Плазменная переработка тбо: Плазменная технология утилизации отходов | Твердые бытовые отходы

Содержание

Плазменная переработка мусора: плюсы и минусы — Netmus. Нетмус

22 июля 2021

Развитие технологий во всем мире и в том числе в России, оказывает значительное влияние на улучшение качества жизни человека. Но, одновременно с этим, приходит новая степень ответственности, а конкретно – разумная утилизация отходов, которых с каждым годом становится все больше. Ежегодный прирост твердых отходов во всем мире составляет примерно 3%, что, по мнению ученых, составляет приблизительно 60 млн.тонн в год.

Такой привычный всем способ как захоронение ТКО и отходов производств на мусорных полигонах, уже давно изжил себя. Кроме этого, не стоит забывать про неэкологичность данного способа и вредное влияние на грунт, воду и атмосферу. 

Учитывая катастрофический рост объемов отходов, необходимо искать новые пути как утилизировать мусор с минимальным вредом для окружающей среды. И сегодня этот путь – плазменная переработка мусора, об особенностях которой мы поговорим далее в нашем материале.

Плазменная газификация — экскурс в историю

Прежде чем мир увидел возможность утилизировать ТКО при помощи плазменной газификации, на территории многих европейский стран, США и России использовался метод инсинерации или попросту — сжигания мусора. 

Как показала многолетняя практика, инсинерация далеко не такой безобидный способ избавления от мусорных завалов, как может показаться на первый взгляд. Несмотря на всевозможные системы фильтрации мусоросжигающих заводов, в атмосферу продолжают поступать опасные для жизни и здоровья человека соединения, такие как диоксины, фураны и другие. Кроме этого, шлак и зольный остаток, получаемые в ходе сжигания, также токсичны и требуют дальнейшей утилизации.

Появление новых проблем требует поиска новых решений, поэтому в ходе совместной работы российских, украинских и израильских ученых, был создан метод плазменной газификации.

Родилась идея в стенах Института атомной энергии имени Курчатова, но первая установка по плазменной переработке была открыта в 2010 году, на территории Израиля, неподалеку от города Кармиэль.

Сегодня установки плазменной переработки мусора успешно работают во многих странах мира, позволяя практически безопасно утилизировать все категории твердых отходов.

Принцип работы плазменной установки

Принцип работы плазменной установки заключается в воздействии на отходы экстремально высоких температур не ниже 1200°С, при изолировании кислорода, создании оптимального давления и обработки массы отходов потоком низкотемпературной плазмы.

Строгое соблюдение температурных режимов позволяет избегать появления в процессе утилизации в синтез-газе жидкой фракции, смолы, которая образовывается при обработке отходов на температурах ниже.

Кроме этого, применение экстремально высоких температур позволяет достигать показателей полного разрушения токсичных или сложноразлагаемых составляющих отходов, а также исключать синтез особо токсичных веществ.

Плазменная установка состоит из таких узлов:

  • шахты загрузки,
  • реактора-газификатора,
  • генератора плазмы, к которому подключены системы питания,
  • дожигателя,
  • системы охлаждения,
  • системы очистки газа.

Принцип работы завода плазменной газификации можно описать следующим образом: 

  1. В шахту загрузки помещаются отходы. Подача производится через герметичный шлюз накопления, скорость и объем поступления отходов регулируются.
  2. В реакторе происходит подача воздуха и водяного пара, после чего смесь подлежит обработке потоком низкотемпературной плазмы.
  3. Поступление сигаза с нижней части камеры реактора, осуществляется непрерывно. 
  4. Полученный синтез-газ, далее может быть отправлен на сжигание в газовую котельную установки, либо в квенчер и после подвергнуться очистке и фильтрации. 
  5. После очистки, синтез-газ отправляется в компрессор, далее происходит отделение влаги, фильтрация и поступление в газовую турбину.
  6. Зольный остаток и некоторые несгораемые элементы поступают на дно резервуара с водой, где происходит остывание шлака и последующее его извлечение.

Для непрерывной работы завода плазменной газификации необходимо постоянное поддержание струи плазмы, а также периодическое поступление воздушно-паровой смеси и контроль уровня отходов в реакторе, по мере преобразования их в синтез-газ.

Преимущества и недостатки плазменной газификации

Сравнивая метод плазменной газификации с другими технологиями переработки отходов, стоит выделить основные преимущества первой, к ним относятся:

  • Процесс переработки осуществляется при экстремально высоких температурах — более 1200°С, в связи с чем происходит разложение органических и неорганических отходов, без выделения в атмосферу токсичных опасных диоксинов и фуранов. Выделение опасных веществ минимально, благодаря воздействию плазменных потоков и специальной конструкции реакторов.
  • Плазменная газификация на данный момент единственная технология, при помощи которой становится возможным максимально утилизировать отходы с примесей, а также отходы, которые относятся к категории опасных (ртуть, кадмий, свинец, ксенон, циан). 
  • Метод плазменной газификации, в отличи от других, не требует тщательной сортировки мусора с разделением на фракции перед утилизацией. Единственный процесс который отходы должны пройти, это предварительное выделение из общей массы камней, кирпичей и металлических составляющих.
  • В процессе утилизации не происходит выщелачивание, благодаря тому что отходы прежде чем попасть в реактор, сушатся и измельчаются.
  • Плазменная переработка представляет собой закрытый процесс, без необходимости складирования отходов. Поступающий мусор сразу отправляется на утилизацию, а не хранится дожидаясь своего времени.
  • Плазменная переработка мусора — это двойная выгода, так как происходит безопасное уничтожение отходов, а полученную энергию возможно использовать не только для работы станции, но также для нужд населения.
  • В результате утилизации, из отходов получают твердый остаток. Объем полученного шлака составляет примерно десятую часть от изначального количества мусора. Данный материал возможно использовать в строительстве, так как он экологически безопасен и обладает необходимой прочностью.
  • Для работы предприятия нет необходимости набирать большой штат сотрудников. 
  • Благодаря тому, что в данном методе нет необходимости обработки и выщелачивания отходов, мусор не хранится в ожидании своего часа, есть возможность значительно сократить площадь земли, которая занимает оборудование по переработке, по сравнению с другими технологиями.
  • Несмотря на сложность метода, плазменная установка не занимает много места.

Кроме массы преимуществ, технология газификации имеет несколько недостатков, о которых также стоит упомянуть.

  • Работа плазменного генератора требует достаточно много затрат на электроэнергию. Но, учитывая что установка может обеспечивать этой энергией себя самостоятельно, данный пункт сложно признать недостатком.
  • С целью лучшей газификации можно измельчать отходы до размеров менее 100 мм до того как они поступят в распределитель. Данная рекомендация не является обязательным условием работы установки.
  • Применение данного метода предполагает полное уничтожение той категории мусора, которую возможно использовать в качестве вторичного сырья. Ситуацию можно решить, при организации на территории страны раздельного сбора ТКО на бытовом уровне. Это позволит максимально использовать полезные вторичные ресурсы для переработки, и полностью утилизировать опасные или неперерабатываемые отходы, производя из них энергию.
  • Затраты на приобретение оборудования и его работу выше, чем при остальных методах утилизации мусора, поэтому и срок, когда оно окупится, будет дольше. Опыт работы таких установок позволяет прогнозировать примерный срок, через сколько окупится их приобретение и он составляет примерно 4 года.

Как видно, преимуществ у данного метода существенно больше, чем недостатков. Хочется верить, что на территории Российской Федерации плазменная переработка отходов вскоре станет привычным и обыденным делом, позволяющим не только эффективно и безопасно избавляться от гор мусора, но также производить из ТКО энергию, топливный газ и полезный в строительстве зольный остаток.

 

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.

Переработка отходов (высокотемпературная). Плазменные источники энергии (часть 4)

… часть 1
часть 2
часть 3

В последние годы в зарубежной и отечественной технической литературе появилось огромное количество публикаций в основном рекламного характера по использованию плазменных источников энергии в установках высокотемпературной переработки различных органических отходов. Рассмотрим основные варианты использования плазменных источников энергии в технологиях высокотемпературной переработки и обезвреживания твердых бытовых, промышленных и медицинских отходов.

Термическая обработка отходов в плотном фильтруемом слое

Наибольшее распространение в практике пиролиза и газификации твердых бытовых, промышленных и медицинских отходов нашли вертикальные шахтные печи. Классическим примером противоточной шахтной печи для пиролиза твердых отходов является реактор, разработанный ГУП МосНПО «Радон» [9], представленный на рис. 1.

Упаковки с отходами поступают через узел загрузки в верхние слои шахты и, опускаясь под действием силы тяжести, нагреваются за счет теплоты газов, движущихся вверх им навстречу.

Источником энергии служат дуговые плазмотроны, установленные в подовой части печи над ванной. В качестве плазмообразующего газа используется воздух. Применение воздушных плазмотронов достаточной мощности позволило отказаться от дополнительного топлива. В верхней части печи отходы проходят стадии сушки и пиролиза, сопровождающиеся интенсивным газовыделением.

В высокотемпературной зоне шахтной печи в нижних слоях отходов происходит возгонка летучих соединений. В то же время в среднем и верхнем уровнях шахты печи, в зоне относительно низких температур, эти соединения концентрируются и сорбируются в слое отходов. Коксовый остаток в значительной степени выжигается, а минеральные компоненты плавятся и поступают в зону накопления расплава.

Технологическая схема опытнопромышленной установки «Плутон», разработанной ГУП МосНПО «Радон» для обезвреживания радиоактивных отходов, с агрегатной нагрузкой 200-250 кг/ч [10] приведена на рис. 2. Эта установка позволяет перерабатывать смешанные твердые отходы, содержащие не только горючие компоненты (древесину, бумагу, ветошь, пластики), но и негорючие (металл, стекло, грунт, изоляционные материалы).

Температура отходящих газов на выходе из шахтной печи не превышала 250-300 °С, пирогаз (помимо горючих газов) содержал смолистые вещества и аэрозоли сажи и золы, которые подвергались обработке в многоступенчатой системе пылегазоо-чистки. Температура шлакового расплава в ванне печи достигала 1 600-1 800 °С. После охлаждения был получен продукт, пригодный для безопасного хранения.

На основе длительного цикла научно-исследовательских работ, выполненных на установке «Плутон», была осуществлена разработка демонстрационного комплекса по переработке ТБО в Израиле с проектной нагрузкой 500 кг/ч (см. фото), введенного в опытную эксплуатацию в 2007 г. по контракту между
РНЦ «Курчатовский институт» и израильской компанией EER (Environmental Energy Resources). Проектноконструкторские работы были выполнены ООО «ВАМИ» (г. Санкт-Петербург) при участии ОАО «ВНИИАМ» и ОАО «НПО Техэнер-гохимпром».

Шахтная печь для термической переработки (твердых бытовых, промышленных, медицинских и биологических) отходов с агрегатной нагрузкой до 200 кг/ч разработана Институтом тепло- и массообмена им. А. В. Лыкова совместно с другими организациями Республики Беларусь [11][12]. В качестве плазменных горе-лочных устройств применяются элек-тродуговые плазмотроны постоянного и переменного тока.

Параметры работы плазмотрона ПДС-50/3-03

Режим Сила тока, а Напряжение, в Расход газа (воздух), г/с Кпд, % Энтальпия плазменной струи, мдж/кг Температура плазменной струи, к
I 120 320 3,6 58 6,5 3 700
II 130 340 4,5 59 6,1 3 550
III 110 340 4,0 60 5,9 3 500

Шахтный процесс переработки дал возможность реализовать режим противотока при нагревании и термической обработке отходов, а охлаждение и фильтрацию отходящих газов — непосредственно в самом слое. Для этого в состав шихты добавляли органический фильтрующий материал — мелкие древесные опилки.

Далее…
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.

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.

Переработка мусора (ТБО) — инвестиции в будущее

Переработка твердых бытовых отходов сегодня является одной из самых острых и злободневных тем экологии. Потребление человечеством продуктов с каждым годом только повышается, соответственно, растут и темпы производства. А рост производства, что вполне логично, сопровождается и количеством производимых отходов. Как показывает экологический мониторинг последних лет, сегодня уровень загрязнённости российских городов резко увеличился. И далеко не последнюю роль в этом играем мы сами.

Сегодня мусор, который заполнил лесные массивы, берега водоёмов и пустыри уже у большинства из нас не вызывает недоумения и, более того, успел стать для большинства из нас обычной нормой жизни. Люди уже не возмущаются тому, что на обочинах дорог годами лежат изделия из полиэтилена. Однако, это просто ужасно, поскольку сегодня ученые подтвердили тот факт, что для распада всего одной пластиковой бутылки необходимо несколько сотен лет.

И если мы прямо сейчас не займемся вопросами утилизации мусора, то мы рискуем оставить своим потомкам после себя одну гигантскую свалку. Более того, загрязнение окружающей среды твердыми бытовыми отходами способно привести к экологической катастрофе, поскольку из-за мусора популяции многих видов животных сегодня поставлены под угрозу исчезновения.

Еще с советских времен мы привыкли, что утилизация мусора должна осуществляться путем его вывоза на огромные полигоны. На этих полигонах мусор просто складировался и лежал. И вполне естественно, что это привело к тому, что сегодня свалки забиты мусором. Само собой, ни к чему хорошему это привести не могло.

Самое ужасное здесь то, что и сегодня во многих городах России никто не собирается заниматься проблемой утилизации мусора. А между тем, это является одним из наиболее прибыльных видов коммерческой деятельности в мире. Всего один завод по полной переработке ТБО способен стать для своего владельца источником стабильного дохода, поскольку продукты, получаемые в результате переработки мусора, сегодня пользуются огромным спросом, ну а сырья для переработки, благодаря бездумной деятельности людей, сегодня накопилось в избытке. Итак, рассмотрим, какие способы переработки мусора сегодня являются наиболее актуальными.

Варианты переработки ТБО

В настоящее время в мировой практике успешно реализовано более десятка различных технологий переработки твердых бытовых отходов (ТБО). Наибольшее распространение среди них получили термические способы, к которым относится:

  • Сжигание на полигонах
  • Низкотемпературный пиролиз
  • Плазменная переработка мусора

Сжигание мусора на полигонах является самым старым, и в то же время неэффективным способом утилизации мусора. Данный способ помогает существенно сократить объемы отходов, однако он является достаточно вредным с экологической точки зрения, поскольку все вредные вещества, содержащиеся в мусоре, при сжигании попадают в атмосферу. Кроме того, как мы уже говорили ранее, мусор является источником многих полезных веществ, поэтому довольно глупо сжигать то, из его можно получать деньги. Именно по этой причине сжигание является весьма непопулярным способом утилизации ТБО.

При низкотемпературном пиролизе выброс вредных веществ в атмосферу сводится к нолю, поэтому данный способ является довольно перспективным. Кроме того, при низкотемпературном пиролизе образуется и достаточно большое количество теплоты, которую можно использовать для получения тепловой и электрической энергии. Помимо этого, если осуществлять по данной технологии переработку отсортированного мусора, то из него можно получить довольно много полезных веществ. Таким образом, переработка мусора методом низкотемпературного пиролиза является достаточно выгодной с экономической точки зрения.

Высокотемпературный пиролиз ТБО является самым перспективным из всех методов термической переработки мусора, поскольку при данном способе не предъявляется каких-то жестких требований к исходному сырью, а значит, утилизироваться может и несортированный мусор. При данном способе образуется синтез-газ, который может быть использован для получения тепловой энергии и электричества. Также при данном процессе образуется совершенно безопасная вторичная продукция, используемая для изготовления керамической плитки и иных строительных материалов.

Еще одним достаточно перспективным способом утилизации ТБО является засыпка полигона ТБО для получения свалочного газа. При данном способе утилизации мусор оказывается засыпанным слоем земли, где происходит его разложение, сопровождаемое выделением газа, содержащего метан. Данный газ, получивший название свалочного газа, после его очистки может применяться как обычный природный газ, поэтому данный способ является довольно выгодным с экономической точки зрения. Однако стоит помнить, что для такого способа подойдет не любой полигон, а только сконструированный специально для этих целей.

И наконец, еще одним способом переработки мусора является его компостирование. Данный способ применим только к отходам органического происхождения (пищевые отходы, растительность, бумага и так далее). Переработка ТБО методом компостирования позволяет получить из отходов компост, являющийся ценным удобрением, использующимся в сельском хозяйстве. Однако такой способ утилизации отходов достаточно редко используется на заводах по переработке ТБО, поскольку данная технология куда больше подходит для применения в частных жилых домах.

Как вы можете убедиться, современные заводы по переработке ТБО способны быть весьма рентабельными, поскольку они способны производить ценное и востребованное сырье, топливо и энергию из обычного мусора, попутно решая актуальную проблему экологии.

Переработка твердых бытовых отходов (ТБО)

В такой сфере, как переработка твердых бытовых отходов (ТБО) в России задействовано менее 250 перерабатывающих, до полусотни сортировочных и с десяток мусоросжигательных предприятий. Для населения в 150 млн и такой промышленности, как в РФ этого недостаточно. Итог – рост неконтролируемых мусорных свалок, что повышает риски экологической катастрофы, роста заболеваемости среди граждан.

Содержание статьи

Переработка ТБО в России

Россия сильно отстает от ведущих стран в вопросе переработки отходов.

Наиболее распространенный и менее затратный способ, который применяется для переработки бытовых отходов, – сжигание их на полигонах ТКО. С его помощью можно утилизировать большие объемы мусора. Это самый неэкономичный метод переработки. Причина в следующем:

  1. Мусор не сортируется, сжигается целиком;
  2. Среди мусора массово попадаются опасные отходы для окружающей среды и здоровья людей;
  3. При сжигании они попадают в воздух и почву, угрожая жизни и здоровью всему живому.

Для справки! Пластик при сжигании образует токсины, которые при попадании в организм человека вызывают опасные заболевания, включая онкологию, поражают центральную нервную систему.

Другой недостаток этого способа переработки ТБО – после него не остается никакого вторсырья. Ведь мусор – это еще и источник для добычи полезных веществ. По большому счету происходит сжигание денег.

Третий недостаток – регулярное увеличение объемов ТКО, из-за чего сжигание может нанести непоправимый ущерб окружающей среде. Уже сейчас во всем мире каждый день производится до 5 млрд т мусора. С каждым годом эта цифра увеличивается на 50 млн т. Поэтому рассмотренный метод постепенно уходит в прошлое.

Термическая переработка ТБО имеет и другие недостатки:

  1. Требует больших территорий;
  2. Занимаемые под полигон для сжигания ТБО территории не могут использоваться в других целях.

Захоронение ТБО

Захоронение отходов негативно сказывается на окружающую среду.

Но есть и преимущества этого метода. Такие свалки представляют источник для получения биогаза. Например, в России ежегодно в таких местах образуется свыше 1 млрд м3 или около 800 килотонн. Но для его сбора необходимы биогазовые установки, а с этим проблема. Поэтому значительная часть этого газа не собирается, расходуется в пустую.

Для производства этого полезного ископаемого собранные на полигоне ТБО засыпаются землей. Это провоцирует разложение мусора и выделение газа. В нем есть метан, он требует очистки. Добыча такого свалочного газа экономически оправдано и выгодно. Но требуются немалые вложения, кроме биогазовых установок требуются полигоны специальной конструкции.

Современные способы переработки промышленных и бытовых отходов

Кроме сжигания применяются следующие современные способы переработки промышленных и бытовых отходов:

  1. Низкотемпературный пиролиз;
  2. Плазменная переработка мусора;
  3. Компостирование.

Низкотемпературный пиролиз

Так выглядит пиролизная установка для утилизации автопокрышек.

Первый способ предотвращает попадание в атмосферу вредных веществ. С его помощью добывается электрические и тепловая энергия. При этом метод позволяет добывать полезные вещества из ТБО. Экономия ресурсов и экологичность этого метода делает популярным.

При пиролизе используется барботажная печь. При небольших габаритах она показывает не только высокую производительность, но и надежность. Процесс переработки происходит следующим образом:

  1. ТБО поступает в загрузочное устройство;
  2. В действие приводится толкатель и мусор попадает в шлаковую ванну;
  3. Последняя продувается обогащенным кислородом воздухом;
  4. ТБО погружаются в расплав, который интенсивно перемешивается;
  5. Интенсивная теплопередача приводит к скоростному пиролизу.

Для справки! Температура шлака достигает 1500 оС.

В результате шлак растворяет минеральную составляющую ТБО, металлические компоненты плавятся и виде жидкого металла поступают на подину.

Плазменная переработка ТБО

Так выглядит установка плазменной утилизации ТБО.

Но наиболее перспективным является пиролиз отходов под высокой температурой – плазменная переработка ТБО. Причина – перерабатывается любой мусор, поэтому этап сортировки можно пропускать, а это экономия.

Таким методом из отходов добывают синтезированный газ. Его используют для получения тепловой энергии и электричества. Дополнительно образуется вторсырье, безопасное для окружающих, которое применяется для изготовления стройматериалов, в частности керамической плитки.

Компостирование отходов

Таким образом в основном перерабатывают отходы животноводства в удобрения.

Отходы органического происхождения могут перерабатываться через компостирование. Таким способом получают удобрение, которое используется в сельском хозяйстве.

Метод не распространен широко, заводы по переработке ТКО его не применяют. Подходит частным домохозяйствам, позволяет экономить на закупке удобрений.

Новый способ утилизации отходов.

Оборудование для переработки ТБО

Оборудование для обращения с мусором зависит от выбранной технологии переработки ТБО.

Каждое из них предназначено для выполнения следующих процессов:

  1. Накопление – требуется специальный бункер;
  2. Сортировка – предусмотрены соответствующие линии;
  3. Дробление – от шредеров до мельниц;
  4. Прессование.

Необходимо предусмотреть, что некоторые виды ТБО предварительно требуется обработать, прежде чем подавать их под пресс. Поэтому дополнительно производство оснащается разрывателями пакетом, прокалывателями тары и т.п. Без их применения пресс может выйти из строя, а закрытые емкости становятся причиной взрыва и увечий персонала.

Для справки! Переработка ТБО в топливо потребует оснастить производство печами для пиролиза.

Таким образом переработка мусора – это не только забота об экологии, но и выгодный бизнес. Он требует вложений, немало придется походить по чиновникам за разными разрешениями. Переработка ТБО относится к лицензируемым видам деятельности. Но за счет этого можно получать ресурсы, экономить полезные ископаемые. А это не может не отобразиться позитивно на окружающей среде и здоровье граждан.

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 газификация твердых бытовых отходов для преобразования отходов в стоимость

https://doi.org/10.1016/j.rser.2019.109461Получить права и контент

Основные моменты

Плазменная газификация может быть жизнеспособной технологией для циркулярной экономики.

В настоящем исследовании рассматривается текущее состояние плазменной газификации для превращения отходов в ценность.

Предложена дорожная карта для успешной коммерциализации плазменной газификации.

Реферат

Плазменная газификация может быть жизнеспособной технологией преобразования твердых бытовых отходов (ТБО) в ценность для экономики замкнутого цикла. Однако в настоящее время плазменная газификация в основном ограничивается лабораторными или пилотными масштабами, поскольку с ней связаны различные проблемы; существуют пробелы в знаниях, которые требуют внимания и исследования для успешной коммерциализации в будущем. Настоящее исследование критически рассматривает текущее состояние плазменной газификации для преобразования отходов в ценность.Были обсуждены различные традиционные методы утилизации и переработки ТБО, доступные в литературе, и проведено сравнение с плазменной газификацией с точки зрения стоимости, срока службы, сравнения энергии и воздействия на окружающую среду. После обзора были выявлены пробелы в знаниях, были обсуждены проблемы, связанные с технологией плазменной газификации, и была предложена возможная дорожная карта для успешной будущей коммерциализации плазменной газификации для преобразования отходов в ценность. Кроме того, были обсуждены различные стратегии решения проблем, связанных с плазменной газификацией.Успешная коммерциализация плазменной газификации может быть достигнута за счет снижения ее затрат за счет получения дохода или стоимости в виде синтез-газа или топлива из ТБО, энергия может быть сохранена или повторно использована с помощью изоляции, интеграции процессов и интенсификации процессов, технологий и готовности сообщества Уровни могут быть улучшены за счет лучшего взаимодействия между соответствующими заинтересованными сторонами и добавления дополнительных уровней безопасности, а понимание процессов может быть улучшено путем проведения обширных фундаментальных исследований, а также стандартизации технологии плазменной газификации путем создания организаций по стандартизации и стандартизации.

Ключевые слова

Плазменная газификация

Преобразование отходов в стоимость

Твердые бытовые отходы

Рекомендуемые статьиСтатьи (0)

Полный текст

© 2019 Elsevier Ltd. Все права защищены.

Рекомендуемые статьи

Цитирующие статьи

Термоплазменная обработка медицинских отходов

Типовые процессы термической плазменной обработки медицинских отходов

В таблице 2 показаны сравнения некоторых установок термической плазменной обработки и лабораторных процессов для медицинских отходов по всему миру .Вообще говоря, большинство существующих установок термической плазменной обработки обрабатывают твердые бытовые отходы, золу от сжигания и другие опасные отходы. Высокая адаптивность технологии термической плазмы к сырью подразумевает, что эти заводы также могут иметь возможность обрабатывать медицинские отходы (эти заводы не перечислены в таблице 2). Это может быть продемонстрировано множеством потоков отходов, включая медицинские отходы на некоторых заводах. Между тем исследований термической плазменной обработки медицинских отходов меньше, чем исследований других видов отходов (например,грамм. ТБО и летучая зола). В существующих исследованиях процесс можно разделить на плазменное горение, плазменный пиролиз, плазменную газификацию и остекловывание плазмы. Большинство процессов ориентировано не только на медицинские отходы, но и на другие виды опасных отходов. В настоящее время плазменная газификация с источником питания постоянного тока имеет самый высокий уровень коммерциализации. Несмотря на то, что различные исследования были сосредоточены на применении плазменных резаков переменного тока, большинство из них не используются в коммерческих целях.

Таблица 2 Некоторые установки для термической плазменной обработки медицинских отходов и лабораторные процессы для медицинских отходов
Процесс плазменного сжигания

Сжигание — это обычная безопасная утилизация медицинских отходов в развитых странах, преимущество которой заключается в уменьшении объема и веса отходов и обеспечении стерилизации на высокие температуры [11].Плазменное сжигание (плазменное окисление) — это развитый процесс сжигания, в котором плазменная горелка используется в качестве источника тепла с избытком кислорода. Этот процесс широко исследуется в двигателях внутреннего сгорания и системах искрового зажигания [69,70,71,72]. Было заявлено, что плазма обеспечивает различные активные частицы для улучшения сгорания и активации путей окисления топлива, особенно при низких и промежуточных температурах. Этот эффект плазменного катализа не только усиливает горение при более низкой температуре, но также снижает потребность в воздухе.Как правило, коэффициент избытка воздуха в плазменной печи составляет примерно 1,0–1,2 при плазменной обработке отходов [57], что ниже, чем в типовой установке для сжигания отходов (1,6–2,0) [73]. Об аналогичном низком коэффициенте также сообщалось в процессе плазменного окисления ила (значение 1,2–1,25) [74, 75]. Это означает, что выбросы газов и пыли, а также тепловыделение могут быть уменьшены. На практике существует несколько типичных исследований плазменного горения, описанных ниже. В отличие от плазменного пиролиза и газификации, горючие компоненты не являются основным компонентом отходящего газа после плазменной печи сжигания.Следовательно, добавление дожигателя зависит от качества отходящего газа и требований к входу последующих установок. В случае, проведенном Fiedler et al. [5], дожигатель не предусматривался, вероятно, из-за использования O 2 и повторной обработки технологических газов. Рутберг и др. [57] сообщили о процессе, используемом для плазмохимической дезинфекции опасных медицинских отходов с производительностью 150–200 кг / ч, как показано на рис. 1. На первой стадии сжигания используется вращающаяся печь с подачей трех типов воздуха в камеру. печь, поддерживая температуру 1000–1200 ° С двумя плазмотронами переменного тока.Горячий воздух от плазменных генераторов, дополнительный воздух и вода служат для контроля температуры и качества сжигания отработанной плазмы. В воздушной плазме при высоких температурах образуется значительное количество оксида азота. В надслойной части печи компоненты дымохода выгорают до того, как начнется горение кокса с образованием CO и CO 2 . При недостатке кислорода и наличии паров воды происходит процесс горения с образованием значительных количеств CO и H 2 , которые являются хорошими восстановителями оксидов азота.Между тем, в зависимости от состава медицинских отходов может образовываться небольшое количество сажи, хлорида, фтора и сульфида. После вращающейся печи дымовые газы поступают в камеру дожигания (установлен один плазменный генератор), где они преобразуются в CO 2 , H 2 O, HCl, HF и SO 2 с дополнительным воздухом и водой при температурный диапазон 1200–1400 ° C и время пребывания ~ 2 с. После этой обработки дымовые газы попадают в сухой скруббер, резко охлаждаясь до температур 900–950 ° C, что предотвращает образование свободного Cl и снижает оксид азота за счет впрыска водного раствора мочевины.После этого температура дымовых газов снижается до 300–320 ° C, проходя через тушитель и теплообменник. Для удаления летучей золы, остаточной сажи, тяжелых металлов и кислых газов выбирается мокрый метод очистки дымовых газов, туманоуловители и арозольный фильтр. Наконец, дымовые газы разбавляются нагретым воздухом до 120–150 ° C и выбрасываются в атмосферу через дымовую трубу.

Рис. 1

Принципиальная схема обработки медицинских отходов плазмохимическим методом [57]

Разработана демонстрационная установка для термического уничтожения медицинских отходов с использованием плазмотронов постоянного тока мощностью 50 кВт [5].Как показано на рис. 2, основным компонентом системы является реактор с наклонной трубой, со скруббером, системой повторного охлаждения и компрессором. Шнековый конвейер используется для транспортировки медицинских отходов из резервуара с максимальной массой потока 40 кг / ч. Достигнув смесительной камеры, плазменная струя, создаваемая плазменной горелкой, передает тепло отходам, преобразовывая их в CO 2 и H 2 O и плавя в присутствии кислорода. Это происходит при температуре от 2000 до 2500 ° C.Технологические газы циркулируют в обратном цикле восстановления. Это означает, что после стадий кондиционирования (скруббер, система повторного охлаждения воды, компрессор) газ снова проходит через плазмотрон.

Рис. 2

Демонстрационная установка для утилизации медицинских отходов с использованием процесса термической плазмы постоянного тока [5]

Другой опытно-промышленный эксперимент по утилизации медицинских отходов с использованием плазменной печи показан на рисунке 3 [58]. Весь процесс представляет собой почти интегрированную печь, которая состоит из камеры сгорания, второго канала сгорания, канала для выпуска газа, узла сопел для впрыска воды в отходящие газы и системы очистки.Медицинские отходы упаковываются и падают из загрузочного отверстия в центре вертикальной шахты, попадая в ванну, где происходит термическое разрушение. В камере установлены два основных плазмотрона: один мощностью 40–45 кВт, расходом воздуха 4–6 г / с и температурой плазменной струи 3000–4000 К; другой — мощностью 65–85 кВт, расходом воздуха 7–9 г / с и температурой струи 2500–4000 К. Струя основного плазмотрона атакует дно ванны под углом 45 °. °.При высоких температурах органические компоненты отходов разлагаются на летучие вещества, а затем сжигаются. При этом неорганические компоненты расплавляются через щель в кирпичной кладке внизу и попадают в приемник шлака. Поток газа от вала сгорания попадает во второй канал сгорания, где по горизонтали размещается плазменная горелка мощностью 15 кВт. Воздух используется для охлаждения рубашки печи. После второго канала сгорания газ выходит под прямым углом вниз и проходит через газоразрядный канал для охлаждения газа примерно до 150–200 ° C.Далее парогазовый поток выводится через вентилятор сразу в атмосферу или проходит через систему влажной газоочистки, а затем в атмосферу.

Рис. 3

Пилотный плазменный процесс обработки медицинских отходов [58]

Процесс плазменного пиролиза

Пиролиз — это процесс, в котором органическое вещество термически разлагается в отсутствие кислорода с образованием более мелких молекул. В частности, для плазменного пиролиза продукты состоят только из CO, H 2 и небольшого количества высших углеводородов [76].Что касается медицинских отходов, то эти органические фракции представляют собой, в основном, изделия из пластмассы, бумаги и ткани. После пиролиза обнаруживаются три основных продукта, включая топливный газ, уголь и нефть. Как правило, не только тип отходов, но и тип процесса пиролиза играют важную роль в изменении этих продуктов пиролиза. По скорости нагрева типы процессов пиролиза можно разделить на медленный пиролиз, быстрый пиролиз и мгновенный пиролиз [77]. Эти процессы разработаны с различными желательными целями, в основном для корректировки конечных продуктов.Обычно медленный пиролиз используется для достижения максимального выхода твердого продукта, тогда как быстрый и мгновенный пиролиз стремятся к выходу жидкого бионефтяного продукта [78]. Однако эти продукты могут быть нечистыми, и их трудно отделить. Поэтому каталитический пиролиз и плазменный пиролиз вызывают в последние годы более значительный интерес. Каталитический пиролиз пластиковых отходов используется для решения проблем низкого качества жидкого масла, загрязненного топливного газа и высокого потребления энергии [79].Было заявлено, что введение катализаторов (в основном FCC, цеолитов и оксид кремния-оксид алюминия) увеличивает время пребывания и температуру, усиливает разложение углеводородов, улучшает выход газа и улучшает качество жидкой нефти [79, 80]. Согласно обзору Хуанга и др. [81], при плазменном пиролизе жидкие продукты не образуются, что является преимуществом по сравнению с обычным пиролизом. Это может быть вызвано относительно высокой температурой и частицами плазмы в процессе пиролиза. По сравнению с каталитическим пиролизом, плазменный пиролиз лучше адаптируется к типу сырья и более высокой температуре реакции, что приводит к очень детальному разложению органических веществ [82].Таким образом, различные процессы пиролиза обладают исключительной гибкостью для оптимизации параметров процесса для достижения желаемого выхода продукта. Краткое сравнение нескольких типов процесса пиролиза представлено в таблице 3. При плазменном пиролизе медицинских отходов пиролизный газ обычно сжигается во вторичной камере с некоторым избыточным количеством воздуха для контроля выбросов в атмосферу. По мере расширения проекта до более крупных масштабов необходимо учитывать экономическую эффективность и изменение / добавление требований.Например, горючий газ можно использовать для рекуперации тепла или электричества; необходимо учитывать очистку сточных вод от подсистемы газоочистки; доставка отходов должна соответствовать характеристикам сырья.

Таблица 3 Сравнение нескольких типов процесса пиролиза [77, 82, 83]

Таким образом, плазменный пиролиз можно определить как процесс, использующий термическую плазму в качестве источника тепла, в котором твердое углеродистое вещество разлагается с ограниченным количеством кислорода при очень высокие температуры.Для генерации плазмы в этом процессе обычно используется инертный газ, такой как аргон и азот или H 2 . Типичные медицинские отходы включают бумажные и тканевые предметы, пластик, стеклянную посуду и жидкости. Экспериментальное испытание смоделированных медицинских отходов было проведено Nema et al. [2]. Как показано на рис. 4, система состоит в основном из плазменной горелки, источника питания, системы впрыска газа, первичной реакционной камеры, вторичной реакционной камеры, системы закалки-скруббера, вытяжного вентилятора и дымовой трубы.Отличительной особенностью процесса является установка двух камер. Плазменный резак, состоящий из вольфрамового наконечника с водяным охлаждением и окружающего его вспомогательного медного анода, работает от источника постоянного тока мощностью 50 кВт. N 2 Газ вводится через горелку для создания плазменной струи. В первичной камере поступающие медицинские отходы разлагаются при высоких температурах (примерно 900 ° C), образуя газы с низким молекулярным весом. После этой подсистемы произведенные пиролитические газы, N 2 , H 2 , CO, CH 4 , CO 2 , C 2 -C 5 , вводятся во вторую камеру.Эти газы сжигаются при температуре 1050 ± 50 ° C с некоторым избыточным количеством воздуха, и они превращаются в CO 2 и H 2 О. После сгорания горячие газы проходят через тушитель-скруббер, где газы гасятся щелочной водой (12 pH), что снижает их температуру до 80 ° C или ниже. Гашение ограничивает реакции рекомбинации, которые в противном случае производят токсичные соединения. Остаточные газы выпускаются с помощью вытяжного вентилятора и дымохода.

Рис. 4

Принципиальная схема системы плазменного пиролиза для обработки искусственных медицинских отходов [2]

Плазменная горелка постоянного тока широко используется при термической плазменной обработке твердых отходов, но в некоторых исследованиях также применялась плазменная горелка переменного тока для обработки медицинских отходов. . Sheng et al. описал пилотный процесс обработки медицинских отходов с использованием трехфазной системы плазменного пиролиза переменного тока мощностью 250 кВт, которая расположена в Сянъян, Шэньси, Китай [60]. Плазменная печь представлена ​​на рис. 5. Перед печью предусмотрена подсистема подачи, предотвращающая попадание воздуха.То есть дверца загрузки печи не открывается, пока бункер не будет опломбирован. H 2 вводится в печь, в которой отрицательная атмосфера предотвращает утечку плазменного газа. Внутри пиролитической печи генерируется плазма H 2 для расщепления материала на H 2 , CH 4 , CO и другой горючий газ с небольшой молекулярной массой. Добавки, такие как CaO и SiO 2 , смешиваются с расплавленными отходами для улучшения процесса стеклования. Последующая обработка аналогична другим процессам пиролиза, в основном включая сжигание и очистку отходящих газов.Преимущества этого процесса включают предотвращение потерь энергии из переменного тока в постоянный, минимизацию образования загрязнителей воздуха в восстановительной среде, усиление затвердевания металлов и использование мобильной системы. Медицинские отходы также относятся к давно просроченным химическим отходам, смешанным с другими типами отходов или без них. Процесс плазменного пиролиза переменного тока был разработан для обработки химических отходов, как показано на рис. 6 [61]. Система состоит из подсистем измельчения, смешивания и подачи, системы плазменного реактора, подсистемы сжигания отходящего газа, подсистемы регенерации кислого газа и подсистемы очистки.Перед поступлением в плазменный реактор химические отходы смешиваются с некоторыми добавками, такими как CaO, SiO 2 , Fe, для лучшего образования застеклованного шлака. В плазменном реакторе смесь отходов нагревается до состояния расплава за достаточное время пребывания при температуре выше 1800 К. Расплавленный шлак быстро охлаждается, образуя аморфную стекловидную структуру, в то время как опасные органические отходы быстро пиролизуются с образованием посторонних веществ. газ. Как только отходящий газ проходит через подсистему сжигания газа и сгорает, горючие компоненты удаляются.После этой обработки отходящий газ проходит через серию газоочистных установок для извлечения кислого газа и удаления других газовых загрязнителей. Затем очищенные отходящие газы сбрасываются в дымовую трубу.

Рис. 5

Схема пилотной плазменной печи переменного тока для обработки медицинских отходов, СОЗ и т. Д. [60]

Рис. 6

Схематическое описание пилотной установки плазменного пиролиза переменного тока для обработки химических отходов [61]

Система плазменного энергетического пиролиза (PEPS), предназначенная для преобразования множества потоков отходов в топливный газ и инертный шлак, представлена ​​на рис.7 [59]. Основные подсистемы включают подачу отходов, плазменный нагрев, емкость для обработки, контроль выбросов газа, очистку сточных вод и другие вспомогательные системы. На нем установлен плазмотрон мощностью 500 кВт, обеспечивающий разложение отходов в диапазоне температур 1643–1923 К. Между тем, добавление пара дополнительно увеличивает энергосодержание производимого синтез-газа. Затем пиролизный газ очищается от примесей с помощью газоочистителя, и эти сточные воды необходимо очищать. Твердые частицы, образующиеся в подсистеме очистки сточных вод, перерабатываются в процессе.Предлагается, чтобы очищенный высокоэнергетический синтез-газ приводил в действие устройство для рекуперации энергии или был преобразован для производства безвредных веществ. Металлы в шлаке были расплавлены в структуру на основе диоксида кремния, и извлечение металлов может быть достигнуто в сильно восстановительных условиях.

Рис. 7

Схематическая диаграмма процесса плазменного пиролиза для обработки медицинских отходов [59]

Сампатраджу и Мансури [62] оценили загрязнение воздуха при плазменном пиролизе биомедицинских отходов, которое расположено в городе Ахмадабад, Индия.Система плазменного пиролиза состоит из трансформатора, панели электропитания, питателя, плазменной горелки с левым катодом, правым катодом и анодом, первичной камеры, искрового генератора, вторичной камеры, Вентури, скруббера с их насосом, ID вентилятора и резервуара для воды. Объект может утилизировать 15–20 кг биомедицинских отходов. Их оценки показали, что концентрация твердых частиц (SPM и RPM или PM10), CO, SO 2 , H 2 S, NO, Cl 2 и общее количество ЛОС находятся в пределах национальных стандартов качества окружающего воздуха (CPCB, 009) и в пределах допустимого предела воздействия (PEL) Закона о фабриках Индии 1948 года.

Процесс плазменной газификации

Плазменная газификация — это неполное окисление органических веществ с превращением их в горючий или синтетический газ (смесь H 2 , CO, CO 2 , CH 4 и других углеводородов) [22, 45, 54]. Для отходов, содержащих неорганические вещества, неорганическая фракция остекловывается до невыщелачиваемого шлака [84]. По сравнению с традиционной газификацией, он имеет меньшую установку и более чистый воздух, но потребляет больше энергии.Janajreh et al. [84] оценили эффективность газификации этих двух методов на основе различного сырья и обнаружили, что эффективность плазменной газификации ниже, чем у традиционной воздушной газификации (значение составляет около 42% для плазмы и 72% для более поздней). По сравнению со сжиганием, плазменная газификация вводит только ограниченное количество O 2 , в котором образование NO x и SO x запрещено в такой среде, обедненной O 2 [85].Типичное оборудование для последующей обработки отходящих газов состоит из мокрого скруббера, фильтров твердых частиц или других устройств очистки газа. Подобно плазменному пиролизу, газообразный продукт из печи плазменной газификации можно использовать для производства энергии и топлива. Энергия, получаемая из синтез-газа, а также тепло выхлопных газов предлагается для дальнейшего производства электроэнергии или горячей воды. Для максимального увеличения объема синтез-газа в некоторых коммерческих процессах добавляется предварительный газогенератор для предварительной обработки большинства органических веществ (например,g., процесс PEM от InEnTec) [86].

Медицинские отходы с высоким содержанием органических веществ подходят для плазменной газификации, которая представляет собой эффективную технологию получения энергии из отходов. Как показано на рис. 8, система плазменной паровой газификации производительностью 50 кг / ч была построена Институтом газа Национальной академии наук Украины (НАНУ) и Институтом электросварки им. Е.О. Патона НАН Украины [66]. Основной элемент — плазмотрон имеет электрическую мощность до 160 кВт, напряжение питания 500 В, ток дуги до 350 А.Парогенератор вырабатывает пар, который действует как газифицирующий агент с дополнительно введенным кислородом, и высокотемпературная плотная плазма истекает во внутреннее пространство реактора. Медицинские отходы быстро газифицируются при температуре выше 1100 ° C и выделяют такие газы, как H 2 , CO, CO 2 , CH 4 . После этого отходящий газ охлаждается в системе газового охлаждения. Дымосос обеспечивает отвод продуктов газификации и создает разрежение в реакторе по направлению к атмосфере, чтобы предотвратить проникновение этих продуктов в окружающую среду.Блок очистки продуктов газификации удаляет загрязняющие вещества в газовой фазе. Между тем установлен теплообменник для рекуперации тепла отходящего газа.

Рис. 8

Принципиальная схема процесса плазменной паровой газификации [66]. 1: плазмотрон, 2: плазменный паровой реактор, 3: парогенератор, 4: последовательно подключенные источники питания плазма-2, 5: компрессор, 6: градирня, 7: скруббер Вентури, 8: система газовой закалки, 9: емкость под скруббера, 10: фильтр поддона, 11: вентилятор (дымосос), 12: теплообменник, 13: резервуар для раствора соды, 14: резервуар для шлама, I: водоснабжение, II: сода, III: синтез-газ, IV : для утилизации

Messerle et al.[68] описал процесс плазменной газификации биомедицинских отходов (BMW), как показано на рис. 9. Экспериментальная установка включает систему электропитания, систему управления плазмотроном, плазменный реактор, системы подачи газа и воды для реактора с плазмотрон и система очистки отходящих газов. Основные компоненты — плазмотрон постоянного тока номинальной мощностью 70 кВт и плазменный реактор. Брикетированный БМВ (по 0,4 кг каждого брикета) загружается в зону газификации реактора через загрузочное отверстие.При газификации воздушный плазмотрон обеспечивает среднюю массовую температуру до 1700 К, разлагая органические вещества на синтез-газ и другие газы. После этого образовавшиеся газообразные продукты выводятся из реактора в систему охлаждения. А конденсированные продукты накапливаются в зоне шлакообразования на дне реактора. После охлаждающей обработки газы поступают в газоочистную установку, после чего газ направляется в газоанализатор через выхлопную трубу с системой отбора проб газа и измерения температуры.Полный цикл обработки составляет около 30 минут, что обеспечивает высокую температуру и достаточно времени, чтобы предотвратить образование диоксинов и топку.

Рис. 9

Схема экспериментальной установки для плазменной газификации биомедицинских отходов [68]

Процесс плазменной газификации имеет то преимущество, что позволяет производить синтез-газ и другие ценные продукты [45]. Совместная обработка медицинских отходов и летучей золы с использованием плазменной газификации была проведена Zeng et al. [87] для получения эффективного катализатора.Чтобы определить влияние соотношения сырья на производимый шлак, исследователи провели ряд соотношений сырья и материалов между медицинскими отходами и летучей золой для получения шлаков. Затем шлаки использовали для селективного каталитического восстановления оксида азота. Результаты показали, что совместная обработка будет способствовать образованию стекловидного шлака, в то же время увеличивая количество переходного металла в шлаке, регулируя разность валентностей, тем самым увеличивая активность СКВ. Между тем, некоторые металлы, такие как Zn и Pb, обогащены вторичной золой, которая может выступать в качестве своего рода шахтного ресурса.Это исследование показало, что совместная обработка медицинских и других опасных отходов является потенциальным методом получения продуктов с высокой добавленной стоимостью. Система плазменной газификации с производительностью 60 кг / ч, закупленная у PEAT International, была разработана для медицинских отходов, которая является первой коммерчески действующей системой плазменной газификации в Китае [67]. Промышленная эксплуатация показала, что уровни выбросов близки к европейским стандартам (2000/76 / EC) и значительно ниже китайских норм (GB 18484-2001).

Процесс плазменной витрификации

Обычное сжигание не подходит для обработки негорючих отходов, поэтому предварительная сортировка необходима.Для этих опасных отходов другим методом является использование процесса стеклования, в результате которого получают стеклообразный и устойчивый к выщелачиванию продукт, который затвердевает и стабилизирует токсичные вещества. Различные технологии стеклования включают, но не ограничиваются ими, плавильные печи, работающие на сжигании, плавильные системы с газификацией в псевдоожиженном слое, плавильные печи с джоулевым нагревом, электродуговые печи, плазменные плавильные печи и т. Д. [88]. Плазменное остекловывание требует меньшего размера установки, но при этом потребляет больше энергии. Для такого процесса подходит большая доля негорючих материалов медицинских отходов.Следует отметить, что этот процесс неизбежно сосуществует с процессом плазменного пиролиза или плазменной газификации многокомпонентных отходов. Преобладание стеклования зависит от доли неорганических компонентов и добавки добавки (SiO 2 и т. Д.).

Институт исследований ядерной энергии (INER) на Тайване исследовал возможность обработки медицинских отходов с использованием термической плазменной обработки [89]. Смоделированное сырье содержало большое количество негорючих веществ, таких как нержавеющая сталь и стекло.В этом исследовании ZnO был выбран в качестве индикаторного металла, добавляемого в суррогат перед лечением для оценки эффективности стеклования. Как показано на рис. 10, подача отходов помещается в цилиндрический тигельный контейнер для предотвращения перелива или растекания отходов во время обработки. Горелка плазменной дуги 100 кВт расположена в верхней части камеры, генерируя плазму с температурой выше 10000 ° C и с плотностью электронов 6 × 10 22 / м 3 при осевая линия.Ar используется в качестве плазменного газа для зажигания, а после зажигания во время обработки используется воздух. Стеклование длилось 15 мин при 1550 ° C. После плазменного стеклования были получены два макроскопических компонента — стекловидный стекловидный шлак и эллипсоидальный металлический самородок.

Рис. 10

Схема системы остекловывания плазмы INER для обработки суррогатов медицинских отходов [89]

Конфигурация плазменного реактора

С точки зрения способов разряда плазмы, термический плазменный реактор можно разделить на четыре типа: прямой токовый плазменный реактор (реактор с переносом дуги и реактор с непередаваемой дугой), плазменный реактор переменного тока, высокочастотный плазменный реактор и микроволновый плазменный реактор [54, 90].Наиболее часто используемый реактор — это плазменный реактор постоянного тока, который имеет проблему загрязнения и эрозии электродов. Поэтому некоторые исследователи предложили плазменную систему RF для обработки медицинских отходов [91]. Между тем, разработка плазменных горелок переменного тока также привлекает внимание людей в России и США [57, 92]. В этой статье мы исследовали существующие системы плазменных медицинских отходов и попытались классифицировать их плазменные реакторы. Для конкретной печи эти категории частично совпадают, чтобы подчеркнуть характеристики печей.

Печь с неподвижным / подвижным слоем

Печь с неподвижным / подвижным слоем является основным типом печи, который является наиболее часто используемым. Этот тип печи отличается простотой эксплуатации и подходит для обработки сыпучих материалов, что находит широкое применение в промышленности. Однако из-за того, что отходы находятся в постоянном контакте с плазмой, некоторые требуемые промежуточные продукты могут не быть получены. Многие системы термической плазмы медицинских отходов разработаны на основе этого типа.

В печи с неподвижным слоем обрабатываемые медицинские отходы заранее помещаются на дно реактора (для обработки партиями), где струя плазмы выходит наружу и контактирует с отходами.Как правило, плазменная горелка устанавливается в верхней части печи вертикально или сбоку под определенным углом. Например, на рис. 10 описана система плазменного стеклования с использованием печи с неподвижным слоем [89]. Эта стенка печи состоит из трех слоев: корпуса из нержавеющей стали, изолятора и огнеупора. Камера предназначена для получения оптимального равномерного распределения температуры за счет управления скоростью воздушного потока и постоянным током плазмы. Медицинские отходы помещаются в цилиндрический тигельный контейнер размером ϕ 63 × 105 мм (длина), состоящий из 10 мас.% Cr 2 O 3 и 90% Al 2 O 3 .Во время обработки отходы необходимо накрывать тиглем, чтобы избежать перелива или растекания.

Для печи с подвижным слоем медицинские отходы подают в реактор через входное отверстие сверху или сбоку реактора, что дает преимущество непрерывной работы и увеличения производительности по сравнению с печью с неподвижным слоем. Как показано на рис. 11 (частичный вид на рис. 2) [5], печь представляет собой реактор с наклонной трубой, в котором используется винтовой конвейер для транспортировки отходов в смесительную камеру с водяным охлаждением на конце трубы.Максимальный массовый поток кормления может достигать 40 кг / час при непрерывном кормлении. Положение питателя и плазмотрона устроено по-разному. На рисунке 12 показан процесс плазменной обработки медицинских отходов, загрязненной почвы и твердых бытовых отходов [93]. Плазменная струя контактирует с отходами вертикально.

Рис. 11

Печь с подвижным слоем для утилизации медицинских отходов [5]

Рис. 12

Схема системы плазменной обработки в Центре плазменных приложений и исследований (PARF) [93]

Многокамерная печь

Система с несколькими плазменными камерами обычно включает две камеры, из первичной камеры образуются газообразные продукты, которые поступают во вторичную камеру для дальнейшей обработки.В обеих камерах установлен плазмотрон.

Вторичная обработка зависит от целевых продуктов или выбросов. Это может быть непосредственное сжигание горючего газа (или окисление токсичных газов), улучшение горючих газов для дальнейшего применения или извлечение определенных химических агентов. Для первичной камеры доступны различные типы печей. За исключением печи, упомянутой в разделе «Печь с неподвижным / подвижным слоем», футерованная вращающаяся печь с плазменными горелками переменного тока была разработана для обработки 150–200 кг / ч опасных медицинских отходов, как показано на рис.1 [57]. Вращающаяся печь установлена ​​под углом к ​​горизонту и вращается. Преимущество печи этого типа в том, что она поддерживает постоянное перемешивание отходов, тем самым интенсифицируя процессы тепло- и массообмена. При плазменном сгорании вторичная камера играет роль в удалении небольшого количества горючего газа и других токсичных органических продуктов с дополнительными добавками воздуха и воды, как упоминалось ранее. Параметры опыта установлены в диапазоне температур 1200–1400 ° C и времени выдержки ~ 2 с [57].В предыдущих исследованиях в этом модуле был установлен другой плазмотрон [57, 58], либо модуль не был установлен из-за меньшей мощности, увеличения количества кислорода и петли дымового газа [5]. Для плазменного пиролиза или газификации вторичная камера является одним из вариантов рекуперации энергии (плазменный резак, вероятно, не используется). Прямое сжигание топливного газа в лабораторных установках предназначено для сжигания горючего газа для выброса, и в некоторых случаях подсистема очистки газа может располагаться перед ним [59]. Однако при расширении проекта энергия должна быть рекуперирована, а качество синтез-газа должно улучшаться в зависимости от требований к оборудованию для использования синтез-газа.

Вторичная камера отделена (общая) или объединена с первичной камерой (пример последней можно увидеть на рис. 3). На рис. 3 [58] плазменная камера сгорания является основным элементом интегрированной печи, которая представляет собой металлический вертикальный прямоугольный вал, охлаждаемый воздухом. Внутри шахта выложена легким шамотным кирпичом. Внизу расположены три ряда шамтованного кирпича, на котором размещена ванна из силицированного графита для накопления расплавленного металла и неорганических компонентов отходов с отверстием для слива расплава в приемник шлака.Плазменная струя атакует дно ванны под углом 45 °, где температура настолько высока, что жидкий шлак, вероятно, взаимодействует с ванной с силикатным графитом. Поэтому выбор конструкционных материалов для высокотемпературной эксплуатации также требует дальнейших исследований. Во втором плазмоводе устанавливается плазмотрон мощностью до 15 кВт, который размещается горизонтально. Горелка помещается в трубку из силицированного графита, куда подается дополнительный воздух. Печи с двумя отдельными камерами обычно используются для плазменного горения, пиролиза и газификации.Примером плазменного горения является случай, осуществляемый вращающейся печью (установлены два плазмотрона переменного тока) и дожигателем (установлен плазменный резак переменного тока), как показано на рис. 1 [57]. На рис. 4 [2] наклонная первичная камера (камера пиролиза) сделана из мягкой стали и имеет устройство подачи отходов, кожух из мягкой стали, экранирование из стекловаты и т. Д. Перед входом в камеру отходы имеют пройти через двухдверный питатель, который работает попеременно и пневматически. Внутренняя дверь снабжена замком типа «рыбий рот», который предотвращает утечку газа.Наружная дверца имеет надлежащее уплотнение для предотвращения утечки газов в атмосферу, когда внутренняя дверца открыта для подачи материала. Внутри камеры плазмотрон установлен на фланце диаметром 100 мм в боковом отверстии. Во вторичной камере используется горелка для сжигания горячих газов, содержащих углеводороды, окись углерода и водород, образующиеся в первичной камере.

Печь с несколькими горелками

Согласно исследованиям, приведенным в нашем обзоре, использовались плазменные горелки постоянного и непереключаемого тока и переменного тока, причем первая была более обширной.С расширением шкалы необходимо увеличивать мощность плазменной системы. Однако эти высокие мощности могут быть достигнуты только за счет использования большого тока в большинстве тепловых плазменных систем, которые значительно увеличивают эрозию электронов и, таким образом, сокращают срок службы плазмотрона [16]. В дополнение к этому, срок службы плазменной системы тесно связан с типом горелки, потоком отходов, плазменным газом (или окружающей средой в реакторе). Между тем, печь с одинарным плазменным резаком может страдать от неравномерного нагрева при повышенной мощности.На рис. 7 для решения этой проблемы использованный резак постоянного тока без передачи постоянного тока может перемещаться по трем осям [59]. Еще одно возможное решение — создать многожильную плазменную печь, которая является более эффективным устройством для обработки медицинских отходов.

На рис. 2 установлены две дуговые плазменные горелки без передачи постоянного тока с общей мощностью 20 кВт для каждой горелки [5]. Не только плазменный резак постоянного тока, но также и плазменный резак переменного тока использовался в этой конструкции горелки [57]. В одной многофазной плазменной горелке переменного тока несколько дуг могут сосуществовать, создавая зону большего объема [94].В сочетании с несколькими горелками он может эффективно справляться с большей производительностью обработки. На рисунке 13 показана экспериментальная установка многожильной плазменной дуги [50]. Угол пересечения между катодом и анодом составляет 98 °, а третье сопло находится в средней верхней части камеры. Максимальный постоянный ток дуги для плазменной дуги с двумя горелками и несколькими горелками составляет 100 A (I). Установлено, что при одинаковой длине дуги (L) напряжение плазменной дуги с несколькими горелками и с двумя горелками больше, чем у плазменной дуги с одной горелкой. Например, напряжение и входная мощность плазменной дуги с несколькими горелками равны 1.1, что в 1,4 раза больше, чем у плазменной дуги с двумя горелками и плазменной дуги с одной горелкой, соответственно, в случае L = 3 см и I = 100 А. Площадь плазменной дуги с несколькими горелками вдвое или намного шире, чем у плазменной дуги с двумя и одним горелками. Кроме того, эффективность нагрева одиночной горелки выше, чем у двойной горелки. Однако у сдвоенной горелки падение напряжения дуги на электроде составляет 6 В, что выше, чем у одиночной горелки.Это означает, что эффективность двойного резака может быть намного выше. Такая печь с мощностью источника энергии 300 кВт была разработана Университетом Тюо, Технологическим институтом Мусаси и Shinwa Industry Co. Inc. в Токио, Япония [50].

Рис. 13

Принципиальная схема плазменной печи с несколькими горелками для обработки медицинских отходов [50]

Стационарная / мобильная печь

Одним из самых больших преимуществ технологии плазменной резки является ее меньший размер и компактность, а также короткое время запуска и остановки, что может сыграть потенциально полезную роль, поскольку мобильная система обработки становится все более важной в управлении медицинскими отходами.В нескольких исследованиях сообщалось об их установках, позволяющих мобильную работу на площадках по переработке медицинских отходов с использованием термоплазменной технологии.

Система PEPS, показанная на рис. 7, является стационарной / переносной, и другая мобильная версия также находится в стадии разработки [59]. Sheng et al. [60] сообщили о мобильной системе плазменного пиролиза переменного тока и указали, что это преимущество является результатом быстрого процесса предварительного нагрева и короткого времени запуска и отключения (всего несколько минут). Плазменная камера, показанная на рис.13 также имеет мобильную версию с размером ϕ 1500 мм × 2200 мм (длина) и углом скрещивания электродов 60 ° [50]. Температура плазменной дуги с двумя горелками в центральной точке была измерена и составила 11000 К в случае тока дуги 200 А и скорости потока газообразного аргона 30 л / мин при расходе газообразного аргона в воздушной атмосфере при 0,1 МПа. Полное оборудование системы может быть установлено на коммерческий 5,5-тонный грузовик, что позволит обрабатывать отходы на месте.

Другие типы печей

Печь с псевдоожиженным слоем, печь с унесенным потоком и печь с носиком / носиком с псевдоожиженным слоем реже используются при термической плазменной обработке медицинских отходов, подробное введение можно найти в статье Tang et al. .[95]. Печь с псевдоожиженным слоем используется в процессах пиролиза и газификации, в которых конкретный агент создает псевдоожиженное состояние в печи. Он может предложить отличную теплопередачу, высокую степень перемешивания, почти постоянную температуру и большую гибкость в эксплуатации. В печи со слоем уносимого потока сырье, в котором обрабатываемый порошок, впрыскивается в хвостовое пламя плазменной струи. Его преимущества включают высокотемпературные реакции со сверхкоротким временем контакта с промежуточными продуктами в качестве желаемых продуктов, однако при более низкой энергоэффективности ниже.В печи со слоем носика струя плазмы постоянного тока образует носик, который обеспечивает тепло для процесса. Его потенциальными преимуществами являются более высокие рабочие температуры, высокая степень превращения при коротком времени пребывания, а также проблемы со стабильностью слоя. Плазменная печь с псевдоожиженным слоем представляет собой комбинацию псевдоожиженного слоя и плазменного фонтана. Он характеризуется идеальным смешиванием частиц, высокой скоростью тепломассообмена, непрерывной работой с твердыми телами, высокой кажущейся плотностью твердых тел и высокой температурой.

Обзор плазменной обработки твердых отходов

Ismail, N. and F. N. Ani. 2013. Образование твердых отходов в Малайзии. Труды Третьей Международной конференции и выставки по устойчивой энергетике и перспективным материалам. Мелака, Малайзия.

П. Коломбо, Г. Брусатин, Э. Бернардо и Г. Скаринчи. 2003. Инертизация и повторное использование отходов путем стеклования и производства изделий из стекла. Современные взгляды на твердое тело и материаловедение.7 (3): 225–239.

Sabbas, T., A. Polettini, R. Pomi, T. Astrup, O. Hjelmar, P. Mostbauer, G. Cappai, G. Magel, S. Salhofer, C. Speiser, S. Heuss-Assbichler, R. Кляйн и П. Лехнер. 2003. Управление остатками от сжигания твердых бытовых отходов. Управление отходами. 23 (1): 61–88.

Куо, Ю. М., Т. К. Линь и П. Дж. Цай. 2006. Иммобилизация и инкапсуляция во время остекловывания золы сжигания в печи с коксовым слоем. J Hazard Mater. 133 (1–3): 75–8.

Вайдьянатан, А., Дж. Малхолланд, Дж. Рю, М. Стюарт и Л. Дж. Чирчео. 2007. Характеристика продуктов топливного газа от обработки потоков твердых отходов с помощью плазменно-дуговой горелки. Журнал экологического менеджмента. 82: 77–82.

Фридман А. Химия плазмы. 2008. Издательство Кембриджского университета. 1.

Старрок П. А. 1994. Физика плазмы: введение в теорию астрофизической, геофизической и лабораторной плазмы.Издательство Кембриджского университета.

Грабовский, М. 2011. Термоплазменная газификация биомассы. Чехия: Intech.

Канило П.М., Казанцев В.И., Расюк Н.И., Шенеман К., Ваврив Д.М. 2003. Микроволновое плазменное сжигание угля. Топливо. 82 (2): 187–193.

Uhm, H. S., J. H. Kim и Y. C. Hong. 2007. Паровая микроволновая горелка. Письма по прикладной физике. 90 (21): 211502– 211502– 3.

Моро, М., N. Orange и M. G. J. Feuilloley. 2008. Нетепловые плазменные технологии: новые инструменты для биодезактивации. Достижения биотехнологии. 26 (6): 610–617.

Tendero, C., C. Tixier, P. Tristant, J. Desmaison и P. Leprince. 2006. Плазма атмосферного давления: обзор. Spectrochimica Acta Часть B: Атомная спектроскопия. 61 (1): 2–30.

Qiu, J., X. He, T. Sun, Z. Zhao, Y. Zhou, S. Guo, J. Zhang и T. Ma. 2004. Газификация угля в паровой и воздушной среде в плазменных условиях: предварительное исследование.Технология переработки топлива. 85 (8–10): 969–982.

Тан Л. и Х. Хуанг. 2004. Исследование распределения серы при термическом плазменном пиролизе изношенных шин. Журнал аналитического и прикладного пиролиза. 72 (1): 35–40.

Гальвита В., В. Мессерле и А. Устименко. 2007. Производство водорода с помощью угольной плазменной газификации для технологии топливных элементов. Международный журнал водородной энергетики. 32 (16): 3899–3906.

Mountouris, A., Э. Вутсас и Д. Тассиос. 2008. Плазменная газификация осадка сточных вод: разработка процессов и оптимизация энергопотребления. Преобразование энергии и управление. 49 (8): 2264–2271.

Бьюн, Ю., В. Намкунг, М. Чо, Дж. В. Чунг, Ю.-С. Kim, J.-H. Ли, К.-Р. Ли и С.-М. Хван. 2010. Демонстрация термической плазменной газификации / остекловывания для обработки твердых бытовых отходов. Наука об окружающей среде и технологии. 44 (17): 6680–4.

Рутберг П.Г., А.Н. Братцев, В. А. Кузнецов, В. Е. Попов, А. А. Уфимцев, С. В. Штенгель. 2011. Об эффективности плазменной газификации древесных остатков. Биомасса и биоэнергетика. 35 (1): 495–504.

Бьюн Ю., М. Чо, Дж. В. Чунг, В. Намкунг, Х. Д. Ли, С. Д. Янг, Ю. С. Ким, Дж. Х. Ли, К. Р. Ли и С. М. Хванг. 2011. Извлечение водорода из термоплазменной газификации твердых отходов. J Hazard Mater. 190 (1–3): 317–23.

Попов В.Е., Братцев А.Н.,А. Кузнецов, С. В. Штенгель, А. А. Уфимцев. 2011. Плазменная газификация отходов как метод энергосбережения. Журнал физики: Серия конференций. 275: 012015.

Лазар, М., М. Ленгелова и П. Курилла. 2012. Эксперимент газификации торфа в плазменном реакторе. 2: 177–186.

Uhm, H. S., Y. C. Hong и D. H. Shin. 2006. Микроволновая плазменная горелка и ее применение. Наука и технологии источников плазмы. 15 (2): S26 – S34.

Секигучи, Х.и Т. Оримо. 2004. Газификация полиэтилена с использованием паровой плазмы, генерируемой микроволновым разрядом. Тонкие твердые пленки. 457 (1): 44-47

Менендес, Дж. А., А. Домунгес, М. Ингуанцо и Дж. Дж. Пис. 2005. Микроволновая сушка, пиролиз и газификация (Mwdpg) осадка сточных вод: остекловывание твердого остатка. Журнал аналитического и прикладного пиролиза. 74 (1–2): 406–412.

Chen, J., X.-h. Ши, М. Чжан и Дж. Чжао. 2009. Ионизация газа при карботермическом восстановлении в микроволновом поле и ее влияние.Журнал исследований железа и стали, Международный. 16 (5): 12–31

Кабалан, Б., С. Уайли, А. Мейсон, Р. Аль-Хаддар, А. Аль-Шаммаа, К. Лупа, Б. Герберт и Э. Мэддокс. 2011. Оптимизация в реальном времени системы микроволновой плазменной газификации. Журнал физики: Серия конференций. 307: 012027.

Юн, С. Дж. И Дж. Г. Ли. 2012. Производство синтез-газа из угля посредством микроволновой плазменной газификации: влияние кислорода, пара и размера частиц угля.Энергия и топливо. 26 (1): 524–529.

Хонг, Ю. К., С. Дж. Ли, Д. Х. Шин, Ю. Дж. Ким, Б. Дж. Ли, С. Ю. Чо и Х. С. Чанг. 2012. Производство синтез-газа при газификации бурого угля в плазме микроволнового факела. Энергия. 47 (1): 36–40.

Энн, П. З., Н. Исмаил и Ф. Н. Ани. 2014. Влияние температуры пламени, положения сопла и закрученного газа на микроволновое плазменное пламя. Jurnal Teknologi. 68 (3): 133–137.

Шин, Д. Х., Ю. К. Хонг, С. Дж. Ли, Ю. Дж. Ким, С. Х. Чо, С. Х. Ма, С. М. Чун, Б. Дж. Ли и Х. С. Умм. 2012. Чистая паровая микроволновая плазменная горелка: газификация угольной пыли в плазме. Технология поверхностей и покрытий.

Юн, С. Дж. И Дж. Г. Ли. 2012. Производство обогащенного водородом синтез-газа путем газификации угля и древесного угля с использованием микроволновой паровой и воздушной плазменной горелки. Международный журнал водородной энергетики. 37 (22): 17093–17100.

Шен, К., Д. Сун и Х.Ян. 2011. Метановая связь в микроволновой плазме при атмосферном давлении. Журнал химии природного газа. 20 (4): 449–456.

Асад, С. С., К. Тендеро, К. Дубланш-Тиксье, П. Тристан, К. Буасс-Ляпорт, О. Лерой и П. Лепренс. 2009. Влияние атмосферной микроволновой плазменной обработки на органическую смазку на металлической поверхности. Технология поверхностей и покрытий. 203 (13): 1790–1796.

Bang, C.U., Y.C. Hong и H. S. Uhm. 2007. Синтез и характеристика наноразмерных нитридных частиц с использованием метода атмосферной микроволновой плазмы.Технология поверхностей и покрытий. 201 (9–11): 5007–5011.

Яаек, О., М. Элишал, Л. Зайяков, В. Кудрле, М. Бублан, Дж. Матейковца, А. Рек, Дж. Бурайк и М. Кадлецков. 2006. Синтез углеродных нанотрубок в микроволновом плазменном факеле при атмосферном давлении. Материаловедение и инженерия: C. 26 (5–7): 1189–1193.

Ray, S.J. и G.M. Hieftje. 2001. Микроволновая плазменная горелка — тандемный источник с модуляцией тлеющего разряда для отбора проб из атмосферы для последовательной регистрации молекулярной фрагментации и атомных масс-спектров.Analytica Chimica Acta. 445 (1): 35–45.

Леатинск, Л., В. Мартиовито и З. Мачала. 2011. Коронный разряд как датчик температуры микроволнового плазменного потока атмосферного воздуха. Журнал количественной спектроскопии и переноса излучения. 112 (18): 2779–2786.

Hong, Y.C., H. S. Uhm и S. C. Cho. 2009. Микроволновая плазменная горелка, работающая при низком давлении для обработки материалов. Тонкие твердые пленки. 517 (14): 4226–4228.

Ким, Т.С., С. Сонг, К. М. Чун и С. Х. Ли. 2010. Экспериментальное исследование производства синтетического газа посредством микроволнового плазменного риформинга метана, изооктана и бензина. Энергия. 35 (6): 2734–2743.

Khongkrapan, P., N. Tippayawong and T. Kiatsiriroat. 2013. Термохимическое преобразование отходов бумаги в топливный газ в микроволновом плазменном реакторе. Журнал экологически чистых энергетических технологий. 1 (2): 80–83.

Тан Л. и Х. Хуанг. 2005. Газификация биомассы с использованием технологии емкостной радиочастотной плазмы.Топливо. 84 (16): 2055–2063.

Хуанг, Х. и Л. Тан. 2009. Пиролизная обработка отработанного порошка шин в реакторе с емкостной связью с радиочастотной плазмой. Преобразование энергии и управление. 50 (3): 611–617.

Li, K., R. Zhang and J. Bi. 2010. Экспериментальное исследование производства синтез-газа путем совместной газификации угля и биомассы в псевдоожиженном слое. Международный журнал водородной энергетики. 35 (7): 2722–2726.

Мохатаб С. и В. А.По. Глава 1 — Основы природного газа. 2012. Бостон: издательство Gulf Professional Publishing.

. Состав и характеристики сжиженного газа. 2013. Веб-сайт Gas Malaysia Berhad.

Вертер, Дж., М. Сэнгер, Э. У. Хартге, Т. Огада и З. Сиаги. 2000. Сжигание сельскохозяйственных остатков. Прогресс в области энергетики и горения. 26 (1): 1–27.

Уильямс А., Пуркашанян М. и Дж.М. Джонс. 2001. Сжигание угольной пыли и биомассы. Прогресс в области энергетики и горения. 27 (6): 587–610.

Сами М., К. Аннамалай и М. Вулдридж. 2001. Совместное сжигание топливных смесей угля и биомассы. Прогресс в области энергетики и горения. 27 (2): 171–214.

Sheng, C. and J. L. T. Azevedo. 2005. Оценка более высокой теплотворной способности топлива из биомассы на основе данных базового анализа. Биомасса и биоэнергетика. 28 (5): 499–507.

Фельдер Р.М. и Р. В. Руссо. Элементарные принципы химических процессов. 2000. Джон Вили.

Плазма

дает надежду на улучшение методов очистки окружающей среды Плазма

— совокупность заряженных частиц, таких как электроны или ионы — дает надежду на улучшение методов очистки окружающей среды, по словам докладчиков на утреннем заседании в пятницу, посвященном обработке и диагностике плазмы. для обращения с отходами. Экспериментальные лабораторные исследования как горячей, так и холодной плазменной обработки отходов показывают многообещающие перспективы минимизации конечных отходов и более низкой стоимости, а также хорошие перспективы для практического применения плазменной технологии в течение следующего десятилетия.

Плазменная обработка является привлекательной альтернативой, поскольку она работает от электричества и, следовательно, не создает дополнительного потока газообразных отходов, как в случае сгорания. Более того, плазменная технология может обеспечивать высокие температуры с высокой степенью управляемости, а эффекты химии плазмы могут использоваться для селективной обработки, тем самым повышая эффективность.

По словам Дэниела Кона, физика из Центра плазменного синтеза Массачусетского технологического института, термическое равновесие, или «горячая», плазма особенно подходит для обработки твердых отходов, а также может использоваться для разрушения токсичных молекул путем термического разложения, что делает их хорошо -подходит для обработки опасных металлов в смеси с растворителями.Эти искусственные молнии для разрушения и мониторинга отходов представляют собой потенциальный краткосрочный побочный результат долгосрочных исследований ядерного синтеза.

Высокотемпературная плазма может разрушать твердые частицы без необходимости сжигания, производить соединения стекла, которые не проникают в грунтовые воды, или производить вредные побочные продукты, такие как диоксины. В экспериментальной исследовательской печи в Массачусетском технологическом институте плазменная дуга с углом наклона 10 000 градусов, создаваемая пропусканием электрического тока между парой графитовых электродов в заполненной азотом газовой камере, использовалась для плавления отходов (состоящих из почвы, металлов). , горючие материалы и шламы) в лавоподобную жидкость.Жидкость затвердевает в прочное черное стекло, которое можно безопасно хранить или даже использовать в качестве строительного материала. В процессе не образуется токсичной золы, практически не образуется диоксинов и меньше выбросов газа, чем при традиционных методах сжигания. Кроме того, он потенциально может быть более экономичным, чем существующие методы.

Холодная плазма может использоваться для разрушения токсичных молекул путем селективных реакций с электронами и радикалами плазмы и, таким образом, хорошо подходит для обработки слабых концентраций летучих органических соединений (ЛОС) в воздушных потоках.В последние месяцы исследователи Массачусетского технологического института успешно использовали низкотемпературную плазму, генерируемую электронными лучами, для поиска и уничтожения мельчайших концентраций химически опасных соединений, обнаруженных на свалках на ядерном объекте Хэнфорд в штате Вашингтон.

Электронная плазма комнатной температуры избирательно воздействовала на мельчайшие концентрации опасных молекул четыреххлористого углерода, откачиваемых под вакуумом из отстойников, и расщепляла их на менее стабильные соединения, которые в конечном итоге расщеплялись на диоксид углерода, поваренную соль, воду и некоторое количество оксида углерода.Команда Кона сейчас изучает способы управления током электронного луча, напряжением и скоростью потока газа, а также использование внешних электрических полей для изменения энергии электронов и добавления веществ для ускорения определенных реакций.

Стоимость является важным фактором при переносе технологии плазменной обработки отходов из лаборатории на рынок. По оценке Кон, стоимость обработки горячей плазмой, включая затраты на электроэнергию и капитальное оборудование, составляет от 200 до 300 долларов за тонну опасных отходов по сравнению с 200-800 долларов за тонну при использовании существующих методов сжигания.Стоимость холодной плазменной обработки токсичных материалов составляет от 40 центов до 4 долларов за фунт по сравнению с примерно 10 долларами за фунт при использовании существующих методов.

Плазма также может использоваться в схемах диагностики для измерения трудно определяемых температур в центре печи и для контроля выбросов таких опасных металлов, как кадмий и мышьяк. Пол Восков из Массачусетского технологического института описал систему, которая определяет трудноизмеримые температуры в центре печи, обнаруживая высокочастотные микроволны, которые прорезают дым в печи.Уникальная возможность активного зондирования радиометра миллиметрового диапазона также может предоставить информацию о турбулентности поверхности расплава, изменении излучательной способности стенки печи и оптических потерях миллиметрового диапазона внутри печи.

Дэвид Ри, также из Массачусетского технологического института, рассказал о системе в реальном времени, которая непрерывно отслеживает выбросы тяжелых металлов в процессе сжигания отходов. Система использует микроволны для создания высокотемпературной плазмы в отходящем газе. Плазма возбуждает тяжелые металлы и заставляет их испускать излучение, которое обнаруживает их спектроскопические отпечатки пальцев; могут быть обнаружены концентрации до 1 ppb.Другие средства диагностики находятся на рассмотрении для непрерывного мониторинга состава сырья, молекулярного состава отходящего газа и скорости газа.

Плазм, рекомендованных для улучшенной очистки окружающей среды

Обработка как горячей, так и холодной плазмой привлекательна тем, что при использовании электричества они не создают дополнительного потока газообразных отходов, как при сжигании. Более того, плазменная технология может обеспечивать высокие температуры с высокой степенью управляемости, а эффекты химии плазмы могут использоваться для выборочной обработки, тем самым повышая эффективность утилизации.

Команда физиков из Центра синтеза плазмы Массачусетского технологического института считает, что термически равновесная, или «горячая», плазма особенно подходит для обработки твердых отходов. Также такую ​​плазму можно использовать для разрушения токсичных молекул путем термического разложения. Это делает их подходящими для обработки опасных металлов в смеси с растворителями.

Экспериментальная исследовательская печь в Массачусетском технологическом институте пропускает электрический ток между парой графитовых электродов в газовой камере, заполненной азотом, для создания плазменной дуги с температурой 10 000 ° C.Печь использовалась для плавления отходов (состоящих из почвы, металлов, горючих материалов и шлама) в жидкость, подобную лаве. Жидкость затвердевает в прочное черное стекло, которое можно безопасно хранить или даже использовать в качестве строительного материала. В процессе не образуется токсичной золы, практически не образуется диоксинов и меньше выбросов газа, чем при традиционных методах сжигания. Кроме того, он потенциально может быть более экономичным, чем существующие конкурентные методы.

Холодная плазма может использоваться для разрушения токсичных молекул путем избирательных реакций с электронами и радикалами плазмы и, таким образом, хорошо подходит для обработки разбавленных концентраций ЛОС в воздушных потоках.Недавно исследователи Массачусетского технологического института успешно использовали низкотемпературную плазму, генерируемую электронными лучами. Эти плазмы использовались для уничтожения мельчайших концентраций химически опасных соединений на свалках ядерного объекта в Хэнфорде (Вашингтон).

Электронная плазма при комнатной температуре избирательно воздействовала на мельчайшие концентрации опасных молекул четыреххлористого углерода, откачиваемых вакуумом из отстойников. Плазма расщепляет молекулы на менее стабильные соединения, которые в конечном итоге распадаются на углекислый газ, поваренную соль, воду и немного окиси углерода.Исследователи Массачусетского технологического института сейчас изучают способы улучшить контроль над процессом и повысить его эффективность, добавляя вещества, способствующие определенным реакциям.

По оценкам исследователей, стоимость обработки горячей плазмой, включая затраты на электроэнергию и капитальное оборудование, составляет от 200 до 300 долларов США за тонну опасных отходов. Это сопоставимо с ценой от 200 до 800 долларов за тонну при использовании существующих методов сжигания. Стоимость обработки токсичных материалов холодной плазмой составляет от 40 центов до 4 долларов за фунт по сравнению с примерно 10 долларами за фунт при использовании существующих методов.

Экспериментальные лабораторные исследования обработки отходов как горячей, так и холодной плазмой показывают многообещающие возможности для минимизации проблем, связанных с конечными отходами, и снижения затрат на «обращение» с отходами. Перспективы практического применения в ближайшее десятилетие кажутся хорошими.

Предыдущая статья адаптирована из отчета, описывающего презентацию Дэниела Кона из Массачусетского технологического института. Доктор Кон выступил со своим докладом на заседании Американского физического общества в 1997 году.

Является ли плазменная газификация решением для пластмасс и всех отходов?

Пришло время сосредоточиться на расширении целей, чтобы заняться устойчивым развитием.Решение правительства Китая («Национальный меч»), вступившее в силу в январе 2018 года, прекратить прием всех видов переработки в Соединенных Штатах, выявило уязвимость и неэффективность наших текущих процессов переработки и всех форм твердых бытовых отходов (ТБО). На сегодняшний день наши муниципалитеты изо всех сил пытаются решить, куда поместить эти переработанные материалы. Некоторые просто закрыли все программы по переработке и перенаправляют эти сборы с бордюров на свалки.

Проблема не ограничивается пластмассой, 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 вместимости, в результате чего, согласно EPA, остается 3091 действующая свалка.Давно прошли те времена, когда в каждом городе была свалка. По данным EPA, есть семь штатов, в которых 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 всеобъемлющего 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 нужны новые правила управления отходами. Нам необходимо 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 финансово жизнеспособными для решения всех видов пластмасс, 84% отходов по-прежнему отправлялись бы на свалки. Инфраструктура управления отходами созрела для сбоя.

Научно обоснованное решение: доктор Брюс Велт, профессор Университета Флориды, оценил несколько подходов и пришел к выводу, что плазменная газификация является наиболее эффективной технологией.Welt стремится создать промышленный консорциум и Центр усовершенствованной переработки UF для преобразования инфраструктуры 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, дворовые отходы, 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 этих продукта имеют высокую ценность, при этом 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, электронное письмо напрямую д-ру Брюсу Велту: [электронная почта защищена]

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. Ушел 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

.

Сепараторы для свалок | Biomassmagazine.com

Этот процесс называется плазменной газификацией, а технология создания и использования плазмы существует уже несколько десятилетий.Однако технология плазменной газификации теперь используется для новой цели — преобразования твердых бытовых отходов в энергию.

Установки, которые используют чрезвычайно высокие температуры для преобразования твердых бытовых отходов (ТБО) в электричество, появляются на почвах стран по всему миру, включая Канаду, Испанию, США и Японию. Хотя технологические процессы и температурные диапазоны, применяемые на этих объектах, различаются, основная концепция одинакова: ТБО поступают, электричество выходит.Кроме того, в отличие от сжигания, происходит небольшое количество выбросов, если таковые вообще имеются, и небольшой объем оставшегося материала, если таковой имеется, необходимо вывозить на свалку.

Как бы неправдоподобно это ни звучало, технология производства плазмы насчитывает почти столетие. Плазма — это газы, нагретые до состояния ионизации, то есть они состоят из заряженных частиц, таких как электроны, которые могут проводить электричество и генерировать огромное количество тепла. Молния — это пример плазмы природного происхождения.С начала 1900-х годов плазма использовалась для плавления металлов и производства ацетиленового топлива из природного газа. В 1960-х годах НАСА разработало плазменную технологию для моделирования сильной жары при входе в атмосферу для проверки долговечности некоторых частей оборудования шаттлов. Эта технология по-прежнему используется в металлургической и химической промышленности, и теперь она начала применяться в системах управления отходами.

В последнем случае сценарий выглядит примерно так: ТБО измельчаются на полосы от одного до двух дюймов, которые сбрасываются в стальной цилиндр.Этот купол обычно снабжен двумя фонарями внизу или вверху, которые выступают, как жердочки в клетке для канареек. В этих горелках размещены электроды, и при подаче постоянного тока между ними образуется дуга. Воздух в горелке толкает эту чрезвычайно горячую искусственную молнию в печь, куда попадают ТБО. Высокие температуры, создаваемые этим процессом, которые могут быть выше, чем поверхность солнца, разрывают соединения и превращают неорганические твердые вещества в стекловидную обсидианоподобную породу, которую можно использовать в дорожном строительстве.В процессе также органические материалы преобразуются в синтез-газ, который можно использовать для производства электроэнергии и жидкого топлива. Поскольку весь процесс закрыт для атмосферы, при конверсии ТБО в синтез-газ и шлак выбросы не происходят. «Плазменная обработка ТБО обладает уникальными возможностями обработки, не имеющими аналогов в существующих технологиях», — говорит Лу Чирчео, директор по исследованиям плазменных приложений в Технологическом исследовательском институте Джорджии. «Плазменная газификация может произвести революцию в области обращения с отходами.»

Это, безусловно, надежда градостроителей, окружных комиссаров и их товарищей по всему миру, которые чувствуют, как постоянно сокращаются площади свалок. Например, город Оттава заключил партнерские отношения с Plasco Energy Group Inc., частной высокотехнологичной компанией, базирующейся в Канаде, для переработки 85 тонн ТБО в день в течение следующих двух лет. «Компания имеет 19 патентов на свои технологические процессы, в том числе один на всю систему плазменной газификации», — объясняет Род Брайден, президент и генеральный директор компании.Брайден, который владел командой Национальной хоккейной лиги Оттавы с тех пор, как франшиза расширилась до двух лет назад, строит бизнес с 1974 года. «Плазменные технологии существуют уже некоторое время, но я увидел возможность их преобразования. бизнес, который обеспечит качество окружающей среды при одновременном создании чистой энергии для продажи », — говорит он.

Plasco заложила основу для нового демонстрационного объекта в сентябре 2006 года. Строительство было завершено в июне, и завод, занимающий три акра пастбищ через дорогу от полигона Trail Road Landfill к юго-западу от Оттавы, начал свою работу в июле.В конце сентября завод начал прием отходов с городских грузовиков.

Вариант процесса
Процесс плазменной газификации Plasco отличается от общей схемы, описанной ранее. Вместо того, чтобы напрямую сбрасывать измельченные ТБО в камеру плазменной горелки, в процессе Plasco использует отдельную камеру газификации для нагрева полос отходов примерно до 700 градусов Цельсия (1292 градусов по Фаренгейту). На этом этапе некоторые компоненты ТБО, такие как вода, превращаются в газ, а все остальное превращается в золу.Газ поднимается в вертикальную камеру, в которой находятся две плазменные горелки, которые продувают его основные элементы. Некоторые из этих элементов превращаются в синтез-газ, смесь окиси углерода и водорода. Прежде чем синтез-газ можно будет очистить от тяжелых металлов, таких как ртуть, кадмий и свинец, а также от других нежелательных химикатов, таких как хлор и сера, синтез-газ охлаждается. Часть тепла, выделяемого во время этого охлаждения, возвращается в исходную камеру. Брайден объясняет, что это единственный процесс, в котором тепло используется для переработки отходов в синтез-газ.«Мы не используем эти плазменные горелки для выработки газа», — объясняет Брайден. «Мы используем эти плазменные горелки для очистки газов, которые уже были выброшены из отходов». Очистка газов, а не целых ТБО требует меньше тепла от горелок, что позволяет экономить энергию. «Это одна из причин, по которой наша система производит гораздо больше энергии, чем потребляет».

Зола из этой первой камеры газификации переносится в отдельный отсек плазменной горелки, где она превращается в синтез-газ и твердый стеклоподобный материал, который разбивается на куски и продается для использования в качестве строительного заполнителя.Весь синтез-газ собирается и направляется в группу генераторов, которая преобразует его в электричество. В итоге из 100 тонн ТБО, поступающих в систему, 4 мегаватта (МВт) электроэнергии продаются в сеть и используются для питания около 3600 домов, 1 МВт электроэнергии используется для питания электростанции, 15 тонн шлака. заполнитель производится и продается, а 500 килограммов (кг) серы продается как удобрение. Кроме того, 1 кг золы, состоящей из тяжелых металлов, вывозится на свалки. «Вы можете разместить дневную норму утилизации в бардачке вашего автомобиля», — говорит Брайден.

Завод в Оттаве будет работать в течение двух лет, в течение которых город либо демонтирует завод, продолжит использовать его для обработки ТБО, либо будет эксплуатировать завод в качестве опытного предприятия по переработке других энергетических материалов, которые создают проблемы утилизации, такие как отходы бумажной фабрики и шлам после очистки сточных вод. Кроме того, Plasco подписала меморандум о взаимопонимании с испанской компанией по утилизации отходов о строительстве завода в Барселоне, который будет перерабатывать 200 тонн ТБО в день, и два других контракта находятся в стадии разработки для заводов в Канаде.«Мы ожидаем, что к октябрю мы продвинемся вперед с коммерческими заводами во многих местах», — говорит Брайден.

Рост популярности
За последние несколько лет в Европе и Северной Америке функционировало около 12 промышленных предприятий по переработке плазменных отходов и около 10 — в Азии. Отходы, перерабатываемые на этих предприятиях, варьируются от ТБО до медицинских отходов, каталитических нейтрализаторов, асбеста и боеприпасов.

Крупнейший на сегодняшний день завод в мире планируется запустить в 2010 году.Завод будет построен в округе Сент-Люси, пляжном районе на южно-центральном побережье Атлантического океана Флориды. 10 апреля компания Geoplasma LLC, девелоперская компания из Атланты, штат Джорджия, подписала соглашение с округом. Компания будет финансировать, разрешать, строить, владеть и эксплуатировать завод по производству ТБО стоимостью 425 миллионов долларов в течение 20 лет.

Новый завод будет построен в два этапа. Первый, вероятно, будет запущен зимой 2010 года и будет перерабатывать не менее 1 000 тонн ТБО каждый день и производить достаточно электроэнергии для обеспечения энергией около 25 000 домов.В каждом газификаторе можно разместить до шести плазменных резаков, которые будут обрабатывать от 500 до 750 тонн отходов. В течение пяти лет Geoplasma намеревается увеличить производство за счет добавления реакторов-газификаторов. В настоящее время завод, который разместится на площади около восьми акров, будет перерабатывать 3 000 тонн ТБО в день, две трети из которых будут поступать с существующей свалки. «Мы сможем использовать свалку в рамках нашего 20-летнего контракта. Насколько нам известно, это будет первый раз, когда подобная свалка будет восстановлена», — объясняет Хилбурн Хиллестад, президент Geoplasma.

Плазменные горелки и реакторы газификации для модулей будут поставлены Westinghouse Plasma Corp., разработчиком технологий, с которым Geoplasma объединилась. Westinghouse занимается плазменной газификацией с 1960-х годов. Технология компании используется на двух предприятиях по переработке отходов в Японии и на заводе General Motors Corp. в Дефансе, штат Огайо, для плавки металлолома. Горелки на последнем заводе эксплуатируются 17 лет, а электроды — более 500 000 часов.Компания Westinghouse была недавно приобретена канадской Alter Nrg Corp., и Geoplasma будет эксклюзивным продавцом технологий Westinghouse в Канаде и США, поясняет Хиллестад.

«Технология проверенная и надежная», — говорит Шьям Дигхе, президент и главный технический директор Westinghouse Plasma Corp. шторм », — добавляет он.

Хиллестад соглашается с Дигхе и добавляет, что «за последние несколько лет мы стали свидетелями резкого роста цен на энергоносители в этой стране и во всем мире.До того, как цены на энергоносители резко выросли, сообщество, занимающееся природным газом, вырабатывало много электроэнергии с помощью природного газа, и мы не могли с этим конкурировать. Однако теперь наш синтез-газ может конкурировать с природным газом в производстве электроэнергии.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *