ЕКО ЗОРА — биогорива, производство на метан, газови кондензати, пиролизни горива, ел. енергия от отпадни суровини и др.

Енергията навсякъде около нас.

Енергията е навсякъде около нас, само трябва да знаем как да я вземем

Вакуум пиролизна обработка на отпадъци
Въглеводородни материали като начин за енергийна независимост чрез производство на метан, електричество и течни горива от слама, ботиви и промишлени отпадъци.

  1. Общи сведения:

    Задълбочаването на световната финансова, енергийна и газовата криза в Европа и на Балканите принуждава европейските страни и в частност България да търсят нови алтернативни горива, възобновяеми енергийни източници и подобряване на енергийната ефективност. Последните години се характеризират с непрекъснато увеличение на употребата на суровини и енергия. Свидетели сме и последните дни на силен недостиг на някои горива, несигурност в режима на доставките, промяна на цените и т.н. Ежегодното нарастване на потреблението на енергия и горива от една страна води до непрекъснато покачване на цената им, а от друга страна изправя света пред грозящият проблем за изчерпване на и без това ограничените им запаси. В същото време нарастват изискванията към събирането, съхраняването и изхвърлянето на технологичните отпадъци. Строгите правила за защита на околната среда задължават предприятията да преработват сами отпадните продукти, тъй като високите концентрации на вредни съставки пречат на процеса на биоразграждането. Затова част от търсенето на алтернативни горива са насочени към получаването на енергийни носители от преработката на земеделски, промишлени, битови и технологични отпадъци. В по-голямата си част тези отпадъци съдържат въглеводороди, масла, захари и много други съставки, които извлечени по подходящ начин са много ценнни суровини за получаване на биогорива. Употребата на биогорива има редица предимства пред изкопаемите, като се започне от тяхната неизчерпаемост, да се отчетат финансовите придобивки и се стигне до екологичните ползи.

    Фирма „Еко Зора” ООД се стреми да предлага на пазара принципно нови технологии и машини, които по подходящ начин да преработят отпадните продукти, така че от една страна да се получат евтини и широко употребявани продукти и от друга да решат проблемите с преработката на отпадъчните продукти, така че да се съвместят двете най-важни цели – постигането на безотпадно екологично производство и намаляване на себестойността на произвежданите продукти.

  2. Видове отпадъци:

    Ако внимателно се огледаме около себе си няма начин да не забележим огромните количества отпадъци, които съпътстват нашето съществуване. Условно можем да разделим отпадъците на следните видове – биомаса, промишлени отпадъци, битови отпадъци.

    Несъмнено отпадъците от биомаса стоят на първо място както по количество, така и по огромния енергиен потенциал, който съхраняват в себе си. Биомасата е възобновяем източник на енергия с най-висока акумулираща способност и най-голям потенциал както в България, така и в световен мащаб. Условно можем да разделим биологичните отпадъци на:

    Растителни отпадъци от селскостопанската дейност, като слама; царевични стъбла; слънчогледови стъбла; лозови пръчки; клони от овощки; тютюневи стъбла; рапична слама; остатъци от пасища и ливади и др.

    Първична преработка и поддръжка на околната среда, като остатъци от ликвидация на храсти; отпадъчни органични остатъци от поддръжката на зелените и затревени площи; листа; отпадъци от пластмаса и др.

    Горски отпадъци: дървесна маса от разреждането на горите - т.нар. санитарни сечи; клони; вършини; кора; пънове; корени след дърводобива; дървесина за огрев; манипулационни отрязъци; съчки; отпадъци от дървопреработката (изрезки, талаш, стърготини, технологични трески и т.н.); листа; борови иглички; други.

    Всички тези отпадъци притежават висок енергиен потенциал и техният дял в производството на електрическа и топлинна енергия значително нараства. За този голям енергиен потенциал може да се съди от количествата отпадъци, необходими за производството на единица енергия. Така например, едновременното производство на 1 kW/h електрическа и 1,3 kW/h топлинна енергия по когенерационен метод са необходими около 2 кг. растителни и/или дървесни отпадни биомаси.

    Химическата основа на биомасата са въглеводородни съединения, каквато е съдържанието и на конвенционалните природни горива, но за разлика от тях, биомасата постоянно се възобновява, вследствие на фотосинтезата и жизнената дейност на живите организми. Високото съдържание на въглеводороди позволява на практика използването на боимасата за производство на биогорива.

    Промишлените отпадъци са вторият по-големина източник на неизчерпаема възобновяема енергия. Особено благодатни в това отношение са следните отпадъци: костилки, люспи, семена, отпадна гума, пластмаса, хартия, текстилни отпадъци, кожа, трупно брашно, кости и др.

    Битови отпадъци са друг голям потенциален източник на суровини за преработка и получаване на ценни енергийни носители. Най-доброто решение е тези суровини да се събират разделно, а ако са смесени и се налага първоначално сортиране и след това обработени. От битовите отпадъци се преработват хартия, пластмаса, опаковки, каучук, постелки, дрехи и др.

  3. Методи на преработка:

    1. Изгаряне

      При изгарянето, термичният процес протича в окислителна среда с подаване на вторичен въздух. Остатъкът от горенето е пепел. Непосредственото изгаряне на растителна биомаса с цел получаване на топлинна енергия е класически способ, познат на човечеството от най-дълбока древност. В наши дни обаче, този способ не осигурява ефективно използване на акумулираната енергия и има стеснена област на приложение, тъй като растителните отпадъци не могат в директен вид да се използват като гориво за енергетичните двигатели. Изгарянето на органичните отпадъци е още по-малко препоръчителен метод, независимо, че все още се използва често. Най-сериозният му недостатък е неконтролируемото отделяне в атмосферата на вредни вещества, а така също и унищожаването на някои ценни компоненти, съдържащи се в отпадъците. Изгарянето се извършва при температура от 800 - 900°C и в димните газове се отделят различни органични съединения (алдехиди, феноли, диоксини, и др.), а така също и съединения на тежки метали.

    2. Газификация

      Газификацията е процес на изгаряне на отпадъците при температура 800 - 1500°C в режим на ограничен достъп на кислород, при което се получава генераторен газ –смес от въглероден окис, водород, азот, като са възможни примеси от метан и други въглеводороди. Полученият газ е със сравнително ниска калоричност, около 10 - 16 MJ/m3 (2,8 - 4,5 kWh/m3) и се гори директно или ползва за производство на електроенергия. Газификацията се осъществява в газ-генераторни съоръжения, които, обединени в единен енергиен комплекс с дизелови електрогенератори или парни котли, се използват за комбинирано производство на електрическа и топлинна енергия.

    3. Пиролиза

      Пиролизата е процес на термично преобразуване, инициирано чрез подаване на външна енергия в отсъствието на кислород в затворена камера. В сравнение с изгарянето и газификацията - пиролизата се извършва при относително ниски температури - от 500 до 800°C. В резултат на пиролизното изгаряне на отпадъците се получават твърди, течни и газообразни продукти. Характерът, количествата и качествата на тези продукти зависят от скоростта и температурния режим на процеса.

      Течните продукти, наречени пиролизни масла са гъсти, смолисти материали, състоящи се от сложна смес на високоокисни въглеводороди с ниско водно съдържание и характеризиращи се с висока енергийна плътност и калоричност от порядъка на 20 - 25 MJ/kg. Тези продукти основно се използват за котелно гориво, но имат приложимост и като гориво за двигатели, турбини, суровина за химическата промишленост, за получаване на синтетични горива и др. Пиролизните масла са течни и удобни за претоварване, транспортиране, съхранение и експлоатация.

      Твърдият продукт, получаван при бавна пиролиза, е активен въглен (дървени въглища) с енергиен потенциал от около 30 MJ/kg (8,4 kWh/kg). Най-честото му използване е като гориво за получаване на топлинна енергия, а така също и за технологични нужди в промишлеността.

      Газообразните продукти са смес от различни газове, основно метан, малки количества въглероден окис, въглероден двуоксис, азот, водород и водни пари. Съставът на газовата смес зависи от изходната суровина и параметрите на процеса. Калоричността на газообразните продукти е между 15 - 22 MJ/m3.

      Получените при пиролизата газообразни продукти се изгарят или пряко, или след охлаждане и почистване и се използват за производство на електроенергия, технологични нужди, пара и др.

  4. Екологични предимства на биогаза:

    1. Производството на биогаз има изключително голям екологичен ефект. Енергията на биогазовите инсталации спада към възобновяемата енергия. Биогазът може да се разглежда като продукт от трансформацията на слънчевата енергия. В резултат на ферментационните процеси преобразуваната и натрупана в растенията слънчева енергия се освобождава като нов вид енергоносител – биогаз. Освободеният след изгарянето на биогаза въглероден двуокис е в такова количество, че отговаря на ресурса на възобновяващата се биомаса и може да бъде включен непосредствено във фотосинтезата на растенията.

    2. Чрез въвеждане на биогазовата технология се предотвратява увеличаването на количествата на метан в атмосферата, получаван така или иначе при неконтролируемите ферментационни процеси в отпадната биомаса. Трябва да се има предвид, че при еднаква концентрация в атмосферата метанът има 30 пъти по- голям парников ефект, отколкото въглеродният двуокис.

    3. Чрез производството на възобновяващия се носител биогаз биогазовите инсталации дават своя дял в опитите да се съхранят ограничените в крайна сметка като количества изкопаеми енергоносители.

    4. Високотемпературната обработка редуцира броя на патогенните микроорганиз-ми, а с това се намалява и възможността за разпространяване на болести в природата.

  5. Вакуум пиролиза

    Вакуумната пиролиза е вид бърза пиролиза за производство на използваемо стойностно биогориво. Тя е един от най-бързо развиващите се процеси, който е в състояние да произведе ценен течен продукт – биомасло, което може да бъде транспортирано и съхранявано, и използвано като гориво, енергиен носител и източник на химикали. Вакуум пиролизата има редица предимства пред атмосферната и в редица случаи е най-удачната термична конверсия на въглеводородните продукти, поради ниската си температура, липса на допълнителен инертен топлоносител, условия за по-бързо механично разграждане и др.

    Вакуум пиролизата е термохимичен процес в условията на вакуум среда, който превръща въглеводородните суровини в три основни ценни продукта: течен продукт (биомасло), газова фракция (основно газ метан) и пиролизен въглен. И трите продукта намират широко приложение в индустрията и енергетиката. Най-ценен е течният продукт - биомасло, което може да бъде изгорено в дизелов двигател, в газова турбина, в пещ или да бъде използвано като суровина за химически заводи. Това е гориво с висока плътност и висока енергийна стойност, лесно може да бъде транспортирано и съхранявано. Газовата фракция също намира приложение в газодвигателни електростанции, двигатели с вътрешно горене, котли, пещи и др. Твърдата фракция е пиролизен въглен, който се ползва в химическата промишленост и за горене.

  6. Практически примери за преработка на отпадъчни суровини чрез вакуум пиролиза:

    1. Инсталация за производство на нови течни горива.

    2. Инсталация за производство на електроенергия

    3. Инсталация за производство на метан:

      Предназначението на тази инсталация е производството на метан и кондензирани газове от отпадни продукти чрез вакуум пиролиза на отпадни материали. Използва се за получаване на газообразни и течни енергийни носители, като втечнен газ, пиролизно масло, пиролизен въглен и др. от преработка на отпадни суровини. Намира приложение при преработката на отпадни продукти, като технологичните и промишлени отпадъци, отпадъците от хранително вкусовата промишленост, преработката на дървесината, пластмасите, каучука, земеделските отпадъци и мн. др.

      Производството на метан е изгодно в предприятия, които потребяват количествата метан в момента на тяхното производство, тъй като метанът трудно се съхранява. Инсталацията е снабдена с автоматизи-рана система за управление, която регулира параметрите на производствения процес така, че да се произвежда оптимално количество метан, според консумацията и резервите в буферите.

      Произведеният метан се ползва технологичния процес, основно за получаване на пара, гореща вода, електроенергия, химически производства и др. Себестойността на метана, получен от обработката на отпадъци е около 120 лв/1000 м3, а цената на оборудването е 450 евро/МВт еквивалентна мощност, което прави възможно изплащането на инсталацията да се осъществи за по-малко от една година.

    4. Инсталация за карбонизиране на растителни отпадъци:

      Инсталацията служи за подобряване на калоричността и качеството на отпадни растителни отпадъци от земеделието, тъй като те съдържат висок процент пепел /5-10%/, елементи като калий, хлор около 0,5-1%, които пречат на директното изгаряне. Високото съдържание на K понижава точката на топене на пепелта под температурата на горене или газификация. Лепкавата пепел причинява наслагвания в горивната камера и англомерация на течния слой. Ако не се пречистят летливите калиеви съединения се предизвиква тежка корозия и риск от запушване на газовите канали. Хлора се освобождава като солна киселина и предизвиква корозия, каталитично замърсяване и обуславя формирането на токсични вещества при неподходящи условия на директо горене или горене след механична преработка на получените продукти, основно брикети и пелети. При пиролизната преработка тези съставки се пречистват, повишава се калоричността на растителните отпадъци, намалява пепелното съдържание и др.

    5. Производство на дървени въглища:

      Производството на дървени въглища датира още от древни времена. Методите на получаване на дървени въглища са усъвършенствани и подобрени. Получаването на дървени въглища чрез пиролиза има редица преимущества пред досега съществуващите. На първо място това е оползотворяване на отпадните газове, които се използват за поддържане на технологичния режим. Пиролизното производство позволява изграждането на непрекъснат производствен цикъл, който лесно се автоматизира и позволява намаляване на загубите чрез монтиране на рекуператори на енергия. Освен това позволява оптимизиране на технологичния режим, с което изходищия продукт е с еднакво добро качество.

    6. Неутрализация /унищожаване/ на опасни въглеводородни отпадъци:

      В производствената дейност на много заводи, търговски обекти, болнични заведения, обслужващи предприятия се генерират отпадъци, съдържащи съставки опасни за здравето на хората и живатнете или за околната среда. Ако тези отпадъци съдържат въглеводородни съставки най-удачният начин за тяхното неутрализиране е обработката чрез вакуум пиролиза. При високите температури и вакуум се разграждат и преобразуват въглеводородни връзки и се унищожават вредните компоненти. Освен това при тази обработка се получават стоки, които подобряват енергийната ефективност на предприятието. Например получените при вакуум пиролизата продукти намират следното приложение: некондензируемия метан се ползва обратно в технологичния процес за поддържане на температурата. Получените течни горива се ползват за изгаряне в котли и пещи. Отделеният твърд отпадък е инертен и може да бъде разделен на въглени и безопасен твърд отпадък.

  7. Перспективи и развитие на пиролизата и горивата получени от нея:

    Приложението на пиролизата към манипулирането на битови отпадъци е добре утвърдено заедно с други нови технологии за третиране на битова смет. През 1975 год. в Балтимор, САЩ, започва работа на 1000 т/24ч инсталация за пиролиза на домакински остатъци. Пиролизата се използва като форма на термично третиране, за да се намали обема отпадъци и да се произведе течно или газово гориво. Посредством пиролизата могат да се преработят обемни материали, като полистиролни опаковки, хартии, пластмаси, опаковъчни материали и др.

    Повече от две десетилетия интереса в използването на произхождащото от биомаса гориво непрестанно нараства. Първоначално този интерес възниква поради потенциалното изчерпване на суровото масло, но в последно време икономическите предимства добиват още по-голямо значение. По същество горивото от отпадни въглеводородни суровини се разглежда като CO2 неутрално и има много ниско съдържание на сяра в сравнение с твърдите горива. А от това, че е течност следва, че тези горива могат лесно да бъдат съхраняви и транспортирани.

    Продуктът течни горива, получен от смесването на течен носител основно придобит от пиролиза на въглеводородни материали и смляно твърдо вещество е нов и ще се утвърждава на пазара. Производството на подобни горива тепърва ще се увеличава. Най-близкото подобно масово гориво е течното въглищно гориво. То се ползва в големите електроцентрали в ЕС и света, но е получено при смесването на въглищен прах с вода и емулгатори и по тази причина може да се смята за изкопаемо. Освен това, то е нискокалорично, вискозно, неекологично и силно абразивно, поради което то не представлява сериозна конкуренция.

    Основната световна консумация на енергия е около 15+ Гтме (Гига тона маслен еквивалент), като се очаква да нараства още. Потенциалът на отпадните суровини и биомаса е около 4.5+ Гтме, без енергийни насаждения. Това отределя значителна роля на енергията получена от отпадните суровини и биомаса. Освен това, тази енергия е лесно съхраняема за разлика примерно от вятърната и слънчевата енергии. Огромният потенциал, съдържащ се в отпадните суровини и биомасата са основата на разработване на различни процеси за подходящото извличане на тази енергия, нейното съхранение и оползотворяване.

    Калкулираната цена от 200 лв/т получена продукция е в конкурентно съотношение с другите горива (природен газ, мазут, промишлена нафта, въглища).

    В конкурентен аспект, първоначално новите течни горива ще започнат да изместват мазута и въглищата като гориво, с по-ниската си цена и по-доброто си качество, в началото в малки отоплителни инсталации. С повишаване на производството и доказването на своите преимущества, течните горива ще започната да се ползват в по-големи отоплителни централи, ТЕЦ и други промишлени обекти. След това ще започнат да заменят промишлената нафта и природния газ, като се очаква промишлената нафта да отпадне като гориво за отопление и гореща вода, а консумацията на природен газ да намалее наполовина. Мазутът също ще бъде изместен в по-голямата си част от новите течни горива, заради цената и екологичните ограничения. По-бавно и трудно ще бъдат изместени въглищата поради инерцията, цената и създадените комуникации за това гориво, но се очаква в дългосрочен план и в резултат на тяхното изчерпване и промяна цената им, също да бъдат изместени до над 40% от новите течни горива.

    Голямо бъдеще съществува и пред производството на електроенергия от продуктите от вакуум пиролизата на отпадните суровини, тъй като това производство не зависи от климатичните условия, осветеността и др., а може да бъде прогнозируемо и управлявано. При ползване на когенерация е най-добрият вариант за малки предприятия, населени места и ферми. Капиталовложенията в получаването на електроенергия от пиролизните продукти са съизмерими с тези на ветрогенераторите, а възвращаемостта на средствата е трикратно по-бързо, а при ползване на когенерация петкратно. Затова дружеството залага на силното развитие на този отрасъл и е убедено, че в краткосрочен план производството на електроенергия от пиролизни продукти ще надмине всички други възобновяеми източници.

    Разширяване на производството на течни горива от биомаса ще позволи постигането на дългосрочната цел на дружеството – изграждане на предприятие за получаване на синтетични автомобилни горива. Предприятието ще се състои от много на брой /на първо време повече от 100/ малки мобилни инсталации за течни горива от отпадъци. Течните горива от тези инсталации ще се транспортират до завод за термохимичена преработка на течните горива в синтетичен дизел, бензин, метанол и др.

    Освен икономическите и екологичните ползи, производството на течни горива ще има и социални преимущества. Във всяко инсталация за течни горива ще бъдат ангажиран персонал от около 15 души. По прогнозни изчисления на първо време ще са необходими приблизително 100 такива малки регионални производствени единици или това производство би осигурило работа на повече от 1 500 души само в началото.

  8. Ползи от въвеждането на вакуум пиролизна обработка на отпадъци:

    Стопански: намаляване на себестойността на течните горива, разширяване на суровинната база на произвежданите горива, повишаване на калоричността на горивата, подобряване технологията на транспортиране и съхранение на продуктите получени от отпадъци, демонстрации на възможностите на инсталациите и привличане на нови клиенти за преработка на отпадъци и производство на горива, създаване на предпоставки за покриване на собственото потребление от енергийни носители.

    Екологични: оползотворяване на всички отпадъци от промишлеността, земеделието и човешкия бит, улавяне и използване на всички отпадни и вредни газове изхвърляни в атмосфрерата за намаляване на парниковият ефект, намаляване на потреблението на ограничените изкопаеми енергоизточници, подобряване на екологичните условия в района, спазване на нормативните изисквания относно намаляването на СО2 емисии от загниването на отпадъци, подобряване условията за живот в района, снижаване на излъчваните вредни емисии, решаване на проблеми свързани с околната среда и здравеопазването.

    Научни: експериментиране на нови технологии за преработка на отпадъци, създаване на нови конструкции апарати и реактори за обработка на отпадъци, експериментиране на преработка на нови суровини за производство на горива, изследване на качествата и подобряване на качествените показатели на получените горива, оптимизация на производствения процес с цел подобряване на калоричността на горивата и подобряване на КПД на инсталацията, създаването на безотпадни технологии при производството на биогорива.

    Социални: намаляване на безработицата след привличане на допълнителен човешки ресурс, създаване на възможност за ангажиране на хора от малцинствата в района, развитие на дребен и семеен бизнес.

  9. Подобряване на енергийната ефективност:

    Специалистите на фирмата работят по проектирането и внедряването на нови енергоспестяващи технологии и оборудване. Във всяко оборудване се внедряват компютърни технологии за наблюдение, управление и автоматизация на процесите на производство, повишението на производителността и качеството. Водещите принципи на работа на дружеството са:

    • оптимизиране на топлинния баланс и използване на всичката излишна топлина;
    • постигането на високо качество на оборудването
    • максимално удовлетворяване на изискванията на клиентите
    • постигане на оптимално съотношение качество-цена
    • намаляване на необходимия персонал чрез автоматизация и компютъризация, монтиране на датчици на възлови места по технологичния процес и съответна автоматика за контрол и управление на процесите;
    • получаване на електроенергия от преработка на отпадъци, оползотворяване на излишната пара, топлина или преработка на отпадни продукти
    • ефективни мерки за намаляване на консумираната енергия, които се нуждаят от инвестиции, но се възвръщат за много кратко време и силно намаляват себестойността на продукцията.
    • към всяко конкретно оборудване се подхожда индивидуално, изработва се конкретен проект на модернизация, преработване и комплектация, очертават се съответните срокове, параметри, цени, гаранции, задължения и др.

    Фирма “ЕКО ЗОРА” ООД е в състояние да проектира, изработи или достави по-голямата част от споменатото оборудване необходимо за преработка на отпадните продукти, включително оборудване за преработка на отпадни продукти, вакуум пиролиза на органични отпадъци, инсталации за производството на биодизел и биогаз и да извърши оптимизация на енергийния баланс на предприятието.

С най-добри пожелания,

инж. Славчо Георгиев Варна
2009г.