Пиролиз твердых бытовых отходов

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………………………..……………………….3

РЕЗЮМЕ……………………………………………………………………………………………………………...6

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ  СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА……………………………………………...9

1.1. Обоснование  выбранного направления………………………………………..…………10

1.2. Цель и  задачи исследований…………………………………………………………………….11

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЙ  УДАЛЕНИЯ ТБО…………….………………………11

2.1. Характеристика предприятия………………………..………………………………………….11

2.2. Описание характера бизнеса …………………………….……………………….…………….12

ГЛАВА 3. ЭКОНОМИЧЕСКОЕ  ОБОСНОВАНИЕ РАЗРАБОТАННОЙ ТЕХНОЛОГИИ…………………………………………………………………………….……………………..16

ЗАКЛЮЧЕНИЕ…………………………………………………………………………………………………….28

Список литературы…………………………………………………………..………………………....29

ВВЕДЕНИЕ

Природные ресурсы, которые потребляет человечество, можно условно разделить на две  части: возобновляемые и невозобновляемые. К возобновляемым ресурсам относятся  все те ресурсы, которые можно  восстановить с помощью фотосинтеза  в обозримый отрезок времени. Речь идёт в первую очередь о всех видах растительности и тех ресурсах, которые можно из неё получить. К невозобновляемым относятся полезные ископаемые, которые в обозримое  геологическое время уже не восстановятся.

Используемые  человечеством технологии ориентированы  в первую очередь на использование  невозобновляемых природных ресурсов. Это нефть, уголь, руды и т.п. При  этом их использование технологически влечёт за собой нарушения в окружающем мире: уменьшается плодородие почв и количество пресной воды, загрязняется атмосфера и т.п.

Сегодня, используя сложившиеся технологии, человечество имеет разнообразнейшую структуру всевозможных отходов  бытового и промышленного происхождения. Эти отходы, постепенно накапливаясь, превратились в настоящее бедствие. Правительства развитых стран начинают все большее внимание уделять  вопросам охраны окружающей среды и  поощряют создание соответствующих  технологий. Развиваются системы  очистки территорий от мусора и технологии его сжигания. Однако есть достаточно много причин считать, что технологии сжигания мусора являются тупиковыми. Уже в настоящее время затраты  на сжигание 1 кг мусора составляют 65 центов. Если не перейти на другие технологии ликвидации отходов, то затраты будут  расти. При этом следует иметь  в виду, что необходимы такие новые  технологии, которые со временем могли  бы обеспечить, с одной стороны, потребительские  запросы населения, а с другой стороны, сохранность окружающей среды.

В настоящее  время такие технологии уже появились. Появилась принципиальная возможность  не только существенно снизить затраты  на ликвидацию отходов, но и получить при этом экономический эффект.

Недостатком технологий термического фракционирования является необходимость предварительно классифицировать отходы по видам мусора, что требует внедрения на государственном  уровне технологий по сбору мусора. В этой области уже есть положительные  примеры. Например, Австрия. Но для большинства  стран такие технологии ещё необходимо создавать.

Поэтому очень большой интерес представляют технологии переработки мусора (городских  свалок и т.п.) с получением при  этом полезных продуктов и положительного экономического эффекта.

Помимо  серьезного загрязнения воздуха, технологии утилизации отходов при помощи сжигания, по утверждению экологических организаций, "сжигают не только мусор, но и  реальные деньги". Альтернативой  этому методу является переработка  мусора, с его последующей сортировкой  на составляющие. Технология, применяемая  на ЗАО "Белэкоком", белгородском предприятии по переработке отходов, отвечает всем нормативным показателям  экологического контроля, применяемым  к подобным заводам. Здесь отсутствуют  процессы химической и термической  переработки мусора, что существенно  повышает экологическую безопасность. А спрессованные отходы реализуются  на рынке переработанных материалов.

По оценкам  специалистов, более 60% городских отходов - это потенциальное вторичное  сырье, которое можно переработать и с выгодой реализовать. Еще  около 30% - это органические отходы, которые можно превратить в компост.

Проблема  полного уничтожения или частичной  утилизации твердых бытовых отходов (ТБО) — бытового мусора — актуальна, прежде всего, с точки зрения отрицательного воздействия на окружающую среду. Твердые  бытовые отходы - это богатый источник вторичных ресурсов (в том числе  черных, цветных, редких и рассеянных металлов), а также "бесплатный" энергоноситель, так как бытовой  мусор - возобновляемое углеродсодержащее  энергетическое сырье для топливной  энергетики. Однако для любого города и населенного пункта проблема удаления или обезвреживания твердых бытовых  отходов всегда является в первую очередь проблемой экологической. Весьма важно, чтобы процессы утилизации бытовых отходов не нарушали экологическую  безопасность города, нормальное функционирование городского хозяйства с точки зрения общественной санитарии и гигиены, а также условия жизни населения в целом. Как известно, подавляющая масса ТБО в мире пока складируется на мусорных свалках, стихийных или специально организованных в виде "мусорных полигонов". Однако это самый неэффективный способ борьбы с ТБО, так как мусорные свалки, занимающие огромные территории часто плодородных земель и характеризующиеся высокой концентрацией углеродсодержащих материалов (бумага, полиэтилен, пластик, дерево, резина), часто горят, загрязняя окружающую среду отходящими газами. Кроме того, мусорные свалки являются источником загрязнения как поверхностных, так и подземных вод за счет дренажа свалок атмосферными осадками. Зарубежный опыт показывает, что рациональная организация переработки ТБО дает возможность использовать до 90% продуктов утилизации в строительной индустрии, например в качестве заполнителя бетона.

По данным специализированных фирм, осуществляющих в настоящее время даже малоперспективные  технологии прямого сжигания твердых  бытовых отходов, реализация термических  методов при сжигании 1000 кг ТБО  позволит получить тепловую энергию, эквивалентную  сжиганию 250 кг мазута. Однако реальная экономия будет еще больше, поскольку  не учитывают сам факт сохранения первичного сырья и затраты на добычу его, т. е. нефти и получения  из нее мазута. Кроме того, в развитых странах существует законодательное  ограничение на содержание в 1 м³ выбрасываемого в атмосферу дымового газа не более 0,1х10^-9 г двуокиси азота и фуранов при сжигании отходов. Эти ограничения диктуют необходимость поисков технологических путей обеззараживания ТБО с наименьшим отрицательным влиянием на окружающую среду, особенно мусорных свалок. Следовательно, присутствие бытового мусора в открытых свалках крайне отрицательно влияет на окружающую среду и как следствие — на человека.В настоящее время существует ряд способов хранения и переработки твердых бытовых отходов, а именно: предварительная сортировка, санитарная земляная засыпка, сжигание, биотермическое компостирование, низкотемпературный пиролиз, высокотемпературный пиролиз.

РЕЗЮМЕ

Один из наиболее значимых для города неблагоприятный экологический  фактор, важнейший показатель санитарного  благополучия населения и общественной гигиены – это удаление и обезвреживание твердых бытовых отходов.

Среди методов ликвидации отходов сейчас первое место принадлежит  полигонам ТБО, на которые вывозят  около от 90 до 95% отходов, сжигание составляет не выше 10%. Но полигоны - это мины замедленного действия, действующие десятки лет. Они наносят огромный экологический  и социальный ущерб природной  среде и населению. Отмечается не только сильнейшее поверхностное загрязнение  почв на огромных территориях, но также  загрязнение подземных вод и  грунтов до глубины более 20 метров. Также установлено, что воды фильтратов являются источником загрязнения поверхностных  вод по нитратам, аммонию, Fe, Cr, Ba,Ti, P, Ni, Cl от 2 до 100 ПДК. Кроме того, в состав загрязняющих компонентов при многократном превышении ПДК входят другие вредные вещества. Такие воды токсичны для большинства живых организмов. Вблизи полигона ТБО могут располагаться артезианские водонапорные скважины из горизонтов, испытывающих непрерывное загрязнение фильтратами полигона. Кроме того, на окружающую среду оказывает влияние выделение биогаза метана, углекислого газа, кислорода, содержание которых может составлять десятки процентов. Эти величины превышают санитарные нормы и могут вызвать удушье человека. Помимо прочего, возможно самовозгорание отходов.

Вторым направлением утилизации ТБО  является переработка в органическое удобрение и получение энергии. Настоящий проект разработан с целью  внедрения в производство комплекса  по переработке твердых бытовых  отходов для получения энергии  и использования продуктов переработки  ТБО. Проект основан на высокоэффективном  и экологически безопасном способе  переработки (уничтожения) органических веществ путем низкотемпературного (t 600-700 °C) мгновенного пиролиза. Проект позволяет решить проблему уничтожения  коммунальных и промышленных отходов, используя экологически безопасную технологию, с получением на выходе энергии и полезных продуктов, пригодных для дальнейшего использования в хозяйстве.

Основной  бизнес-идеей проекта является строительство  компании для переработки твердых  бытовых отходов на базе современных  технологий.

Целями  бизнес-плана является:             

   Создание современного высокотехнологичного производства;                  

укрепление  финансового состояния предприятия;                 

внедрение прогрессивных инновационных технологий на базе современного оборудования.                 

расширение сферы деятельности предприятия.

Сильными  сторонами проекта являются:                 

создание  нового в рамках республики объекта, который способен приносить общественную выгоду и прибыльность работы предприятия;                  

наличие существующих производственных мощностей;                  

прогрессивность применяемой технологии;                 

экологичность и безопасность производства;                 

высокая величина внутренней нормы рентабельности.

Получаемый эффект:  улучшение санитарного состояния города, улучшение   экологической обстановки, значительное (более чем в 10 раз) снижение затрат на захоронение отходов и ликвидацию экологических последствий хранения отходов, значительное (более чем в 10 раз) замедление расширения земельных площадей, занимаемых полигонами для захоронения отходов, получение полезных продуктов (пиролизного горючего газа, горячей воды и углеподобного остатка) и, как следствие, увеличение потока прибыли, получаемой от реализации этих продуктов.

Коммерческая  эффективность проекта.

Интегральные  показатели проекта:                 

чистый  дисконтированный доход (NPV) = 488,5 тыс.евро.                  

дисконтированный  период окупаемости (PBP) = 3,6 лет.

Интегральные  показатели наглядно демонстрируют  экономическую эффективность проекта  и позволяют принять решение  о целесообразности реализации проекта.

Бизнес-план разработан в соответствии «Методическими рекомендациями по оценке эффективности инвестиционных проектов».

При подготовке использовались следующие источники  информации:                       

информация  из сети Интернет;                       

анализ  газетных и журнальных статей по проблеме переработки отходов. 

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

Исходя из практики переработки ТБО на мусоросжигательных заводах, наиболее перспективным является способ обезвреживания ТБО в две  ступени: аэробное биотермическое компостирование органической части ТБО (биотермический метод) с получением компоста — ценного органического удобрения, или биотоплива; пиролиз некомпостируемой части бытовых отходов (НБО), включающих резину, кожу, пластмассы.

Пиролиз — процесс термического разложения отходов без доступа окислителя.

Для процессов  пирогенетического разложения характерно стехиометрическое уравнение, подобное уравнениям химических реакций: отходы→газ+смолы+водный раствор+углеродистый твердый остаток (кокс) Соотношение количеств получаемых продуктов (газообразных, жидких и твердых) зависит от условий пиролиза и состава сырья. Особое влияние на процесс оказывают скорость нагревания и температура, с повышением которых значительно увеличивается выход газа (растет содержание водорода) и жидких продуктов.Пиролиз НБО способствует созданию безотходных и малоотходных технологий и рациональному использованию природных ресурсов.

В основу классификации пиролизных установок положен температурный уровень процесса, поскольку именно температурой определяется выход и качество продуктов пиролиза отходов того или иного состава. В соответствии с этим различают три разновидности пиролиза:

- низкотемпературный (полукоксование). Проводится при 450…550 °С, характеризуемый минимальным выходом газа, максимальным количеством смол и твердых остатков;

- среднетемпературный (среднетемпературное полукоксование). Проводится до 800 °С, характеризуется увеличением выхода газа (но снижением его теплоты сгорания), с уменьшением выхода жидкого и твердого продуктов;

высокотемпературный (коксование). Проводится при температурах 900-1050°С) характеризуется максимальным выходом газов и минимальными количествами жидкого и твердого продуктов.

В настоящее  время, в условиях роста цен на нефть и природный газ, а также  ужесточения экологических требований, производство пиролизного газа из угля и растительной биомассы оказывается  очень актуальным.Таким образом, возобновляемым и экологичным сырьем для получения тепловой и электрической  энергии являются любые биологические  и полимерные отходы:

· Отходы сельского  хозяйства

· Коммунальные и бытовые отходы (ТБО).

· Отходы промышленных производств

· Отходы древообрабатывающей  промышленности, лесного хозяйства (ветки, опилки, обрезь, щепа, кора).

· Малоценные ископаемые подобные торфу, бурым углям.

Важно заметить, что количество загрязняющих веществ, выделяющихся при пиролизе, составляет примерно половину от выделяющихся при  сжигании таких же объемов ТБО  на мусоросжигательных заводах.

1.1. Обоснование выбранного направления

Будут рассмотрены перспективы  внедрения пиролизной установки  на рынок Удмуртии и России.

Будет выявлено наиболее экономичное  сырье для переработки.

Будут рассмотрены наиболее целесообразные технологические процессы при переработке.

Будут поставлены опыты по снижению затрат при переработке.  

1.2. Цель и задачи исследований

• решить основную проблему скопления отходов,
• избежать дополнительных затрат на оздоровительные и экологические программы вследствие уничтожения основных источников распространения инфекций,
• предотвратить экологическую катастрофу в крупных городах
• создать новый, экологически безопасный гарантированный источник электроэнергии для питания городских домов и производств.
• Сборка установки для переработки ТБО

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЙ  УДАЛЕНИЯ ТБО

2.1. ХАРАКТКРИСТИКА ПРЕДПРИЯТИЯ.

Создаваемое предприятие будет расположено  на территории полигона или в промзоне города Ижевска. Предложенная Заказчиком площадка должна отвечать всем требованиям предлагаемого проекта – недалеко должен находится  полигон, необходим подвод магистральной электроэнергии, должна быть предоставлена площадка для размещения завода, проложены удобные подъездные пути и т.д. Правовая форма – закрытое акционерное общество (или иная) с распределенным уставным фондом в оговоренном процентном соотношении.

Инфраструктура

В качестве площадки для создания высокотехнологической  линии по утилизации ТБО предполагается выбрать производственный (или иной) участок, территория которого может  составлять до 2 га (мин. 0,4 га). Это обусловлено  тем, что завод мощностью 50 тыс. тонн в год будет состоять из пяти модулей (комплексов), которые могут работать автономно и быть сооружены поэтапно. На огороженной бетонным забором  территории должны быть расположены  производственные площади, в т.ч.:

- административно-бытовые  помещения –  (можно модульного типа с  обеспечением всех норм санитарно-бытового обслуживания персонала);

- холодный  ангар;

- склад  готовой продукции;

- площадку  для разгрузки и хранения ТБО.

Участок должен находится в промзоне полигона. Санитарная зона вокруг предприятия  составляет свыше 500 м, что позволяет  организовать указанное выше производство, не входя в противоречия с требованиями СЭС.

2.2. ОПИСАНИЕ ХАРАКТЕРА  БИЗНЕСА.

В настоящее время в Удмуртской Республике практически отсутствует высокотехнологическая индустрия утилизации промышленных и бытовых отходов. Имеющиеся мощности не способны обработать бытовой мусор, объем которого достиг  примерно 212 кг на человека в год и продолжает постоянно увеличиваться. Комплекс по переработке ТБО посредством технологии ТЕРМОУДАРА позволяет проводить практически 100% утилизацию отходов при отсутствии какого-либо загрязнения окружающей среды.

Процесс переработки несортированных ТБО  является одним из сложнейших вследствие наличия в них разнообазных (оганических  и неорганических) веществ, а также  вследствие наличия в них большого количества различных по размерам отходов. При создании процесса необходимо учитывать  широкий диапазон состава веществ  и отходов по размерам и назначению.

На завершающем этапе переработки  неорганических соединений используются общеизвестные технологические процессы.

В начале процесса в блоке отделения от общей массы ТБО отделяются крупногабаритные отходы, которые затем разделяются  на отходы, состоящие преимущественно  из органической и неорганической частей.

Неорганические  крупногабаритные отходы поступают  в блок разделки, где разделываются  на части, размеры которых определяются загрузочным устройством камеры окисления. После прохождения камеры окисления они соединяются с  неорганическими отходами основного  потока и направляются на дальнейшую переработку в соответствии с  общеизвестными технологиями.

Крупногабаритные  отходы, состоящие преимущественно  из органической части (пластмасса, древесина  и т.д.) после грубого дробления (блок предварительного дробления) попадают в основной поток движения отходов.

Рис. 1. Технологическая схема

Оставшиеся  после удаления крупногабаритных предметов  органические и неорганические отходы поступают в блок измельчения, затем  направляются в камеру предварительного подогрева (температура в камере порядка 200 ^oС или выше). Температура в камере определяется условиями удаления воды и других относительно легкокипящих соединений.

Из камеры предварительного подогрева отходы попадают в реактор термоудара, где  мгновенно нагреваются до температуры 650-700 ^oС. При этой температуре протекает высокоскоростной пиролиз органических соединений с образованием твердых и газообразных продуктов. В камере предварительного подогрева и реакторе термоудара процессы проводятся без доступа воздуха.

Твердые отходы, содержащие и неорганическую часть, из реактора поступают в блок сбора и направляются в блок разделения, где более легкий по плотности органический остаток отделяется от неорганического. Органический остаток, представляющий собой углеподобный продукт, сушится и направляется на дальнейшее использование.

Неорганический  остаток попадает в камеру окисления, где удаляются последние следы  органических соединений. К неорганическому  остатку основного потока, вышедшего  из камеры окисления, добавляется неорганический остаток крупногабаритных отходов, прошедший через блок разделки и  камеру окисления.

Оставшийся  после окисления неорганический остаток, содержащий соединения металлов, стекло и т.д., направляется на плавление, разделение и по известным технологиям  перерабатывается в полезный продукт.

Содержание  неорганического остатка обычно ниже, чем 10% от исходного ТБО.

Получаемые  на различных стадиях газовые  фракции направляются на очистку  и частичную конденсацию с  выделением полезных продуктов. Оставшийся газ разделяется на компоненты и/или  дожигается в установке. После дожигания  газ очищается и выводится. В  соответствии с требованиями экологии в схеме может содержаться  блок поглощения основного количества CO₂.

Выделяемые  в процессе для дальнейшего использования  продукты определяются составом ТБО  и пожеланиями Заказчика.

При наличиии в ТБО радиоактивных соединений они должны контролироваться на входе (отходы) и выходе (продукты) процесса. Оставшая радиоактивная часть отходов  подлежит захоронению.

Вследствие значительного колебания  исходного состава несортированных  ТБО в процессе большое внимание уделяется контролирующим и регулирующим системам (приборам).

Преимущества  процесса:

·                     относительно небольшие энергозатраты при переработке единицы ТБО вследствие нагрева до высоких температур меньшего количества вещества, чем в обычно используемых процессах, и преимущественно энтропийного характера процесса пиролиза,

·                     использование малого количества кислорода (воздуха),

·                     максимальная степень допустимой переработки или уничтожения отходов,

·                     минимальное возможное количество выводимых из системы соединений.  

ГЛАВА 3. ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ РАЗРАБОТАННОЙ ТЕХНОЛОГИИ

Общая сумма проекта: 3 600 000 руб. Условия  кредитования: 12% годовых в рублях на 3 года. Предложение по финансированию проекта:  привлекаемые инвестиции из областного бюджета. Окупаемость  проекта:  3 года с момента пуска  предприятия.

Получаемый эффект:  улучшение  санитарного состояния города, улучшение   экологической обстановки, значительное (более чем в 10 раз) снижение затрат на захоронение отходов и ликвидацию экологических последствий хранения отходов значительное (более чем  в 10 раз) замедление расширения земельных  площадей, занимаемых полигонами для  захоронения отходов получение  полезных продуктов (пиролизного горючего газа, горячей воды и углеподобного  остатка) и, как следствие, увеличение потока прибыли, получаемой от реализации этих продуктов.

Создаваемое предприятие будет  расположено на территории полигона в пос. Пугачево. Предложенная площадка должна отвечать всем требованиям предлагаемого  проекта – недалеко должен находится  полигон, необходим подвод магистральной  электроэнергия, должна быть предоставлена  площадка для размещения завода, проложены  удобные подъездные пути и т.д.

В качестве площадки для создания высокотехнологической линии по утилизации ТБО предполагается выбрать  производственный участок на территории настоящего полигона в пос. Пугачево, территория которого может составлять до 2 га.

На огороженной бетонным забором  территории должны быть расположены  производственные площади, в т.ч.:

- административно-бытовые помещения  –  (можно модульного типа с   обеспечением всех норм санитарно-бытового  обслуживания персонала)

- холодный ангар 

- склад готовой продукции 

- площадку для разгрузки и  хранения ТБО 

Участок будет находиться в промзоне полигона. Санитарная зона вокруг предприятия  составляет свыше 500 м, что позволяет  организовать указанное выше производство, не входя в противоречия  требованиями СЭС 

Для оценки экономической эффективности  инвестиционного проекта осуществим расчет затрат проекта.

Стоимость основного оборудования завода мощностью 10 тыс. тонн в год представлены в таблице 1.

 Таблица 1 - Смета капитальных вложений.

Амортизационные отчисления рассчитываются исходя из средней нормы линейной амортизации 5% в год. Для целей  расчета стоимость основных средств  принимается в сумме  3 600 000 руб. Отсюда ежемесячные амортизационные  отчисления составляют:

3 600 000 х 0,05  / 12=15000 руб. Отсюда 15 000/25/16 = 37,5 в руб/час, а  так  как в час производится 2 тонны,  то за 1 тонну:  37,5/2 = 18,75 рублей.

Рассчитаем прибыль от продажи  продуктов переработки ТБО.

Приведенный ниже расчет дан для  одного комплекса производительностью 2т/час (10 тыс. тонн/год) – одного модуля.

Горячий пар (t 300 °C) - переработка исходного  сырья  в сутки:

2 т  х 16 часов = 32 т/сутки

32 т. х 40% (средний объем содержания  воды в исходном сырье) = 12,80т. 

12,80 т. х 360 руб. (средняя стоимость  кубометра воды) = 4608,0 руб.

4608,0 х 300 раб. дней = 1 048 300руб. 

На собственные нужды комплекс использует 20 % пара, т.е. прибыль от продажи потребителю излишков пара составит  110 592 руб..

Высококалорийный пиролизный горючий  газ  (калорийность 4500-5000 ккал/м3  против 1500-2000 ккал/м3 генераторного  газа) - переработка исходного сырья  в сутки:

2 т  х 16 часов = 32 т/сутки

32 т. х 50% (средний объем пиролизующейся  органики  в исходном сырье)  = 16 т. 

16 т.  х 0,80 (коэффициент перевода  кг. в литры для газа) = 12800 литров

12’800 х 4,8 руб. (средняя стоимость  литра расфасованного генераторного  газа)  = 614 4 руб.

6144 руб. х 300 раб. дней = 1 843 200руб. 

На собственные нужды комплекс использует 20 % газа, т.е. прибыль от продажи   потребителю излишков газа составит  14 745 600 руб.

Углеподобный продукт может  быть использован в строительной промышленности в качестве крошки-наполнителя. Средняя рыночная стоимость подобного  наполнителя –  300 руб./т.

Переработка углеподобного продукта  в сутки:

2 т  х 16 часов = 32 т/сутки

32 т. х 10% (средний объем неорганики  в исходном сырье, выделяющийся  в углеподобный остаток) = 3,2 т. 

3,2 т.  х   3000 руб.  =  9600 руб.

9600 руб. х 300 раб. дней = 2 880 000руб. 

Таблица 2 - Прибыль от реализации вторичного сырья.

Для того чтобы рассчитать себестоимость, необходимо выяснить  фонд заработной платы производственных рабочих.