं, सल्फाइड और क्लोराइड का पता लगाते हैं, इसलिए 316L, डुप्लेक्स या ग्लास-फ्यूज्ड-टू-स्टील लाइनर का उपयोग किया जाता है जहां रसायन शास्त्र अनुमति देता है। डिजाइन दर्शन घिसे-पिटे बिंदुओं, भट्ठी की नाक, बिस्तर, निचले वाल्व को सस्ता और सुलभ बनाना है, क्योंकि मिश्र धातु की परवाह किए बिना कुछ भी निर्धारित समय पर बदल दिया जाएगा। एक औसत फ़ीड के विरुद्ध निर्दिष्ट करना कर्तव्य को कम दर्शाता है; डिज़ाइन को किरकिरा, नमकीन, गीले आगमन से बचना चाहिए।
• फ़ीड हैंडलिंग, मिश्रण और थ्रूपुट:शुद्ध अभिकर्मकों से पोषित एक रासायनिक रिएक्टर के विपरीत, एक अपशिष्ट रिएक्टर को प्रति दिन 50-1000 टन अप्रत्याशित फ़ीड प्राप्त होता है, इसलिए फ़ीड की तैयारी, छंटाई, कतरन, सुखाने और पैमाइश संयंत्र पर हावी होती है। रिएक्टर को स्वयं मजबूत मिश्रण की आवश्यकता होती है जो ठोस पदार्थों को अत्यधिक घिसाव के बिना गतिमान रखता है, ठोस पदार्थों के लिए एक पेंच या रोटरी तंत्र, घोल के लिए एक ड्राफ्ट-ट्यूब या कम-कतरनी प्ररित करनेवाला, और एक निर्वहन जो लत्ता, पत्थरों या बिना पिघले प्लास्टिक पर अवरुद्ध नहीं होगा। थ्रूपुट सबसे खराब फ़ीड दिवस द्वारा निर्धारित किया जाता है, औसत नहीं, और गर्मी संतुलन द्वारा, क्योंकि उच्च नमी और निष्क्रियता उस ऊर्जा का उपभोग करती है जिसे प्रक्रिया उत्पन्न करती है। एक रूपांतरण रिएक्टर जिसे विश्वसनीय रूप से खिलाया और खाली नहीं किया जा सकता, वह एक दायित्व है, चाहे उसका रसायन विज्ञान कितना भी सुंदर क्यों न हो।
• उत्पाद की सफ़ाई, सुरक्षा और उत्सर्जन:रिएक्टर उत्पाद शायद ही कभी अंतिम बिक्री योग्य वस्तु होती है; इसे सफ़ाई की ज़रूरत है. पायरोलिसिस तेल अम्लीय, अस्थिर और पानीदार है और इसे उन्नत किया जाना चाहिए; सिनगैस में टार, पार्टिकुलेट और एसिड गैसें होती हैं जो इंजन को ख़राब करती हैं और इन्हें साफ़ किया जाना चाहिए; बायोगैस में हाइड्रोजन सल्फाइड और सिलोक्सेन होते हैं जो जनरेटर को नुकसान पहुंचाते हैं। इसलिए रिएक्टर को उसकी गैस या तरल सफाई, और ज्वलनशील उत्पादों के लिए सुरक्षा प्रणालियों, डाइजेस्टर हेडस्पेस पर विस्फोटक-वातावरण नियंत्रण और किसी भी ऑफ-गैस के लिए राहत के साथ निर्दिष्ट किया जाता है। उत्सर्जन की अनुमति दहन में एनओएक्स और डाइऑक्सिन नियंत्रण से लेकर पाचन में गंध और लीचेट प्रबंधन तक अधिकांश डिज़ाइन को संचालित करती है। रिएक्टर अपशिष्ट-रूपांतरण संयंत्र का हृदय है, लेकिन इसकी स्वीकृति इसके आसपास की सफाई और उत्सर्जन नियंत्रण पर निर्भर करती है।

अपशिष्ट रूपांतरण पथ तुलना मैट्रिक्स

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न (FAQ)

प्रश्न: अपशिष्ट रूपांतरण में पायरोलिसिस और गैसीकरण के बीच क्या अंतर है?

उत्तर: दोनों ही कचरे को पूर्ण दहन के बिना थर्मल रूप से विघटित करते हैं, लेकिन अलग-अलग मात्रा और उत्पादों में। पायरोलिसिस चारे को ऑक्सीजन की अनुपस्थिति में 400-700 डिग्री सेल्सियस पर गर्म करता है, जिससे यह पायरोलिसिस तेल, एक दहनशील गैस और चारे में टूट जाता है, जिससे 30-60 वजन प्रतिशत की तेल उपज होती है। गैसीकरण सीमित मात्रा में ऑक्सीजन या भाप को स्वीकार करता है और प्रतिक्रिया को 700-1200 डिग्री सेल्सियस तक ले जाता है, जिससे फ़ीड को बड़े पैमाने पर सिनगैस, कार्बन मोनोऑक्साइड और हाइड्रोजन में 10-30 एमजे प्रति सामान्य घन मीटर पर परिवर्तित किया जाता है, जिसे जलाया जा सकता है या रासायनिक रूप से उन्नत किया जा सकता है। प्लास्टिक और बायोमास से तरल पुनर्प्राप्ति के लिए पायरोलिसिस बेहतर है; स्वच्छ गैसीय ईंधन और आसानी से गैसीकृत होने वाले खाद्य पदार्थों के लिए गैसीकरण बेहतर है। दोनों टार और राख से संघर्ष करते हैं, और दोनों को फ़ीड सुखाने और छंटाई की आवश्यकता होती है, क्योंकि नमी और निष्क्रियता ऊर्जा संतुलन को बर्बाद कर देती है।

प्रश्न: अपशिष्ट रूपांतरण रिएक्टरों में फ़ीड विविधता सबसे बड़ी चुनौती क्यों है?

उत्तर: क्योंकि नगरपालिका ठोस अपशिष्ट, बायोमास और कीचड़ नमी, कैलोरी मान, कण आकार और संदूषकों के बैच दर बैच में भिन्न होते हैं, जबकि एक रिएक्टर को एक फ़ीड धारणा के अनुसार डिज़ाइन किया गया है। उच्च नमी, 30-40% से ऊपर, और निष्क्रियता उसी ऊर्जा का उपभोग करती है जो इस प्रक्रिया में उत्पन्न होती है, क्लोरीन और धातुएं खराब हो जाती हैं और खराब हो जाती हैं, और पत्थर या बिना पिघले प्लास्टिक ब्लॉक डिस्चार्ज हो जाते हैं। एक निश्चित दर पर शुद्ध अभिकर्मकों को खिलाए जाने वाले रासायनिक रिएक्टर के विपरीत, एक अपशिष्ट रिएक्टर को जो भी आता है उसे सहन करना चाहिए, इसलिए इसकी स्वीकृति फ़ीड की तैयारी, छंटाई, कतरन, सुखाने और पैमाइश, मजबूत मिश्रण पर निर्भर करती है जो खराब नहीं होगी या अवरुद्ध नहीं होगी, और औसत के बजाय किरकिरा, नमकीन, गीले सबसे खराब मामले के लिए चुनी गई सामग्री पर निर्भर करती है। रिएक्टर रसायन विज्ञान अक्सर आसान हिस्सा होता है; चारा बचाना कठिन हिस्सा है।

प्रश्न: अपशिष्ट रूपांतरण रिएक्टरों में कौन सी सामग्री का उपयोग किया जाता है?

उत्तर: यह मार्ग और सबसे खराब विश्वसनीय फ़ीड पर निर्भर करता है। पायरोलिसिस और गैसीकरण रिएक्टर गर्म चार और राख घर्षण देखते हैं, इसलिए वे अपवर्तक अस्तर, कठोर उड़ान सलाखों और प्रतिस्थापन योग्य पहनने वाली प्लेटों का उपयोग करते हैं, घर्षण प्रतिरोध के लिए चुने गए द्रवयुक्त बिस्तर सामग्री के साथ। हाइड्रोथर्मल और एनारोबिक रिएक्टर जलीय चरण से जंग से लड़ते हैं, सल्फाइड और क्लोराइड का पता लगाते हैं, इसलिए 316L, डुप्लेक्स या ग्लास-फ्यूज्ड-टू-स्टील लाइनर का उपयोग किया जाता है जहां रसायन विज्ञान अनुमति देता है, और एनारोबिक डाइजेस्टर आमतौर पर बड़े ग्लास-फ्यूज्ड-टू-स्टील टैंक होते हैं। डिज़ाइन पहनने के बिंदुओं को सस्ता और सुलभ बनाता है, भट्ठी की नाक, बिस्तर, निचला वाल्व, क्योंकि समय पर प्रतिस्थापन की उम्मीद है। मिश्रधातु को स्पाइक के लिए चुना जाता है, औसत के लिए नहीं, क्योंकि अपशिष्ट संरचना में उतार-चढ़ाव होता है।

प्रश्न: अपशिष्ट रूपांतरण रिएक्टर सर्कुलर-इकोनॉमी लक्ष्यों का समर्थन कैसे करता है?

उत्तर: सामग्री को निपटान से संसाधन तक मूल्य श्रृंखला में ऊपर ले जाकर। कूड़े, बायोमास या कीचड़ को लैंडफिलिंग या भस्म करने के बजाय, रिएक्टर ऊर्जा को सिनगैस, बायोगैस या पायरोलिसिस तेल के रूप में पुनर्प्राप्त करता है, सामग्री को चार या हाइड्रोचार के रूप में पुनर्प्राप्त करता है जिसका उपयोग ईंधन या मिट्टी संशोधन के रूप में किया जा सकता है, और अवशेषों की मात्रा और खतरे को कम करता है जिन्हें लैंडफिल किया जाना चाहिए। हाइड्रोथर्मल कार्बोनाइजेशन और एनारोबिक पाचन अतिरिक्त रूप से गीले जैविक कचरे को स्थिर करते हैं और इसके परिवहन और गंध के बोझ को कम करते हैं। रिएक्टर अपशिष्ट-से-ऊर्जा या अपशिष्ट-से-रासायनिक संयंत्र की तकनीकी धुरी है, और इसका आर्थिक और पर्यावरणीय मामला एक चर फ़ीड के सुसंगत, बिक्री योग्य आउटपुट में विश्वसनीय रूपांतरण पर निर्भर करता है, यही कारण है कि फ़ीड हैंडलिंग और उत्पाद सफाई को एक ही प्रणाली के हिस्से के रूप में इंजीनियर किया जाता है।