Выход продуктов реакции при плазменной переработки мусора

Мощность РїРѕ выработке электрической энергии — РґРѕ 6 РњР’С‚, полезная выработка РЅРµ менее 4 РњР’С‚.

Занимаемая площадь – 400 кв. м.

Технология переработки отходов

• Подготовка сырья. РџСЂРѕРёСЃС…РѕРґРёС‚ измельчение сырья, обезвоживание, доизмельчение Рё подача РІ плазменный реактор.

Необходимый температурный режим в реакторе обеспечивается работой плазмотрона, к которому непрерывно подводится электрический ток.

Плазменная или плазмохимическая технология переработки органических отходов является высокотемпературной разновидностью технологии пиролиза (газификации).

В реакционной камере осуществляется пиролизный процесс без доступа воздуха с образованием при высоких температурах (от 1300 до 2000°С) пиролизного газа, который дожигается в специальной камере.

За счет энергии электрической дуги плазмотрона, пирогаз диссоциирует и ионизируется, превращаясь в плазму с высокой теплоемкостью и теплопроводностью.

Образовавшаяся в процессе деструкции газовая смесь поднимается в верхнюю часть реактора, отдает свое физическое тепло твердым отходам, за счет чего происходит их термодеструкция с образованием парогазовой смеси. Шлак, который накапливается в нижней части реактора в виде расплава, периодически удаляется.

• Плазмообразующий газ продувается через электрическую РґСѓРіСѓ, РіРґРµ РѕРЅ ионизируется. Соединение основных атомов Рё молекул принимает форму синтез-газа, который используется для производства электричества Рё тепла, или как сырье для производства синтетических углеводородов. Полученное тепло используется РІ котле-утилизаторе для выработки пара Рё электроэнергии, Р° дымовые газы направляются РЅР° газоочистку.
• Отходы подвергаются воздействию таких высоких температур, что органическая составляющая газифицируется Рё подвергается разделению РЅР° молекулы, Р° неорганическая составляющая образует стекловидный шлак. Отличия плазменного процесса РѕС‚ обычного сжигания отходов состоят РІ более высоких температурах Рё полностью замкнутом технологическом цикле системы. Р’ плазменной системе образуется меньше твердых остатков, что упрощает РёС… обработку.
• Выходящий РёР· реактора синтез-газ подвергается очистке РѕС‚ примесей, охлаждается РґРѕ температур 250-400 градусов РЎ
• Синтез-газ направляется для выработки электроэнергии РЅР° газопоршневой электростанции
• Часть произведенной электроэнергии отбирается для собственных нужд, РІ том числе для поддержания горения плазмотрона.
• Стекловидный шлак может быть использован для производства газобетонов, теплоизоляционных плит Рё РІ качестве составной части дорожной одежды.

Выработка электрической энергии

— температура наружного РІРѕР·РґСѓС…Р°: РѕС‚ -50 РґРѕ +50 °С
— относительная влажность РІРѕР·РґСѓС…Р° РїСЂРё 25°С: 98%

Экономика проекта

Общая стоимость завода для реализации проекта составляет 5,7 млн. рублей в ценах июня 2016г.

, включая проектирование и шеф-монтаж При переработке 1 500 кг/час древесных отходов вырабатывается 1 700 нм³/час синтез-газа.

Выработка электроэнергии: 1 700 нм³ x 4 = 6 800 КВт/час Собственное потребление электроэнергии: 1 000 КВт/час Отпуск электроэнергии в сеть: 5 800 КВт/ч Персонал: 16 человек Ресурс оборудования плазменного реактора до капитального ремонта: 86 000 часов

Гарантийный срок: 12 месяцев с начала эксплуатации

Установка “Плутон”: плазменно-пиролитическая переработка твердых РАО

Внедрение на АЭС процесса плазменной переработки твердых РАО представляет технологически и экономически выгодную альтернативу созданию комплексов многостадийного обращения с ТРО на основе технологий сжигания, плавления, цементирования, прессования и суперкомпактирования, а также исключает необходимость повторного кондиционирования продуктов переработки через 30-50 лет.

Недостатки «холодных» и «горячих» методов переработки ТРО

Основные современные технологии обработки твердых радиоактивных отходов атомных электростанций включают процессы предварительной подготовки ТРО к переработке, такие как извлечение отходов из хранилищ, их фрагментирование и сортировку, а также методы термической переработки, в основном, сжигания горючих твердых и жидких РАО с последующим цементированием зольного остатка.

Кондиционирование негорючих ТРО проводится методами прессования и суперкомпактирования; упаковки с компактированными и цементированными отходами размещаются на длительное хранение в невозвратных защитных контейнерах, в них же размещается и часть отходов, не подвергшихся переработке. Все перечисленные «холодные» методы кондиционирования характеризуются относительно невысокими коэффициентами сокращения объема отходов, поэтому требуют больших площадей и объемов хранилищ для размещения кондиционированных форм РАО. Такие технологии, не предусматривающие существенных изменений и стабилизации физико-химических свойств отходов, по своей сути являются решениями, отложенными на 30-50 лет.

Термические методы обеспечивают глубокую переработку отходов и разрушение органических и биологических компонентов, а также повышение качества продуктов, предназначенных для длительного хранения или захоронения. Наиболее распространенными для обращения с горючими радиоактивными отходами являются технологии сжигания, однако их главным недостатком является получение легко выщелачиваемого и пылящего продукта – радиоактивной золы, которая требует дальнейшей переработки и кондиционирования.

На сжигание направляются тщательно сортированные отходы, не содержащие негорючие компоненты, которые могут вывести из строя узлы печи сжигания и выгрузки зольного остатка. Таким образом, значительная часть смешанных отходов, зачастую влажных, содержащих наряду с горючими компонентами мелкие металлические детали, куски кабеля, строительный мусор, теплоизоляцию, комки земли, направляется на цементирование, прессование или суперкомпактирование. Все эти кондиционированные формы в результате постепенного разложения и гниения органических материалов теряют свои прочностные качества: нарушается герметичность упаковки, в объеме отходов образуются пустоты, возможны выходы наружу радиоактивных конденсатов.

Установка «ПЛУТОН»

Плазменная технология позволяет эффективно перерабатывать смешанные отходы сложного состава с получением продукта, который не содержит органические материалы и не теряет свою химическую стойкость и механическую прочность в течение десятков и сотен лет.

Одной из наиболее эффективных разработок специалистов ГУП МосНПО «Радон» является технология плазменного сжигания ТРО низкого и среднего уровней активности. На предприятии создана и эксплуатируется установка «Плутон», обеспечивающая плазменную переработку отходов сложной морфологии с получением кондиционированного продукта в одну стадию и высоким коэффициентом сокращения объемов РАО. Стеклоподобный конечный продукт, плавленый шлак, пригоден для захоронения или длительного хранения на полигоне кондиционированных радиоактивных отходов.

Устройство и вид шахтной печи плазменной установки «Плутон» приведены на рисунке 1.

1 – узел загрузки
2 – шахта
3 – плавитель
4 – бокс приема шлака
5 – плазмотрон
6 – узел слива шлака
7 – выход пирогаза

Органическая часть радиоактивных отходов подвергается пиролизу в печи шахтного типа с производительностью 200-250 кг/час в условиях недостатка кислорода, в то время как процесс плавления шлака проводится в окислительной атмосфере, что способствует полному уничтожению органических компонентов шлака и получению более однородного продукта.

Нагрев плавителя шахтной печи до температур 1500-1800 о С возможен благодаря использованию дуговых плазмотронов постоянного тока, разработанных на ГУП МосНПО «Радон». На рисунке 2 представлены разрез и плазменный факел работающего плазмотрона.

Плавленый шлак (рис. 3) представляет собой базальтоподобный монолит, где содержание оксида алюминия достигает 28% мас., оксида кремния – до 56% мас.; оксида натрия – от 2,5% мас. до 11% мас. В матрице шлака надежно фиксируются радиоактивные изотопы, а также оксиды тяжелых металлов, таких как свинец, никель, медь, цинк и т.д.

Плотность шлака составляет 2,5-3,5 г/см 3 . Он является чрезвычайно устойчивым к химическому воздействию материалом (см. таблицу). Скорость выщелачивания из шлака в воду натрия, одного из самых «подвижных» элементов, в среднем на порядок ниже подобного показателя для боросиликатных стекол и на два-три порядка ниже, чем у цементных матриц. Скорость выщелачивания большинства других элементов, в том числе тяжелых металлов, еще ниже, поэтому подобный шлаковый компаунд можно рассматривать как одно из самых совершенных средств консервации радиоактивных элементов и неорганических токсикантов.

Характеристики химической стойкости шлаков

Скорость выщелачивания, г/см 2 *сут

Доля выщелоченного компонента (100 суток), %

Приемные контейнеры со шлаковым компаундом загружаются в невозвратные защитно-транспортные контейнеры и размещаются на полигоне долговременного хранения кондиционированных форм РАО в Научно-производственном комплексе ГУП МосНПО «Радон».

ГУП МосНПО «Радон» получил разрешение Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору РФ на переработку твердых радиоактивных отходов низкого и среднего уровней активности плазменным методом в 2007 году, и с 2008 года на установке «Плутон» ведется плановая переработка ТРО.

На переработку принимаются твердые радиоактивные отходы смешанного типа, близкие по морфологическому составу ТРО атомных электростанций. Наряду с горючими материалами (бумагой, древесиной, текстилем, кожей, полимерами) перерабатываемые отходы включают до 30-40% негорючих компонентов (строительного мусора, стекла, грунта, ила, металлического скрапа, теплоизоляционных материалов и т.д.). Суммарная влажность отходов может достигать 40% при влажности содержимого отдельных упаковок до 90%. Удельная активность ТРО, принимаемых на термическую переработку, ограничивается, согласно условиям действия лицензии, значениями 2,2*10 5 Бк/кг по α-излучающим радионуклидам и 3,7*10 6 Бк/кг по β-излучающим радионуклидам.

В 2009-2011 годах плазменным методом в шахтной печи установки «Плутон» были переработаны такие «неудобные» для других высокотемпературных технологий отходы, как активированный уголь, неорганические сорбенты и донные отложения (илы), выгруженные из аппаратов очистки ЖРО и сборников стоков системы спецканализации. Эти виды отходов характеризуются высоким содержанием влаги (до 90%), в сухом остатке илов доля органических веществ достигала 50%.

Плазменным методом успешно перерабатываются ранее подпрессованные смешанные отходы после извлечения из тары и переупаковки в крафт-мешки, а также отходы, подвергшиеся суперкомпактированию в металлической упаковке.

Проблема переработки перечисленных выше видов радиоактивных отходов весьма актуальна для атомных электростанций. Плазменная технология способна в значительной степени снизить ее остроту.

Преимущества плазменной технологии

Практика ГУП МосНПО «Радон» показывает, что удельные капитальные затраты на создание подобной установки и эксплуатационные расходы на переработку РАО плазменным методом (на единицу массы перерабатываемых отходов) за счет высокой производительности плазменной установки не превышают затрат на сжигание. При этом установка способна перерабатывать одновременно отходы, поступающие на сжигание, плавление, прессование и суперкомпактирование. Плазменная переработка ТРО исключает также стадию цементирования продукта сжигания РАО – зольного остатка.

Плазменная технология обеспечивает высокие коэффициенты сокращения объема смешанных отходов. После размещения продукта в невозвратных защитных контейнерах в хранилищах кондиционированных форм ТРО на долговременное хранение соответствующие коэффициенты варьируются в диапазоне от 25 до 40, тогда как весь комплекс операций по сжиганию, цементированию, прессованию и суперкомпактированию отходов смешанной морфологии дает коэффициенты сокращения объема 4-8. Учитывая конечный объем продуктов переработки и связанные с этим капитальные и эксплуатационные затраты на хранение кондиционированных отходов, плазменная переработка твердых РАО становится в 1,5-2,5 раза выгоднее многостадийной переработки ТРО с использованием процессов сжигания, цементирования и компактирования отходов.
Широкий спектр отходов, принимаемых на переработку, и одностадийный процесс получения продукта, пригодного для длительного хранения, определяют преимущества плазменного метода по сравнению со сжиганием.

Применение плазменно-пиролитического метода переработки радиоактивных отходов в шахтной печи наиболее экономически оправдано на атомных электростанциях, где себестоимость электроэнергии невысока. Вдобавок ее внедрение повышает не только экономическую эффективность, но и экологическую безопасность обращения с радиоактивными отходами различной морфологии.

Термическая переработка РАО сопровождается образованием дымовых газов, содержащих, наряду с радиоактивными аэрозолями, неорганические вредные химические вещества и органические токсиканты. Как показывает практика эксплуатации, установка плазменной переработки ТРО «Плутон» оказывает меньшее воздействие на окружающую среду по сравнению с установкой сжигания отходов в камерной печи.

В результате исследований, выполненных ГУП МосНПО «Радон» совместно с НПО «Тайфун», установлено, что в пиролизных газах на выходе плазменной шахтной печи концентрация полихлорированных дибензо-п-диоксинов и дибензофуранов (ПХДД/ПХДФ), в пересчете на токсический эквивалент (ТЭ), в среднем, в пять раз меньше, чем в дымовых газах на выходе камерной печи сжигания отходов.

Содержание суммы ПХДД/ПХДФ в отходящих газах на выходе системы газоочистки установки «Плутон» не превышало 0,014-0,02 нг/м 3 ТЭ, что примерно в пять раз ниже европейского норматива для установок сжигания отходов. Концентрация тяжелых металлов в технологических газовых выбросах в атмосферу также была ниже нормативов, установленных в странах Западной Европы.

Таким образом, внедрение плазменно-пиролитической технологии для переработки твердых радиоактивных отходов АЭС поможет повысить экономическую эффективность обращения с РАО, имеющими разнообразную морфологию, за счет экономии объема хранилищ отходов и уменьшения количества оборудования и операций кондиционирования, а также позволит размещать РАО на длительное хранение с обеспечением безопасности окружающей среды.
Плазменная технология не только решает проблему вновь образующихся эксплуатационных отходов, но и обеспечивает глубокую термическую переработку радиоактивных отходов, накопленных ранее и компактированных в металлических бочках, освобождая место для хранения ТРО.

Автор

Полканов Михаил Анатольевич,
ГУП МосНПО «Радон»

Переработка и обезвреживание отходов с применением плазмы

Для получения высокой степени разложения токсичных отходов, особенно галоидосодержащих, конструкция сжигающей печи должна обеспечивать необходимую продолжительность пребывания в зоне горения, тщательное смешение при определенной температуре исходных реагентов с кислородом, количество которого также регулируется. Для подавления образования галогенов и полного их перевода в галогеноводороды необходим избыток воды и минимум кислорода, последнее вызывает образование большого количества сажи. При разложении хлорорганических продуктов снижение температуры ведет к образованию высокотоксичных и устойчивых веществ – диоксинов. Недостатки огневого сжигания стимулировали поиск эффективных технологий обезвреживания токсических отходов.

Применение низкотемпературной плазмы – одно из перспективных направлений в области утилизации опасных отходов. Посредством плазмы достигается высокая степень обезвреживания отходов химической промышленности, в том числе галлоидосодержащих органических соединений, медицинских учреждений; ведется переработка твердых, пастообразных, жидких, газообразных; органических и неорганических; слаборадиоактивных; бытовых; канцерогенных веществ, на которые установлены жесткие нормы ПДК в воздухе, воде, почве и др.

Плазменный метод может использоваться для обезвреживания отходов двумя путями:

– Плазмохимическая ликвидация особо опасных высокотоксичных отходов;

– Плазмохимическая переработка отходов с целью получения товарной продукции.

Наиболее эффективен плазменный метод при деструкции углеводородов с образованием CO, CO₂, H₂, CH₄. Безрасходный плазменный нагрев твердых и жидких углеводородов приводит к образованию ценного газового полуфабриката в основном водорода и оксида углерода – синтез-газ – и расплавов смеси шлаков, не представляющих вреда окружающей среде при захоронении в землю, а синтез-газ можно использовать в качестве источника пара на ТЭС или производстве метанола, искусственного жидкого топлива. Кроме этого, путем пиролиза отходов возможно получение хлористого и фтористого водорода, хлористых и фтористых УВ, этанола, ацетилена. Степень разложения в плазмотроне таких особо токсичных веществ как полихлорбифенилы, метилбромид, фенилртутьацетат, хлор- и фторсодержащие пестициды, полиароматические красители достигает 99.9998 % с образованием CO₂, H₂O, HCl, HF, P₄O₁₀.

Разложение отходов происходит по следующим технологическим схемам:

— Конверсия отходов в воздушной среде;

— Конверсия отходов в водной среде;

— Конверсия отходов в паро-воздушной среде;

— Пиролиз отходов при малых концентрациях.

Выбор того или иного способа переработки, возможность вариаций по количественному соотношению реагентов позволяют оптимизировать работу установки для широкого спектра отходов по их химическому составу.

Существуют самые разнообразные модификации плазмотронных установок, принцип их конструкции и порядка работы заключается в следующем: основной технологический процесс происходит в камере, внутри которой находятся два электрода (катод и анод), обычно из меди, иногда полые. В камеру под определенным давлением, в заранее установленных количествах поступают отходы, кислород и топливо, может добавляться водяной пар. В камере поддерживается постоянное давление и температура. Возможно применение катализаторов. Существует анаэробный вариант работы установки. При переработке отходов плазменным методом в восстановительной среде возможно получение ценных товарных продуктов: например, из жидких хлорорганических отходов можно получать ацетилен, этилен, HCl и продуктов на их основе. В водородном плазмотроне, обрабатывая фторхлорорганические отходы, можно получить газы, содержащие 95 – 98 % по массе HCl и HF.

Для удобства возможно брикетирование твердых отходов и нагрев пастообразных до жидкого состояния.

Переработка горючих радиоактивных отходов была разработана технология с использованием энергии плазменных струй воздуха с введенным активированным углеводородным сырьем, чистые, или содержащим галениды. Такой способ получил широкое применение при сжигании органических отходов низкой и средней активности, что позволяет перевести опасные отходы в инертную форму и уменьшить их объем в несколько раз; образуется коксовый остаток и негорючие материалы – шлак, относящийся к категории кислых и улавливающий до 98 % радионуклидов ( 137 Cs, 90 Sr, 37 Fe, 60 Co).

Высокая энергоемкость и сложность процесса предопределяет его применение для переработки только отходов, огневое обезвреживание которых не удовлетворяет экологическим требованиям.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Преимущества плазменной переработки мусора

Ученые предполагают, что если в ближайшее время не будет внедрена инновационная технология по переработке мусора, наша планета превратится в огромную свалку. Поэтому плазменная переработка мусора – это первый шаг в решении проблемы утилизации отходов.

Мировая ситуация с ТБО

Каждый день человек оставляет после себя хлам, который нуждается в утилизации. Каждый год объемы отбросов увеличиваются на 3%. По подсчетам специалистов это около 60 млн тон. Для размещения такого объема отходов понадобится площадь, равная территории Италии или Франции, а также новые технологии.

Поэтому проблема переработки, а также вторичного использования мусора очень актуальна для всех стран мира. Подсчитано, что более 30% ТБО – это упаковочные материалы: пластиковые пакеты, картон и другое.

ТБО или твердые бытовые отходы – это вещи, изделия или продукция, потерявшие свои функциональные свойства или выбрасываемые потребителем по причине ненадобности, а также бытовые отходы, образующиеся в процессе жизнедеятельности человека.

В России катастрофическое положение с использованием отбросов и технологиями их утилизации. На каждого гражданина, включая грудных младенцев, приходится около 2 тысяч тонн не переработанных отходов. Это утверждение касается только официально зарегистрированных мусорных полигонов, а если учесть стихийные свалки, цифра увеличится вдвое.

Разновидности отходов

Условно можно выделить следующие виды отходов:

• биологические отходы, к которым относятся кости, продукты питания и растительные отходы;
• синтетические отходы.

Следующий в списке «отходов-долгожителей» – алюминий. Чтобы полностью разложиться естественным путем алюминиевым банкам и фольге понадобится от 100 до 500 лет. Пластиковые пакеты, бутылки и стаканы без соответствующей переработки останутся на поверхности земли 200 лет.

Во многих странах стараются наладить технологию по вторичной переработке утиля. Для этого на улицах выставляются контейнеры, предназначенные для различных бытовых отходов:

Утилизация мусора не является экологически чистым производством. При его сжигании в атмосферу выбрасывается огромное количество вредных химических веществ. Израильская инновационная технология – плазменная переработка мусора позволяет безопасно и быстро утилизировать отходы.

Плазменная переработка мусора

Ежедневно в каждой семье накапливается определенный объем мусора, который нужно утилизировать. Только представьте себе, за год количество мусора, производимого человечеством, прирастает на 3%. Ученые озвучивают цифру около 60 млн. тонн. Таким количеством мусора легко можно завалить 1 Францию.

1. Мусорный источник энергии
2. Американские технологии
3. Промышленные системы плазмопиролиза
4. Традиционные способы утилизации

Чтобы справляться с такими космическими объемами нужны большие территории для складирования хлама, а самое главное — современные технологи для его хранения. Треть всех отходов составляет упаковка, в этом легко убедиться, заглянув в свое мусорное ведро.

Справка. Всего человечеством придумано 20 способов переработки твердых бытовых отходов

Но все они несовершенны и небезопасны. Все страны мира всерьез озабочены проблемой переработки мусора и заинтересованы во вторичном его использовании.

ТБО образуются в процессе жизнедеятельности людей — это просроченная продукция, сломанная техника и пришедшие негодность вещи.

Самыми экологически безопасными и разлагаемыми являются биоотходы — пища, кости, остатки растений.

Серьезно загрязняют природу синтетические отбросы, им-то и необходима тщательная переработка. Без неё пластиковые упаковки и одноразовая посуда будут засорять почву 2 сотни лет.

Но настоящим долгожителем среди отходов считается алюминий. Алюминиевая банка в естественных условиях может разлагаться 500 лет.

В странах, где серьезно взялись за вторичную переработку мусора используют раздельный сбор мусора. На улицах стоят несколько контейнеров: для пищевых остатков, стеклянной тары, пластиковых предметов и остального хлама. Выкинув в контейнер для бумаги коробку с недоеденной пиццей, можно заработать штраф.

Внимание. Чаще всего для утилизации используют сжигание мусора, но к сожалению — это не безопасно. Горящий пластик и его производные выбрасывают в атмосферу вредные для всего живого химикаты.

Новейшая технология -плазменная переработка мусорных завалов разработана в Израиле. Это наилучший способ оперативно и безопасно бороться с наступающей лавиной мусора.

Историческая справка. Метод плазменной переработки был создан в результате совместной работы ученых России, Украины и Израиля. Местом рождения признан Курчатовский институт атомных технологий, а изобрел его академик Велихов. Но открытие первого мусороперерабатывающего завода нового поколения произошло к сожалению, не в России.

Мусорный источник энергии

В 2010 году состоялось важное событие — открытие на 100% экологически безопасного завода по переработке ТБО. Расположен он недалеко от израильского города Кармиэль, его принцип работы полностью основан на плазменной технологии.

Такой способ утилизации приносит двойную пользу: избавляет страну от мусора и производит необходимую для нужд населения энергию. При плазменной переработке выделяется газ, но его не выбрасывают в атмосферу, а используют как источник энергии. Он способен заменить природный газ, уголь или мазут.

Отходы не нуждаются в специальной подготовке перед утилизацией. Отбросы закладывают в распределитель, откуда они поступают в плазмотрон. В нем хлам со свалки превращается в массу черного цвета, напоминающую стекло. Материал используется в строительстве, он прочен, ничем не пахнет. Его объем составляет 10 часть от первоначального количества мусора.

Плазменная утилизация ТБО — самый экономичный способ переработки хлама. Его преимущества:

• Чтобы производство работало, не нужен большой штат сотрудников;
• Энергия для плазменной установки вырабатывается из переработанного утиля, она сама себя обеспечивает;
• Отходы перед загрузкой в плазмотрон не требуют сортировки, сушки и измельчения;
• После пиролиза продукт не нуждается в обеззараживании, он безопасен;
• Вещество, полученное из ТБО, используется как строительный материал, при хранении композит не выделяет вредных веществ;
• Это альтернативный источник энергии.

Американские технологии

Westinghouse Plasma Corporation WPC создает лидирующую технологию для превращения продуктов жизнедеятельности цивилизованного мира в полезную и чистую энергию, безвредную для окружающей среды. В проекте американской корпорации фигурирует сеть заводов по переработке и небольших газификаторов. Но пока пиролиз используется только на 3-х объектах промышленного производства. С их помощью бытовые отходы и вредные отходы заводов превращаются в горючий газ.

Интересно. В Англии функционирует завод Air Products, который за месяц избавляет Европу от 30000 тонн ТБО и промышленных отходов различного происхождения, синтезируя газ, используемый в энергетике, отоплении, в производстве спиртов, дизельного топлива и горючего для космических кораблей.

Суть технологии заключается в использовании реакторов с мощными горелками. Воздух пропускается через электрический разряд высокого напряжения, происходит нагревание газа с образованием ионов, как при ударе молнии. Температура внутри достигает 5 тыс °C. Синтетический газ, полученный процессе пиролиза, проходит очистку от примесей. А оставшийся в процессе шлак используется как строительный композитный материал.

Промышленные системы плазмопиролиза

Разработаны и производятся российской компанией Плазмариум, но плазмотроны используются импортные. Такие системы отличаются мобильностью и компактностью, их легко развернуть и организовать переработку промышленных отходов на месте. Установка предназначена работать прямо на территории мусорного полигона, сохраняя высокую эффективность.

Животные останки загружаются специальным герметичным способом. Реактор работает без участия человека. Показатели эффективности по производству синтетического газа у таких устройств ниже, чем у больших заводов по утилизации ТБО с помощью плазмы, но все же они уничтожают опасные продукты без вреда для природы.

Рост цены на природные ископаемые и вероятность их скорого исчерпания, делают плазмопиролиз мусора выгодным не только для экологии, но и для экономики.

По подсчетам экспертов, скопившиеся на полигонах мира отбросы могут обеспечивать население энергией 10-ки лет. При этом источник энергии возобновляемый, запасы мусора постоянно пополняются. Для строительства 1 полноценного завода плазменного пиролиза необходимо затратить около миллиарда рублей, при этом окупиться данное предприятие может в течение 4 лет.

При определенном объеме перерабатываемого в год утиля, завод с плазменным реактором на пятый год существования начнет зарабатывать на продаже газа и производимого вторсырья.

Положительным опытом по новейшей переработке ТБО могут гордиться Канада, Америка, Великобритания, Израиль. В России имеются наилучшие разработки в области плазмопиролиза, осталось только воплотить их в жизнь.

Традиционные способы утилизации

Пока пиролизные технологии до России не дошли, борьба с мусорными свалками продолжается привычными методами, самыми распространенными являются:

Для захоронения подходят только негорючие и не ядовитые отходы. Под полигоном, где закопан мусор, продукты разложения попадают в грунтовые воды, а выделяемые свалкой газы отравляют атмосферу. Несовершенный способ утилизации позволяет только спрятать утиль, не защищая окружающую природу. Гниение отбросов может продолжаться десятилетиями.

Что такое компостные кучи в огороде знают многие. Для компостирования используют только продукты природного происхождения. Чтобы превратить растения в питательный компост для растений используют микроорганизмы. Чтобы получить результат, требуется время.

Термопереработке подвергают нетоксичные отбросы, происходит это на мусоросжигательных заводах. У такого метода есть плюсы и минусы. Положительным моментом является оббезараживание мусорных свалок, уничтожение огнем болезнетворных микроорганизмов, уменьшение объемов исходного материала в несколько раз. Полученную в ходе сжигания тепловую энергию можно использовать для отапливания зданий. При горении остается безвредная зола. Недостаток метода — едкий дым, попадающий в атмосферу, содержащий вредные для здоровья людей и всего живого примеси.

Сравнивая старые методы и современный плазмопиролиз, очевидно, что даже при высокой стоимости оборудования, такая утилизация является выгодной. Она обладает высокой экологической безопасностью и быстро окупается в процессе эксплуатации.

Плазменный способ утилизации промышленных отходов

Утилизация промышленных отходов является важнейшим вопросом для сохранения экологически чистой окружающей среды. Практика утилизации появилась сравнительно недавно, поэтому многие технологии только развиваются. Преимущество этого вида переработки отходов заключается в получении вторичного сырья для промышленного употребления. В любом случае на законодательном уровне установлены определения категорий отходов, исходя от состава отходов.

Существует 4 категории отходов: неопасные отходы, опасные промышленные отходы, чрезвычайно опасные отходы, радиоактивные отходы. Для каждого типа отходов разработана специальная схема обязательных действий по переработке, невыполнение которых влечет административную и даже уголовную ответственность. Последние технологии утилизации промышленных отходов предоставляют возможность безотходной и экологически чистой переработки химических веществ, что особенно важно в условиях плотной урбанизации российских городов.

Особенное внимание уделяется утилизации опасных промышленных отходов, во избежание заражения не только окружающей флоры и фауны, но и работников, осуществляющих переработку, и жителей близлежащих поселений. Процесс утилизации опасных промышленных отходов в большинстве случаев принято осуществлять на специальных территориях, отдаленных от населенных пунктов. Опасные отходы перевозятся туда специальными транспортными средствами, которые оснащены страховочными оборудованиями с целью минимального заражения окружающей среды в случае аварийной ситуации.

Большая часть технологий утилизации отходов основаны на термальных методах. Пиролиз, который основан на бескислородной переработке отходов при дополнительной высокой температуре, расщепляет вредные вещества, образуя безвредное вторичное сырье. Плазменный метод основан на проведении электрического тока через отходы, в процессе чего происходит ионизация опасных газов. Химические и термохимические методы обработки твердых отходов осуществляется с помощью химических веществ, а во втором случае при дополнительном нагревании.

Во всем мире постоянно развиваются альтернативные методы утилизации промышленных отходов, уже существует порядка сорока различных методов, которые внедрены в утилизационные организации западных стран.

Плазменный способ утилизации промышленных отходов

Плазмохимическую технологию используют для переработки высокотоксичных жидких и газообразных отходов. При этом происходит не только обезвреживание опасных отходов, но и производство ценных товарных продуктов. Процесс осуществляется в плазмотроне за счет энергии электрической дуги при температуре выше 4000 °С. При такой температуре кислород и любые отходы расщепляются до электронов, ионов и радикалов. Степень разложения токсичных отходов достигает 99,9998 %, а в отдельных случаях 99,99995%.

Высокие затраты энергии и сложность проблем, связанных с плазмохимической технологией, предопределяют ее применение для ликвидации только тех отходов, огневое обезвреживание которых не удовлетворяет экологическим требованиям.

Перспективно применение плазменного метода для переработки отходов в восстановительной среде с целью получения ценных товарных продуктов. В нашей стране, например, разработана технология пиролиза жидких хлорорганических отходов в низкотемпературной восстановительной плазме, позволяющая получать ацетилен, этилен, хлористый водород и продукты на их основе.

Рис. 1. Схема плазменного агрегата:

1 — плазмотрон; 2 — плазмо-химический реактор; 3 — закалочное устройство; 4— источник электропитания

Схема плазменного агрегата для переработки жидких хлорорганических отходов представлена на рис. 3. Плазмообразующий газ (водород, азотоводородная смесь и др.) нагревается электрической дугой в плазмотроне 1 до 4000-5000 °С. Образующаяся низкотемпературная плазма из сопла плазмотрона поступает в плазмохимический реактор 2, куда форсунками впрыскиваются хлорорганические отходы. При смешивании отходов с плазмой происходит их испарение, термическое разложение (пиролиз) с получением олефиновых углеводородов, хлористого водорода и технического углерода (сажи). Пиролизный газ подвергают скоростной закалке в закалочном устройстве 3, а затем охлаждают и очищают от сажи. Очищенный газ используется при синтезе хлорорганических продуктов. Процесс является замкнутым, безотходным и рентабельным. Себестоимость получаемых продуктов является сравнительно низкой за счет использования неутилизируемых отходов.

Представляет интерес использование плазменной технологии для утилизации фреонов, являющихся озоноразрушающими веществами и представляющих серьезную опасность для озонового слоя Земли.

Для плазмохимического разрушения фреонов целесообразно в качестве плазмообразующего газа использовать водород. В этом случае в результате взаимодействия плазмы с фреонами будут образовываться кислые газы HC1 и HF, а также хлор, фтор и диоксид углерода. Абсорбцию кислых газов необходимо проводить в скруббере с получением товарных продуктов — соляной и плавиковой кислот. Удаление галогенов может быть осуществлено с помощью щелочи.

Сжигание отходов

Огневой способ обезвреживания и переработки отходов является наиболее универсальным, надежным и эффективным по сравнению с другими. Во многих случаях он является единственно возможным способом обезвреживания промышленных и бытовых отходов. Способ применяется для утилизации отходов в любом физическом состоянии: жидких, твердых, газообразных и пастообразных. Наряду с сжиганием горючих отходов огневую обработку используют и для утилизации негорючих отходов. В этом случае отходы подвергают воздействию высокотемпературных (более 1000 °С) продуктов сгорания топлива.

Сжиганием называется контролируемый процесс окисления твердых, жидких или газообразных горючих отходов. При горении образуются диоксид углерода, вода и зола. Сера и азот, содержащиеся в отходах, образуют при сжигании различные оксиды, а хлор восстанавливается до HCl. Помимо упомянутых газообразных продуктов при сжигании отходов образуются и твердые частицы – металлы, стекло, шлаки и др., которые требуют дальнейшей утилизации или захоронения.

Этот способ характеризуется высокой санитарно-гигиенической эффективностью. Область применения огневого способа и номенклатура отходов, подлежащих огневому обезвреживанию, постоянно расширяются. К ним относятся отходы хлорорганических производств, основного органического синтеза, производства пластических масс, резины и синтетических волокон, нефтеперерабатывающей промышленности, лесохимии, химико-фармацевтической и микробиологической промышленности, машиностроения, радиотехнической и приборостроительной промышленности, целлюлозно-бумажного производства и многих других отраслей промышленности.

Способом сжигания можно обезвреживать и такие сложные с точки зрения утилизации отходы, как смесь органических и неорганических продуктов, а также галогенорганические отходы.

Одним из наиболее опасных отходов, основным методом переработки которых служит сжигание, являются галогено-органические отходы. Фтористые и бромистые отходы менее распространены, но их обрабатывают тем же способом, что и хлорсодержащие материалы. Хлорированные органические материалы могут содержать водную фазу или определенное количество воды. Отходы с высоким содержанием хлора имеют низкую теплоту сгорания, так как хлор, аналогично брому и фтору, препятствует процессу горения.

Оптимальное проведение процесса сжигания зависит от соблюдения технологических параметров: температуры в огневом реакторе, удельной нагрузки, рабочего объема реактора, дисперсности распыления, аэродинамической структуры и степени турбулентности газового потока в реакторе и др.

Сжигание производят в печах различной конструкции, основным элементом которых является колосниковая решетка, на которой собственно и протекает процесс. Пространство внутри печи разделено на несколько зон, где последовательно протекают процессы, в результате которых происходит сжигание отходов.

Процесс сжигания состоит из пяти стадий, которые, как правило, протекают последовательно, но могут проходить и одновременно. Это — сушка, газификация, воспламенение, горение и дожигание.

В зоне сушки влага, содержащаяся в отходах, превращается в пар. Общая потребность в энергии на этой стадии состоит из двух составляющих: энергии, необходимой для повышения температуры до 100°С при атмосферном давлении (для подъема температуры воды с 20 до 100 °С необходимо 334 кДж/кг), и энергии, необходимой для превращения воды в пар (2260 кДж/кг). Температура других компонентов отходов не может превышать 100°С до тех пор, пока вода не превратится в пар.

На следующей стадии в зоне газификации происходит превращение горючих веществ в летучие компоненты.

Летучие газы, проходя по топке, попадают в зону воспламенения и загораются при 250°С. Распространение горения увеличивается при росте плотности и объема газового потока. После воспламенения летучие компоненты сгорают, причем дополнительный подвод тепла уже не требуется. Важно, чтобы “постель” (слой) сжигаемого материала была равномерной и имела нужную высоту. Учитывая, что отходы обычно засыпают в устройство для сжигания слоями высотой 100—120 см и что их объем сразу же уменьшается, нужно так проводить засыпку, чтобы всегда обеспечивалась равномерная плотность и необходимая высота слоя отходов, предназначенных для сжигания.

В зоне сгорания повышается температура отходов. Для полного их сгорания и охлаждения колосников в этой зоне необходим подвод достаточного количества воздуха, причем необходимо, чтобы отходы долго находились в зоне высоких температур. Если утилизируются сырые необработанные отходы, то период их полного сгорания составляет не менее 3 ч.

В зоне дожигания происходит охлаждение раскаленного шлака воздухом или водой до 250—350 °С.

В процессе сгорания 1 т твердых отходов в среднем образуется до 4000 м 3 газообразных продуктов (в пересчете на 0 °С), в которых содержится от 20 до 100 кг летучей золы.

Промышленные отходы перед сжиганием должны пройти ряд подготовительных операций: дробление, гомогенизацию, дегидратацию и др.

На рисунке 4 представлена промышленная установка сжигания токсичных отходов, предназначенная для одновременного сжигания как жидких, так и твердых отходов предприятий машиностроения, химической и лакокрасочной промышленности, в технологических циклах которых используются различные токсичные вещества, эмульсии, растворители и нефтепродукты. А также очистка металлической тары и металлолома от остатков красок, смол и клеевых материалов.

Преимущества данной установки состоят в следующем:

Ø Сжигание различного вида отходов в четырехкамерной печи особой конструкции;

Ø Оптимальное ведение процесса путем регулирования параметров теплообразования и сжигания;

Ø Полное сжигание отходов с различной теплотворной способностью до стерильной золы;

Ø Сокращение объема отходов в 50-100 раз;

Ø Возможность переработки жидких негорючих отходов;

Ø Особенности технологического процесса и конструкция установки обеспечивают отсутствие в сбросных газах вредных веществ;

Ø Наличие эффективной системы газоочистки обеспечивает соблюдение предельно допустимых выбросов в атмосферу;

Ø Безопасная эксплуатация оборудования с помощью системы блокировок и контроля процессов сжигания и газоочистки;

Подводя итог всему вышесказанному, можно сказать, что, несмотря на длительность изучения настоящей проблемы, утилизация и переработка отходов промышленности по-прежнему не ведется на должном уровне.

Острота проблемы, несмотря на достаточное количество путей решения, определяется увеличением уровня образования и накопления промышленных отходов. Усилия зарубежных стран направлены, прежде всего, на предупреждение и минимизацию образования отходов, а затем на их рециркуляцию, вторичное использование и разработку эффективных методов окончательной переработки, обезвреживания и окончательного удаления, а захоронения только отходов, не загрязняющих окружающую среду. Все эти мероприятия, бесспорно, уменьшают уровень негативного воздействия отходов промышленности на природу, но не решают проблему прогрессирующего их накопления в окружающей среде и, следовательно, нарастающей опасности проникновения в биосферу вредных веществ под влиянием техногенных и природных процессов. Разнообразие продукции, которая при современном развитии науки и техники может быть безотходно получена и потреблена, весьма ограничено, достижимо лишь на ряде технологических цепей и только высокорентабельными отраслями и производственными объединениями.

Ранее считавшееся перспективным способом снижения загрязнения окружающей среды сжигание токсичных бытовых и промышленных отходов, при котором исключение загрязнения окружающей среды высокотоксичными веществами, возможно только на крайне специальных дорогостоящих заводах, не окупающих в результате своей деятельности затраты на строительство и эксплуатацию. Движение к минимизации негативного воздействия промышленных отходов на окружающую среду следует осуществлять по двум магистральным направлениям:

Список литературы

1. Бобович, Б.Б. Транспортирование, сжигание и захоронение отходов: Учебное пособие. М-во общ и проф образования РФ, Моск. гос. индустр. университет, 1998.

2. Кукуева, Т.И. Утилизация промышленных и бытовых отходов. Томск, 1992.

3. Пальгунов, П.П. Утилизация промышленных отходов. М.:1990.

4. Пособие по проектированию полигонов по обезвреживанию и захоронению токсичных промышленных отходов. Москва, 1990.

5. Раковская, Е.Г. Промышленная экология. С.-П., 2002.

Плазменная переработка мусора (ТБО)

Плазменная переработка мусора (ТБО), по существу, представляет собой не что иное как процедуру газификации мусора. Технологическая схема данного способа предполагает собой получение из биологической составляющей отходов газа с целью применения его для получения пара и электроэнергии. Составной частью процесса плазменной переработки являются твердые продукты в виде непиролизуемых остатков или шлака.

Явным преимуществом высокотемпературного пиролиза является то, что данная методика дает возможность экологически чисто и относительно просто с технической стороны перерабатывать и уничтожать самые различные бытовые отходы без необходимости их предварительной подготовки, т.е. сушки, сортировки и т.д. И само собой, использование данной методики сегодня более выгодно с экономической точки зрения, чем применение других, более устаревших методик.

К тому же, при использовании данной технологии получаемый на выходе шлак является совершенно безопасным продуктом, и он может быть использован впоследствии для самых различных целей.

Отходы, подходящие для переработки, теоретически включают в себя почти все потребительские отходы. Но, на практике, приходится выбирать между их количеством и качеством. Некоторые аналитики считают, что более половины всех отходов можно эффективно переработать, но достижение и такой эффективности требует огромной осторожности в обращение с отходами. Бумага, например, быстро теряет свое качество, будучи смешана с органическими отходами. А стекло и металл, будучи в меньшей степени подвержен разложению, конкурируют на рынке с продукцией из первичного сырья. Органические отходы могут быть использованы как удобрения после их очистки от неорганики. Как правило, Чем ближе расположен источник отходов, тем меньше им требуется сортировка. А чем чище отходы, тем дороже они стоят.

Некоторые потребительские товары достаточно вымыть перед дальнейшим использованием, например бутылки. Хотя такие бутылки в 1,5 раза тяжелее пластиковых, но они предназначены для 30 кратного использования. Алюминий, стекло и сталь требуют более тщательного отбора при переработке, но зато спектр их применения гораздо более широк. Количество энергии и сырья, сберегаемые в процессе переработки, огромно. Алюминий – наиболее энергоемкий из всех материалов, находящихся в эксплуатации, и зачастую энергия есть решающий фактор для размещения его производства и важнейшая статья затрат на его производство. Производство алюминия из лома потребляет лишь 5% энергии требуемой на его производство из бакситов и поэтому переработка одной банки из-под напитков сберегает полбанки бензина. А одна тонна переработанного алюминия сберегает 4 т бакситов, 700 кг кокса и снижает вредные выбросы на 35 кг. При двукратном увеличение переработки алюминия объем загрязнений сократится на 1 млн. тонн. Еще до энергетического кризиса 15-20% мощностей на стекольных заводах работали на переработку стекольного боя, но, используя новые технологии, особенно в развивающихся странах, стекольные заводы работают только на вторсырье. Каждая переработанная тонна стеклянного боя сберегает 1,2 т первичного сырья. И так же 2-5% энергии. Недавнее ужесточение норм выбросов в Японии, Швеции, США и Западной Германии привело к большому спросу на стеклянный бой у стеклопроизводителей из-за того, что его использование в производстве стекла снижает уровень загрязнений.

Среди факторов, влияющих сегодня на проблему ТБО в России, следует в первую очередь отметить следующие:

ь Различия в культуре потребления и недавний дефицит потребительских услуг и товаров приводили к меньшим, чем на Западе объемам ТБО на душу населения;

ь Слабое экологическое законодательство и отсутствие собственности на землю делало утилизацию отходов очень дешевой;

ь Существовавшая экономическая система не обеспечивала эффективного использования ресурсов и материалов;

ь Секретность и недостаток исследований создали вакуум надежной информации по проблеме.

ь В России производятся, импортируются и потребляются сложные продукты развитого промышленного общества, то есть состав и количество отходов все более приближаются к западным.

ь Быстрые изменения в обществе, в т.ч. в экономической и политической ситуации обостряют весь комплекс проблем.

ь В России ежегодно образуется около 130 млн. м3 твердых бытовых отходов (ТБО). Из 27 млн. тонн ТБО (один кубический метр отходов до уплотнения весит 200 кг) промышленной переработке подвергается порядка 3%, остальное вывозится на свалки и полигоны-захоронения с отчуждением земель в пригородной зоне. Значительное количество ТБО попадает на несанкционированные свалки, количество которых постоянно растет. Поэтому ТБО представляют собой источник загрязнения окружающей среды, способствуя распространению опасных веществ. Вместе с тем они содержат в своем составе ценные компоненты, которые могут быть использованы в качестве вторичных ресурсов. Основная масса ТБО и промышленных отходов образуется в городах и поселках городского типа (сфере компетенции местного самоуправления по Конституции РФ).

ь Быстрый рост городского населения – одна из важнейших тенденции наступившего столетия. Увеличивается в городах и количество различных отходов, прежде всего твердых бытовых отходов, которые требуют самого своевременного удаления и безопасной утилизации. Европейские страны решили эту проблему через организацию эффективной системы санитарной очистки и создание специальной отрасли экономики, создающей условия для повышения экологического потенциала городов и их окружения.

ь В России доля городского населения составляет 73%, что несколько ниже уровня европейских стран. Но, несмотря на это, концентрация ТБО в крупных городах России сейчас резко возросла, особенно в городах с численностью населения от 500 тыс. и выше человек. Объем отходов все увеличивается, а территориальные возможности для их утилизации и переработки уменьшаются. Доставка отходов от мест их образования до пунктов утилизации требует все больше времени и средств. В России необходимо совершенствовать организацию процесса утилизации городских отходов.

ь Сейчас отходы просто собираются для захоронения на полигонах, а это ведет к отчуждению свободных территорий в пригородных районах и ограничивает использование городских территорий для строительства жилых зданий. Также совместное захоронение различных видов отходов может вести к образованию опасных соединений.

ь Проблемы увеличения количества отходов и их влияния на окружающую среду создают большие трудности при разработке и реализации территориальной политики. Традиционно в России такими проблемами занимались городские власти, но в последнее время в связи с передачей ответственности за решение городских экологических проблем, местным властям, ситуация изменяется. По действующему с 1995 года и вступившему в силу с 1 января 2006 года закону «Об общих принципах организации местного самоуправления в Российской Федерации» на местный уровень переданы вопросы организации «сбора и вывоза бытовых отходов и мусора», а также «утилизации и переработки бытовых и промышленных отходов». Но для полного решения проблемы должен быть поставлен вопрос о выделении в экономическом комплексе городов специальной системы санитарной очистки. Эта система предполагает осуществление целого комплекса экономических мероприятий по сбору, удалению и утилизации отходов с целью сохранения здоровья жителей и благоустройства местности. Кроме сбора, хранения, транспортировки, обезвреживания и утилизации мусора в систему санитарной очистки населенных мест должны входить мероприятия по уменьшению масштабов процесса образования отходов и организации переработки вторичных ресурсов.

ь Сейчас в России само понятие санитарной очистки означает лишь выполнение гигиенических требований, и эксплуатацию установок и сооружений, предназначенных для обезвреживания и утилизации твердых и жидких бытовых и промышленных отходов. А это понятия должно включать реализацию программ по работе с населением, руководителями жилищно-эксплуатационных организаций и специалистами, занимающимися сбором мусора, руководителями и специалистами предприятий по перевозке отходов, руководителями и специалистами мусороперерабатывающих предприятий, представителями органов власти, потенциальными инвесторами.

ь Также важной задачей санитарной очистки местности является выделение из массы отходов веществ, подлежащих повторному использованию или переработке. Ведь это тонны безвозвратно теряемых ресурсов, многими видами которых страна практически уже не располагает. Ведь на свалках можно найти и большое количество драгоценных металлов.

ь От улучшения городской среды зависят еще и конкурентные возможности города. От этого зависит и состояние туристической привлекательности городов. Конкурентные преимущества городов определяет и разработка маршрутов специализированных транспортных средств, перевозящих бытовые и промышленные отходы.

К твердым бытовым отходам (ТБО) относятся отходы, образующиеся в жилых и общественных зданиях, торговых, зрелищных, спортивных и других предприятиях (включая отходы от текущего ремонта квартир), отходы от отопительных устройств местного отопления, смет, опавшие листья, собираемые с дворовых территорий, и крупногабаритные отходы. Такое определение соответствует зарубежному термину «твердые муниципальные отходы» (Municipal Solid Waste). ТБО классифицируют по источникам образования, по морфологическому составу, по степени опасности, по направлениям переработки и т. д. Юридической основой для классификации ТБО в России служит Федеральный классификационный каталог отходов (ФККО), который классифицирует отходы по происхождению, агрегатному состоянию и опасности. В ФККО используется термин «Твердые коммунальные отходы» код раздела 91000000 00 00 0.

Плазменная переработка мусора

Утилизировать промышленные и бытовые отходы человечество начало 20 лет назад. До этого мусор выбрасывался на полигоны по всему миру, откуда вредные вещества распространялись в почву, грунтовые воды, открытый океан.

Опыт Европы и Америки по сжиганию промышленного мусора в печах оказался негативным. Построенные в конце двадцатого века мусоросжигательные заводы загрязняют воздух, воду и биосферу высокотоксичными соединениями. Фураны и диоксины выпадают с осадками, накапливаются в земле, попадают в пищевую цепочку человека.

Для обезвреживания опасных веществ и отходов производства был разработан метод плазмохимического разложения органики. Плазменная переработка мусора позволяет расщеплять сложные полимеры до газообразных углеводородов и оксида углерода. Выбросы токсинов сокращаются на 99%, а полученные вещества можно использовать как безопасное топливо и сырье для органического синтеза.

Актуальность проблемы утилизации отходов

Химическая промышленность, автомобилестроение и распространение пластмасс в быту уже нанесли непоправимый ущерб экологии планеты. Искусственные полимеры разлагаются столетиями, медленно отравляя биосферу.

В развивающихся странах производственный и бытовой мусор до сих пор выбрасывается сотнями тонн на землю или в океан. Загрязнения из стран Азии прибивает к европейским берегам в виде микропластика, который обнаруживается уже на вершине Альпийских гор.

В России и странах СНГ полигоны ТБО переполняются городскими отходами, что в ближайшие 10 лет приведет к необратимым последствиям. Захоронения мусора в землю или сжигание в котлах не решают проблему, напротив, ускоряет высвобождение ядов в окружающую среду.

Единственное правильное решение – не использовать пластик в качестве упаковок и емкостей для продуктов питания. Однако цивилизация, живущая одним днем, не откажется от удобства в угоду решению проблем экологии будущего поколения.

Биоразлагаемые материалы и выведение микроорганизмов, способных перерабатывать синтетические полимеры, – вопрос отдаленного будущего. А проблему утилизации откладывать уже нельзя.

Плазменная технология утилизации отходов

Ни один из методов прошлого не позволяет безопасно перерабатывать твердый бытовой мусор и токсичные промышленные отходы. Поэтому ученые нашли выход в термолизе, который ранее применялся для газификации твердого топлива – кокса, сланца, гудрона, дерева. Технология не нова, но в окончательном виде нашла применение в переработке опасных отходов.

Общий принцип плазменной обработки отходов заключается в термическом разложении с неполным окислением под воздействием водяного пара, кислорода воздуха и давления. Чтобы исходное сырье не сгорало, нужно контролировать поступление окислителя – воздуха. Пиролиз начинается при температурах более 1000°C. На выходе из установки образуется смесь водорода, монооксида углерода с примесями других горючих газов.

Получаемый сигаз служит топливом для электростанций, сырьем для получения метанола и высших спиртов, аммиака, азотных удобрений, синтетического моторного масла и горючего. Данный метод синтеза был придуман в Германии в двадцатых годах прошлого столетия, как альтернатива нефтяной промышленности.

Разложение искусственной органики из ТБО требует более жестких условий внутри реактора и стабильную низкотемпературную плазму. Поэтому в девяностых годах прошлого века на базе института им. Курчатова ученые из России, Украины и Израиля разработали плазматроны, пригодные для газификации любых веществ, включая уничтожение химического оружия.

В Институте электрофизики и электроэнергетики РАН был построен первый в мире компактный и энергоэффективный плазматрон с температурой до 1000000°K. Из-за незначительного финансирования науки, установка не может выйти в серийное производство. На Западе корпорацией Westinghouse разрабатываются плазматроны, позволяющие уже сегодня перерабатывать отходы при температуре плазмы до 6273°K. Установки прошли тестирование в Канаде, Японии и Нидерландах.

Установки плазменной газификации отходов

Устройство можно разделить на четыре основных узла:

1. Реактор-газификатор.
2. Генератор плазмы.
3. Дожигатель.
4. Система очистки.

В плазменном генераторе используется воздушная среда и электрическая дуга переменного тока мощностью до 50000 Вт.

Реактор газификатора изготавливают из металла, внутреннюю поверхность облицовывают тугоплавкой керамикой. Плазменная переработка ТБО начинается с загрузки высушенного и измельченного мусора в шахту. Через ярусные дюзы подаются воздух и водяной пар, затем смесь обрабатывается потоком низкотемпературной плазмы.

Конструкция реактора может быть двух типов:

• с кольцевым плазматроном – равномерно распределяет поток по периметру камеры;
• с центральным генератором плазмы – выпускает горячий пучок в загрузочный центр.

Для изоляции камеры дно устройства погружено в резервуар с водой. Гидрозатвор исключает смешивание веществ из реактора с атмосферой. Снизу шлак и несгораемые элементы улавливаются чугунным колосником и при вращении решетки попадают на дно водного резервуара. Там зольный остаток остывает, затем нейтрализуется и удаляется. Шлак образуется в количествах, не превышающих 7% изначальной массы, он представлен оксидами и карбонатами металлов и кремния. Спекшийся шлак можно использовать как нетоксичный строительный материал.

Важно, чтобы плазменная газификация отходов проходила при температуре выше 1200°C, тогда в реакторе не будут образовываться смолы и диоксины, а исходное сырье полностью распадается на простые соединения.

Чтобы установка работала непрерывно, нужно поддерживать струю плазмы, периодически впрыскивать воздушно-паровую смесь и контролировать уровень ТБО в камере реактора по мере трансформации в сигаз. Синтез-газ откачивается непрерывно с нижней части реакционной камеры, проходит осушение и фильтрацию. В дальнейшем сигаз транспортируется в котельную для использования вместо природного газа. Чтобы получить топливо из мусора, затрачивается электроэнергия на поддержание плазменного заряда. Однако вырабатываемый газ компенсирует энергетические затраты (при идеальных условиях реакции) в 4 раза.

Плазменная технология утилизации отходов решает сразу две задачи: уничтожение мусора с минимальным вредом для планеты и получение электроэнергии из возобновляемого источника – отбросов.

Синтез-газ по энергетическим параметрам уступает метану или пропану, его использование в качестве топлива для электростанций возможно в паровых турбинах. Для стабилизации горения в сигаз добавляют малый процент природного газа.

Плазменная газификация ТБО электродуговой плазмой разрушает вещество на молекулярном уровне, позволяет проводить реакцию в замкнутой системе, не выбрасывать в атмосферу дым с вредными соединениями.

Плазменное решение для переработки мусора

Первый промышленный плазматрон для ТБО, разработанный в Российском Курчатовском институте, был изготовлен на Мариупольском машиностроительном заводе в Украине в 2010 году. Устройство было перевезено в Израиль для запуска предприятия по переработке мусора в окрестностях Кармиэля. Эффективность данной разработки до сих пор не удалось превзойти. Из-за снижения финансирования иностранными партнерами и геополитических проблем дальнейшие исследования по этому проекту были заморожены.

Попытки перенести разработку на попечение наукограда «Сколково» привели только к созданию прототипа нового плазменного мусоросжигателя Институтом электрофизики и электроэнергетики в 2012 году. Серийный промышленный образец устройства к 2019 году так и не появился.

К 2025 году в Москве и Татарстане планируют построить экспериментальные плазменные мусороперерабатывающие электростанции с привлечением партнеров из Европы и Америки. Если с финансированием проекта не возникнет сложностей, подобные установки появятся в масштабах страны.

Технология плазменной газификации Westinghouse Plasma Corporation

WPC занимается созданием лидирующей технологической базы для превращения отходов цивилизации в чистую энергию без вреда для Земли. В американской корпорации ученые из разных стран работают над платформой коммерческих промышленных заводов и небольших базовых версий газификаторов.

Пока технология плазменного пиролиза применяется в мире на трех промышленных объектах. Установки позволяют превращать в горючий газ бытовой мусор горожан, ядовитые отходы заводов, осадок водостоков.

Один из заводов Air Products, расположенный в Англии, ежемесячно избавляет планету от 30 килотонн мусора в виде:

• ТБО;
• промышленных отбросов;
• отходов рознично-оптовой торговли;
• медицинского биомусора;
• отходов переработки нефти;
• ядовитого шлака из мусора, сжигаемого на свалках.

На выходе завод получает очищенный синтетический газ, который трансформируется в энергетические решения для электростанций, топливных элементов и химических продуктов:

• этиловый спирт;
• метанол;
• пропанол;
• дизельное топливо;
• горючее для ракетных двигателей.

Суть технологического решения компании – реакторы, оснащенные плазменными горелками. Через электрический дуговой разряд высокого напряжения пропускают воздух под давлением. Газы ионизируются и нагреваются, как от удара молнии, и направляются в камеру при температуре 5000°C. Получаемый сигаз очищается от твердых частиц, тяжелых металлов и серы. Расплавленный шлак собирают для использования как композитный материал в строительстве.

Плазменная утилизация отходов на заводах корпорации Westinghouse позволяет полностью разлагать мусор на безопасные и ценные соединения.

Установка Плутон: плазменно-пиролитическая переработка твердых РАО

Радиоактивные отходы атомных электростанций нельзя сжечь или закопать в землю без вреда для экологии. Период полураспада отдельных отбросов АЭС может составлять сотни лет, на протяжении которых вещество будет загрязнять воду и почву.

Российская госкомпания Радон нашла способ сделать РАО компактнее, снизить риск утечки радиации из отбросов без повторных перезахоронений каждые полвека.

Твердые радиоактивные отходы проходят плазменный пиролиз на установках Плутон. К обработке допускаются вещества до среднего уровня активности. Технология позволяет перерабатывать разнородные материалы со сложным составом всего за одну стадию с получением концентрированного РАО в сокращенном до 95% объеме. Остекленевший радиоактивный шлак можно допускать к длительному захоронению без опасения утечки или растворения в грунтовых водах.

Плазменная печь для сжигания отходов АЭС работает при температуре 1800°C за счет дуговых плазмотронов гальванического тока собственной разработки. Органика уничтожается без остатка, а несгораемые элементы расплавляются, фиксируя в кристаллической решетке изотопы радиоактивных элементов и тяжелые металлы. Получаемый компактный твердый слиток, состоящий из оксидов натрия, алюминия и кремния, по составу практически идентичен стеклу.

Скорость разрушения слитка в природе ниже, чем у устойчивых боро-кремниевых стекол, поэтому установка Плутон – совершенное средство для полной консервации токсинов и радиоизотопов.

Технологические плазмотроны в составе плазменных систем

В промышленности плазма используется для пиролиза органики в химическом синтезе. Это может быть растительное сырье, каменный и бурый уголь, твердые фракции нефти.

В качестве образующей плазму среды выступают инертные газы, азот, аммиак, вода или воздух. Поток высокоионизированного газа позволяет расщеплять сырье и получать чистый водород с монооксидом углерода. Полученный продукт после фильтрации и очистки можно использовать в реакторе для синтеза сложных органических соединений, которые другим путем получить нельзя.

Технологические плазменные системы могут работать при мощности 3500 кВт. Для стабилизации плазменного пучка используются электромагниты.

Промышленные плазменные системы для синтеза производит Российская компания Плазмариум на базе плазматронов зарубежных коллег. Фирма выпускает передвижные плазменные установки для утилизации отходов «MGS».

Преимущество мобильных установок плазменного пиролиза – в модульной конструкции и быстром развертывании систем по утилизации мусора. Состав газовоздушной смеси регулируется электроникой для снижения концентрации оксида азота в сингазе. Устройство позволяет работать с эффективностью до 99% непосредственно на полигоне по сбору бытовых отходов. Для утилизации медицинских биоматериалов и останков скота используется герметичный загрузчик отходов.

Реактор плазменного сжигания мусора работает в автоматическом режиме под управлением ПО без участия персонала. Разложение происходит по методу паровой плазмохимической реакции и исключает выброс вредных веществ в окружающую среду.

По показателям энергетической эффективности такие установки уступают полноценным заводам по плазменному сжиганию отходов , зато справляются с уничтожением опасного мусора без вреда для экологии.

Экономические показатели плазменной газификации

При проектировании плазменных установок по сжиганию мусора учет финансовых выгод при получении сырья и энергии – не основная задача, а дополнительный бонус. Главное – не допустить превращение планеты в пластиковую помойку.

Рост цен на ископаемые источники энергии и скорое израсходование природных углеводородов делает плазменное сжигание отходов экономически выгодным и полезным.

Скопившихся отходов на полигонах и в окружающей среде хватит на несколько десятилетий, при этом будет поступать и новый мусор. ТБО станет до конца столетия выгодным возобновляемым источником энергии.

Для постройки одного завода потребуются инвестиции в 900.000.000 руб., а время для ожидаемой окупаемости затрат составит около 4 лет.

При годовой переработке мусора 60кТ завод будет зарабатывать на производимом газе, электричестве и вторсырье:

Помимо приобретения оборудования, ежегодные затраты на обслуживание, логистику, закупку энергии и зарплаты персонала составят 53.000.000 рублей.

Положительный экономический опыт имеют страны с плазменной утилизацией мусора : Великобритания, Нидерланды, США и Канада. Россия имеет лучшие научные разработки в области плазменного пиролиза, поэтому есть все перспективы выйти в лидеры рынка по плазменной переработке .

Утилизация пластмассовых отходов плазмохимическим способом

Дата публикации: 30.04.2015 2015-04-30

Статья просмотрена: 203 раза

Библиографическое описание:

Тазмеев Б. Х. Утилизация пластмассовых отходов плазмохимическим способом // Молодой ученый. — 2015. — №12.1. — С. 80-82. — URL https://moluch.ru/archive/92/17802/ (дата обращения: 24.10.2019).

В работе изложен способ переработки бутылок из полиэтилентерефталата (ПЭТФ) при помощи плазмы газового разряда с жидкими электродами. В результате переработки получается синтез-газ по составу схожий с природным газом. Экспериментальная установка представлена в виде блок-схемы.

Ключевые слова: газовый разряд, плазменная переработка, плазменный поток, экологичные способы рециклинга.

Значительную часть пластмассовых отходов составляют бутыли из полиэтилентерефталата. В настоящее время уделяется много внимания переработке ПЭТФ-бутылок. Предложены различные способы использования бутылочных отходов. Смеси ПЭТФ с другими полимерами применяются для получения новых пластмассовых материалов с широким спектром механических, диэлектрических, тепловых и др. свойств. Известны способы получения из использованных бутылок прозрачных листов и нетканого полотна. Существует также химический способ рециклинга ПЭТФ отходов. При этом снова получают химические вещества, являющиеся исходным сырьём. Однако, несмотря на всё перечисленное, разработка новых более экономичных и экологичных способов рециклинга ПЭТФ-бутылок остаётся актуальной задачей. Из результатов ряда исследований следует, что десятую часть твердых бытовых отходов (ТБО) больших и средних городов составляют полимерные материалы. Опасность нахождения их на свалках усиливается еще и тем, что при возгораниях мусора они выделяют вредные вещества, которые разносятся ветром на всю округу.

Практически вся полимерная продукция, в том числе и та, которая получена из вторичного сырья, превращается в конечном итоге в отходы потребления (промышленного и бытового) и загрязняет окружающую среду, прежде всего литосферу, скапливаясь на мусорных свалках, полигонах отходов и во всех тех местах, где пребывает человек (рис.1). В естественных условиях эти отходы разрушаются крайне медленно. В течение многих десятилетий они оказывают угнетающее воздействие на растительный и животный мир.

В настоящее время в процессах газификации отходов используется в основном электродуговая плазма [1–4]. Энергоноситель-плазма создается продувкой через дуговой разряд различных газов, в том числе и водяного пара. Пароводяная плазма является самым привлекательным вариантом в связи с тем, что ее применение обеспечивает целый ряд преимуществ. Пароводяная плазма не содержит балластные компоненты (например, такие как азот в составе воздушной плазмы). Поэтому тепловая эффективность энергоносителя становится в значительной степени выше. В пароводяной плазме подавляются механизмы образования вредных окислов, таких как окислы азота и серы. Этим обеспечиваются самые благоприятные экологические условия. Такого рода плазма обогащает синтез-газ водородом за счет окисления углерода сырья водяным паром: С + Н₂О → Н₂ + СО. В результате увеличивается количество конечного продукта. Можно отметить и другие положительные эффекты, сопутствующие практическому применению пароводяной плазмы. Однако, на практике, при использовании водяного пара в электродуговых плазмотронах, возникают дополнительные технические трудности. В реальных промышленных установках в первую очередь необходим эффективный парогенератор для получения перегретого пара. Необходима защита тугоплавких электродов от прямого воздействия водяного пара. А также нужно принимать меры для предотвращения конденсации влаги на поверхностях токопроводящих элементов.

Рис.1. Образование и размещение полимерных отходов

Использование плазмы газового разряда с жидким электролитным катодом позволяет избавиться от вышеперечисленных негативных моментов. Подход к решению этой задачи может быть осуществлён с применением газоразрядной плазмы, поскольку ионизированный газ содержит значительное количество химически активных компонентов [5]. В разряде в парах воды такими компонентами являются OH и OH – , которые способны участвовать в реакциях расщепления молекул ПЭТФ.

Температура плавления ПЭТФ составляет

280°С, а максимальная температура воспламенения ожидаемых продуктов деструкции, т. е. компонентов исходного сырья (терефталевой кислоты, этиленгликоля и др.), не превышает

600°С. Поэтому среднегазовая температура плазмы должна быть невысокой. При атмосферном давлении этому требованию соответствует плазма газового разряда между жидким электролитом и твёрдотельным электродом.

Таким образом, наиболее приемлемый плазмохимический реактор для переработки ПЭТФ-бутылочных отходов может быть разработан на основе газоразрядного плазменного генератора с жидким катодом, когда в качестве электролита служат водные растворы солей, щелочей и кислот.

В данной работе на модельной установке опробованы различные способы ввода ПЭТФ в плазменный поток. Выявлено, что более перспективным является подача в жидком состоянии. При этом для плавления отходов может быть использована теплота отходящих газов. Исследования процесса переработки полимерных отходов в плазменном потоке из паров жидких электролитов проводились в экспериментальной установке на базе двух генераторов плазмы. Ее принципиальная схема приведена на рис.2. В качестве катода в обоих генераторах плазмы применялся раствор глауберовой соли в дистиллированной воде, с концентрацией по массе в пределах (0,05 ÷ 0,10) %. Плазменные потоки образовывались за счет испарения жидких катодов. Убыль восполнялась добавлением «свежего» электролита. Это осуществлялось с помощью автономных систем подачи электролита.

Полимерные отходы загружались в реакционную камеру № 1. Здесь происходило термическое разложение отходов в интервале температур от 450 до 530 ºС в среде перегретого пара, создаваемого испарением жидкого электролитного катода генератора плазмы № 1. Летучие продукты разложения поступали во вторую реакционную камеру и смешивались с потоком плазмы от генератора № 2. Температура Т в реакционной зоне во второй камере поддерживалась постоянной в течение всего процесса и регулировалась в пределах от 1150±10 до 1450±10 ºС.

Для улавливания продуктов деструкции ПЭТФ поток газа из плазмохимического реактора пропускался через закалочное устройство, которое одновременно служило и теплообменником. Изучение внешних признаков полученного конденсата позволяет утверждать, что среди продуктов разложения имеются жидкие вещества сложного химического состава.

Рис.2. Блок-схема экспериментальной установки

Более 70 % объема получаемого газа представляют собой горючие компоненты. Следовательно, этот синтез-газ можно использовать как энергетическое или химическое сырье.

Как показали эксперименты, температура в плазменном потоке главным образом зависит от плотности тока. В оптимальных режимах работы генераторов плазмы плотность тока на жидком электролитном катоде находилась в пределах от 0,8 до 1,0 А/см 2 . Такие значения плотности тока близки к предельно возможному значению в диффузном режиме горения разряда. На металлическом водоохлаждаемом аноде плотность тока была практически в полтора раза выше.

В целом можно отметить, газовый разряд с жидкоэлектродным катодом позволяет получить плазменные потоки, которые по многим параметрам близки к потокам плазмы, генерируемым пароводяными электродуговыми плазмотронами, предназначенными для газификации углеводородсодержащих отходов. Таким образом, опыты с отходами из ПЭТ показали перспективность использования генераторов плазмы с жидкими электродами для их переработки.

1. Альтовский Г. С., Бернадинер М. Н., Иванов В. В. Перспективы высокотемпературной паровой газификации отходов с использованием плазменных источников энергии. // ЭКИП. — 2011. — № 2. — С. 8–11.

2. Гудим Ю. А., Голубев А. А. Безотходная технология высокотемпературной утилизации несортированных твердых коммунальных отходов. // ЭКИП. — 2009. — № 2. — С. 4–7.

3. Артемов А. В., Переславцев А. В., Крутяков Ю. А. и др. Экологические аспекты плазменной переработки твердых отходов. // ЭКИП. — 2011. — № 9. — С. 20–23.

4. Артемов А. В., Переславцев А. В., Крутяков Ю. А. и др. Плазменные технологии переработки углеводородного сырья и отходов. // ЭКИП. — 2011. — № 10. — С. 18–23.

5. Плазмотрон с жидким электролитным катодом: пат. № 2286033. Рос. Федерация. № 2005115270/06; Заявлено 19.05.2005, опубл. 20.10.2006. Бюл. № 29. — 3 с.

Технология плазменной газификации Westinghouse Plasma Corporation

Плазменная газификация WPS сегодня считается одной из передовых технологий обращения с несортированными отходами.

1. Актуальность проблемы утилизации отходов

Ежегодно на территории Московской области образуется более 20 млн. тонн промышленных и бытовых отходов. Большую часть из них составляют отходы вывозимые на полигоны Московской области из Москвы, твердые бытовые отходы (ТБО) – 5 млн. тонн, промышленные и строительные отходы 6 млн тонн. Через 2–3 года полигоны ТБО на территории Московской области будут закрыты. В связи с этим принято решение о строительство на территории Московской области сети заводов плазменной газификации промышленных и бытовых отходов для производства электроэнергии. Заводы планируется разместить в муниципальных районах, раничащих с городом Москва. Производительность одного завода по переработке отходов 1500 тонн/ сутки (500 000 тонн в год), для производства электроэнергии 50 Мвт/ч.

2. Технология плазменной газификации WPC

Технология плазменной газификации разработана для решения широкого круга задач одной, из которых является преобразование любых видов отходов, включая био-отходы, опасные отходы, в электроэнергию/синтетическое топливо (дизельное топливо, этанол) и другие полезные материалы (тонна отходов равна 1–1,3 МВт/ч электроэнергии). Является технологией промышленного использования, имеет коммерчески успешные инсталляции по всему миру (Япония, Индия, Англия, Китае, США). Ведутся работы по проектированию и строительству в странах Евросоюза. Применение плазменной газификации неотъемлемо связано с Киотским соглашением по уменьшению влияния на атмосферу человека. Влияние на природу и человека ниже мировых норм ПДК в 10–15 раз.

Более 30 лет научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ и свыше 500000 часов эксплуатации серийных факелов позволили корпорации WPC разработать передовую технологию плазменной газификации – очень эффективное и надежное решение проблемы. С момента приобретения в 2007 г. корпорации WPC, Alter NRG раздвинула рамки разработок технологии.

Возможность использовать технологию WPC для переработки разнородного исходного сырья при его минимальной подготовке уникальна. Это позволяет смешивать разное исходное сырье, такое как бытовые отходы, опасные отходы, строительный мусор и лом, автомобильный лом, уголь с высоким содержанием золы, биомассу, жидкости и шламы. Такая универсальность позволяет компаниям оптимизировать работы по типу доступного исходного сырья.

Конечный продукт процесса плазменной газификации WPC может быть разным, например электроэнергия, пар или жидкое топливо.

Одновременно сокращаются выбросы вредных парниковых газов в атмосферу. Плазменная газификация – это испытанная технология, которая является решением сегодняшних проблем, поддерживая баланс между выработкой энергии и сохранением окружающей среды.

Установка плазменной газификации работает при температуре, превышающей 5500°С, гарантируя практически полное преобразование исходного сырья в синтетический газ. Неорганические вещества выводятся у основания газификатора в виде инертного шлака, который охлаждается и превращается в неопасный невыщелачиваемый продукт, который можно продавать как наполнитель для строительного материала.

Совокупная энергия, извлеченная из исходного сырья, переработанного газификатором, составляет примерно 80%. Эта регенерированная энергия представляет собой чистый, обогащенный синтетический газ, который можно использовать для генерации электроэнергии, получения жидкого топлива или иной энергетической продукции. Из всей энергии, необходимой для процесса газификации, на питание плазменных факелов расходуется только 2–5%.

Модульная и масштабируемая конструкция нашей установки позволяет быстро устанавливать систему плазменной газификации повсюду, что делает плазменную технологию доступной во всем мире.

Бизнес процесс

Загрузочный узел

Загрузочный узел требует тщательной проработки, в связи с различным состоянием (твердым, жидким) отходов.Кокс используется в качестве теплоизоляционной подстилки, удерживающей тепло плазматронов в газификационной зоне реактора. Готово решение замены металлургического кокса на BRIQs. Известняк (в качестве замены рассматривается применение фосфогипса) управляет тугоплавкостью шлака, и необходим для достижения полной его остеклованности и невыщелачиваемости.

Плазменный реактор-газификатор (ПРГ)

Два стандартных реактора-газификатора (ПРГ) G65 осуществляют превращение органических компонентов смеси опасных отходов в синтез-газ, который выходит из его верхей части, и превращение неорганических компонентов в расплавленный шлак, вытекающий из нижней части. Расплавление шлака достигается за счёт высоких температур в нижней части реактора. В процессе поглощаются кислород и водяной пар. Высокая температура способствует значительному ускорению различных химических реакций газификации и позволяет сплавить неорганические части загрузочного материала вместе. ПРГ имеет соответствующее огнеупорное покрытие, способное выдержать высокие температуры и коррозионное действие расплавленного шлака и горячего сингаза внутри реактора.

Выходящий из реактора синтез-газ имеет температуру 870°C, давление близкое к атмосферному, объем 64000 — 69000 Нм куб в час.

Донный шлак представляет собой смесь негорючих неорганических веществ, в том числе подлежащих рекуперации металлов. Шлак поступает в соответствующую систему для дальнейшей обработки.

Конструкция ПРГ стандартная основывается на конструкции плазменной печи производства Вестингхаус Плазма Корпорэйшн (WPC), представляющей собой вертикальную шахтную печь.

Система плазменных горелок

Каждый реактор оснащаются шестью (6) плазматронами марки « Marc 11 » с регулируемой мощностью в донной части. Диапазон мощности каждого составляет от 300 до 800 кВт. В нормальных условиях плазматроны работают при 600 кВт, в сумме 3,6 МВт. Избыточная мощность необходима для беспроблемного преодоления нештатных ситуаций, пусконаладочных работ и технического обслуживания.

Система плазменных горелок рассчитана на 500 000 часов непрерывной работы в агрессивных средах, прошла проверку временем и зарекомендовала себя как надежный элемент общего технологического процесса.

Установка разделения воздуха

Для более полной газификации материалов реакторы продуваются потоком воздуха с 95% содержанием кислорода. Система снабжения кислородом представляет собой сжижающую установку разделения воздуха. Она работает по принципу охлаждения воздуха под давлением до сжижения с последующим отделением газообразного азота в ректификационной колонне. Этот процесс позволяет получить кислород высокой чистоты. Одним из преимуществ данного способа является возможность запасания жидкого кислорода в цистернах для последующего использования в случае нештатной ситуации. Жидкий кислород из разделителя прокачивается через испаритель и затем в газообразном виде попадает в реактор.

Аргон, основной остаточный газ воздуха, присутствует в получаемых газах, в основном в кислороде. В случае заинтересованности компании в извлечении аргона, возможно повышение чистоты получаемого кислорода, и как следствие — увеличение объёма извлекаемого аргона.

Охлаждение газа, очистка от пыли и хлороводорода

Нагретый синтез-газ направляется в скруббер и колонны с распылительным орошением для охлаждения, очистки и обработки. Сингаз попадает в скруббер Вентури, а затем в колонну с распылительным орошением для охлаждения, очистки от пыли, хлороводорода и прочих нежелательных примесей.

Очищенный синтетический газ выходит через верхнюю часть оросительной колонны и направляется к мокрому электрофильтру для более тонкой пылеочистки.

Паротурбинный генератор и воздушный конденсатор

Давление пара снижается в паровой турбине, пар преобразуется в жидкую воду в конденсаторе, и отправляется обратно в котёл через систему рециркуляции пара. Выделяемая при конденсации энергия преобразуется в электрическую. В паровом котле используется очищенная сливная вода для минимизации затрат. Это необходимо, чтобы компенсировать потери пара, используемого для газификации.

Удаление ртути

Охлаждённый сжатый синтез-газ проходит через фильтр с активированным углём для удаления следовых количеств ртути перед процессом сероочистки. Два последовательно установленных фильтра обеспечивают удаление до 99.75%. Согласно расчётам, фильтры требуют замены только раз в год. После удаления ртути газ поступает на линию сероочистки.

Гидролиз карбонилсульфида

Гидролиз карбонилсульфида (COS) необходим для превращения, содержащегося в синтез-газе карбонилсульфида, в сероводород ( H ₂ S ) с удалением последнего из потока. В процессе гидролиза газ проходит через слой катализатора, где COS превращается в H ₂ S и CO ₂ . После такой обработки практически вся сера в сингазе переводится в сероводород, который легко удаляется на следующей стадии.

Сероочистка

В блоке сероочистки H ₂ S удаляется из сингаза и преобразуется в элементарную серу, которую можно складировать на станции или продать. Используемая здесь технология сероочистки называется «CrystaSulf». Она была выбрана за избирательное удаление H ₂ S без удаления CO ₂ , CO и H ₂ , а также за возможность одноэтапной переработки H ₂ S в твёрдую серу.

Удаление примесей и контроль выбросов

Для работы с ртутью и прочими примесями необходимо принять специальные меры. Ввиду общего характера данного завода и отсутствия результатов анализов для предлагаемой электростанции, количества примесей не могут быть точно установлены в данный момент.

Загрязняющие вещества удаляются из синтез-газа до производства электроэнергии, в то время как растворённые воде примеси остаются в сточных водах, однако при проектировании станции будут использованы как минимум экологические стандарты РФ.

Мокрый электрофильтр

Очистка от частиц размерами менее микрона требует применения мокрого электрофильтра, поскольку удаление субмикронных частиц в оросителях не гарантируется.

Синтез-газ входит в электрофильтр, где равномерно распределяется по пучку трубок. В коллекторных трубках входящие частицы получают значительный отрицательный заряд от коронного разряда большой мощности, производимого высоковольтными электродами. По мере продвижения заряженных частиц в трубках электрическое поле заставляет их перемещаться в сторону заземлённых трубочных стенок, где они и оседают. Протекающая внутри трубок водяная плёнка смывает собранные частицы в слив, ведущий к месту водоочистки.

Переработка сточных вод

Водные потоки от оросительной башни, сепараторов, парового котла и прочих установок накапливаются в резервуаре для сточных вод. Здесь отходы смешиваются и перекачивается в систему очистки, системы удаления взвешенных частиц, тяжелых металлов и токсичных компонентов.

Очистка сточных вод представляет собой физико-химический процесс, который происходит во флокуляционной камере, фильтровальном резервуаре и системе химической обработки. Очищенная вода хранится в отдельном резервуаре.

Потребление воды

В расчётных условиях, объект не требует поставок пресной воды. Внутренние требования включают восполнение потерь воды в паровом котле, оросительной башне, электрофильтре и скруббере. Все потребности в воде удовлетворяются с помощью очищенной воды, вырабатываемой в процессе газификации, с избытком в 50 м³/сут. Однако для начала эксплуатации необходимо доставить некоторое количество пресной воды.

Существует возможность сбора пресной воды путем охлаждения воздуха в летние месяцы до его поступления в турбину и сбора конденсата. Выход будет зависеть от температуры и относительной влажности воздуха в данный день. При 20°С и влажности 60% 9,3 м³/сут воды может быть получено охлаждением до 10°C при 30°С и относительной влажности 75% — 130 м³/сут при охлаждении до той же температуры.

3. Экономические показатели плазменной газификации

Исполнитель работ: ЗАО «ТБК Инновации», эксклюзивный представитель AlterNRG Corp., (Россия)

Строительство комплекса по переработке отходов производства и потребления с возможностями:

• Переработки промышленных и бытовых отходов ….1500 тонн в сутки
• Выработки и передача потребителям электроэнергии………. 50 МВт/ч
• Производства стекловидного шлака для изготовления блоков утепления из минеральной ваты …………………………….……>300 тонн в сутки
• Восстановление металов ………………………….…>150 тонн в сутки
• Производство серы …………………………………. >1.5 тонны в сутки

Основные цели проекта:

• Утилизация отходов производства и потребления
• Закрытие и переработка существующих и старых полигонов Отходов
• Снижение рисков экологической безопасности
• Максимально эффективное получение из отходов товаров и услуг потребления
• Создание условий для цивилизованного обращения с отходами

Срок строительства 24 месяца, подконтрольная эксплуатация 6 месяцев, параллельными этапами

• Гарантированная поставка отходов.
• Правительственная поддержка.
• Наличие земельного участка под застройку.
• Гарантийный сбыт электроэнергии и производимых материалов и продуктов.
• Наличие 90% финансирования

Общий размер инвестиций ………………………………307,5 млн. дол. США.

• Стоимость оборудования и материалов …………….. 188,5 млн. дол. США
• Проектная документация………………………………..5,22 млн. дол. США
• Управление проектом………………………………… 3,075 млн. дол. США
• Рабочая и сметная документация……………………….9,84 млн. дол. США
• Строительство, включая монтаж ……………………….91,6 млн. дол. США
• Пусконаладочные работы и подготовка к эксплуатации……………………………. 9,23 млн. дол. США

Распределение затрат:

• Переработка отходов ……………………………………………………. 32%
• Очистка и подготовка газа ………………………………………………..28%
• Выработка электроэнергии/ производство синтетического топлива. …40%

График финансирования по месяцам:

1 месяц – 5,22 млн. дол. США, 7 месяц – 22,325 млн. дол. США, 8 месяц – 123,0 млн. дол. США, 10 месяц – 11,95 млн. дол. США, 18 месяц – 110,81 млн. дол. США, 20 месяц – 34,286 млн. дол. США.

• Период возврата инвестиций (для инвестора) ………………. 5,6 лет
• Pre Tax ROE ………………………………………………………. 35,95%
• EBITDA в год …………..……………………………45.37 млн. дол. США
• NPV Проект….………………………………………348.36 тыс. дол. США
• Процентная ставка кредитования ……………………………………….7%

Поставщик оборудования: ЗАО «ТБК Инновации» (Россия)

Оборудование и материалы: Westinghouse Plasma Corp. (США), AlterNRG Corp. (Канада), General Electric (США), Turbo Sonic (Канада).

Автор статьи: КАДЕРЛЕЕВ Марат Камильевич, Генеральный директор ЗАО «ТБК Инновации, к. т. н.

ЗАО «ТБК Инновации» российская инжиниринговая компания – эксклюзивный представитель мирового лидера AlterNRG Corp.(WPC) в области поставки решений утилизации промышленных и бытовых отходов используя технологию плазменной дуги (плазменной газификации). Компания в своей работе использует современные инструменты технического и функционального проектирования. Кроме того, на экспериментальной базе корпорации Westinghouse Plasma ЗАО «ТБК Инновации» проводит испытания и функциональные проверки.

Поделиться ссылкой: