ПИРОЛИЗ ЖИДКОГО ОСТАТКА, ПОЛУЧЕННОГО В ПРОЦЕССЕ УТИЛИЗАЦИИ ОТХОДОВ ПОД ДЕЙСТВИЕМ МИКРОВОЛНОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
Аннотация
Плазмохимическая деструкция отходов – это процесс разложения отходов в результате воздействия на них частиц, образующихся в неравновесной плазме обычно атмосферного давления, обладающих высокой химической (в частности, электрохимической) активностью. Основным преимуществом данного подхода является отсутствие градиентов температур внутри реактора и устойчивость поглотителей микроволнового излучения к каталитическим ядам, таким как оксиды серы и азота, сероводород и соляная кислота, что положительно влияет на экономические характеристики процесса. Энергия, разрушающая структуру отходов, генерируется за счет плазменного разряда. Возможно также сочетание плазменных технологий с традиционными методами утилизации. Предложен способ утилизации жидкого остатка, образующегося при переработке твердых бытовых отходов в процессе низкотемпературного тления в недостатке кислорода и частично воздействия плазмы. Для утилизации смолоподобного жидкого остатка были проведены исследования по его переработке в водородсодержащий газ под воздействием микроволнового излучения. Частички угля добавляются в смолоподобный остаток и через полученную смесь продувается газ-носитель. Микроострия частичек угля выступают в качестве поверхности для инициации микроразрядов: на них накапливаются заряды и происходит локальный пробой. Исследованы различные виды промышленных адсорбентов, при обработке которых микроволновым излучением достигается наилучшая скорость их нагрева. Подобран наиболее эффективный угольный адсорбент (Березовый Угольный Адсорбент), частицы которого выступают в качестве локальных точечных источников для генерации плазмы. Определены оптимальные энергетические параметры разряда и скорость подачи плазмообразующего газа. Найдено оптимальное соотношение угольного адсорбента к исследуемому образцу, позволяющее достигнуть максимальной степени превращения утилизируемого остатка. Определен состав жидких и газообразных продуктов, образующихся в результате плазмохимической деструкции отходов.
Для цитирования:
Максимова Н.Д., Чистяков А.В., Бобкова Е.С. Пиролиз жидкого остатка, полученного в процессе утилизации отходов под действием микроволнового излучения. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2025. Т. 68. Вып. 12. С. 129-138. DOI: 10.6060/ivkkt.20256812.7158.
Литература
Leonova V.V. Current state of solid household waste management in the Russian Federation. Molod. I I Nauch.-Tech. Prog.: Sbornik Dokl. XIII Mezhd. Nauch.-Pract. Conf. 2020. P. 395-399 (in Russian).
Albrecht M., Yarovoy G., Karginova-Gubinova V. Russia’s waste policy and rural waste management in the Karelian Republic: building up a ruin to come? Fennia: Mezhd. Gepraf. Zhurn. 2020. V. 198. N 1-2. P. 135–150 (in Russian) DOI: 10.11143/fennia.95519.
Lebedeva M.A. Barriers to the transition to zero waste in the field of solid household waste management in the regions of the Northwestern Federal District. Probl. Razv. Terr. 2022. V. 26. N 5. P. 110–123 (in Russian). DOI: 10.15838/ptd.2022.5.121.8.
Explanatory note to the technology of neutralization of industrial, household, medical and biological waste in PK series destructors, Tech. Regl. 38.22.29-72523948-2022. 2022 (in Russian).
Son E.E., Gadzhiev M.H., Kulikov Yu.M. Plasma utilization in environmental problems (review). Teplofiz. Vysokikh Temper. 2020. V. 58. N 4. P. 536-562 (in Rus-sian). DOI: 10.31857/S0040364420040146.
Kangana P. Bhatt, Sanjay Patel, Darshit S. Upadhyay, Rajesh N. Patel. A critical review on solid waste treat-ment using plasma pyrolysis technology. Chem. Eng. Proc. – Proc. Intensif. 2022. V. 177 P. 108989. DOI: 10.1016/j.cep.2022.108989.
Guschin A.A., Grinevich V.I., Kvitkova E.Yu., Gusev G.I., Shutov D.A., Ivanov A.N., Manukyan A.S., Rybkin V.V. Gas discharges as a tool for cleaning gas and solution mediums and synthesis of inorganic materials. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2023. V. 66. N 7. P. 120-131 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20236607.6835j.
Kuo W.-C., Lasek J., Słowik K., Głód K., Jagustyn B., Li Y.-H., Cygan A. Low-temperature pretreatment of municipal solid waste for efficient application in combustion systems. Energy Convers. Manag. 2019. V. 196. P. 525–535. DOI: 10.1016/j.enconman.2019.06.007.
Moreau M., Orange N., Feuilloley M.G.J. Non-Thermal Plasma Technologies: New Tools for Bio-Decontamination. Biotechnol. Adv. 2008. V. 26. N 6. P. 610–617. DOI: 10.1016/j.biotechadv.2008.08.001.
Sotnikova V.G., Safin R.G. Energy-saving plant for processing organic waste into fuel and adsorbents. Ross. Khim. Zhurn. 2023. V. 67. N 3. P. 17-24 (in Russian). DOI: 10.6060/rcj.2023673.3.
Makarevich E.A., Papin A.V., Cherkasova T.G. Kinetic characteristics of thermolysis processes of rubber waste products. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2024. V. 67. N 5. P. 107-113 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20246705.6937.
Ismail N., Ani F.N. A Review on Plasma Treatment for the Processing of Solid Waste. J. Technol. 2015. V. 72. N 5. DOI: 10.11113/jt.v72.3938.
Ethaib S., Omar R., Mazlina M.S., Radiah A.D., Zuwaini M. Evaluation solvent level effect on sugar yield during microwave-assisted pretreatment. IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 2020. V. 871. 012034. DOI: 10.1088/1757-899X/871/1/012034.
Kappe C. O., Stadler A., Dallinger D. Microwaves in organic and medicinal chemistry. John Wiley & Sons. 2012. 52 p. DOI: 10.1002/9783527647828.
Mushtaq F., Mat R., Ani F.N. A review on microwave assisted pyrolysis of coal and biomass for fuel produc-tion. Renew. Sustain. Energy Rev. 2014. V. 39. P. 555-574. DOI: 10.1016/j.rser.2014.07.073.
Ziyao Jie, Cheng Liu, Daolu Xia, Guixin Zhang. Microwave plasma torches for solid waste treatment and vit-rification. Environ. Sci. Pollut. Res. 2023. V. 31. P. 32827-32838. DOI: 10.1007/s11356-022-24523-2.
Gushchin A.A., Grinevich V.I., Kozlov A.A., Kvitkova E.Yu., Shutov D.A., Rybkin V.V. Destruction of 2,4 di-chlorophenol in an atmospheric pressure dielectric barrier discharge in oxygen. Plasma Chem. Plasma Process. 2017. V. 37. N 5. P. 1331-1341. DOI: 10.1007/s11090-017-9828-4.
Korolev A.P., Mordasov D.M. Behavior of materials in an electric field. Tambov: Izd. TGTU. 2012. 42 p. (in Russian).
Bulat P., Esakov I., Grachev L., Volkov K., Volobuev I. Experimental investigation of air breakdown caused by subcritical streamer microwave discharge. IEEE Trans. Plasma Sci. 2021. V. 49. N 3. P. 1041-1049 (in Russian). DOI: 10.1109/tps.2021.3064286.
Gusev G.I., Gushchin A.A., Grinevich V.I., Izvekova T.V., Kvitkova E.Y., Rybkin V.V. Destruction of aqueous solutions of 2,4-dichlorophenol in a plasma-catalytic barrier discharge reactor. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2021. V. 64. N 11. P. 103-111 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20216411.6507.
Ethaib S., Omar R., Kamal S.M.M., Awang Biak D.R., Zubaidi S.L. Microwave-Assisted Pyrolysis of Biomass Waste: A Mini Review. Processes. 2022. V. 8. N 9. P. 1190. DOI: 10.3390/pr8091190.
Quantitative chemical analysis of soils: a method for measuring the total content of cadmium, cobalt, manganese, copper, nickel, lead, chromium and zinc in soils, bottom sediments, sewage sludge and waste using flame atomic absorption spectrometry. PND F 16.1:2.2:2.3:3.36-2002. Fed. Sluzh. po Nadz. v Sph. Pri-rod. 2011. (in Russian).
Tsodikov M.V., Chistyakov A.V., Konstantinov G.I., Nikolaev S.A., Borisov R.S., Levin I.S., Maksimov Yu.V., Gekhman A.E. Microwave-stimulated conversion of a tar/lignin blend into hydrocarbons in a plasma-catalytic mode. Russ. J. Appl. Chem. 2021. V. 94. P. 1513–1524 (in Russian). DOI: 10.1134/S1070427221110069.
Mikhailov G.G., Kuznetsov Yu.S., Kachurina O.I., Chernukha A.S. Analysis of phase equilibria in the system "Iron oxides - carbon - CO - CO2". Vest. Yuzh. Ural. Gos. Univ. 2013. V. 13. N 1. P. 6-13 (in Russian).
