Rozklad uhlíkatých látek

Team ENERGO s.r.o. jako inženýrsko dodavatelská firma, hledala na trhu technologii, která by v oblasti termální depolymerizaci uhlíkatých látek měla nejen teoretickou, ale i praktickou erudici a zkušenost. Rozhodli jsme se pro spolupráci s americkým výrobcem – společností ARTI.

K dnešnímu datu je na světě instalovaných již více jak 25 úspěšných aplikací na termální depolymerizaci uhlíkatých látek – této technologické koncepce.

Nyní Vás seznámíme se základními okruhy úvodní prezentace. Jsou to:

  1. Základní informace
  2. Úvod do technologie
  3. Princip technologie
  4. Produkty zařízení termického rozkladu
  5. Vliv na životní prostředí
  6. Zařízení pro termální depolymerizaci
  7. Nejčastěji kladené otázky

 Základní informace

Základní údaje:  

  • Množství vstupních surovin: od 500 kg/h do 12 t/h
  • Druh vstupních surovin: organické látky
  • Pracovní teplota: 450°C – 900°C
  • Produkty: plyn – množství: 15-80 váhových procent z vsázky, výhřevnost: 15 MJ/m3 – 43 MJ/m3 olej – množství: 5-45 váhových procent z vsázky, výhřevnost: 43,91 MJ/kg  aktivní uhlí – množství: 5-35 váhových procent, výhřevnost: 25 MJ/kg

Úvod do technologie

Technologie pro termální depolymerizaci uhlíkatých látek byla vyvinuta a zkonstruována za účelem ekologické likvidace odpadu, kdy se na vstupu zpracovává jinak těžko zpracovatelný odpad a na výstupu se získávají obchodovatelné, nebo dále zpracovatelné produkty, jako je plyn, olej a uhlík, popř. kovový šrot.

Pokud je odpad takto zpracován, stává se z něj užitečná surovina, ze které se dá vytěžit energie, která by jinak skončila nevyužita na skládkách. Technologie pro termální depolymerizaci uhlíkatých látek umí zpracovávat celou škálu odpadů (suroviny) od biologických odpadů jako je např. dřevní odpad z dřevozpracujícího průmyslu, dále pak plasty, pryže, kaučuk, až po těžko zpracovatelné odpady jako jsou ropné kaly nebo nebezpečný zdravotní odpad.

Oproti klasickým zařízením, která dnes energeticky využívají odpad pouhým spalováním, má technologie termického rozkladu mnohé výhody:

  • Vyšší účinnost resp. vyšší využití energetického potenciálu odpadu.
  • Nižší ekologická zátěž pro okolí, což umožňuje zařízení instalovat i v regionech s velkou průmyslovou výrobou a tedy velkou ekologickou zátěží.
  • Nižší investice do výstavby a samotného provozu,
  • Delší životnost.
  • Rychlá návratnost.
  • Výstupní komodity jsou snadno z obchodovatelné a nejsou vázané na dotace.
  • Nízká energetická náročnost, možnost pracovat v ostrovním procesu.

Princip technologie

  • Termální depolymerizace je proces, který slouží k přeměně organických materiálů, což jsou materiály, které jsou složeny z organických sloučenin, kde organickou sloučeninou je myšlena chemicky čistá látka, jejíž molekuly obsahují vždy jeden nebo více atomů.
  • Organický materiál zpravidla vždy obsahuje i anorganický materiál, ten se však procesu neúčastní. Organický materiál spolu s anorganickým materiálem je nepřímo ohříván na vysoké teploty, které se pohybují od teploty 500 °C do 800°C.
  • Nepřímý ohřev znamená, že teplo od zdroje přestupuje většinou stěnou k ohřívanému materiálu (odpadu). V samotné technologii je pak zdrojem tepla hořák.
  • Důležitým faktorem je, že celý proces musí probíhat s absencí vzduchu resp. kyslíku.
  • V samotném reaktoru se udržuje vysoké vakuum, kdy tlak plynu se pohybuje v rozmezí 10-3 až 10-4 Pa.
  • Jsou-li splněny tlakové a teplotní podmínky procesu dochází k odplynění organického materiálu.
  • Vzniklé páry kontinuálně odcházejí z reakčního prostoru a jsou ochlazovány.
  • Chlazením par dojde k vytvoření makromolekulárních struktur plynných, kapalných organických produktů a pevného residua uhlíku.
  • Anorganické materiály proces opouští beze změny, čehož lze využít k odseparování jednoho druhu odpadu od druhého.
  • Tímto způsobem, lze od sebe tedy oddělit jinak těžko oddělitelné odpady, které jsou spolu pevně spojeny např. kov-plast, kov-pryž, kov-kaučuk apod.
  • Aby byla zaručena kvalita výstupního materiálu do linky, není možné vkládat materiál s větší vlhkostí než 20 % a větším obsahem anorganických látek než 5%.
fotografie jednotky pro termální depolymerizaci

fotografie jednotky pro termální depolymerizaci

Obr. 1 Schéma zplyňovací jednotky pro termální depolymerizaci uhlíkatých látek bez přístupu vzduchu

Obr. 1 Schéma zplyňovací jednotky pro termální depolymerizaci uhlíkatých látek bez přístupu vzduchu

Produkty zařízení termického rozkladu

Kvalita a kvantita výstupních produktů se odvíjí od druhu zpracovávaného materiálů. Výstupními produkty jsou:

  • plyn
  • olej
  • uhlík

Plyn  

Plyn vzniká jako nezkondenzovaný zbytek uhlovodíkových par a plynů vzniklých zplyněním v bezkyslíkové retortě. Plyn je vypírán před a v průběhu kondenzace, zbavován zbytků pevných částic a ochlazován na okolní teplotu. Využívá se pro vlastní spotřebu zejména v hořáku, který je umístěn v reaktoru, což snižuje náklady a minimalizuje závislost na zemním plynu. Přebytky plynu, které nejsou spotřebovány v hořáku, se využívají k výrobě elektrické a teplené energie pomocí kogeneračního systému. Množství plynu a jeho výhřevnost závisí na druhu vstupního materiálu.

rozpad3

Olej  

Olej vzniká kondenzací retortových plynů ve formě tzv. crude oil (syncrude), neboli surový olej, který je možné rozdělit podle hustoty na lehký, střední a těžký. Frakční destilací na rektifikační koloně lze získat dvě frakce olejů označovaných jako #2 a #4, nebo také extra lehký topný olej (ELTO) a lehký topný olej (LTO). Oleje, které jsou srovnatelné s motorovou naftou, jsou velice žádanou surovinou, která může nahradit ropné produkty a vzniká tak obchodovatelná komodita pro rafinérie. Surový olej má obdobné složení jako nízko sirná ropa.

Mezi další využití oleje patří jeho uplatnění jako palivo pro výrobu elektrické a teplené energie v generátorových systémech jako např. kogenerační jednotky, spalovací turbíny a dále do stávajících kotlů v elektrárnách a teplárnách.

Výtěžnost a kvalita oleje se mění podle druhu vstupního materiálu. Nejkvalitnější olej je z pryže, kaučuku a plastu.

Fyzikální a chemické vlastnosti surového oleje z pryžového odpadu:

rozpad4

Uhlík  

Jedná se o pevné reziduum, které svými vlastnostmi připomíná uhlí. Nejkvalitnější uhlík je z pryžového a kaučukového odpadu. Tento uhlík obsahuje od 75 do 93 % C, množství síry je okolo 2 % a výhřevnost je 27 MJ.kg-1. Má široké uplatnění jako např. levný otop domácností, polotovar pro výrobu aktivního uhlí nebo jako polotovar pro gumárenský průmysl na výrobu pneumatik.

Vliv na životní prostředí

Technologie termického rozkladu produkuje minimální množství škodlivých prvků. Ke vzniku emisí, škodlivých látek, které jsou vypouštěny do ovzduší, dochází pouze v hořácích, kde probíhá oxidačně exotermický děj za vývoje tepla a světla. Oproti spalování tak vzniká co do objemu mnohonásobně méně škodlivých látek.

Další výhoda oproti spalování je, že za vysoké teploty a zamezení přístupu vzduchu nevznikají žádné dioxiny a ostatní karcinogenní látky, čímž odpadají drahé investice na filtrační zařízení zachytávající tyto částice a jiné úlety.

Technologie termického rozkladu taktéž nepotřebuje, na rozdíl od spaloven, napojení na čističku odpadních vod, což výrazně snižuje investiční náklady a zároveň se tak nevytváří další odpad (kal z čističek odpadních vod), které by se musely ukládat na skládku. V tab. 2 jsou uvedeny současné mezní limity spaloven a emise naměřené na zařízení pro termický rozklad.

rozpad5

Obr. 3 Graf vzniku objemu spalin při procesu spalování (modře) a při zplyňování (červeně)

Obr. 3 Graf vzniku objemu spalin při procesu spalování (modře) a při zplyňování (červeně)

Zařízení pro termální depolymerizaci

Proces je vysoce účinný. Běžně dosahuje účinnosti 80 % u většiny druhů vsázky a více než 85 % při použití plastů. Systém byl navržen tak, aby splnil všechny předpisy pro emise škodlivin pro plynová zařízení. Celý systém je naprogramován s důrazem na vyloučení provozních chyb, což zajišťuje bezpečnost všech jeho funkcí. Takové prvky jsou implementovány do systému, které v případě přehřátí, zvýšeného tlaku, zvýšeného množství emisí či vzniku imisí zastaví automaticky celý proces, aby nedošlo ke škodám na zařízení, nebo ke znečištění okolního prostředí.

Celé zařízení se skládá z těchto dílčích částí:

  • reaktor
  • plynové hořáky
  • kondenzační výměník
  • zásobník kondenzátu
  • zásobník vypíracího média
  • pračka plynu
  • provozní zásobník plynu
  • bezpečnostní fléra
  • řídicí systém PLC
  • čidla, elektromotory, čerpadla, elektromagnetické ventily, airlocky, dmychadla.

Nejčastěji kladené otázky a shrnutí

Jaké množství vstupních surovin dokáže zařízení zpracovávat? 

Systémy jsou konstruovány od 250 kg/h po 2000 kg/h avšak jednotky se mohou sdružovat do velkých systémů až po kapacitu 12 t/h.

Jaká je provozní doba zařízení?  

Linka je provozuschopná až 8 000 hodin ročně, nicméně my počítáme pouze s provozem 7 488 hodin.

Jaké vstupní surovin lze touto technologií zpracovávat? 

  • Uhlí – výhodou je, že se dají zpracovávat i tzv., chudá uhlí, která se jinak nedají využívat ve stávajících technologiích pracujících na principu spalování.
  • Biomasa – veškerý druh biomasy včetně různých druhů pecek apod.
  • Olejové a ropné kaly, především odpadové kaly z průmyslu, které se nedají čistit a znovu použít a končí jako nebezpečný odpad na olejových skládkách.
  • Kaly z ČOV
  • Komunální odpad

Jak se dá využít kov a sklo, které zařízení nezpracuje? 

Kov se dá použít ve sběrných dvorech a je velice žádanou surovinou pro hutní podniky, kde se používá při výrobě oceli. Sklo taktéž využívají sklárny při výrobě nového skla.

K čemu se dá využít plyn, olej a koks (uhlík)? 

Možností je spousty, záleží na celém konceptu projektu. Plyn se většinou používá pro vlastní chod jednotky, jako palivo pro hořáky a jeho přebytek k výrobě elektrické energie a tepla. Olej se využívá buď k výrobě elektrické a teplené energie, ovšem obsahuje spousty drahocenných sloučenin, které jsou velmi zajímavé převážně pro rafinérie. Další možností po úpravě je využití oleje jako lehkého topného oleje pro automobily nebo pro energetický průmysl (elektrárny a teplárny) a také pro domácí kotle na lehký topný olej. Uhlík má své uplatnění v energetice nebo gumárenském průmyslu.

Můžou vstupní suroviny obsahovat vodu?  

Maximální množství vody je 20 % hm (hmotnostních procent). Je-li tato hodnota překročena, je třeba vstupní materiál sušit pomocí sušícího zařízení.

Jaké systémy jsou použity pro generování elektrické a teplené energie?

Pro malé systémy cca do 5000 kg/h se používají spalovací motory (kogenerační jednotky) u větších systému je využito turbínové technologie.

Jaké množství emisí produkuje celé zařízení?  

Vzhledem k tomu, že v zařízení nedochází ke spalování, ale k odplynění vstupních surovin, emise jsou velmi nízké takřka nulové a pochází pouze z hoření paliva v hořácích popř. v kogeneračních jednotkách nebo plynových turbínách.

Produkuje zařízení nějaké odpady?  

Ne, zařízení neprodukuje žádné odpady, naopak z odpadů tvoří komodity nebo zhodnocuje jejich energetický potenciál, aniž by docházelo k produkci emisí, jak je to u klasických spaloven.

Je zařízení energeticky náročné?  

Celé zařízení pracuje v uzavřeném cyklu, využívá části vzniklého plynu pro svůj vlastní chod, taktéž pro svou spotřebu si vyrábí pomocí kogenerační jednotky elektřinu a teplo.

Kolik energie mi poskytne 1 t odpadu a 1 t biomasy?  

Nelze předem stanovit, jelikož to závisí na různých faktorech, běžně se však dosahuje výtěžnosti okolo 4 MW energie z odpadu a 2,8 MW energie z biomasy.

Co znamená, že je výtěžnost 4 MW a 2,8 MW energie, jedná se o elektrickou energii?  

Nejedná se o elektrickou energii, nýbrž o celkovou energii, kterou poskytne plyn a olej. Tyto suroviny jsou pak mocí generátorových systému přeměny na elektrickou a tepelnou energii. V závislosti na účinnosti těchto strojů je pak množství vyrobené elektrické a teplené energie různé.

Poznámka k distribuci výsledné frakce termální depolymerizace:

Naše společnost nabízí kupní smlouvy na prodej ropného produktu za 8-12,- Kč/l dle kvality vstupní vsázky a sazí za průměrnou cenu 10,- Kč/kg. Cena ropného produktu se odvíjí od ceny barelu ropy na komoditním trhu, která se v současné době pohybuje na úrovni 12,- Kč/l.

Shrnutí

Nabízíme koncepční, moderní a sofistikované zařízení na zpracování odpadů K dnešnímu dni je ve světě více jak 25 referenčních staveb a další jsou ve výstavbě nebo v její přípravě

Po vzájemné vyjasnění si výchozích informací Vám připravíme nabídku obsahující všechny důležité prvky:

  • Definujeme ZÁKLADNÍ POPIS PROJEKTU
  • Definujeme VÝROBNÍ KAPACITU LINKY
  • Definujeme VÝTĚŽNOST PRODUKTŮ DLE DRUHU MATERIÁLU
  • Definujeme VÝTĚŽNOST ROPNÉHO PRODUKTU DLE DRUHU MATERIÁLU
  • Definujeme VÝTĚŽNOST SAZÍ DLE DRUHU MATERIÁLU
  • Definujeme OSTATNÍ TRŽBY DLE DRUHU MATERIÁLU
  • Definujme ODHAD INVESTIČNÍCH NÁKLADŮ, vč. doporučené „před projekční“ rezervy
  • Definujeme NÁKLADY NA ZAJIŠTĚNÍ PROVOZU
  • Definujeme ÚČINNOSTI VÝROBY
  • Definujeme VLASTNÍ SPOTŘEBU ELEKTRICKÉ ENERGII CELÉ INSTALACE a navrhneme způsob jejího zajištění
  • Definujeme případné MNOŽSTVÍ VYROBENÉ ELEKTRICKÉ ENERGIE
  • Definujeme případné MNOŽSTVÍ VYROBENÉ TEPELNÉ ENERGIE z kogeneračních jednotek
  • Posoudíme možnost VYUŽITÍ NÍZKO POTENCIONÁLNÍHO TEPLA z pod kapot kogeneračních jednotek a z chladičů plnící směsí, těchto jednotek
  • Vypracujeme ZÁKLADNÍ EKONOMICKOU KALKULACI formou konfrontace provozních nákladů a dosažených výnosů a uvažované doby provozu v ročním pojetí (prostá návratnost) a doplněnou o základní bankovní kalkulaci s uvedením všech standardních ukazatelů vč. vnitřního výnosového procenta IRR (Internal Rate of Return) a krytí dluhové služby DSCR (Debt Service Coverage Ratio)

V případě, že Vás výsledky naší práce, profesionální přístup a parametry uvažovaného projektu přesvědčí, zpracujeme Vám na základě Vaší objednávky PROJEKTOVOU STUDII, která detailně doplní všechny potřebné informace, vč. technologického a dispozičního schématu a zpřesní investiční a provozní náklady na realizaci.

Po zpracování studie a po zvolení vhodného způsobu financování (zajišťujeme potřebnou koordinační asistenci) jsme připraveni REALIZOVAT PŘÍSLUŠNÝ INVESTIČNÍ ZÁMĚR NA KLÍČ. Jako dlouholetí a zkušení provozovatelé investičních celků v oblasti komunální a průmyslové energetiky, Vám poskytneme potřebné poradenství i v této oblasti, případně nabídneme služby týkající se provozu formou zajištění vlastní vysoce motivovanou a profesionální posádkou.

JSME TU PRO VÁS!!!

Systém společnosti je úspěšně nasazen v 10 různých zemích po celém světě

2015 Los Angeles, CA Process: Pyrolysis Operation: New installation Capacity: 24,000 tons/year Feedstock: Sewage sludge

2015
Los Angeles, CA Process: Pyrolysis Operation: New installation Capacity: 24,000 tons/year Feedstock: Sewage sludge

2015 Slovakia, Operation: New installation Capacity: 8,000 tons/year Feedstock: Biomass

2015
Slovakia, Operation: New installation Capacity: 8,000 tons/year Feedstock: Biomass

2014 Aruba Capacity: 26,200 tons/day Feedstock: MSW

2014
Aruba, Capacity: 26,200 tons/day, Feedstock: MSW

2014 Turkey Capacity: 12,600 tons/year Feedstock: Chicken manure

2014
Turkey, Capacity: 12,600 tons/year Feedstock: Chicken manure

2013 Hudson, CO Capacity: 52,000 tons/year Feedstock: Tires

2013
Hudson, CO, Capacity: 52,000 tons/year Feedstock: Tires

2013 Bistrita, Romania Capacity: 8,400 tons/year Feedstock: MSW, tires

2013
Bistrita, Romania, Capacity: 8,400 tons/year, Feedstock: MSW, tires

2012 Chino, CA Process: Pyrolysis Capacity: 15,000 tons/year Feedstock: Cow manure

2012
Chino, CA, Process: Pyrolysis, Capacity: 15,000 tons/year, Feedstock: Cow manure

2012 Chino, CA Process: Gas-to-Liquid Capacity: 15,000 tons/year Feedstock: Cow manure

2012
Chino, CA, Process: Gas-to-Liquid, Capacity: 15,000 tons/year, Feedstock: Cow manure

2012 Portland, PA Capacity: 8,000 tons/year Feedstock: Plastic

2012
Portland, PA, Capacity: 8,000 tons/year, Feedstock: Plastic

2012 Brisbane, Australia Capacity: 16,000 tons/year Feedstock: Coal

2012
Brisbane, Australia, Capacity: 16,000 tons/year, Feedstock: Coal

korea

2009 Korea Capacity: 1,000 tons/year Feedstock: Tires

2008 Carson, CA Process: Pyrolysis Capacity: 250 lbs/hour Feedstock: Bio solid Yield: 30,000 gal/year diesel

2008
Carson, CA, Process: Pyrolysis, Capacity: 250 lbs/hour, Feedstock: Bio solid
Yield: 30,000 gal/year diesel

2008 Carson, CA Process: Gas-to-Liquid Capacity: 250 lbs/hour Feedstock: Bio solid Yield: 30,000 gal/year diesel

2008
Carson, CA, Process: Gas-to-Liquid, Capacity: 250 lbs/hour, Feedstock: Bio solid
Yield: 30,000 gal/year diesel

2008 Zheijang, China Capacity: 8,000 tons/year Feedstock: Medical waste

2008
Zheijang, China, Capacity: 8,000 tons/year, Feedstock: Medical waste

2007 Tacoma, WA Capacity: 500 lbs/hour Feedstock: Tires Yield: Tire oil and carbon

2007
Tacoma, WA, Capacity: 500 lbs/hour, Feedstock: Tires, Yield: Tire oil and carbon

2007 Tennessee Capacity: 1,000 tons/year Feedstock: MSW

2007
Tennessee, Capacity: 1,000 tons/year, Feedstock: MSW

2006 Milan, Italy Capacity: 1,000 tons/year Feedstock: Waste plastic

2006
Milan, Italy, Capacity: 1,000 tons/year, Feedstock: Waste plastic

2004 Chino, CA Capacity: 1,500 tons/year Feedstock: Cow manure

2004
Chino, CA, Capacity: 1,500 tons/year, Feedstock: Cow manure

1993 Dalian, China Capacity: 73,000 tons/year Feedstock: Tires

1993
Dalian, China, Capacity: 73,000 tons/year, Feedstock: Tires

V PŘÍPADĚ ZÁJMU NÁS KONKTAKTUJTE

FFFFVýstřižekSSS