Плазменная переработка мусора: плюсы и минусы — Netmus. Нетмус
22 июля 2021Развитие 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:
- В шахту загрузки помещаются отходы. Подача производится через герметичный шлюз накопления, скорость и объем поступления отходов регулируются.
- В реакторе происходит подача воздуха и водяного пара, после чего смесь подлежит обработке потоком низкотемпературной плазмы.
- Поступление сигаза с нижней части камеры реактора, осуществляется непрерывно.
- Полученный синтез-газ, далее может быть отправлен на сжигание в газовую котельную установки, либо в квенчер и после подвергнуться очистке и фильтрации.
- После очистки, синтез-газ отправляется в компрессор, далее происходит отделение влаги, фильтрация и поступление в газовую турбину.
- 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.
Мобильная установка плазменной газификации ПЛАЗАРИУМ MGS
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:
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:
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:
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:
Примечания: 1 — Блок производства электрической и тепловой энергии обеспечивает автоматическую адаптацию к любому входному напряжению в диапазоне 380–450 В для трех фаз. 2 — Единичная мощность двигателя / турбины определяется параметрами установки плазменной газификации, объемом вырабатываемого синтез-газа и параметрами требуемой надежности в зависимости от суммарной максимальной мощности Блока производства электрической и тепловой энергии . 3 — Максимальная мощность блока производства электрической и тепловой энергии формируется из нескольких единичных двигателей / турбин. Количество единичных двигателей / турбин от 2 до 6 в зависимости от величины мощности и требуемых параметров сервисной и ремонтной надежности. 4 — Объемная доля водорода от 50 до 70 % 5 — Блок производства электрической и тепловой энергии предназначен для работы параллельно с общей сетью электропитания. Существует опция автономного электрического питания установки плазменной газификации для производительностей от 10 тонн в день 6 — Для увеличения объема хранения возможно модульное построение системы хранения и сжатия синтез-газа. 7 — В случае использования Блока производства электрической и тепловой энергии с опциональным подземным использованием резервуара расстояния могут быть уменьшены на 50%. Блок хранения и сжатия синтез-газа должен размещаться не ближе 15 метров (расстояние от наземных резервуаров), 8 метров (расстояние от подземных резервуаров) от производственных зданий, сооружений, а также мест проведения работ с открытым огнем. Минимальное расстояние до колодцев и надземных коммуникаций – не менее 5 м; до подземных трасс и коммуникаций – не менее 3,5 м. Размещение Блока хранения и сжатия синтез-газа на расстоянии менее 200 метров от мест массового пребывания людей не допускается. 8 — Все параметры Блока хранения и сжатия синтез-газа индивидуальны и изготавливаются в соответствии с ТЗ заказчика. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Плазменная переработка твердых бытовых отходов
Сооружение, которое возведено вблизи Кармиэля (Израиль), нет пока больше нигде на планете. Хотя нуждается в нем, — точнее, в них — весь мир. Израиль стал пионером в кардинальном решении глобальной проблемы: переработке твердого бытового мусора, причем, предложил самый передовой, на сто процентов экологически чистый метод — плазменную переработку твердых бытовых отходов.
Разработка и освоение новой технологии — результат тесного сотрудничества ученых и инженеров трех стран — России, Украины и Израиля. Именно в Москве, в знаменитом Институте атомной энергии имени Курчатова (именуемого ныне Российским научным центром «Курчатовский институт»), сосредоточены важнейшие исследования в области физики плазмы. Руководит ими директор центра, ученый мировой величины академик Евгений Велихов. Во многом благодаря его активной деятельности воплотился в жизнь и данный проект.
На открытие завода прибыли представительные делегации из России и Украины, руководители частных компаний-инвесторов из Японии, Южной Кореи, США. А накануне церемонии руководство израильской фирмы ЕЕК провело пресс-конференцию для журналистов.
— Название Environmental Energy Resourses (это и есть аббревиатура ЕЕК) — «Чистые энергетические ресурсы» — полностью отвечает направлению нашей деятельности, — сказал президент компании Ицхак Шрем. — Плазменная технология, на основе которой построен завод, идет в ногу со временем, а то и опережает его. Она не оказывает вредного воздействия на окружающую среду, представляет собой самый передовой на сегодняшний день способ переработки твердых бытовых отходов и, что не менее важно, значительно более экономична по сравнению с существующими технологиями.
Ицхак Шрем обрисовал впечатляющую картину загрязнения планеты бытовым мусором. В Соединенных Штатах его объемы достигли в прошлом году 240 миллионов тонн, столько же приходится на долю Европы. А в целом человечество производит ежегодно до 700 миллионов тонн бытовых отходов, и цифра эта, понятно, будет со временем только увеличиваться.
Между тем на протяжении веков человек избавляется от мусора одним и тем же способом: либо хоронит его под землей, либо сжигает. В Дании, Швейцарии, Германии, Франции, Голландии сжигается от 40 до 60% бытовых отходов — остальное, как правило, закапывается в землю. Отрадное исключение представляют швейцарцы, которые не сожженные отходы направляют целиком на переработку. А такие страны, как Норвегия, Италия, Англия и Испания, львиную долю мусора — от 60 до 78% закапывают в землю. Ненамного отстает от них и Новый Свет. К примеру, в США под землю отправляют 56% бытового мусора (представляете — каждый год по 135 миллионов тонн!). Остальное сжигается (14%) или перерабатывается (30%).
Исключительный пример представляет в этом отношении Япония: в островном государстве земля слишком дорога, чтобы отдавать ее под мусорные кладбища, поэтому 76% своих бытовых отходов японцы сжигают, а остальное перерабатывают или также хоронят под землей.
Из развитых стран Израиль на фоне этой картины выглядит самым плачевным образом. Видимо, некоторые «специалисты» считают, что территория у нас такая большая, что ее можно без зазрения совести отдавать под мусорные свалки. 80 (восемьдесят!) процентов бытовых отходов мы хороним под землей. Закрыли печально знаменитую «гору» — Хирию — вблизи Тель-Авива; зато стали наращивать другую, «подземную» гору, в Рамат-Ховаве. По отходам, приходящимся на душу населения, мы не уступаем той же Америке — на 7 миллионов жителей «производим» в год 5 миллионов тонн мусора. Но если Америка 44% своих отходов сжигает или перерабатывает, мы отправляем на переработку всего 20%.
Впрочем, достаточно цифр. Ясно, что кардинальное решение «мусорной» проблемы назрело давно. Лишь благодаря жестким природоохранным законам Европа не задыхается в дыму мусоросжигающих заводов. Но обходится это и промышленникам, и налогоплательщикам недешево: половину затрат при этой технологии «съедают» мероприятия по охране окружающей среды. Израиль до таких расходов еще не дорос, потому и зарывает в землю всю гадость. Но, быть может, именно поэтому и именно здесь нашла воплощение идея плазменной переработки бытового мусора, идея, оказавшаяся на поверку не только самой технологичной, но и самой дешевой.
— В 2000 году, — рассказывает Ицхак Шрем, — мы создали компанию ЕЕК, призванную реализовать задуманный проект. Нас вдохновлял пятнадцатилетний опыт работы российских предприятий по переработке ядерных отходов. Они тоже работали на основе плазменно-химических процессов, и хотя нам предстояло решить несколько иную задачу, мы нисколько не сомневались в успехе. В течение шести лет мы смогли привлечь 34 миллиона долларов инвестиций. В числе основных участников проекта — Токийская финансовая группа (10,6 млн. долларов), компания «Ордан» (8,2 млн.), корейская инвестиционная фирма «Кестрел пасифик» (5,3 млн. долларов). Среди инвесторов также частные лица. В 2001 году мы закупили российскую технологию плазменно-химических процессов и приступили к совместным разработкам по ее исполь зованию в области переработки бытовых отходов. В начале этого года международное сотрудничество дало конкретные результаты: мы завершили строительство заводского корпуса и монтаж оборудования.
…Внешне завод выглядит не так солидно, как могло бы показаться. Небольшой здание административного корпуса, примыкающие к нему металлические конструкции, простое, на первый взгляд, оборудование, расположенное прямо под открытым небом. Между тем именно в этой простоте и заключена «изюминка» плазменной технологии. Ей не требуются большие производственные площади, не нужна «крыша над головой», а рабочий процесс настолько автоматизирован, что сокращает до минимума количество обслуживающего персонала. Но главное преимущество — в неоспоримых преимуществах плазменной термообработки по сравнению с другими методами переработки мусора.
На церемонию открытия завода прибыл научный руководитель проекта академик Евгений Велихов, и я сумел взять у него интервью.
— Евгений Павлович, ваш институт стал пионером в использовании плазменной технологии для переработки промышленных отходов. На ее основе в России в 1990 году был пущен первый завод по переработке радиоактивных отходов — мощностью 80 килограммов в час, пять лет назад — еще один, мощностью 250 килограммов в час. У израильского же завода мощность куда больше: он способен перерабатывать в час тысячу килограммов бытовых отходов…
— Дело не просто в мощности. В данном случае плазменная технология позволяет полностью избавиться от токсичных материалов и газов, которые присутствуют при переработке любого мусора. При переработке ядерных отходов наблюдается совсем другая картина. Мы по определению не можем изменить природу радиоактивного ядра, мы попросту перекладываем ядерный материал из одного места в другое, только делаем его более компактным, удобным для захоронения. Мы не можем уничтожить радиоактивные отходы полностью, а здесь как раз полностью уничтожаем токсичные материалы. Да, и там, и здесь мы используем плазму, но для этого завода разработана совершенно другая технология.
— Вы, наверное, заметили перед заводскими воротами несколько демонстрантов. «Зеленые» протестовали против работы этого завода, а на плакатах было написано «Не сжигайте наше здоровье»…
— Эти люди просто не понимают, чего требуют. Этакую бессмыслицу можно объяснить только абсолютным незнанием дела. Во-первых, никакого сжигания здесь нет: благодаря высоким, до полутора тысяч градусов, температурам в плазмотроне идет совершенно иной процесс — процесс разложения продукта. А во-вторых, с точки зрения экологии наше производств, как я уже сказал, абсолютно чистое, не дающее никаких побочных продуктов. Неужели горы мусора, которые отравляют и у вас в Израиле, и у нас в России землю, воду, воздух — здоровее для организма?! Видите вышку на здании? Это компьютеризированная система контроля над состоянием окружающей среды вокруг предприятия. Стоимость ее — 35 тысяч долларов, и она оправдывает свое назначение: следит за всеми экологическими характеристиками производства. У специалистов министерства экологии никаких претензий, насколько я знаю, к нашему производству нет, почему же они должны быть у «зеленых»? На сегодня это небольшой завод, но в наших ближайших планах — возведение подобного производства уже не в опытных, а в коммерческих целях — мощностью свыше шести тонн в час.
— Сейчас наблюдается всплеск интереса к атомным электростанциям. Поговаривают о ней и в Израиле…
— Да, Ренессанс в данной области заметен, и это понятно: подземные энергетические ресурсы иссякают и будут вскоре не в состоянии удовлетворить потребности человечества в энергии. Пересматривает политику в отношении строительства АЭС Америка, поворачиваются лицом к ядерной энергетике другие страны, недавние ее противники. А наш институт начал почти массовое производство таких АЭС — пока мощностью в 70 мегаватт, но планируем довести ее до 600 мегаватт. И не нужно никакого строительства, никаких хлопот об утилизации ядерных отходов. Мы доставляем такую станцию на основе лизинга, и она начинает работать так же, как работают ваши угольные станции, только не отравляет окружающую среду.
Наш институт выступил также инициатором крупнейшего — стоимостью 20 миллиардов евро — международного проекта по строительству плазменного термоядерного реактора, который будет вырабатывать электрическую энергию из водорода. В прошлом году было подписано совместное многостороннее соглашение о реализации этого проекта, в нем участвуют Европа, включая Россию, Америка, Китай, Япония, Индия, Южная Корея. Мне очень приятно, что и здесь, в Израиле, у нас сложилась такая активная, целеустремленная команда ученых, инженеров и предпринимателей.
— Установленный здесь, в Кармиэле, плазмотрон — плод ученых вашего института, но сама технология — детище как российских, так и израильских ученых, верно?
— Верно. Я всю жизнь занимаюсь тем, что объединяю людей в их научных исследованиях, так что выделять в данном случае какую-то сторону не хочу. Плодотворно работали все ученые и инженеры, и израильская сторона вложила не меньше интеллектуального и физического капитала, чем российская и украинская. Мы так же вместе работали на строительстве магниевого завода на Мертвом море — в этом году, кстати, исполняется десять лет, как мы пустили его в эксплуатацию. И надеюсь, будем плодотворно сотрудничать в дальнейшем.
…На наших глазах в большую воронку загружается грязная масса. Это и есть те самые бытовые отходы, которые мы выбрасываем каждый день в наши мусорные ведра. Больше этого мусора мы уже не увидим. За короткое время он проходит в плазмотроне несколько стадий переработки, а на конечном этапе превращается — трудно поверить — в черную стекловидную массу, ничем не напоминающую недавнее «сырье». Застывшая и разбитая на бесформенные куски, эта масса схожа с кварцем, так же, как и он, не издает никакого запаха. Увидел бы на дороге — подумал: обычный камень.
— Объем этой массы составляет от двух до пяти процентов от объема исходного «материала», — поясняет член российской делегации, директор института высоких технологий и экспериментального производства Курчатовского научного центра Валерий Гнеденко. — То есть, мы получаем продукт, который почти в пятьдесят раз меньше доставленного сюда мусора. Такой «усушки» отходов не знает ни одна другая технология. Полученный же при этом твердый материал абсолютно чист с экологической точки зрения, его можно использовать в строительстве дорог и зданий, он может тысячи лет хранится и под землей без всякого влияния на окружающую среду.
Кроме того, плазменная технология обеспечивает замкнутый цикл всего производственного процесса. Получаемый во время разложения продукта газ не выходит в атмосферу, а направляется на выработку собственной электроэнергии. Мощность заводского генератора — 600 киловатт, причем, 70% этого количества энергии достаточно для внутреннего пользования, а остальные 30% можно продавать на сторону. Таким образом, предприятие не потребляет, а, наоборот, вырабатывает электроэнергию, и использует для этого не уголь или мазут, а обычный мусор.
— А кто изготовитель всего этого оборудования?
— Плазмотрон изготовлен в Украине, на Мариупольском заводе общего машиностроения. Это же предприятие поставило все необходимые металлические конструкции — их тут около ста тонн. И мы уже приступили к работе над другим плазменным реактором, который позволит перерабатывать две тонны отходов в час. Данной технологией заинтересовались уже в ряде стран Европы, и надеемся, этот экспериментальный завод скажет свое веское слово в ее пользу.
Самое просторное помещение административного корпуса — пульт управления заводом. Вернее, пульт — уже устаревшее понятие, поскольку всем процессом управляют компьютеры. На несколько дисплеев, установленных на длинном столе, выведены все параметры работы оборудования и, как сказал мне главный инженер компании Биньямин Блитман, для контроля над всем процессом достаточно двух специалистов в смену.
По словам главного инженера, монтаж и наладка оборудования прошли на заводе в рекордно короткие сроки, за два месяца, в них принимали участие специалисты всех сторон — израильской, российской, украинской, и никаких серьезных проблем при вводе в эксплуатацию не возникло. Словно это было не опытное, а хорошо знакомое всем производство…
Новый завод, действительно, представляет собой не промышленное, а экспериментальное производство. Согласно разрешению министерств промышленности и охраны окружающей среды, он может осуществить пока пятнадцать пусков в году, каждый сроком не более недели. То есть пятнадцать недель работы на ближайший год уникальному предприятию обеспечены. И хотя это не много, все же достаточно для того, чтобы на практике убедиться в эффективности новой технологии и привлечь к ней внимание потенциальных заказчиков.
Ицхак Шрем не сомневается в успехе. Как он отметил, человечество тратит сегодня на переработку бытовых отходов свыше 4 миллиардов долларов в год. Средняя стоимость переработки одной тонны мусора в Европе (речь идет о современных мусоросжигательных заводах) составляет 200 долларов, А плазменно-химическая технология предлагает эту цену снизить втрое — до 70 долларов за тонну. Разве это не выгодно и с экономической точки зрения?
Автор: Яков Зубарев
По материалам: solidwaste.ru
Плазменная переработка мусора и отходов
Плазменные системы ЭПОС-Инжиниринг это: плазмотрон, плазменный узел, источник питания, система управления плазматроном, программа управления.
В установках, на заводах для утилизации ТБО и промышленных отходов должен применяться указанный плазмотрон на всех перечисленных ниже стадиях переработки, или на некоторых стадиях, в зависимости от состава перерабатываемых отходов.
| № | Стадия переработки ТБО | Назначение плазмотрона ЭПОС |
| 1 | Нагрев | нагрев газа для подогрева входящей шихты (подготовленных отходов – ТБО) |
| 2 | Газификация | газификация продуктов переработки и последующей подачи газа на утилизацию (выработку пара или электроэнергии) |
| 3 | Расплавление | Расплавление остатков сжигания ТБО для слива остатков |
| 4 | Уничтожение токсинов | Уничтожение вредных веществ в выбросах и сливаемом продукте |
Основные отличия/преимущества плазмотронов ЭПОС-Инжиниринг:
- Предельно низкие эксплуатационные затраты по сравнению с классическими струйными и пр. плазмотронами, за счет отсутствия деталей быстрого износа
- Простая, от этого надежная, конструкция рабочего узла, изготовлена из стандартных комплектующих, приобретаемых на открытом рынке.
- «Всеядность» плазменного узла – может работать в любых сложных условиях (высокие температуры до 3000 С, физические нагрузки, химически активная среда), за счет простой прочной конструкции, без водяного охлаждения.
- Безопасность эксплуатации за счет отсутствия рисков попадания воды в горячую зоны и за счет автономной работы без регламентных работ
- Конструкция плазмотрона предусматривает непрерывную работу, без остановок, в течение всего периода работы печи, за счет возобновляемых (наращиваемых) электродов в процессе работы, без отключения печи.
- Высокий КПД плазмотрона, 98% мощности выделяется в рабочем пространстве установки ТБО.
Переработка отходов (высокотемпературная). Плазменные источники энергии (часть 4)
… часть 1 часть 2часть 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 5И. 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 2Воздействие 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 4часть 5
И. М. Бернадинер,
Московский энергетический институт (технический университет),
М. Н. Бернадинер, ОАО «НПО «Техэнергохимпром»
Источник: журнал «Твердые Бытовые Отходы» № 5 2011, раздел «Технологии»
При использовании материала/любой его части ссылка на авторство и сайт (www.zaobt.ru) обязательна
Литература
1. Бернадинер М. Н., Шурыгин А. П. Огневая переработка и обезвреживание промышленных отходов. — М.: Химия, 1990. — 304 с.
2. Способ утилизации жидких отходов. Патент РФ, №2353857, опубликовано 27.04.2009. Бюллетень №12.
3. Плазмохимическая переработка отходов хлорорганических производств /А. М. Тухватуллин [и др.] // Химическая промышленность. -1986. -№9.
4. G. Ondrey, К. Fouhy. Plasma arcs sputter new waste // Chemical engineering. — 1991. — December. — S. 32-35.
5. Перспективы плазмохимического уничтожения ПХБ-содержащих конденсаторов и других токсичных отходов / А. П. Цыганков [и др.] // Экология производства. — 2004. -№ 5. — С. 75-79.
6. Моссэ А. Л., Горбунов А. В., Савчин В. В. Электродуговые плазменные устройства для переработки и уничтожения токсичных отходов: материалы 4-го Международного симпозиума по теоретической и прикладной плазмохимии II Ивановский государственный технологический университет, 13-18 мая 2005 г.
7. Гонопольский А. М., Федоров О. Л. Обезвреживание отходов медицинских учреждений в герметичной плазменной печи // Чистый город. -1999.-№ 1(5) — С. 28-31.
8. Опыт внедрения системы сбора, транспортировки и плазменной переработки медицинских отходов (на примере Московской городской инфекционной клинической больницы №1)/А. М. Гонопольский [и др.] I/ Чистый город. — 1999. — № 3 (7). -С. 16-20.
9. Способ и установка для переработки радиоактивных отходов. Патент РФ, № 2320038, опубликовано 20.03.2008. Бюллетень № 8.
10. Плазменные технологии: расширение возможности переработки отходов: материалы Международной конференции «Стратегия безопасности использования атомной энергии — прошлое, настоящее и будущее» / И. И. Кадыров [и др.]. — СПб. — 25-29 сентября 2006 г.
11. Моссэ А. Л., Савчин В. В. Плазмотермическая обработка токсичных отходов II Твердые бытовые отходы. — 2006. — № 12. — С. 22-24.
12. Савчин В. В., Моссэ А. Л. Разработка и исследование плазменной шахтной печи для утилизации радиоактивных отходов: материалы 5-го Международного симпозиума по теоретической и прикладной плазмохимии // Ивановский государственный технологический университет, 3-8 сентября 2008 г.
13. Установка для плазменной газификации различных видов отходов: теплоэнергетика высоких температур / А. Н. Братцев [и др.]. — 2006. -Т. 44. -№6.~ С. 832-837.
14. Переработка твердых отходов методом плазменной газификации: вода и экология: проблемы и решения /А.Н. Братцев [и др.]. — 2006. -№4.~ С. 69-73.
15. Петров С. В. Плазменная газификация отходов: мир техники и технологии. — 2009. — № 7. — С. 54-55.
16. Бернадинер И. М. Диоксины и другие токсиканты при высокотемпературной переработке и обезвреживании отходов. — М.: Издательский дом МЭИ, 2007. — 48 с.
17. Савчин В. В., Моссэ А. Л. Плазменные методы в технологии переработки РАО: материалы VМеждународной конференции «Сотрудничество для решения проблемы отходов». — Харьков, 2008. -С. 50-52.
Технологии переработки бытовых отходов разрабатывают в России
Распространенная категория технологий переработки мусора среди проектов отечественных научных центров, — термические технологии. Это пиролиз и плазменная газификация. По экономическому смыслу они похожи на мусоросжигание: завод потребляет отходы и производит энергию. Пиролиз — термическое разложение отходов без доступа воздуха — проводится при более низких температурах, чем сжигание, и имеет то преимущество, что не образуется дым. Полученные смеси горючих газов, как правило, направляют назад в реактор. Технологии пиролиза достаточно хорошо изучены, и в недавних исследовательских проектах можно обнаружить разве что мобильные установки для переработки небольших количеств мусора. Такую установку для растительных отходов разрабатывали в 2014 – 2016 годах в Тверском государственном университете (было запатентовано лабораторное устройство), а сейчас более универсальный вариант проектирует Донской государственный технический университет.
Плазменная газификация предполагает температуру выше, чем сжигание и пиролиз, — в несколько тысяч градусов Цельсия. Конкретные значения отличаются для разных видов сырья, но не бывают ниже 1800 °С. Переработать при таком экстремальном нагреве можно и бытовой мусор, и опасные отходы, хотя в последнем случае для разложения дополнительно применяют химическое воздействие. На выходе образуются синтез-газ (смесь монооксида углерода и водорода) и неперерабатываемый стекловидный шлак. Синтез-газ можно применить как топливо, использовать для производства электричества или искусственных углеводородов.
Разработками в направлении плазменной газификации твердых отходов в России известны Институт электрофизики и электроэнергетики РАН, Институт теплофизики им. С. С. Кутателадзе Сибирского отделения РАН и Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт». Предыдущий директор Института электрофизики и электроэнергетики Филипп Рутберг, скончавшийся в 2015 году, получил в 2011 году за работу над технологиями низкотемпературной плазмы премию «Глобальная энергия». Уже в 2007 году у института были экспериментальные плазмохимические установки по уничтожению медицинских и жидких опасных отходов и полупромышленная установка по плазменной газификации твердых бытовых отходов. Сейчас на основе испытанной в институте технологии фирма из Малоярославца «Эко-страна» разработала проект мусороперерабатывающего завода в Калуге. Построить его предполагается на собственные средства. Большую часть производимого электричества завод будет потреблять сам, но может и питать, например, теплицу.
Первая созданная в Институте теплофизики СО РАН плазменная установка была предназначена, в первую очередь, для переработки древесины и сельскохозяйственных органических отходов. В 2016 году ученые из института сравнили свою установку и разработку Института электрофизики и электроэнергетики и нашли, что из одинакового сырья — древесины — на новосибирской установке можно получить синтез-газ с более высокой теплотой сгорания, то есть более ценный. Затем в ходе проекта, на который институт получал субсидию по ФЦП «Исследования и разработки» в 2015 – 2017 годах, была разработана и запатентована электропечь для переработки плазмой техногенных твердых отходов. У института есть индустриальные партнеры среди новосибирских заводов, и разрабатывается проект по размещению новой более мощной опытной плазменной установки на одном из них, а затем и на полигоне бытовых отходов в окрестностях города.
У Курчатовского института тоже долгая история разработок по плазменной газификации. Еще в 2007 году СМИ сообщали о запуске в Израиле демонстрационной установки плазменной переработки бытовых отходов, созданной при участии научного центра. Первая в России плазменная печь для переработки твердых радиоактивных отходов также была разработана при участии ученых Курчатовского института. Новый способ переработки мусора научный центр запатентовал в 2012 году. Он предполагает не просто плазменную, а плазменно-химическую обработку отходов с участием катализатора — смеси соединений металлов, также полученной из отходов. Похожий способ тот же коллектив авторов запатентовал для переработки отходов нефтепереработки. Есть вероятность, что эти технологии будут реализованы в северных регионах России. В апреле этого года Курчатовский институт и Минприроды заключили соглашение, по которому научный центр займется актуализацией справочников наилучших доступных технологий для промышленных предприятий. Также ученые могут привлекаться и к другим проектам, в том числе по развитию Арктики. Идеальным вариантом переработки отходов в энергию для северных регионов глава Минприроды Дмитрий Кобылкин назвал как раз плазменную газификацию.
Еще одна вариация термических методов переработки твердых бытовых отходов — изготовление из них топлива. Экологические организации протестуют против такого подхода не меньше, чем против сжигания мусора: считается, что цементные заводы, где потребляется основная масса такого топлива, не очищают дым от диоксинов и других опасных веществ. Тем не менее, в России разрабатываются и свои технологии для производства такого топлива, например, сепаратор для эффективного удаления стекла из смешанных отходов, запатентованный петербургской компанией «Механобр-техника». Есть и другие варианты производства топлива из отходов, но они касаются только их органической составляющей.
Плазменная газификация твердых бытовых отходов для преобразования отходов в стоимость
https://doi.org/10.1016/j.rser.2019.109461Получить права и контентОсновные 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 превращения 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, обсуждались 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 использованием 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
Цитирование статей
Произошла ошибка при настройке вашего пользовательского файла cookie
Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.
Настройка вашего браузера для приема файлов cookie
Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:
- В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
- Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
- Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
- Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
- Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.
Почему этому сайту требуются файлы cookie?
Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.
Что сохраняется в файле cookie?
Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.
Как правило, в файлах cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.
Обзор плазменной обработки твердых отходов
Измаил, Н.и Ф. Н. Ани. 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.
Саббас Т., Полеттини А., Р.Pomi, T. Astrup, O. Hjelmar, P. Mostbauer, G. Cappai, G. Magel, S. Salhofer, C. Speiser, S. Heuss-Assbichler, R. Klein и P. Lechner. 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.
М. Моро, Н. Оранж и М. Г. Дж. Фейлооли. 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., E. Voutsas и D. Tassios. 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., Братцев А.Н., Кузнецов В.А., Попов В.Е., Уфимцев А.А., Штенгель С.В. 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., Кузнецов В.А., Штенгель С.В., Уфимцев А.А. 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. Международный журнал исследований железа и стали.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.С., 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, К. 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 СВЧ паровой и воздушной плазменной горелки. Международный журнал водородной энергетики. 37 (22): 17093–17100.
Шен, К., Д. Сунь 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. Зайяковца, В. Кудрле, М. Бублан, Дж. Матейковца, А. Рек, Дж. Бурайк и М. Кадлешков. 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 с помощью 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.
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.
Плазмадает 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 по 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 выборочной обработки, повышая, таким образом, эффективность.
По словам Дэниела Кона, физика из Центра синтеза плазмы 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 ядерного объекта 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 углекислый газ, поваренную соль, воду и некоторое количество окиси 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 оценкам 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 отходящих газах. Плазма возбуждает тяжелые металлы и заставляет их испускать излучение, которое обнаруживает их спектроскопические отпечатки пальцев; могут быть обнаружены концентрации до 1 ppb.Рассматриваются другие средства диагностики для непрерывного мониторинга состава сырья, молекулярного состава отходящего газа и скорости газа.
Плазменная газификация превращает отходы в энергию
Прочтите эту статью в нашем интерактивном виртуальном ридере! Нажмите здесь
Преобразование отходов в энергию — это новый Святой Грааль для энергетической отрасли, но он основан на вековой концепции: сжигание мусора в качестве топлива. Точно так же, как древесина и уголь, мусор также может генерировать тепло, необходимое для работы турбин и выработки электроэнергии.Сжигание мусора — обычная практика в большинстве стран, и дополнительное преимущество производства энергии при этом имеет только смысл. Единственная проблема заключается в том, что при сжигании мусора выделяются различные токсичные химические вещества, которые могут загрязнять воздух и приводить к деградации озона при массовом применении. Однако все меняется с появлением новых технологий, обещающих более чистое производство энергии из отходов, и самой крутой из этих технологий должен быть процесс плазменной газификации (PGP).
PGP — это последнее повальное увлечение технологиями сжигания отходов, и для любителей физики перспектива использования плазмы — «четвертого состояния материи» — сама по себе интригующая перспектива.По сути, процесс плазменной газификации (также известный как плазменная газификация) работает путем создания электрической дуги между двумя электродами, расположенными на расстоянии друг от друга. Инертный газ под давлением проходит через дугу и отводится в герметичный контейнер для мусора. Температура внутри контейнера может достигать 25 000 ° F (13 900 ° C) в столбе дуги.
При таких высоких температурах вещество буквально распадается на основные элементарные формы в инертном газообразном состоянии, и этот синтетический газ, обычно называемый «синтез-газом», собирается для использования, аналогичного природному газу, например для работы турбин на электростанции. , или использование аналогично газообразному водороду, например, работающие топливные элементы.Синтез-газ можно даже дополнительно переработать в жидкое топливо, которое потенциально может использоваться в транспортных средствах. При использовании системы плазменной газификации происходит примерно 99% конверсии твердых отходов в синтез-газ. Оставшийся один процент твердых отходов, оставленных неорганическими материалами, называемыми «шлаками», можно подвергнуть дальнейшей очистке, но, конечно, за счет затрат. Из каждых 1500 тонн отходов PGP может производить примерно 60 мегаватт эквивалента энергии.
Синтез-газ, создаваемый PGP, может быть повторно введен в общую систему в качестве источника энергии, который управляет установкой, питая все, от плазменных горелок до системы транспортировки, которая подает отходы.Таким образом, создается энергоэффективная мусоросжигательная печь с замкнутым контуром, которая эффективно сводит к минимуму захоронение отходов и не выделяет токсичные газы. Этот процесс даже приветствуется за его способность разрушать труднообрабатываемые и опасные материалы, такие как батареи и медицинские отходы.
По данным Технологического института Джорджии, «плазменная газификация может создать больше возобновляемой энергии, чем прогнозируемая энергия от солнца, ветра, свалочного газа и геотермальной энергии вместе взятых».
ПОСМОТРЕТЬ ДРУГИЕ ГЛАВНЫЕ ИСТОРИИ В СЕТИ СОДЕРЖАНИЯ WDM
Самые экологичные компании мира: Joohnson & Johnson, HP и IBM
Торговля энергией: таблицы vs.Автоматизированное программное обеспечение
Будущее батарей: распределенный подход к хранению энергии
UFO Power Center контролирует потребление энергии с помощью iPhone и iPad
Теперь вот загвоздка. Хотя эта плазменная технология применялась с переменным успехом на небольших и испытательных объектах, компании все еще стремятся усовершенствовать процесс, чтобы он работал в более крупном масштабе, который может быть полностью интегрирован с операциями по удалению городских отходов в крупных городах.
Hitachi Metals Ltd.и Westinghouse Plasma разработали одну из первых в мире успешных установок плазменной газификации в Йошии, Япония, в 2000 году. Завод перерабатывал 166 коротких тонн отходов в день, и успех привел к строительству двух других заводов. Завод в городе Утисинай в Японии успешно перерабатывает бытовые отходы в энергию с 2001 года и послужил образцом для наступления эры плазменных отходов в энергию.
Компания по плазменной газификации Alter NRG с тех пор приобрела Westinghouse Plasma и в настоящее время планирует более 50 проектов PGP по всему миру.
Plasco Energy Group применяет другой подход в своем запатентованном процессе плазменной газификации, который, по ее утверждению, может снизить чистое потребление энергии в системе, что сделает ее еще более эффективной. Процесс Plasco начинается с удаления из городских отходов любых материалов, которые традиционно могут быть переработаны. Затем оставшиеся отходы подают в традиционный газификатор (не плазменный), который использует тепло, возвращаемое всей системой, для газификации отходов.При этом выделяются различные газы, включая высокотоксичные газы, которые затем проходят через плазменную дугу для дальнейшей очистки. Plasco утверждает, что использование плазменной дуги для очистки сырого газа, а не для сжигания твердых отходов, намного более энергоэффективно.
Любые оставшиеся твердые отходы процесса Plasco затем загружаются в плазменную камеру, которая плавит отходы в жидкость, которая при охлаждении похожа на стекло и может использоваться в различных строительных приложениях.В процессе очистки газа Plasco извлекаются различные полезные материалы, от воды до соли, от серы до тяжелых металлов, которые также могут быть проданы на рынок для дальнейшего уравновешивания общей стоимости системы.
Plasco Energy Group, Alter NRG и другие компании, занимающиеся плазменной газификацией, возглавят революцию в области преобразования отходов в энергию. Преобразование мусора в энергию, возможно, не самый привлекательный из вариантов возобновляемой энергии, но его практичность намного превосходит даже самые многообещающие на сегодняшний день разработки в области солнечной и ветровой энергетики, особенно если учесть, что солнечные и ветряные фермы ничего не делают для уменьшения количества свалок.
Является ли плазменная газификация решением для пластмасс и всех отходов?
Пришло время сосредоточиться на расширении целей, чтобы заняться устойчивым развитием. Вступившее в силу в январе 2018 года решение правительства Китая («Национальный меч») прекратить прием любых 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 емкости, в результате чего, согласно EPA, остается 3091 действующая свалка.Давно прошли те времена, когда в каждом городе была свалка. По данным EPA, в семи штатах в ближайшие пять лет не хватит места для захоронения отходов. После закрытия полигона Fresh Kills, Нью-Йорк отправляет мусор в Огайо, Пенсильванию, Западную Вирджинию и другие страны. Особые трудности возникают в центрах крупных городов, которые все больше и больше перемещают отходы на свалки, что приводит к увеличению затрат и увеличению выбросов углерода.
Настоящее
Использование дешевой земли для свалки и складирования мусора не является экологически безопасной практикой.Свалки могут протекать и имели место утечки, вызывая загрязнение поверхностных и грунтовых вод, загрязнение почвы и выбросы парниковых газов. Правила действующих свалок теперь требуют мониторинга и инвестиций в системы сбора и обработки свалочного газа. Закрытые свалки продолжают нести расходы до 30 лет из-за размещения ТБО, требующих длительного ухода. Земля играет жизненно важную роль в экосистеме природы, и прием и хранение мусора не являются ее частью.
Существующая сегодня цепочка поставок ТБО в основном такая же, как и в 1937 году, с добавлением правил и усовершенствований технологий.Грузовики прибывают к обочине, чтобы забрать мусор, а другой прибывает для вывоза вашего переработанного содержимого, при условии, что он есть в вашем муниципалитете, и еще один грузовик, возможно, в другой день заберет отходы вашего двора.
Все эти грузовики отправляются на перевалочную станцию, где отходы консолидируются, а затем переправляются на грузовики дальнего следования. Транспортировка на дальние расстояния доставляет ТБО к следующему объекту, будь то свалка, центр переработки или место компостирования. Если поток считается загрязненным, он снова будет перенесен на этот раз на свалку в качестве последнего пристанища.
Это современная инфраструктура ТБО в США.
Пластиковые проблемы
Сегодня заголовки привлекают внимание к тому, что пластик — это проблема. 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.
Научное 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, отходы дворовых площадок, продукты питания, грязь и т. Д. .к основным элементам. Тепло также плавит металлы, которые восстанавливаются.
Основными продуктами плазменной газификации являются два: синтетический газ («синтез-газ») и шлак / застеклованная стекловидная порода. Оба 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, которое представляет собой сжигание парниковых газов с выбросом парниковых газов и образование 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.
Уменьшение 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 посредством плазменной газификации и UF Center For Advanced Recycling, электронная почта д-ра Брюса Велта по адресу [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. Уйдя на пенсию после 32 лет работы в Procter & Gamble Co., он посвятил себя обучению, руководству и вдохновению сотрудников упаковочной промышленности на рост. Следуйте за ним в твиттере через @ gamechanger78
.Доказательство плазменной газификации | Biomassmagazine.com
Исследователи считают, что экономически выгодно использовать технологию плазменной газификации для преобразования твердых бытовых отходов в энергию.Это просто вопрос строительства того первого коммерческого завода в Соединенных Штатах, чтобы он прижился.
Плазма, также известная как четвертое состояние вещества, — это газы, нагретые до точки ионизации и прошедшие между двумя электродами, которые создают электрическую дугу.
Эта дуга разрушает отходы в основном на элементарный газ и твердые отходы (или шлак) в устройстве, называемом плазменным преобразователем. Заряженные частицы, такие как электроны, проводят электричество и выделяют тепло, эквивалентное температуре поверхности Солнца. Тепло разрывает соединения и превращает неорганические твердые вещества (остеклованную золу) в стеклообразные вещества, которые могут быть проданы строительной отрасли в качестве заполнителя для использования в блоках, кирпиче, гравии и бумаге.Между тем, в этом процессе органические материалы превращаются в синтез-газ, который можно преобразовать в электричество и жидкое топливо. Весь процесс преобразования происходит в герметичной оболочке, поэтому никаких выбросов не происходит.
«[Плазменная газификация] наконец становится очень рентабельной, — говорит Лу Чирчео, директор по исследованиям плазменной газификации в Технологическом исследовательском институте Джорджии. Чирчео занимается технологией плазменной газификации более 30 лет и считается экспертом в этой области.Он говорит, что одним из ключевых преимуществ плазменной газификации является гибкость типов сырья, которое она может преобразовывать. «Фактически, сейчас это почти как идеальный шторм», — говорит он. «Мы наконец достигли точки, когда будет дешевле доставить мусор на плазменную установку и производить энергию, чем вывозить мусор и просто сбрасывать его на свалку».
Коммерческие установки плазменной газификации пока не получили большого распространения в Соединенных Штатах, но они завоевывают популярность в других странах.В Японии три действующих завода: пилотная установка мощностью 166 тонн в день в Йоши, разработанная совместно Hitachi Metals Ltd. и Westinghouse Plasma Corp., которая была сертифицирована после демонстрационного периода с 1999 по 2000 год; завод мощностью 165 тонн в день в г. Уташинай, построенный в 2002 году; и завод производительностью 28 тонн в день, введенный в эксплуатацию городами-побратимами Михама и Миката в 2002 году. PlascoEnergy Group в настоящее время использует демонстрационный завод плазменно-дуговых отходов в Оттаве, Канада, на полигоне Trail Road Landfill, в то время как Advanced Plasma Power построила Gasplasma модульная испытательная установка в Фарингдоне, Оксфордшир, Англия.
Вопрос в том, почему плазменная газификация рекламируется как имеющая неотъемлемые преимущества перед традиционными методами сжигания, захоронения и / или захоронения и используется во всем мире, почему в Соединенных Штатах не работает ни одна установка плазменной газификации промышленного масштаба?
«Основная причина заключается в том, что с любой новой технологией вы, как правило, не можете получить ее финансирование», — говорит Джефф Сурма, президент и главный исполнительный директор InEnTec Chemical LLC, добавляя, что ее внедрение обычно стоит от 1 до 300 миллионов долларов.
Созданная учеными из Массачусетского технологического института, Battelle и General Electric, компания из Бенд, штат Орегон, разработала запатентованную систему газификации Plasma Enhanced Melter, которая используется на небольших предприятиях на Гавайях, в Японии и Малайзии для удаления опасных трата. Внутри страны компания внедряет свою технологию PEM в коммерческих масштабах в Рино, штат Невада. Проект, названный Sierra BioFuels, будет принадлежать компании Fulcram BioEnergy Inc., которая также предоставляет услуги по проектированию, финансированию и строительству.Вновь созданная дочерняя компания InEnTec, InEnTec Energy Solutions LLC, будет иметь миноритарный пакет акций в проекте.
Ожидается, что завод Sierra BioFuels, когда он начнет работать в начале 2010 года, будет производить около 10,5 млн. Г этанола и перерабатывать около 90 000 тонн ТБО в год. Помимо проекта Reno, InEnTec заявляет, что у нее есть контракты с Dow Corning Corp. и Veolia Environmental Services на создание первого в стране процесса плазменной газификации для переработки опасных отходов с использованием технологии PEM компании на заводе Dow Corning в Мидленде, штат Мичиган.Завод PEM будет эксплуатироваться Veolia. «Единственный способ построить эти заводы — получить чистый капитал, а это немного отличается от долга», — говорит Сурма. «Вы много отдаете, когда привлекаете капитал. Это баланс попыток собрать достаточно капитала для строительства первых — два или три завода позволят вам получить более традиционное финансирование проекта».
Разработчики рассматривают технико-экономическое обоснование как плацдарм для проверки технологии и строительства новых объектов в США.
Ориентация на осуществимость
Несомненно, разработчики будут следить за Интернэшнл-Фоллс, Миннесота. В конце июня было начато обширное технико-экономическое обоснование предлагаемого проекта плазменной газификации биомассы для получения энергии в маленьком городке в округе Кучичинг. Westinghouse Plasma возглавляет предварительные проектные работы по реактору газификации и конструкции горелки. Компания Coronol LLC, занимающаяся консалтингом и разработкой в области плазменной газификации, из Миннеаполиса выступает в качестве ведущего разработчика и руководителя проекта.Технико-экономическое обоснование находится на независимом рассмотрении консалтинговой фирмы R.W. Beck из Сиэтла. Агентство по контролю за загрязнением окружающей среды Миннесоты наблюдает за исследованием, которое финансировалось штатом Миннесота.
ИСТОЧНИК: ALTER NRG
«Мы не представляем нашу технологию как серебряную пулю», — говорит Марк Монтемурро, президент и главный исполнительный директор компании Alter NRG, расположенной в Калгари, Канада, которая является материнской компанией Westinghouse Plasma. Westinghouse Plasma считается ведущим поставщиком технологий плазменной газификации в мире.Компания также поставляет оборудование для плазменной газификации для завода Coskata по производству целлюлозного этанола в Мэдисоне, штат Пенсильвания. Alter NRG будет использовать массив сырья биомассы для создания синтез-газа, в котором Coskata будет использовать свой технологический процесс, который преобразует синтез-газ в этанол. Монтемурро говорит, что строительство ведется, и Alter NRG ожидает, что объект будет сдан в эксплуатацию к началу следующего года. «Мы думаем, что его следует разрабатывать вместе с другими программами рециркуляции, а также с потенциально другими технологиями, более подходящими с финансовой точки зрения для работы с определенными типами биомассы», — говорит Монтемурро.
Итак, какие факторы привели округ Кочичинг к решению внедрить технологию плазменной газификации? «Простой ответ — время, общественное признание, технологии и экономика», — говорит Пол Неванен, директор Управления экономического развития округа Кучичинг в Интернешнл-Фоллс, отмечая, что заключительные этапы исследования должны быть завершены в конце этого года. «Это решение имело для нас большой смысл. Оно привлекательно, потому что вы избавляетесь от выбросов, производите энергию и ничего не вкладываете в землю.»
После завершения технико-экономического обоснования и если округ решит продолжить, демонстрационный проект будет обрабатывать более 100 тонн ТБО в день, используя все отходы округа Кучичинг, а также аналогичные отходы, собранные в соседних округах.
По словам Джона Ховарда, главного технического директора Coronal, успешная коммерциализация технологии плазменной газификации в Соединенных Штатах зависит от того, насколько хорошо будет проведена комплексная проверка до того, как проект будет реализован.«Как можно более осмотрительное проведение комплексной проверки имеет решающее значение для развития этих проектов», — говорит он. «Мы стараемся применять этот подход для каждого из наших проектов. Мы должны доказать, что это решение работает и что, по большей части, именно этому и посвящен проект International Falls».
Как и в случае с любой новой технологией, преодоление сложных препятствий при выдаче разрешений является частью процесса при разработке нового проекта такого рода. По словам Сурмы, не менее важны и другие факторы, такие как оценка типа ТБО, производимого в конкретном месте.
«Одна из вещей, которые мы решили сделать, — это сохранить наши технологии в масштабе, отвечающем потребностям местных сообществ», — говорит он. «Хорошая вещь в том, чтобы держать его в меньших масштабах, скажем, от 250 до 500 тонн в день, заключается в том, что вы имеете дело только с материалом местного производства. Что исторически было реальной проблемой при разрешении любого из этих крупных предприятий по переработке отходов, где бы он ни был вы решаете построить его, потому что вы привозите отходы с расстояния 20 миль, чтобы заполнить этот завод, и принимающее сообщество не особенно любит, когда на них сбрасывают отходы всех остальных.»
Помимо InEnTec, в США разрабатываются еще два проекта. Планируется, что первая в стране система утилизации отходов на основе плазмы будет введена в эксплуатацию в округе Сент-Люси, штат Флорида. Разработанная Geoplasma Inc. установка, как ожидается, будет испарять от 200 до 400 тонн отходов в день и должна быть введена в эксплуатацию. в 2009.
Город Таллахасси, штат Флорида, подписал крупнейший на сегодняшний день контракт на переработку отходов плазменной дуги с Джексонвиллем, штат Флорида.