Плазменная газификация - Plasma gasification

Плазменно-дуговая газификация
Тип процессаХимическая
Промышленный сектор (ы)Управление отходами
Энергия
Основные технологии или подпроцессыПлазменная дуга
Плазменный электролиз
СырьеБытовые и промышленные отходы
Биомасса
Твердый углеводороды
Товары)Синтез-газ
Шлак
Металлолом сепарированный

Плазменная газификация это экстремальный термический процесс с использованием плазма который преобразует органическая материя в синтез-газ (синтез-газ), который в основном состоит из водород и монооксид углерода. А плазменная горелка питание от электрическая дуга используется для ионизации газа и катализировать органическое вещество в синтез-газ, с шлак[1][2][3] остающийся как побочный продукт. Он используется в коммерческих целях как форма обработка отходов и прошел испытания на газификацию топливо из отходов, биомасса, промышленные отходы, опасные отходы, и твердые углеводороды, Такие как каменный уголь, нефтеносные пески, нефтяной кокс и горючие сланцы.[2]

Процесс

Маленькие плазменные резаки обычно используют инертный газ Такие как аргон там, где нужны большие факелы азот. В электроды отличаться от медь или же вольфрам к гафний или же цирконий, наряду с другими сплавы. Сильный электрический ток под высоким напряжением проходит между двумя электродами в виде электрическая дуга. Инертный газ под давлением ионизированный проходя через плазму, создаваемую дугой. Температура резака колеблется от 2000 до 14000 ° C (от 3600 до 25200 ° F).[4] Температура плазменной реакции определяет структуру плазмы и образующегося газа.[5]

Отходы нагреваются, плавятся и, наконец, испарился. Только в этих экстремальных условиях молекулярная диссоциация происходят путем разрушения молекулярные связи. Сложные молекулы разделены на отдельные атомы. Полученные элементарные компоненты находятся в газовой фазе (синтез-газ ). Молекулярная диссоциация с использованием плазмы называется «плазмой». пиролиз."[6]

Сырье

В качестве сырья для плазменной обработки отходов чаще всего используется топливо из отходов, биомасса отходы или и то, и другое. Сырье может также включать биомедицинские отходы и Hazmat материалы. Содержание и консистенция отходов напрямую влияют на производительность плазменной установки. Предварительная сортировка для извлечения обрабатываемого материала для газификации обеспечивает согласованность. Слишком много неорганических материалов, таких как металл и строительные отходы, увеличивает образование шлака, что, в свою очередь, снижает синтез-газ производство. Однако преимуществом является то, что сам шлак химически инертен и безопасен в обращении (однако некоторые материалы могут влиять на содержание производимого газа.[7]). Обычно требуется измельчение отходов до мелких однородных частиц перед попаданием в основную камеру. Это создает эффективную передачу энергии, которая способствует достаточному разрушению материалов.[7]

Иногда в процессы газификации добавляют пар для увеличения выработки водорода (паровой риформинг ).

Урожайность

Чистый высококалорийный синтез-газ состоит преимущественно из монооксид углерода (CO) и водород (ЧАС2).[8] Неорганические соединения в потоке отходов не расплавляются, а расплавляются, включая стекло, керамику и различные металлы.

Высокая температура и недостаток кислорода предотвращают образование многих токсичных соединений, таких как фураны, диоксины, оксиды азота, или же диоксид серы в самом пламени. Однако при охлаждении синтез-газа образуются диоксины.

Металлы, полученные из плазмы пиролиз могут быть извлечены из шлака и в конечном итоге проданы как товар. Инертный шлак, полученный в результате некоторых процессов, гранулируется и может использоваться в строительстве. Часть произведенного синтез-газа питает турбины на месте, которые приводят в действие плазменные горелки и, таким образом, поддерживают систему подачи.[8]

Оборудование

Некоторые реакторы плазменной газификации работают на отрицательное давление,[1] но большинство пытается вылечиться [9] газообразные и / или твердые ресурсы.

Преимущества

Основными преимуществами плазменных технологий обработки 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 лучше со свалок и отсутствия вредных выбросов токсичные отходы[12]
  • Возможное производство остеклованного шлака, который может быть использован в качестве строительного материала.[13]
  • Обработка биомасса отходы в горючие синтез-газ за электроэнергия и тепловая энергия[14]
  • Изготовление добавленная стоимость изделия (металлы) из шлака[15]
  • Безопасный способ уничтожить оба медицинский[16] и многие другие опасные отходы.[1][17]
  • Газификация с ограниченным сгоранием и быстрым гашением синтез-газа от повышенных температур может предотвратить образование диоксинов и фуранов, которые являются обычными для мусоросжигательных заводов
  • Выбросы в атмосферу могут быть чище, чем на свалках, и сравнимы с выбросами мусоросжигательных заводов.

Недостатки

Основными недостатками плазменных технологий обработки отходов являются:

  • Большие первоначальные инвестиционные затраты по сравнению с альтернативными вариантами, включая захоронение отходов[18] и сжигание.
  • Операционные расходы высоки по сравнению со сжиганием.
  • Незначительное или даже отрицательное производство чистой энергии.
  • Влажное сырье приводит к меньшему производству синтез-газа и более высокому потреблению энергии.
  • Частое обслуживание и ограниченная доступность установки.

Коммерциализация

Основная статья: Коммерциализация плазменной газификации

Плазменная газификация используется в коммерческих целях для утилизации отходов.[19][20][21][22][23][24][25][26][27][28][29] в общей сложности на пяти объектах по всему миру с общей проектной мощностью 200 тонн отходов в день, половина из которых - отходы биомассы.

Рекуперация энергии из потоков отходов с использованием плазменной газификации в настоящее время реализована в общей сложности на одной (возможно, двух) установке, обеспечивающей производительность по переработке 25-30 тонн отходов в день.

Военное использование

ВМС США используют плазменно-дуговую систему уничтожения отходов (PAWDS) на своем последнем поколении. Джеральд Р. Фордавианосец. Используемая компактная система будет обрабатывать все горючие твердые отходы, образующиеся на борту корабля. После завершения заводских приемочных испытаний в Монреале система должна быть отправлена ​​на завод. Хантингтон Ингаллс верфь для установки на носитель.[30]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б c Moustakasa, K .; Fattab, D .; Malamisa, S .; Haralambousa, K .; и другие. (2005-08-31). «Демонстрационная система плазменной газификации / остекловывания для эффективного обращения с опасными отходами». Журнал опасных материалов. 123 (1–3): 120–126. Дои:10.1016 / j.jhazmat.2005.03.038. PMID  15878635.
  2. ^ а б Калиненко, Р. А .; Кузнецов, А.П .; Левицкий, А. А .; Messerle, V.E .; и другие. (1993). «Плазменная газификация пылеугольного топлива». Плазмахимия и обработка плазмы. 13 (1): 141–167. Дои:10.1007 / BF01447176.
  3. ^ Messerle, V.E .; Устименко, А. Б. (2007). «Плазменная газификация твердого топлива». В Syred, Ник; Халатов, Артем (ред.). Передовые технологии сжигания и аэротермальные технологии. Защита окружающей среды и снижение загрязнения. Springer Нидерланды. стр.141 –156. Дои:10.1007/978-1-4020-6515-6. ISBN  978-1-4020-6515-6.
  4. ^ «Система рекуперации энергии: обсуждение плазменной газификации». Архивировано из оригинал на 2008-09-23. Получено 2008-10-20.
  5. ^ Братцев, А. Н .; Попов, В.Е .; Рутберг, А. Ф .; Штенгель, С. В. (2006). «Установка плазменной газификации различных видов отходов». Высокая температура. 44 (6): 823–828. Дои:10.1007 / s10740-006-0099-7.
  6. ^ Huang, H .; Лан Тан; Ч. З. Ву (2003). «Характеристика газообразных и твердых продуктов термического плазменного пиролиза резиновых отходов». Экологические науки и технологии. 37 (19): 4463–4467. Bibcode:2003EnST ... 37.4463H. Дои:10.1021 / es034193c.
  7. ^ а б «Как все работает - плазменный преобразователь». 2007-04-25. Получено 2012-09-09.
  8. ^ а б «Плазменная газификация». Министерство энергетики США. Архивировано из оригинал на 13.08.2010. Получено 2010-08-07.
  9. ^ [1], "Метод газификации углеродистых веществ плазменно-дуговым пиролизом" 
  10. ^ [2], «Аппарат и способ обращения с опасными отходами» 
  11. ^ [3], "Электро конверсионная система дуговой плазменной установки для обработки отходов и ресурсов ..." 
  12. ^ Лемменс, Берт; Гельмут Эльслендер; Ив Вандеррейдт; Курт Пейс; и другие. (2007). «Оценка плазменной газификации потоков высококалорийных отходов». Управление отходами. 27 (11): 1562–1569. Дои:10.1016 / j.wasman.2006.07.027. ISSN  0956-053X. PMID  17134888.
  13. ^ Mountouris, A .; Э. Вутсас; Д. Тассиос (2008). «Плазменная газификация осадка сточных вод: разработка процессов и оптимизация энергопотребления». Преобразование энергии и управление. 49 (8): 2264–2271. Дои:10.1016 / j.enconman.2008.01.025.
  14. ^ Леал-Кирос, Эдберто (2004). «Плазменная переработка твердых бытовых отходов». Бразильский журнал физики. 34 (4B): 1587–1593. Bibcode:2004BrJPh..34.1587L. Дои:10.1590 / S0103-97332004000800015.
  15. ^ Джимбо, Хадзиме (1996). «Плазменная плавка и полезное применение жидкого шлака». Управление отходами. 16 (5): 417–422. Дои:10.1016 / S0956-053X (96) 00087-6.
  16. ^ Хуанг, Хайтао; Лан Тан (2007). «Обработка органических отходов с использованием технологии термического плазменного пиролиза». Преобразование энергии и управление. 48 (4): 1331–1337. Дои:10.1016 / j.enconman.2006.08.013.
  17. ^ Тендлер, Майкл; Филип Рутберг; Гвидо ван Ост (01.05.2005). «Плазменная обработка отходов и производство энергии». Физика плазмы и управляемый синтез. 47 (5A): A219. Bibcode:2005PPCF ... 47A.219T. Дои:10.1088 / 0741-3335 / 47 / 5A / 016. ISSN  0741-3335.
  18. ^ Поурали, М. (2010). «Применение технологии плазменной газификации отходов в энергетике # x2014; проблемы и возможности». IEEE Transactions по устойчивой энергетике. 1 (3): 125–130. Bibcode:2010ITSE .... 1..125P. Дои:10.1109 / TSTE.2010.2061242. ISSN  1949-3029.
  19. ^ «Национальный университет Ченг Кунг - Тайнань, Тайвань». PEAT International. Получено 2009-04-09.
  20. ^ Уильямс, R.B .; Jenkins, B.M .; Нгуен, Д. (декабрь 2003 г.). Конверсия твердых отходов: обзор и база данных текущих и новых технологий (PDF) (Отчет). Калифорнийский университет в Дэвисе, Кафедра биологической и сельскохозяйственной инженерии. п. 23. Архивировано из оригинал (PDF) на 2007-04-15.
  21. ^ «О проекте». Партнерство за нулевые отходы Оттава. Архивировано из оригинал на 2009-04-20. Получено 2009-04-10.
  22. ^ Чекай, Лаура (2007-12-07). «Механические проблемы изводят Plasco». Оттава Сан.
  23. ^ «AFSOC делает« зеленую »историю, инвестируя в будущее». Командование специальных операций ВВС США. Архивировано из оригинал на 2011-05-09. Получено 2011-04-28.
  24. ^ «INEOS Bio коммерциализирует биоэнергетические технологии во Флориде» (PDF). Программа биомассы. 2011-11-21.
  25. ^ "Система плазменно-дугового уничтожения отходов для уменьшения количества отходов на борту CVN-78, стр. 13". Seaframe - Публикация подразделения Carderock. 2008 г.
  26. ^ «Alter NRG объявляет о вводе в эксплуатацию газификатора биомассы на предприятии по переработке жидких отходов в Китае» (Пресс-релиз). Изменить NRG. Получено 2013-01-29.[мертвая ссылка ]
  27. ^ Посланник, Бен (12 апреля 2013 г.). «Вторая установка плазменной газификации для Тиссайда после сделки правительства». Новости управления отходами. Архивировано из оригинал 28 сентября 2015 г.. Получено 29 июля 2013.
  28. ^ «Air Products выйдет из бизнеса по производству энергии из отходов» (Пресс-релиз). 2016-04-04. Получено 2016-04-06.
  29. ^ Air Products отказывается от планов по использованию плазменной энергии на мусороперерабатывающих заводах в долине Тис, 2016-04-05, получено 2016-04-06
  30. ^ Система плазменно-дугового уничтожения отходов для уменьшения количества отходов на борту CVN-78, стр. 13, Seaframe - Публикация подразделения Carderock, 2008 г.

внешняя ссылка