Плазменная газификация
| Тип процесса | Химическая |
|---|---|
| Промышленный сектор(ы) | Управление отходами Энергия |
| Основные технологии или подпроцессы | Плазменная дуга Плазменный электролиз |
| Сырье | Муниципальные и промышленные отходы Биомасса Твердые углеводороды |
| Продукт(ы) | Сингаз Шлак Отсортированный металлолом |
Плазменная газификация — это экстремальный термический процесс с использованием плазмы, который преобразует органические вещества в синтез-газ (синтез-газ), который в основном состоит из водорода и монооксида углерода . Плазменная горелка, работающая от электрической дуги, используется для ионизации газа и катализа органических веществ в синтез-газ со шлаком . [1] [2] [3] остающийся в качестве побочного продукта. Он используется в коммерческих целях как форма переработки отходов и был протестирован для газификации топлива, полученного из отходов , биомассы , промышленных отходов , опасных отходов и твердых углеводородов , таких как уголь , нефтеносные пески , нефтяной кокс и горючий сланец . [2]
Процесс
[ редактировать ]В небольших плазменных горелках обычно используется инертный газ , например аргон , тогда как в более крупных горелках требуется азот . Электроды гафния от меди или вольфрама до или варьируются циркония , а также различных других сплавов . Сильный электрический ток под высоким напряжением проходит между двумя электродами в виде электрической дуги . Инертный газ под давлением ионизируется, проходя через плазму, создаваемую дугой. Температура факела колеблется от 2000 до 14 000 ° C (от 3 600 до 25 200 ° F). [4] Температура плазменной реакции определяет структуру плазмы и образующегося газа. [5]
Отходы нагреваются, плавятся и, наконец, испаряются . Только в этих экстремальных условиях может произойти молекулярная диссоциация за счет разрыва молекулярных связей . Сложные молекулы разделяются на отдельные атомы . Полученные элементарные компоненты находятся в газовой фазе ( синтез-газ ). Молекулярная диссоциация с использованием плазмы называется «плазменным пиролизом ». [6]
Сырье
[ редактировать ]Сырьем для плазменной обработки отходов чаще всего является топливо, полученное из отходов , отходы биомассы или и то, и другое. Сырье может также включать биомедицинские отходы и опасные материалы . Содержание и консистенция отходов напрямую влияют на производительность плазменной установки. Предварительная сортировка для извлечения перерабатываемого материала для газификации обеспечивает последовательность. Слишком большое количество неорганических материалов, таких как металл и строительные отходы, увеличивает производство шлака, что, в свою очередь, снижает производство синтез-газа . Однако преимуществом является то, что сам шлак химически инертен и безопасен в обращении (однако некоторые материалы могут влиять на содержание образующегося газа). [7] ). Обычно требуется измельчение отходов до мелких однородных частиц перед попаданием в основную камеру. Это создает эффективную передачу энергии, которая обеспечивает достаточное разрушение материалов. [7]
Иногда в процессы газификации добавляют пар для увеличения образования водорода ( паровой риформинг ).
Урожайность
[ редактировать ]Чистый высококалорийный синтез-газ состоит преимущественно из оксида углерода (СО) и водорода (Н 2 ). [8] Неорганические соединения в потоке отходов не расщепляются, а плавятся, в том числе стекло, керамика и различные металлы.
многих токсичных соединений, таких как фураны , диоксины , оксиды азота или диоксид серы Высокая температура и недостаток кислорода препятствуют образованию в самом пламени . Однако диоксины образуются при охлаждении синтез-газа.
Металлы, полученные в результате плазменного пиролиза, можно извлечь из шлака и в конечном итоге продать как товар. Инертный шлак, образующийся в результате некоторых процессов, гранулируется и может использоваться в строительстве. Часть производимого синтез-газа подается на турбины на площадке, которые приводят в действие плазменные горелки и, таким образом, поддерживают систему подачи. [8]
Оборудование
[ редактировать ]Некоторые реакторы плазменной газификации работают при отрицательном давлении . [1] но большинство пытается восстановиться [9] газообразные и/или твердые ресурсы.
Преимущества
[ редактировать ]Основными преимуществами плазмотронных технологий переработки отходов являются:
- Предотвращение попадания опасных отходов на свалки [10] [11]
- Некоторые процессы предназначены для улавливания летучей золы, зольного остатка и большинства других твердых частиц с целью отвода 95% или более от свалок и отсутствия вредных выбросов токсичных отходов. [12]
- Потенциальное производство остеклованного шлака, который можно использовать в качестве строительного материала. [13]
- Переработка отходов биомассы в горючий синтез-газ для производства электроэнергии и тепла [14] или для синтеза топлива или химикатов.
- Производство продукции высокой добавленной стоимости (металлов) из шлаков [15]
- Безопасные средства для уничтожения как медицинских [16] и многие другие опасные отходы . [1] [17]
- Газификация с голодным горением и быстрое гашение синтез-газа от повышенных температур позволяет избежать образования диоксинов и фуранов, которые являются обычными для мусоросжигательных заводов.
- Выбросы в воздух могут быть чище, чем на свалках, и аналогичны выбросам мусоросжигательных заводов.
Недостатки
[ редактировать ]Основными недостатками плазмотронных технологий переработки отходов являются:
- Большие первоначальные инвестиционные затраты по сравнению с альтернативами, включая захоронение отходов. [18] и сжигание .
- Эксплуатационные затраты высоки по сравнению с затратами на сжигание.
- Влажное сырье приводит к меньшему производству синтез-газа и более высокому потреблению энергии.
- Небольшое или даже отрицательное чистое производство энергии, если принять во внимание все энергозатраты.
- Частое техническое обслуживание и ограниченная доступность оборудования.
Коммерциализация
[ редактировать ]Плазмофакельная газификация используется в коммерческих целях для утилизации отходов. [30] в общей сложности на пяти объектах по всему миру с общей проектной мощностью 200 тонн отходов в день, половина из которых — это отходы биомассы.
В настоящее время рекуперация энергии из потоков отходов с использованием плазменной газификации осуществляется на одной (возможно, двух) установках с производительностью переработки 25-30 тонн отходов в день.
Военное использование
[ редактировать ]ВМС США используют систему плазменно-дугового уничтожения отходов (PAWDS) на своем «Джеральд Р. Форд» авианосце последнего поколения класса . Используемая компактная система будет перерабатывать все твердые горючие отходы, образующиеся на борту судна. После завершения заводских приемочных испытаний в Монреале систему планируется отправить на верфь Huntington Ingalls для установки на авианосец. [31]
См. также
[ редактировать ]- Газификация
- Поэтапное реформирование
- Управление отходами
- Отходы в энергию
- Кластер перерабатывающей промышленности северо-востока Англии NEPIC
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с Мустакаса, К.; Фаттаб, Д.; Маламиса, С.; Хараламбуса, К.; и др. (31 августа 2005 г.). «Демонстрационная система плазменной газификации/стеклования для эффективной переработки опасных отходов». Журнал опасных материалов . 123 (1–3): 120–126. дои : 10.1016/j.jhazmat.2005.03.038 . ПМИД 15878635 .
- ^ Jump up to: а б Калиненко Р.А.; Кузнецов А.П.; Левицкий А.А.; Мессерле, В.Е.; и др. (1993). «Плазменная газификация пылеугольного топлива». Плазмохимия и плазменная обработка . 13 (1): 141–167. дои : 10.1007/BF01447176 .
- ^ Мессерле, В.Е.; Устименко, А.Б. (2007). «Плазменная газификация твердого топлива». В Сайреде, Ник; Халатов, Артем (ред.). Передовые технологии горения и аэротермии. Охрана окружающей среды и сокращение загрязнения . Спрингер Нидерланды. стр. 141–156 . дои : 10.1007/978-1-4020-6515-6 . ISBN 978-1-4020-6515-6 .
- ^ «Восстановленная энергетическая система: дискуссия о плазменной газификации» . Архивировано из оригинала 23 сентября 2008 г. Проверено 20 октября 2008 г.
- ^ Брацев А.Н.; Попов В.Е.; Рутберг, А.Ф.; Штенгель, С.В. (2006). «Установка плазменной газификации отходов различных видов». Высокая температура . 44 (6): 823–828. дои : 10.1007/s10740-006-0099-7 .
- ^ Хуанг, Х.; Лан Тан; КЗ Ву (2003). «Характеристика газообразных и твердых продуктов термоплазменного пиролиза резиновых отходов». Экологические науки и технологии . 37 (19): 4463–4467. Бибкод : 2003EnST...37.4463H . дои : 10.1021/es034193c .
- ^ Jump up to: а б «Как все работает: плазменный конвертер» . 25 апреля 2007 г. Проверено 9 сентября 2012 г.
- ^ Jump up to: а б «Плазменная газификация» . Министерство энергетики США . Архивировано из оригинала 13 августа 2010 г. Проверено 7 августа 2010 г.
- ^ [1] Камачо, Сальвадор Л., «Метод газификации углеродистого вещества посредством плазменно-дугового пиролиза», опубликовано 1 января 1980 г.
- ^ [2] Спрингер, Марлин Д.; Уильям К. Бернс и Томас Баркли, «Аппарат и метод обработки опасных отходов», опубликовано 9 июля 1996 г.
- ^ [3] Титус, Чарльз Х.; Дэниел Р. Кон и Джеффри Э. Сурма, «Система электроконверсии дуговой плазменной плавки для переработки отходов и ресурсов ...», опубликовано 16 сентября 1997 г.
- ^ Лемменс, Берт; Хельмут Эльсландер; Айв Вандеррейдт; Курт Пейс; и др. (2007). «Оценка плазменной газификации потоков высококалорийных отходов». Управление отходами . 27 (11): 1562–1569. дои : 10.1016/j.wasman.2006.07.027 . ISSN 0956-053X . ПМИД 17134888 .
- ^ Маунтурис, А.; Э. Вутсас; Д. Тассиос (2008). «Плазменная газификация осадка сточных вод: разработка процесса и оптимизация энергопотребления». Преобразование энергии и управление . 49 (8): 2264–2271. дои : 10.1016/j.enconman.2008.01.025 .
- ^ Леаль-Кирос, Эдберто (2004). «Плазменная переработка твердых бытовых отходов» . Бразильский физический журнал . 34 (4Б): 1587–1593. Бибкод : 2004BrJPh..34.1587L . дои : 10.1590/S0103-97332004000800015 .
- ^ Джимбо, Хадзиме (1996). «Плазменная плавка и полезное применение расплавленного шлака». Управление отходами . 16 (5): 417–422. дои : 10.1016/S0956-053X(96)00087-6 .
- ^ Хуан, Хайтао; Лан Тан (2007). «Очистка органических отходов с использованием технологии термоплазменного пиролиза». Преобразование энергии и управление . 48 (4): 1331–1337. дои : 10.1016/j.enconman.2006.08.013 .
- ^ Тендлер, Майкл; Филип Рутберг; Гвидо ван Ост (1 мая 2005 г.). «Плазменная переработка отходов и производство энергии». Физика плазмы и управляемый термоядерный синтез . 47 (5А): А219. Бибкод : 2005PPCF...47A.219T . дои : 10.1088/0741-3335/47/5A/016 . ISSN 0741-3335 .
- ^ Пурали, М. (2010). «Применение технологии плазменной газификации отходов для получения энергии # x2014; Проблемы и возможности». Транзакции IEEE по устойчивой энергетике . 1 (3): 125–130. Бибкод : 2010ИТСЕ....1..125П . дои : 10.1109/TSTE.2010.2061242 . ISSN 1949-3029 .
- ^ «Национальный университет Ченг Кунг – Тайнань, Тайвань» . ПЭАТ Интернэшнл . Проверено 9 апреля 2009 г.
- ^ Уильямс, РБ; Дженкинс, Б.М.; Нгуен, Д. (декабрь 2003 г.). Преобразование твердых отходов: обзор и база данных текущих и новых технологий (PDF) (Отчет). Калифорнийский университет, Дэвис , факультет биологической и сельскохозяйственной инженерии. п. 23. Архивировано из оригинала (PDF) 15 апреля 2007 г.
- ^ «О проекте» . Партнерство ради нулевых отходов, Оттава. Архивировано из оригинала 20 апреля 2009 г. Проверено 10 апреля 2009 г.
- ^ Чекай, Лаура (07 декабря 2008 г.). «Механические проблемы преследуют Пласко». Оттава Сан .
- ^ «AFSOC творит «зеленую» историю, инвестируя в будущее» . Командование специальных операций ВВС США. Архивировано из оригинала 9 мая 2011 г. Проверено 28 апреля 2011 г.
- ^ «INEOS Bio коммерциализирует биоэнергетические технологии во Флориде» (PDF) . Программа биомассы . 21 ноября 2011 г.
- ^ «Система плазменно-дугового уничтожения отходов для уменьшения количества отходов на борту CVN-78, стр. 13» . Seaframe - Публикация подразделения Carderock. 2008. Архивировано из оригинала 1 декабря 2012 года.
- ^ «Alter NRG объявляет о вводе в эксплуатацию газификатора биомассы на предприятии по переработке отходов в жидкости в Китае» (пресс-релиз). Изменить НРГ. Архивировано из оригинала 7 марта 2013 года . Проверено 29 января 2013 г.
- ^ Мессенджер, Бен (12 апреля 2013 г.). «Второй завод плазменной газификации в Тиссайде в соответствии с правительственным соглашением» . Новости управления отходами. Архивировано из оригинала 28 сентября 2015 года . Проверено 29 июля 2013 г.
- ^ «Air Products выйдет из бизнеса по производству энергии из отходов» (пресс-релиз). 04.04.2016 . Проверено 6 апреля 2016 г.
- ^ Air Products отказывается от планов по производству энергии на основе плазмы на заводах по переработке отходов в Тис-Вэлли , 5 апреля 2016 г. , получено 6 апреля 2016 г.
- ^ [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29]
- ^ Система плазменно-дугового уничтожения отходов для уменьшения количества отходов на борту CVN-78, стр. 13 , Seaframe — Carderock Division Publication, 2008 г., заархивировано из оригинала 1 декабря 2012 г.