…Включая диоксины
Дизтопливо из пластиковых отходов получили николаевские ученые, решив сразу две задачи — экологическую и экономическую.
…Загрузили на переработку отходы пластика, от которых наши города уже начинают задыхаться, а через три часа заправили автомобили и… поехали. Такой сценарий становится вполне реальным благодаря пиролизной установке УП-14, разработанной учеными Национального университета кораблестроения (НУК, Николаев).
Отходы «в собственном соку»
В основе ее работы лежит технология многоконтурного циркуляционного пиролиза (МЦП), подобной которой в мире не существует. Она позволяет утилизировать любые органические твердые отходы — полимерные материалы, резинотехнические изделия, древесину, твердый органический мусор. Более того, технология дает возможность получить высококачественное топливо, которое может быть как жидким, так и газообразным. По сравнению с ней стандартные схемы пиролиза имеют ряд недостатков, в том числе и экологического характера.
Один из авторов идеи — кандидат технических наук доцент кафедры экологии НУК Людмила Маркина начала работать над этой темой еще более десяти лет назад при защите дипломного проекта. Продолжила работу и во время учебы в аспирантуре. Тогда же были выявлены недостатки «стандартного» метода пиролиза, создана и запатентована технология МЦП. Одновременно с теоретическими изысканиями собирали и первую опытную установку. Соавтором проекта стал старший научный сотрудник николаевского университета Николай Рудюк. Весомый вклад в разработку темы внес и доктор технических наук, профессор, академик Академии наук высшей школы и Академии наук судостроения Украины, заведующий кафедрой экологии, ректор НУК Сергей Сергеевич Рыжков.
Группа, в которую помимо сотрудников университета входят студенты и аспиранты, представляет собой миниатюрный научно-исследовательский и опытно-конструкторский центр. Его участники доработали технологию, создали конструкцию, сварили узлы агрегата. Новая установка под названием
УП-14 позволяет так подобрать технологические параметры процесса, что количественное соотношение получаемого газа и жидкого топлива можно варьировать в зависимости от конкретных требований.
— Принцип ее работы в следующем. В специальную емкость, расположенную в реакторе установки, загружают твердые отходы, реактор герметически закрывается. Запуск происходит при помощи природного газа. Через полчаса в работу включается горелка дожига пиролизного газа (при этом природный — отключается), и далее агрегат полностью обеспечивает себя топливом, — рассказывает Людмила Маркина и добавляет, что при температуре 600°С в реакторе происходит плавка сырья без доступа атмосферного кислорода.
Отходы как бы «варятся в собственном соку». Далее продукты плавления поступают в многоконтурную циркуляционную систему, где при определенных температурных режимах происходит конденсация вредных токсичных компонентов. Полное их разрушение достигается многократным прохождением продуктов плавления через реактор и циркуляционную систему.
Исследования показали, что в установке разрушаются все основные высокомолекулярные токсичные компоненты, которые могут образовываться при пиролизе, включая диоксины. Получаемая в результате переработки жидкость, по словам Л.Маркиной, представляет собой продукт, очень близкий по своим характеристикам к дизельному топливу марки Л-2. Это подтверждено химическими анализами и физическими исследованиями. Более того, проведены эксперименты по заправке этим топливом легковой «Тойоты». Результат оказался прогнозируемым: двигатель авто на различных режимах работал стабильно, без детонации.
После остывания реактора из него извлекается твердый остаток — пирокарбон. Причем при утилизации только полимерных отходов его остается мало — 70—100 граммов из килограмма отходов. Анализ подтвердил его абсолютную экологическую безопасность. Более того, по результатам исследований, проведенных в харьковском институте Гипросталь, сделан вывод о целесообразности использования этого вещества в металлургической промышленности. Возможно также его применение как сорбента в фильтрах по очистке сточных вод. Кроме того, анализ характеристик пирокарбона показал, что по химическому составу он идентичен углям Донецкого бассейна. И если не найдется более рационального применения, то его можно сжигать для получения тепловой энергии.
И технология МЦП, и сама установка уже имеют полный пакет документации по экологической безопасности. Природоохранные исследования проводились совместно с киевским Институтом экогигиены и токсикологии им. Л.И.Медведя, что доказывает их высокий уровень.
От теории — к практике
УП-14 уже сейчас без каких-либо доработок можно применять для утилизации небольших партий твердых органических отходов при обслуживании объектов социальной инфраструктуры: турбаз, больниц, железнодорожных станций — везде, где накапливаются отходы пластика и целлофана, при этом будет изготовляться определенное количество жидкого топлива. Установка достаточно компактна и за одну загрузку способна произвести 3,5 л топлива из 5 кг отходов. Немаловажно, что она утилизирует медицинские отходы — шприцы и капельницы, в том числе инфицированные.
Все разработки НУКовцев запатентованы, и сейчас продолжается работа над улучшением конструктивных элементов установки, в частности над повышением ее КПД и энергоэффективности. Срок службы реактора может быть доведен до 20 тыс. часов. При соответствующем финансировании вполне реально быстро построить агрегат с учетом дополнительных требований заказчика.
Сегодня основная цель УП-14 — решение экологических задач. А вот для получения топлива в экономически выгодных масштабах на базе этой установки целесообразно построить более мощную, утверждают авторы проекта. Экономический эффект достигается на установках, способных перерабатывать несколько десятков тонн сырья в сутки при непрерывном режиме. Конструкторская документация и экономические расчеты для такого варианта специалисты НУК уже выполнили. Так, для обеспечения непрерывности работы создан целый ряд загрузочных устройств. Их особенность в том, что разнообразные отходы подаются без подготовки. Но самое главное — в процессе загрузки обеспечена полная герметизация реактора, исключающая какие-либо вредные выбросы и не допускающая попадания в реактор кислорода — основного катализатора для образования диоксинов. А небольшое количество токсичных компонентов, образовавшихся при участии первоначально находившегося в реакторе кислорода, полностью разлагается в циркуляционной системе установки.
Однако все это относится к переработке сухих бытовых отходов, влажность которых не превышает 10—15%. Для переработки сырья с городских свалок технология МЦП не подходит. Чтобы решить эту задачу, николаевские ученые предложили соединить две технологии — МЦП и двухзонную газификацию. В результате получили новую под названием экопирогенезис. Кстати, она позволяет получить на выходе еще более качественное альтернативное жидкое и газообразное топливо. Технологию экопирогенезиса с точки зрения технико-экономического расчета целесообразно применять на агрегатах большой мощности.
Потенциальные заказчики уже проявляют интерес к разработкам николаевских ученых. Комплект технической документации установки МЦП/МИО-130 по утилизации инфицированных медицинских отходов приобрел Киевский институт геохимии окружающей среды. В ближайшее время планируют изготовить эту установку. По заказу из города Вознесенска Николаевской области разработана техническая документация для постройки там мусороперерабатывающего завода с использованием технологии МЦП. Интересовались разработками НУКа и поляки. А при заказах на установки большой производительности к их изготовлению подключится николаевское ГП«Научно-производственный комплекс газотурбостроения «Заря»-«Машпроект» — именно это предприятие имеет соответствующее оборудование и большой опыт работы с жаропрочными материалами.
Однако для дальнейшего продвижения установок на рынок необходима поддержка государства — хотя бы на начальном этапе. Ведь помимо финансирования есть и другие проблемы. В частности, вряд ли инвестор способен сегодня справиться со сбором, сортировкой и доставкой сырья — этот этап подразумевает активную работу с населением. И именно здесь без поддержки коммунальных организаций не обойтись.
