بررسی پیرولیز
بررسی پیرولیز زباله های جامد شهری از ترکیب های مختلف برای تولید گاز
02166791775
09123960995
تحقیقات زیادی بر بهبود بازیافت زباله‌های جامد شهری (municipal solid waste) (MSW) یا به عبارتی دیگر بهبود پیرولیز زباله های شهری برای به دست آوردن انرژی قابل‌استفاده متمرکز شده‌است. فن‌آوری پیرولیز نه تنها می‌تواند حجم MSW را کاهش دهد، بلکه می‌تواند نفت پیرولیز، گاز پیرولیز وکربن بلک را نیز تولید کند که ارزش حرارتی و ویژگی‌های کاربردی بالایی دارند و به طور گسترده‌ای در فعالیت‌های صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرند. در این مقاله، ما تحقیقات مربوط به پیرولیز MSW را با توجه به ترکیب آن مورد بررسی قرار می‌دهیم. تولید و ترکیب فیزیکی MSW (شامل MSW خام و حفاری‌شده)معرفی شده‌است. اثرات اجزای MSW، شامل پلاستیک، زیست‌توده و لاستیک، بر روی محصولات پیرولیز به صورت خلاصه آورده شده‌است. علاوه بر این، پیرولیز MSW خام و حفاری‌شده مورد بحث قرار گرفته‌است. در نهایت، چشم‌انداز و چالش‌های تولید گاز مصنوعی از طریق پیرولیز MSW بیان شده‌است.
پیرولیز زباله شهری
زباله شهری
مقدمه
با رشد اقتصادی و شهرنشینی، مصرف در حال افزایش است که منجر به افزایش تولید مواد زاید جامد شهری (MSW)می‌شود. با توجه به پیش‌بینی بانک جهانی، تا سال ۲۰۵۰، مقدار کل MSW تولید شده در سراسر جهان به ۳.۴ میلیارد تن خواهد رسید. براساس گزارش اداره ملی آمار، تولید MSW به ۲۴۲ میلیون تن در سال ۲۰۱۹ رسید، افزایشی ۶.۱۶ درصدی نسبت به سال ۲۰۱۸ .
MSW معمولاً به ضایعات زندگی روزمره مانند بقایای مواد غذایی، کاغذهای باطله، پلاستیک، لباس و زباله های حیاط اشاره دارد. MSW نه تنها زمین‌های با ارزش را اشغال می‌کند بلکه باعث آلودگی هوا و آب نیز می‌شود، در نتیجه تهدیدی برای سلامت ساکنان و محیط‌زیست به شمار می‌رود.
راه‌های زیادی برای دفع MSW وجود دارد. محل‌های دفن زباله، که می‌توانند شامل مقادیر زیادی از MSW باشند، به طور گسترده‌ای در بسیاری از کشورها مورد استفاده قرار می‌گیرند. با این حال، محل‌های دفن زباله یک منطقه بزرگ را اشغال می‌کنند و شیرابه ممکن است آب زیرزمینی را آلوده کند. سوزاندن می تواند حجم MSW را به میزان بیشتری از طریق عملیات حرارتی کاهش دهد. در مقایسه با عملیات دفن زباله، به مساحت زمین بزرگتری نیاز ندارد. حرارت تولید شده توسط سوزاندن می‌تواند برای تولید برق و سیستم‌های گرمایش مورد استفاده قرار گیرد. با این حال، انتشار خاکستر بادی، سرباره و گازهای آلاینده، مانند SO۲، NOX و دی اکسین ها، به محیط‌زیست آسیب می‌زند. در سال‌های اخیر، محققان توجه به تبدیل زباله به منابع قابل‌استفاده را آغاز کرده‌اند.
به عنوان یک روش نوظهور دفع MSW، پیرولیز MSW مورد توجه گسترده محققان قرار گرفته است. این مطالعه نشان داد که پیرولیز یک تکنولوژی امیدوار کننده و از نظر علمی ارزشمند است.
پیرولیز تخریب حرارتی MSW در یک اتمسفر بی اثر با شکستن پیوندهای شیمیایی در دمای بالا است که نیاز به ورودی انرژی خارجی دارد. در طول فرآیند پیرولیز، ورودی انرژی خارجی، گرمای لازم برای تجزیه گرمایی MSW را فراهم می‌آورد. در مقایسه با سوزاندن، فرآیند MSW به طور قابل‌توجهی جلوگیری از تشکیل دی اکسین های بزرگ و کاهش تشکیل NOX را به دلیل دماهای پایین‌تر و شرایط خنثی آسان‌تر می‌کند. به دلیل ناپایداری حرارتی مواد آلی، MSW تحت مجموعه‌ای از واکنش‌های شیمیایی در طول فرآیند پیرولیز قرار گرفته و محصولات پیرولیز نهایی شامل گاز سنتز، نفت پیرولیز و کربن بلک می‌باشند.
روغن پیرولیتیک که با نام قیر نیز شناخته می‌شود، یک محصول پیرولیتیک معمولی و مهم است. تار غنی از هیدروکربن‌ها، هیدروکربن‌های آروماتیک، مشتقات بنزن و ترکیبات اکسیژن‌دار است. تار معمولا ارزش حرارتی بالایی دارد و کاربردهای بالقوه ای به عنوان سوخت جایگزین دارد. خواص کربن بلک به ترکیب MSW بستگی دارد که می‌تواند به طور بالقوه به عنوان ماده خام برای اصلاح خاک، کودهای شیمیایی و جاذب‌ها استفاده شود.
گاز پیرولیز عمدتاً از هیدروکربن های CO، H2، CH4، C2H6 و C1-C3 تشکیل شده است. بازده و ترکیب گاز عمدتا تحت‌تاثیر ترکیب MSW، دمای پیرولیز، نوع رآکتور و مواد افزودنی قرار می‌گیرند. بازده و ترکیب گاز عمدتا تحت‌تاثیر ترکیب MSW، دمای پیرولیز، نوع رآکتور و مواد افزودنی قرار می‌گیرند. گاز پیرولیز غنی از هیدروکربن است و ارزش حرارتی آن بالا است، در حدود 25-40 MJ/m3، که معادل گاز طبیعی است.
گاز حاوی گوگرد و کلر باید قبل از کاربرد صنعتی از گاز پیرولیز جدا شود. گاز پیرولیز را می‌تواند برای سوخت‌های صنعتی، پالایش نفت خام، تولید متانول و آمونیاک و جایگزین‌های سوخت جامد استفاده شود. در طول پیرولیز MSW، برخی مطالعات نشان داده‌اند که پیرولیز همزمان می‌تواند بازدهی گاز پیرولیز را در مقایسه با پیرولیز تک‌واحدی افزایش دهد. خاطرنشان نموده‌اند که پیرولیز همزمان زیست‌توده، تولید H۲ را در مقایسه با پیرولیز زیست‌توده به تنهایی، بهبود بخشیده‌است. علاوه بر این، افزودن CO۲ و بخار در طول پیرولیز، واکنش اصلاح گاز پیرولیز را بهبود بخشیده و محتوای CO و H۲ گازی که توسط پیرولیز MSW تشکیل شده‌است را افزایش می‌دهد.
بررسی‌های اندکی در مورد ترکیب زباله موثر بر تولید گاز پیرولیز صورت‌گرفته است و هیچ مطالعه ای مبنی در رابطه با پیرولیز MSW حفاری نشده است. در این بررسی، ما به پیرولیز MSW برای تولید گاز مصنوعی و گزارش ویژگی‌های MSW حفاری شده‌پرداخته‌ایم. تولید و ترکیب فیزیکی MSW در ابتدا توضیح داده می‌شود. سپس، اثرات پیرولیز منفرد و چند جزیی MSW بر روی گاز پیرولیز به صورت خلاصه آورده شده‌است و پیرولیز MSW حفر شده مورد بحث قرار گرفته‌است. در نهایت، چشم‌انداز و چالش‌های پیرولیز MSW برای تهیه گاز مصنوعی مورد بررسی قرار گرفته‌است.
اثرات اجزای MSW بر بازده گاز پیرولیز
پیرولیز MSW موجود عمدتا بر توزیع محصولات نهایی، کاتالیزورها و تبدیل انرژی در پیرولیز متمرکز شده‌است. اثرات مهمی از اجزای MSW بر عملکرد پیرولیز وجود دارد. مطالعاتی بر روی پیرولیز ترکیبات خاص، مانند کاه جو ، ضایعات پلاستیکی پزشکی، ضایعات آشپزخانه، لاستیک استیرن – بوتادی ان و لاستیک طبیعی انجام شده‌است. از آنجایی که گاز پیرولیز بخش مهمی از محصولات پیرولیز می‌باشد، لازم است تاثیر ترکیب بر عملکرد گاز پیرولیز مورد بررسی قرار گیرد. این بخش بر اجزای معمولی پلاستیک، زیست توده و لاستیک تمرکز دارد. دمای واکنش، ترکیب عنصری و کاتالیزور از عوامل کلیدی موثر بر بازده گاز هستند. پارامترهای دقیق در جدول زیر نشان‌داده شده‌اند. علاوه بر این، خواص پیرولیز دیگر اجزای MSW مانند ضایعات غذایی، پارچه و کاغذ نیز مطرح شده‌اند.
مطالعات بر روی پیرولیز اجزای مختلف MSW.
مطالعات بر روی پیرولیز اجزای مختلف MSW.
[mks_button size=”medium” title=”همچنین بخوانید: دستگاه پیرولیز لاستیک فرسوده” style=”squared” url=”https://irangasoil.com/services-and-products/plastic-and-rubber-recycling-to-diesel/used-tyre-pyrolysis-machine/” target=”_blank” bg_color=”#ffffff” txt_color=”#ff2121″ icon=”” icon_type=”” nofollow=”0″]
اثرات مولفه های متعدد بر بازدهی گاز پیرولیز
اجزای MSW برای تولید گاز پیرولیز حائز اهمیت می‌باشند. تحقیقات زیادی در مورد پیرولیز MSW خاص، از جمله ویژگی‌های محصولات پلاستیک، چوب و پیرولیز انجام شده‌است. دما، ترکیب عنصری و کاتالیزور، عوامل کلیدی تعیین‌کننده محصولات پیرولیز هستند. مطالعه اثرات هم افزایی اجزای مختلف MSW بر سرعت واکنش، و عملکرد و کیفیت محصول نهایی، در طول فرآیند پیرولیز همزمان، که در آن واکنش‌های پیچیده‌ای در میان بسیاری از واسط‌های تولید شده از این اجزا وجود دارد، ضروری است. این بخش بر تعامل بین اجزای MSW خام و حفاری‌شده تمرکز نموده و بر تاثیر اثرات هم افزایی در طول پیرولیز MSW بر روی گاز پیرولیز که هدف آن دستیابی به سوخت گازی با کیفیت بالا می‌باشد، تاکید می‌نماید.
نمودار پیرولیز انواع زباله شهری
الف) محصول پیرولیز با توجه به دما تولید می کند. (ب) ترکیب غیر قابل تراکم با توجه به دمای تجزیه در اثر حرارت. (ج) فرآورده های گازی تولید شده از طریق گازی سازی محل دفن زباله RDF بدون افزودن سوخت. و (د) محصولات گازی تولید شده از طریق گازی سازی محل دفن زباله RDF با 35 درصد وزنی زیست توده.
چشم‌اندازها و چالش‌های آینده
با رشد سریع جمعیت و توسعه اقتصادی، تولید MSW به یک مساله زیست‌محیطی جهانی تبدیل شده‌است. دفع زباله MSW در میان کشورها و مناطق متفاوت است. کشورها و مناطق توسعه‌یافته سیاست‌های نسبتا دقیقی در MSW دارند و نرخ بازیافت زباله بالا است. در چین، که مقدار زیادی زباله تولید می‌کند، طبقه‌بندی MSW در مقطعی نسبتاً دیر شروع شد و اقدامات سیستماتیک تفکیک زباله در سراسر کشور اجرا نشده است. یک معیار طبقه بندی زباله خوب، امکان ایجاد یک سیستم مدیریت یکپارچه زباله را فراهم می کند. ترکیب MSW بر اساس مناطق مختلف, متفاوت است، و پیش تصفیه موثر می تواند طبقه بندی و بازیافت MSW را تسهیل کند. بنابراین، روش های پیش تصفیه سیستماتیک و موثر مانند خشک کردن و خرد کردن ضروری است. به طور مشابه، روش‌های تصفیه بی‌ضرر جایگزین برای پر کردن شکاف بین دفع و استفاده از MSW مورد نیاز است.
مطالعات پیرولیز MSW بر روی تولید کربن بلک و قیر متمرکز شده‌است. بیشتر مطالعات انجام‌شده بر روی سوخت‌های گازی تولید شده توسط پیرولیز در آزمایشگاه انجام‌شده و کاربردهای تجاری در مقیاس بزرگ همچنان مبهم می‌باشند. اجزای MSW متنوع می‌باشند و پیرولیز زباله مخلوط شامل اثرات هم افزایی می‌باشد. نسبت‌های زیست توده، پلاستیک و لاستیک می‌توانند بازده و کیفیت محصول نهایی را تحت‌تاثیر قرار دهند. بنابراین، تحقیقات آینده باید بر روی فرآیند پیرولیز و بازدهی و خالص‌سازی گاز پیرولیز متمرکز باشند. تحقیقات کمی در مورد برهم کنش‌های جامدات، مایعات و گازها در پیرولیز وجود دارد و اثرات هم افزایی در طول پیرولیز MSW باید مورد مطالعه قرار گیرد. بازده و کیفیت گاز پیرولیز را می توان با تغییر شرایط واکنش و افزودن کاتالیزور بهبود بخشید، اما هزینه‌ها و امکان‌پذیری در طول فرآیند تولید واقعی باید در نظر گرفته شود. لو و همکارانش، نشان داده‌اند که اثرات پیرولیز باید در آزمایش‌های صنعتی و نیمه‌صنعتی جهت تعیین امکان‌سنجی اقتصادی و زیست‌محیطی مورد تایید قرار گیرد. زئولیت اسیدی و قلیایی، کاتالیست های خوبی برای پیرولیز همزمان زیست‌توده و پلاستیک‌ها می‌باشند. با این حال، همچنین باید در نظر گرفت که آیا استفاده از زئولیت طبیعی ممکن است تجهیزات را تخریب کند و ذرات زئولیت می تواند کیفیت روغن پیرولیز را کاهش دهد یا خیر. بهینه‌سازی شرایط پیرولیز، بازدهی گاز پیرولیز و ارزش اقتصادی آن را بهبود بخشیده و اثرات زیست‌محیطی را کاهش خواهد داد.
همچنین تحقیقاتی را در مورد پیرولیز MSW حفاری شده مورد بررسی قرار دادیم. به دلیل سال‌ها دفن زیرزمینی، ترکیب MSW حفر شده تغییر کرده‌است. در مقایسه با MSW خام، محتوای قابل احتراق و رطوبت کاهش می‌یابد، در حالی که ارزش حرارتی افزایش می‌یابد. در سال‌های اخیر، MSW حفاری‌شده توجه گسترده‌ای را به خود جلب کرده‌است که شامل استخراج زباله‌های ذخیره‌شده از محل‌های دفن زباله قدیمی برای به دست آوردن مواد زاید، بازیافت زباله‌های با کالری بالا در زمین‌های موجود است. نگرانی اصلی در مورد پیرولیز، احتمال فراتر رفتن از محتوای فلزات سنگین در MSW حفاری شده‌است، بنابراین، ارزیابی ریسک MSW قبل از پیرولیز ضروری می‌باشد. محتوای خاک مانند ریز حفاری MSW بالا است که منجر به سایش تجهیزات پیرولیز و لوله‌های گاز دودکش در لوله‌های اگزوز می‌شود. ارزش حرارتی MSW حفاری شده‌بالاتر از MSW خام است، بنابراین پایداری حرارتی زباله سوز باید در طول فرآیند عملیات حرارتی در نظر گرفته شود.
ورودی و خروجی کارخانه پیرولیز پلاستیک و لاستیک
ورودی و خروجی کارخانه پیرولیز پلاستیک و لاستیک
نتیجه‌گیری
فن‌آوری پیرولیز MSW نه تنها امکان کاهش گسترده در حجم زباله را فراهم می‌آورد، بلکه محصولات نهایی ارزشمندی را تولید می‌کند که ارزش حرارتی و ویژگی‌های کاربردی بالایی دارند. در این مقاله، تولید و ترکیب فیزیکی MSW و اثرات تک و چند جزئی بر عملکرد تولید گاز پیرولیز MSW مورد بررسی قرار گرفت. ترکیب MSW تا حد زیادی با توجه به تاثیر مناطق، فصول، و با توجه به عادات زندگی و سیاست‌های نظارتی متفاوت است. ویژگی‌های فیدرهای MSW حفر شده تحت‌تاثیر عوامل مختلفی از روش ذخیره‌سازی، زمان دفن زباله و سیاست دسته‌بندی در کشورهای مختلف است. با افزایش زمان دفن زباله، مواد فاسدشدنی مانند مواد غذایی و ضایعات باغی از MSW خام در محل های دفن زباله تجزیه می شوند. عملکرد پیرولیز اجزای MSW شامل پلاستیک، لاستیک و زیست‌توده را مورد بررسی قرار داده‌ایم. دما، ترکیب عنصری و کاتالیزور عوامل کلیدی تعیین‌کننده بازده گاز پیرولیز هستند. علاوه بر این، پیرولیز همزمان مولفه‌های چندگانه می‌تواند برای بهبود بازدهی محصول نهایی، برهمکنش ایجاد نماید. در نهایت، چالش‌ها و چشم اندازه‌ای توسعه فن‌آوری پیرولیز MSW در فرآیند کاربرد صنعتی سازی را شرح داده‌ایم.