Gazeificarea cracarea piroliza si valorificarea deseurilor

GAZEIFICAREA, CRACAREA/PIROLIZA ȘI VALORIFICAREA DEȘEURILOR

Autor: Iuliana Iftimia

CUPRINS

1. Definirea conceptelor  2. Discuții  3. Valorificarea deșeurilor  4. Soluție  5. Concluzii  6. Webografie 

1. DEFINIREA CONCEPTELOR 

A. Gazeificare



Gazeificarea reprezintă procesul de transformare a materialelor care conțin carbon, cum sunt cărbunele, petrolul, biomasa și deșeurile, în gaze combustibile (monoxid de carbon și hidrogen) care conțin, în mod ideal, toată energia înmagazinată în materia primă. În practică, procesul de transformare a energiei are o eficiență de 70 - 90%.

CUM SE PRODUCE PROCESUL DE GAZEIFICARE?



Gazeificarea are loc prin intermediul procesului de descompunere termică a materialelor organice într-o atmosferă săracă în oxigen, pentru a împiedica arderea completă. Nu este prima oara când este abordat procesul de gazeificare a materialelor organice. Este bine cunoscut din perioada celui de-al doilea Raboi Mondial, când au funcționat aproximativ un milion de gazeificatoare pentru alimentarea cu combustibil a mașinilor, camioanelor, vapoarelor, trenurilor și a generatoarelor electrice din Europa.



B. Cracare

Procedeu industrial de descompunere, la temperaturi și presiuni înalte, a unui compus organic în molecule mai simple, folosit mai ales în industria petrolieră.



C. Deșeuri



Prin deşeuri înţelegem resturile tehnologice, produsele şi materialele cu termen de garanţie depăşit, produsele uzate fizic care nu mai au valoare de întrebuinţare, precum şi resturile menajere.

CLASIFICAREA DEȘEURILOR Clasificarea deşeurilor se poate face după mai multe criterii, în general se vorbeşte despre următoarele categorii de deşeuri.  1. Deşeuri menajere, provenite din sectorul casnic sau din sectoare similare, mica și marea industrie, sectorul public sau administrativ, comerţ etc.  2. Deşeuri stradale, specifice căilor de circulaţie publică, provenite din activitatea cotidiană a populaţiei, din spaţiile verzi, din depunerea substanţelor solide din atmosferă.  3. Deşeuri voluminoase, provenite din demolarea sau construirea de obiective industriale sau civile, sau de alte provenienţe care, datorită dimensiunilor lor nu pot fi preluate cu sistemele obişnuite de precolectare sau colectare, ci necesită o tratare diferenţiată. 

4. Deşeuri industriale, provenite din desfăşurarea proceselor tehnologice şi care sunt de diferite naturi funcţie de specificul unităţii industriale. Cele mai mari cantităţi de deşeuri industriale provin din activităţile miniere.  5. Deşeuri agricole, provenite de la unităţile agricole şi zootehnice sub formă de gunoi de grajd, dejecţii animaliere, deşeuri animaliere de la abatoare și din industria cărnii, deşeuri vegetale de la fabricile de zahăr, ulei etc.  6.

Deşeuri periculoase precum cele: toxice, inflamabile, explozive, radioactive, infecţioase, spitaliceşti sau de altă natură, care prezintă direct sau indirect pericol pentru lumea vie.  7. Deşeuri nepericuloase sunt cele care nu se descompun în elemente periculoase care să afecteze viaţa omului, dar se acumulează in cantităţi uriaşe afectând într-un fel sau altul mediul. 

2. DISCUȚII



Aducem în discuție și termenul de piroliză, definit ca: procedeu de transformare sau de descompunere chimică a substanțelor organice în condițiile unei temperaturi înalte și de nepătrundere a aerului.



Prin transformarea pirolitică a deșeurilor iau naștere diverse produse dependente de componența materialului inițial, de parametrii de funcționare ai instalației, de condițiile de încălzire ale temperaturii de degazare (piroliză) și de durata reacției.

CE REZULTĂ ÎN URMA PROCESULUI DE PIROLIZĂ? 

Pot apărea următoarele produse finite:

Combustibil: materii prime sub formă de asfalt, ulei, gaze de ardere;  Apă de condens cu impuritățile dizolvate în ea;  Reziduuri cum ar fi cocs, metale, sticlă, nisip etc. 

AVANTAJELE PIROLIZEI În ceea ce privește tratarea deșeurilor s-au dorit printre altele următoarele avantaje ale pirolizei:  - procedee necomplicate, care să poată funcționa și cu cantități mici de prelucrare de până la 10t/h;  - posibilitatea recuperării energiei și materiei prime;  - posibilitatea de depozitare a produselor valorificabile în mod energetic;  - flexibilitatea față de diversele și schimbătoarele componente ale deșeurilor;  - evitarea în mare măsură a impactului asupra mediului. 

PIROLIZĂ VS INCINERARE Piroliza urmărește un scop asemănător cu cel al incinerării. Volumul deșeurilor se reduce considerabil și se transformă pentru a face posibilă o depozitare fără impact semnificativ asupra mediului înconjurător.  În cazul incinerării, procesele de uscare, degazare, gazare și incinerare au loc într-o singură cameră.  În cazul pirolizei, unele dintre aceste procese pot fi executate în reactori separați, astfel încât degazarea și tratarea deșeurilor devin procedee de tratare de sine stătătoare. 

PIROLIZĂ VS INCINERARE Caracteristicile procedeului de piroliză sunt următoarele:  - se reduce volumul reziduurilor la 40%, faţă de 10-20% în cazul incinerării.  - proporţia gazelor de piroliză ajunge până la 20% din cantitatea gazelor care rezultă la incinerarea reziduurilor, ceea ce este foarte important pentru epurarea gazelor.  - 1/3 din energia conţinută în reziduurile netratate este disponibilă sub formă de gaz pentru utilizări ulterioare. 

CE SE ÎNȚELEGE PRIN DEGAZARE?



Degazarea reprezintă descompunerea termică a materialului organic, eliminându-se compuși, cum ar fi oxigenul, aerul, dioxidul de carbon, abur etc. În intervalul de temperatură 150-900 gradeC se elimină materii volatile, iar compușii ce conțin carbon se descompun.

CE REZULTĂ ÎN URMA PIROLIZEI DEȘEURILOR? A. Reziduuri solide  - acestea rezultă în urma procedeului de gazare și sunt similare celor provenite din incinerare. Ele prezintă un conținut ridicat de cenușă și unul scăzut de carbon. 

B. Ape reziduale - apa reziduală provenită din piroliză se compune din umiditatea deșeurilor, apa de descompunere și apa de incinerare, mai puțin apa care s-a consumat în proces.

- în general apa reziduală poate conține materie organică.

Evitarea materialelor nocive în apele reziduale este descompunerea termică a gazelor de ardere mocnită 

3. VALORIFICAREA DEȘEURILOR 

A. Biomasa

Biomasa este partea biodegradabilă a produselor, deșeurilor și reziduurilor din agricultură, inclusiv substanțele vegetale și animale, silvicultură și industriile conexe, precum și partea biodegradabilă a deșeurilor industriale și urbane.

(Definiție cuprinsă în Hotărârea nr. 1844 din 2005 privind promovarea utilizării biocarburanților și a altor carburanți regenerabili pentru transport).  Aceasta include absolut toată materia organică produsă prin procesele metabolice ale organismelor vii. Biomasa este prima formă de energie utilizată de om, odată cu descoperirea focului. 



Energia înglobată în biomasă se eliberează prin metode variate, care însă, în cele din urmă, reprezintă procesul chimic de ardere (transformare chimică în prezența oxigenului molecular, proces prin excelentă exergonic).

Forme de valorificare energetică a biomasei (biocarburanți):  Arderea directă cu generare de energie termică.  Arderea prin piroliză, cu generare de singaz (CO + H2).  Fermentarea, cu generare de biogaz (CH4) sau bioetanol (CH3-CH2-OH)- în cazul fermentării produșilor zahara ți; biogazul se poate arde direct, iar bioetanolul, în amestec cu benzina, poate fi utilizat în motoarele cu combustie internă.  Transformarea chimică a biomasei de tip ulei vegetal prin tratare cu un alcool și generare de esteri, de exemplu metil esteri (biodiesel) și glicerol. În etapa următoare, biodieselul purificat se poate arde în motoarele diesel.  Degradarea enzimatică a biomasei cu ob ținere de etanol sau biodiesel. Celuloza poate fi degradată enzimatic la monomerii săi, derivați glucidici, care pot fi ulterior fermentați la etanol.

B. RECICLAREA DEȘEURILOR Reciclarea este procesul de prelucrare a deseurilor in vederea reutilizarii lor.

Reciclarea se face pe anumite fracțiuni:  -hârtie  -plastic  - aluminiu  -sticlă  -DEEE-uri  -lemn  -deșeuri provenite din construcții Soluție: depozitarea selectivă a deșeurilor

C. INCINERAREA DEȘEURILOR Incinerarea este o metodă de eliminare a deșeurilor prin arderea lor. Este una din metodele de tratare termică a deșeurilor. În urma incinerării se obțin căldură, gaze, abur și cenușă.  În numeroase ţări, incineratoarele sunt percepute şi tratate similar cu centralele nucleare din punct de vedere al acceptabilităţii lor şi măsurilor preventive. O varietate de studii au raportat asocierea dintre probleme respiratorii, anomalii congenitale, îmbolnăvirile de cancer (laringe, plămâni, piele, sistem reproducător şi nervos, glandă tiroidă, aparat digestiv) şi respectiv locuirea în apropierea unor incineratoare. 



Paul Connett, profesor de la Universitatea Saint Lawrence, director executiv în cadrul American Environmental Health Studies Project (AEHSP) susține că : ”Incineratoarele produc emisii extrem de toxice inclusiv metale grele, dioxine, derivate ale acestora precum dioxine clorinate şi bromate, furani, eteri bifenili policloruraţi (PCB) şi polibrominați, naftalină policlorurată (PCN). O mare parte dintre aceste toxine permanente şi persistente sunt emise sub formă de nanoparticule. Dioxina -2,3,7,8 TCDD este cea mai periculoasă substanţă generată de om”.

D. CRACAREA DEȘEURILOR – ALTERNATIVĂ 

În absenţa oxigenului, deşeurile sunt uscate şi apoi transformate la temperaturi înalte prin conversie termochimică, de exemplu distilare distructivă, cracare termică şi condensaţie, în hidrocarburi (gaz şi uleiuri/gudroane) şi reziduu solid (produse carbonizate/cocs pirolitic) ce conţin carbon, cenuşă, sticlă şi metale ne-oxidate.



Produsul brut, gazul, nu este adecvat folosirii într-un motor cu ardere internă, din cauza conţinutului mare de gudroane din faza gazoasă, care va condensa în momentul în care gazul este răcit înainte de intrarea în motorul cu ardere internă.

Cracarea termică a gudroanelor din gaz, urmată de curăţarea gazului, poate rezolva necesităţile de purificare.

RENTABILITATEA VALORIFICĂRII DEȘEURILOR Incineratoarele sunt rentabile doar în anumite condiţii Instalaţiile

de valorificare energetică a deşeurilor sunt rentabile în anumite condiţii determinate de politicile în domeniu. Pe de-o parte, rentabilitatea este dată de politica de preţuri pentru depozitarea efectivă a deşeurilor la gropile de gunoi. Asta înseamnă că, atâta timp cât este mai ieftin să se trateze de șeurile mecano-biologic şi să se depoziteze la groapă, nu se justifică utilizarea acestora pentru producerea de energie electrică şi termică. Pe de altă parte, rentabilitatea poate fi dată şi de schemele de sprijin pentru utilizarea surselor de energie regenerabile pentru producerea de energie electrică în cogenerare de înaltă eficienţă, de exemplu prin procesul de cracare al deșeurilor. Atât timp cât schemele de sprijin, fie pentru operare, fie pentru investiţii, conduc la obţinerea unor beneficii acceptabile pentru investitori, atunci este justificată construirea unor astfel de instalaţii.

4. SOLUȚIE



Soluția evidentă este folosirea pirolizei/cracării în locul incinerării. Existența cazanelor care permit o ardere completă (mocnită) în ziua de astăzi, facilitează acest procedeu și îi atestă veridicitatea.

5. CONCLUZII 

1. În ceea ce privește protecția mediului ambiant, trebuie analizate produsele obținute, adică zgura și gazele. În privința deseurilor solide este necesară cunoașterea mai profundă a compoziției zgurii.

Gazele care se formează în timpul pirolizei sunt supuse unei spălari în atmosferă umedă, în scopul eliminării parțiale a componentelor gazelor toxice.



2. Incinerarea și piroliza sunt adesea confundate, dar ele sunt net diferite.



3. Scopul tratării reziduurilor prin piroliză este în principal producerea de combustibili gazoşi sau lichizi, obţinându–se totodată neutralizarea deşeurilor.



4. Randamentul procesului de recuperare a energiei din deşeuri prin piroliză este mult mai mare decât la incinerare.



5. Valoarea energetică a produselor obţinute şi gradul de extracţie depind de presiunea şi temperatura create în reactor şi de calitatea energetică a deşeurilor.



6. Din punct de vedere tehnologic se întâlnesc diferite metode de piroliza în funcţie de temperatură de tratament - piroliza de joasă temperatura (400 – 600ºC) şi piroliza de temperatură înaltă (peste 2000ºC), şi în funcţie de procesele tehnologice – piroliza în baie de săruri, metale topite sau sticla şi piroliza cu oxigen sau arzătoare cu plasmă.



7. În concluzie, tratarea termică a deşeurilor poate fi o soluţie pentru marile aglomerări din România, pentru marile oraşe care nu au soluţii alternative de gestionare a deşeurilor”



8. Deşeurile mărunţite grosier, câteodată deşeuri de la piroliză, intră într-un gazeificator, unde materialele ce conţin carbon reacţionează cu un agent de gazeificare, care poate fi aer, oxigen, apă sub formă de abur sau dioxid de carbon. Procesul are loc la 800-1000 grade C (oxigenul insuflat în fluxul de gazeificare poate atinge 1.400-2.000 grade C) depinzând de puterea calorifică, şi include un număr de reacţii chimice pentru a forma gazul combustibil cu urme de gudron. Cenuşa este de cele mai multe ori vitrificată şi separată ca reziduu solid.



9. Principala diferenţă dintre gazeificare şi piroliză este ca prin gazeificare carbonul fixat este de asemenea gazeificat. Staţiile de gazeificare pot fi proiectate ca un proces cu 1 sau 2 trepte. Gazeificatorul însuşi poate fi în contracurent sau nu, de tip cu pat fix sau fluidizat sau, pentru statii mari, de tipul pat fluidizat cu barbotare sau circulare, funcţionând la presiunea atmosferică sau sub presiune, atunci cand sunt combinate cu turbine de gaz.



În unele cazuri, prima treaptă este o unitate de uscare, în alte cazuri, o unitate de piroliză. Atât unităţile de piroliză cât şi cele de gazeificare pot fi instalate în faţa unui cazan ce funcţionează cu cărbune dintr-o uzină de producere a energiei, lucru ce favorizează arderea combinată cu un foarte mare raport energie/căldură.

6. WEBOGRAFIE http://www.dmmt.ro/uploads/files/Prezentare%20MARINELA%20TOPOR.pdf  http://www.aim-srl.ro/Articol%20proiect%20gazeificare.pdf  http://envirobg.eu/documents/182/17367/Managementul+deseurilor+U.pdf/9aeb6 cde-447e-4cfa-861a-3a014e8d6c03 



http://www.no-burn.org/downloads/Incinerators%20in%20Disguise:%20Case% 20Studies%20of%20Gasification,%20Pyrolysis,%20and%20Plasma%20in%20Euro pe,%20Asia,%20and%20the%20United%20States%20.pdf

http://www.vivis.de/phocadownload/2012_wm/2012_WM_403_411_Gleis.pdf  http://www.altenergymag.com/content.php?issue_number=09.06.01&article=zafar  https://www.youtube.com/watch?v=cNWr_bojvm4  https://www.youtube.com/watch?v=bPRa31dS0vA  http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0956053X09002190  http://apmot.anpm.ro/anpm_resources/migrated_content/uploads/106656_Studi u%20impact%20mediu%20Candelsol.pdf 

http://www.aksd.ro/images/documente/legislatie/4_Trataretermica.pdf  file:///C:/Users/Iuli/Downloads/ghid%20managementul%20deseurilor.pdf 