Приложение к Словарю отходов 

Автор — составитель: Обухов Евгений Николаевич

Технический углерод — Технология получения биогаза

 

Технический углерод (техуглерод, ТУ, англ. сarbon black) — высокодисперсный аморфный углеродный продукт, производимый в промышленных масштабах.

Иногда для наименования технического углерода применяют термин «сажа», что является неточным, поскольку он (в отличие от термина «техуглерод») описывает углеродные продукты, полученные в неконтролируемых условиях, для которых не характерен фиксированный набор свойств.

Структура

Частицы технического углерода представляют собой глобулы, состоящие из деградированных графитовых структур. Межплоскостное расстояние между графитоподобными слоями составляет 0,35—0,365 нм (для сравнения, в графите 0,335 нм).

Размер частиц (13—120 нм) определяет «дисперсность» техуглерода. Физико-химическим показателем, характеризующим дисперсность, является удельная поверхность. Поверхность частиц обладает шероховатостью, за счёт наползающих друг на друга слоёв. Мерой шероховатости служит соотношение между показателями удельной поверхности техуглерода и его йодным числом (поскольку йодное число определяет полную поверхность частиц с учётом шероховатостей).

Частицы в процессе получения объединяются в т. н. «агрегаты», характеризуемые «структурностью» — разветвлённостью — мерой которой служит показатель абсорбции масла.

Агрегаты слипаются в менее прочные образования — «хлопья».

Кроме атомов углерода в составе технического углерода присутствуют атомы серы, кислорода, азота.

Техуглерод обладает высокоразвитой поверхностью (5—150 м²/г), со значительной активностью. На поверхности обнаруживаются т. н. концевые группы (-COOH, -CHO, -OH, -C(O)-O-, -C(O)-), а также сорбированные остатки неразложившихся углеводородов. Их количество напрямую зависит от способа получения и последующей обработки углеродных частиц. Для получения пигментов часто частицы техуглерода подвергают окислительной обработке кислотами.

Истинная плотность частиц технического углерода — 1,76—1,9 г/см³. Насыпная плотность хлопьевидного («пылящего») техуглерода составляет 30—70 кг/м³. Для удобства транспортирования и использования технический углерод гранулируют до плотности 300—600 кг/м³. 

Применение

Технический углерод применяется в качестве усиливающего компонента в производстве резин и других пластических масс. Около 70 % всего выпускаемого техуглерода используется в производстве шин, ~20 % в производстве резино-технических изделий. Остальное количество находит применение в качестве чёрного пигмента; замедлителя «старения» пластмасс; компонента, придающего пластмассам специальные свойства: (электропроводные, способность поглощать ультрафиолетовое излучение, излучение радаров).

Усиление резин

Усиливающее действие техуглерода в составе полимеров во многом обусловлено его поверхностной активностью…

Следует отметить, что кроме прекрасных физических свойств техуглерод придаёт наполненным полимерам чёрную окраску. В связи с чем, для производства пластмасс, для которых важен конечный цвет (например обувной пластикат) в качестве усиливающего наполнителя применяют т. н. «белую сажу» (аэросил) — высокодисперсный оксид кремния.

Справедливости ради следует отметить, что доля «белой сажи» возрастает и в производстве автомобильных шин, поскольку резиновые вулканизаты на её основе обладают значительно меньшими потерями на трение при качении, что приводит к экономии топлива. Однако, усиливающее действие «белой сажи» и сопротивляемость вулканизатов истиранию пока существенно хуже, чем при использовании техуглерода.

Способы получения

Существует несколько промышленных способов получения технического углерода. В основе всех лежит термическое (пиролиз) или термоокислительное разложение жидких или газообразных углеводородов. В зависимости от применяемого сырья и метода его разложения различают:

печной — непрерывный процесс, осуществляемый в закрытых цилиндрических проточных реакторах. Жидкое углеводородное сырьё впрыскивается механическими или пневматическими форсунками в поток газов полного сгорания топлива (природный газ, дизельное топливо), причём расходы всех материальных потоков поддерживаются на заданном уровне. Полученную реакционную смесь для прекращения реакций газификации охлаждают, впрыскивая в поток воду. Техуглерод выделяют из отходящего газа и гранулируют;

ламповый — непрерывный процесс, осуществляемый в специальных проточных реакторах. Жидкое углеводородное сырьё испаряется за счёт подвода теплоты к чаше, в которой оно находится. Пары сырья увлекают во внутрь реактора наружный воздух через кольцевой зазор между приёмным зонтом реактора и чашей для сырья. Материальные потоки контролируются лишь частично. Реакционный канал в хвостовой части реактора охлаждается через стенку водой. Техуглерод выделяют из отходящего газа и упаковывают;

термический — процесс осуществляется в парных реакторах объёмного типа, работающих попеременно. В один из реакторов подают газ (природный, ацетилен) в смеси с воздухом, который, сгорая, нагревает футеровку реактора. В это время во второй предварительно нагретый реактор подают только газ (без воздуха), в ходе протекания реакции футеровка остывает, подачу газа переводят в подготовленный реактор, а остывший разогревают, как описано выше;

канальный — периодический процесс, осуществляемый в специальных камерах периодического действия, в полу которых установлены щелевые (канальные) горелки. Пламя сгорающего сырья (природный газ) на выходе из горелок сталкивается с охлаждаемым водой металлическим жёлобом, процесс окисления прекращается с выделением техуглерода, который собирается внутри камеры. Полученный продукт периодически выгружают вручную.

Классификация

В РФ применяются две классификакации технического углерода по ГОСТ 7885 и стандарту американского общества испытания материалов ASTM D1765.

В соответствии с классификацией по ГОСТ установлены 10 марок технического углерода. В зависимости от способа получения (печной, канальный, термический) маркам присвоены буквенные индексы «П», «К», «Т». Следующий за буквенным цифровой индекс характеризует средний размер частиц техуглерода в целых десятках нанометров. Два последних цифровых индекса выбирались при утверждении марки.

Основные физико-химические характеристики показатели марок техуглерода по ГОСТ приведены ниже:

Марка по ГОСТ 7885

Удельная поверхность, 10³м²/кг

Йодное число,  г/кг

Абсорбция масла, 10-5м³/кг

Насыпная плотность, кг/м³

П245                 119                              121               103                              330

П234                 109                              105               101                              340

К354                  150                               —                 —                                 —

П324                   84                                84                100                             340

П514                   —                                 43                 101                            340

П701                   36                                —                   65                            420

П702                   37,5                             —                   70                            400

П705                    23                               —                  110                           320

П803                    16                               —                   83                            320

Т900                     14                               —                   —                              —

В основе классификации по стандарту ASTM D1765 лежит способность некоторых марок техуглерода изменять скорость вулканизации резиновых смесей. В зависимости от чего маркам присвоены буквенные индексы «N» (с нормальной скоростью вулканизации) и «S» (с замедленной скоростью вулканизации, от англ. «slow» — медленный). Следующий за буквенным цифровой индекс — номер группы марок по средней удельной поверхности. Два последних цифровых индекса выбирались при утверждении марки.

Стандартом описаны (по состоянию на 2006 год) 43 марки техуглерода, из которых индекс «S» имеют 2.

Основные физико-химические характеристики показатели типичных марок техуглерода по ASTM приведены ниже:

Марка по ASTM D1765

Удельная поверхность, 10³м²/кг

Йодное число, г/кг

Абсорбция масла, 10-5м³/кг

Насыпная плотность, кг/м³

N110                       127                            145                 113                         345

N220                       114                            121                 114                        355

S315                         89                             —                    79                        425

N330                         78                              82                 102                        380

N550                         40                              43                 121                        360

N683                         36                              35                 133                        355

N772                         32                              30                   65                        520

N990                           8                              —                   43                        640

Воздействие на человека

По текущим оценкам Международного агентства по исследованиям в области рака, технический углерод, возможно, является канцерогенным веществом для человека и по этой причине отнесён к группе 2B по классификации канцерогенных веществ. Кратковременное воздействие высоких концентраций пыли техуглерода может вызывать дискомфорт в верхних дыхательных путях за счёт механического раздражения.  

Ведущие производители

Доля лидирующих производителей техуглерода в мировом производстве составляет:

«Cabot» — 21 %;

«Degussa» — 13 %;

«Columbian» — 9 %;

в том числе отечественных:

«Завод технического углерода (г.Омск)» — 3 %;

«Ярославский техуглерод» — 2 %;

«Нижнекамсктехуглерод» — менее 1 %.

Мировое производство технического углерода в 2006 году составило 10 739 000 тонн.

Википедия, сайт http://ru.wikipedia.org 

 

Технический углерод — (сажа), высокодисперсный продукт термического или термоокислительного разложения углеводородов, содержащихся в природных и промышленных газах, нефтяных и каменноугольных маслах. Плотность 1,76-1,95 г/см 3. Состоит главным образом из углерода (не менее 90%), содержит до 5% хемосорбир. О 2, до 0,8% Н 2, до 1,1% S и до 0,45% минеральных примесей. За исключением кислорода примеси равномерно распределены в объеме частиц технического углерода. Кислород находится преимущественно на поверхности частиц, входя в состав функциональных групп (СООН, С=О и т. д.), связанных с углеродным скелетом сажи.

Дисперсные единицы технического углерода (первичные агрегаты)-гроздевые образования сферических частиц; представляют собой единую «параграфитовую структуру», включающую углеродные полимерные соли различной степени упорядоченности (от двухмерных полицикличных образований до относительно крупных графитоподобных кристаллитов).

Основные характеристики технического углерода, определяемые качеством сырья и способом получения: размер частиц (средний диаметр 10-50 нм); удельная адсорбционная поверхность (10-1000 м 2/г); структурность (объем пустот в первичных агрегатах, который оценивают по абсорбции дибутилфталата, равной 20-400 см 3/100 г).

Большинство марок сажи производят в специальных печах или реакторах термическим разложением при 1100-1900°С газов либо газовых смесей с маслами в образованном продуктами их неполного сгорания турбулентном потоке с последующим охлаждением полученного аэрозоля водой (печной техническй углерод; характерная особенность-слабоокисленная и гладкая поверхность частиц).

Другие способы производства: термоокислительное разложение газов или их смесей с маслами в камерах, снабженных щелевыми горелками, с последующим осаждением из диффузионного пламени, ограниченного охладительной поверхностью (канальный, или диффузионный, технический углерод, частицы которого отличаются окисленной и шероховатой поверхностью; по технико-экономическим. и экологическим соображениям выпуск непрерывно сокращается, заменитель-специально окисленная низкоструктурная печная сажа); термическое разложение природного газа в генераторах без доступа воздуха при 1100-1500°С (термический технический углерод с низкоструктурными частицами крупных размеров). Технический углерод вырабатывают также как побочный продукт при электрокрекинге СН 4, получении ацетилена и газификации топлив.

Технический углерод применяют как наполнитель резин (свыше 80% выпускаемой сажи) и пластмасс, пигмент для типографских красок, копировальной бумаги, лент для пишущих машин и др.; в производствах некоторых сплавов, специальных сортов бумаги, электроугольных изделий (например, электродов), гальванических элементов.

Лит.: Усиление эластомеров, под ред. Дж. Крауса, пер. с англ., М., 1968; Сюняев 3. И., Нефтяной углерод, М., 1980; Доннэ Дж.-Б., Видаль А., «Ж. Всес. хим. об-ва им. Д. И. Менделеева», 1986, т. 31, № 1, с. 10-16.

    И. В. Корниенко, Б. В. Никишков.

Химическая энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия. Под ред. И. Л. Кнунянца. 1988, Сайт http://dic.academic.ru, Словари и энциклопедии на Академике

 

Технологии обращения с высокоактивными  радиоактивными отходами (РАО).

Хранение:

Для временного хранения высокоактивных РАО предназначены резервуары для хранения отработанного ядерного топлива и хранилища с сухотарными бочками, позволяющие распасться короткоживущим изотопам перед дальнейшей переработкой.

Витрификация:

Долговременное хранение РАО требует консервации отходов в форме, которая не будет вступать в реакции и разрушаться на протяжении долгого времени. Одним из способов достижения подобного состояния является витрификация (или остеклование). В настоящее время в Селлафилде (Великобритания) высокоактивные РАО (очищенные продукты первой стадии пурекс-процесса) смешивают с сахаром и затем кальцинируют. Кальцинирование подразумевает прохождение отходов через нагретую вращающуюся трубу и ставит целью испарение воды и деазотирование продуктов деления, чтобы повысить стабильность получаемой стекловидной массы.

В полученное вещество, находящееся в индукционной печи, постоянно добавляют измельченное стекло. В результате получается новая субстанция, в которой при затвердении отходы связываются со стеклянной матрицей. Это вещество в расплавленном состоянии вливается в цилиндры из легированной стали. Охлаждаясь, жидкость затвердевает, превращаясь в стекло, которое является крайне устойчивым к воздействию воды. По данным международного технологического общества, потребуется около миллиона лет, чтобы 10 % такого стекла растворилось в воде.

После заполнения цилиндр заваривают, затем моют. После обследования на предмет внешнего загрязнения стальные цилиндры отправляют в подземные хранилища. Такое состояние отходов остается неизменным в течение многих тысяч лет.

Стекло внутри цилиндра имеет гладкую черную поверхность. В Великобритании вся работа проделывается с использованием камер для работы с высокоактивными веществами. Сахар добавляется для предотвращения образования летучего вещества RuO4, содержащего радиоактивный рутений. На Западе к отходам добавляют боросиликатное стекло, идентичное по составу пирексу; в странах бывшего СССР обычно применяют фосфатное стекло. Количество продуктов деления в стекле должно быть ограничено, так как некоторые элементы (палладий, металлы платиновой группы и теллур) стремятся образовать металлические фазы отдельно от стекла. Один из заводов по витрификации находится в Германии, там перерабатываются отходы деятельности небольшой демонстрационной перерабатывающей фабрики, прекратившей свое существование.

Синрок:

Более сложным методом нейтрализации высокоактивных РАО является использование материалов типа СИНРОК (synthetic rock — синтетическая порода). СИНРОК был разработан профессором Тедом Рингвудом в Австралийском национальном университете. Изначально СИНРОК разрабатывался для утилизации военных высокоактивных РАО США, но в будущем возможно его использование для гражданских нужд. СИНРОК состоит из таких минералов, как пирохлор и криптомелан. Первоначальный вариант СИНРОК (СИНРОК С) был разработан для жидких РАО (рафинатов пурекс-процесса) — отходов деятельности реакторов на легкой воде. Главными составляющими этого вещества являются голландит (BaAl2Ti6O16), цирконолит (CaZrTi2O7) и перовскит (CaTiO3). Цирконолит и перовскит связывают актиноиды, перовскит нейтрализует стронций и барий, голландит — цезий.

Геологическое захоронение:

Поиски подходящих мест для глубокого окончательного захоронения отходов в настоящее время ведутся в нескольких странах; ожидается, что первые подобные хранилища вступят в эксплуатацию после 2010 года. Международная исследовательская лаборатория в швейцарском Гримзеле занимается вопросами, посвященными захоронению РАО. Швеция говорит о своих планах по прямому захоронению использованного топлива с использованием технологии KBS-3, после того, как шведский парламент счёл её достаточно безопасной. В Германии в настоящее время ведутся дискуссии о поисках места для постоянного хранения РАО, активные протесты заявляют жители деревни Горлебен региона Вендланд. Это место вплоть до 1990 года казалось идеальным для захоронения РАО благодаря своей близости к границам бывшей Германской демократической республики. Сейчас РАО находятся в Горлебене на временном хранении, решение о месте их окончательного захоронения пока не принято. Власти США выбрали местом захоронения Юкка-Маунтин, штат Невада, однако данный проект встретил сильное противодействие и стал темой жарких дискуссий. Существует проект создания международного хранилища высокоактивных РАО, в качестве возможных мест захоронения предлагаются Австралия и Россия. Однако власти Австралии выступают против подобного предложения.

Существуют проекты захоронения РАО в океанах, среди которых — захоронение под абиссальной зоной морского дна, захоронение в зоне субдукции, в результате чего отходы будут медленно опускаться к земной мантии, а также захоронение под природным или искусственным островом. Данные проекты имеют очевидные достоинства и позволят решить на международном уровне неприятную проблему захоронения РАО, но, несмотря на это, в настоящее время они заморожены из-за запрещающих положений морского права. Д

ругая причина состоит в том, что в Европе и Северной Америке всерьез опасаются утечки из подобного хранилища, что приведет к экологической катастрофе. Реальная возможность подобной опасности не доказана; тем не менее, запреты были усилены после сброса РАО с кораблей. Однако, в будущем о создании океанских хранилищ РАО всерьез способны задуматься страны, которые не смогут найти других решений данной проблемы.

В 1990-х годах было разработано и запатентовано несколько вариантов конвеерного захоронения в недра радиоактивных отходов. Технология предполагалась следующая: пробуривается стартовая скважина большого диаметра глубиной до 1 км, внутрь опускается капсула, загруженная концентратом радиоактивных отходов весом до 10 т, капсула должна саморазогреваться и в форме «огненного шара» проплавлять земную породу. После заглубления первого «огненного шара» в ту же скважину должна опускаться вторая капсула, затем третья и т. д., создавая некий конвейер.

Опасность такого «эксперимента с Землёй» была вовремя вскрыта геофизиками И. Н. Яницким и И. Л. Гуфельдом. Они доказали на базе экспериментальной физики, что на глубинах более 10 км «огненные шары» войдут в сверхагрессивную энергонасыщенную среду земных недр и будет нарушено термодинамическое равновесие земной коры, которое может завершиться созданием очага мощного землетрясения. В результате получится рукотворный пировулкан типа кимберлитового алмазоносного взрыва, и сотни тонн высокотоксичных отходов окажутся в атмосфере.

Более реальным выглядит проект под названием «Remix & Return» (Перемешивание и возврат), суть которого состоит в том, что высокоактивные РАО, смешанные с отходами из урановых рудников и обогатительных фабрик до первоначального уровня радиоактивности урановой руды, будут затем помещены в пустые урановые рудники. Достоинства данного проекта: исчезновение проблемы высокоактивных РАО, возврат вещества на место, предназначенное ему природой, обеспечение работой горняков, и обеспечение цикла удаления и обезвреживания для всех радиоактивных материалов.

Трансмутация:

Существуют разработки реакторов, потребляющих в качестве топлива РАО, превращая их в менее вредные отходы, в частности, интегральный ядерный реактор на быстрых нейтронах, не производящий трансурановых отходов, а, по сути, потребляющий их. Проект был заморожен правительством США на стадии крупномасштабных испытаний. Другим предложением, более безопасным, но требующим дополнительных исследований, является переработка подкритическими реакторами трансурановых РАО.

Существуют также теоретические исследования, посвященные использованию термоядерных реакторов в качестве «актиноидных печей». В таком комбинированном реакторе быстрые нейтроны термоядерной реакции делят тяжелые элементы (с выработкой энергии) или поглощаются долгоживущими изотопами с образованием короткоживущих.

В результате исследований, недавно проведенных Массачусетским технологическим институтом, было обнаружено, что всего 2-3 термоядерных реактора, схожих по параметрам с международным экспериментальным термоядерным реактором ИТЭР, способны преобразовывать количество актиноидов, вырабатываемое всеми ядерными реакторами на легкой воде. Кроме этого, каждый термоядерный реактор будет вырабатывать порядка 1 гигаватт энергии.

Википедия, сайт http://ru.wikipedia.org

 

Технология получения биогаза

Технология получения биогаза включает две технологические схемы: получение биогаза с эксплуатируемых полигонов и получение биогаза с закрытых полигонов.

Перед разработкой проекта системы сбора и утилизации биогаза с эксплуатируемого полигона определяют состав и свойства поступающих на него ТБО, вместимость и срок эксплуатации полигона, схему и максимальную высоту складирования отходов, рН вытяжки из отходов, гидрогеологические условия земельного участка, а также составляют уравнение водного баланса полигона. На основании перечисленных материалов подготавливают количественный прогноз образования биогаза с 1 т ТБО и дают заключение о целесообразности его утилизации.

Перед разработкой проекта системы сбора и утилизации биогаза с закрытого полигона на нем бурят скважины, определяют состав биогаза и его свойства, степень разложения ТБО, содержание в них органики, рН, влажность. Так как содержащееся в ТБО органическое вещество имеет различную интенсивность разложения, необходимо определять общее органическое вещество и активное органическое вещество. С учетом этих данных, а также анализа климатических условий расположения полигона дают заключение о целесообразности разработки проекта.

Получение биогаза с эксплуатируемых полигонов

Система получения биогаза с эксплуатируемых полигонов состоит из скважин, дренажа, промежуточных и магистральных трубопроводов с арматурой, из устройства по очистке и осушке биогаза, вентиляторной и энергетической установки. Система является составной частью технологической схемы эксплуатации полигона.

В целях получения максимального экономического эффекта полигон разбивают на очереди эксплуатации с учетом обеспечения каждой очередью приема ТБО в течение трех — пяти лет. Каждую очередь эксплуатации делят на рабочие карты площадью 8000 — 10000 м2 и высотой 2 м. По вертикали очередь эксплуатации разбивают на газоносные зоны высотой 8 — 10 м.

На основании рабочей карты монтируют скважины (рис. 1). Скважины выполняют из сборных железобетонных колец диаметром 0,7 м типа К-7-10 (альбом РК 2.201-82) (таблица). На верхний срез нижнего кольца (высота кольца К-7-10 равна 100 см) наносят 2-сантиметровый слой цементного раствора и устанавливают второе кольцо, на второе — третье и т.д. Предварительно на железобетонных кольцах делают пропилы или перфорационные отверстия. Внутри колец устанавливают перфорированные асбестоцементные трубы диаметром 100 — 120 мм. Пространство между внутренними стенками колец и перфорированными трубами засыпают щебнем крупных фракций.

prilozhenie-12

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 1. Конструкция скважины действующего полигона:

1 — асбестоцементные трубы с перфорацией d = 100; 2 — железобетонное кольцо К-7-10 (альбом РК 2.201-82); 3 — асбестоцементная труба без перфорации d = 100; 4 — сетка С-1; 5 — стальной футляр d = 200, l = 1000; 6 — просмоленная прядь; 7 — люк чугунный d = 0,7; 8 — сборная железобетонная плита КП-12 (альбом РК 2.201-82); 9 — железобетонное кольцо К-10-10 (альбом РК 2.201-82); 10 — цементный раствор М-200; 11 — газопровод d = 100; 12 — цементная стяжка; 13 — монолитный железобетон М-200; 14 — мятая глина; 15 — цементный раствор М-200; 15 — щебень фракций 15 — 30

Таблица

Перечень основных материалов на одну скважину

Наименование Объем единицы Количество Общий объем
Асбестоцементные трубы с перфорацией, м 28 1 23
Асбестоцементная труба без перфорации, м 1,35 1 1,35
Цементный раствор М-200, м3 0,4 0,4
Мятая глина, м3 0,02 1 0,02
Монолитный железобетон М-200, q-50, м3 0,15 1 0,15
Сборное железобетонное кольцо К-7-10, шт/м3 1/0,17 38 38/0,17
Сборная железобетонная плита КП-12, шт/м3 1/0,17 1 1/0,17
Чугунный люк, d = 0,7, шт. 1 1 1
Стальной футляр d = 200, м 1 2 2
Щебенка фракции 15 — 30, м3 0,1 1 0,35
Арматура d = 12 АД, м 1,2 18 21,6
Сборное железобетонное кольцо К-10-10, шт/м3 1/0,2 1 1/0,2

Пропилы и перфорационные отверстия располагают в шахматном порядке. Длину пропила принимают равной половине диаметра кольца или трубы, ширина 10 — 12 мм, расстояние между пропилами 150 — 200 мм. Перфорационные отверстия сверлят диаметром 16 — 18 мм на расстоянии 100 — 150 мм друг от друга.

Расстояние между скважинами принимают равным 30 — 40 м, что позволяет свободно маневрировать мусоровозам, бульдозерам и другой технике.

К скважинам через каждые 2 м по высоте (толщина рабочего слоя) подводят три-четыре дренажные сети (рис. 2). Длина каждой сети 10 — 15 м. Дренажную сеть устраивают из перфорированных асбестоцементных труб диаметром 50 — 60 мм, щебня, фракции 30 — 60 мм или хвороста (пластинчатый дренаж). Сверху дренажную сеть засыпают отходами.

На устье газовой скважины монтируют специальное оборудование, которое состоит из трубной головки. Трубная головка обеспечивает герметизацию обсадной трубы и является опорой «елки». «Елки» устанавливают крестовые и тройниковые в зависимости от применяемой арматуры и места скважины в общем ряду. Пространство между обсадной трубой и трубной головкой герметизируют резиновыми уплотнителями. Газ отбирают через отвод тройника или крестовины и направляют в газосборную сеть.

Укладку отходов при использовании данной технологической схемы производят последовательно, начиная с первой рабочей карты. После заполнения рабочего слоя на всю высоту (2 м) ТБО покрывают изолирующим слоем, а укладку отходов переносят на вторую карту, затем на третью и т.д. до заполнения первой очереди эксплуатации. После складирования ТБО первого рабочего слоя производят укладку второго, третьего и т.д. до завершения формирования газоносного слоя (8 — 10 м). Приемку и складирование ТБО после этого переводят на площадь второй очереди эксплуатации полигона.

prilozhenie-13

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 2. Схема устройства дренажных сетей:

а — дренажная сеть из четырех отводов; б — дренажная сеть из трех отводов; 1 — обсадная труба без перфорации; 2 — железобетонное кольцо d = 1 м; 3 — крупнозернистый щебень; 4 — перфорированная дренажная труба; 5 — изоляционный слой

На первой очереди, покрытой изолирующим слоем, монтируют устья скважин, устанавливают запорную арматуру, укладывают промежуточные и магистральные газопроводы. После проверки сети на герметичность включают вентиляторную установку и производят сбор биогаза. Из скважин биогаз поступает в промежуточный газопровод, затем в магистральный. Из магистрального газопровода биогаз пропускают через вентиляторную установку в энергетическую. Для очистки биогаза от балласта и сероводорода, а также его осушки на байпасе устанавливают аппарат по очистке и осушке биогаза (рис. 3).

prilozhenie-14

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 3. Аппарат по очистке и осушке биогаза:

1 — рама; 2 — вентилятор; 3, 10, 11 — задвижки; 4 — корпус; 5 — контейнеры; 6 — ствол; 7 — крышка; 8 — бак; 9 — трубопровод

Прокладку промежуточных и магистрального газопроводов осуществляют не ранее чем через 6 мес после укладки и изоляции отходов. Для этих целей используют трубы из полиэтилена низкого давления.

Трубы укладывают на металлические прокладки из швеллера № 14 — 20 длиной 40 — 50 см или железобетона (половина длины бордюрного камня) с шагом 2,5 — 3 м. Диаметр труб для каждого участка газопровода определяют гидравлическим расчетом.

В проекте необходимо учитывать запас труб на укладку змейкой, а также на аварийный ремонт и вырезку катушек, на входной контроль материала труб, пробных и контрольных стыков в размере 2 % общей протяженности газопровода. Должен быть предусмотрен аварийный запас не менее 5 м на каждый типоразмер труб.

Не допускается прокладка газопровода из полиэтиленовых груб в районах с расчетной температурой ниже — 40 °С, на отходы, уложенные менее 6 мес назад, а также с уклоном более 50 %.

Содержащаяся в биогазе влага при его транспортировании и использовании может вызывать эксплуатационные затруднения. При определенных внешних условиях (температуре и давлении) влага конденсируется, образовывая ледяные пробки и кристаллогидраты, что в присутствии сероводорода вызывает коррозию трубопроводов и арматуры. Внешне кристаллогидраты похожи на белую снегообразную кристаллическую массу, а при уплотнении напоминают лед. Состав кристаллогидратов СН4·6Н2О. Для сбора влаги в устьях скважин и низких точках газопровода при изменении направления уклона устанавливают конденсатосборники.

Прокладку газопровода по поверхности полигона должны предусматривать в футляре из теплоизоляционного материала, в качестве которого допускается использовать обезвоженный осадок сточных вод, с уклоном к конденсатосборникам не менее 3 %. Если по условиям рельефа на поверхности полигона не может быть создан необходимый уклон, допускается прокладка газопровода с изломом в профиле с установкой конденсатосборника в низшей точке.

Получение биогаза с закрытых полигонов

Для получения биогаза на закрытом полигоне бурят скважины минимальным диаметром 150 мм на всю глубину слоя складированных отходов. Обсадные трубы скважины могут быть асбестоцементными, полиэтиленовыми или полихлорвиниловыми диаметром 100 мм с перфорационными отверстиями или пропилами, сделанными по аналогии с перфорированными трубами, применяемыми для действующих полигонов.

Пространство между скважиной и обсадной трубой засыпают крупнозернистым щебнем и заливают бетоном на глубину 0,5 м (рис. 4). Площадь вокруг скважины на расстоянии 1,5 — 2 м изолируют слоем глины или цементного раствора толщиной 30 — 40 см. Это обеспечивает надежное крепление скважины и сбор биогаза, предохраняет от проникновения внутрь скважины поверхностных вод. Газовая скважина является основным элементом системы сбора биогаза и поэтому ее обустройство необходимо выполнять особенно тщательно.

prilozhenie-15

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 4. Конструкция газовой скважины (для закрытых полигонов):

1 — оголовок скважины; 2 — колодец: 3 — бетон; 4 — изоляционный слой; 5 — обсадная труба без перфорации; 6 — перфорировавшая обсадная труба; 7 — щебень крупных фракций

Устья газовых скважин оборудуют идентично устьям газовых скважин на эксплуатируемых полигонах. В плане скважины располагают в виде квадратной сетки с минимальным расстоянием друг от друга 30 — 40 м и соединяют между собой в прямолинейные батареи промежуточными газопроводами, подключаемыми к магистральному.

Количество скважин принимают в зависимости от площади и вместимости полигона, а также мощности потребителя. Для предварительных расчетов дебит скважины на полигоне ТБО, расположенном в средней полосе европейской части СССР, может быть принят равным 6 — 8 м3/ч.

Интенсивность выделения биогаза зависит в первую очередь от влажности уложенных на полигоне ТБО. При влажности ТБО 30 — 35 % интенсивность выделения биогаза незначительна, и в этих случаях проектом необходимо предусмотреть искусственнее дождевание. Окончательный вывод о применении искусственного дождевания делают после составления уравнения водного баланса полигона и анализа гидрогеологических условий залегания основания полигона.

Надежный сбор биогаза и подачу его на очистку, осушку и далее в энергетическую установку обеспечивают вентиляторной группой, создающей в каждой скважине разрежение величиной 100 — 150 мм вод. ст.

МИНИСТЕРСТВО ЖИЛИЩНО-КОММУНАЛЬНОГО ХОЗЯЙСТВА РСФСР ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИАКАДЕМИЯ КОММУНАЛЬНОГО ХОЗЯЙСТВА им. К. Д. ПАМФИЛОВА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РЕГЛАМЕНТ ПОЛУЧЕНИЯ БИОГАЗА С ПОЛИГОНОВ ТВЕРДЫХ БЫТОВЫХ ОТХОДОВ  Москва 1990

konsulmirКниги и СловариПриложение к Словарю отходовПриложение к Словарю отходов  Автор - составитель: Обухов Евгений Николаевич Технический углерод - Технология получения биогаза   Технический углерод (техуглерод, ТУ, англ. сarbon black) - высокодисперсный аморфный углеродный продукт, производимый в промышленных масштабах. Иногда для наименования технического углерода применяют термин «сажа», что является неточным, поскольку он (в отличие от термина «техуглерод») описывает углеродные продукты, полученные...Организации и консульства. Справочная информация