Reattore di Conversione dei Rifiuti: Percorsi di Pirolisi, Gassificazione e Idrotermali

Reattore di conversione dei rifiuti: pirolisi, gasificazione e vie idrotermiche

Che cos'è un reattore di conversione dei rifiuti?Un reattore di conversione dei rifiuti è un recipiente che trasforma rifiuti di basso valore o pericolosi, biomassa, plastica o fanghi in energia o sostanze chimiche e è definito da quale delle quattro vie utilizza:pirolisi, riscaldamento in assenza di ossigeno a 400-700°C per ottenere olio di pirolisi, gas e carbone; gasificazione a 700-1200°C per produrre gas di sintesi di 10-30 MJ per metro cubo normale;carbonizzazione idrotermica a 180-250°C e 20-40 bar per produrre idrocarburi da biomassa umidaLa sfida di ingegneria dominante è l'eterogeneità degli alimenti, poiché i rifiuti solidi urbani, la biomassa e i fanghi presentano variazioni di umidità.valore calorifico e contaminanti per lottoI materiali e i materiali interni sono scelti per abrasività, catrame, cenere e corrosione più che per la chimica di base.

1Le vie di conversione e i loro reattori

Ogni via si adatta a un rifiuto diverso e produce un prodotto diverso:

• Pirolisi e gasificazione dei rifiuti solidi:La pirolisi riscalda i rifiuti o la plastica classificati in assenza di ossigeno a 400-700°C, decomponendoli in olio di pirolisi, un gas combustibile e carbone, con rendimenti di olio del 30-60% in peso a seconda dell'alimento.La gasificazione va oltre, ossidando parzialmente l'alimentazione a 700-1200°C in un gas di sintesi di monossido di carbonio e idrogeno a 10-30 MJ per metro cubo normale che può essere bruciato o convertito chimicamente.I reattori sono in genere forni rotanti, un letto fluidizzato o una vite riscaldata indirettamente, e i problemi centrali sono la formazione di catrame, che sporca e disattiva le attrezzature a valle, e l'abrasione da cenere e carbone che indossano gli interni.Preparazione dei mangimiIn questo caso, il processo di asciugatura e di selezione è più complesso del reattore, poiché l'umidità superiore al 30-40% e gli inerti distruggono l'equilibrio energetico del processo.
• Conversione idrotermica di biomassa umida:Per gli alimenti umidi come i fanghi delle acque reflue, i rifiuti alimentari e il letame, l'essiccazione è la fase costosa, quindi le vie idrotermali trattano il materiale alla sua umidità naturale.La carbonizzazione idrotermica avviene a 180-250°C e 20-40 bar per 5-30 minuti per convertire la frazione organica in idrocarburi, un solido simile al carbone con una migliore maneggevolezza e densità energetica.fase acquosa ad alta temperatura e alla ghiaia e alle fibre presenti nel mangimeQuesta via evita la pena di asciugatura della pirolisi ed è adatta ai fanghi e ai residui agricoli, dove l'obiettivo è la riduzione del volume.stabilizzazione e recupero di energia piuttosto che un prodotto liquido ad alto valoreIl limite di pressione e il percorso bagnato resistente alla corrosione sono gli elementi chiave di progettazione.
• Digestione anaerobica per energia e stabilizzazione:Per i rifiuti organici ad alto contenuto, la digestione anaerobica in un reattore sigillato a 35-38°C converte i materiali organici in biogas, circa il 60% di metano, a 0,3-0,6 m3 per kg COD per una conservazione di 15-30 giorni.Il reattore è di solito un serbatoio di vetro fuso in acciaio o di cemento di migliaia a 30Il metodo di trasformazione è il più delicato dal punto di vista termico, ma il più grande dal punto di vista volumetrico.perché la biologia è lenta e il volume è impostato dal tempo di ritenzioneIl reattore deve gestire il grano che si deposita e abrasi, la resistenza variabile dell'alimentazione, e il digestato che deve essere disidratato,e la sua corrosione è causata da tracce di solfuri e da qualsiasi fase acida se la biologia si alteraÈ il cavallo di battaglia della trasformazione dei rifiuti urbani e agricoli.

2Ingegneria per mangimi eterogenei e abrasivi

La conversione dei rifiuti vive o muore in base al modo in cui il reattore affronta un'alimentazione ostile e variabile:

• Materiale e gestione dell'usura interna:Ogni reattore di conversione dei rifiuti combatte l'abrasione e la corrosione contemporaneamente.Le barre di volo rinforzate e le lastre di usura sostitutive sono standardI reattori idrotermici e anaerobici combattono la corrosione della fase acquosa,tracce di solfuri e cloruriLa filosofia di progettazione è quella di rendere i punti di usura economici e accessibili, il naso del forno, il letto, la valvola di fondo,perché qualcosa verrà sostituito in tempo, indipendentemente dalla lega.- La specifica rispetto a un alimento medio sottovaluta il dovere; il disegno deve sopravvivere all'arrivo di grana, sale e bagnato.
• Manipolazione, miscelazione e produzione di mangimi:A differenza di un reattore chimico alimentato con reagenti puri, un reattore a rifiuti riceve un'alimentazione imprevedibile di 50-1000 tonnellate al giorno, quindi la preparazione, la classificazione, la triturazione,L'asciugatura e la misurazione dominano l'impianto- il reattore stesso ha bisogno di una miscelazione robusta che mantenga i solidi in movimento senza un'usura eccessiva, di una vite o di un meccanismo rotativo per i solidi, di un tubo di trasmissione o di una girante a bassa taglia per gli impasto,e una scarica che non blocca gli stracci.Il rendimento è determinato dal giorno di alimentazione peggiore, non dalla media, e dal bilancio termico, poiché l'elevata umidità e gli inerti consumano l'energia che il processo dovrebbe produrre.Un reattore di conversione che non può essere alimentato e svuotato in modo affidabile è un rischio, non importa quanto elegante sia la sua chimica.
• Pulizia dei prodotti, sicurezza e emissioni:L'olio di pirolisi è acido, instabile e acquoso e deve essere aggiornato; il gas di sintesi contiene catrame,particolato e gas acidi che sporcano i motori e devono essere lavatiIl biogas trasporta solfuro di idrogeno e siloxanes che danneggiano i generatori.,I controlli dell'atmosfera esplosiva sugli spazi di testa del digestore e il sollievo per eventuali gas di scarico.dal controllo degli NOx e delle diossine durante la combustione alla gestione degli odori e dei percolati durante la digestioneIl reattore è il cuore di un impianto di trasformazione dei rifiuti, ma la sua accettazione dipende dalla pulizia e dal controllo delle emissioni intorno ad esso.

Matrice di confronto per le vie di conversione dei rifiuti

Domande frequenti (FAQ)

D: Qual è la differenza tra pirolisi e gasificazione nella conversione dei rifiuti?

R: Entrambi decompongono termicamente i rifiuti senza combustione completa, ma in misura e prodotti diversi.un gas combustibile e carboneLa gassificazione consente una quantità limitata di ossigeno o vapore e spinge la reazione a 700-1200°C, convertendo il feed in gran parte in gas di sintesi,monossido di carbonio e idrogeno, a 10-30 MJ per metro cubo normale, che può essere bruciato o migliorato chimicamente.la gasificazione è migliore per un combustibile gassoso pulito e per gli alimenti che si gassano facilmenteEntrambi lottano con catrame e cenere, ed entrambi hanno bisogno di essiccare e classificare gli alimenti, perché l'umidità e gli inerti rovinano l'equilibrio energetico.

D: Perché l'eterogeneità dell'alimentazione è la più grande sfida nei reattori di conversione dei rifiuti?

R: Poiché i rifiuti solidi urbani, la biomassa e i fanghi variano in umidità, valore calorifico, dimensioni delle particelle e contaminanti da lotto a lotto, mentre un reattore è progettato secondo un presupposto di alimentazione.Alta umidità, oltre il 30-40%, e gli inerti consumano la stessa energia che il processo è destinato a produrre, il cloro e i metalli corrodono e puzzano, e le pietre o blocchi di plastica non fuso scarico.A differenza di un reattore chimico alimentato con reagenti puri a velocità fissa, un reattore di rifiuti deve tollerare ciò che arriva, quindi la sua accettazione dipende dalla preparazione del mangime, dalla selezione, dalla triturazione, dall'essiccazione e dalla misurazione, da una miscelazione robusta che non si logori o si blocchi,e materiali scelti per la grintaLa chimica del reattore è spesso la parte facile; sopravvivere all'alimentazione è la parte difficile.

D: Quali materiali vengono utilizzati nei reattori di conversione dei rifiuti?

Risposta: dipende dalla rotta e dal peggiore alimentatore credibile.Barre di volo rinforzate e piastre d'usura intercambiabiliI reattori idrotermici e anaerobici combattono la corrosione della fase acquosa, tracce di solforati e cloruri, quindi 316L,è utilizzato un rivestimento duplex o un rivestimento in vetro fuso in acciaio quando la chimica lo consente, e i digestori anaerobici sono generalmente grandi serbatoi di vetro fuso in acciaio.perché si prevede la sostituzione in tempoLa lega è scelta per il picco, non per la media, perché la composizione dei rifiuti oscilla.

D: In che modo un reattore di conversione dei rifiuti sostiene gli obiettivi dell'economia circolare?

R: spostando il materiale lungo la catena del valore, dallo smaltimento alla risorsa, invece di deporre o incenerire rifiuti, biomassa o fanghi, il reattore recupera energia sotto forma di gas di sintesi, biogas o olio di pirolisi,recuperare materiali come carbone o idrocarburo che possono essere utilizzati come combustibile o modifica del suolo, e riduce il volume e il pericolo dei residui da deporre.La carbonizzazione idrotermica e la digestione anaerobica stabilizzano ulteriormente i rifiuti organici umidi e ne riducono il trasporto e il carico di odore- il reattore è il pivot tecnico di un impianto di trasformazione dei rifiuti in energia o di un impianto di trasformazione dei rifiuti in prodotti chimici, e il suo approccio economico ed ambientale si basa sulla conversione affidabile di un alimentare variabile in un alimentare coerente,produzione vendibile, motivo per cui la manipolazione dei mangimi e la pulizia dei prodotti sono progettate come parte dello stesso sistema.