stringtranslate.com

Плазменная газификация

Плазменная газификация — это экстремальный термический процесс с использованием плазмы , который преобразует органические вещества в синтетический газ (синтез-газ), который в основном состоит из водорода и оксида углерода . Плазменная горелка , работающая от электрической дуги , используется для ионизации газа и катализа органического вещества в синтетический газ , при этом шлак [1] ​​[2] [3] остается в качестве побочного продукта. Он используется в коммерческих целях как форма переработки отходов и был испытан 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

Малые плазменные горелки обычно используют инертный газ, такой как аргон , тогда как более крупные горелки требуют азота . Электроды варьируются от меди или вольфрама до гафния или циркония , а также различных других сплавов . Сильный электрический ток под высоким напряжением проходит между двумя электродами в виде электрической дуги . Сжатый инертный газ ионизируется, проходя через плазму, созданную дугой. Температура горелки 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, испаряются . Только в этих экстремальных условиях может произойти молекулярная диссоциация путем разрыва молекулярных связей . Сложные молекулы разделяются на отдельные атомы . Полученные элементарные компоненты находятся в газообразной фазе ( синтез-газ ). Молекулярная диссоциация с использованием плазмы называется «плазменным пиролизом ». [6]

Сырье

Сырьем для плазменной обработки отходов чаще всего является топливо, полученное из отходов , отходы биомассы или и то, и другое. Сырьем также могут быть биомедицинские отходы и опасные материалы . Содержание и консистенция отходов напрямую влияют на производительность плазменной установки. Предварительная сортировка для извлечения обрабатываемого материала для газификации обеспечивает консистенцию. Слишком много неорганического материала, такого как металлические и строительные отходы, увеличивает производство шлака, что, в свою очередь, снижает производство синтез-газа . Однако преимущество заключается в том, что сам шлак химически инертен и безопасен в обращении (однако некоторые материалы могут влиять на содержание получаемого газа [7] ). Обычно требуется измельчение отходов до мелких однородных частиц перед поступлением в основную камеру. Это создает эффективную передачу энергии, которая обеспечивает достаточное разложение материалов. [7]

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

Урожайность

Чистый высококалорийный синтез-газ состоит в основном из оксида углерода (CO) и водорода (H 2 ). [8] Неорганические соединения в потоке отходов не расщепляются, а плавятся, включая стекло, керамику и различные металлы.

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

Металлы, полученные в результате плазменного пиролиза, 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 полученного синтез-газа питает турбины на месте, которые питают плазменные горелки и, таким образом, поддерживают систему подачи. [8]

Оборудование

Некоторые реакторы плазменной газификации работают при отрицательном давлении [1] , но большинство из них пытаются извлечь [9] газообразные и/или твердые ресурсы.

Преимущества

Основными преимуществами плазмотронных технологий переработки отходов являются:

Недостатки

Основными недостатками плазмотронных технологий переработки отходов являются:

Коммерциализация

Газификация плазменным факелом 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 — отходы биомассы.

Рекуперация энергии из отходов с помощью плазменной газификации в настоящее время реализована в общей сложности на одной (возможно, двух) установках, обеспечивающих производительность переработки 25–30 тонн отходов в день.

Военное использование

ВМС США используют систему плазменно-дугового уничтожения отходов (PAWDS) на своем последнем поколении авианосца класса Gerald R. Ford . Компактная система, которая будет использоваться, будет обрабатывать все горючие твердые отходы, образующиеся на борту корабля. После завершения заводских приемочных испытаний в Монреале система будет отправлена ​​на верфь Huntington Ingalls для установки на авианосец. [31]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ abc Moustakasa, K.; Fattab, D.; Malamisa, S.; Haralambousa, K.; et al. (2005-08-31). "Демонстрационная плазменная газификация/стеклообразование системы для эффективной обработки опасных отходов". Журнал опасных материалов . 123 (1–3): 120–126. doi :10.1016/j.jhazmat.2005.03.038. PMID  15878635.
  2. ^ ab Калиненко, РА; Кузнецов, А.П.; Левицкий, А.А.; Мессерле, В.Е.; и др. (1993). «Плазменная газификация пылевидного угля». Плазменная химия и плазменная обработка . 13 (1): 141–167. doi :10.1007/BF01447176.
  3. ^ Мессерле, VE; Устименко, AB (2007). "Плазменная газификация твердого топлива". В Syred, Nick; Халатов, Artem (ред.). Передовые технологии сжигания и аэротермальные технологии. Защита окружающей среды и снижение загрязнения . Springer Netherlands. стр. 141–156. doi :10.1007/978-1-4020-6515-6. ISBN 978-1-4020-6515-6.
  4. ^ "Система рекуперированной энергии: обсуждение плазменной газификации". Архивировано из оригинала 2008-09-23 . Получено 2008-10-20 .
  5. ^ Братцев, АН; Попов, ВЕ; Рутберг, АФ; Штенгель, СВ (2006). «Установка для плазменной газификации отходов различных типов». High Temperature . 44 (6): 823–828. doi :10.1007/s10740-006-0099-7.
  6. ^ Хуан, Х.; Лан Тан; CZ Wu (2003). «Характеристика газообразных и твердых продуктов термического плазменного пиролиза отходов резины». Environmental Science & Technology . 37 (19): 4463–4467. Bibcode : 2003EnST...37.4463H. doi : 10.1021/es034193c.
  7. ^ ab "How Stuff Works- Plasma Converter". 2007-04-25 . Получено 2012-09-09 .
  8. ^ ab "Плазменная газификация". Министерство энергетики США . Архивировано из оригинала 2010-08-13 . Получено 2010-08-07 .
  9. ^ [1], Камачо, Сальвадор Л., «Метод газификации углеродистого вещества плазменно-дуговым пиролизом», опубликовано 1980-01-01 
  10. ^ [2], Springer, Marlin D.; William C. Burns & Thomas Barkley, «Устройство и метод обработки опасных отходов», опубликовано 1996-07-09 
  11. ^ [3], Тайтус, Чарльз Х.; Дэниел Р. Кон и Джеффри Э. Сурма, «Система электродугового плазменного плавильного электропреобразования для переработки отходов и получения ресурсов ...», опубликовано 16 сентября 1997 г. 
  12. ^ Лемменс, Берт; Хельмут Элсландер; Айв Вандеррейдт; Курт Пейс; и др. (2007). «Оценка плазменной газификации высококалорийных потоков отходов». Waste Management . 27 (11): 1562–1569. doi :10.1016/j.wasman.2006.07.027. ISSN  0956-053X. PMID  17134888.
  13. ^ Mountouris, A.; E. Voutsas; D. Tassios (2008). «Плазменная газификация осадка сточных вод: разработка процесса и оптимизация энергопотребления». Energy Conversion and Management . 49 (8): 2264–2271. doi :10.1016/j.enconman.2008.01.025.
  14. ^ Leal-Quirós, Edbertho (2004). «Плазменная обработка твердых бытовых отходов». Бразильский журнал физики . 34 (4B): 1587–1593. Bibcode : 2004BrJPh..34.1587L. doi : 10.1590/S0103-97332004000800015 .
  15. ^ Джимбо, Хадзимэ (1996). «Плазменная плавка и полезное применение расплавленного шлака». Waste Management . 16 (5): 417–422. doi :10.1016/S0956-053X(96)00087-6.
  16. ^ Хуан, Хайтао; Лан Тан (2007). «Обработка органических отходов с использованием технологии термического плазменного пиролиза». Преобразование энергии и управление . 48 (4): 1331–1337. doi :10.1016/j.enconman.2006.08.013.
  17. ^ Тендлер, Майкл; Филип Рутберг; Гвидо ван Оост (2005-05-01). "Плазменная обработка отходов и производство энергии". Физика плазмы и управляемый термоядерный синтез . 47 (5A): A219. Bibcode : 2005PPCF...47A.219T. doi : 10.1088/0741-3335/47/5A/016. ISSN  0741-3335.
  18. ^ Pourali, M. (2010). «Применение технологии плазменной газификации отходов в энергию #x2014; Проблемы и возможности». Труды IEEE по устойчивой энергетике . 1 (3): 125–130. Bibcode : 2010ITSE....1..125P. doi : 10.1109/TSTE.2010.2061242. ISSN  1949-3029.
  19. ^ "Национальный университет Ченг Кунг - Тайнань, Тайвань" . ПЭАТ Интернэшнл . Проверено 9 апреля 2009 г.
  20. ^ Уильямс, Р. Б.; Дженкинс, Б. М.; Нгуен, Д. (декабрь 2003 г.). Переработка твердых отходов: обзор и база данных текущих и новых технологий (PDF) (отчет). Калифорнийский университет в Дэвисе , кафедра биологической и сельскохозяйственной инженерии. стр. 23. Архивировано из оригинала (PDF) 15.04.2007.
  21. ^ "О проекте". Партнерство ради нулевых отходов в Оттаве. Архивировано из оригинала 2009-04-20 . Получено 10-04-2009 .
  22. ^ Чекай, Лаура (07 декабря 2008 г.). «Механические проблемы преследуют Пласко». Оттава Сан .
  23. ^ "AFSOC создает 'зеленую' историю, инвестируя в будущее". Командование специальных операций ВВС США. Архивировано из оригинала 2011-05-09 . Получено 2011-04-28 .
  24. ^ "INEOS Bio коммерциализирует технологию биоэнергетики во Флориде" (PDF) . Программа биомассы . 2011-11-21.
  25. ^ "Система плазменно-дугового уничтожения отходов для сокращения отходов на борту CVN-78, стр. 13". Seaframe - Carderock Division Publication. 2008. Архивировано из оригинала 1 декабря 2012 г.
  26. ^ "Alter NRG объявляет о вводе в эксплуатацию газогенератора биомассы на предприятии Waste To Liquids в Китае" (пресс-релиз). Alter NRG. Архивировано из оригинала 7 марта 2013 г. Получено 29.01.2013 .
  27. ^ Messenger, Ben (12 апреля 2013 г.). "Вторая установка плазменной газификации в Тиссайде после правительственной сделки". Waste Management News. Архивировано из оригинала 28 сентября 2015 г. Получено 29 июля 2013 г.
  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 производству энергии на основе плазмы из отходов заводов в долине Тис, 2016-04-05 , получено 2016-04-06
  30. ^ [19] [20] [21] [22] [23] [24 ] [25 ] [26] [27] [28] [29]
  31. ^ Система уничтожения отходов плазменной дугой для сокращения отходов на борту CVN-78, стр. 13, Seaframe - Carderock Division Publication, 2008, архивировано с оригинала 1 декабря 2012 г.

Внешние ссылки