Войти
Термическая деполимеризация (TDP ) - это процесс деполимеризации с использованием водный пиролиз для восстановления сложных органических материалов (обычно отходы продукты различных видов, часто биомасса и пластик ) в легкую сырую нефть. Он имитирует естественные геологические процессы, которые, как считается, участвуют в производстве ископаемого топлива. Под давлением и при нагревании длинноцепочечные полимеры из водорода, кислорода и углерода разлагаются на короткоцепочечные нефть углеводороды с максимальной длиной около 18 атомов углерода.
Термическая деполимеризация аналогична другим процессам, в которых используется перегретая вода в качестве основного этапа производства топлива, такого как прямое гидротермальное сжижение. Они отличаются от процессов с использованием сухих материалов для деполимеризации, таких как пиролиз. Термин термохимическая конверсия (ТСС) также использовался для преобразования биомассы в масла с использованием перегретой воды, хотя чаще он применяется к производству топлива путем пиролиза. Другие процессы промышленного масштаба включают процесс «SlurryCarb», управляемый EnerTech, который использует аналогичную технологию для декарбоксилирования влажных твердых биоотходов, которые затем могут быть физически обезвожены и использованы в качестве твердого топлива, называемого E-Fuel. Завод в Риальто, Калифорния, был рассчитан на переработку 683 тонны отходов в день. Однако он не соответствовал стандартам проектирования и был закрыт. Кредит Риальто объявил дефолт по выплате облигаций и находится в процессе ликвидации. В процессе гидротермальной модернизации (HTU) используется перегретая вода для производства масла из бытовых отходов. В Нидерландах планируется запустить демонстрационную установку, которая, как сообщается, будет способна перерабатывать 64 тонны биомассы (в сухом виде ) в день в нефть. Термическая деполимеризация отличается тем, что включает в себя водный процесс, за которым следует безводный крекинг / дистилляция.
Термическая деполимеризация аналогична геологическим процессам, в результате которых производилось ископаемое топливо, используемое сегодня, за исключением того, что технологический процесс занимает временные рамки, измеряемые часами. До недавнего времени процессы, разработанные человеком, были недостаточно эффективны, чтобы служить практическим источником топлива - требовалось больше энергии, чем производилось.
Первый промышленный процесс получения газа, дизельного топлива и других нефтепродуктов путем пиролиза угля, гудрона или биомассы был разработан и запатентован в конце 1920-х годов Fischer-Tropsch. В патенте США 2177557, выданном в 1939 году, Бергстром и Седерквист обсуждают способ получения масла из древесины, при котором древесину нагревают под давлением в воде с добавлением значительного количества гидроксида кальция. к смеси. В начале 1970-х годов Герберт Р. Аппель и его коллеги работали с методами водного пиролиза, как показано в патенте США 3,733,255 (выданном в 1973 году), в котором обсуждается производство нефти из канализационного осадка и бытовые отходы путем нагревания материала в воде под давлением и в присутствии окиси углерода.
Подход, превышающий безубыточность, был разработан Иллинойс микробиолог Пол Баскис в 1980-х годах и усовершенствованный в течение следующих 15 лет (см. патент США 5,269,947, выданный в 1993 году). Технология была окончательно разработана для коммерческого использования в 1996 г. компанией Changing World Technologies (CWT). Брайан С. Аппель (генеральный директор CWT) взял эту технологию в 2001 году, расширил и изменил ее на то, что теперь называется TCP (процесс термического преобразования), а также подал заявку и получил несколько патентов (см. например, опубликованный патент 8,003,833, выданный 23 августа 2011 г.). Демонстрационная установка термической деполимеризации была завершена в 1999 г. в Филадельфии компанией Thermal Depolymerization, LLC, а первая полномасштабная коммерческая установка была построена в Карфагене, штат Миссури, примерно в 100 ярдах (91 м).) от ConAgra Foods 'массивного завода по производству баттербола индейки, где предполагается переработать около 200 тонн отходов индейки в 500 баррелей ( 79 м) нефти в сутки.
В методе, используемом CWT, вода улучшает процесс нагрева и вносит водород в реакции.
В процессе Changing World Technologies (CWT) исходный материал сначала измельчается на небольшие куски и смешивается с водой, если он особенно сухой. Затем его подают в реакционную камеру резервуара высокого давления, где он нагревается до постоянного объема примерно до 250 ° C. Подобно скороварке (за исключением гораздо более высокого давления), пар естественным образом повышает давление до 600 фунтов на кв. Дюйм (4 МПа ) (около точки насыщенной водой ). Эти условия выдерживаются в течение приблизительно 15 минут для полного нагрева смеси, после чего давление быстро сбрасывается, и большая часть воды выкипает (см.: мгновенное испарение ). В результате получается смесь сырых углеводородов и твердых минералов. Минералы удаляются, а углеводороды отправляются в реактор второй ступени, где они нагреваются до 500 ° C, что приводит к дальнейшему разрушению более длинных углеводородных цепей. Затем углеводороды сортируются с помощью фракционной перегонки в процессе, аналогичном обычному переработке нефти.
. Компания CWT утверждает, что от 15 до 20% энергии сырья используется для обеспечения энергией установки. Оставшаяся энергия доступна в преобразованном продукте. При работе с отходами индейки в качестве сырья оказалось, что эффективность процесса составляет примерно 85%; Другими словами, энергия, содержащаяся в конечных продуктах процесса, составляет 85% энергии, содержащейся во входах в процесс (в первую очередь, энергосодержание сырья, но также включая электричество для насосов и природного газа или древесный газ для отопления). Если рассматривать содержание энергии в сырье как свободное (т. Е. Отходы какого-либо другого процесса), то на каждые 15 единиц энергии, израсходованной на технологическое тепло и электричество, выделяется 85 единиц энергии. Это означает, что «энергия, возвращенная на вложенную энергию » (EROEI) составляет (6,67), что сопоставимо с другими процессами сбора энергии. Более высокая эффективность может быть возможна с более сухим и более богатым углеродом сырьем, таким как отходы пластмассы.
Для сравнения, текущие процессы, используемые для производства этанола и биодизеля из сельскохозяйственные источники имеют EROEI в диапазоне 4,2 с учетом энергии, используемой для производства сырья (в данном случае обычно сахарный тростник, кукуруза, соя и тому подобное). Эти значения EROEI нельзя напрямую сравнивать, потому что эти расчеты EROEI включают стоимость энергии для производства сырья, тогда как приведенный выше расчет EROEI для процесса термической деполимеризации (TDP) не учитывает.
Процесс разрушает почти все материалы, которые в него подаются. TDP даже эффективно разрушает многие типы опасных материалов, таких как яды и трудно уничтожаемые биологические агенты, такие как прионы.
| Сырье | Масла | Газы | Твердые вещества (в основном на основе углерода) | Вода (пар) |
|---|---|---|---|---|
| Пластиковые бутылки | 70% | 16% | 6% | 8% |
| Медицинские отходы | 65% | 10% | 5% | 20% |
| Шины | 44% | 10% | 42% | 4% |
| Субпродукты индейки | 39% | 6% | 5% | 50% |
| Сточные воды осадок | 26% | 9% | 8% | 57% |
| Бумага (целлюлоза) | 8% | 48% | 24% | 20% |
(Примечание: бумага / целлюлоза содержит не менее 1% минералов, которые, вероятно, были отнесены к твердым углеродным веществам.)
Как сообщалось 04/02/2006 в журнале Discover Magazine, Завод в Карфагене, штат Миссури производил 500 баррелей в день (79 м3 / сут) масла из 270 тонн внутренностей индейки и 20 тонн свиного сала. Это соответствует выходу масла 22,3 процента. Завод в Карфагене производит высококачественную сырую нефть API 40+. Он содержит легкую и тяжелую нафту, керосин и газойль фракции, по существу, без тяжелого нефтяного топлива, смол, асфальтенов или парафинов. Он может быть дополнительно очищен для производства мазута № 2 и № 4 жидкого топлива.
| Выходной материал | % по весу |
|---|---|
| Парафины | 22% |
| Олефины | 14% |
| Нафтены | 3% |
| Ароматические вещества | 6% |
| C14 / C14 + | 55% |
| 100% |
Твердые твердые частицы углерода, полученные с помощью процесса TDP, имеют множество применений в качестве фильтра, источника топлива и удобрения. Его можно использовать в качестве активированного угля при очистке сточных вод, в качестве удобрения или в качестве топлива, аналогичного углю.
Процесс может разрушать органические яды из-за для разрыва химических связей и разрушения молекулярной формы, необходимой для действия яда. Вероятно, он будет высокоэффективным при уничтожении патогенов, включая прионы. Он также может безопасно удалить тяжелые металлы из образцов, переведя их из ионизированной или металлоорганической формы в их стабильные оксиды, которые можно безопасно отделить от других продуктов.
Наряду с аналогичными процессами, это метод повторного использования энергии, содержащейся в органических материалах, без предварительного удаления воды. Он может производить жидкое топливо, которое физически отделяется от воды без необходимости сушки. Другие методы восстановления энергии часто требуют предварительной сушки (например, сжигание, пиролиз ) или получения газообразных продуктов (например, анаэробное сбраживание ).
По оценке Агентства по охране окружающей среды США, в 2006 году было 251 миллион тонн твердых бытовых отходов, или 4,6 фунта за день на человека в США. Большая часть этой массы считается непригодной для переработки нефти.
Процесс разбивает только длинные молекулярные цепи на более короткие, поэтому небольшие молекулы, такие как диоксид углерода или метан не может быть преобразован в нефть с помощью этого процесса. Однако метан в исходном сырье восстанавливается и сжигается для нагрева воды, что является важной частью процесса. Кроме того, газ можно сжигать на теплоэлектростанции, состоящей из газовой турбины, которая приводит в действие генератор для выработки электроэнергии, и теплообменника для нагрева входящей технологической воды. от выхлопных газов. Электроэнергия может продаваться в энергосистему, например, по схеме зеленого тарифа. Это также увеличивает общую эффективность процесса (уже говорилось, что содержание энергии в сырье составляет более 85%).
Другой вариант - продавать метановый продукт как биогаз. Например, биогаз можно сжимать, подобно природному газу, и использовать его для питания автомобилей.
Многие сельскохозяйственные и животноводческие отходы могут быть переработаны, но многие из них уже используются в качестве удобрения, корма для животных и, в некоторых случаях, в качестве сырья для бумажных фабрик или котельного топлива. Энергетические культуры представляют собой еще одно потенциально крупное сырье для термической деполимеризации.
В отчетах 2004 г. утверждалось, что предприятие в Карфагене продавало продукцию по цене на 10% ниже цены эквивалентной нефти, но его производственные затраты были достаточно низкими, чтобы приносить прибыль. В то время он платил за отходы индейки (см. Также ниже).
Затем завод потреблял 270 тонн субпродуктов индейки (полная мощность завода по переработке индейки) и 20 тонн отходов производства яиц ежедневно. В феврале 2005 года завод в Карфагене производил около 400 баррелей в день (64 м3 / сут) сырой нефти.
В апреле 2005 г. сообщалось, что завод работает в убыток. В следующих отчетах за 2005 год были обобщены некоторые экономические неудачи, с которыми завод в Карфагене столкнулся с момента его планирования. Считалось, что опасения по поводу коровьего бешенства предотвратят использование отходов индейки и других продуктов животного происхождения в качестве корма для скота, и, таким образом, эти отходы будут бесплатными. Как выяснилось, отходы индейки все еще могут использоваться в качестве корма в Соединенных Штатах, поэтому предприятие должно закупать этот корм по цене от 30 до 40 долларов за тонну, добавляя от 15 до 20 долларов за баррель к стоимости нефти. Окончательная стоимость по состоянию на январь 2005 года составляла 80 долларов за баррель (1,90 доллара за галлон).
Вышеуказанная стоимость производства также не включает эксплуатационные расходы на термоокислитель и скруббер, добавленные в мае 2005 г. в ответ на жалобы на запах (см. Ниже).
Налоговый кредит на биотопливо в размере примерно 1 доллара США за галлон США (26 ¢ / л) на производственные затраты был недоступен, поскольку добытая нефть не соответствовала определению «биодизель» согласно соответствующему американскому налоговому законодательству. Закон об энергетической политике 2005 г. специально добавил термическую деполимеризацию к кредиту на возобновляемое дизельное топливо в размере 1 долл. США, который вступил в силу в конце 2005 г. и позволил получить прибыль в размере 4 долл. США на баррель добытой нефти.
Компания изучает возможности расширения в Калифорнии, Пенсильвании и Вирджинии и в настоящее время изучает проекты в Европе, где продукты животного происхождения не могут использоваться в качестве корма для скота. TDP также рассматривается как альтернативный способ очистки сточных вод в Соединенных Штатах.
Опытная установка в Карфагене была временно остановлена из-за жалоб на запах. Вскоре он был перезапущен, когда было обнаружено, что растение создает лишь немногие запахи. Кроме того, завод согласился установить усовершенствованный термоокислитель и модернизировать свою систему очистки воздуха по постановлению суда. Поскольку завод расположен всего в четырех кварталах от центра города, привлекающего туристов, это обострило отношения с мэром и жителями Карфагена.
По словам представителя компании, на завод поступали жалобы даже в те дни, когда он не работает. Она также утверждала, что запах, возможно, возник не на их предприятии, которое расположено рядом с несколькими другими предприятиями по переработке сельскохозяйственной продукции.
29 декабря 2005 г. губернатор штата приказал предприятию снова закрыть по утверждениям о неприятных запахах, как сообщает MSNBC.
По состоянию на 7 марта 2006 г. завод начал ограниченные пробные запуски, чтобы подтвердить, что он решил проблему запаха.
По состоянию на 24 августа, В 2006 году был отклонен последний иск, связанный с проблемой запаха, и проблема признана устраненной. Однако в конце ноября была подана еще одна жалоба на неприятный запах. Эта жалоба была закрыта 11 января 2007 г. без начисления штрафов.
В статье в журнале Discover в мае 2003 г. говорилось: «Appel выделил средства федерального гранта, чтобы помочь построить демонстрационные заводы по переработке куриных субпродуктов и навоза в Алабаме, а также растительных остатков и жира в Неваде. Также ведутся работы по переработке отходов индейки и навоза в Колорадо, а также отходов свинины и сыра в Италии. Он говорит, что первое поколение центров деполимеризации будет к тому времени должно быть ясно, является ли технология такой чудесной, как утверждают ее сторонники ».
Однако по состоянию на август 2008 года единственный действующий завод, указанный на веб-сайте компании, является первоначальным один в Карфагене, штат Миссури.
Changing World Technology подала заявку на IPO 12 августа; 2008 г., надеясь привлечь 100 миллионов долларов.
Необычное IPO типа голландского аукциона провалилось, возможно, потому что CWT потеряла почти 20 миллионов долларов при очень небольшом доходе.
CWT, материнская компания Renewable Energy Solutions подала иск о банкротстве Глава 11. Никаких подробностей о планах строительства завода в Карфагене не сообщается.
В апреле 2013 года CWT была приобретена канадской фирмой, расположенной в Калгари.
