Plasma forgassing - Plasma gasification

Plasma Arc forgassing
Prosess type Kjemisk
Industrisektor (er) Avfallshåndtering
Energi
Hovedteknologier eller delprosesser Plasma arc
Plasma elektrolyse
Råstoff Kommunalt og industrielt avfall
Biomasse
Fast hydrokarboner
Produkter) Syngas
Slag
Separert metallskrap

Plasmagassifisering er en ekstrem termisk prosess ved bruk av plasma som omdanner organisk materiale til et syntesegass (syntesegass) som hovedsakelig består av hydrogen og karbonmonoksid . En plasmafakkel drevet av en lysbue brukes til å ionisere gass og katalysere organisk materiale til syngass , med slagg igjen som et biprodukt. Det brukes kommersielt som en form for avfallsbehandling og har blitt testet for forgassing av avfallsmateriale , biomasse , industriavfall , farlig avfall og faste hydrokarboner , for eksempel kull , oljesand , petcoke og oljeskifer .

Prosess

Små plasma -fakler bruker vanligvis en inert gass som argon der større fakler krever nitrogen . De elektroder varierer fra kobber eller wolfram for å hafnium eller zirkonium , sammen med forskjellige andre legeringer . En sterk elektrisk strøm under høyspenning passerer mellom de to elektrodene som en lysbue . Trykt inert gass ioniseres som passerer gjennom plasmaet som er opprettet av buen. Lommelyktens temperatur varierer fra 2000 til 14 000 ° C (3600 til 25 200 ° F). Plasma -reaksjonens temperatur bestemmer strukturen til plasmaet og dannende gass.

Avfallet varmes opp, smeltes og til slutt fordampes . Bare under disse ekstreme forholdene kan det oppstå molekylær dissosiasjon ved å bryte molekylære bindinger fra hverandre . Komplekse molekyler skilles i individuelle atomer . De resulterende elementære komponentene er i en gassformig fase ( syngass ). Molekylær dissosiasjon ved bruk av plasma omtales som " plasmapyrolyse ".

Fôrvarer

Råstoffet for behandling av plasmaavfall er oftest søppelbrensel , biomasseavfall eller begge deler. Fôrvarer kan også inkludere biomedisinsk avfall og farlige materialer . Innholdet og konsistensen av avfallet påvirker direkte ytelsen til et plasmatillegg. Forsortering for å trekke ut behandlingsbart materiale for forgassingen gir konsistens. For mye uorganisk materiale som metall og byggeavfall øker slaggproduksjonen, noe som igjen reduserer syngassproduksjonen . Imidlertid er en fordel at slaggen i seg selv er kjemisk inert og trygg å håndtere (visse materialer kan imidlertid påvirke innholdet i gassen som produseres). Det er generelt nødvendig å makulere avfall til små, jevne partikler før det kommer inn i hovedkammeret. Dette skaper en effektiv energioverføring som muliggjør tilstrekkelig nedbrytning av materialene.

Noen ganger tilsettes damp til forgassingsprosesser for å øke dannelsen av hydrogen ( dampreformering ).

Utbytter

Pure høyt kalorisyntesegass består hovedsakelig av karbonmonoksyd (CO) og hydrogen (H 2 ). Uorganiske forbindelser i avfallsstrømmen brytes ikke ned, men smeltes, som inkluderer glass, keramikk og forskjellige metaller.

Den høye temperaturen og mangel på oksygen forhindrer dannelse av mange giftige forbindelser som furaner , dioksiner , nitrogenoksider eller svoveldioksid i selve flammen. Imidlertid dannes dioksiner under avkjøling av syngassen.

Metaller som følge av plasmapyrolyse kan utvinnes fra slaggen og til slutt selges som en vare. Inert slagg produsert fra noen prosesser er granulert og kan brukes i konstruksjon. En del av syngassene produserte feeder på stedet turbiner, som driver plasmafakklene og dermed støtter fôringssystemet.

Utstyr

Noen plasmagassingsreaktorer opererer ved undertrykk , men de fleste prøver å gjenvinne gassformige og/eller faste ressurser.

Fordeler

De viktigste fordelene med plasma -fakkelteknologier for behandling av avfall er:

  • Forhindre at farlig avfall når deponier
  • Noen prosesser er designet for å utvinne flyveaske, bunnaske og de fleste andre partikler, for 95% eller bedre avledning fra deponier, og ingen skadelige utslipp av giftig avfall
  • Potensiell produksjon av forglasset slagg som kan brukes som byggemateriale
  • Behandling av biomasseavfall til brennbare syntetiske gasser for elektrisk kraft og termisk energi
  • Produksjon av verdiskapende produkter (metaller) fra slagg
  • Trygt betyr å ødelegge både medisinsk og mange andre farlige avfall .
  • Forgassing med sultet forbrenning og rask slukking av syngass fra forhøyede temperaturer kan unngå produksjon av dioksiner og furaner som er vanlige for forbrenningsovner
  • Luftutslipp kan være renere enn deponier og lignende til forbrenningsovner.

Ulemper

De viktigste ulempene med plasma -fakkelteknologier for behandling av avfall er:

  • Store første investeringskostnader i forhold til alternativene, inkludert deponi og forbrenning .
  • Driftskostnadene er høye i forhold til forbrenning.
  • Lite eller til og med negativ netto energiproduksjon.
  • Våt fôrlager resulterer i mindre syngassproduksjon og høyere energiforbruk.
  • Hyppig vedlikehold og begrenset anleggstilgjengelighet.

Kommersialisering

Hovedartikkel: Kommersialisering av plasma forgassing

Plasmafakkelforgassning brukes kommersielt til avfallshåndtering på totalt fem steder over hele verden med en kombinert konstruksjonskapasitet på 200 tonn avfall per dag, hvorav halvparten er biomasseavfall.

Energigjenvinning fra avfallsstrømmer ved bruk av plasmagassgjøring er i dag implementert i totalt en (muligens to) installasjon som representerer en behandlingskapasitet på 25-30 tonn avfall per dag.

Militær bruk

Den amerikanske marinen bruker Plasma Arc Waste Destruction System (PAWDS) på sin siste generasjon Gerald R. Ford -klasse hangarskip . Det kompakte systemet som brukes, vil behandle alt brennbart fast avfall som genereres om bord på skipet. Etter å ha fullført fabrikkakseptprøving i Montreal, er systemet planlagt sendt til Huntington Ingalls verft for installasjon på transportøren.

Se også

Referanser

Eksterne linker