Upływ czasu = stały wzrost entropii. CYWILIZACJA czyli porządkowanie materii z lokalnym spadkiem entropii

Transkrypt

1 Piotr Sarré "Technologia RATech w przetwarzaniu odpadów komunalnych, organicznych przemysłowych oraz biomasy na standaryzowane paliwo gazowe i paliwa ciekłe". Sympozjum w Rzeszowie, Marzec 2008 Wstęp Aby sensownie zmierzyć się z problematyką odpadów należy pamiętać, że tak jak w każdej dziedzinie i tutaj obowiązuje prawo zachowania masy i energii, więc żadnego cudu likwidacji odpadów dokonać się nie da. Trzeba także sobie jasno powiedzieć, że żadne procesy rzeczywiste nie zachodzą ze 100% wydajnością, stąd odpady będą wytwarzane tak długo, jak długo będzie istnieć cywilizacja, która jest takim samym naturalnym elementem środowiska jak wirusy, żabki, kwiatki, czy wieloryby. Zarówno ewolucjoniści jak i kreacjoniści nie potrafią w sposób pewny odpowiedzieć na pytanie jaki jest cel istnienia części materii, która nie wiadomo w jakim celu ulega lokalnemu uporządkowaniu wbrew ogólnej tendencji wzrostu entropii wszechświata. Skoro zatem jedynym pewnym, wspólnym celem obszaru nazywanego życiem jest lokalne zwiększanie uporządkowania materii. A jednocześnie produkty uboczne tego zjawiska, nazywane fatalnie w odniesieniu do cywilizacji odpadami, są nieuniknione, to jedynym sensownym działaniem wydaje się być doprowadzenie tych produktów ubocznych do stanu możliwie niskiego potencjału termodynamicznego na korzyść kreowania cywilizacyjnego porządkowania. Zasadę tę ilustruje poniższy rysunek Upływ czasu = stały wzrost entropii sfera bilansowa CYWILIZACJA czyli porządkowanie materii z lokalnym spadkiem entropii odpady odpady szybszy wzrost entropii odpady ZADANIE CYWILIZACJI POLEGA NA PORZĄDKOWANIU MATERII KOSZTEM MAKSYMALIZACJI WROSTU ENTROPII ODPADÓW Kierując się powyższym racjonalnym założeniem, firma RATech opracowała proces pozwalający w ekonomiczny sposób przetwarzać wyjątkowo szerokie spektrum różnych cywilizacyjnych produktów ubocznych, w szczególności związanych z codziennym bytowaniem 1

2 ludzi, z głębokim odzyskaniem energii zawartej w substancjach organicznych oraz selektywnym wydzieleniem metali i substancji mineralnych. Istota procesu RATech Mając świadomość ograniczeń i wad stosowanych dotąd metod takich jak składowanie, kompostowanie, fermentacja metanowa, recykling, spalanie, opracowano proces, który jest najbliższy sposobom jakie stosuje świat roślin do wykorzystania swoich produktów ubocznych. Zasadniczym założeniem było wprowadzenie dwutlenku węgla i pary wodnej do przyrodniczego obiegu produkcji biomasy, wydzielenia i zawrócenia metali oraz przetworzenia zawartości składników mineralnych na możliwe do stosowania tworzywo budowlane. Ideę tę ilustruje poniższy schemat: energia UV węglowodany aminokwasy lipidy tlen CO 2, H 2 O, NH 3 NO X węglowodany gnicie aminokwasy lipidy próchnica humifikacja energia uwęglanie DESTYLACJA 70 mln lat 1 godzina węgle i węglowodory Zatem jest to znany proces odgazowania nazywany trafnie w języku polskim suchą destylacją. Nazwa ta historycznie przypisana wytwarzaniu węgla drzewnego jest tu dobrze uzasadniona, gdyż najistotniejszym składnikiem odpadów komunalnych są resztki roślinne. Przy odgazowaniu drewna produktem stałym jest węgiel drzewny o bardzo małym zapopieleniu. Natomiast otrzymywany z odpadów komunalnych przejmuje cały balast składników mineralnych obniżających jego wartość opałową. Na dodatek ustawodawca zapisał taki produkt jako odpad, którego spalanie czy współspalanie wiąże się z bardzo kosztownymi rygorami emisyjnymi. Dlatego w naszym systemie istnieje drugie urządzenie w którym wydzielany jest cały ten węgiel w postaci tlenku węgla do fazy gazowej a niejako przy okazji produkowany jest też w dużych ilościach wodór. Jednocześnie gaz z pierwszego urządzenia podlega przemianom likwidującym z jego składu wyższe węglowodory. Ostatecznie otrzymujemy standaryzowany, średniokaloryczny gaz przemysłowy a osobno czyste metale i zeszklone składniki mineralne w postaci kruszywa. Pozostałe po odkwaszaniu gazu mokre gipsy nie powinny przekraczać 0,5% masy początkowego wsadu odpadów. 2

3 Schemat takiej linii wytwarzania standaryzowanego paliwa gazowego z dowolnego rodzaju substancji organicznych pokazuje poniższy rysunek: Odpady poprzez system śluz i zagęszczających podajników wprowadzane są do obrotowego cylindrycznego urządzenia o specjalnej konstrukcji, ogrzewanego przeponowo. W warunkach zmiennych temperatur w obecności dodawanych reagentów mineralnych w czasie ok. 1 godziny wszystkie związki organiczne ulegają rozpadowi wydzielając mieszaninę gazów w której dominuje CO 2, CO, CH 4, H 2 i para wodna. Składniki kwaśne takie jak siarka i chlor w większości zostają związane chemicznie w fazie stałej. W fazie stałej pozostają także wszystkie elementy metalowe uwolnione od wszelkich powłok organicznych. Na końcu destylatora znajduje się zespół urządzeń, w których następuje rozdzielenie gazu od fazy stałej, a z fazy stałej usuwane są metale z rozdziałem na żelazne i kolorowe oraz większe niż 1 cm części mineralne. Pozostałość w postaci pylistego, silnie zapopielonego węgla przechodzi do drugiej części instalacji, gdzie w standardowym dobranym urządzeniu jest poddawana zgazowaniu parą wodną zawartą w gazie wytwarzanym w pierwszym urządzeniu. Deficyt energetyczny zgazowania parą wodną pokrywany jest poprzez dozowanie ściśle określonych ilości tlenu. Tlen wytwarzany jest poprzez mikrofiltrację z powietrza na urządzeniach licencjonowanych przez Instytut Ciężkiej Syntezy Organicznej z Blachowni. Popiół ze zgazowarki poddawany jest stapianiu w osobnym piecu w temperaturze C i szokowo schładzany z rozpadem na drobny grys. Do podtrzymania procesu destylacji i topienia popiołu zużywana jest część własnego gazu będąca ekwiwalentem ok. 15% potencjału energetycznego typowych komunalnych odpadów wielkomiejskich. Finalnym produktem jest gaz zawierający 50% CO i ok. 32% wodoru oraz dwutlenek węgla i parę wodną, niosący ok. 80% energii użytecznej, który może zastąpić paliwa ze źródeł nieodnawialnych. Gaz ten może także być użyty do celów chemicznych do syntezy paliw płynnych, metanolu, produkcji amoniaku i nawozów sztucznych, kwasu mrówkowego i innych związków wytwarzanych normalnie z wykorzystaniem gazu ziemnego. 3

4 Schemat blokowy pełnej linii produkcyjnej: para wodna i powietrze spaliny surowiec SEPARACJA frakcja mm SUSZENIE 35 st.c ODGAZOWANIE st.c gaz pierwszy ODPYLANIE DWUSTOPNIOWE odsiew nadziarno addytywy gaz pierwszy ROZDRABNIANIE ODSIEWANIE KARBONIZATU 550 st.c koksik ZGAZOWANIE WIELOSTOPNIOWE <900 st.c gaz pr. SCHŁADZANIE do 300 st.c ODPYLANIE gaz procesowy powietrze TLENOWNIA pozostałośc tlen popiół powietrze zimne pyły duże mineralne SEPARACJA METALI (po schłodzeniu) TOPIENIE POPIOŁU 1500 st.c pyły spaliny oczyszczone żelazne kolorowe witryt SKRUBER ALKALICZNY SKRUBER WODNY SCHŁADZANIE do 130 st.c szlamy powietrze zimne gips SUSZENIE SZLAMÓW suche szlamy nadmiarowe szlamy do matrycowania 4

5 Wydajności Podstawowe urządzenia przewidziane są do przerobu do Mg masy odpadów wstępnie przygotowanych przy pracy 8000 godzin. Odpowiada to ilości surowych przyjmowanych na bramie maksymalnie rzędu tys. Mg, czyli obsłudze aglomeracji do 200 tys. osób Modułowa budowa umożliwia równoległy montaż wielu destylatorów, także różnej wydajności, zwielokratniających sumaryczną wydajność odpowiednio do potrzeb aktualnych i przyszłych. Opis materiału wejściowego Zasadnicza cechą destylacji jest przetwarzanie odpadów bez rozbudowanej segregacji wstępnej. Zasadniczo logiczny jest dla naszej technologii system wydzielania u źródła strumienia szkła odpadowego oraz baterii, akumulatorów i leków. W gminnych systemach gospodarki odpadami da to wielkie oszczędności finansowe. Odpady dostarczane do bunkra wstępnego magazynowania nie mogą mieć liniowych wymiarów przekraczających 1 m. Proponowany system umożliwia zatem przerób wszelkich niesortowanych odpadów zawierających substancje organiczne, za wyjątkiem specjalnych preparatów chemicznych o wysokiej toksyczności - typu środków bojowych, agresywnych odpadów chemicznych czy pestycydów. Tak więc możliwy jest przerób odpadów komunalnych, przemysłowych stałych i ciekłych, osadów z oczyszczalni ścieków, ziemi zanieczyszczonej ropopochodnymi, odpadów ogólnoszpitalnych, złomu elektroniki, lekkiej frakcji ze strzępienia samochodów i wielu innych. Z uwagi na charakter procesu pożądane jest aby odpady nie ulegały nawilżeniu przez deszcz. Dlatego preferować należy dostawy w workach plastikowych oraz stosować konstrukcje pojemników zabezpieczające przed opadem deszczu. W ten sposób oszczędzimy znaczące ilości energii potrzebnej na dosuszanie. Bezpieczeństwo pracy urządzenia destylacyjnego Podkreślenia wymaga fakt, że w instalacji praktycznie nie powstają dioksyny i furany. Wynika to z faktu, że w destylatorze chociaż są węglowodory chlorowane, jest atmosfera redukcyjna, a więc nie ma wolnego tlenu i chloru, niezbędnych do syntezy dioksyn i chlor wiązany jest in situ z wodorem. W drugim etapie procesu, przy spalaniu gazu, dioksyny także nie powstają z uwagi na to, że gaz ten jest już odpowiednio oczyszczony a niewielkie ilości halogenów związane niezwykle trwale z wodorem. Przeprowadzane stale przez TÜV analizy na przemysłowej instalacji w Niemczech przerabiającej taką metodą do ton odpadów rocznie wykazały, że w okresie roku do atmosfery trafiło 0,00025 g dioksyn, czyli wielokrotnie mniejsza masa niż zawartość kwasu nikotynowego w jednym papierosie. Natomiast najwyższe stężenia w spalinach nie przekraczały 0,002 ng TEQ/m 3. Także prace przeprowadzone w AGH w Krakowie wykazały, że w procesie odgazowania ilość powstających dioksyn i furanów jest kilkadziesiąt razy mniejsza niż przy spalaniu tego samego materiału. Równie ważny jest sposób prowadzenia procesu z niewielkim nadciśnieniem w destylatorze, co powoduje, że urządzenie jest zabezpieczone naturalnie przed możliwością powstania mieszaniny wybuchowej gazów z powietrzem wewnątrz destylatora. Relacje finansowe zastosowania technologii RATech Analizujemy podstawową linię produkcyjną w technologii RATech umożliwiającą zagospodarowanie odpadów komunalnych aglomeracji do 200 tys. mieszkańców, realizowaną jako dostawka do dużego konsumenta nośników energetycznych. Taki zakład produkcji standaryzowanego paliwa gazowego według aktualnych cen materiałów, energii i robocizny z I kw. bieżącego roku kosztowałby w systemie pod klucz ok. 42 mln zł. Zakład produkowałby conajmniej 40 mln m 3 gazu o wartości opałowej ~10 MJ/m 3 n z zawartością ok. 32% wodoru. Cena takiego gazu 5

6 proponowana obecnie przez jeden z zakładów produkujących nawozy wynosi 400 zł/1000 m 3 n. Zakładając, że gazu wyprodukuje się tylko 35 mln m 3 a cena przyjęcia odpadów wyniesie jedynie 100 zł/mg, to suma przychodów z tych dwóch źródeł przy takim odbiorcy przemysłowym wyniesie rocznie ponad 20 mln zł, tj prawie ½ nakładów inwestycyjnych. Przy takich relacjach wszelkie dokładniejsze analizy finansowe są z góry skazane na sukces. Podkreślenie wymaga także fakt, że część odpadów komunalnych jest pochodzenia roślinnego i zwierzęcego, a więc kwalifikuje się jako biomasa, będzie zatem niedługo dostarczać certyfikaty zielonej energii oraz zbilansowanego dwutlenku węgla. To jeszcze bardziej zwiększy atrakcyjność proponowanych przez RATech rozwiązań. Wnioski Na podstawie kilku opinii naukowych, szeregu niezależnych analiz ekonomicznych i wieloletnich danych ruchowych instalacji pilotowej oraz podobnych zakładów przemysłowych stwierdzamy, że sucha destylacja odpadów komunalnych, większości organicznych przemysłowych oraz biomasy realizowana jako instalacja dołączana do istniejących elektrociepłowni lub innych zakładów o dużym i stałym zapotrzebowaniu na nośniki energii, jest najlepszą, w pełni bezpieczną ofertą dla warunków polskich. Inwestując w to najnowocześniejsze rozwiązanie możemy ominąć złe doświadczenia innych krajów, osiągając oczekiwany efekt ekologiczny najniższym społecznie kosztem. 6