О влиянии скорости нагрева на процесс окислительного пиролиза твердых коммунальных отходов
О.Б. Колибаба, Р.Н. Габитов, Д.А. Долинин, Н.С. Мольков
Вестник ИГЭУ, 2026 г. выпуск 2, сс. 5—12
Скачать PDF
Состояние вопроса. Переработка твердых коммунальных отходов в энергию – одно из приоритетных направлений энергетической политики России. Утилизация твердых коммунальных отходов с применением термических процессов переработки, включая сухой и окислительный пиролиз, представляет собой экономически эффективный, экологически безопасный и технически осуществимый подход. Значимыми параметрами процесса пиролиза, определяющими соотношение получаемых товарных продуктов, являются: морфологический состав и скорость нагрева сырья, содержание кислорода в рабочей зоне реактора (в случае окислительного пиролиза), температурный уровень процесса. Оценить влияние этих факторов на характер протекания процесса позволяют методы экспериментальных исследований. Несмотря на свою универсальность, обусловленную возможностью переработки отходов различного фракционного состава и агрегатного состояния, окислительный пиролиз не получил широкого распространения ввиду недостатка технологических параметров проведения процесса в установках. В связи с этим актуальным является исследование окислительного пиролиза твердых коммунальных отходов с использованием современных инструментов экспериментальных исследований.
Материалы и методы. Изучение процесса разложения твердых коммунальных отходов осуществлено с помощью комплексного термического метода, включающего термогравиметрию, дифференциальную сканирующую калориметрию и масс-спектрометрическое исследование газообразных продуктов.
Результаты. Установлено, что увеличение скорости нагрева с 5 до 15°C/мин сокращает время термической обработки в 3 раза, но сопровождается снижением энергетической эффективности процесса. При скорости нагрева 5°C/мин зафиксированы максимальные значения теплового эффекта (4250 Дж/г) и теплоты сгорания пиролизного газа (11,07 МДж/кг), а также минимальный выход твердого остатка (5,86 %). Рост скорости нагрева приводит к смещению температур разложения в высокотемпературную область и снижению выхода энергетически ценных компонентов газа.
Выводы. В ходе проведенных исследований определены оптимальные температурные параметры при скорости нагрева в 5 °C/мин для поддержания процесса окислительного пиролиза отходов в термических реакторах с наибольшим выходом энергии.
- ИТС 15-2021 Информационно-технический справочник по наилучшим доступным технологиям «Утилизация и обезвреживание отходов (кроме термических способов)» [Электронный ресурс] // Бюро наилучших доступных технологий: официальный сайт. URL: https://burondt.ru/NDT/NDTDocsDetail.php?UrlId=1667&etkstructure_id=1872 (дата обращения 1.11.2025).
- Тугов А.Н. Современные технологии термической переработки твердых коммунальных отходов и перспективы их реализации в России (обзор) // Теплоэнергетика. – 2021. – № 1. – С. 3–20.
- Переработка твердых бытовых отходов методом пиролиза. Обз. информ. – М.: ЦНИИТЭИМС, 1983. – 40 с.
- Термическая утилизация твердых бытовых отходов. Концепция НИИ Стромкомпозит. – Красноярск, 2006. – 15 с.
- Пиролитические методы термической переработки твердых коммунальных отходов / В.В. Хасхачих, О.М. Ларина, Г.А. Сычев и др. // Теплофизика высоких температур. – 2021. – Т. 59, № 3. – С. 467–480.
- Экспериментальное исследование окислительного пиролиза твердых бытовых отходов / Р.Н. Габитов, О.Б. Колибаба, К.В. Аксенчик, В.А. Артемьева // Вестник ИГЭУ. – 2017. – Вып. 3. – С. 14–19. DOI: 10.17588/2072-2672.2017.3.014-019.
- Экспериментальное исследование процесса термической деструкции твердых коммунальных отходов / Д.А. Долинин, О.Б. Колибаба, А.И. Сокольский, Р.Н. Габитов // Повышение энергоресурсоэффективности и экологической безопасности процессов и аппаратов химической и смежных отраслей промышленности: сб. науч. тр. Междунар. науч.-техн. симпозиума. – Киров: ФГБОУ ВО «РГУ им. А.Н. Косыгина», 2021. – Т. 1. – С. 182–186. DOI: 10.37816/eeste-2021-1-182-186.
- Исследование процесса окислительного пиролиза смесей нефтяного и растительного сырья / Е.Г. Горлов, А.В. Шумовский, Ю.П. Ясьян и др. // Химия твердого топлива. – 2019. – № 3. – С. 41–47. DOI: 10.1134/S0023117719030022.
- Шитиков Н.В., Нисковская М.Ю. Окислительный пиролиз в технологии совместной переработки отходов агропромышленного комплекса и нефтяных остатков в химическую продукцию // Научное обозрение. Педагогические науки. – 2019. – № 3-3. – С. 110–114.
- Алексеева Т.С., Иванов А.В. Сравнительный анализ эмпирических моделей окислительного пиролиза древесины // Научно-аналитический журнал «Вестник Санкт-Петербургского университета Государственной противопожарной службы МЧС России». – 2015. – № 4. – С. 74–85.
- Уэндландт У. Термические методы анализа. – М.: Мир, 1978. – 527 с.
- Открытая база данных масс-спектров NIST. http: //webbook. nist.gov/ chemistry/
- Лебедев А.Т. Масс-спектрометрия органической химии. – М.: БИНОМ, 2003. – 493 с.
- Thermal analysis in numerical thermodynamic modeling of solid fuel conversion / A.N. Kozlov, D.A. Svishchev, I.G. Donskoi, A.V. Keiko // Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. – 2012. – Vol. 109, No. 3. – P. 1311–1317.