Plazmové zplyňování - Plasma gasification

Zplyňování plazmovým obloukem
Typ procesu Chemikálie
Průmyslová odvětví Odpadové hospodářství
Energie
Hlavní technologie nebo dílčí procesy Plazmový oblouk
Plazmová elektrolýza
Feedstock Komunální a průmyslový odpad
Biomasa
Tuhé uhlovodíky
Produkty) Syngasová
struska
Oddělený kovový šrot

Plazmové zplyňování je extrémní tepelný proces využívající plazmu, která převádí organickou hmotu na syngas (syntézní plyn), který je primárně tvořen vodíkem a oxidem uhelnatým . Plazmový hořák poháněn elektrickým obloukem se používá pro ionizaci plynu a katalyzovat organickou hmotu do syntézního plynu , se struska zbývající jako vedlejší produkt. Používá se komerčně jako forma zpracování odpadů a byl testován pro zplyňování paliva z odpadů , biomasy , průmyslových odpadů , nebezpečných odpadů a pevné uhlovodíky , jako je například uhlí , ropných písků , ropný koks a živičné břidlice .

Proces

Malé plazmové hořáky obvykle používají inertní plyn, jako je argon, kde větší hořáky vyžadují dusík . Tyto elektrody se liší od mědi nebo wolframu na hafnia nebo zirkonia , spolu s různými jinými slitinami . Silný elektrický proud pod vysokým napětím prochází mezi oběma elektrodami jako elektrický oblouk . Inertní plyn pod tlakem se ionizuje procházející plazmou vytvořenou obloukem. Teplota pochodně se pohybuje od 2 000 do 14 000 ° C (3600 až 25200 ° F). Teplota plazmatické reakce určuje strukturu plazmy a tvořícího se plynu.

Odpad se zahřívá, roztaví a nakonec odpaří . Pouze za těchto extrémních podmínek může dojít k molekulární disociaci rozbitím molekulárních vazeb . Složité molekuly jsou rozděleny na jednotlivé atomy . Výsledné elementární složky jsou v plynné fázi ( syngas ). Molekulární disociace pomocí plazmy se označuje jako „plazmová pyrolýza “.

Suroviny

Surovina pro léčbu plasma odpadu je nejčastěji Paliva z odpadů , biomasy odpadu, nebo obojí. Suroviny mohou také zahrnovat biomedicínský odpad a nebezpečné materiály . Obsah a konzistence odpadu přímo ovlivňuje výkon plazmového zařízení. Předtřídění pro extrakci zpracovatelného materiálu pro zplyňování zajišťuje konzistenci. Příliš mnoho anorganického materiálu, jako je kov a stavební odpad, zvyšuje produkci strusky, což zase snižuje produkci syntézního plynu . Výhodou však je, že samotná struska je chemicky inertní a lze s ní bezpečně manipulovat (některé materiály však mohou ovlivnit obsah produkovaného plynu). Obecně je nutné drcení odpadu na malé rovnoměrné částice před vstupem do hlavní komory. To vytváří účinný přenos energie, který umožňuje dostatečné rozložení materiálů.

Pára se někdy přidává do zplyňovacích procesů, aby se zvýšila tvorba vodíku ( reformování párou ).

Výnosy

Čistý vysoce kalorický syntetický plyn sestává převážně z oxidu uhelnatého (CO) a vodíku (H 2 ). Anorganické sloučeniny v odpadním proudu se nerozkládají, ale tají, což zahrnuje sklo, keramiku a různé kovy.

Vysoká teplota a nedostatek kyslíku brání tvorbě mnoha toxických sloučenin, jako jsou furany , dioxiny , oxidy dusíku nebo oxid siřičitý v samotném plameni. Dioxiny se však tvoří během ochlazování syntézního plynu.

Kovy pocházející z plazmové pyrolýzy mohou být získány ze strusky a případně prodány jako komodita. Inertní struska vyrobená některými procesy je granulována a může být použita ve stavebnictví. Část syngasu vyrobeného přivádí turbíny na místě, které pohánějí plazmové hořáky a podporují tak napájecí systém.

Zařízení

Některé plazmové zplyňovací reaktory pracují při podtlaku , ale většina se pokouší získat zpět plynné a/nebo pevné zdroje.

Výhody

Hlavní výhody technologií plazmového hořáku pro zpracování odpadu jsou:

  • Zabránění tomu, aby se nebezpečný odpad dostal na skládky
  • Některé procesy jsou navrženy tak, aby využívaly popílek, spodní popel a většinu ostatních částic na 95% nebo lepší odklon ze skládek a aby nedocházelo ke škodlivým emisím toxického odpadu
  • Potenciální produkce zeskelněné strusky, která by mohla být použita jako stavební materiál
  • Zpracování odpadu z biomasy na hořlavý plyn pro elektrickou energii a tepelnou energii
  • Výroba produktů s přidanou hodnotou (kovů) ze strusky
  • Bezpečné prostředky ničí jak lékařský, tak mnoho dalších nebezpečných odpadů .
  • Zplyňování s hladovým spalováním a rychlé kalení syntézního plynu ze zvýšených teplot může zabránit produkci dioxinů a furanů, které jsou běžné ve spalovnách
  • Emise do ovzduší mohou být čistší než skládky a podobné jako u spaloven.

Nevýhody

Hlavní nevýhody technologií plazmového hořáku pro zpracování odpadu jsou:

  • Velké počáteční investiční náklady ve srovnání s alternativami, včetně skládkování a spalování .
  • Provozní náklady jsou ve srovnání s náklady na spalování vysoké.
  • Malá nebo dokonce záporná čistá produkce energie.
  • Mokré krmné zásoby mají za následek menší produkci syntézního plynu a vyšší spotřebu energie.
  • Častá údržba a omezená dostupnost závodu.

Komercializace

Hlavní článek: komercializace plazmového zplyňování

Zplyňování plazmovým hořákem se komerčně používá k likvidaci odpadu na celkem pěti místech po celém světě s kombinovanou konstrukční kapacitou 200 tun odpadu denně, z toho polovinu tvoří odpad z biomasy.

Energetické využití z toků odpadů pomocí plazmového zplyňování je v současné době realizováno v celkem jednom (možná ve dvou) zařízeních, což představuje kapacitu zpracování 25–30 tun za den odpadu.

Vojenské použití

Americké námořnictvo používá systém likvidace odpadu z plazmatu (PAWDS) na své nejnovější generaci letadlové lodi Gerald R. Ford . Použitý kompaktní systém bude zpracovávat veškerý hořlavý pevný odpad vzniklý na palubě lodi. Po dokončení továrních přejímacích testů v Montrealu je naplánováno odeslání systému do loděnice Huntington Ingalls k instalaci na nosič.

Viz také

Reference

externí odkazy