Анотація до роботи:

Маркіна Л.М. Створення екологічно безпечного технологічного процесу та устаткування для утилізації побутових органічних відходів методом багатоконтурного циркуляційного піролізу. Рукопис. Дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 21.06.01 - екологічна безпека. – Національний університет кораблебудування, Миколаїв, 2007р. Метою роботи є створення екологічно безпечного технологічного процесу й устаткування для переробки побутових органічних відходів методом багатоконтурного циркуляційного піролізу.

Розроблені загальні принципи переробки відходів шляхом глибокої термічної деструкції високомолекулярних органічних відходів. Створена математична модель технологічного процесу переробки відходів на основі багатоконтурного циркуляційного піролізу (БЦП) на базі теорії рециркуляційних процесів. Розроблена технології високомолекулярних органічних відходів. Проаналізовано вплив складу вихідної сировини на технологічні параметри процесу. Встановлені закономірності впливу режимів роботи на характеристики вихідних продуктів. Підтверджено екологічну безпеку БЦП суміші різних органічних відходів і одержаних вихідних продуктів. Розроблені рекомендації із застосування розробленого процесу на основі БЦП для переробки органічних відходів.

У дисертаційній роботі на основі теоретичних і експериментальних досліджень розроблений екологічно безпечний технологічний процес переробки побутових органічних відходів методом багатоконтурного циркуляційного піролізу. Розробка нового технологічного процесу полягає в наступному:

1. Вперше обґрунтовано та визначено основний принцип здійснення технологічного процесу переробки органічних відходів багатоконтурним циркуляційним піролізом, що полягає в досягненні глибокого ступеню деструкції відходів та одержанні рідкого продукту легких фракцій шляхом циркуляції важких рідких фракцій, які утворюються на контурах багатоконтурної циркуляційної системи та повертаються в реактор на додаткову деструкції. Принципова особливість технологічного процесу на основі БЦП у порівнянні з первинним піролізом полягає у забезпеченні процесу переробки власними енергетичними ресурсами та збільшенні виходу корисних продуктів - газу на 3 до 12 %; рідкої фракції на 8 - 25 % і зменшення утворення твердого залишку на 20 % максимум.

2. Вдосконалено математичну модель циркуляційного піролізу з урахуванням багатоконтурного циркуляційного процесу, яка забезпечує управління глибиною переробки відходів із широким діапазоном молекулярних мас, дозволяє визначити кількість контурів багатоконтурної циркуляційної системи, встановити залежність мінімального реакційного об'єму від загального ступеню деструкції та ступеню деструкції на контурах при максимальному виході цільового продукту.

3. Розроблено екологічно безпечну раціональну технологічну послідовність робочих процесів переробки високомолекулярних органічних відходів методом БЦП шляхом надходження первинної парогазової суміші до багатоконтурної циркуляційної системи, де конденсуються важкі рідкі фракції та повертаються у реактор для глибокої термічної деструкції з метою одержання рідкого продукту із заданими характеристиками. Новизна технології підтверджується патентами України (№ 400442 А, № 52840 С2).

4. Виявлено залежності долі рециркуляту в рециркуляційній системі та зниження його молекулярної маси нижче 200, якісні й кількісні характеристики одержаного рідкого продукту від складу вихідної сировини, яка переробляється за технологічним процесом БЦП. Обґрунтовано незалежність кількості контурів багатоконтурної циркуляційної системи та температурних режимів кожного контуру від складових сумішей, які утилізуються.

5. Встановлено експериментальним шляхом мінімальні показники реакційного об'єму та максимального виходу цільового продукту. Зроблено розрахунок кількості контурів БЦС, яка підтверджує теоретичні висновки про доцільність застосування триконтурної циркуляційної системи незалежно від виду відходів, що надходять на утилізацію. Визначено раціональні температурні режими контурів циркуляційної системи з температурою I контуру 330–370 ⁰С, 220–250 ⁰С - II контуру й 120–160 ⁰С для III контуру. Встановлено ідентичність температурних характеристик контурів для переробки різних сумішей ВОВ в єдиному технологічному потоці та одержанні раціонального виходу цільового продукту при максимальному зниженні молекулярної маси незалежно від початкового складу сировини.

6. Встановлено зниження молекулярної маси одержуваного продукту на кожному контурі БЦП і кінцевого цільового продукту за рахунок здійснення глибокої деструкції важких рідких фракцій: молекулярна маса кінцевого рідкого продукту після первинного піролізу високомолекулярних органічних відходів становить 800 - 1500, при здійсненні БЦП на I контурі - 400 - 700, на II контурі - 200 - 500, на III контурі - 150 - 190. Доведено незалежність значень молекулярної маси кінцевого рідкого продукту БЦП від початкового складу відходів.

7. Доведено можливість і обґрунтовано доцільність утилізації різних органічних відходів за технологією БЦП із одержанням рідкого продукту з молекулярною масою не більше 200, який може застосовуватися як альтернативне рідке паливо, з одержанням піролізного газу як замінника природного газу та пірокарбону, що використовується як грубне паливо або як покривні матеріали на меніску при безперервному розливанні кольорових металів і сплавів на горизонтальних МНЛЗ і як інгредієнт обмазки при з'єднанні комбінованих кристалізаторів.

8. Розроблений технологічний процес переробки відходів на основі БЦП і установка для його здійснення є екологічно безпечними завдяки відсутності міграції хімічних речовин з реактора під час роботи й через 15 хв. після закінчення, відсутності запаху в повітрі робочої зони, шуму та вібрації. Отримані вихідні продукти є екологічно чистими, оскільки вміст шкідливих речовин нижче ПДК та відповідає існуючим нормативам, що створює можливість використання їх без додаткового очищення.

9. Розроблено рекомендації з проектування промислових установок, що працюють за розробленим технологічним процесом БЦП і дозволяють створити типорозмірний ряд установок із широким інтервалом продуктивності від 50 кг за процес обробки до 300 т/доба для утилізації різних високомолекулярних органічних відходів.

10. Наведено напрямки використання технологічного процесу на основі БЦП на практиці у вигляді розробленого й виготовленого устаткування: установки по утилізації інфікованих медичних відходів (патент України № 58616 С2), модульного заводу по утилізації високомолекулярних органічних побутових та промислових відходів і осаду міських стічних вод (термобіологічний комплекс) (патент України № 74681 С2), заводу по утилізації нафтошламів (патент України № 74635), способу термічної рециркуляційної утилізації суміші високомолекулярних побутових і промислових відходів і установки для його здійснення (патент України № 69061).

Основний зміст дисертації опублікований у наступних наукових працях:

1. Рижков С.С., Маркіна Л.М., Бабій В.П., Рудюк М.В. Особливості процесу багатоконтурного піролізу високомолекулярних органічних відходів// Екотехнології й ресурсозбереження. - 2001. - № 5. - С. 56 - 61.

2. Рижков С.С., Маркіна Л.М., Рудюк М.В. Аналіз матеріального балансу термічного розкладання органічних відходів за технологією багатоконтурного циркуляційного піролізу // Екотехнології й ресурсозбереження.-2003.- № 5.-С.29-36.

3. Маркіна Л. Н. Моделювання й розрахунок елементів технології багатоконтурного циркуляційного піролізу високомолекулярних органічних відходів // Екотехнології й ресурсозбереження. - 2006. - № 4. - С. 71 - 76 .

4. Спосіб утилізації органічних відходів: Патент 40442 А України, МКИ 7 F 23 G 5/027, С 10 G 1/00.- Маркіна Л М., Рудюк М.В., Бабій В П - Опубл. 16.07.2001р. - Бюл. № 6, 2001р. - 5 з іл.

5. Спосіб утилізації органічних відходів: Патент 52840 С2 України, МКИ 7 F 23 G 5/027, С 10 G 1/00. - Маркіна Л.М, Рудюк М.В., Бабій В.П. - Опубл. 15.01.03. - Бюл. № 1, 2003р. - 5 з іл.

6. Установка для утилізації інфікованих медичних шприців: Патент 58616С2 України, МКИ7 F23 G5/027, Рудюк М.В., Бабій В.П., Маркіна Л.М.-Опубл.15.08.2003р.-Бюл.№ 8,2003 р.-4 з іл.

7. Спосіб термічної утилізації суміші високомолекулярних органічних побутових та промислових відходів і установка для його здійснення: Патент 69061 України, МПК F 23 G 7/00, С 10 G 1/00. - Рудюк М.В., Маркіна Л.М., Коваль О.М. - Опубл. 16.01.06. - Бюл. № 1, 2006р. - 6 з іл.

8. Спосіб термічної утилізації нафтошламів та установка для його реалізації: Патент 74635 України, МПК F 23 G 7/00, С 10 G 1/00. - Рудюк Н.В., Маркіна Л.Н., Коваль О.Н. - Опубл. 16.01.06. - Бюл. № 1, 2006р. - 7 з іл.

9. Спосіб термобіологічної утилізації суміші органічних побутових та промислових відходів і мулів міських стічних вод та установка для його реалізації: Патент 74681 України, МПК B 03 B 9/00, F 23 G 7/00, С 10 G 1/00, C 05 F 9/00, C 02 F 9/14, C 02 F 11/00, B 09 B 3/00. - Рудюк М.В., Маркіна Л.М., Коваль О.М., Зайців А.И. - Опубл. 16.01.06. - Бюл. № 1, 2006р. - 6 з іл.

10. Рудюк М.В., Бабій В. П., Маркіна Л.М. Нові екологічні технології в галузі утилізації органічних відходів з одержанням нетрадиційних енергоносіїв // Збірник наукових статей міжнародної науково-практичної конференції «Проблеми збору, переробки й утилізації відходів». - Одеса: ОЦНТЕІ. - 2001. - С. 305 - 310.

11. Рижков С.С., Маркіна Л.М. Принципи роздільного формування та утилізації потоків міських твердих побутових відходів // Матеріали 3-й міжн. науч.-техніч. конф. «Проблеми енергозбереження та екології в суднобудуванні». - Миколаїв: УДМТУ. - 2002. - С. 33 - 34.

12. Рудюк М.В., Бабій В. П., Маркіна Л.М. Особливості поетапного термічного розкладання органічних відходів за технологією БЦП // Труди другої наук.- техніч. конф. "Нові технології та обладнання по переробці промислових та побутових відходів і їх медико-екологічне забезпечення". - К.: Знання. - 2003. - С. 123 - 130.

13. Рудюк М.В., Коваль О.М., Маркіна Л.М. Особливості термобіологічного методу утилізації твердих побутових і промислових органічних відходів і мулів міських стічних вод // Тези доповідей другої міжнародної конф. «Енергія з біомаси». - К.: Знання.-2004.- С. 265- 267.

14. Маркіна Л.М. Регулювання ступеня деструкції органічних відходів в екологічно безпечній технології багатоконтурного піролізу // Матеріали 4 - й міжнародної научно-практич. конф. «Проблеми екології й енергозбереження в суднобудуванні» - Миколаїв: НУК. - 2005. - С. 114.

15. Маркіна Л.М. Технологія багатоконтурного піролізу як екологічно безпечний метод утилізації муніципальних відходів//Матеріали міжнародної науково-техніч. конф. «Муніципальна енергетика: проблеми, рішення». - Миколаїв: НУК. - 2005. - С. 83 - 86.