Термолизная переработка отходов гидролизного производства

Одна из актуальных задач рационального природопользования – решение проблемы утилизации крупнотоннажных промышленных отходов. Накопленные отходы занимают значительные площади земли и выступают источником загрязнения окружающей среды, вследствие чего ухудшаются условия жизни человека. Количество некоторых углеродсодержащих отходов столь велико, что их рассматривают как вторичные техногенные сырьевые ресурсы. В частности, лигнин как составная часть древесины, в больших количествах скапливающийся в отвалах целлюлозно-бумажных и гидролизных предприятий, может быть использован для получения широкого спектра продуктов – от ароматических альдегидов, спиртов до минеральных удобрений и кормовых добавок. Однако ввиду своей высокой устойчивости к микробиологическому разложению и способности к самовозгоранию (в сухом виде) лигнин является наиболее трудноутилизируемым остаточным продуктом. Недостатком существующих технологий его переработки является невозможность переработки больших объемов, а также удаленность перерабатывающих предприятий от мест хранения. В настоящей статье рассматривается возможность разложения лигнина на пилотной установке СВЧ-термолиза с целью его утилизации и получения целевых продуктов. Использование СВЧ-излучения сокращает время разложения лигнина по сравнению с традиционным способом, уменьшает объем утилизируемого вещества, обезвреживает и очищает его от патогенных микроорганизмов.

Установка входит в состав действующего мусороперерабатывающего завода (г. Томбов). По результатам исследования определены технологические параметры процесса, представлен усредненный оценочный выход продуктов термолиза. Получаемый углеродный остаток может быть использован, например, для производства катализаторов и углеродных сорбентов, жидкая фракция –  легкогорючих топливных фракций. Действующая система газоочистки делает процесс экологически безопасным.

1. Huang Y.-F., Chiueh P.-T., Kuan W.-H., Lo S.-L. Effects of lignocellulosic composition and microwave power level on the gaseous product of microwave pyrolysis // Energy. 2015. Vol. 89. P. 974–981. https://doi.org/10.1016/j.energy.2015.06.035

2. Lo S.-L., Huang Y.-F., Chiueh P.-T., Kuan W.-H. Microwave Pyrolysis of Lignocellulosic Biomass // Energy Procedia. 2017. Vol. 105. P. 41–46. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2017.03.277

3. Morgan H.M.Jr., Bu Q., Liang J., Liu Y., Mao H., Shi A., et al. A review of catalytic microwave pyrolysis of lignocellulosic biomass for value-added fuel and chemicals // Bioresource Technology. 2017. Vol. 230. P. 112–121. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2017.01.059

4. Liu Q., Wang S., Zheng Y., Luo Z., Cen K. Mechanism study of wood lignin pyrolysis by using TG-FTIR analysis // Journal of Analytical and Applied Pyrolysis. 2008. Vol. 82. Issue 1. P. 170–177. https://doi.org/10.1016/j.jaap.2008.03.007

5. Garcia-Nunez J.A., Pelaez-Samaniego M.R., Garcia-Perez M.E., Fonts I., Abrego J., Westerhof R.J.M., et al. Historical developments of pyrolysis reactors: a review // Energy and Fuels. 2017. Vol. 31. Issue 6. P. 5751–5775. https://doi.org/10.1021/acs.energyfyels.7b00641

6. Huang Y.-F., Chiueh P.-T., Kuan W.-H., Lo S.-L. Product distribution and heating performance of ligno-cellulosic biomass pyrolysis using microwave heating // Energy Procedia. 2018. Vol. 152.P. 910–915. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2018.09.092

7. Gauthier G., Melkior T., Grateau M., Thiery S., Sylvain S. Pyrolysis of centimetre-scale wood particles: New experimental developments and results // Journal of Analytical and Applied Pyrolysis. 2013. Vol. 104. P. 521–530. https://doi.org/10.1016/j.jaap.2013.05.017

8. Chen P., Xie Q., Addy M., Zhou W., Liu Y., Wang Y., et al. Utilization of municipal solid and liquid wastes for bioenergy and bioproducts production // Bioresource Technology. 2016. Vol. 215. P. 163–172. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2016.02.094

9. Пат. № 2013126238А, Российская Федерация. Способ переработки бытовых и производственных отходов в печное топливо и углеродное вещество и устройство для его осуществления / С.В. Гунич, Т.И. Малышева; заявитель и патентообладатель С.В. Гунич, Т.И. Малышева; заявл. 10.06.2013; опубл. 20.12.2014. Бюл. № 35.

10. Гунич С.В., Янчуковская Е.В., Днепровская Н.И. Анализ современных методов переработки твердых бытовых отходов // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2015. N 2 (13). С. 110–115.

11. Гунич С.В., Янчуковская Е.В. Анализ процессов пиролиза отходов производства и потребления // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2016. N 1 (16). С. 86–93.

12. Гунич С.В., Янчуковская Е.В., Днепровская Н.И. Переработка илового осадка очистных сооружений // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2017. Т. 7. N 1. С. 183–188. https://doi.org/10.21285/2227-2925-2017-7-1-183-187

13. Гунич С.В., Янчуковская Е.В. Очистка продуктов сгорания топлива установки переработки твердых бытовых отходов // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2018. Т. 8. N 1. С. 92–98. https://doi.org/10.21285/2227-2925-2018-8-1-92-98

14. Beneroso D., Arenillas A., Montes-Moran M.A., Bermudez J.M., Mortier N., Verstichel S., et al. Ecotoxicity tests on solid residues from microwave induced pyrolysis of different organic residues: An addendum // Journal of Analytical and Applied Pyrolysis. 2016. Vol. 121. P. 329–332. https://doi.org/10.1016/j.jaap.2016.08.013

15. Burhenne L., Messmer J., Aicher T., Laborie M.-P. The effect of the biomass components lignin, cellulose and hemicellulose on TGA and fixed bed pyrolysis // Journal of Analytical and Applied Pyrolysis. 2013. Vol. 101. P. 177–184. https://doi.org/10.1016/j.jaap.2013.01.012

16. Correa C.R., Hehr T., Voglhuber-Slavinsky A., Rauscher Y., Kruse A. Pyrolysis vs. hydrothermal carbonization: Understanding the effect of biomass structural components and inorganic compounds on the char properties // Journal of Analytical and Applied Pyrolysis. 2019. Vol. 140. P. 137–147. https://doi.org/10.1016/j.jaap.2019.03.007