Железнодорожные шпалы относятся к тому виду предметов, утилизация которых представляет большие сложности. Деревянные шпалы, пропитанные разнообразными антисептиками, ацетоном, креозотом, карбоновым маслом практически не поддаются рациональному уничтожению. Казалось бы, что проще – сжечь дерево. Но при его сгорании в данном случае в атмосферу высвободится невероятное количество всех этих вредных веществ.

По этим причинам утилизация шпал представляет собой настоящую проблему современной цивилизации. Особенно остро стоит эта проблема в крупных странах, чьи гигантские (в общем-то, никому не нужные), просторы покрыты железнодорожными путями безумной протяженности. К таким странам относятся Россия, США, Китай, Индия, Канада, Бразилия (в общем, самые крупные страны мира). В Австралии, правда, быстро поняли, что автомобили движутся быстрее, чем поезда и проложили автомобильные трассы, а не железные дороги. Там они, конечно, тоже есть, но не в таком количестве.

Что же делать тем странам, которые из жадности захватили больше территории, чем нужно для жизни? Получается, что все свободное от населенных пунктов и сельхозугодий пространство – это просто излишнее препятствие для сообщения между населенными пунктами.

Учитывая, что каждый год производится ремонт тех или иных участков железнодорожных путей, то с каждым годом становится все больше никому не нужных шпал. Учитывая происходящее, сам собой напрашивается вывод, что и утилизация шпал должна происходить максимально быстро.

Способы уничтожения отработанного материала

Самыми современными и быстрыми способами уничтожения отработавших свое шпал являются газификация шпал и пиролиз. Газификация шпал – это достаточно сложный физико-химический процесс. Причем деревянные шпалы обрабатывают кислородом таким образом, что они превращаются в горючие газы.

Пиролиз шпал – противоположный процесс. Они полностью изолируются от кислорода, попадая, фактически, в вакуумную среду. При помощи очень высоких температур их подвергают термическому разложению. Этот метод идеален для шпал, обработанных карбоном. Также этот способ утилизации хорошо тем, что весь процесс производится в герметичном, закрытом помещении и вредные для окружающей среды вещества успевают нейтрализоваться сначала под действием высоких температур, а затем с помощью специальных фильтров.

Этапы утилизации

Но утилизация шпал – тяжелый процесс, и его временами приходится производить в два этапа, для полной гарантии уничтожения старых шпал:

1. Первый этап – обработка материала химическими реагентами, в задачу которых входит связывание и нейтрализация креозота;
2. Второй этап – непосредственное сжигание уже обезвреженной древесины методом пиролиза в герметичном помещении.

Как мы видим, креозот делает процесс утилизации шпал более трудоемким, поэтому имеет смысл обрабатывать их исключительно каменноугольным маслом (карбоном, карбонатом).

Проблема утилизации железнодорожных деревянных шпал — острейшая для транспортной отрасли. Изъятые из пути шпалы подлежат захоронению на региональных полигонах промышленных отходов, однако из-за переполненности этих полигонов подразделения железной дороги зачастую вынуждены накапливать и складировать шпалы в местах, не предусмотренных для их хранения. В соответствии с законодательством такое несанкционированное размещение вредных отходов нередко дорого обходится их владельцам. Между тем, утилизация шпал деревянных не только замыкает жизненный цикл продукта, но и одновременно может стать альтернативным источником энергии и ценного сырья. Рассмотрим наиболее известные на сегодняшний день способы утилизации отработанных деревянных шпал.

Способ первый : сжигание Основной метод утилизации шпал деревянных, применяемый в настоящее время, - сжигание. Дешево и сер- дито, горят шпалы очень хорошо - благодаря все той же креозотовой пропитке. Его недостатки: конечные продукты прямого сжигания - зола и… огромный объем токсичных летучих веществ, выбрасываемый в окружающую среду! Периферийная часть шпалы на 80% состоит из каменноугольного масла, а оно в свою очередь содержит 20,1% фенолов, 17,2% фенантренов, 16,9% пиренов, 22% ацетона и 12% бутанола. Эти соединения, попав в воздух, способны вызвать тяжелые отравления у людей, а в отдаленной перспективе - способствовать появлению онкологических заболеваний. Вот почему эффективная утилизация должна строиться не на простом сжигании, а на процессе глубокой переработки с промежуточным процессом нейтрализа- ции креозота.

Способ второй : использование в качестве строительного материала Возможность вторичной эксплуатации шпал еще в эпоху тотального дефицита оценили садоводы и сельские жители, для которых отработанные деревянные изделия стали бес- платным строительным материалом. Несмотря на то, что трудностей с поиском стройматериалов в стране давно уже нет, случаи применения ОДШ для возведения надворных построек (бань , курятников) и даже дачных домиков - по-прежнему очень распространенное явление. Его недостатки: использование пропитанных креозотом шпал для сооружения ограждающих конструкций, равно как и их сжигание, категорически не рекомендуется специалистами - ежедневное вдыхание токсичных паров каменноугольного масла ни к чему хорошему не приведет.

Способ третий : газификация По сути, газификация - предельный случай диспергации (превращения топлива в пылевидный поток). Из- вестно, что диспергирование топлива уменьшает неполноту сгорания углеводородных соединений, при этом степень обезвреживания увеличивается примерно в тысячу раз по сравнению с обычным сжиганием. Газификация топлива осуществляется путем его разложения при недостатке кислорода. Полученный в газогенераторе газ, содержащий водород и окись углерода, сжигается в котельной установке на типовой горелке. В процессе газификации за счет длительного пребывания токсичных веществ в зоне окисления (десятки минут) при недостатке кислорода и умеренной температуре (около 400°) происходит расщепление сложных циклических соединений с получением газогенераторного газа, содержащего водород и окись углерода. Эти вещества сжигаются при избытке кислорода в котле или отдельной камере газогенератора, причем дымовые газы содержат только воду и углекислый газ. Полученная тепловая энергия может быть использована для отопления депо, мастерских, станционных сооружений. Его недостатки: как показывает практика, большинство газогенераторных установок недостаточно экономичны и имеют довольно низкую продуктивность при относительно высоком расходе дизельного топлива.

Способ четвертый утилизации шпал деревянных : переработка шпал в древесный уголь Технология глубокой переработки отслуживших свой срок железнодорожных шпал предполагает, что на первом этапе с помощью химических реагентов нейтрализуются соединения креозота, а уже на втором этапе перерабатывается древесина. Его недостатки: возможность утилизации шпал при соблюдении экологических норм - с образованием активированного угля и выделением тепловой энергии (которые затем также могут быть задействованы в производственном цикле предприятия) кажется привлекательной, однако эта технология на сегодняшний день достаточно затратна. Пока ее применение не может кардинально решить проблему размещения отходов.

Способ пятый ( самый перспективный на сегодняшний момент ) : пиролиз. Методика пиролиза (термического разложения без доступа воздуха) отработанных деревянных шпал с дистилляцией каменноугольного масла недавно была предложена специалистами одного из предприятий. По их мнению, применение метода пиролиза для утилизации ОДШ позволит не только предотвратить загрязнение окружающей среды, так как процесс пиролиза осуществляется в герметичных условиях, но и позволит получить экономическую выгоду. Использование тепла от сжигания образующихся пирогазов позволит до минимума снизить энергозатраты на процесс. При правильной организации технологического процесса этот метод утилизации позволит не только покрыть энергетические потребности процесса пиролиза, но и использовать излишки вырабатываемого тепла в технических или бытовых нуждах. Кроме того, экономическая эффективность такого способа утилизации значительно повышается за счет реализации жидких и твердых продуктов пиролиза, которые могут быть использованы в промышленности. Полученные в ходе экспериментальных исследований результаты говорят о незначительном отличии адсорбционной активности угля, полученного из ОДШ, от сорбционной активности древесного угля из березы (в среднем ниже на 5%), что делает возможным его применение в качестве сорбента в технических целях - для адсорбционной очистки в промышленности. Его недостатки: пока очень мало информации о практическом применении этой методики. Итак, проблема выбора оптимального способа утилизации шпал во многом упирается в отсутствие достаточного опыта переработки этих отходов в соответствии с требованиями экологии, дефицит денежных средств и несовершенство экологического контроля, позволяющее свободно сжигать и складировать ОДШ. Однако шаги по изучению путей утилизации шпал деревянных, предпринимаемые пусть и не очень активно, позволяют надеяться, что со временем ОДШ станет еще одним ценным ресурсом.

По материалам журнала «РС Эксперт».

При строительстве железнодорожных путей раньше использовались деревянные шпалы, которые необходимо было защитить от быстрого гниения. Для этого использовали специальный антисептик, часто применяли креозот. Данное вещество весьма токсично, потому складирование старых шпал и их хранение станут причиной концентрации большого количества источников токсинов и отравляющих газов, а также повлечет уплату экоплатежей.

Процесс утилизации деревянных шпал, пропитанных антисептиком

Безотходной утилизации подлежат не только старые железнодорожные шпалы, но и прочие древесные материалы, обработанные антисептиками. Просто сжечь отходы невозможно, поскольку дым, выделяемый во время горения, будет содержать высокую концентрацию углеводородов. Применяется метод утилизации в цементных печах, который проходит следующим образом:

методом магнитной сепарации от шпал отделяются все металлические детали;

с помощью специальных измельчителей происходит разбивание шпалы до определенной фракции;

полученный материал смешивается с другими веществами, которые способствуют снижению токсичности дыма;

сгорание данной смеси проходит в цементных печах при гораздо более высокой температуре, чем при обычном сжигании;

все без остатка вредные вещества подвергаются уничтожению с помощью высокой температуры.

Полученная в результате горения смесь также имеет полезные свойства и применяется в производстве цемента в качестве добавки. Потому утилизация является безотходной. Шпалы с пропиткой из антисептика относятся к третьему классу токсичности отходов, их хранение на полигоне обойдется компании в круглую сумму денег. Потому лучше заказать утилизацию и не платить экологические сборы.

Заказываем профессиональную утилизацию деревянных шпал

Одна из сфер применения установки «Пиротекс» - утилизация отработанных шпал. Проблема в том, что полигоны, на которых подлежат захоронению отработанные шпалы, как правило, переполнены. При этом Россия занимает 3-е место в мире (после США и Китая) по протяженности железнодорожных путей - 121 тыс. км. В одном километре уложено от 1 640 до 2 000 шпал. Каждая из них - пропитана каменноугольным креозотовым маслом (креозотом). Не удивительно, что утилизация отработанных деревянных шпал стала больным вопросом.

Схема, по которой обычно утилизируются отработанные шпалы сегодня часто выглядит следующим образом: 1. шпалы незаконно хранят, выплачивая экологические штрафы в случае проверок; 2. Вместо 3 класса опасности стараются получить заключение о 4 или даже 5 классе опасности данных отходов, и либо сжечь их, либо передать эти шпалы населению для частного надворного строительства, несмотря на весь вред, который наносится окружающей среде и человеческому организму.

ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДЕРЕВЯННЫХ ШПАЛ:

ШПАЛА (нидерл. spalk - подпорка) - опора для рельсов в виде брусьев или железобетонных изделий. В железнодорожном пути шпалы обычно укладываются на балластный слой верхнего строения пути и обеспечивают неизменность взаимного расположения рельсовых нитей, воспринимают давление непосредственно от рельсов или от промежуточных скреплений и передают его на подшпальное основание.

КРЕОЗОТ (фр. créosote, от греч. kreas-мясо, sozo-сохраняю) - бесцветная (иногда желтоватая или жёлто-зелёная), воспламеняющаяся, труднорастворимая в воде маслянистая жидкость с сильным запахом и жгучим вкусом, получаемая из древесного и каменноугольного дёгтя. Растворим в спирте и эфире. Ядовит.

СПОСОБЫ УТИЛИЗАЦИИ ОТРАБОТАННЫХ ШПАЛ

Основные легальные способы утилизации отработанных шпал (кроме захоронения) включают в себя: сжигание, газификацию и пиролиз . Все они так или иначе являются возможностью вторично использовать отработанные шпалы, но эффективность каждого их них заслуживает отдельного рассмотрения.

СЖИГАНИЕ.

Самый распространенный способ утилизации деревянных шпал, так как не влечет весомых затрат на реализацию. Сам процесс заключается в обычном горении шпал, но в качестве продуктов переработки получают золу и летучие токсичные соединения (к примеру, ацетон, фенантрены, фенолы и пр.), попадающие в воздух. Последние при длительном воздействии способны стать причиной онкологических заболеваний у людей. Сжигание - способ не только экономически не эффективный, но и опасный.

ГАЗИФИКАЦИЯ

Данный способ в тысячу раз более безопасный и безвредный, чем сжигание. При газификации топливо (шпалы) превращается в пылевидный поток. По стат- истике, большинство газогенераторных установок, предназначенных для газификации шпал, недоста- точно экономичны и имеют низкую продуктивность при относительно высоких затратах на эксплуатацию.

ПИРОЛИЗ

Наиболее перспективный способ утилизации отработанных шпал. Реакция (термического разложения без доступа воздуха) происходит в закрытом пространстве, поэтому пиролиз отработанных деревянных шпал - наиболее экологичный метод их утилизации. Экономика процесса обеспечивается за счет использования продуктов переработки.

Выход продуктов переработки при пиролизе шпал (подтвержденный экспериментом на
установке "Пиротекс"):
Уголь – 25%
Жидкое топливо – 18%
Газ – 57%

Надо понимать, что пиролизу подлежать только пропитанные креазотом, либо другими углеводородными пропитками деревянные шпалы. На некоторых заводах для пропитки шпал начали применять водорастворимые антисептики на основе меди. Такие шпалы не подлежат пиролизу, так как не содержат углеводородов для дистилляции.

На фото снизу представлен уголь, полученный в процессе пиролиза отработанных шпал. По результатам исследований, сорбционная активность угля из шпал незначительно выше угля из березы. На втором фото можно увидеть горение газа, также полученного при пиролизе шпал.

Компания "Технокомплекс" опытным путем доказала, что с помощью пиролизной установки "Пиротекс" можно вести экономически эффективный и экологически чистый бизнес по утилизации отработанных деревянных шпал.

Проблема утилизации железнодорожных шпал — острейшая для транспортной отрасли. Изъятые из пути шпалы подлежат захоронению на региональных полигонах промышленных отходов, однако из-за их переполненности зачастую складируются в местах, не предусмотренных для их хранения. В соответствии с законодательством несанкционированное размещение вредных отходов нередко дорого обходится их владельцам. Между тем, утилизация не только замыкает жизненный цикл продукта, но и одновременно может стать альтернативным источником энергии и ценного сырья.

Проблемы утилизации отработанных железнодорожных шпал. Для увеличения срока службы деревянных шпал в РФ применяют в основном угольные (масло каменноугольное) и нефтяные (жидкость термокаталитическая (ЖКТ)) антисептики. Данные антисептики содержат в своем составе органические соединения, обладающие высокой летучестью, токсичными, канцерогенными свойствами.

Каменноугольное креозотовое (пропиточное) масло - продукт перегонки каменноугольной смолы при температуре от 200 до 400°. Это жидкость темно-коричневого цвета (удельный вес 1,05-1,10 г/см3, температура кипения 180-200 Со) с едким ароматом.

Периферийная часть шпалы на 80 % состоит из каменноугольного масла, которое, в свою очередь, содержит 20,1 % фенолов, 17,2 % фенантренов, 16,9 % пиренов, 22 % ацетона и 12 % бута- нола. Эти соединения, попав в воздух, способны вызвать тяжелые отравления у людей и появление онкологических заболеваний.

В настоящее время до 75 % железнодорожных путей на территории России и ближнего зарубежья проложено с использованием деревянных шпал. Анализ сравнения достоинств и недостатков деревянных и железобетонных шпал дает основание предполагать, что указанное соотношение вряд ли будет изменяться в пользу последних. Общий годовой объем продукции шпалопропиточных заводов (ШПЗ) — 7,75 млн шпал и 3770 комплектов брусьев для стрелочных переводов. Кроме того, в настоящее время в подразделениях ОАО «РЖД» накоплено более 500 тыс. тонн деревянных шпал, пропитанных антисептиками. Региональные полигоны промышленных отходов переполнены, и подразделения дорог вынуждены накаливать отслужившие срок шпалы в местах, не предусмотренных для их хранения. Такое несанкционированное размещение отходов приводит к экологическим выплатам, которые при размещении отходов 3 класса опасности на полигонах токсичных отходов составляют 1288,2 руб/тонну.

Экологическая стратегия РЖД . «ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ СТРАТЕГИЯ ОАО «РЖД» НА ПЕРИОД ДО 2015 ГОДА И ПЕРСПЕКТИВУ ДО 2030 ГОДА» в качестве цели указано:

• сократить на 30 % накопленные в процессе прошлой хозяйственной деятельности неу- тилизированные отходы (шпалы отработанные деревянные и железобетонные, опоры контактной сети, отсев щебеночного балласта, нефтесодержащие отходы и т.д.);
• повысить до 40 % уровень использования отходов в качестве источника вторичных материалов и энергоресурсов.

• повысить до 70 % уровень использования отходов в качестве источника вторичных материалов и энергоресурсов;
• обеспечить полное обезвреживание и утилизацию накопленных в процессе прошлой хозяйственной деятельности отходов;
• обеспечить полное обезвреживание и утилизацию текущего образования отходов.

В связи с этим все больше на передний план выступает проблема завершения жизненного цикла данных изделий, а именно: эффективная и экономически целесообразная утилизация шпал различных типов.

Специалистами ЗАО «Энергетические схемы и технологии» предлагается оборудование по утилизации отработанных шпал на основе технологии газификации, позволяющее решить все насущные проблемы, а именно, обеспечить:

1. Необходимую производительность утилизации отходов в соответствии со сроками, указанными в экологической стратегии ОАО «РЖД».
2. Требуемые экологические показатели в процессе утилизации.
3. Использование шпал в качестве топлива для производства электрической энергии для собственных нужд РЖД.
4. Замещение значительного количества угольного топлива в ведомственных котельных на возобновляемый вид топлива — отработанные железнодорожные шпалы.

Все это позволит логично замкнуть жизненный цикл отработанных деревянных железнодорожных шпал, дав им возможность вторично эффективно отработать на заключительной стадии существования.

Описание технологии утилизации отработанных железнодорожных шпал с использованием технологии газификации.

Известно, что диспергирование и гомогенизирование биотоплива уменьшает неполноту сгорания углеводородных соединений, при этом степень обезвреживания имеющихся вредных примесей многократно увеличивается по сравнению с обычным сжиганием.

Необходимым условием для последующей успешной и экологически чистой утилизации шпал является их предварительное измельчение в щепу на рубительной машине, и возможная предварительная сушка до относительной влажности не более 20 %. Для обеспечения нормальной работы рубительной машины все металлические предметы из шпалы необходимо удалить. По имеющимся сведениям, при наличии простейшего вспомогательного инструмента один работник в состоянии очистить от оставшегося металла до 100 отработанных шпал в смену из зоны их промежуточного перед утилизацией размещения.

Базовым в составе предлагаемого комплекса является газогенератор обращенного процесса газификации. Природа получения каменноугольной смолы аналогична природе образования пиролизных смол в процессе газификации древесины.

Газификация шпал, предварительно измельченных в щепу и высушенных до необходимой влажности осуществляется путем его термического разложения с недостатком кислорода при температуре 900-1100 Со. При этом, имеющийся в щепе антисептик (креозот) параллельно с выделением летучих из древесины переходит в газообразное состояние. Последовательно происходящие при газификации сначала окислительные, затем при прохождении газами слоя раскаленного угля восстановительные процессы, обеспечивают получение в результате термохимических реакций генераторного газа. Полученный в газогенераторе газ, содержащий горючие газы: водород, угарный газ (окись углерода) и некоторое количество метана, может использоваться, как для теплового применения путем сжигания в специальных горелках, так и для производства электроэнергии после его предварительной очистки и охлаждения.