Плазменная газификация отходов: Технология плазменной газификации Westinghouse Plasma Corporation. Cleandex

Содержание

Технология плазменной газификации Westinghouse Plasma Corporation. Cleandex

1. Актуальность проблемы
2. Технология плазменной газификации WPC
3. Экономические показатели плазменной газификации

1. Актуальность проблемы утилизации отходов

Ежегодно на территории Московской области образуется более 20 млн. тонн промышленных и бытовых отходов. Большую часть из них составляют отходы вывозимые на полигоны Московской области из Москвы, твердые бытовые отходы (ТБО) – 5 млн. тонн, промышленные и строительные отходы 6 млн тонн. Через 2–3 года полигоны ТБО на территории Московской области будут закрыты. В связи с этим принято решение о строительство на территории Московской области сети заводов плазменной газификации промышленных и бытовых отходов для производства электроэнергии. Заводы планируется разместить в муниципальных районах, раничащих с городом Москва. Производительность одного завода по переработке отходов 1500 тонн/ сутки (500 000 тонн в год), для производства электроэнергии

50 Мвт/ч.

2. Технология плазменной газификации WPC

Технология плазменной газификации разработана для решения широкого круга задач одной, из которых является преобразование любых видов отходов, включая био-отходы, опасные отходы, в электроэнергию/синтетическое топливо (дизельное топливо, этанол) и другие полезные материалы (тонна отходов равна 1–1,3 МВт/ч электроэнергии). Является технологией промышленного использования, имеет коммерчески успешные инсталляции по всему миру (Япония, Индия, Англия, Китае, США). Ведутся работы по проектированию и строительству в странах Евросоюза. Применение плазменной газификации неотъемлемо связано с Киотским соглашением по уменьшению влияния на атмосферу человека. Влияние на природу и человека ниже мировых норм ПДК в 10–15 раз.

Более 30 лет научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ и свыше 500000 часов эксплуатации серийных факелов позволили корпорации 

WPC разработать передовую технологию плазменной газификации – очень эффективное и надежное решение проблемы. С момента приобретения в 2007 г. корпорации WPC, Alter NRG раздвинула рамки разработок технологии.

Возможность использовать технологию WPC для переработки разнородного исходного сырья при его минимальной подготовке уникальна. Это позволяет смешивать разное исходное сырье, такое как бытовые отходы, опасные отходы, строительный мусор и лом, автомобильный лом, уголь с высоким содержанием золы, биомассу, жидкости и шламы. Такая универсальность позволяет компаниям оптимизировать работы по типу доступного исходного сырья.

Конечный продукт процесса плазменной газификации WPC может быть разным, например электроэнергия, пар или жидкое топливо.

Одновременно сокращаются выбросы вредных парниковых газов в атмосферу. Плазменная газификация – это испытанная технология, которая является решением сегодняшних проблем, поддерживая баланс между выработкой энергии и сохранением окружающей среды.

Установка плазменной газификации работает при температуре, превышающей 5500°С, гарантируя практически полное преобразование исходного сырья в синтетический газ. Неорганические вещества выводятся у основания газификатора в виде инертного шлака, который охлаждается и превращается в неопасный невыщелачиваемый продукт, который можно продавать как наполнитель для строительного материала.

Совокупная энергия, извлеченная из исходного сырья, переработанного газификатором, составляет примерно 80%. Эта регенерированная энергия представляет собой чистый, обогащенный синтетический газ, который можно использовать для генерации электроэнергии, получения жидкого топлива или иной энергетической продукции. Из всей энергии, необходимой для процесса газификации, на питание плазменных факелов расходуется только

2–5%.

Модульная и масштабируемая конструкция нашей установки позволяет быстро устанавливать систему плазменной газификации повсюду, что делает плазменную технологию доступной во всем мире.

Технология

Бизнес процесс

Загрузочный узел

Загрузочный узел требует тщательной проработки, в связи с различным состоянием (твердым, жидким) отходов. Кокс используется в качестве теплоизоляционной подстилки, удерживающей тепло плазматронов в газификационной зоне реактора. Готово решение замены металлургического кокса на BRIQs. Известняк (в качестве замены рассматривается применение фосфогипса) управляет тугоплавкостью шлака, и необходим для достижения полной его остеклованности и невыщелачиваемости.

Плазменный реактор-газификатор (ПРГ)

Два стандартных реактора-газификатора (ПРГ) G65 осуществляют превращение органических компонентов смеси опасных отходов в синтез-газ, который выходит из его верхей части, и превращение неорганических компонентов в расплавленный шлак, вытекающий из нижней части. Расплавление шлака достигается за счёт высоких температур в нижней части реактора. В процессе поглощаются кислород и водяной пар. Высокая температура способствует значительному ускорению различных химических реакций газификации и позволяет сплавить неорганические части загрузочного материала вместе.

ПРГ имеет соответствующее огнеупорное покрытие, способное выдержать высокие температуры и коррозионное действие расплавленного шлака и горячего сингаза внутри реактора.

Выходящий из реактора синтез-газ имеет температуру 870°C, давление близкое к атмосферному, объем 64000 — 69000 Нм куб в час.

Донный шлак представляет собой смесь негорючих неорганических веществ, в том числе подлежащих рекуперации металлов. Шлак поступает в соответствующую систему для дальнейшей обработки.

Конструкция ПРГ стандартная основывается на конструкции плазменной печи производства Вестингхаус Плазма Корпорэйшн (WPC), представляющей собой вертикальную шахтную печь.

Система плазменных горелок

Каждый реактор оснащаются шестью (6) плазматронами марки « Marc 11 » с регулируемой мощностью в донной части. Диапазон мощности каждого составляет от 300 до 800 кВт. В нормальных условиях плазматроны работают при 600 кВт, в сумме 3,6 МВт.

Избыточная мощность необходима для беспроблемного преодоления нештатных ситуаций, пусконаладочных работ и технического обслуживания.

Система плазменных горелок рассчитана на 500 000 часов непрерывной работы в агрессивных средах, прошла проверку временем и зарекомендовала себя как надежный элемент общего технологического процесса.

 Сменные электроды в среднем работают 1000 – 1200 часов. Замена электродов производится за 30 минут без остановки технологического процесса.

 

Установка разделения воздуха

Для более полной газификации материалов реакторы продуваются потоком воздуха с 95% содержанием кислорода. Система снабжения кислородом представляет собой сжижающую установку разделения воздуха. Она работает по принципу охлаждения воздуха под давлением до сжижения с последующим отделением газообразного азота в ректификационной колонне.

Этот процесс позволяет получить кислород высокой чистоты. Одним из преимуществ данного способа является возможность запасания жидкого кислорода в цистернах для последующего использования в случае нештатной ситуации. Жидкий кислород из разделителя прокачивается через испаритель и затем в газообразном виде попадает в реактор.

Аргон, основной остаточный газ воздуха, присутствует в получаемых газах, в основном в кислороде. В случае заинтересованности компании в извлечении аргона, возможно повышение чистоты получаемого кислорода, и как следствие — увеличение объёма извлекаемого аргона.

 

Охлаждение газа, очистка от пыли и хлороводорода

Нагретый синтез-газ направляется в скруббер и колонны с распылительным орошением для охлаждения, очистки и обработки. Сингаз попадает в скруббер Вентури, а затем в колонну с распылительным орошением для охлаждения, очистки от пыли, хлороводорода и прочих нежелательных примесей.

Очищенный синтетический газ выходит через верхнюю часть оросительной колонны и направляется к мокрому электрофильтру для более тонкой пылеочистки.

 

Паротурбинный генератор и воздушный конденсатор

Давление пара снижается в паровой турбине, пар преобразуется в жидкую воду в конденсаторе, и отправляется обратно в котёл через систему рециркуляции пара. Выделяемая при конденсации энергия преобразуется в электрическую. В паровом котле используется очищенная сливная вода для минимизации затрат. Это необходимо, чтобы компенсировать потери пара, используемого для газификации.

Конденсатор с воздушным охлаждением был выбран для данного проекта с тем, чтобы свести потребление воды к минимуму. Хотя вариант с охладительной башней дешевле и эффективней, он потребует около 1700 м³/сут подпиточной воды для восполнения потерь от испарения и продувки. Конденсатор с воздушным охлаждением не требует подпиточной воды, поэтому он и был выбран.
 

Удаление ртути

Охлаждённый сжатый синтез-газ проходит через фильтр с активированным углём для удаления следовых количеств ртути перед процессом сероочистки. Два последовательно установленных фильтра обеспечивают удаление до 99.75%. Согласно расчётам, фильтры требуют замены только раз в год. После удаления ртути газ поступает на линию сероочистки.

 

Гидролиз карбонилсульфида

Гидролиз карбонилсульфида (COS) необходим для превращения, содержащегося в синтез-газе карбонилсульфида, в сероводород (H2S) с удалением последнего из потока. В процессе гидролиза газ проходит через слой катализатора, где COS превращается в H2S и CO2. После такой обработки практически вся сера в сингазе переводится в сероводород, который легко удаляется на следующей стадии.

 

Сероочистка

В блоке сероочистки H2S удаляется из сингаза и преобразуется в элементарную серу, которую можно складировать на станции или продать. Используемая здесь технология сероочистки называется «CrystaSulf». Она была выбрана за избирательное удаление H2S без удаления CO2 , CO и H2 , а также за возможность одноэтапной переработки H2S в твёрдую серу.

Удаление примесей и контроль выбросов

Для работы с ртутью и прочими примесями необходимо принять специальные меры. Ввиду общего характера данного завода и отсутствия результатов анализов для предлагаемой электростанции, количества примесей не могут быть точно установлены в данный момент.

Загрязняющие вещества удаляются из синтез-газа до производства электроэнергии, в то время как растворённые воде примеси остаются в сточных водах, однако при проектировании станции будут использованы как минимум экологические стандарты РФ.

Мокрый электрофильтр

Очистка от частиц размерами менее микрона требует применения мокрого электрофильтра, поскольку удаление субмикронных частиц в оросителях не гарантируется.

Синтез-газ входит в электрофильтр, где равномерно распределяется по пучку трубок. В коллекторных трубках входящие частицы получают значительный отрицательный заряд от коронного разряда большой мощности, производимого высоковольтными электродами. По мере продвижения заряженных частиц в трубках электрическое поле заставляет их перемещаться в сторону заземлённых трубочных стенок, где они и оседают. Протекающая внутри трубок водяная плёнка смывает собранные частицы в слив, ведущий к месту водоочистки.

Переработка сточных вод

Водные потоки от оросительной башни, сепараторов, парового котла и прочих установок накапливаются в резервуаре для сточных вод. Здесь отходы смешиваются и перекачивается в систему очистки, системы удаления взвешенных частиц, тяжелых металлов и токсичных компонентов.

Очистка сточных вод представляет собой физико-химический процесс, который происходит во флокуляционной камере, фильтровальном резервуаре и системе химической обработки. Очищенная вода хранится в отдельном резервуаре.

Потребление воды

В расчётных условиях, объект не требует поставок пресной воды. Внутренние требования включают восполнение потерь воды в паровом котле, оросительной башне, электрофильтре и скруббере. Все потребности в воде удовлетворяются с помощью очищенной воды, вырабатываемой в процессе газификации, с избытком в 50 м³/сут. Однако для начала эксплуатации необходимо доставить некоторое количество пресной воды.

Существует возможность сбора пресной воды путем охлаждения воздуха в летние месяцы до его поступления в турбину и сбора конденсата. Выход будет зависеть от температуры и относительной влажности воздуха в данный день. При 20°С и влажности 60% 9,3 м³/сут воды может быть получено охлаждением до 10°C при 30°С и относительной влажности 75% — 130 м³/сут при охлаждении до той же температуры.

 

 

3. Экономические показатели плазменной газификации

Исполнитель работ: ЗАО «ТБК Инновации», эксклюзивный представитель AlterNRG Corp., (Россия)

Строительство комплекса по переработке отходов производства и потребления с возможностями:

  • Переработки промышленных и бытовых отходов ….1500 тонн в сутки
  • Выработки и передача потребителям электроэнергии…………50 МВт/ч
  • Производства стекловидного шлака для изготовления блоков утепления из минеральной ваты …………………………….……>300 тонн в сутки
  • Восстановление металов ………………………….>150 тонн в сутки
  • Производство серы …………………………………. >1.5 тонны в сутки

Основные цели проекта:

  • Утилизация отходов производства и потребления
  • Закрытие и переработка существующих и старых полигонов Отходов
  • Снижение рисков экологической безопасности
  • Максимально эффективное получение из отходов товаров и услуг потребления
  • Создание условий для цивилизованного обращения с отходами

Срок строительства 24 месяца, подконтрольная эксплуатация 6 месяцев, параллельными этапами

  • Гарантированная поставка отходов.
  • Правительственная поддержка.
  • Наличие земельного участка под застройку.
  • Гарантийный сбыт электроэнергии и производимых материалов и продуктов.
  • Наличие 90% финансирования

Общий размер инвестиций ………………………………307,5 млн. дол. США.

Из них:

  • Стоимость оборудования и материалов …………….. 188,5 млн. дол. США
  • Проектная документация………………………………..5,22 млн. дол. США
  • Управление проектом………………………………… 3,075 млн. дол. США
  • Рабочая и сметная документация……………………….9,84 млн. дол. США
  • Строительство, включая монтаж ……………………….91,6 млн. дол. США
  • Пусконаладочные работы и подготовка к эксплуатации………………………………9,23 млн. дол. США

Распределение затрат:

  • Переработка отходов ………………………………………………………32%
  • Очистка и подготовка газа ………………………………………………..28%
  • Выработка электроэнергии/ производство синтетического топлива. …40%

График финансирования по месяцам:

1 месяц – 5,22 млн. дол. США, 7 месяц – 22,325 млн. дол. США, 8 месяц – 123,0 млн. дол. США, 10 месяц – 11,95 млн. дол. США, 18 месяц – 110,81 млн. дол. США, 20 месяц – 34,286 млн. дол. США.

Финансовые показатели:

  • Период возврата инвестиций (для инвестора) ……………………….5,6 лет
  • Pre Tax ROE …………………………………………………………. 35,95%
  • EBITDA в год …………..……………………………45.37 млн. дол. США
  • NPV Проект….………………………………………348.36 тыс. дол. США
  • Процентная ставка кредитования ……………………………………….7%

Поставщик оборудования: ЗАО «ТБК Инновации» (Россия)

Оборудование и материалы: Westinghouse Plasma Corp. (США), AlterNRG Corp. (Канада), General Electric (США), Turbo Sonic (Канада).

***



Автор статьи: КАДЕРЛЕЕВ Марат Камильевич, Генеральный директор ЗАО «ТБК Инновации, к. т. н.

ЗАО «ТБК Инновации» российская инжиниринговая компания – эксклюзивный представитель мирового лидера AlterNRG Corp. (WPC) в области поставки решений утилизации промышленных и бытовых отходов используя технологию плазменной дуги (плазменной газификации). Компания в своей работе использует современные инструменты технического и функционального проектирования. Кроме того, на экспериментальной базе корпорации Westinghouse Plasma ЗАО «ТБК Инновации» проводит испытания и функциональные проверки.

Мобильные установки плазменной газификации и уничтожения отходов PLAZARIUM MGS

Мобильная установка плазменной газификации ПЛАЗАРИУМ MGS
(Блок плазменной газификации):

Характеристики Величина / Тип
Тип сырья Твердое, Жидкое и Газообразное
(разные типы установок и реакторов)
Производительность плазменных установок
(твердое сырье)
от 50 до 1000 кг в час
(от 1 до 25 тонн в день) (Примечание 1)
Минимальная производительность плазменных установок (жидкое сырье) от 30 литров в час
Минимальная производительность плазменных установок (Газ) от 100 м3 в час
Режим подачи сырья Постоянный, непрерывный
Тип теплоносителя Низкотемпературная плазма (~5000 °С)
Рабочая температура в камере плазменного реактора, °С от 1650 до 2500
(в зависимости от процесса)
Тип охлаждения конструкций установки Водяное с возможной рекуперацией
Количество контуров охлаждения от 1 до 5
Температура наружных стенок корпусов блоков и систем защитных кожухов установки не более 40°С
Базовый агент газификации Пар воды
Поддерживаемое разрежение в реакторе плазменной газификации, Па от 50 до 100
Напряжение сети переменного тока, В 3 фазы, 380±10% (Примечание 2)
Частота питающего напряжения, Гц 50/60
Потребляемая мощность основного технологического оборудования (без учета промышленной плазменной системы) от 50 кВт до 20% от суммарной мощности промышленной плазменной системы (в зависимости от производительности)
Рекомендуемая максимальная влажность сырья, % (Примечание 4) 24-30
Система пожаро- и взрывозащиты Взрывные клапаны с ручной и автоматической системами подачи азота
Газ на выходе из установки плазменной газификации Синтез-газ (СО + Н2)
Быстрое охлаждение синтез-газа Водяное
Диапазон рабочей температуры окружающей среды, °С от — 40 до + 50
Габаритные размеры, Д×Ш×В, м

соответствуют размерам морских контейнеров в 20/30/40 футов

Количество контейнеров от 1 до 5
Суммарная масса установки, тонн от 8 до 40 (в зависимости от производительности)
Режим работы (Коэффициент рабочего цикла) Продолжительный, непрерывный (ПВ=100%)
Требуемая площадь для размещения установки 300 м2 на каждые 5 тонн в день
(в зависимости от конфигурации)
Расчетный срок эксплуатации установки до 20 — 25 лет
(Примечание 5)
Необходимый персонал для управления 3 человека в смену (8 часов)

Примечания:

1 — Возможно изготовление по заказу установок для плазменной газификации производительностью до 80 тонн в день (HGP-3000) и до 100 тонн в день (HGP-5000).

2 — Промышленная плазменная система установки и другие энергетические системы обеспечивают автоматическую адаптацию к любому входному напряжению в диапазоне 380–450 В для трех фаз.

3 — Установки для плазменной газификации разрабатываются под конкретный газ и сырье согласно параметрам ТЗ заказчика.

4 — Установка плазменной газификации может работать в широком диапазоне влажности сырья от 0 до 95%. Уменьшение влажности до 24-30% целесообразно только для повышения показателей энергетического баланса. Для уменьшения влажности используется тепловая энергия в виде пара и горячей воды, отводимая от конструкций установки плазменной газификации в процессе охлаждения синтез-газа и от конструкций блока производства электрической и тепловой энергии.

5 — Все параметры установки плазменной газификации изготавливаются в соответствии с ТЗ заказчика.

6 — Расчетный срок эксплуатации установки зависит от ее параметров и комплектации и определяется в техническом проекте. Внимание! При использовании программы технического обслуживания и поддержки срок службы установки является неограниченным. Более подробно о программе технического обслуживания вы можете прочитать в специальном разделе на сайте.

7 — Конструктивное исполнение установки плазменной газификации определяются Исполнителем с согласованием габаритных и присоединительных размеров с Заказчиком в техническом проекте установки, который является первым этапом производства установки.

Усредненные показатели энергетического баланса и экономических показателей установки плазменной газификации ПЛАЗАРИУМ MGS:

Характеристики Величина / Тип
Объем производства синтез-газа от 1,1 нм3 до 4,8 нм3 на 1 кг отходов в час (Примечание 1)
Суммарная потребляемая мощность технологического оборудования с учетом мощности промышленной плазменной системы от 0,5 кВт до 1,5 кВт на 1 кг отходов в час (Примечание 2)
Суммарная выработка электрической энергии от 1,5 кВт до 5,3 кВт на 1 кг отходов в час (Примечание 3)
Остаточная электрическая энергия для продажи и стороннего использования от 1 кВт до 3,8 кВт на 1 кг отходов в час (Примечание 4)
Суммарная выработка тепловой энергии в виде пара 300°С и горячей воды до 100°С для продажи и стороннего использования от 2 кВт до 6,8 кВт на 1 кг отходов в час (Примечание 5)
Усредненный показатель затрат на техническое обслуживание, % от стоимости установки в год от 3 до 5
Усредненный показатель затрат на эксплуатацию установки, % от стоимости установки в год от 3 до 5
(Примечание 6)

Примечания:

1 — Объем производства синтез-газа зависит от типа и морфологического состава отходов и рассчитывается в техническом проекте установки на основании ТЗ заказчика. Данный синтез-газ может быть использован в качестве рабочего газа для производства тепловой и электрической энергии или в качестве технологического газа для продажи или смешения и удешевления природного газа.

2 — Затраты электроэнергии необходимые на собственные нужды установки зависят от типа и морфологического состава отходов и рассчитываются в техническом проекте установки на основании ТЗ заказчика.

3 — Объем вырабатываемой электроэнергии зависит от типа и морфологического состава отходов, типа выбранного блока производства электрической и тепловой энергии и рассчитывается в техническом проекте установки на основании ТЗ заказчика.

4 — Электрическая энергия для продажи определяется арифметической разницей между Суммарной вырабатываемой электроэнергией и Затратами на собственные нужды. Рассчитывается в техническом проекте установки на основании ТЗ заказчика.

5 — Тепловая энергия в виде пара 300°С и горячей воды до 100°С является неотъемлемой частью процесса производства электрической энергии и может использоваться как для для сушки и нагрева отходов, так и для продажи на различные технологические нужды.

6 — Усредненный показатель затрат зависит от конкретной страны эксплуатации установки.

7 — Строки в таблице индивидуальны, не связаны друг с другом, и зависят только от типа и морфологического состава отходов.

Система очистки синтез-газа установки плазменной газификации ПЛАЗАРИУМ MGS:

Характеристики Величина / Тип
Номинальная производительность по очищаемому газу, нм3 от 100 до 2000 (Примечание 1)
Рабочий диапазон производительности, % от номинала ±15
Тип очистки Мокрый
Используемый абсорбент Щелочной раствор на основе NaOH
или Ca(OH)2 (очистка от SO2 , НCl , H2S)
Регулировка уровня pH среды Автоматическая
Эффективность очистки газа от вредных примесей, % от 96 и более
Температура газа на входе в систему газоочистки, °С + 80
Температура очищенного газа на выходе из системы пылегазоочистки, °С + 40
Гидравлическое сопротивление при нормальных условиях и номинальной производительности, Па до 7000
Потеря давления (при нормальных условиях), Па 11000
Наименование и концентрация улавливаемых/нейтрализуемых компонентов (max) (Примечание 2):
Пыль, мг/м3 4000
Водород хлористый (HCl), мг/м3 1500
Сероводород (H2S), мг/м3 300
серы диоксид (SO2), мг/м3 300
Водород фтористый (HF), мг/м3 15
Азота диоксид (NO2), ppm 2000
Азота оксиды (NOx), ppm 2000
Ртуть (Hg), мг/м3 0,9
Кадмий (Cd), мг/м3 2,8

Примечания:

1 — Производительность по очищаемому газу определяется в соответствии с индивидуальными особенностями установки и ТЗ заказчика.

2 — Наименование и концентрация улавливаемых/нейтрализуемых компонентов определяется в соответствии с индивидуальными особенностями установки и ТЗ заказчика.

Комплект газоаналитического оборудования установки плазменной газификации ПЛАЗАРИУМ MGS:

Характеристики Величина / Тип
Напряжение сети переменного тока, В 1 фаза, 230±10%
Частота питающего напряжения, Гц 50/60
Потребляемая мощность 1,5 кВт
Расход пробы, л/мин 1,0±0,1
Процессы подготовки проб охлаждение, фильтрация, удаление влаги, нормализация расхода
Температура пробы, °С до 80
Относительная влажность, % 100
Условия эксплуатации:
Диапазон температуры окружающей среды, °С от + 10 до + 45
Диапазон влажности окружающей среды, % от 30 до 98
Диапазон атмосферного давления, мм. рт. ст. от 630 до 800
Параметры анализируемых проб:
Измерение концентраций CO, CO2 , H2 , O2 , N 2 , NO2 , NO, CH4(Примечание 1)
СО, N 2 , % от 0 до 50
H2 , % от 0 до 80
CO2 , O2 , % от 0 до 21
CH4 , % от 0 до 5
Пределы допускаемой основной погрешности измерения, % ±2 (±5 для H2)
Время установления показаний (без учета времени транспортирования пробы), сек 40 (105 для H2)
Механические примеси, пыль, мг/м3 от 0 до 3000
Пределы основной погрешности измерений массовой концентрации пыли, % ±20
Периодичность калибровки не реже одного раза в 1 мес. (Примечание 2)
Периодичность поверки не реже одного раза в 1 год

Примечания:

1 — Список параметров измерения концентраций определяется в соответствии с индивидуальными особенностями установки и ТЗ заказчика.

2 — Калибровочные газовые баллоны для корректировки показаний газоанализаторов входят в состав комплекта газоаналитического оборудования и являются его составной частью в составе комнаты управления.

Блок производства электрической и тепловой энергии:

Характеристики Величина / Тип
Напряжение сети вырабатываемого переменного тока, В 3 фазы, 380±10% (Примечание 1)
Частота питающего напряжения, Гц 50/60
Единичная мощность двигателя / турбины, кВт от 250 до 1850 (Примечание 2)
Максимальная мощность блока производства электрической и тепловой энергии, кВт до 9000 (Примечание 3)
Используемое топливо Синтез-газ (СО + Н2) (Примечание 4)
Подача газа Непрерывная
Возможность установки блока утилизации физического тепла двигателя / турбины Присутствует
Дополнительные параметры измеряемые системой анализа отходящих газов CO2, CO, NO2, NO
Наличие «Двойного режима» переключений электропитания Есть (в сети / вне сети / в сети) (Примечание 5)
Время запуска и выхода на тепловой режим, часов от 2 до 24 (в зависимости от мощности)
Время остановки и остывания, часов от 2 до 24 (в зависимости от мощности)
Интервал сервисного обслуживания через каждые 4000 часов непрерывных операций, и / или в каждые 40 пусков или 20 полных тепловых циклов.
Блок хранения и сжатия синтез-газа в полном комплекте:
Система пожаро- и взрывозащиты Взрывные клапаны с ручной и автоматической системами подачи азота
Точка росы синтез газа для хранения, сжатия и выдачи, °С до 3
Максимальная температура синтез газа для приема, °С до 90
Максимальная температура синтез газа для хранения, сжатия и выдачи, °С до 40
Рабочая объемная доля водорода в синтез-газе, % от 50 до 70
Номинальный объем резервуара для приема, хранения, сжатия и выдачи синтез-газа, м3 2,7 или 20 (Примечание 6)
Рабочее давление до 1,4 МПа (14 бар)
Допустимый корректированный уровень звуковой мощности ГОСТ 12.1.003, дБА до 90
Расчетный срок эксплуатации блока от 20 до 25 лет
(в зависимости от конфигурации)
Расстояние установки системы хранения и сжатия синтез-газа, м от 10 до 60 (Примечание 7)
Диапазон рабочей температуры окружающей среды, °С от — 40 до + 50
Габаритные размеры, Д×Ш×В, м

соответствуют размерам морских контейнеров в 20/30/40 футов

Количество контейнеров 1
Суммарная масса блока, тонн от 3 до 8
(в зависимости от объема резервуара)
Режим работы (Коэффициент рабочего цикла) Продолжительный, непрерывный (ПВ=100%)

Примечания:

1 — Блок производства электрической и тепловой энергии обеспечивает автоматическую адаптацию к любому входному напряжению в диапазоне 380–450 В для трех фаз.

2 — Единичная мощность двигателя / турбины определяется параметрами установки плазменной газификации, объемом вырабатываемого синтез-газа и параметрами требуемой надежности в зависимости от суммарной максимальной мощности Блока производства электрической и тепловой энергии .

3 — Максимальная мощность блока производства электрической и тепловой энергии формируется из нескольких единичных двигателей / турбин. Количество единичных двигателей / турбин от 2 до 6 в зависимости от величины мощности и требуемых параметров сервисной и ремонтной надежности.

4 — Объемная доля водорода от 50 до 70 %

5 — Блок производства электрической и тепловой энергии предназначен для работы параллельно с общей сетью электропитания. Существует опция автономного электрического питания установки плазменной газификации для производительностей от 10 тонн в день

6 — Для увеличения объема хранения возможно модульное построение системы хранения и сжатия синтез-газа.

7 — В случае использования Блока производства электрической и тепловой энергии с опциональным подземным использованием резервуара расстояния могут быть уменьшены на 50%.

Блок хранения и сжатия синтез-газа должен размещаться не ближе 15 метров (расстояние от наземных резервуаров), 8 метров (расстояние от подземных резервуаров) от производственных зданий, сооружений, а также мест проведения работ с открытым огнем. Минимальное расстояние до колодцев и надземных коммуникаций – не менее 5 м; до подземных трасс и коммуникаций – не менее 3,5 м.

Размещение Блока хранения и сжатия синтез-газа на расстоянии менее 200 метров от мест массового пребывания людей не допускается.

8 — Все параметры Блока хранения и сжатия синтез-газа индивидуальны и изготавливаются в соответствии с ТЗ заказчика.

Плазменная газификация | Sovmash.com

 

 

 

И.И.Кумкова, 

ученый секретарь Института электротехники и электороэнергетики РАН, кандидат физико-математических наук.

 

Исследование процессов плазменной газификации твердых отходов – эта та область науки, где России, несмотря на многочисленные проблемы, удалось сохранить одну из лидирующих позиций. Ф.Г. Рутберг — академик РАН, директор Института электрофизики и электроэнергетики РАН, уверен: «В мире лет через 10-15 применение плазмы по своему масштабу, будет больше чем металлургия и химия вместе взятые». 

Продемонстрируем лишь одно из возможных направлений плазменных технологий на примере экспериментальной установки для исследований процессов плазменной газификации твердых отходов.

 

Установка (РИС. 1) состоит из следующих основных узлов: реактор-газификатор, генераторы плазмы с системами питания, дожигатель, система охлаждения и очистки отходящих газов. Условная производительность установки составляет 50 кг/ч и зависит от типа отходов. Применяются высоковольтные генераторы плазмы переменного тока промышленной частоты мощностью до 50 кВт, использующие в качестве плазмообразующей среды воздух.

Принцип действия вкратце можно описать следующим образом: высокотемпературная плазменная газификация с возможным получением электроэнергии или утилизацией остаточного тепла, с последующей многоступенчатой очисткой дымовых газов в соответствии с нормами защиты окружающей среды.

Реактор-газификатор шахтного типа представляет собой вертикальный металлический цилиндр с огнеупорной футеровкой (РИС. 2). Твердые отходы при помощи загрузочного устройства поступают в реактор и заполняют внутренний объем. В верхней части реактор имеет расширение — бункер для хранения запаса материала, достаточного для проведения непрерывной работы установки. Источник энергии — генератор плазмы — может быть установлен как сверху реактора, так и на одном из боковых фланцев. В первом случае поток горячей плазмы из генератора через специальное распределительное устройство попадает в центр загрузки, во втором — распределяется по окружности шахты через ряд боковых равномерно расположенных отверстий. Дополнительно реактор-газификатор снабжен несколькими ярусами дутьевых отверстий, через которые возможна подача воздуха или пара, служащих для управления внутренними процессами.

Нижняя часть реактора погружена в водяную ванну, образуя гидравлический затвор, препятствующий проникновению в него атмосферного воздуха. Устройство удаления золы и шлаков включает колосниковую решетку, установленную в водяной ванне, которая медленно вращается вокруг вертикальной оси. При этом горячий минеральный остаток удаляется из реактора и попадает на дно водяной ванны.

После вывода реактора на стационарный режим его работа поддерживается непрерывной подачей плазменного и, при необходимости, воздушного дутья и периодической порционной подачей загрузочным устройством твердых отходов по мере понижения их уровня в реакционной камере. Полученный в результате синтез-газ непрерывно отбирается из нижней части реактора. В ТАБЛ. 1 представлены энергетические характеристики синтез-газа для разных видов отходов.

РИС. 2. Реактор-газификатор: 1 — узел загрузки; 2 — накопитель¬ный бункер; 3 — генератор плазмы; 4 — шахта реактора; 5 — отверстия ввода дополнительного дутья; 6 — датчики темпе¬ратуры; 7 — выход продукт-газа; 8 — вращающийся колосник; 9 — водяной затвор.

Полученный синтез-газ подвергается дополнительной подготовке для дальнейшего использования. Он может направляться на сжигание в газовую котельную и служить частичной заменой природного газа, или направляется в квенчер, а затем подвергается очистке. Очищенный синтез-газ направляется в компрессор, затем в отделитель влаги, фильтр и газовую турбину.

Для стабильности работы энергетического оборудования, вне зависимости от колебаний состава исходных отходов, рекомендуется подмешивание природного газа, в этом случае может быть увеличена мощность энергетической установки. Газовая турбина производит электроэнергию. Газы, выходящие из турбины, поступают в котел-утилизатор тепла, где генерируется пар, и этот пар поступает на паровую турбину, где также вырабатывается электроэнергия. Пар из паровой турбины возвращается в котел-утилизатор, а дымовые газы из котла-утилизатора выбрасываются через трубу в атмосферу. Возможны и многие другие схемы использования синтез-газа.

Проведение процесса плазменной газификации при температуре более 1200 °С позволит избежать появления в синтез-газе жидких фракций (смол), которые образуются в больших количествах при более низких температурах, что исключает необходимость их дальнейшей утилизации. Также высокая температура процесса позволяет достигнуть полного разрушения токсичных и трудноразлагаемых составляющих отходов и, при наличии в отходах хлорсодержащих составляющих, исключить синтез вторичных особо токсичных веществ (диоксинов).

На описанной экспериментальной установке проведены серии экспериментов по плазменной газификации отходов древесины, каменного угля, лигнита. Запланированы эксперименты с отходами пластмасс, RDF и автомобильными шинами. По их завершении предполагается перейти к созданию опытно-промышленного образца установки производительностью 1-2 т/ч.

Разработанная и созданная установка позволяет перерабатывать твердые бытовые отходы с получением топливного газа. Установка с применением плазменных технологий для газификации твердых отходов, безусловно, имеет большие перспективы, поскольку успешная реализация подобных проектов позволит решать одновременно две проблемы: утилизации отходов и производства энергии из возобновляемых источников.
 

Плазменная переработка мусора плюсы и минусы

26.03.2021

РОП

В России уже несколько лет проводится мусорная реформа. И одним из ее компонентов стала расширенная ответственность производителя или РОП. Этот инструмент предполагает, что компания, выпустившая некоторый товар в упаковке, обязана потом ее собрать и утилизировать. Когда? Как только непосредственно изделие или тара от него стали отходами. Важный момент! Механизм РОП, виды товаров, подлежащих утилизации, обозначены…

Читать далее

13.03.2021

ОССиГ

В России уже третий год идет мусорная реформа, которая направлена на сокращение свалок и полигонов, увеличение перерабатывающих производств. Первым этапом Правительство обратило внимание на твердые бытовые отходы, для которых была создана и внедрена современная схема обращения с созданием соответствующей инфраструктуры. На следующем этапе разработчики реформы обратились к строительному мусору. На следующем этапе разработчики реформы обратили…

Читать далее

03.02.2021

РЭО

Горячая линия Российского экологического оператора 8 (800) 551-31-20. Звонок по России бесплатный. Российский экологический оператор (РЭО) был создан в апреле 2019 года с целью внедрения новых схем обращения с отходами, которые являются частью мусорной реформы, проводимой в данный момент в России. Компания отвечает за работу всех региональных мусорных операторов. В обязанности РЭО входит контроль устанавливаемых…

Читать далее

04.01.2021

Строительный мусор класс опасности

Строительные работы всегда сопровождаются образованием огромного количества отходов. В результате демонтажа здания, перекрытий, старых оконных и дверных конструкций, напольного и настенного покрытия на объекте появляются тонны хлама, от которого нужно оперативно избавиться во избежание административных штрафов. Выбрасывать обрезки труб, гипсокартонных листов, краску и цементные смеси в дворовые контейнеры запрещается. Существуют утвержденные законом требования к обращению…

Читать далее

27.12.2020

Вес строительного мусора

В процессе строительных работ, при капитальном ремонте с переносом межкомнатных перегородок или демонтаже строения образуется большое количество отходов. Законодательство требует, чтобы весь мусор от строительства не хранился, а был своевременно утилизирован. Нарушение требований экологических служб чревато административными штрафами, а в случае нанесения ущерба здоровью и жизни граждан – уголовной ответственностью. Для вывоза ненужного хлама следует…

Читать далее

21.10.2020

Проблема мусора

Проблема мусора – самая актуальная проблема в мире. В небольшом городе России на свалку ежегодно отправляются сотни тонн отходов. Они загрязняют почву, воду, воздух – и наносят непоправимый вред экосистеме. Люди во всем мире думают над тем, как решить проблему мусора. В этом вопросе есть некоторые успехи, но идеальной формы утилизации отходов еще не найдено….

Читать далее

28.09.2020

Рециклинг

В то время, как в современном мире наблюдается тенденция в сторону перепроизводства товаров первой необходимости, перед человечеством все острее встает вопрос об экологической безопасности. Общество потребления долго не задавалось вопросом сохранения в чистоте своей среды проживания, что привело к массе неразрешимых проблем. И только сейчас люди серьезно начали задумываться о задачах помощи природе, которая не…

Читать далее

30.08.2020

Медицинские отходы

Природоохранным законодательством РФ предусмотрено обращение с отходами — изделиями и веществами, потерявшими потребительские свойства и вышедшие из использования. И если с производственными и хозяйственными отбросами вопрос действиями решен, то вывоз медицинских отходов подвержена спорам Росприроднадзора и Роспотребнадзора, который рассматривает материальный утиль лечебных учреждений в свете санитарного права. Что это такое Медицинские отходы — все, что…

Читать далее

06.08.2020

Утилизация отходов

Мы живем в эпоху потребления. Чем больше потребляем, тем больше мусора образовываем. Свалки наносят окружающей среде непоправимый вред, а образующиеся при длительном хранении свалочные газы токсичны для человека и животных. В Федеральном законе N 89-ФЗ от 24.06.1998 г. и других профильных законах, и нормативных актах прописаны правила утилизации отходов. Они являются частью сложной системы, которая…

Читать далее

27.07.2020

Расстояние до мусорных контейнеров

Нормативные документы СанПин и СНиП содержат правила и рекомендации по организации контейнерных площадок, включая требования по расположению мусорных баков и их удаленности от жилых домов. Чем опасны неправильно оборудованные контейнерные площадки Нарушение управляющими компаниями или коммунальными службами требований к складированию и накоплению бытового мусора может привести к: возникновению пожара или задымления; появлению неприятных запахов из-за…

Читать далее

03.07.2020

КПО

Основной задачей мусорной реформы, начавшейся в январе 2019 года, был заявлен переход на новую систему обращения и управления отходами. По планам разработчиков Россия должна перестать складировать и хранить мусор, вместо этого его большую часть следует перерабатывать или утилизировать. Для реализации было решено ввести раздельный сбор и сортировку, ликвидировать несанкционированные свалки и рекультивировать действующие мусорные полигоны….

Читать далее

23.06.2020

Обращение с ТКО

Идеологи мусорной реформы, которая началась в январе 2019 года, ставили перед собой задачу изменить существовавшие в России правила обращения с ТКО или твердыми коммунальными отходами. Причина — плохая экологическая обстановка, угрожающая жизни и здоровью граждан, а также наносящая вред окружающей среде. Под новой системой понимается не только переход на раздельный сбор мусора, но и массовая…

Читать далее

Переработка отходов (высокотемпературная). Плазменные источники энергии (часть 5)

… часть 1
часть 2
часть 3
часть 4

Авторы разработали плазмотрон постоянного тока ПДС-50/3-03, параметры которого приведены в таблице. Представлены три различных режима для достижения разных температур в зависимости от изменения силы тока и напряжения.

Глубокое регенеративное использование теплоты отходящих газов, присущее описанным выше проти-воточным шахтным печам пиролиза и газификации органических отходов обеспечивает минимальные затраты дополнительной энергии на процесс. Однако при использовании противоточных печей (реакторов) проявляются и существенные недостатки. Пиролизные смолопродукты, формирующиеся в значительных количествах в верхней зоне (в зоне относительно низких температур) выносятся из печи восходящим (встречным) газовым потоком, загрязняя собой продуцируемый синтез-газ. Это ведет к необходимости тщательной многоступенчатой очистки синтез-газа, существенно усложняя процесс и увеличивая как стоимость оборудования, так и эксплуатационные расходы.

В прямоточных реакторах с нисходящим потоком продукты пиролиза, сформированные в верхней низкотемпературной зоне печи, проходят через нижнюю высокотемпературную зону реактора, где подвергаются термическому разложению. При этом увеличивается выход горючего газа и его теплота сгорания и, что самое существенное, отпадает необходимость в очистке синтез-газа от смолопро-дуктов.

Рассмотрим прямоточный газогенератор, разработанный Институтом электрофизики и электроэнергетики РАН [13]. Реактор-газификатор представляет собой вертикальную шахту, футерованную огнеупорным кирпичом (рис. 3). Отход, загружаемый через верхнюю крышку, полностью заполняет внутренний объем реактора и лежит на колосниковой решетке, расположенной в нижней части шахты.

Плазмотрон установлен на одном из боковых фланцев, и поток горячей плазмы распределяется по окружности шахты через ряд боковых равномерно расположенных отверстий. Возможен вариант установки плазмотрона в крышке по оси реактора. Полученный в результате синтез-газ отбирается из нижней части реактора.

Проведение процесса газификации при температуре более 1200 °С позволяет избежать появления в синтез-газе жидких фракций (смол). Высокая температура процесса обеспечивает разрушение токсичных органических составляющих отходов, и, при наличии в отходах хлорсодержащих примесей, исключает синтез вторичных супертоксикантов (ПХД Д и ПХДФ) [14].

В целом следует заметить, что технология высокотемпературной прямоточной газификации отходов имеет больший потенциал эффективной работы, чем процесс пиролиза, что обусловлено высокой температурой процесса, почти полной конверсией углеродосодержащих веществ в синтетический горючий газ, а также получением безвредного неорганического шлака.

С повышением температуры в реакторе до величин порядка 1100 — 1200 °С за счет использования плазменно-дуговых источников энергии возникла возможность и целесообразность использования в качестве теплоносителя и реагента-окислителя водяного пара.

В настоящее время отсутствуют какие-либо технические средства, кроме плазмотронов, позволяющие разогреть большие количества Н2О до плазменного состояния. Уровень развития плазмотронной техники позволяет утверждать, что мощные электродуговые генераторы водяной плазмы, устойчиво и надежно работающие в течение длительного времени, займут свое место в промышленности [15].

Помимо существенного повышения теплоты сгорания синтез-газа, а, следовательно, общей энергетической эффективности процесса газификации использование Н2О в качестве плазмообразующего газа исключает разбавление целевого продукта инертным (балластным) компонентом — азотом воздуха, не создает вредных примесей оксидов азота, упрощая систему газоочистки и сокращая объемы ее аппаратов.

Эти два фактора повышают энергетическую и экологическую привлекательность высокотемпературной паровой газификации твердых бытовых, промышленных и медицинских отходов.

Дожигание отходящих из печей газов с помощью плазменных источников энергии

В последние годы практикуется двухступенчатое термическое обезвреживание органических отходов: в первой ступени, реализуемой в виде камерной, барабанной, шахтной печи или реактора псевдоожиженного слоя, осуществляется неполное сжигание, пиролиз или газификация отходов, а во второй ступени проводится дожигание продуктов неполного горения (углерод, Н2, СО, CmHn, смолы), поступающих с газообразным потоком из первой ступени [16].

Отдельные фирмы, например Europlasma (Франция), предлагают использовать в камерах дожигания плазменный источник энергии (рис. 4). Аналогичное решение применили ряд фирм и организаций, в том числе Институт тепло- и массообмена им. А. В. Лыкова, установив плазмотроны в камере дожигания газов пиролиза, отходящих из шахтной печи [17].

Однако расчетные и экспериментальные исследования показывают, что плазменные генераторы не могут обеспечить эффективное перемешивание относительно большого объема дымовых газов с поддержанием их температуры на уровне около 1200 — 1250 °С при времени их пребывания при указанной температуре не менее 2,0 с.

Опыт свидетельствует, что только применение футерованной цилиндрической камеры дожигания с тангенциальным вводом дополнительного газообразного или жидкого топлива приводит к эффективному турбулентному перемешиванию газообразных продуктов и практически полному окислению остаточных органических соединений отходящих газов.


И. М. Бернадинер,
Московский энергетический институт (технический университет),
М. Н. Бернадинер, ОАО «НПО «Техэнергохимпром»
Источник: журнал «Твердые Бытовые Отходы» № 5 2011, раздел «Технологии»

При использовании материала/любой его части ссылка на авторство и сайт (www.zaobt.ru) обязательна


Литература

1. Бернадинер М. Н., Шурыгин А. П. Огневая переработка и обезвреживание промышленных отходов. — М.: Химия, 1990. — 304 с.

2. Способ утилизации жидких отходов. Патент РФ, №2353857, опубликовано 27.04.2009. Бюллетень №12.

3. Плазмохимическая переработка отходов хлорорганических производств /А. М. Тухватуллин [и др.] // Химическая промышленность. -1986. -№9.

4. G. Ondrey, К. Fouhy. Plasma arcs sputter new waste // Chemical engineering. — 1991. — December. — S. 32-35.

5. Перспективы плазмохимического уничтожения ПХБ-содержащих конденсаторов и других токсичных отходов / А. П. Цыганков [и др.] // Экология производства. — 2004. -№ 5. — С. 75-79.

6. Моссэ А. Л., Горбунов А. В., Савчин В. В. Электродуговые плазменные устройства для переработки и уничтожения токсичных отходов: материалы 4-го Международного симпозиума по теоретической и прикладной плазмохимии II Ивановский государственный технологический университет, 13-18 мая 2005 г.

7. Гонопольский А. М., Федоров О. Л. Обезвреживание отходов медицинских учреждений в герметичной плазменной печи // Чистый город. -1999.-№ 1(5) — С. 28-31.

8. Опыт внедрения системы сбора, транспортировки и плазменной переработки медицинских отходов (на примере Московской городской инфекционной клинической больницы №1)/А. М. Гонопольский [и др.] I/ Чистый город. — 1999. — № 3 (7). -С. 16-20.

9. Способ и установка для переработки радиоактивных отходов. Патент РФ, № 2320038, опубликовано 20.03.2008. Бюллетень № 8.

10. Плазменные технологии: расширение возможности переработки отходов: материалы Международной конференции «Стратегия безопасности использования атомной энергии — прошлое, настоящее и будущее» / И. И. Кадыров [и др.]. — СПб. — 25-29 сентября 2006 г.

11. Моссэ А. Л., Савчин В. В. Плазмотермическая обработка токсичных отходов II Твердые бытовые отходы. — 2006. — № 12. — С. 22-24.

12. Савчин В. В., МоссэА. Л. Разработка и исследование плазменной шахтной печи для утилизации радиоактивных отходов: материалы 5-го Международного симпозиума по теоретической и прикладной плазмохимии // Ивановский государственный технологический университет, 3-8 сентября 2008 г.

13. Установка для плазменной газификации различных видов отходов: теплоэнергетика высоких температур / А. Н. Братцев [и др.]. — 2006. -Т. 44. -№6.~ С. 832-837.

14. Переработка твердых отходов методом плазменной газификации: вода и экология: проблемы и решения /А.Н. Братцев [и др.]. — 2006. -№4.~ С. 69-73.

15. Петров С. В. Плазменная газификация отходов: мир техники и технологии. — 2009. — № 7. — С. 54-55.

16. Бернадинер И. М. Диоксины и другие токсиканты при высокотемпературной переработке и обезвреживании отходов. — М.: Издательский дом МЭИ, 2007. — 48 с.

17. Савчин В. В., Моссэ А. Л. Плазменные методы в технологии переработки РАО: материалы VМеждународной конференции «Сотрудничество для решения проблемы отходов». — Харьков, 2008. -С. 50-52.

Переработка отходов (высокотемпературная). Плазменные источники энергии (часть 3)

часть 2

Воздействие на слой токсичных отходов ударной плазменной струи

В 1990-х гг. фирма MGC Moser — Glaser (Швейцария) разработала и внедрила в г. Мюттенц установку высокотемпературного обезвреживания опасных отходов мощностью 1 т/ч (рис. 3). Технология получила название «Плазмокс»[4]. Центральным элементом установки является центрифуга с установленной в ней плазменной горелкой.

Отходы в бочках подаются питателем в медленно вращающуюся водоохлаждаемую центрифугу, где распределяются на поду печи. Плазменная горелка постоянного тока мощностью 1,2 МВт нагревает материал и разрушает токсичные органические вещества. На поду образуется расплав минеральных компонентов с температурой около 1 600 °С. Термическая деструкция органических компонентов осуществляется главной плазменной горелкой. Образующиеся газы через пережим, в котором устроена еще одна горячая зона, с помощью второй плазменной горелки мощностью 0,3 МВт поступают в окислительную камеру, где находятся в течение 2 с при 1 200 °С.

Технология и установка плазмохимического уничтожения ПХБ-содержащих конденсаторов предложена американской фирмой Retech Systems LLC. Плазменно-дуговая центробежная установка (Plasma Arc Centrifugal Treatment System, «РАСТ-8»; цифра 8 соответствует диаметру центрифуги в футах; 1 фут = 0,3048 м), разрабатывалась фирмой с 1985 г. [5].

ПХБ-содержащие конденсаторы измельчаются в специальном устройстве и шнековым питателем подаются в первичную камеру переработки. В реакционную зону первичной камеры подается кислород (воздух) и отходы, на которые воздействует поток плазмы из электродугового плазмотрона. При высокой температуре в первичной камере переработки (температура в реакционной зоне до 1 300 °C) происходит деструкция ПХБ (пиролиз и сжигание) и плавление неорганических компонентов отходов. В результате образуются газообразные отходы, направляемые на дальнейшую переработку, и шлак.

При вращении центрифуги происходит равномерный прогрев и перемешивание отходов и шлакового расплава, благодаря чему достигается высокая степень деструкции ПХБ и других токсичных компонентов отходов. В установке «РАСТ-8» используется оригинальная система формирования факела плазмы с использованием водоохлаждаемых электродов.

Газообразные отходы поступают во вторичную камеру переработки. Все газы, выходящие из первичной камеры, должны выдерживаться в этой камере при температуре не ниже 980 °С не менее 2 с при концентрации кислорода не менее 6 %.

Технические характеристики установки «РАСТ-8» следующие: мощность — 1 МВт. температура в зоне плазменной дуги — 10 000-20 000 °С, температура в реакционной зоне 1 000-1 300 °С, производительность по конденсаторам — 300-500 кг/ч, степень деструкции — 99,9999 %, количество твердых отходов на тонну перерабатываемых конденсаторов -0,4 т.

Упрощенным вариантом «Плазмокс» и «РАСТ-8» без установки центрифуги является плавильная печь фирмы Europlasma (г. Бордо, Франция) для переработки токсичной золы МСЗ (рис. 4). Мощность внедренных этой фирмой установок (во Франции, Японии и других странах) составляет от 6 до 41 т/сут. Нелетучие минеральные компоненты, в том числе соли тяжелых металлов, извлекаются из печи в виде расплава (вторичного продукта), а возгоны летучих веществ (кадмий, ртуть, свинец) после системы сорбции и улавливания собираются для последующего концентрирования, утилизации или захоронения.

Специалистами Института тепло-и массообмена им. А. В. Лыкова и ООО «Плазмактор» (г. Минск, Беларусь) разработана, изготовлена и испытана плазменная камерная печь периодического действия мощностью до 50 кВт и производительностью 20-30 кг/ч, показанная на рис. 5 [6]. Печь предназначена для обезвреживания сравнительно небольших объемов медицинских и биологических отходов. После загрузки отходов в количестве примерно 10-15 кг и включения плазмотрона цикл их переработки (сжигания) составляет примерно 10 мин и зависит от состава отходов. После завершения цикла работы плазмотрон выключается, и печь переходит в режим остывания и разгрузки шлака. Суммарное время реализации всех стадий составляет около 30 мин, после чего печь готова к следующей загрузке и включению.

Плазменная установка переработки инфицированных медицинских отходов была разработана и спроектирована специалистами ЗАО «Плазма Тест» и построена на территории Московской городской инфекционной клинической больницы № 1 [7] [8]. Принципиальная технологическая схема установки приведена на рис. 6. Основу оборудования составляет двухкамерная кессонная металлургическая печь с ванной расплава шлака и металла и плазмотроном на боковой стенке, обеспечивающим температурный уровень от 2 000 до 5 000 °С. Максимальная проектная пропускная способность по отходам — 60 кг/ч (500 т в год). По ряду технических и экономических факторов указанная установка не была введена в постоянную эксплуатацию.

В целом рассмотренная технология обработки неподвижного слоя токсичных отходов ударной плазменной струей характеризуется низкой эффективностью тепло- и массообмена. Существенное усложнение установки за счет встроенной центрифуги для перемешивания расплава на поду печи кардинально не повышает эколого-технологические параметры процесса.

Далее
часть 4
часть 5

И. М. Бернадинер,
Московский энергетический институт (технический университет),
М. Н. Бернадинер, ОАО «НПО «Техэнергохимпром»
Источник: журнал «Твердые Бытовые Отходы» № 5 2011, раздел «Технологии»

При использовании материала/любой его части ссылка на авторство и сайт (www.zaobt.ru) обязательна


Литература

1. Бернадинер М. Н., Шурыгин А. П. Огневая переработка и обезвреживание промышленных отходов. — М.: Химия, 1990. — 304 с.

2. Способ утилизации жидких отходов. Патент РФ, №2353857, опубликовано 27.04.2009. Бюллетень №12.

3. Плазмохимическая переработка отходов хлорорганических производств /А. М. Тухватуллин [и др.] // Химическая промышленность. -1986. -№9.

4. G. Ondrey, К. Fouhy. Plasma arcs sputter new waste // Chemical engineering. — 1991. — December. — S. 32-35.

5. Перспективы плазмохимического уничтожения ПХБ-содержащих конденсаторов и других токсичных отходов / А. П. Цыганков [и др.] // Экология производства. — 2004. -№ 5. — С. 75-79.

6. Моссэ А. Л., Горбунов А. В., Савчин В. В. Электродуговые плазменные устройства для переработки и уничтожения токсичных отходов: материалы 4-го Международного симпозиума по теоретической и прикладной плазмохимии II Ивановский государственный технологический университет, 13-18 мая 2005 г.

7. Гонопольский А. М., Федоров О. Л. Обезвреживание отходов медицинских учреждений в герметичной плазменной печи // Чистый город. -1999.-№ 1(5) — С. 28-31.

8. Опыт внедрения системы сбора, транспортировки и плазменной переработки медицинских отходов (на примере Московской городской инфекционной клинической больницы №1)/А. М. Гонопольский [и др.] I/ Чистый город. — 1999. — № 3 (7). -С. 16-20.

9. Способ и установка для переработки радиоактивных отходов. Патент РФ, № 2320038, опубликовано 20.03.2008. Бюллетень № 8.

10. Плазменные технологии: расширение возможности переработки отходов: материалы Международной конференции «Стратегия безопасности использования атомной энергии — прошлое, настоящее и будущее» / И. И. Кадыров [и др.]. — СПб. — 25-29 сентября 2006 г.

11. Моссэ А. Л., Савчин В. В. Плазмотермическая обработка токсичных отходов II Твердые бытовые отходы. — 2006. — № 12. — С. 22-24.

12. Савчин В. В., Моссэ А. Л. Разработка и исследование плазменной шахтной печи для утилизации радиоактивных отходов: материалы 5-го Международного симпозиума по теоретической и прикладной плазмохимии // Ивановский государственный технологический университет, 3-8 сентября 2008 г.

13. Установка для плазменной газификации различных видов отходов: теплоэнергетика высоких температур / А. Н. Братцев [и др.]. — 2006. -Т. 44. -№6.~ С. 832-837.

14. Переработка твердых отходов методом плазменной газификации: вода и экология: проблемы и решения /А.Н. Братцев [и др.]. — 2006. -№4.~ С. 69-73.

15. Петров С. В. Плазменная газификация отходов: мир техники и технологии. — 2009. — № 7. — С. 54-55.

16. Бернадинер И. М. Диоксины и другие токсиканты при высокотемпературной переработке и обезвреживании отходов. — М.: Издательский дом МЭИ, 2007. — 48 с.

17. Савчин В. В., Моссэ А. Л. Плазменные методы в технологии переработки РАО: материалы VМеждународной конференции «Сотрудничество для решения проблемы отходов». — Харьков, 2008. -С. 50-52.

Технологии переработки бытовых отходов разрабатывают в России

Распространенная категория технологий переработки мусора среди проектов отечественных научных центров, — термические технологии. Это пиролиз и плазменная газификация. По экономическому смыслу они похожи на мусоросжигание: завод потребляет отходы и производит энергию. Пиролиз — термическое разложение отходов без доступа воздуха — проводится при более низких температурах, чем сжигание, и имеет то преимущество, что не образуется дым. Полученные смеси горючих газов, как правило, направляют назад в реактор. Технологии пиролиза достаточно хорошо изучены, и в недавних исследовательских проектах можно обнаружить разве что мобильные установки для переработки небольших количеств мусора. Такую установку для растительных отходов разрабатывали в 2014 – 2016 годах в Тверском государственном университете (было запатентовано лабораторное устройство), а сейчас более универсальный вариант проектирует Донской государственный технический университет.

Плазменная газификация предполагает температуру выше, чем сжигание и пиролиз, — в несколько тысяч градусов Цельсия. Конкретные значения отличаются для разных видов сырья, но не бывают ниже 1800 °С. Переработать при таком экстремальном нагреве можно и бытовой мусор, и опасные отходы, хотя в последнем случае для разложения дополнительно применяют химическое воздействие. На выходе образуются синтез-газ (смесь монооксида углерода и водорода) и неперерабатываемый стекловидный шлак. Синтез-газ можно применить как топливо, использовать для производства электричества или искусственных углеводородов.

Разработками в направлении плазменной газификации твердых отходов в России известны Институт электрофизики и электроэнергетики РАН, Институт теплофизики им. С. С. Кутателадзе Сибирского отделения РАН и Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт». Предыдущий директор Института электрофизики и электроэнергетики Филипп Рутберг, скончавшийся в 2015 году, получил в 2011 году за работу над технологиями низкотемпературной плазмы премию «Глобальная энергия». Уже в 2007 году у института были экспериментальные плазмохимические установки по уничтожению медицинских и жидких опасных отходов и полупромышленная установка по плазменной газификации твердых бытовых отходов. Сейчас на основе испытанной в институте технологии фирма из Малоярославца «Эко-страна» разработала проект мусороперерабатывающего завода в Калуге. Построить его предполагается на собственные средства. Большую часть производимого электричества завод будет потреблять сам, но может и питать, например, теплицу.

Первая созданная в Институте теплофизики СО РАН плазменная установка была предназначена, в первую очередь, для переработки древесины и сельскохозяйственных органических отходов. В 2016 году ученые из института сравнили свою установку и разработку Института электрофизики и электроэнергетики и нашли, что из одинакового сырья — древесины — на новосибирской установке можно получить синтез-газ с более высокой теплотой сгорания, то есть более ценный. Затем в ходе проекта, на который институт получал субсидию по ФЦП «Исследования и разработки» в 2015 – 2017 годах, была разработана и запатентована электропечь для переработки плазмой техногенных твердых отходов. У института есть индустриальные партнеры среди новосибирских заводов, и разрабатывается проект по размещению новой более мощной опытной плазменной установки на одном из них, а затем и на полигоне бытовых отходов в окрестностях города.

У Курчатовского института тоже долгая история разработок по плазменной газификации. Еще в 2007 году СМИ сообщали о запуске в Израиле демонстрационной установки плазменной переработки бытовых отходов, созданной при участии научного центра. Первая в России плазменная печь для переработки твердых радиоактивных отходов также была разработана при участии ученых Курчатовского института. Новый способ переработки мусора научный центр запатентовал в 2012 году. Он предполагает не просто плазменную, а плазменно-химическую обработку отходов с участием катализатора — смеси соединений металлов, также полученной из отходов. Похожий способ тот же коллектив авторов запатентовал для переработки отходов нефтепереработки. Есть вероятность, что эти технологии будут реализованы в северных регионах России. В апреле этого года Курчатовский институт и Минприроды заключили соглашение, по которому научный центр займется актуализацией справочников наилучших доступных технологий для промышленных предприятий. Также ученые могут привлекаться и к другим проектам, в том числе по развитию Арктики. Идеальным вариантом переработки отходов в энергию для северных регионов глава Минприроды Дмитрий Кобылкин назвал как раз плазменную газификацию.

Еще одна вариация термических методов переработки твердых бытовых отходов — изготовление из них топлива. Экологические организации протестуют против такого подхода не меньше, чем против сжигания мусора: считается, что цементные заводы, где потребляется основная масса такого топлива, не очищают дым от диоксинов и других опасных веществ. Тем не менее, в России разрабатываются и свои технологии для производства такого топлива, например, сепаратор для эффективного удаления стекла из смешанных отходов, запатентованный петербургской компанией «Механобр-техника». Есть и другие варианты производства топлива из отходов, но они касаются только их органической составляющей.

Плазменно-дуговая газификация | обработка отходов

Плазменная газификация (PAG) , технология обработки отходов, в которой используется сочетание электричества и высоких температур для превращения городских отходов (мусора или мусора) в пригодные для использования побочные продукты без сжигания (сжигания). Хотя эту технологию иногда путают со сжиганием или сжиганием мусора, при плазменной газификации отходы сжигаются не так, как в мусоросжигательных установках. Вместо этого он превращает органические отходы в газ, который все еще содержит всю свою химическую и тепловую энергию, и превращает неорганические отходы в инертное остеклованное стекло, называемое шлаком.Этот процесс может уменьшить объем отходов, отправляемых на свалки, и вырабатывать электроэнергию.

Процесс

В процессе PAG электродуговый газификатор пропускает электрический ток очень высокого напряжения через два электрода, создавая дугу между ними. Инертный газ, находящийся под высоким давлением, затем проходит через электрическую дугу в герметичный контейнер (называемый плазменным преобразователем) с отходами. Температура в столбе дуги может достигать более 14 000 ° C (25 000 ° F), что выше, чем на поверхности Солнца.Под воздействием таких температур большая часть отходов превращается в газ, состоящий из основных элементов, а сложные молекулы разрываются на отдельные атомы.

Побочные продукты плазменно-дуговой газификации включают:

  • Синтез-газ, представляющий собой смесь водорода и окиси углерода. Отходы, включая пластмассы, содержат большое количество водорода и окиси углерода, и степень превращения этих материалов в синтез-газ может превышать 99 процентов. Прежде чем синтез-газ можно будет использовать в качестве источника энергии, его необходимо очистить от вредных материалов, таких как хлористый водород.После очистки синтез-газ можно сжигать как природный газ, при этом часть идет на установку плазменной газификации, а оставшаяся часть продается коммунальным предприятиям, которые также используют его в основном для производства электроэнергии.
  • Шлак, который представляет собой твердый остаток, напоминающий обсидиан, можно очищать от загрязняющих веществ, включая тяжелые металлы, такие как ртуть и кадмий, и перерабатывать в кирпичи и синтетический гравий.
  • Остаточное тепло, которое выделяется в процессе и может использоваться для производства пара для выработки электроэнергии.

Состав потока отходов может повлиять на эффективность процедуры газификации. Мусор с высоким содержанием неорганических материалов, таких как металлы и строительные отходы, будет давать меньше синтез-газа, который является наиболее ценным побочным продуктом, и больше шлака. По этой причине в некоторых настройках может оказаться целесообразным предварительно отсортировать поток отходов. Если отходы можно измельчить до того, как они попадут в камеру газификации, эффективность PAG повысится.

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту.Подпишитесь сейчас

Экономические затраты и выгода

PAG, по-видимому, обладает значительным потенциалом для сокращения количества отходов на свалках и преобразования мусора в полезные продукты. Однако его стоимость и неопределенное воздействие на окружающую среду усложнили усилия по строительству объектов PAG. Захоронение мусора на свалках остается относительно недорогим по сравнению с использованием PAG для уменьшения количества твердых отходов, которые там находятся. (Исследование мусорных свалок в Гамильтоне, Онтарио, Канада, проведенное в 2007 году, показало, что затраты муниципалитетов на захоронение отходов составили 35 долларов за тонну по сравнению со 170 долларами за тонну при переработке PAG.)

В нескольких странах действуют небольшие предприятия по удалению опасных материалов, таких как химическое оружие и пепел из мусоросжигательных заводов. Среди наиболее заметных экспериментальных предприятий — заводы Тайваньского национального университета Ченг Кунг в городе Тайнань, которые перерабатывают 3-5 метрических тонн (3,3-5,5 коротких тонн) отходов в день, и Уташинай, Япония, который перерабатывает 150 метрических тонн ( 165 коротких тонн) в сутки. Несколько крупномасштабных установок были предложены в США и других странах; однако строительство более крупных объектов муниципального уровня не продвинулось дальше экспериментальной стадии.Защитники утверждают, что даже если крупномасштабные объекты не построены, эта технология может быть особенно рентабельной для обработки медицинских отходов и отходов нефтепереработки, а также строительных материалов, поскольку они требуют высоких затрат на утилизацию для оператора и производят большое количество тепла, которое можно использовать для производить электричество.

Экологические проблемы

Технология плазменной дуги также вызвала некоторые вопросы у экологов из-за загрязняющих веществ, которые могут оставаться в побочных продуктах.Они утверждают, что произведенный синтез-газ, если его сжигать для получения энергии без надлежащей обработки, может выделять токсичные кислоты, диоксин и другие загрязнители, а шлак может удерживать высокие уровни ртути и других опасных материалов, что может создать проблемы для удаления твердых отходов. Экологи также обеспокоены тем, что люди могут успокоиться по поводу муниципальной утилизации и сокращения потока отходов, если они считают, что отходы могут быть переработаны.

Давид Хосанский

Узнайте больше в этих связанных статьях Britannica:

  • Управление твердыми отходами

    Обращение с твердыми отходами, сбор, обработка и утилизация твердых материалов, которые выбрасываются, потому что они служат своей цели или больше не используются.Неправильная утилизация твердых бытовых отходов может создать антисанитарные условия, которые, в свою очередь, могут привести к загрязнению окружающей среды и вспышкам…

  • электричество

    Электричество — явление, связанное со стационарными или движущимися электрическими зарядами.Электрический заряд — фундаментальное свойство материи, которое несут элементарные частицы. В электричестве участвующей частицей является электрон, который несет заряд, условно обозначенный как отрицательный. Таким образом, различные проявления электричества являются результатом…

  • горение

    Горение, химическая реакция между веществами, обычно включающими кислород, обычно сопровождающаяся выделением тепла и света в виде пламени.Скорость или скорость соединения реагентов высока, отчасти из-за природы самой химической реакции, а отчасти из-за того, что…

Плазменная газификация: чистое возобновляемое топливо за счет испарения отходов

Технология плазменной газификации в США быстро развивается и может стать идеальным способом увести ТБО со свалок и произвести ценные побочные продукты.Здесь мы рассмотрим преимущества.

от Эда Доджа

Плазменная газификация — это новая технология, с помощью которой можно перерабатывать мусорные свалки для извлечения вторсырья и превращения углеродных материалов в топливо. Он может стать неотъемлемым компонентом системы для достижения нулевого уровня отходов и производства возобновляемого топлива, заботясь об окружающей среде. Плазменно-дуговая обработка использовалась в течение многих лет для обработки опасных отходов, таких как пепел от мусоросжигательных заводов и химического оружия, и преобразования их в безопасный шлак.

Больше статей о мире обращения с отходами

Достигает ли совершеннолетия газификация отходов?

Проект комбинированной газификации и плазменной газификации в Великобритании получил разрешение на планирование

Проект плазменной газификации отходов в энергетику для закачки газа в сеть в Великобритании

Вторая установка плазменной газификации для Тиссайда после правительственной сделки

Система плазменного разрушения для канадской компании по переработке холодильников

Плазменно-дуговая переработка драгоценных металлов

Alter NRG будет поставлять отходы плазменной газификации мощностью 15 МВт на электростанцию ​​в Китае

Сделка по ускорению плазменной газификации и использования топливных элементов в тайских отходах Растения

Использование этой технологии для преобразования твердых бытовых отходов (ТБО) в энергию еще совсем недавно, но она имеет большой потенциал для более эффективной работы, чем другие системы пиролиза и сжигания, из-за ее высокой температуры, плотности тепла и почти полного преобразования углеродсодержащих веществ. материалы для синтез-газа и неорганические вещества для шлака.

Синтез-газ — это простой топливный газ, состоящий из окиси углерода и водорода, который можно сжигать напрямую или очищать до более высокого качества топлива и химикатов. Шлак — это стеклообразное вещество, представляющее собой остывшие остатки расплавленных отходов; он прочно связан, безопасен и пригоден для использования в качестве строительного материала.

Технология плазменных горелок доказала свою надежность при уничтожении опасных отходов и может помочь преобразовать экологические обязательства в активы возобновляемых источников энергии.

Процесс плазменной газификации

Плазменная газификация — это многоступенчатый процесс, который начинается с подачи сырья, от отходов до угля и растений, и может включать опасные отходы.Первый шаг — переработать сырье, чтобы сделать его однородным и сухим, а также отсортировать ценные вторсырья. Второй этап — это газификация, при которой чрезмерное тепло от плазменных горелок подается внутрь герметичного реактора с воздушным управлением. Во время газификации материалы на основе углерода распадаются на газы, а неорганические материалы плавятся в жидкий шлак, который сливают и охлаждают. Жара вызывает полное уничтожение опасностей и ядов. Третий этап — очистка газа и рекуперация тепла, когда газы очищаются от примесей с образованием чистого топлива, а теплообменники рециркулируют тепло обратно в систему в виде пара.Заключительный этап — производство топлива, которое может варьироваться от электричества до различных видов топлива, а также химикатов, водорода и полимеров.

Газификация имеет долгую историю в промышленности, где она использовалась для переработки угля и биомассы в различные виды жидкого топлива, газов и химикатов. Все современные чистые угольные электростанции являются газификаторами, как и городские системы освещения и электроснабжения начала XIX века.

Плазменная газификация — это использование плазменных горелок в качестве источника тепла в отличие от обычных костров и печей.Преимущество плазменных горелок в том, что они являются одним из наиболее мощных источников тепла, при этом они относительно просты в эксплуатации.

Плазма — это перегретый столб токопроводящего газа. В природе плазма содержится в молниях и на поверхности Солнца. Плазменные горелки горят при температуре, приближающейся к 5500ºC (10 000F), и могут надежно уничтожить любые материалы, обнаруженные на Земле, за исключением ядерных отходов.

Плазменные горелки используются в литейном производстве для плавления и резки металлов.При использовании для обработки отходов плазменные горелки очень эффективны в превращении органических и углеродистых материалов в газ. Неорганические материалы плавятся и охлаждаются в застеклованное стекло.

Газификация отходов обычно происходит при температуре 1500 ° C (2700 ° F), и при этих температурах материалы подвергаются процессу, называемому молекулярной диссоциацией, что означает, что их молекулярные связи разрушаются, и в процессе этого разрушаются все токсины и органические яды. Плазменные горелки использовались в течение многих лет для уничтожения химического оружия и токсичных отходов, таких как печатные платы (ПХБ) и асбест, но только недавно эти процессы были оптимизированы для улавливания энергии и производства топлива.

Американская корпорация Westinghouse Corporation начала создавать плазменные горелки совместно с НАСА для космической программы Аполлон в 1960-х годах для испытания тепловых экранов космических аппаратов при 5500 ° C. В конце 1990-х годов в Японии были построены первые пилотные проекты плазменной газификации для преобразования ТБО, осадка сточных вод и остатков авто измельчения в энергию. Японские пилотные установки оказались успешными, и в настоящее время в Канаде и других странах разрабатываются коммерческие проекты такими компаниями, как Alter NRG из Альберты, Канада.

Экономика

Экономика плазменной газификации ТБО является благоприятной, хотя и сложной. Предприятия по газификации отходов получают оплату за прием отходов в виде сборов за чаевые. Затем система получает доход от продажи произведенной электроэнергии. Электроэнергия является сегодня основным продуктом, но жидкое топливо, водород и синтетический природный газ — все это возможности для будущего.

Сортировка ТБО для улавливания вторсырья, такого как металлы и ценные пластмассы, представляет собой третий поток доходов.Незначительные потоки доходов включают продажу шлака и серы. Шлак потенциально может быть использован для производства ряда строительных материалов, таких как минеральная вата, кирпич и архитектурная плитка, а сера имеет некоторую товарную ценность в качестве удобрения.

Дополнительных затрат можно избежать, отвлекая отходы со свалок и минимизируя транспортировку отходов. Государственные субсидии на возобновляемые источники энергии или углеродные кредиты могут быть значительными в будущем, но их трудно спрогнозировать.

Базовый сценарий с установкой по газификации отходов производительностью 680 тонн в день (750 тонн США), которая подходит для небольшого города или регионального объекта, будет стоить приблизительно 150 миллионов долларов (108 миллионов евро) для строительства.Муниципалитет, финансирующий весь проект за счет облигаций, из года в год должен стремиться к положительному денежному потоку за счет доходов от чаевых, вторсырья и продажи электроэнергии, а также от продажи шлака и серы. Значения каждой из этих переменных сильно различаются, и любое предлагаемое развитие потребует тщательной проверки для определения местных цен по каждой позиции. Плата за чаевые, тарифы на электроэнергию, вторсырье, а также процентные ставки и налоги резко различаются, создавая модель, которую необходимо тщательно оценить для любого предлагаемого развития.

Экономика газификации отходов в значительной степени способствует вторичной переработке неорганических материалов, таких как металл и стекло, которые не имеют ценности в качестве топлива и делают процесс газификации менее эффективным, даже несмотря на то, что плазменные горелки могут их плавить. Дорогостоящие пластмассы и бумага, которые можно легко разделить, гораздо более ценны как вторсырье, чем как топливо. Некоторые виды пластмасс приносят 195 евро за тонну (300 долларов за тонну США), а определенные типы бумаги могут приносить около 53 евро за тонну (75 долларов за тонну США). Для сравнения, из тонны отходов может образоваться 0.8 МВт электроэнергии по цене около 51 евро (70 долларов США) за МВт. Ясно, что любой из этих материалов, которые можно отделить и продать, стоит гораздо больше как товар, чем как топливо.

Широкий выбор входов и выходов

В некоторых местах имеются дополнительные потоки отходов, которые приносят более высокие сборы за опрокидывание, чем ТБО, поскольку они токсичны и при этом имеют отличную топливную ценность. Отходы нефтепереработки нефтяных и химических заводов, медицинские отходы, остатки измельчителей автомобилей, строительный мусор, шины и телеграфные столбы — все это примеры потенциальных видов топлива, которые могут приносить высокие комиссионные за опрокидывание и обеспечивать хорошую теплотворную способность.Кроме того, существуют миллионы тонн низкосортных угольных отходов, которые хранятся в огромных кучах по всему Аппалачскому региону в Пенсильвании и Западной Вирджинии, США, которые можно использовать для газификации.

Несколько выходов могут быть произведены на одном предприятии. Тепло и пар можно продавать, а производство электроэнергии можно комбинировать с производством этанола или водорода для максимального использования ресурсов. Водород можно легко получить из синтез-газа, отделив его от углерода и кислорода, в то время как синтетический природный газ можно получить путем повышения содержания метана в синтез-газе.

Жидкое топливо обычно производится из синтез-газа с помощью процессов каталитической конверсии, таких как процессы Фишера-Тропша, которые широко использовались со времен Второй мировой войны для производства моторного топлива из угля. Также разрабатываются биотехнологические методы производства жидкого топлива с использованием ферментов или микроорганизмов для преобразования.

Много исследований и усилий направлено на разработку более селективных катализаторов и продуктивных ферментов, которые повысят эффективность системы до уровней, необходимых для конкурентоспособности.В настоящее время этанол, получаемый в результате газификации, стоит более 2 долларов за галлон (эквивалент 0,37 евро за литр), и, по оценкам, производство должно стоить около 1,25 доллара (0,90 евро) или 1,50 доллара (1,10 евро). Производство этанола в демонстрационных масштабах показало, что из одной тонны ТБО в США можно произвести около 100 галлонов (эквивалент 0,9 тонны, производящей 380 литров) этанола, плюс-минус 20%. Оценить стоимость производства этанола сложно, но грубые расчеты показывают, что этанол потенциально может быть более прибыльным, чем электричество.

Улучшенное управление отходами

Газификация превосходит захоронение ТБО по ряду причин. Прежде всего, свалки токсичны для окружающей среды из-за образования токсичных жидких сточных вод и метановых газов. EPA (Агентство по охране окружающей среды США) имеет длинный протокол для переносимых по воздуху и жидких химикатов, которые необходимо локализовать и контролировать на каждой свалке. Свалки должны быть построены с обширными вкладышами, дренажами и оборудованием для мониторинга в соответствии с нормативными требованиями.Плазменная газификация может увести отходы со свалок и обеспечить полезное использование материала за счет максимизации рециркуляции и чистого использования остального в качестве топлива.

Газификация превосходит сжигание

Газификация превосходит сжигание и обеспечивает значительное улучшение воздействия на окружающую среду и энергетических характеристик. Мусоросжигательные печи — это высокотемпературные горелки, которые используют тепло, выделяемое при пожаре, для работы котла и паровой турбины для производства электроэнергии. Во время горения происходят сложные химические реакции, которые связывают кислород с молекулами и образуют загрязнители, такие как оксиды азота и диоксины.Эти загрязнители проходят через дымовую трубу, если для очистки газов не установлены скрубберы.

В отличие от этого, газификация — это процесс с низким содержанием кислорода, при котором образуется меньше оксидов. Скрубберы для газификации расположены в линию и имеют решающее значение для образования чистого газа независимо от нормативной базы. Для систем сжигания скрубберы дымовых труб не дают никаких эксплуатационных преимуществ и устанавливаются в первую очередь для соответствия законодательным требованиям. Системы плазменной газификации, в которых используются соответствующие скрубберы, имеют чрезвычайно низкие выбросы и без проблем соответствуют самым строгим требованиям по выбросам и даже превосходят их.

Целью систем газификации является производство чистого газа, используемого для последующих процессов, которые требуют определенного химического состава, без кислот и твердых частиц, поэтому очистка является неотъемлемым компонентом системной инженерии, в отличие от требований законодательства, которые должны выполняться.

Зола из мусоросжигателя также высокотоксична и обычно утилизируется на свалках, в то время как шлак от плазменной газификации безопасен, поскольку он плавится и превращается в прочно связанную молекулярную структуру.

Фактически, одним из основных применений плазменных горелок в индустрии уничтожения опасных отходов было плавление токсичной золы из мусоросжигательных заводов в безопасный шлак. Стекловидный шлак подлежит регламенту EPA по методике определения характеристик токсичности выщелачивания (TCLP), в котором измеряется восемь вредных элементов. Данные с существующих предприятий, даже тех, которые перерабатывают особо опасные отходы, показали, что они намного ниже нормативных пределов.

Производство электроэнергии при плазменной газификации превосходит производство электроэнергии при сжигании в мусоросжигательной установке.В инсинераторах обычно используется тепло от сгорания для приведения в действие паровой турбины для выработки энергии. В системах газификации могут использоваться гораздо более эффективные газовые турбины, особенно если они настроены в режиме комбинированного цикла с интегрированной газификацией (IGCC). Так же, как IGCC является передовым предприятием по производству энергии из угля, то же самое верно и при использовании ТБО в качестве источника топлива.

Углеродное воздействие

Углеродное воздействие плазменной газификации значительно ниже, чем при использовании других методов обработки отходов. Считается, что он оказывает негативное углеродное воздействие, особенно по сравнению с образованием метана на свалках.Газификация также является важной технологией отделения углерода. Это в первую очередь технология переработки угля; он превращает твердый углерод в газообразную форму.

Синтез-газ состоит из окиси углерода и водорода. Водород легко отделяется от монооксида углерода, позволяя использовать водород, в то время как углерод изолирован. Министерство энергетики США определило газификацию посредством своих проектов по очистке угля как важнейший инструмент для улавливания углерода

Противодействие окружающей среде

Экологи выступили против газификации отходов по двум основным причинам.Первый аргумент заключается в том, что любое предприятие по переработке отходов в энергию будет препятствовать переработке отходов и отвлекать ресурсы от усилий по сокращению, повторному использованию и переработке. Экономические исследования рынков отходов показывают обратное; преобразование отходов в энергию в значительной степени способствует переработке отходов для разделения ценных товаров и максимального увеличения их ценности для топлива.

Второй аргумент против газификации отходов заключается в том, что выбросы те же, что и при сжигании. Эти аргументы основаны на системах газификации, которые не очищают газы, а вместо этого сжигают грязный синтез-газ.Такие системы по сути являются двухступенчатыми горелками и не рекомендуются по экологическим причинам. Существует множество вариантов сжигания, пиролиза и газификации, которые используются в различных комбинациях. Для достижения положительных экологических показателей требуется надлежащая инженерия.

Technology

Плазменная газификация ТБО — довольно новое приложение, которое объединяет хорошо зарекомендовавшие себя подсистемы в одну новую систему. Подсистемы включают переработку и сортировку отходов, плазменную обработку, очистку газа и производство энергии.Интеграция этих систем быстро развивается, но до сих пор не реализована в крупных промышленных системах. Демонстрационные и пилотные системы успешно работают в Японии и Канаде, еще больше запущено в США и Европе.


Концепции систем преобразования энергии на основе газификации Источник: NETL Нажмите здесь, чтобы увеличить изображение

null

Предварительная обработка

Сортировка и переработка отходов — зрелая отрасль для вторичной переработки. В продаже имеется широкий спектр оборудования для сушки и разделения.Целью обработки ТБО является измельчение их на однородные мелкие кусочки и отделение всего металла, стекла и других неорганических веществ, не имеющих ценности в качестве топлива. Ценные вторсырья следует отдавать на продажу. ТБО в этой форме часто называют RDF — топливом, полученным из отходов.

Следующий этап

После предварительной обработки отходы испаряются с помощью высокой температуры от плазменных горелок.

По мере испарения материалов газы выходят из верхней части, а расплавленный шлак выливается из нижней части реактора.Для газификации ТБО требуется температура выше 1200 ° C (2200 ° F), а системы рассчитаны на работу около 1500 ° C (2700 ° F). Когда горячие газы выходят из реактора, они охлаждаются с помощью комбинации закалки и теплообменников. Тепло очень ценно и возвращается в систему для производства пара для других целей.

Существуют технические проблемы при использовании теплообменников при 1500 ° C, так как температура приведет к деформации стали и других материалов. Подсистема теплообмена — одна из областей, которая выиграет от дальнейшего развития.

Очистка

После охлаждения газы проходят ряд операций по очистке газа, которые регулируются с учетом требований, предъявляемых ниже по потоку, а также экологических норм. Существует множество различных конструкций скрубберных систем, и это развитая отрасль. Скрубберы обычно используются для очистки выхлопных газов дымовых труб на электростанциях и в промышленности.

Производство энергии

Электроэнергия производится с помощью котлов, двигателей или газовых турбин. Газовые двигатели и турбины требуют очень чистых газов, но прямое сгорание для сжигания котла может потреблять меньше чистого газа и иметь самые низкие затраты.Паровые системы могут производить 450550 кВтч на тонну (500600 кВтч на тонну США) ТБО. Газовые турбины в комбинированном цикле могут производить

    00 кВтч на тонну (10001200 кВтч на тонну) ТБО. IGCC считается самым современным и наиболее эффективным средством получения энергии из углеродных ресурсов. Это модель, используемая на современных чистых угольных электростанциях.

    В IGCC синтез-газ сжигается в турбине для производства электроэнергии, в то же время горячий выхлоп турбины улавливается парогенератором-утилизатором (HRSG) для производства электроэнергии с помощью паровой турбины.Комбинация паровой турбины с газовой турбиной представляет собой комбинированный цикл.

    Парогенераторы с рекуперацией тепла могут также использовать тепло от газов в дополнение к теплу от выхлопных газов турбины. Газы выходят из реактора при температуре около 1200 ° C, и тепло можно использовать для выработки значительного количества энергии для установки. Теоретически факелы и установка будут потреблять только 25% производимой энергии, а 75% будут доступны для продажи.

    Выводы

    Наступает время газификации отходов.Мир сталкивается с серьезными проблемами в поисках новых источников энергии, а также с продолжающейся деградацией окружающей среды.

    Плазменная газификация отходов может быть частью решения обеих проблем. Использование токсичных отходов в качестве сырья для производства возобновляемого топлива превращает обязательства в активы. Являясь муниципальным или государственным предприятием, установка газификации отходов может помочь сбалансировать бюджеты и обеспечить защиту от будущего роста цен на энергию. Сложность и дороговизна делают плазменную газификацию сложной задачей для частных инвесторов и муниципалитетов.


    Плазменная газификация, входы и выходы Щелкните здесь, чтобы увеличить изображение

    К счастью, технологии, необходимые для газификации отходов, быстро развиваются. Самым обнадеживающим аспектом плазменной газификации является то, что все отдельные подсистемы очень зрелые и устоявшиеся. Просто интеграция между ними требует дальнейшей доработки. Все оборудование для сортировки и подготовки отходов легко доступно, плазменные горелки надежно используются на протяжении десятилетий, а газификация и очистка газов также хорошо изучены.

    Производство энергии из синтез-газа сегодня может быть прибыльным путем производства электроэнергии, и есть надежда, что этанол вскоре станет экономичным. Водород и синтетический природный газ тоже не за горами, ожидая подходящего момента для появления. Вполне возможно, что через десять лет общество сможет производить значительные количества возобновляемого топлива, используя отходы свалок, и при этом одновременно очищать окружающую среду.

    Эд Додж из Корнельского университета в Итаке, штат Нью-Йорк, США.
    e-mail: eddodge @ gmail.com.

    Другие статьи в мире управления отходами

    Бесплатная Интернет-конференция — Превращение отходов в топливо: коммерческое и жизнеспособное решение?
    Опытные проекты успешно преобразовали твердые бытовые отходы в пригодное для использования биотопливо второго поколения. Коммерциализация сейчас идет полным ходом, лидируют Великобритания, США и Канада. Подключайтесь к новой веб-трансляции WMW, чтобы узнать больше! Среди спикеров — NNFCC, Solena Fuels и Enerkem …

    Является ли плазменная газификация решением для пластмасс и всех отходов?

    Пришло время сосредоточиться на расширении целей в отношении устойчивости.Решение правительства Китая («Национальный меч»), вступившее в силу в январе 2018 года, о прекращении приема всех видов переработки в Соединенных Штатах, выявило уязвимость и неэффективность наших текущих процессов переработки и всех форм твердых бытовых отходов (ТБО). В настоящее время наши муниципалитеты изо всех сил пытаются решить, где разместить эти переработанные материалы. Некоторые просто закрыли все программы по переработке и перенаправляют эти сборы с бордюров на свалки.

    Проблема не ограничивается пластмассами, ее нужно определить как… «как поступить со всеми ТБО?»

    Чтобы разработать новый и более совершенный подход к управлению отходами, важно знать, откуда мы пришли, определить текущие проблемы и проложить путь к лучшему будущему.

    Прошлое

    Первая муниципальная мусорная свалка была открыта в 1937 году во Фресно, Калифорния. В то время это считалось инновационным с новыми технологиями рытья траншей, уплотнения и засыпки отходов землей. С тех пор из-за значительного количества открытых и дешевых земель мы приняли практику свалок в США, и теперь существует более 10 000 муниципальных свалок, которые достигли максимальной емкости, в результате чего, согласно EPA, остается 3091 действующая свалка.Давно прошли те времена, когда в каждом городе была свалка. По данным EPA, в семи штатах в ближайшие пять лет не хватит места для захоронения отходов. После закрытия полигона Fresh Kills, Нью-Йорк отправляет мусор в Огайо, Пенсильванию, Западную Вирджинию и другие страны. Особые трудности возникают в центрах крупных городов, которые все больше и больше перемещают отходы на свалки, что приводит к увеличению затрат и увеличению выбросов углерода.

    Настоящее

    Использование дешевой земли для свалки и складирования мусора не является экологически безопасной практикой.Свалки могут протекать и имели место утечки, вызывая загрязнение поверхностных и грунтовых вод, загрязнение почвы и выбросы парниковых газов. Правила действующих свалок теперь требуют мониторинга и инвестиций в системы сбора и обработки свалочного газа. Закрытые свалки продолжают нести расходы до 30 лет из-за размещения ТБО, требующих длительного ухода. Земля играет жизненно важную роль в экосистеме природы, и прием и хранение мусора не являются ее частью.

    Существующая сегодня цепочка поставок ТБО в основном такая же, как и в 1937 году, с добавлением правил и усовершенствований технологий.Грузовики прибывают к обочине, чтобы забрать мусор, а другой прибывает для вывоза вашего переработанного содержимого, при условии, что он есть в вашем муниципалитете, и еще один грузовик, возможно, в другой день заберет отходы вашего двора.

    Все эти грузовики отправляются на перевалочную станцию, где отходы консолидируются, а затем переправляются на грузовики дальнего следования. Транспортировка на дальние расстояния доставляет ТБО к следующему объекту, будь то свалка, центр переработки или место компостирования. Если поток считается загрязненным, он снова будет перенесен на этот раз на свалку в качестве последнего пристанища.

    Это современная инфраструктура ТБО в США.

    Пластиковые проблемы

    Сегодня заголовки привлекают внимание к тому, что проблема в пластике. Мы читаем о пластиковых отходах, которые обгоняют нашу переработку и попадают в наши океаны — спасение планеты от пластика стало мантрой. National Geographic хочет, чтобы вы подписались на мир без пластика и сделали выбор: планета или пластик. Розничные торговцы отказываются от пластиковых пакетов для продуктов и соломинок.Некоторые городские власти запретили продажу пластиковых бутылок для воды, борясь с использованием одноразового пластика. Мы все вовлечены в войну с пластиком.

    С другой стороны, предпринимаются многочисленные попытки увеличить переработку пластика за счет следующего:

    • Изобретая новый химический состав пластмасс для вторичной переработки;
    • Повторное использование упаковки и изделий из пластмасс; и
    • Разработка новых формул биоразлагаемого пластика для обеспечения требуемых характеристик.

    Эти подходы основаны на предположении, что потребители будут должным образом сортировать и управлять большим количеством потоков, чем сегодня, или четырьмя или пятью, и что образование потребителей является ответом.

    Рассмотрим также стекло — материал, который на 100% пригоден для вторичной переработки, но 67% стекла не перерабатывается и выбрасывается в отходы.

    Бумага и картон подлежат вторичной переработке, однако цены на эти материалы являются исторически низкими, и только 65% бумажных и картонных отходов перерабатываются.Хотя мантра 3R о повторном использовании, сокращении и переработке является благими намерениями, они существуют уже некоторое время и привели нас туда, где мы находимся сегодня. Нам нужно более комплексное решение для устойчивого развития.

    Будущее: комплексное решение

    Если мы начнем с целостного уважения к Земле, которое выходит за рамки пластмасс и охватывает все ТБО, это приведет к другим решениям. Мантра сокращения, повторного использования, переработки была опробована, и ожидание большего от потребителей при сортировке приведет только к постепенным улучшениям.США нуждаются в новом руководстве по управлению отходами. Нам нужно выйти за рамки простой переработки пластмасс. По данным EPA, пластмассы составляют только 16% ТБО. Это означает, что если бы все многочисленные заявки на вторичную переработку пластика были успешными и были финансово жизнеспособными для работы со всеми типами пластика, 84% отходов по-прежнему отправлялись бы на свалки. Инфраструктура управления отходами созрела для сбоя.

    Научное решение: д-р Брюс Велт, профессор Университета Флориды, оценил несколько подходов и пришел к выводу, что плазменная газификация является наиболее эффективной технологией.Welt стремится к созданию промышленного консорциума и UF Center For Advanced Recycling, чтобы преобразовать инфраструктуру ТБО. Плазменная газификация дает возможность решить трудноразрешимые проблемы, стоящие перед нашей отраслью обращения с отходами, это проверенное решение для всех видов отходов. Это проверенная технология, используемая в других областях и частях мира с начала 2000-х годов.

    При плазменной газификации сырье (мусор) вводится в сосуд с чрезвычайно высокой температурой (~ 2000 градусов F), способный разрушить все органические химические связи и уменьшить весь мусор, включая пластик, бумагу, стекло, отходы дворовых площадок, продукты питания, грязь и т. Д. .к основным элементам. Тепло также плавит металлы, которые восстанавливаются.

    Основными продуктами плазменной газификации являются два: синтетический газ («синтез-газ») и шлак / застеклованная стекловидная порода. Оба эти продукта имеют высокую ценность, причем синтез-газ является основным продуктом. См. Прилагаемую диаграмму, в которой показан синтез-газ. В зависимости от экономики региона синтез-газ может использоваться для производства электроэнергии, метанола или жидкого топлива, такого как реактивное топливо, дизельное топливо, производство синтетического природного газа и другие.

    Плазменную газификацию не следует путать со сжиганием, т. Е. Сжиганием парниковых газов с выделением отходов и образованием золы. Это также отличается от газификации, на которой сегодня имеется множество установок, создающих синтез-газ для производства полимеров для индустрии пластмасс. Плазменная газификация, используемая для ТБО, не потребует сортировки материалов, устранит необходимость в свалках, уберет дальние грузовые перевозки с наших дорог и будет финансово жизнеспособной. Плазменная газификация имеет три потока доходов:

    1.Сбор чаевых за сбор ТБО;

    2. Реализация переработанного синтез-газа в энергию, жидкое топливо, синтетический природный газ; и

    3. Шлак имеет незначительную ценность в строительных материалах, абразивах для инструментальной промышленности и т. Д.

    Сокращение затрат достигается за счет перенаправления отходов со свалок и сокращения количества грузовиков, перевозящих отходы на дальние расстояния. Крупные муниципальные установки плазменной газификации (600 тонн / день) требуют больших капиталовложений (~ 120 миллионов долларов США), но имеют хорошие финансовые показатели и окупаемость проекта менее чем за пять лет.Это создает настоящую круговую экономику!

    Проблема не в пластике, а в твердых бытовых отходах! Разрушение и преобразование нашей устаревшей инфраструктуры ТБО должны стать первоочередной задачей наших местных муниципалитетов, штатов и федерального правительства.

    Для получения информации о присоединении к промышленному консорциуму через плазменную газификацию и UF Center For Advanced Recycling направьте электронное письмо д-ру Брюсу Велту по адресу [email protected]

    Автор

    Майк Феррари — основатель компании Ferrari Innovation Solutions, LLC.Он является консультантом по упаковке брендов, тренирует корпоративных лидеров и приглашенным профессором лекций в Инженерном колледже Университета Флориды. Уйдя на пенсию после 32 лет работы в Procter & Gamble Co., он посвятил себя обучению, руководству и вдохновению сотрудников упаковочной промышленности на рост. Следуйте за ним в твиттере через @ gamechanger78

    .

    Доказательство плазменной газификации | Biomassmagazine.com

    Исследователи считают, что с экономической точки зрения использование технологии плазменной газификации для преобразования твердых бытовых отходов в энергию является правильным.Это просто вопрос строительства того первого коммерческого завода в Соединенных Штатах, чтобы он прижился.

    Хотя стратегии рециркуляции и сбора со временем были оптимизированы, быстрое накопление твердых бытовых отходов (ТБО) создает нагрузку на свалки и побуждает многие окружные и городские власти искать новые способы рентабельной утилизации ТБО и компенсировать неустойчивые затраты на электроэнергию. Одной из технологий, которая привлекла внимание как решение этой проблемы, является технология плазменной газификации.

    Плазма, также известная как четвертое состояние вещества, — это газы, нагретые до точки ионизации и прошедшие между двумя электродами, которые создают электрическую дугу.

    Эта дуга разрушает отходы в основном на элементарный газ и твердые отходы (или шлак) в устройстве, называемом плазменным преобразователем. Заряженные частицы, такие как электроны, проводят электричество и выделяют тепло, эквивалентное температуре поверхности Солнца. Тепло разрывает соединения и превращает неорганические твердые вещества (остеклованную золу) в стеклообразные вещества, которые могут быть проданы строительной отрасли в качестве заполнителя для использования в блоках, кирпиче, гравии и бумаге.Между тем, этот процесс превращает органические материалы в синтез-газ, который можно преобразовать в электричество и жидкое топливо. Весь процесс преобразования происходит в герметичной оболочке, поэтому никаких выбросов не происходит.

    «[Плазменная газификация] наконец-то становится очень рентабельной, — говорит Лу Чирчео, директор по исследованиям плазменной газификации в Технологическом исследовательском институте Джорджии. Чирчео занимается технологией плазменной газификации более 30 лет и считается экспертом в этой области.Он говорит, что одним из ключевых преимуществ плазменной газификации является гибкость типов сырья, которое она может преобразовывать. «На самом деле, сейчас это почти как идеальный шторм», — говорит он. «Мы наконец достигли точки, когда будет дешевле доставить мусор на плазменную установку и производить энергию, чем вывозить мусор и просто сбрасывать его на свалку».

    Коммерческие установки плазменной газификации пока не получили большого распространения в США, но они завоевывают популярность в других странах.В Японии действуют три завода: пилотная установка мощностью 166 тонн в день в Йоши, разработанная совместно Hitachi Metals Ltd. и Westinghouse Plasma Corp., которая была сертифицирована после демонстрационного периода с 1999 по 2000 год; завод мощностью 165 тонн в день в г. Уташинай, построенный в 2002 году; и завод производительностью 28 тонн в день, введенный в эксплуатацию городами-побратимами Михама и Миката в 2002 году. В настоящее время PlascoEnergy Group использует демонстрационный завод плазменно-дуговых отходов в Оттаве, Канада, на полигоне Trail Road Landfill, в то время как Advanced Plasma Power построила установку Gasplasma. модульная испытательная установка в Фарингдоне, Оксфордшир, Англия.

    Вопрос в том, почему плазменная газификация рекламируется как имеющая неотъемлемые преимущества по сравнению с традиционными методами сжигания, захоронения и / или захоронения и используется во всем мире, почему в Соединенных Штатах не работает ни одна установка плазменной газификации промышленного масштаба?

    «Основная причина заключается в том, что с любой новой технологией вы, как правило, не можете получить ее финансирование», — говорит Джефф Сурма, президент и главный исполнительный директор InEnTec Chemical LLC, добавляя, что ее внедрение обычно стоит от 1 до 300 миллионов долларов.

    Созданная учеными из Массачусетского технологического института, Battelle и General Electric, компания из Бенд, штат Орегон, разработала запатентованную систему газификации Plasma Enhanced Melter, которая используется на небольших предприятиях на Гавайях, в Японии и Малайзии для удаления опасных трата. Внутри страны компания внедряет свою технологию PEM в коммерческих масштабах в Рино, штат Невада. Проект, названный Sierra BioFuels, будет принадлежать компании Fulcram BioEnergy Inc., которая также предоставляет услуги по проектированию, финансированию и строительству.Вновь созданная дочерняя компания InEnTec, InEnTec Energy Solutions LLC, будет иметь миноритарную долю в проекте.

    Когда завод Sierra BioFuels начнет работу в начале 2010 года, он, как ожидается, будет производить около 10,5 млн. Г этанола и перерабатывать около 90 000 тонн ТБО в год. Помимо проекта Reno, InEnTec заявляет, что у нее есть контракты с Dow Corning Corp. и Veolia Environmental Services на создание первого в стране процесса плазменной газификации для переработки опасных отходов с использованием технологии PEM компании на заводе Dow Corning в Мидленде, штат Мичиган.Завод PEM будет эксплуатироваться Veolia. «Единственный способ построить эти заводы — получить чистый капитал, а это немного отличается от долга», — говорит Сурма. «Вы много отдаете, когда привлекаете капитал. Это баланс попыток собрать достаточно капитала для строительства первых — два или три завода позволят вам получить более традиционное финансирование проекта».

    Разработчики рассматривают технико-экономические обоснования как плацдарм для проверки технологии и строительства новых объектов в США.

    Ориентация на осуществимость
    Несомненно, разработчики будут следить за Интернэшнл-Фоллс, Миннесота. В конце июня было начато обширное технико-экономическое обоснование предлагаемого проекта плазменной газификации биомассы для получения энергии в маленьком городке в округе Кучичинг. Westinghouse Plasma возглавляет предварительные проектные работы по реактору газификации и конструкции горелки. Компания Coronol LLC, занимающаяся консалтингом и разработкой в ​​области плазменной газификации, из Миннеаполиса выступает в качестве ведущего разработчика и руководителя проекта.Технико-экономическое обоснование находится на независимом рассмотрении консультационной фирмы R.W. Beck из Сиэтла. Агентство по контролю за загрязнением Миннесоты наблюдает за исследованием, которое финансировалось штатом Миннесота.


    ИСТОЧНИК: ALTER NRG

    «Мы не представляем нашу технологию как серебряную пулю», — говорит Марк Монтемурро, президент и главный исполнительный директор компании Alter NRG, расположенной в Калгари, Канада, которая является материнской компанией Westinghouse Plasma. Westinghouse Plasma считается ведущим поставщиком технологий плазменной газификации в мире.Компания также поставляет оборудование для плазменной газификации для завода Coskata по производству целлюлозного этанола в Мэдисоне, штат Пенсильвания. Alter NRG будет использовать массив сырья биомассы для создания синтез-газа, в котором Coskata будет использовать свой технологический процесс, который преобразует синтез-газ в этанол. Монтемурро говорит, что строительство ведется, и Alter NRG ожидает, что объект будет сдан в эксплуатацию к началу следующего года. «Мы думаем, что его следует разрабатывать вместе с другими программами рециркуляции, а также с потенциально другими технологиями, более подходящими с финансовой точки зрения для работы с определенными типами биомассы», — говорит Монтемурро.

    Итак, какие факторы привели округ Кочичинг к решению внедрить технологию плазменной газификации? «Простой ответ — время, общественное признание, технологии и экономика», — говорит Пол Неванен, директор Управления экономического развития округа Кучичинг в Интернешнл-Фоллс, отмечая, что заключительные этапы исследования должны быть завершены в конце этого года. «Это решение имело для нас большой смысл. Оно привлекательно, потому что вы избавляетесь от выбросов, производите энергию и ничего не вкладываете в землю.»

    После завершения технико-экономического обоснования и если округ решит продолжить, демонстрационный проект будет обрабатывать более 100 тонн ТБО в день, используя все отходы округа Кучичинг, а также аналогичные отходы, собранные в соседних округах.

    По словам Джона Ховарда, главного технического директора Coronal, успешная коммерциализация технологии плазменной газификации в Соединенных Штатах зависит от того, насколько хорошо будет проведена комплексная проверка до того, как проект будет реализован.«Как можно более осмотрительное проведение комплексной проверки имеет решающее значение для развития этих проектов», — говорит он. «Мы стараемся применять этот подход для каждого из наших проектов. Мы должны доказать, что это решение работает и что, по большей части, именно этому и посвящен проект International Falls».

    Как и в случае с любой новой технологией, преодоление сложных препятствий при выдаче разрешений является частью процесса при разработке нового проекта подобного рода. По словам Сурмы, не менее важны и другие факторы, такие как оценка типа ТБО, производимого в конкретном месте.

    «Одна из вещей, которую мы решили сделать, — это сохранить наши технологии в масштабе, отвечающем потребностям местных сообществ», — говорит он. «Хорошая вещь в том, чтобы держать его в меньших масштабах, скажем, от 250 до 500 тонн в день, заключается в том, что вы имеете дело только с материалом местного производства. Что исторически было реальной проблемой при разрешении любого из этих крупных предприятий по переработке отходов, где бы он ни был вы решаете построить его, потому что вы привозите отходы с расстояния 20 миль, чтобы заполнить этот завод, и принимающее сообщество не особенно любит, когда на них сбрасывают отходы всех остальных.»

    Помимо InEnTec, в США разрабатываются еще два проекта. Планируется, что первая в стране система утилизации отходов на основе плазмы будет введена в эксплуатацию в округе Сент-Люси, штат Флорида. Разработанная Geoplasma Inc. установка, как ожидается, будет испарять от 200 до 400 тонн отходов в день и должна быть введена в эксплуатацию. в 2009.
    Город Таллахасси, штат Флорида, подписал крупнейший на сегодняшний день контракт на получение энергии из отходов плазменной дуги с Джексонвиллем, штат Флорида.на базе Green Power Systems LLC для переработки 1000 тонн ТБО в день с использованием плазменных резаков, разработанных Westinghouse Plasma. Harris Group Inc. выступает в качестве архитектора и инженера проекта.

    По словам Ричарда Басфорда, вице-президента по развитию проекта GPS, завершение проекта намечено на октябрь 2010 года. GPS также доставит 35 мегаватт электроэнергии в город Таллахасси поставщику электроэнергии в рамках 30-летней закупки электроэнергии. соглашение.

    «Мы очень положительно относимся к процессу плазменной резки», — говорит Басфорд. «Я думаю, как только некоторые из них войдут в сеть и начнут работать, и люди обретут некоторую уверенность, вы увидите, что они широко распространены. Однако кто-то должен быть первым, чтобы другие могли использовать это как план для достижения успеха в будущем. »

    Брайан Симс — штатный автор журнала Biomass Magazine. Свяжитесь с ним по адресу [email protected] или (701) 738-4950.

    Плазменная газификация — Global Syngas Technologies Council

    Газификация как решение декарбонизации для экономики замкнутого цикла

    Представление о том, что газификация отходов — это в первую очередь уничтожение отходов с незначительным производством электроэнергии, устарело.Газификация предоставляет больше возможностей для удаления отходов сырья из нашего общества, играя важную роль в круговой зеленой экономике. Городские твердые отходы, отходы пластика и бумаги, отходы лесной биомассы и многие другие отходы содержат молекулы, ожидающие высвобождения в процессе преобразования молекул в ценный синтез-газ, такой как водород, авиационное топливо и биобензин, и многие другие.

    Система газификации и плазменной очистки OMNI Conversion Technologies (GPRSTM) — один из таких зрелых процессов газификации, представленных сегодня на рынке.

    Для тестирования технологии OMNI200 ™ компания OMNI CT спроектировала и построила комплексную установку для переработки 135 тонн сырых несортированных NSW в день. OmniSyngas ™ был отправлен в двигатели Jenbacher IC для производства электроэнергии.

    Устройство OMNI200 ™ GPRS ™ представляет собой полностью интегрированную систему. Он принимает и преобразует со скоростью 200 тонн в день (67 000 тонн в год) широкий спектр энергетических отходов в чистый синтез-газ, адаптированный к конечному применению.

    Плазменная газификация дает ряд ключевых преимуществ:

    1. Фирменный воздушный затвор питателя
      Подготовка корма минимальна для самых разных отходов: требуется только измельчение до 10 см (4 дюйма).Воздушный шлюз питателя OMNI200 ™ GPRS ™ состоит из двух горизонтальных поршневых насосов прямого вытеснения, каждый из которых способен обеспечить полную номинальную пропускную способность. Это создает пробку из сжатого сырья, которая позволяет сырью входить в конвертер без попадания воздуха в систему.
    2. Газификатор с горизонтально движущейся решеткой
      Конвертер состоит из емкости с рядом горизонтально движущихся решеток. Секции решетки обеспечивают поступательное движение и перемешивание сырья. Кислород и пар, нагретые за счет рекуперативного тепла в процессе рафинирования, вводятся в отмеренных количествах на каждой решетке, поднимающейся через сваю, чтобы вызвать эффективную сушку и пиролиз.
    3. Вертикальный газификатор Updraft с неподвижным слоем
      Куль поступает из конвертера вверху вместе с твердыми частицами, извлеченными из системы очистки газа. Обогащенный кислородом влажный нагретый газ, поступающий из нижней части, газифицирует связанный углерод и тяжелые металлы. Газ, богатый CO, H 2 и некоторым количеством CH 4 , поднимается из газогенератора, оставляя неорганическую часть. Эта фракция нагревается в результате реакции до точки плавления и капает через решетку с водяным охлаждением в плавильную установку для твердых остатков, расположенную ниже.
    4. Емкость для извлечения твердых материалов (SRM)
      SRM поддерживается при температуре, достаточной для перегрева расплавленных твердых частиц с помощью горелок, работающих на OmniSyngas ™. Дополнительный кислород и пар вводятся с помощью инжекционных форсунок над перегретым расплавом. Обогащенная кислородом атмосфера в SRM обеспечивает декарбонизацию расплава. Расплав непрерывно выпускают и охлаждают водой с получением неизвлекаемого шлакового продукта, который имеет ряд полезных применений.
    5. Камера плазменного рафинирования синтез-газа
      Вся газификация в процессе OMNI CT происходит без плазмы.Плазма используется только для очистки. В камере рафинирования небольшое количество кислорода смешивается с синтез-газом для повышения его температуры, при этом он одновременно подвергается воздействию струй (2) плазменных горелок. Горелки обеспечивают только около 4% общего тепла для процесса, но обеспечивают плазменный катализ. Плазменный катализ использует активные разновидности свободных радикалов и электронов для разрушения связей длинноцепочечных молекул на более простые. Общее соотношение топливо / кислород регулируется для получения желаемых температур.Плазменный катализ чрезвычайно эффективен при разрушении смол и опасных соединений, удаляя 99,95% смол при температуре примерно 3000 ° C меньше, чем это потребовалось бы без плазмы.
    6. Охлаждение и кондиционирование газа до конечного использования
      Синтез-газ охлаждается, а влага удаляется с помощью запатентованного интегрированного процесса. Удаляются твердые частицы, HCL, сера и тяжелые металлы, включая ртуть. Конечный продукт — это стабильно богатый энергией, не содержащий смол OMNISyngas ™. Все твердые частицы рециркулируются обратно в процесс для 100% отвода со свалки в полезный синтез-газ или невыщелачиваемый агрегат.
    Omni CT выпустила на рынок действительно всеядную систему переработки отходов для производства ценного синтез-газа.

    При использовании газификатора на основе решетки вместо газификатора с псевдоожиженным слоем подготовка отходов минимальна и надежна. В отношении подачи отходов этот процесс всеяден.

    OmniSyngas ™ — очищенный газ, предназначенный для широкого спектра применений.

    OmniSyngas ™ является предшественником производства водорода и биотоплива.Твердые бытовые отходы содержат более 50% биогенов. Это позволит производить экологически чистое топливо и компенсировать выброс метана из отходов, отправляемых на свалки. Поскольку метан имеет в 25 раз больший эффект парниковых газов, чем CO 2 , это топливо может производиться с отрицательным углеродным следом. Дальнейшее восстановление возможно за счет отделения CO 2 в синтез-газе и его изоляции.

    Ниже приведен пример производства водорода с использованием ТБО в одном Omni200 ™ GPRS ™ с улавливанием CO 2 для промышленного использования.

    Сравнение с электролизом

    90% энергии, потребляемой GPRS ™ для создания H2, поступает из отходов сырья. В то время как вся энергия, используемая при электролизе, поступает из электричества.

    В системе OMNI CT большая часть энергии водорода поступает из отходов, в отличие от электролиза, где он должен поступать из сети, поскольку вода не дает энергии. В результате система OMNI CT использует менее 20% электроэнергии, необходимой для электролиза для производства 1 кг водорода.

    Газификация может быть неотъемлемой частью экономики замкнутого цикла, превращая потоки отходов в ценное топливо более эффективным процессом, чем современные технологии. Надежная и эффективная газификация отходов будет все более популярным решением для достижения целей декарбонизации.

    Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

    Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


    Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

    Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

    • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
    • Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
    • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
    • Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
    • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с вашим системным администратором.

    Почему этому сайту требуются файлы cookie?

    Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


    Что сохраняется в файле cookie?

    Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

    Как правило, в файле cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

    Плазменная газификация может обеспечить устойчивую экономику замкнутого цикла для упаковки

    Поскольку мы понимаем, что подход 3R (сокращение, повторное использование.и [выборочная] переработка) не позволяет достичь наших целей в области устойчивого развития, плазменная газификация выделяется как наиболее многообещающее решение. Хотя газификация — это хорошо известный процесс, который веками использовался для производства топливного газа и химикатов, плазменная газификация — это уникальная версия процесса с использованием плазмы для достижения высоких температур процесса, необходимых для инициирования желаемых термохимических реакций. Традиционная газификация использует частичное сжигание однородного сырья, такого как уголь или биомасса, для выработки технологического тепла.Плазма обеспечивает температуру, подходящую для надежной газификации смешанного сырья, которая необходима для легкосортированных однопоточных твердых бытовых отходов (ТБО).

    Плазменная газификация ТБО дает три ценных и экологически безопасных продукта, включая синтез-газ, металлы и стеклообразную породу. Плазменная газификация настолько эффективна, что ее даже используют для обезвреживания опасного химического оружия. Помимо ТБО, плазменная газификация подходит для извлечения материалов из биомассы, опасных химических и биологических отходов, каждый из которых создает свои собственные экологические проблемы, помимо отходов упаковки после потребления в наших общинах.Повышение доступности мощностей плазменной газификации обещает облегчить многие трудноразрешимые проблемы рециркуляции и утилизации, связанные с твердыми отходами, и особенно те, которые связаны с упаковкой и промышленностью упакованных товаров.

    Что такое плазменная газификация?

    Плазма для процесса плазменной газификации получается с помощью двух основных средств, а именно электрической дуги и плазменных горелок. Электродуговая плазма обычно используется в литейных цехах, способных плавить сотни тонн чугуна и стали.Плазменные горелки создают плазменный шлейф, проталкивая газ между электродами. Плазменные горелки могут достигать температуры локальной дуги, превышающей 5000 ° C (рис. 1a, 1b).

    В качестве процесса термохимической конверсии цель плазменной газификации состоит в том, чтобы разложить органические материалы до их основных элементов, а затем восстановить их в виде полезного газового продукта, расплавить и восстановить металлы, а также восстановить все остальное в застеклованной скальной матрице. Схема установки плазменной газификации представлена ​​на рисунке 2.

    Чистая энергия

    Желаемый газообразный продукт известен как синтез-газ. Синтез-газ — это богатая водородом смесь окиси углерода и водорода, которую можно использовать в качестве химического сырья для производства углеводородов, биотоплива и / или пластмасс. Или синтез-газ можно использовать непосредственно в качестве чистого горючего для производства электроэнергии. Синтез-газ может производить чистую и экологически чистую электроэнергию. Судьба всей пластиковой упаковки, отправляемой на плазменную газификацию, — это преобразование в синтез-газ. Пластиковые упаковочные материалы состоят в основном из углерода (C), водорода (H) и кислорода (O).Независимо от типов пластмасс, используемых в процессе, все они превращаются в синтез-газ вместе с другими органическими материалами.

    Металлы и стеклообразные породы (шлак)

    Температуры процесса плазменной газификации достаточны для плавления практически всех земных материалов, включая металлы и минералы. Металлы могут быть извлечены в виде слитков, а минералы — в виде застеклованной стекловидной породы. (Рисунок 3)

    Поскольку объемные металлы и стекло, такие как банки, банки и бутылки, легко регенерируются до процесса плазменной газификации, и эти материалы пользуются успешными и устойчивыми рынками рециркуляции, их следует продолжать перерабатывать.Однако в сортировке потребителей, сборе дубликатов и точном извлечении материалов нет необходимости, поскольку плазменная газификация может принять все, что «проскочит». Следовательно, все, что потребуется, — это простая и недорогая массовая сортировка однопоточных ТБО.

    Жесткая, полужесткая и гибкая пластиковая упаковка часто содержит внедренные или прикрепленные металлы, такие как ленты, пружины, подшипники, фольга и металлизация. Основными металлами в упаковке являются сталь и алюминий. ТБО содержат другие товарные металлы, такие как медь, латунь и цинк.Если сюда включены отходы электроники, то могут быть драгоценные и редкоземельные металлы. Эти материалы будут плавиться и собираться в перемешиваемой ванне расплава на дне плазменного газификатора. Процесс плазменной газификации извлекает выгоду из этой ванны расплава за счет улучшенной теплопередачи и теплоемкости. По мере накопления излишков материала он сливается с образованием металлических слитков и застеклованного каменного шлака. В зависимости от конкретного содержания и рыночных условий, эти материалы могут быть впоследствии обработаны для извлечения очищенных компонентов или использованы непосредственно в различных областях применения.

    Одним из наиболее многообещающих аспектов плазменной газификации является ее надежность с точки зрения способности принимать весь спектр упаковочных материалов, включая различные металлы, силиконы, различные пластмассы и волокна, независимо от структуры упаковки. При плазменной газификации все материалы могут быть извлечены в экологически безопасных и полезных формах.

    Переработки недостаточно

    Хотя 3R играют важную роль с точки зрения эффективности использования материалов и рационального использования сырья, они никогда не смогут решить проблемы с отходами.Многие упаковочные материалы просто не могут быть переработаны без ухудшения качества. Даже если переработка не была остановлена ​​сложной и часто безуспешной сортировкой и сбором, переработанные и повторно используемые материалы в конечном итоге достигают конца срока службы. Многие важные упаковочные материалы, такие как многослойные пластиковые пленки, металлизированные пленки и ламинаты, содержащие фольгу и волокна, не подлежат переработке другими методами. Даже при традиционной переработке нам нужен способ восстановления материалов, которые больше не могут выполнять свои функции и в конечном итоге становятся отходами.

    Захоронение, компостирование и сжигание

    В настоящее время основным источником отходов является свалка. Существуют и другие варианты, такие как компостирование и сжигание, но из всех доступных вариантов только плазменная газификация может обеспечить устойчивость экономики замкнутого цикла. Что касается компостирования, за исключением компоста из биомассы, компост, полученный из ТБО, часто бывает загрязненным и экологически вредным в качестве почвенной добавки. В процессе компостирования также выделяются газообразные выбросы, но без рекуперации энергии, что является расточительным.Сжигание восстанавливает энергию из отходов посредством сжигания, но требует хорошо отсортированного и очищенного сырья, известного как топливо, полученное из отходов (RDF). При сжигании образуется зола, которая часто бывает токсичной, а также сложные выхлопные газы, которые необходимо обрабатывать в соответствии с ужесточающимися правилами по выбросам.

    Замыкание цикла заменой ископаемого топлива

    Поскольку упаковочная промышленность все чаще использует пластик из возобновляемых источников, таких как сахарный тростник, выбросы становятся все более «нулевыми».«Кроме того, использование ископаемого топлива компенсируется чистой энергией, производимой с помощью плазменной газификации. Наибольшая энергоэффективность достигается, когда синтез-газ используется для питания турбин комбинированного цикла. В комбинированном цикле используется газовая турбина, вырабатывающая электроэнергию и тепло. Затем тепло используется для производства пара, который приводит в действие вторую турбину, чтобы производить еще больше электроэнергии. Современные электростанции используют энергию комбинированного цикла. По оценкам, от 15% до 20% наших потребностей в энергии можно удовлетворить с помощью плазменной газификации.В конечном итоге системы плазменной газификации могут добывать отходы с существующих свалок, восстанавливая землю для лучшего использования.

    Океанский мусор в основном является продуктом относительно бедных островных государств, которые импортируют как топливо, так и упакованные товары. Доступность плазменной газификации в этих странах снизит их потребность в импорте дорогостоящего топлива, упростит сбор отходов и превратит отходы в чистую энергию вместо мусора в океане. Экономия на импорте топлива обеспечивает средства и стимул для улучшения сбора отходов с целью максимального увеличения производства чистой энергии из ТБО с использованием плазменной газификации.

    Изменение мышления пластмасс как важное топливо

    Существенным следствием внедрения плазменной газификации для извлечения материалов из ТБО является ожидаемое ироническое изменение в восприятии ценности энергоемких упаковочных материалов, таких как пластмассы. Это требует серьезного внимания со стороны компаний, производящих упаковочные товары, которые в настоящее время вкладывают средства в способы сокращения или отказа от энергоемкой пластиковой упаковки в пользу энергоемких материалов. По мере внедрения плазменной газификации повышение устойчивости экономики замкнутого цикла будет достигнуто не за счет отказа от энергоемких упаковочных материалов, а за счет их предпочтительного использования.С помощью плазменной газификации компании могут сосредоточить свои усилия по обеспечению устойчивости упаковки на увеличении содержания пластика, производимого из возобновляемых источников.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.