деревянная русь

строительство домов

рукоделие

столярное дело

печное дело

кузнечное дело

керамика





 

Отходы нас погубят или обогатят

Благотворительный фонд им. Н.А.Львова (президент Билецкий А.В.) организовала обсуждение способа термохимической переработки отходов (пат. RU 2073348, М.Ю1.6: С 01 В3/34, 1994 г.) известного изобретателя профессора Сариева В. Н.

В дискуссии участвовал и представитель редакции В.Шаров, впечатления которого по этой, касающейся всех людей теме будут, вероятно, интересны и нашим читателям.

Кризис современной цивилизации определяется стремительным ростом объемов промышленных и бытовых отходов.

В середине прошлого века выдающийся физик Нильс Бор произнес слова, уже ставшие пророческими: «Человечество погибнет не в атомном кошмаре - оно задохнется в собственных отходах».

В самом деле, статистика утверждает, что в расчете на каждого жителя Земли ежегодно добывается около 50 т твердого сырья, из которых получают всего 2 т качественного полезного продукта, а 48 т - это отходы. Причем от сжигания топлива в атмосферу ежегодно выбрасывается более 30 млрд. т СО2, 100 млн. т оксидов углерода, серы и др. элементов, а более 70% энергии в виде тепловых отходов уходит опять же в окружающую среду. К тому же следует приплюсовать многие миллионы тонн токсичных канцерогенов (диоксины, фураны, тяжелые металлы и пр.), 200 млрд. т твердых промышленных отходов, 2,5 млрд. т твердых бытовых отходов и реки сточных вод.

Как видим, в условиях потребительского общества с суперхищническим покорением природы, ресурсы которой, однако, весьма ограничены, человечество активно занимается подготовкой самоуничтожения. В самом деле, всей своей активной деятельностью мы приносим вреда природе раз в 20 больше, чем пользы.

Значит, нынешние принципы прогресса ошибочны и убийственны для человечества. Если от них не отказаться, то биосфера нас уничтожит как паразитов-вредителей.

Не следует удивляться порочному замкнутому кругу существующих производств - объемы отходов в цивилизованных странах во много раз превышают объемы отходов слаборазвитых стран.

Казалось бы, наиболее простой путь решения проблемы - уничтожать отходы, т.е. сжигать их. Однако и здесь все тот же замкнутый круг, а вернее - удавка. Действительно, элементарные расчеты показывают, что при глубоком сжигании 900 т твердых бытовых отходов образуется 5262 т вторичных отходов - дымовых газов, твердая фракция в которых составляет всего 5%, т.е. сжигание фактически не уничтожает мусор, а за счет того же кислорода из воздуха увеличивает. И это тем более обидно, что неразумно ликвидировать то, что может использоваться, по крайней мере, как топливо. Но стоп! Ведь перед нами готовые ресурсы, которые не надо добывать, подобно полезным ископаемым, их собирают в нужных местах по определению. И они содержат все элементы периодической системы Менделеева. Одно дело - добывать серебро в рудниках у черта на куличках, и совсем другое - из лома электроники, взятого на свалке. Заметьте, в ломе содержание серебра куда выше, чем в руде.

Получается, что выйти из кризиса цивилизации легче, ликвидируя причины, его вызывающие, чем борясь с его последствиями. Как? Существующие методы переработки отходов (компостирование, биотермика, сепарация и разделение на компоненты вторсырья, низко- и среднетемпературный пиролиз, мусоросжигание) уже не отвечают современным требованиям хозяйствования.

Не удивительно, что с 80-х гг. прошлого века во всех странах стали резко увеличиваться фонды изобретений по высокотемпературному разложению отходов без доступа воздуха (при беспламенном горении - пиролизе), одно из которых будет рассмотрено ниже.

В этой связи возникает вопрос: не слишком ли перестраховались, испытывая недоверие к новейшей технике, которая на Западе уже широко используется, московские чиновники, заключив контракты с инофирмами на строительство десятка уходящих в прошлое мусоросжигательных заводов? Многие из них уже почти возведены и совсем скоро будут отравлять нас своими вторичными отходами.

Существо технологии по пат. 2073348 заключается в нагреве твердых бытовых и промышленных отходов в специальном реакторе до 1700°С без доступа воздуха. Последний определяет сущность воздухсодержащего горячего дутья в известных доменных процессах. Здесь же используется восстановительный газ (синтез-газ с водяным паром), нагретый перед впуском в реактор в блоке подготовки горячего дутья. В качестве реакционно-способной смеси действует парогазовая смесь, состоящая из окисей углерода и водорода, а также водяного пара. Часть ее сжигают для подогрева основной массы смеси до требуемой величины. В реакторе, благодаря высокой температуре и отсутствию кислорода, процесс пламенного горения полностью исключается и в интервале 500-1500°С интенсивно протекает пиролиз - термическое разложение органики на горючий газ и твердый углеродистый осадок пикарбон. Опускаясь вниз, где 1200-1300°С, по шахте реактора под действием собственного веса, пикарбон полностью газифицируется перегретым паром, имеющим при высокой температуре, в частности вследствие ионизации, высокую активность (С² + + Н - + ОН - → СО + Н 2 ). Еще ниже в интервале температур 1500-1650°С все твердые минеральные составляющие отходов расплавляются до жидкого состояния и выводятся из реактора через специальные летки в нижней части реактора.

Схема установки по переработке мусора:

1 — блок загрузки твердых бытовых отходов и шлака; 2 — подачи тепла; 3 — очистки сырого пирогаза; 4 — очистки воды; 5 — товарного пирогаза; 6 — выделения химпродуктов (серы, фтора и др.); 7 — подачи конденсата углеводородов; 8 — горячего дутья (пирогаз, водяной пар); 9 — смешения и подачи газового топлива и воздуха; 10 — выработки электроэнергии; 11 — парогенерации (вправо идет водяной пар в реактор, влево — дым в трубу); 12 — переработки жидкого шлама (стройматериалы и др.); 13 — переработки металла (металлоизделия, присадки).

Смесь газообразного продукта, выводимого из реактора в его верхней части при температуре около 180°С, имеет примерный состав: синтез-газ - 92%, СО 2 - 4%, летучие углеводороды - 2,5%, H 2 S, HF и др. водородосодержащие соединения - 1,5%. Как видим, это высококачественное топливо. Притом органические загрязнители (масла, смолы и др.) полностью газифицируются в горячей зоне реактора.

В самой нижней части реактора, где поддерживается температура 1700°С, собирается продукт, почти не содержащий углерода. Нагрев реакционноспособной смеси ведут до температуры, обеспечивающей переход всего минерального состава в жидкую фазу. Металлы и шламы здесь разделяет их собственный удельный вес. Отсюда металлы собирают на последующий передел, а шлак годится для производства высококачественных строительных материалов (минеральная вата и др.).

На рисунке изображены основные блоки установки, реализующей описанную технологию.

Соответственно перечисленным блокам реактор разделяется сверху вниз на следующие зоны: загрузки, сушки отходов, пиролиза, газификации, плавления, под (лещадь) реактора.

Такая технология при переработке 100 тыс. т бытовых отходов (с типичными для московского региона влажностью 35,2%, зольностью 22,8%, калорийностью 1774 ккал/кг) дает выход следующей товарной продукции:

  • строительные материалы (заполнители, плитки и др.) -16,5 тыс. т;
  • металлопродукция - 5,6 тыс. т;
  • сера и др. химические продукты - 80,0 т;
  • электроэнергия - 20,0 млн . кВт-ч.

Доходы от реализации продукции пиролиза составляют около 5 млн. долл.

Суммарные капитальные затраты на строительство перерабатывающего модуля – 20-25 млн. долл.

Эксплуатационные затраты 1,8 млн. долл. в год.

Побочные выгоды от сокращения потерь земельных угодий под свалки, от улучшения экологических условий (не надо платить за вредность жителям деревень, расположенных вблизи свалок) и пр. оцениваются в 7,6 млн. долл.

Таким образом, затраты на переработку твердых бытовых отходов описываемой технологией без учета оплаты стоимости мусора, принимаемого на переработку, окупаются через 2 года эксплуатации. С учетом тарифа за прием отходов на переработку (в России это 20 долл. за тонну отходов) затраты окупаются в течение года. Анализ показывает, что при превращении твердых бытовых отходов в газообразный продукт (как топлива) потенциальная энергия последнего почти вдвое превосходит энергетические затраты на его получение. Удобнее всего тут же преобразовать его на газотурбинной установке в электроэнергию.

Утилизация промышленных отходов, например гудрона (в некоторых нефтеперерабатывающих регионах, как известно, накопились целые гудроновые озера), с помощью описанного метода может дать на порядок больший эффект, чем переработка мусора. При этом с помощью 15 млн. т мазута можно высвободить около 35 млн. т бензина - сырья для этилена.

Переработка углей подобным образом позволит не только в несколько раз уменьшить вредные выбросы при их сжигании, но и получить эффективное метанольное топливо для энергетики. К тому же метанол - ценнейшее углеводородное химическое сырье.

Наибольший эффект такая технология дает при ее использовании, например, в регионе со 100-150 тыс. жителей. Предприятия строительства и ремонта, пищевой и хлебопекарной промышленности и др. смогут исключить из производственных процессов котлы, печи огнепламенной природы. Возникнут условия для воспитания нового человека, который не усеивает землю мусором, а производит только сырье для последующего использования, не портит, а украшает природу. В едином системном комплексе, включившем в себя не только энергию и вещество, но и информацию, будет достигнут действительный прогресс человечества.

Итак, выгоды описанной энерготехнологической системы очевидны. Перечислим: универсальность, всеядность (перерабатывается любой состав отходов без какой-либо предварительной подготовки), непрерывность и одностадийность производственных процессов, управляемость, интенсивность, экологичность (исключаются загрязнение окружающей среды и потери земельных территорий под свалки), высокий энергетический КПД-86%, высокий КПД конверсии - 95%, ресурсе- и энергоавтономность, рентабельность.

Казалось бы, не может быть никаких сомнений - эффективнейшую технологию, награжденную золотыми медалями ряда престижнейших международных салонов, нужно немедленно внедрять. И надо сказать, такие попытки предпринимались довольно энергично. Иначе нельзя — новое обычно пробивается с большим трудом. В результате этих усилий были найдены инвестиции на миллиардные контракты. Увы, результат - ноль. Почему? Читатель подумает: «Российский фактор - воруют» - и будет не прав, ибо проблема эффективного хозяйственного использования изобретений существует во всех странах. Точнее, не совсем прав, ибо 1 млрд. из целевых инвестиций одного из ближневосточных государств на реализацию описанной системы все-таки куда-то исчез, и его придется отдавать в составе иностранного долга. Разобраться в факторах, тормозящих внедрение, не так просто. Сошлюсь, как сейчас модно, на американский опыт.

Профессор Сариев был приглашен американским олигархом, сделавшим свое миллиардное состояние на переработке отходов. Олигарх поступил в соответствии с установленным в США стандартным порядком. Он передал предложения Сариева трем независимым экспертным комиссиям (именно трем, потому что если заключение одной из них будет противоречить двум другим, то государство начнет разбираться с компетентностью этой комиссии). После получения трех положительных заключений предложения были переданы на «политическую экспертизу», руководствующуюся специфичными системными факторами. Например, таким: не войдет ли новая технология в неразрешимые противоречия с существующими технологиями и не вызовет ли в связи с этим больше ущербов в смежных отраслях, чем выгод в данной конкретной отрасли? Увы, эксперты дали отрицательный отзыв, отнеся данное изобретение к числу тех, которые у нас полушутливо называют «вредными».

Должно быть, они исходили в том числе и из психологической неготовности современного общества к переходу на безотходные, замкнутые сами на себя технологии? Или еще рано ставить вопрос о полном исключении производства отходов? Жареный петух (простите, год Петуха) еще не клюнул?

Согласно Патентному закону РФ, изобретение считается промышленно применимым, если оно может быть использовано промышленностью.

Только подготовленное общественное сознание преобразует это «может» в «должно».

Внести свой скромный вклад в формирование такого сознания и призвана настоящая статья.

Разумеется, описанная технология имеет недостатки.

Интересно, что, когда на нее еще не был получен патент, она уже была взята в качестве аналога авторами заявки по пат. RU 2044756, кл. С 10 В 47/16, 1993 . В техническом решении последнего нагрев отходов в реакторе производят через стенку шахты, что позволяет резко сократить выброс дымовых газов. Прогресс в этой отрасли значительный, что не могло сказаться на описанной технологии.

Спрашивается, для чего эти патенты, если с помощью квалифицированных специалистов, их получивших, мы не можем (или не хотим?) разобраться, какие технические решения выгоднее использовать, и хватаемся за заведомо худшее - мусоросжигание?

В.ШАРОВ, к.т.н.
Тел . (095) 527-43-40
E-mail: shar10101@infoline.su

Статья опубликована в журнале «Изобретатель и рационализатор» №4 в 2005 году