Использование каталитического процесса при термическом обезвреживании ТКО (твердых коммунальных отходов)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Сибирский государственный индустриальный университет»

Кафедра теплоэнергетики и экологии

РЕФЕРАТ

Использование каталитического процесса при термическом обезвреживании ТКО

Выполнил: студент группы ММТБз -17

Сященко М.Ю.

Принял: доцент

Титова О.О.

Новокузнецк

2017 г.

Содержание

Введение

1. Твёрдые коммунальные отходы

2. Термическое обезвреживание ТКО

3. Использование каталитического процесса при термическом обезвреживании ТКО

4. Виды катализаторов

5. Установка каталитического обезвреживания выбросов

6. Преимущества и недостатки каталитического процесса

Заключение

Список использованной литературы

Введение

коммунальный отход обезвреживание каталитический

Промышленный и бытовой мусор, отходы - это глобальная экологическая проблема современности, которая несет угрозу для здоровья людей, а также загрязняет окружающую среду. Гниющие частицы отходов являются источником размножения микробов, вызывающих инфекции и болезни. Ранее наличие отходов жизнедеятельности человека не было острой проблемой, поскольку мусор и различные вещества перерабатывались естественным путем в природных условиях. Но ныне человечество изобрело такие материалы, которые имеют огромный срок разложения и естественным путем перерабатываются несколько сотен лет. Но дело не только в этом. Количество отходов за последние десятки лет стало невероятно огромным. Среднестатистический житель мегаполиса в год производит от 500 до 1000 килограмм мусора и отходов.

Чтобы уменьшить количество мусора, можно перерабатывать отходы и вырабатывать вторсырье, пригодное для последующего использования в промышленности. Существует целая индустрия мусороперерабатывающих и мусоросжигающих заводов, которые перерабатывают и утилизируют мусор и отходы городского населения.

Люди из разных стран изобретают всевозможные варианты использования переработанного сырья. Только эффективная стратегия решения проблем отходов, которую контролирует государство, поможет сохранить окружающую среду.

1. Твёрдые коммунальные отходы

ТКО (твёрдые коммунальные отходы) - это бытовые отходы жилых домов. Федеральным законом от 29.12.2014 № 458-ФЗ «О внесении изменений в Федеральный закон «Об отходах производства и потребления», дается определение твердых коммунальных отходов.

Твёрдые коммунальные отходы - это отходы, образующиеся в жилых помещениях в процессе потребления физическими лицами, а также товары, утратившие свои потребительские свойства в процессе их использования физическими лицами в жилых помещениях в целях удовлетворения личных и бытовых нужд. К ТКО также относятся отходы, образующиеся в процессе деятельности юридических лиц, индивидуальных предпринимателей и подобные по составу отходам, образующимся в жилых помещениях в процессе потребления физическими лицами.

Все твёрдые коммунальные отходы можно разделить на две группы:

- биологический мусор;

- бытовые отработки, иными словами обычный мусор.

Таким образом, твёрдые коммунальные отходы - самая разнообразная группа отходов. Из всего этого разнообразия можно выделить основные разновидности:

- биологические остатки (кости, пищевые и растительные отходы, помои);

- синтетические ТКО:

- целлюлоза (бумага, газеты, журналы, упаковочный материал);

- древесина.

- нефтепродукты:

- пластмасса;

- текстиль;

- кожа;

- резина.

- различные металлы (цветные и чёрные);

- стекло;

- смёт.

Состав ТКО отличается в разных странах, городах. Он зависит от многих факторов, включая благосостояние населения, климат и благоустройство. На состав мусора существенно влияет система сбора в городе стеклотары, макулатуры и т. д. Он может меняться в зависимости от сезона, погодных условий. Так на осень приходится увеличение количества пищевых отходов, что связано с большим употреблением овощей и фруктов в рационе питания. А зимой и весной сокращается содержание мелкого отсева (уличного смета).

С течением времени состав ТКО несколько меняется. Увеличивается доля бумаги и полимерных материалов. А с переходом на централизованное теплоснабжение практически исчезает в ТКО уголь и шлак.

Свалки бытовых отходов служат источником пищи синантропным видам -- переносчикам инфекции, прежде всего, крысам. В России ежегодно производится около 3,8 млрд. тонн всех видов отходов. Количество ТКО составляет 63 млн. т/год (в среднем 445 кг на человека). Состав ТКО: бумага и картон -- 35 %, пищевые отходы -- 41 %, пластмассы -- 3 %, стекло -- 8 %, металлы -- 4 %, текстиль и другое -- 9 %^[. В среднем перерабатывается 10 % -- 15 % мусора. Твёрдые коммунальные отходы подвергаются переработке только на 3 % -- 4 %, промышленные на 35 %. В основном мусор свозится на свалки -- их в России около 11 тысяч. В них захоронено около 82 миллиардов тонн отходов.

2. Термическое обезвреживание ТКО

Обезвреживание отходов - уменьшение массы отходов, изменение их состава, физических и химических свойств (включая сжигание и (или) обеззараживание на специализированных установках) в целях снижения их негативного воздействия на здоровье человека и окружающую среду.

Термический способ обезвреживания и переработки отходов является наиболее универсальным, надежным и эффективным по сравнению с другими. Во многих случаях он является единственно возможным способом обезвреживания ТКО.

Способ применяется для утилизации технических коммунальных отходов в любом физическом состоянии: жидких, твердых, газообразных и пастообразных. Наряду со сжиганием горючих отходов огневую обработку используют и для утилизации негорючих отходов. В этом случае отходы подвергают воздействию высокотемпературных (более 1000 °С) продуктов сгорания топлива.

Термический способ обезвреживания основан на окислении кислородом воздуха органических соединений при высоких температурах. В зависимости от условий режима окисления и состава отходов термический метод подразделяется на ряд способов: огневое обезвреживание, термическое окисление, каталитическое дожигание.

Сжиганием можно обезвредить и такие сложные с точки зрения утилизации отходы, как смесь органических и неорганических продуктов, а так же галогенорганические отходы. Смесь органических и неорганических солей - наиболее трудный материал для сжигания, так как, как правило, содержит воду. При их сжигании молекулы органических соединений разрушаются, а неорганические соединения превращаются в оксиды и карбонаты, которые выводятся вместе со шлаками и золой.

Одним из наиболее опасных отходов, основным методом переработки которых служит сжигание, являются галогенорганические отходы. Хлорированные органические материалы могут содержать воду и имеют низкую теплоту сгорания.

При сгорании твердых отходов образуется помимо летучей золы значительное количество весьма токсичных веществ, таких, например, как диоксины. Диоксины разрушают гормональную систему человека, ослабляя его иммунитет и нанося непоправимый вред репродуктивной способности человека. Отличительной особенностью диоксинов является их высокая устойчивость, что приводит к накоплению этих ядов в окружающей среде. Основная масса образующихся при сжигании отходов диоксинов адсорбируется на поверхности частиц пыли.

Снизить содержание диоксинов можно путем создания многоступенчатой очистки. В частности современные мусоросжигательные заводы используют до десяти ступеней очистки дымовых газов от токсичных газов и пыли, в том числе и каталитическое дожигание газов.

3. Использование каталитического процесса при термическом обезвреживании ТКО

Термокаталитическое дожигание органических веществ до диоксида углерода и воды применяют в тех случаях, когда отходящие газы представляют собой многокомпонентную смесь различных органических веществ. В настоящее время разработаны типовые схемы обезвреживания выбросов от сушильных камер путем сжигания паров растворителей на поверхности катализатора. Внедрение схем, предусматривающих последующую утилизацию теплоты, позволяет достичь сокращения расхода теплоносителей не менее чем на 20 % (при сжигании паров с низким содержанием горючего компонента).

При каталитических превращениях токсичных компонентов в нетоксичные на поверхности твердых катализаторов. Очистке подвергаются газы, не содержащие пыли и катализаторных ядов. Методы используются для очистки газов от оксидов азота, серы, углерода и от органических примесей. Их проводят в реакторах различной конструкции.

Каталитический процесс - это процесс обезвреживания дымовых выбросов. Он заключается в проведении окислительно-восстановительных процессов при температуре 100-500⁰С на поверхности катализатора. Катализатор ускоряет окисление до нескольких сотых долей секунды, не претерпевая при этом химических превращений.

На эффективность обезвреживания существенное влияние оказывает начальная концентрация дыма, температура, время контакта и качество катализатора. В качестве катализатора используют платину, палладий, никель, цинк, медь и другие металлы, нанесенные на носитель, например на окись алюминия.

Известно, что каталитическая активность катализаторов для различных органических соединений различна. Поэтому 100%-ная очистка канцерогенных и токсических компонентов дымовоздушных выбросов невозможна. Помимо полициклических ароматических соединений (типа 3,4-бензпирена) в отходящих дымовых выбросах содержатся и другие классы органических соединений, характеризующиеся различными свойствами и, следовательно, имеющие различную каталитическую активность.

Каталитическое окисление обеспечивает удаление дурнопахнущих соединений дымовых выбросов. В установках каталитического обезвреживания степень сжигания обычно составляет 75-97%, так что отходящие газы этого процесса состоят в основном из двуокиси углерода, пара и азота.

Каталитическое дожигание используется для превращения токсичных компонентов, содержащих в отходящих газах, в нетоксичные или менее токсичные путем их контакта с катализатором. Каталитический метод основан на взаимодействии загрязняющих веществ с окислителем (кислородом) или восстановителем в присутствии катализатора.

Особенность каталитической очистки газов состоит в том, что очищаются большие объемы отходящих газов с малым содержанием примеси. Кроме того, в газах могут содержаться не один, а несколько вредных компонентов

К промышленным катализаторам предъявляют требования в отношении высокой активности и теплопроводности, а также стойкости к механическим и термическим нагрузкам. Наряду с этим они должны быть дешевыми и, обладая необходимыми структурными параметрами, иметь, возможно, более низкие температуры зажигания и геометрию частиц, обеспечивающую низкое гидравлическое сопротивление слоя.

4. Виды катализаторов

Необходимые для эффективного осуществления соответствующих процессов газоочистки катализаторы обычно подбирают экспериментальным путем.

Среди катализаторов условно различают:

- цельнометаллические - представляют собой металлы платиновой группы или неблагородные металлы, нанесенные на сетки, ленты, спирали;

- смешанные -- включают металлы платиновой группы и оксиды неблагородных металлов, нанесенных на оксид алюминия или другие металлы;

- керамические - состоящие из металлов платиновой группы или оксидов неблагородных металлов, нанесенных на керамическую основу виде сот или решеток;

- насыпные - приготовленные в виде гранул или таблеток различной формы, с нанесенными на него металлом платиновой группы или оксидами неблагородных металлов, а так же в виде зёрен оксидов неблагородных металлов.

5. Установка каталитического обезвреживания выбросов

Установка каталитического способа обезвреживания дымовых выбросов представлена на рис. 1

Рисунок 1 Установка каталитического дожигания дымовых выбросов

1 - вентилятор подачи дыма;

2 - вентилятор подачи воздуха;

3 - горелки;

4 - реактор;

5 - воздушный коллектор;

6 - катализаторная корзина;

7 - дымовая труба;

8 - дымосос;

9 - котёл-утилизатор.

В качестве катализаторов используют катализатор М-2, представляющий собой нанесенную на хромникелиевую спираль активную пленку с содержанием тысячных долей платины. При использовании такого катализатора полное обезвреживание всех токсических соединений дымовых выбросов камер холодного копчения осуществляется уже при температуре 350⁰С и объемной скорости потока 2000 м³/ч. Для достижения полной очистки дымовых выбросов печей горячего копчения с использованием того же катализатора требуется температура 500⁰С и объемная скорость 1500 м³/ч.

6. Преимущества и недостатки каталитического процесса

К недостаткам каталитического процесса обезвреживания следует отнести:

- снижение срока службы катализаторов вследствие отравления, инактивации поверхности катализатора за счет углистых отложений или уменьшение поверхности катализатора за счет истирания дымовыми частицами в газовом потоке.

Для продления срока эксплуатации катализаторов дымовые выбросы перед вводом в установку необходимо тщательно очищать (фильтровать) от твердых частиц, которые, осаждаясь, снижают площадь поверхности катализатора, доступную для протекания каталитической реакции.

- необходимость очистки выбросов от аэрозольных частиц;

- обычно установки для каталитической очистки сложны, громоздки;

- потребность в специальном катализаторе;

- в качестве эффективных катализаторов приходится применять дорогостоящие вещества (платину, палладий, рутений), используют и более дешевые (никель, хром, медь), но степень обезвреживания, а также скорость процесса оказываются меньшими.

- образование новых веществ;

- высокая стоимость катализатора.

Преимущества процесса:

- возможность достижения высокой степени очистки (96%);

- компактность;

- небольшая металлоёмкость;

- высокая производительность;

- лёгкость автоматического управления.

Заключение

В настоящее время проблема загрязнения окружающей среды диоксинами из-за их генерации в печах для сжигания бытовых и технических отходов осознана во всех промышленно развитых странах - США, Канаде, Великобритании, Италии, Германии, Франции, Бельгии, Японии, Австрии Дании, Норвегии, бывшей Чехословакии и России. Подготовлены подробные обобщающие документы на эту тему национальными и международными официальными органами.

Термические технологии, широко используемые в индустриально развитых странах для уничтожения бытовых и отходов, а также установки для уничтожения токсичных отходов - наиболее эффективный способ их обезвреживания, в том числе с попутным получением энергии. В рамках этих технологий вредные и/или ненужные вещества при высокой температуре окисляются кислородом воздуха в нетоксичные и легко удаляемые продукты.

Термические технологии - это и стабильный и очень мощный источник поступления диоксинов в живую и неживую природу.

В настоящее время для ликвидации экологических проблем, связанных с отходами, требуется комплексный подход, включающий в себя оценку ситуации, разработку стратегии снижения образования отходов, внедрение безотходных или малоотходных технологий на производстве.

Список использованной литературы

1. Титова О.О. Конспект лекций по дисциплине «Термические методы утилизации отходов», 2017. - 76 с.

2. Бернадинер М.Н. Огневая переработка и обезвреживание твердых бытовых отходов / М.Н. Бернадинер, А.П. Шуругин. - М.: Химия, 1990. 13 с.

3. Багрянцев Г.И., Псахис Б.И., Черников В.Е. Огневое обезвреживание отходов химических производств // Энергосбережение в химических производствах.- Новосибирск, 1986. - 81с.

4. Очистка и обезвреживание дымовых газов из установок, сжигающих отходы и мусор: Сборник научно-технических статей. - Новосибирск, 1999. - 238с.

5. Лотош В.Е.Классификация утилизационных технологий переработки отходов // Научные и технические аспекты охраны окружающей среды. - 2002. - № 6. - С.109-113.

Размещено на Allbest.ru