Что такое Пиролиз? Знакомство с технологией пиролиза

С 2012 года я занимаюсь технологией пиролиза в режиме 24/7 с командой профессионалов-единомышленников. Технология является сложным для понимания всех аспектов процессом, чем зачастую пользуются поставщики оборудования. Далее покупатель получает оборудование отличное от ожидаемого, что часто приводит к банкротству.

Итак, вы для себя увидели привлекательный бизнес под лозунгом «доходы из отходов». Ниша имеет низкую конкурентность, сырья для переработки много, законодательство с каждым годом ужесточает законы в пользу утилизаторов отходов. В этом цвете даже получение бесплатной энергии звучит не так красиво, как получение энергии с доплатой, ведь за утилизацию отходов в большинстве случаев доплачивают организации, в которых они образуются. Кажется, решение заняться этим бизнесом определено, и теперь стоит задача выбора технологии и оборудования для переработки отходов, которое является основой всего бизнеса.

Данная статья посвящена объективному и всеобъемлющему описанию тематики пиролиза отходов, после прочтения которой, я надеюсь, будущие владельцы бизнеса по переработке шин и других отходов смогут принять правильные и обдуманные решения. Коротко написать не получится, но я постараюсь каждое слово написать по делу…

Технология пиролиза

Условия для процесса

Процесс пиролиза протекает в температурном диапазоне 200...900°С. Поддерживается необходимый температурный режим прямым или непрямым нагревом с помощью электронагревательных элементов, горения сырья, пиролизных газов и пр. Создавать особые барометрические условия для пиролитического разложения не требуется, в камере поддерживается обычное атмосферное давление

Сферы промышленного применения

С помощью пиролиза решаются сразу несколько экологических и производственных задач, связанных с утилизацией промышленных отходов, вторичной переработкой полимеров и углеводородов, выработкой дешевой энергии и пр.

• Переработка твердых бытовых отходов. Пиролитическая утилизация ТБО более экологична и экономически выгодна в сравнении с обычным сжиганием или устаревшим способом захоронения на мусорных полигонах. Для получения готовой продукции заданного химического состава необходима сортировка мусора.
• Утилизация промышленных отходов. С помощью пиролиза утилизируют с получением полезного сырья как твердые отходы производства полимеров, так и сточные воды.
• Производство полезных углеводородов. Методом пиролиза производят из нефтепродуктов практически весь этилен в мире, пропилен (67%), бутадиен (80%) и бензол (37%). Далее это сырье идет на производство полимеров, включая пластик, синтетическое волокно, пленки и пр.
• Производство метана и ацетилена, которые используют для изготовления пластмассы, каучука, растворителей и этанола.
• Переработка отходов деревообрабатывающих предприятий для производства древесного угля.

В процессе пиролиза образуются твердые, жидкие и газообразные продукты разложения, состав и вид которых зависит от сырья, условий протекания процесса и вспомогательных добавок.

Использование в быту

Определившись с направлением по утилизации отходов необходимо понять логику эколога предприятия, который является ключевым человеком при заключении договора на вывоз отходов/поставку сырья.

Предположим вы решили заняться производством резиновой крошки и даже нашли ее сбыт (данный бизнес можно начинать только если есть канал сбыта в муниципальные или федеральные объекты, где требуются резиновые покрытия).

Приходите к экологу крупного предприятия и предлагаете забирать на утилизацию несколько видов шин, что соответствует примерно 5-и кодам согласно ФККО (каждый вид отходов имеет определенный код. Таких кодов около 3300). Естественно, у эколога уже есть фирмы, с которыми он работает. Налажена логистика, взаимоотношения итд. Психология работника – ничего не делать и получать зарплату вовремя.

Отсюда эколог ищет такую утилизирующую организацию, которая имеет лицензию на приемку наибольшего количества отходов, идеально – все 3300 в любом объеме! Таких конечно нет и есть другие рычаги воздействия, но производители только резиновой крошки имеют серьезные трудности в снабжении себя сырьем, зачастую собирая отходы у утилизирующих организаций, не получая вознаграждения или даже доплачивая за сбор шин, не говоря о двойной логистической нагрузке… 

Но перейдем к пиролизу. Эта технология позволяет утилизировать широкий спектр углеводородсодержащих отходов, в количестве более 200 кодов ФККО. 

Выбор технологии

После года чтения научной литературы и собственных экспериментов с использованием баллона огнетушителя в качестве тигля, приступили к выбору оборудования. Здесь началось самое интересное.

Статичные установки

Среди российских производителей мы встретили только установки со статичными тиглями (ретортами). Но, будучи начитанными, определили в них классическую углевыжигательную печь 50-х годов прошлого века. Основная проблема статичных тиглей заключается в отсутствии функции ворошения сырья во время процесса. Ее можно сравнить с вращением шампура при готовке шашлыка или перемешивании каши и супа.

Для полного понимания процесса внутри реторты вспомните как горит пламя от дров в камине и мысленно затушите его, чтоб шел один дым – это и есть пиролиз. А теперь вспомним, что поставленные вертикально дрова в камине стоят ровно, пока от них одни огарки не останутся и уже когда пламя погасло, они разваливаются. Конец горения – это окончание выхода летучих соединений углеводородов и начало окисления углерода угля. В этот момент процесс пиролиза оканчивается, а полученный углерод приходит в готовность (это важно!).

Теперь вспомним как в детстве поджигали полиэтиленовый мешок и как он начинал капать и гореть. Напряжем память и вспомним, что через какое-то время упавшая капля переставала гореть, хотя в уголь еще не превратилась. И вот здесь, как говорится, и порылась собака.

При заполнении тигля различными углеводородными отходами как шины, пластики, промасленные отходы итд., происходит их спекание в некое подобие лужи или кома, а далее происходит закупоривание пор при наружном окаливании. Образуется толстая теплоизоляционная шуба и внутри ее остаются углеводороды.

Как несложно догадаться, процесс пиролиза в таком случае длится очень долго и вялотекуще, а полученный сухой остаток содержит в себе прослойку углеводородов (типа битума или мазута). Такой остаток имеет резкий запах и не пригоден для использования. Здесь, для себя можно сделать первый профессиональный вывод при выборе установки пиролиза: если углерод после пиролиза с запахом – эта технология непригодна!

У нас была практика наладки и модернизации подобного типа установок известных производителей. По паспорту реторта должна иметь производительность до 2-х т. Конечно, сразу смутила приставка «до», но установка была в нашем распоряжении и начали ее запускать.

Реторта представляла собой цилиндр ф1,2 м и высотой 2,5 м. В этот габарит лежа поместилось 8 грузовых колес, что составило около 480 кг. Тогда я немного прикинул в голове и понял что для загрузки 2-х т. необходимо из листа резины сделать круги ф1,2 м и под крышку их набить внутрь…

Ранее покупатель этой установки показал кучу (именно кучу) угля с металлокордом от шин вперемешку и посетовал на вонь, маслянистые включения и слипание этим клейким веществом проволоки с углем. Я добавил контроллер готовности сухого остатка и запустил нагрев жидкотопливной горелкой, через 40 мин. перешли на собственный газ.

По заявлению покупателя, пуско-наладчик поставщика оборудования выключил газовую горелку через 8 ч после начала нагрева и остатки газа в факел выпустил, сказав, что процесс окончен. Я же был настроен на полный выход летучих соединений и решил провести процесс до конца…

Наступило утро следующего дня… на исходе 18 часа пиролиза наконец выход газов окончился (на тот момент мы уже долгое время использовали свою установку с вращающимся барабаном реактора, где при загрузке 8т шин пиролиз длился 12ч!). Мы отработали 2 смены, переработали 480 кг шин, получили около 200 л топлива (пиролизной жидкости), из которых около 40 л спалили для собственных нужд.

Но это еще не полный производственный цикл. Далее отсоединили реторту, кран-балкой ее переместили на охлаждение в течение 12ч, затем опять кран балкой поставили на опрокидыватель, открыли крышку и высыпали ее содержимое в банку, подняв гриб пыли на всю округу (попробуйте хотя бы стакан с сажей перевернуть, чтоб представить пыление).

Далее матерящиеся про себя рабочие, поклявшиеся последний день здесь работать, начали планомерно вытаскивать корд из кучи углерода. Процесс наполнения этой кучи в тару еще не был освоен, поэтому лопатами нагребали бигбеги. С кордом была проблема его низкой плотности из торчащих во все стороны проволочек, которыми крайне сложно набить тот же биг бег, как, например, это были бы ветки.

Здесь можно сделать вывод: выбирать необходимо не установку пиролиза, а полную технологическую линию, начиная с загрузки сырья, заканчивая фасовкой каждого продукта отдельно в тару на отпуск! 

Исходя из текущей производительности и трудозатрат, я сделал вывод о необходимости минимум 8 комплектов оборудования и к каждому из них нужно приобрести дополнительный сменный тигель. Исходное оборудование с виду имело приемлемую цену, что-то около 3,5 млн.руб. (но без НДС), однако к нему необходимо приобрести дополнительно: тигель за 500 тыс.руб, кран-балку за 1 млн.руб, опрокидыватель еще за 500 тыс.руб., устройства затаривания, сепарации, проводить строительные работы… - итого за 5-6 млн.руб. набегает за производительность в 500 кг в сутки.

Кто-то скажет, что реторту можно значительно плотнее загрузить – мы так и сделали, заложив пустоту в середине шин противогазами. Общий вес составил около 700 кг, пиролиз протекал уже 22 ч. Вывод следующий – вашу идею более плотной загрузки тигля предложением измельчать отходы или прессовать внутрь постараются смазать контрдоводами, но не правдой. 

На самом деле, описание тигельной «технологии» или как ее часто называют «кастрюли» (для приготовления армейского супа вещь что надо) заботит очень малое количество покупателей и все сказанное выше относится к новичкам или стартаперам в бизнесе по утилизации отходов, цель которых именно перерабатывать отходы и зарабатывать не только на плате за утилизацию отходов, но и от реализации продукции их переработки.

В большинстве случаев такие установки приобретаются «офисными переработчиками», которые действуют просто, приобретают установку ради сопроводительной документации, которая включает самый важный документ Положительное заключение Государственной Экологической Экспертизы (ГЭЭ) с огромным перечнем отходов. На основании документации получают лицензию на утилизацию и начинают активно собирать пластики, шины, масла, ветошь, нефтешламы итд. Далее их раскидывают «под ковер» и бизнес состоялся. Только у нас в Екатеринбурге около 5 пиролизных установок числится помимо нашей, о которых мы даже не в курсе.

Вывод: необходимо убедиться продают ли продукты пиролиза (сколько готовы продать в месяц) эксплуатирующие организации оборудования, поставщик которого вам приглянулся. К счастью, ситуация постепенно изменяется, и представители РосПриродНадзора начали проверки таких псевдо-переработчиков. 

На этом, я думаю, тема сменных тиглей достаточно освещена и ее выводом является ограниченность применения статичных установок пиролиза сырьем, не подверженным «плавлению», например, применять только древесину и жидкости.

Шнековые установки

В итоге, в России мы не нашли нужной технологии, обнаружили лишь перекупа китайского оборудования нужной технологии, но сайт Alibaba.com уже и тогда многие знали, поэтому мы сразу перешли к поиску производителей из поднебесной.

Замечу, что Европу ранее тоже рассматривали, но начало цен в 900 тыс.евро, плюс доставка и монтаж – нас сразу отрезвило. На "Алибабе" обнаружилось несметное количество производителей по самым разным ценам (кстати ни одной ретортной установки в продаже не было. Нам пояснили, что уже 25 лет их не выпускают). Большая часть предлагали реакторы барабанного типа (принцип бетономешалки). Остальные предлагали установки шнекового проточного пиролиза.

Установки шнекового пиролиза на первый взгляд казались просто потрясающими, т. к. процесс идет линейно, непрерывно, с высокой производительностью – в общем загляденье. Но дальнейшее изучение напомнило ролик из Ералаша про японские умные часы, которые парень обменял на плеер и в придачу к часам отдал 2 чемодана батареек.

И вот чем дело, для установок данного типа необходимо применять измельченное сырье. Например, шины должны быть в габарите фракции менее 50х50х50мм. Ранее приходилось доказывать о высокой энергозатратности оборудования по измельчению тех же шин, но сейчас есть ГОСТ (под рукой номера нет но найду если спросите), где указана цифра в 600 квтч на тонну измельченных шин. 

Только представьте какой комплект оборудования и ручного труда необходим при таком количестве электроприборов. К сожалению, видео как шредер измельчает шины на раз больше постановка и снята далеко не с первого раза. Поэтому сначала предлагают выдернуть бортовое кольцо, потом порубить на части и уже потом шредером доизмельчить.

Есть и другие нюансы, пластики наматываются на «винт», а попади туда гаечный ключ, установка выйдет из строя т. к. имеет пару трения шнекового питателя с трубой стенки. Также русские работники славятся наличием только двух инструментов: кувалда и сварка. А применение установки непрерывного цикла пиролиза требует специалистов высокого уровня, как инженеры, технологи.

С учетом монтажа такой установки где-то «на отшибе» равносильно покупке Феррари на селе и его обслуживания на месте. В этом установки с вращающимся барабаном, использующие цельные шины имеют веские доводы быть более практичными, хотя и имеют существенный недостаток – цикличность, который, впрочем, может быть компенсирован использованием нескольких установок единовременно, что все равно выйдет дешевле приобретения установки непрерывного пиролиза с комплектом оборудования для измельчения отходов.

Установки с вращающимся барабаном

Для себя нам была полностью понятна простота и исключительная эффективность вращающегося реактора, которая один в один напоминает бетономешалку, в которую хоть лом закинь и ничего не заклинит. Вращающийся барабан оказался многофункционален и помимо ворошения сырья во время пиролиза выполнял еще целый ряд функций. 

Так, металлокорд, при вращении сцепляется проволочками и по принципу снежного кома образует в конце цикла единую свивку, полностью сепарируясь от сухого углеродистого остатка. Нагретый металл при высокой температуре становится мягким (металлокорд в шинах выполнен из легированной стали с пружинными свойствами, что затрудняет его брикетирование на холодную) и за счет этого его плотность скручивания сравнима с канатом (спицу не воткнуть). 

Скрученный корд при вращении также создает эффект шаровой мельницы, непрерывно измельчая сырье внутри реактора как венчиком, максимально ускоряя процесс пиролиза. Отсюда отсутствуют какие-либо ограничения к плотности загрузки (сколько есть мощности у загрузочного пресса, можно заталкивать) толщине резины, пластика, брикетов, засору нефтешламов итд. 

Барабан реактора также оснащен внутри спиралью, приваренной прямо к его обечайке изнутри, обеспечивая быструю, механизированную выгрузку углерода из оси его вращения (опять как в бетономешалке) без пыления сразу в тару. 

Далее свивка металлокорда выгружается лебедкой с помощью гарпуна. Она сразу готова к погрузке в ломовоз без какой-либо дополнительной обработки. Главное то, что ее плотность достаточно высокая для перевозки и получения ожидаемой платы за металлолом. 

Закрепив свою уверенность в выборе правильной технологии просмотром многочисленных роликов и печатной информации в зарубежных источниках, мы отправились в Китайскую провинцию, где сосредоточено около 30 производителей оборудования. 

Добавлю, что, на тот момент, мы из "Пульсцена" сверили стоимость темного печного топлива и светлого. Разница составила 50% и было решено приобрести дополнительно дистилляционную установку (ректификационную колонну для вторичной перегонки топлива), а заодно и линию обессеривания топлива. 

Как бы мы не были теоретически и технически подкованы, но выбрать правильную установку было крайне сложно. Китайцы встречаются с десятками посетитителей ежедневно и задать неудобный вопрос было просто невозможно. Это была игра в одни ворота, сравнимо обмануть цыгана в цыганском табаре. Нас встречали, поили, кормили, возили, на аттракционы водили, заговаривали и делали все это скорее ради того, чтоб у нас осталось меньше времени на посещение других изготовителей. 

Тем не менее, мы посмотрели около 5-и заводов, отличить которые друг от друга не представляется возможным, несмотря на различия в способах подачи сырья, выгрузки, типа загрузочных крышек итд. Без опыта эксплуатации оценить преимущества той или иной системы не представлялось возможным. Сейчас конечно можем дать рецензию на каждую модель оборудования, но речь о том, что нам показали только сам процесс пиролиза и заворожили бегущей в колбе жидкостью. 

Вывод: не стоит ехать в Китай выбирать оборудование – требуйте предоставить контакты покупателей, где можно увидеть его в работе. 

И вот мы определились с продавцом и были предупреждены одним человеком о том, что торговаться с китайцами не стоит, т. к. они согласятся на скидку, но мысленно уже выкинут какой-нибудь элемент или заменят сталь на торцах реактора на более дешевую. Мы также не имели представления в какой комплектности и степени готовности поставляется оборудование – это был серьезный прокол. 

В итоге приобрели все необходимое оборудование, но при доставке переплатили огромную сумму, за простой реакторов, отправленных открытой платформой, на время ожидания морских контейнеров, отправленных другим маршрутом с задержкой по времени. Таможенники готовы были осматривать груз только комплектно. Также пришлось делать сертификат на поставку, доказывать, что все узлы оборудования принадлежат друг другу… 

Монтаж

Содержимое упаковок было вскрыто и все напоминало набор «Сделай сам». Единственное, что было изготовлено более менее закончено – это сам реактор, а вот топочный блок первоначально представлял из себя 3 поддона кирпича и колосники с дверцами. Остальные узлы выглядели также удручающе. Все выглядело так, как будто в разгар изготовления оборудования его просто забрали и отправили заказчику.

Такое качество комплектующих не приходилось встречать ни разу. Во всех изделиях и трубопроводах использован листовой металл толщиной 3 мм, изделия типа шаровых кранов, корпусов редукторов выполнены из какой-то порошковой стали, толщина фланцев не превышала 10мм, тела вращения имели видимое биение. Начинать сборку без китайского технолога было невозможно, т.к полностью отсутствовала какая-либо сопроводительная документация. Весь груз представлял из себя в большей степени металлопрокат и ЗиП, нежели оборудование.

В феврале 2013г. начался монтаж. Китайский технолог рулеткой вымерял где копать, где заливать итд. 

Добавлю, что монтаж производили на своей строительной площадке, где есть все службы от малой механизации и токарки, то производства бетона и изделий из него. Также над площадкой возвышался кран СКГ. И даже при этой мощности, гонять туда обратно экскаватор, бетономешалку нам надоело, и мы сделали маломальский проект со слов китайца, чтоб упорядочить работы. 

Только 1-го сентября 2013 г. получилось произвести первый пуск установки пиролиза, дистилляционной установки и линии обессеривания пиролизного масла. И это было только начало пути… 

Заявленная мощность установки пиролиза была 10 т. в сутки по шинам. По факту нам удалось загрузить 3,5 т. (приобрели самый полный комплект со всеми механизмами). Удавалось провести лишь 1 цикл раз в неделю. 

В общем китаец ретировался окончательно, а изготовитель полностью от нас отрекся. Монтаж оборудования был произведен без учета внутренней логистики, что мешало движению материалов и это уже непоправимо. 

Проблем оказалось столько, что у нас ушло полтора года ежедневных модификаций и было выброшено не один десяток тонн металлоконструкций на свалку. По факту пришлось заменить все механизмы, всю запорную арматуру, придумать ряд устройств, разработать технологический регламент, инструкции, обслуживание итд. итд. 

Если изначальная среднемесячная производительность оказалась в 22 раза ниже заявленной, то по истечении времени загрузка достигла 8 т. и 15 производственных циклов в месяц. Ежедневно проводить пиролиз получилось, но оказалось слишком энергозатратным охладить реактор в короткое время. Работа пошла так, 19ч на все производственные циклы и следующий день реактор охлаждался.

Продукты пиролиза

Теперь о продуктах пиролиза. Российские производители установок пиролиза навязывали приобретение ректификационных колонн для получения дизеля, бензина, мазута итд. из пиролизного масла. 

Мы повелись на эту уловку, купив соответствующую установку, но быстро перевели ее на перегонку отработки (отработанного масла), т.к. качество пиролизного масла было отличным и, оно применялось на горелочных устройствах всех типов (не только для тяжелых топлив, как масло из отечественных установок). Линию обессеривания также не использовали, т.к. серы в топливе было около 0,3%.

В дальнейшем, занимаясь, научно-исследовательскими работами, наткнулись на исследование, в котором было сказано, что никаких дизельных, бензиновых фракций в пиролизном масле нет – есть лишь похожие по ряду параметров углеводороды. Это нас никак не огорчало, потому что цена на наше топливо зафиксировалась на уровне 50% цены дизтоплива и никаких дополнительных манипуляций не требовалось. 

А вот пиролизное масло, полученное «прямогонно», т.е. без каких либо ухищрений, исключительно одноступенчатой конденсацией в теплообменниках, имеет низкие показатели качества и соответствует мазуту. Цена мазута в 2 раза ниже стоимости топлива для дизельных горелок и его сбыт специфичен. В частности, его используют крупные предприятия и котельные, а продажи осуществляются в объемах железнодорожных цистерн и составов. Отсюда и пошел миф «скрытого потенциала» пиролизного топлива. Подробнее о сбыте продуктов пиролиза можно почитать в других наших блогах.