Плазменная переработка мусора в России: плюсы и минусы

Мировая ситуация с ТБО

Каждый день человек оставляет отходы, которые необходимо утилизировать. Объемы отходов ежегодно увеличиваются на 3%. По оценкам специалистов, это около 60 миллионов тонн. Для размещения такого объема отходов потребуется площадь, равная территории Италии или Франции, а также новые технологии.
В мировой практике известно более 20 методов обращения с твердыми отходами

Поэтому проблема рециклинга, а также переработки отходов очень актуальна для всех стран мира. По оценкам, более 30% твердых отходов составляют упаковочные материалы: полиэтиленовые пакеты, картон и многое другое.

ТБО или твердые бытовые отходы — это вещи, продукты или изделия, утратившие свои функциональные свойства или выброшенные потребителем из-за их непригодности, а также бытовые отходы, образующиеся в процессе жизни человека.

В России катастрофическая ситуация с использованием отходов и технологий их утилизации. На каждого горожанина, включая младенцев, приходится около 2000 тонн неперерабатываемых отходов. Это утверждение относится только к официально зарегистрированным полигонам, а если учесть спонтанные захоронения, то цифра увеличится вдвое.

Принцип работы плазменной установки

Принцип работы плазменной системы заключается в воздействии на отходы чрезвычайно высоких температур, не ниже 1200 ° C, изоляции кислорода, создании оптимального давления и обработке массы отходов потоком низкотемпературной плазмы.

Строгое соблюдение температурных режимов позволяет избежать появления в синтез-газе жидкой фракции при утилизации, смолы, образующейся при переработке отходов при более низких температурах.

Кроме того, использование предельно высоких температур позволяет получить показатели полного уничтожения токсичных или трудноразлагаемых компонентов отходов, а также исключить синтез особо токсичных веществ.

Плазменная система состоит из следующих узлов:

• грузовые мачты,
• реактор газификатора,
• плазменный генератор, к которому подключены энергосистемы,
• форсаж
• системы охлаждения,
• системы очистки газов.

Принцип работы установки плазменной газификации можно описать следующим образом:

1. Отходы складываются в загрузочный колодец. Подача происходит через герметичный шлюз-накопитель, скорость и объем притока отходов регулируются.
2. В реактор подают воздух и водяной пар, после чего смесь обрабатывают потоком низкотемпературной плазмы.
3. Подача сиговых газов из нижней части камеры реактора осуществляется непрерывно.
4. Затем полученный синтез-газ можно направить на сжигание в газовую котельную или в гасящую установку, а затем очистить и отфильтровать.
5. После очистки синтез-газ направляется в компрессор, затем влага отделяется, фильтруется и подается в газовую турбину.
6. Зольный остаток и некоторые негорючие элементы попадают на дно емкости для воды, где шлак охлаждается и впоследствии удаляется.

Для непрерывной работы установки плазменной газификации необходимо постоянно поддерживать плазменную струю, а также периодически обеспечивать паровоздушную смесь и контролировать уровень отходов в реакторе при их превращении в синтез-газ.

Пиролиз ТБО: плюсы и минусы

В отличие от традиционной утилизации, в том числе путем сжигания, пиролиз имеет следующие преимущества:

1. Не загрязняет окружающую среду;
2. Отходы используются для получения полезных веществ;
3. В отходах после процесса нет агрессивных и опасных веществ, их объем значительно меньше, чем при обычном сжигании, их можно захоронить;
4. Предотвращает восстановление тяжелых металлов, они превращаются в золу;
5. Полученные таким образом конечные продукты просты в обращении: хранение, транспортировка;
6. Наладить технологический процесс несложно, оборудование не требует много места, доступные цены.

При использовании технологии в низкотемпературном режиме есть ряд недостатков, а именно:

1. На производстве используются большие печи, которые имеют сложную конструкцию и дороги в обслуживании;
2. Не обойтись без числового персонала;
3. невозможно добиться полного разложения диоксинов, содержащих твердые отходы;
4. В осаждающемся шлаке остаются тяжелые металлы, которые нельзя расплавить.

Все эти недостатки обусловлены обычным сжиганием или удалением отходов. Преимущества неоспоримы как для экологической безопасности и здоровья населения, так и для коммерческой деятельности.

Различные способы утилизации

Отходы по всему миру занимают огромные площади. Они отравляют окружающую среду, загрязняют грунтовые воды и отравляют воздух. Поскольку накапливать мусор бесконечно невозможно, существует несколько технологий избавления от бытовых отходов:

• захоронение;
• компостирование;
• термическая обработка.

Различные способы утилизации

Захоронение

Это самый популярный способ избавиться от мусора. Используется технология для отходов, которые не горят и не выделяют токсины. В процессе работы полигона ТБО в атмосферу выбрасываются свалочные газы, меняются геоиндикаторы земли под корпусом полигона, что приводит к увеличению фильтрующей способности почв и, как следствие, к загрязнению грунтовых вод.

Это несовершенный технологический метод утилизации отходов, поскольку он не позволяет на 100% защитить природу от проникновения веществ, образующихся в процессе разложения. Многие хлама могут исчезнуть только через десятки лет.

Компостирование

Компостирование отходов — это способ преобразования органических продуктов с помощью микроорганизмов в смесь, которую можно использовать при выращивании растений. Этот метод требует тщательной подготовки к утилизации, так как разложение отходов происходит естественным путем.

Термопереработка

Используется для нетоксичных отходов. К основным преимуществам этого метода обработки отходов можно отнести:

Технологическая схема обращения с отходами на мусоросжигательных заводах

• дезактивация и утилизация отходов;
• уничтожение любых болезнетворных микроорганизмов под воздействием высоких температур;
• значительное сокращение объема отходов (объем отходов сокращается в 10 раз);
• получать энергию, которую можно использовать для освещения и обогрева помещений.

Этот способ можно считать наиболее эффективным, так как в процессе сжигания отходы превращаются в золу, не опасную для окружающей среды. Его можно закопать, не опасаясь гниения, поэтому токсичные газы не будут выбрасываться в атмосферу.

К основным недостаткам можно отнести загрязнение воздуха, так как в процессе сгорания выделяются диоксин, кианит и другие вещества, оказывающие негативное воздействие на человека и окружающую среду.

Плазменный метод наименее затратен и на 100% экологичен. Эта технология уже успешно применяется во многих развитых странах мира: США, Японии, Англии и других. Использование плазменных технологий снизит негативное воздействие на окружающую среду и человека.

Преимущества и недостатки метода

Плазмохимическая обработка заслуживает особого внимания из-за очевидных преимуществ:

• производство осуществляется за счет энергии собственного производства;
• требуется минимум персонала для поддержания работы завода;
• перед погрузкой не требуется предварительной подготовки;
• конечный продукт безвреден для окружающей среды и может использоваться для производства топлива, для производства строительных материалов и в других отраслях промышленности.

Считается, что это качественно новый метод, позволяющий сократить количество городских свалок и максимально внимательно относиться к окружающей среде. Но, как и в любом другом случае, у него есть свои недостатки:

• сложная установка требует предварительного обучения персонала;
• дороговизна духовок.

Ресурсы биомассы для газификации

В нашей стране имеется много экономически доступного органического сырья: дрова, кора, ветки, бревна и др. отходы лесозаготовок, отходы деревообрабатывающей и мебельной промышленности, лигнин, отходы зерноочистки, различные виды соломы и стеблей растений (пшеница, рис, лен, кукуруза, подсолнечник, хлопок и др.), тростник, семена плодов и скорлупа грецких орехов, различные промышленные и бытовые отходы. Сырье для газификации во многих местах буквально под ногами.

По разным оценкам, ежегодно в России накапливается до 300 миллионов тонн различных органических отходов, в том числе до 50 миллионов тонн бытовых отходов. Некоторые свойства различных лигно-содержащих отходов по сравнению с битуминозным углем:

Сырье	Теплотворная способность мДж / кг	Влажность %	Пепел %
каменный уголь	25–32	1-10	0,5-6
деревянный	10-20	10-60	0,2–1,7
соломка для питья	14–16	4-5	4-5
рисовой шелухи	13–14	9-15	15-20
хлопок	14	девять	12
кукуруза	13-15	10-20	2-7

Выделяют шесть основных направлений использования энергетического потенциала биологического сырья и отходов:

Газификация биомассы — один из самых дешевых и экологически безопасных способов производства электроэнергии и тепла. Есть два прямых способа получения газа из биомассы: микробиологический и термический (пиролитический). Древесина содержит мало воды и довольно медленно поддается биологическому разложению. Поэтому для него, как и для большинства отходов, содержащих целлюлозу и лигнин, наиболее простым и эффективным методом газификации является термический (пиролитический.

Технология плазменной газификации Westinghouse Plasma Corporation

WPC стремится создать передовую технологическую базу для преобразования отходов цивилизации в чистую энергию без ущерба для Земли. В американском обществе ученые из разных стран работают над платформой для коммерческих промышленных предприятий и небольших базовых версий газификаторов.

На сегодняшний день технология плазменного пиролиза используется на трех промышленных предприятиях по всему миру. Установки позволяют преобразовывать бытовые отходы горожан, ядовитые отходы заводов и осадки сточных вод в горючий газ.

Один из заводов Air Products, расположенный в Англии, ежемесячно убирает с планеты 30 килотонн мусора в виде:

• Твердые отходы;
• промышленные отходы;
• розничная и оптовая торговля отходами;
• органические медицинские отходы;
• отходы нефтепереработки;
• ядовитые отходы из мусора, сжигаемого на свалках.

На выходе установка получает очищенный синтез-газ, который превращается в энергетические решения для электростанций, топливных элементов и химикатов:

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

Суть технологического решения компании — реакторы, оснащенные плазмотронами. Сжатый воздух проходит через дуговой разряд высокого напряжения. Газы ионизируются и нагреваются, как молния, и попадают в камеру при температуре 5000 ° C. Полученный сигаз очищается от твердых частиц, тяжелых металлов и серы. Расплавленный шлак собирается для использования в качестве композитного материала в строительстве.

Утилизация плазменных отходов Westinghouse полностью разлагает отходы на безопасные и ценные соединения.

Технологические плазмотроны в составе плазменных систем

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

Среда, образующая плазму, состоит из инертных газов, азота, аммиака, воды или воздуха. Сильноионизированный газовый поток позволяет разделить сырье для получения чистого водорода с монооксидом углерода. Полученный продукт после фильтрации и очистки можно использовать в реакторе для синтеза сложных органических соединений, которые нельзя получить другим способом.

Системы плазменной техники могут работать на мощности до 3500 кВт. Электромагниты используются для стабилизации плазменного пучка.

Промышленные плазменные системы для синтеза производятся российской компанией Plazmarium на базе плазмотрона зарубежных коллег. Компания производит мобильные плазменные системы для утилизации отходов «MGS».

Преимуществом мобильных установок плазменного пиролиза является их модульная конструкция и быстрое внедрение систем утилизации отходов. Состав газо-воздушной смеси контролируется электроникой для снижения концентрации оксида азота в синтез-газе. Устройство позволяет работать с эффективностью до 99% непосредственно на полигоне по сбору бытовых отходов. Запечатанный загрузчик отходов используется для утилизации медицинских биоматериалов и останков домашнего скота.

Реактор плазменного сжигания отходов работает автоматически под программным управлением без участия персонала. Разложение происходит методом химической пароплазменной реакции и исключает выброс вредных веществ в окружающую среду.

По энергоэффективности такие заводы уступают полноценным установкам плазменного сжигания отходов, но уничтожают опасные отходы без вреда для окружающей среды.

Готовые исследования

• Эффективность обращения с твердыми бытовыми отходами — оценка регионов РФ
• Устойчивое развитие: мегатренд или прочая ажиотаж
• Утилизация медицинских масок и перчаток
• БРОСЬ, НО НЕ ЗАБЫВАЙ: как мир решает проблему бытовых отходов
• Обзор рынка возобновляемой энергетики в России и мире

Установка Плутон: плазменно-пиролитическая переработка твердых РАО

Радиоактивные отходы атомных электростанций нельзя сжигать или захоронить без ущерба для окружающей среды. Период полураспада индивидуальных отходов атомной электростанции может составлять сотни лет, в течение которых вещество будет загрязнять воду и почву.

Российская государственная компания «Радон» нашла способ сделать радиоактивные отходы более компактными, чтобы снизить риск утечки радиации из отходов без повторной засыпки каждые полвека.

Твердые радиоактивные отходы подвергаются плазменному пиролизу в имплантатах Плутона. К переработке допускаются вещества до среднего уровня активности. Технология позволяет обрабатывать неоднородные материалы сложного состава за одну операцию с образованием радиоактивных отходов, концентрируемых в объеме, сниженном до 95%. Эмалированные радиоактивные отходы можно утилизировать в течение длительного времени, не опасаясь утечки или растворения в грунтовых водах.

Плазменная печь для сжигания отходов АЭС работает при температуре 1800 ° C благодаря разработанным нами плазменным горелкам с гальванической дугой. Органическое вещество разрушается без остатка, а негорючие элементы растворяются, закрепляя изотопы радиоактивных элементов и тяжелых металлов в кристаллической решетке. Полученный плотный твердый слиток, состоящий из оксидов натрия, алюминия и кремния, почти идентичен по составу стеклу.

Скорость разрушения слитка в природе ниже, чем у стабильных бор-кремниевых стекол, поэтому установка Плутона — идеальное средство для полного сохранения токсинов и радиоизотопов.

Мобильные установки плазменной газификации и уничтожения отходов PLAZARIUM MGS

плазменные реакторы оборудование для утилизации отходов машины и оборудование для утилизации отходов

Мобильные установки плазменного уничтожения отходов PLAZARIUM MGS предназначены для экологически и энергетически эффективной обработки углеродсодержащих отходов в отсутствие свободного кислорода в условиях экстремально высоких температур в плазменной струе (~ 5000 ° C), что гарантирует уничтожение всех компоненты отходов, со степенью полного разрушения в синтез-газе (смесь оксида углерода (CO) и водорода (H2)).

Подвижность конструкции блока утилизации отходов обеспечивает удобство транспортировки, позволяет разместить блок на шасси автомобиля, обеспечивает минимум монтажных работ на объекте, возможность гибкой регулировки технологических параметров блока с минимальными затратами адаптировать установку к условиям конкретного предприятия — по составу и объему перерабатываемых отходов.

Установка для утилизации отходов вместе с мобильностью предполагает модульность как для всего технологического предприятия, так и для отдельных элементов. Это позволяет на принципиальной основе, которая используется как контейнер 20/30/40 футов, составлять различные варианты технологической схемы обращения с широким спектром органических и неорганических отходов.

Основные преимущества установки PLAZARIUM MGS по уничтожению плазменных отходов:

• Мобильность и конструктивная модульность;
• Простота и безопасность при монтаже и эксплуатации, отсутствие контакта персонала завода с опасными отходами;
• Отсутствие жестких требований к предварительной сортировке, сушке и подготовке отходов;
• Отсутствие балласта азота и образование диоксида азота (NO2) и оксидов азота (NOx);
• Простота и автоматизация системы управления установкой и процессом уничтожения отходов;
• Возможность работы на открытом воздухе и в широком диапазоне температур окружающего воздуха (от — 60 ° С до + 50 ° С) и повышенной влажности (параметры окружающей среды определены техническим заданием на разработку плазмы газификации и отходов единицы утилизации);
• Полная экологическая совместимость процесса утилизации отходов с полным уничтожением (99,99%). Отсутствие смол, диоксинов и фуранов;
• Получить чистый синтез-газ (СО + Н2) на выходе из мусороперерабатывающего завода;
• Возможность вмешательства непосредственно в место сбора и накопления отходов;
• Предельно допустимые выбросы (ПДВ) соответствуют ГОСТу СаНПиН 2.2.112.1.1.567-96 и положениям директивы ЕС.

Подача твердых и жидких отходов в реактор плазменной газификации осуществляется через герметичный шлюз-накопитель с возможностью регулирования скорости и объема подачи отходов. Для токсичных, химических, бактериологических и санитарно-гигиенических отходов скармливание осуществляется с полностью герметичной загрузкой через систему дополнительных вакуумных замков, без открытия специального контейнера или мешка.

Реактор установки ПГС для плазмохимической парогазификации и уничтожения отходов позволяет проводить процесс газификации в полностью автоматизированном режиме. Одновременный контроль всех параметров теплового процесса в различных точках конструкции плазменного реактора вместе с регулированием мощности промышленных плазмотронов позволяет достичь полной степени разрушения сырья и получить синтез-газ высокого качества. Наличие дополнительного дожигателя плазмы (плазменный крекинг) и системы поддержания синтез-газа гарантирует достижение полного уничтожения всех опасных токсичных и ядовитых химических соединений, включая смолы, диоксины и фураны.

Установка плазменной газификации оснащена самым современным комплексом газоаналитического оборудования, предназначенным для контроля состава синтез-газа, концентрации вредных веществ и массовой концентрации пыли в технологическом газе после плазмохимической установки парового риформинга, дожигатель плазмы и обслуживание синтез-газа, после системы очистки синтез-газа и после установки для производства электроэнергии и тепла (по желанию).

Функции комплекта газоаналитического оборудования:

• Отбор и транспортировка пробы из точек отбора проб (после реактора плазменной газификации, дожигателя плазмы и камеры выдержки, системы очистки синтез-газа и энергоблока) в шкаф с газоаналитическим оборудованием, расположенный в диспетчерской;
• Пробоподготовка (охлаждение, фильтрация, удаление влаги, нормализация потока);
• Измерение концентраций CO, CO2, H2, O2, N2, NO2, NO, CH4.
• Измерение оптической плотности запыленной и газообразной среды и расчет массовой концентрации взвешенных частиц (пыли).
• Отображение измеренных концентраций и последующая передача информации о текущих значениях в цифровую систему управления установкой плазменной газификации.

Установка плазменной газификации и утилизации отходов питается от внешней системы электроснабжения (трехфазная промышленная сеть переменного тока напряжением 380/400 В и частотой 50/60 Гц). В качестве опции питание блока плазменной газификации осуществляется по замкнутому контуру от блока выработки электрической и тепловой энергии.

Оборудование диспетчерской включает в себя специальный набор для контроля качества электроснабжения и отключений электросети, а также специальный набор источников бесперебойного питания для всех основных систем управления. В случае некачественного электропитания или сбоев во внешней электрической сети комплект слежения сможет решить проблему и отключить все загруженное оборудование, а ИБП сможет поддерживать работу основной цепи управления в случае потери или прерывания электроснабжения установки плазменной газификации и утилизации отходов.

Установка плазменного уничтожения отходов оснащена приборами и инструментами, позволяющими регулировать все рабочие параметры газификации, охлаждения, очистки, сжатия, хранения и подачи синтез-газа, а также производства тепловой и электрической энергии в ручном и автоматическом режиме. Взрывозащищенная и противопожарная безопасность установки обеспечивается соблюдением норм и правил руководства, наличием взрывозащищенной арматуры и автоматических систем подачи азота с возможностью ручного управления, постоянным контролем состава производимого синтез-газа », исключение образования взрывоопасных сред и выбор взрывозащищенных компонентов, размещаемых непосредственно в потенциально опасных зонах.

Кроме того, выбор конструкционных, герметизирующих и теплоизоляционных материалов, используемых для изготовления установки, исходя из условий их взрывозащищенной эксплуатации в нормальных и аварийных режимах эксплуатации.

Спецификация мобильной установки плазменной газификации ПЛАЗАРИУМ MGS

(Установка плазменной газификации):

Характеристики	Размер / Тип
Тип сырья	Твердые, жидкие и газообразные (разные типы установок и реакторов)
Производительность плазменной установки (твердое сырье)	от 50 до 1000 кг в час (от 1 до 25 тонн в день) (Примечание 1)
Минимальная производительность плазменных систем (жидкая подача)	от 30 литров в час
Минимальная производительность плазменных систем (Газ)	от 100 м³ в час
Способы поставки сырья	Постоянный, непрерывный
Тип теплоносителя	Низкотемпературная плазма (~ 5000)
Рабочая температура в камере плазменного реактора, ° С	от 1650 до 2500 (в зависимости от процесса)
Тип охлаждения конструкций завода	Горячая вода с возможностью рекуперации
Количество холодильных контуров	от 1 до 5
Температура наружных стен корпуса агрегата и систем защитных ограждений агрегата	не более 40 ° С
Основной газифицирующий агент	Водяной пар
Вакуум, поддерживаемый в реакторе плазменной газификации, Па	от 50 до 100
Напряжение сети переменного тока, В	3 фазы, 380 ± 10% (Примечание 2)
Частота питающего напряжения, Гц	50/60
Энергозатратность основного технологического оборудования (без промышленной плазменной установки)	от 50 кВт до 20% от общей мощности промышленной плазменной установки (в зависимости от производительности)
Максимально рекомендуемая влажность сырья,% (Примечание 4)	24-30
Система противопожарной и взрывобезопасной защиты	Взрывные клапаны с ручной и автоматической системами подачи азота
Газ на выходе из установки плазменной газификации	Синтез-газ (CO + H2)
Быстрое охлаждение синтез-газа	Водопад
Диапазон рабочих температур окружающей среды, ° С	от — 40 до + 50
Габаритные размеры, ДхШхВ, м	соответствуют размерам морских контейнеров в 20/30/40 футов
Количество контейнеров	от 1 до 5
Общий вес установки, т	от 8 до 40 (в зависимости от производительности)
Рабочий режим (коэффициент заполнения)	Непрерывный, непрерывный (рабочий цикл = 100%)
Площадь, необходимая для установки	300 м² каждые 5 тонн в сутки (в зависимости от конфигурации)
Предполагаемая продолжительность имплантата	до 20-25 лет (Примечание 5)
Персонал, необходимый для управления	3 человека в смену (8 часов)

Примечания: 1 — Можно заказать установки плазменной газификации мощностью до 80 тонн в сутки (HGP-3000) и до 100 тонн в сутки (HGP-5000). 2 — Промышленная плазменная установка завода и другие системы питания обеспечивают автоматическую адаптацию к любому входному напряжению в диапазоне 380-450 В для трех фаз. 3 — Установки плазменной газификации рассчитаны на конкретный газ и сырье в соответствии с требованиями заказчика. 4 — Установка плазменной газификации может работать с широким спектром сырья с влажностью от 0 до 95%. Снижение влажности до 24-30% целесообразно только для повышения показателей энергетического баланса. Для снижения влажности используется тепловая энергия в виде пара и горячей воды, которая удаляется из конструкций блока плазменной газификации в процессе охлаждения синтез-газа и из конструкций блока производства электрической и тепловой энергии. 5 — Все параметры установки плазменной газификации выполнены по техническим условиям заказчика. 6 — Расчетный срок полезного использования установки зависит от ее параметров и конфигурации и определяется в техническом задании. Внимание! С программой обслуживания и поддержки срок службы устройства неограничен. Подробнее о программе обслуживания вы можете прочитать в специальном разделе сайта. 7 — Конструкция установки плазменной газификации определяется Подрядчиком по согласованию габаритных размеров и связи с Заказчиком в техническом проекте установки, что является первым этапом изготовления установки. Средние показатели энергобаланса и экономические показатели установки плазменной газификации PLAZARIUM MGS:

Характеристики	Размер / Тип
Производство синтез-газа	от 1,1 нм3 до 4,8 нм3 на 1 кг отходов в час (Примечание 1)
Суммарное энергопотребление технологического оборудования с учетом мощности промышленной плазменной установки	от 0,5 кВт до 1,5 кВт на 1 кг отходов в час (Примечание 2)
Общее производство электроэнергии	от 1,5 кВт до 5,5 кВт на 1 кг отходов в час (Примечание 3)
Остаточная электроэнергия для продажи и использования третьими лицами	от 1 кВт до 3,6 кВт на 1 кг отходов в час (Примечание 4)
Общее производство тепловой энергии в виде пара 300 ° C и горячей воды до 100 ° C для продажи и использования от имени третьих лиц	от 2,5 кВт до 6,8 кВт на 1 кг отходов в час (Примечание 5)
Средний показатель затрат на обслуживание,% от стоимости установки в год	5
Средняя стоимость установки,% от стоимости установки в год	от 3 до 5 (примечание 6)

Примечания:

1. Объем производства синтез-газа зависит от вида и морфологического состава отходов и рассчитывается в техническом задании установки на основании технического задания заказчика. Этот синтез-газ можно использовать в качестве рабочего газа для производства тепла и электроэнергии или в качестве технологического газа для продажи или смешивания и снижения затрат на природный газ.
2. Затраты на электроэнергию, необходимые для собственных нужд завода, зависят от типа и морфологического состава отходов и рассчитываются в техническом проекте завода на основании технических условий заказчика.
3. Объем произведенной электроэнергии зависит от типа и морфологического состава отходов, от типа установки, выбранной для производства электрической и тепловой энергии, и рассчитывается в техническом проекте установки в соответствии с требованиями заказчика.
4. Электроэнергия для продажи определяется арифметической разницей между валовым произведенным электричеством и стоимостью собственных нужд. Рассчитывается в техническом проекте завода по техническому заданию заказчика.
5. Тепловая энергия в виде пара 300 ° C и горячей воды до 100 ° C является неотъемлемой частью процесса производства электроэнергии и может использоваться как для сушки и нагрева отходов, так и для продажи для различных технологических нужд.
6. Средняя стоимость зависит от страны.
7. Строки таблицы одинарные, не связаны друг с другом и зависят исключительно от типа и морфологического состава отходов. Система очистки синтез-газа установки плазменной газификации PLAZARIUM MGS:

Характеристики	Размер / Тип
Номинальная производительность очищаемого газа, нм3 / ч	от 100 до 2000 (Примечание 1)
Рабочий диапазон производительности,% от номинальной	± 15
Тип уборки	Влажный
Абсорбент использованный	Щелочной раствор на основе NaOH или Ca (OH) 2 (очистка от SO2, HCl, H2S)
Регулировка уровня pH почвы	Автоматический
Эффективность очистки газа от вредных примесей, %	от 96 и старше
Температура газа на входе в систему газоочистки, ° С	+ 80
Температура чистого газа на выходе из системы пыле-газоочистки, ° С	+ 40
Гидравлическое сопротивление при нормальных условиях и номинальном расходе, Па	до 7000
Потеря давления (при нормальных условиях), Па	11000
Название и концентрация захваченных / нейтрализованных компонентов (макс.) (Примечание 2):
Пыль, мг / м3	4000
Хлороводород (HCl), мг / м3	1500
Сероводород (H2S), мг / м3	300
диоксид серы (SO2), мг / м3	300
Плавиковая кислота (HF), мг / м3	15
Диоксид азота (NO2), ppm	2000 г
Оксиды азота (NOx), ppm	2000 г
Ртуть (Hg), мг / м3	0,9
Кадмий (Cd), мг / м3	2,8

Примечания:

1. Объем очищаемого газа определяется исходя из индивидуальных характеристик системы и технических условий заказчика.
2. Название и концентрация захваченных / нейтрализованных компонентов определяется в соответствии с индивидуальными характеристиками установки и спецификациями заказчика. Комплект газоаналитического оборудования для установки плазменной газификации PLAZARIUM MGS:

Характеристики	Размер / Тип
Напряжение сети переменного тока, В	1 фаза, 230 ± 10%
Частота питающего напряжения, Гц	50/60
Потребление энергии	1,5 кВт
Расход пробы, л / мин	1,0 ± 0,1
Процессы подготовки проб	охлаждение, фильтрация, удаление влаги, нормализация потока
Температура образца, ° С	до 80
Относительная влажность, %	100
Условия эксплуатации:
Диапазон температуры окружающей среды, ° С	от + 10 до + 45
Диапазон влажности окружающей среды, %	от 30 до 98
Диапазон атмосферного давления, мм рт. Изобразительное искусство.	с 630 до 800
Параметры анализируемых образцов:
Измерение концентрации	CO, CO2, H2, O2, N2, NO2, NO, CH4 (Примечание 1)
CO, N 2, %	от 0 до 50
H2, %	от 0 до 80
CO2, O2, %	от 0 до 21
CH4, %	от 0 до 5
Пределы допускаемой основной погрешности измерения, %	± 2 (± 5 для H2)
Время установления показаний (без учета времени транспортировки образца), с	40 (105 для H2)
Механические примеси, пыль, мг / м3	от 0 до 3000
Пределы основной погрешности измерений массовой концентрации пыли, %	± 20
Частота калибровки	не реже одного раза в 1 месяц. (Заметка 2)
Частота проверки	не реже одного раза в 1 год

Примечания:

 

1. Перечень параметров для измерения концентраций определяется в соответствии с индивидуальными характеристиками установки и техническими условиями заказчика.
2. Баллоны с калибровочным газом для корректировки показаний газоанализатора входят в комплект газоаналитического оборудования и являются его неотъемлемой частью в составе диспетчерской. Блок производства электрической и тепловой энергии:

Характеристики	Размер / Тип
Генерируемое сетевое напряжение переменного тока, В	3 фазы, 380 ± 10% (Примечание 1)
Частота питающего напряжения, Гц	50/60
Удельная мощность двигателя / турбины, кВт	с 250 по 1850 г. (Примечание 2)
Максимальная мощность агрегата по производству электрической и тепловой энергии, кВт	до 9000 (Примечание 3)
Используется топливо	Синтез-газ (CO + H2) (Примечание 4)
Поставка газа	Непрерывный
Возможность установки физической рекуперации тепла двигателя / турбины	Подарок
Дополнительные параметры, измеряемые системой анализа дыма	CO2, CO, NO2, NO
Наличие импульсного блока питания «Двойной режим	Да (онлайн / офлайн / онлайн) (примечание 5)
Время на запуск и выход на тепловой режим, час	от 2 до 24 (в зависимости от мощности)
Остановись и остынь, часы	от 2 до 24 (в зависимости от мощности)
Интервал технического обслуживания	каждые 4000 часов непрерывной работы и / или каждые 40 пусков или 20 полных термических циклов.
Комплектация агрегатов хранения и компримирования синтез-газа:
Система противопожарной и взрывобезопасной защиты	Взрывные клапаны с ручной и автоматической системами подачи азота
Точка росы синтез-газа на хранение, сжатие и доставку, ° С	до 3
Максимальная температура синтез-газа для приема, ° С	до 90
Максимальная температура синтез-газа для хранения, сжатия и подачи, ° С	до 40
Объемная доля водорода в синтез-газе, %	от 50 до 70
Номинальный объем резервуара для приема, хранения, сжатия и выдачи синтез-газа, м3	2.7 или 20 (примечание 6)
Рабочее давление	до 1,4 МПа (14 бар)
Правильный допустимый уровень звуковой мощности по ГОСТ 12.1.003, дБА	до 90
Расчетный срок службы привода	от 20 до 25 лет (в зависимости от конфигурации)
Расстояние от установки системы хранения и сжатия синтез-газа, м	от 10 до 60 (примечание 7)
Диапазон рабочих температур окружающей среды, ° С	от — 40 до + 50
Габаритные размеры, ДхШхВ, м	соответствуют размерам морских контейнеров в 20/30/40 футов
Количество контейнеров	1
Общий вес блока, т	от 3 до 8 (в зависимости от объема бака)
Рабочий режим (коэффициент заполнения)	Непрерывный, непрерывный (рабочий цикл = 100%)

Примечания:

1. Установка для производства электрической и тепловой энергии предусматривает автоматическую адаптацию к любому входному напряжению в диапазоне 380-450 В для трех фаз.
2. Удельная мощность двигателя / турбины определяется параметрами установки плазменной газификации, объемом произведенного синтез-газа и параметрами требуемой надежности как функция максимальной суммарной мощности установки выработки электроэнергии и термический.
3. Максимальная мощность блока электрической и тепловой генерации состоит из нескольких отдельных двигателей / турбин. Количество отдельных двигателей / турбин колеблется от 2 до 6 в зависимости от величины мощности и требуемых параметров надежности обслуживания и ремонта.
4. Объемная доля водорода от 50 до 70%
5. Установка для производства электрической и тепловой энергии предназначена для работы параллельно с общей сетью электроснабжения. Возможна автономная подача электроэнергии на установку плазменной газификации для мощностей от 10 т / сут.
6. Для увеличения объема хранения возможна модульная структура системы хранения и сжатия синтез-газа.
7. В случае использования ТЭЦ с возможным подземным использованием резервуара, расстояния могут быть сокращены на 50%. Блок хранения и сжатия синтез-газа должен располагаться на расстоянии не менее 15 метров (расстояние от надземных резервуаров), 8 метров (расстояние от подземных резервуаров) от производственных зданий, сооружений и рабочих мест с открытым огнем. Минимальное расстояние от колодцев и воздушных коммуникаций — не менее 5 м; до подземных трасс и коммуникаций — не менее 3,5 м. Не допускается размещение установки хранения и сжатия синтез-газа на расстоянии менее 200 метров от мест массового пребывания людей.
8. Все параметры установки хранения и сжатия синтез-газа индивидуальны и изготавливаются по техническим условиям заказчика.

Что представляет собой плазменная утилизация?

До 20 века отходы накапливались на многочисленных свалках по всему миру. Проблема его утилизации не стояла остро из-за относительно небольшого количества отходов и наличия у человечества больших площадей для организации свалок. За последнее столетие ученые обнаружили, что многие типы выделяемых веществ могут нанести вред окружающей среде. Под воздействием солнца и влажности они разлагают и загрязняют воздух, воду и почву планеты. Первый опыт сжигания мусора оказался не менее опасным, чем бездействие.

Суть процесса

Ранее плазменная технология использовалась для газификации древесины, гудрона, сланца, кокса и других видов твердого топлива. Термолиз, как называется технология, в равной степени применим как для обработки бытовых отходов, так и для утилизации токсичных промышленных отходов.

Суть плазменного воздействия заключается в том, что термическое разложение отходов происходит с неполным окислением. Вещества, подверженные термолизу, изменяются под действием:

• давление;
• кислород;
• водяной пар.

Газификация плазмы начинается при температуре 1000 ° С и выше. Кислород предотвращает сжигание обработанных отходов.

Результаты плазменной переработки

В описанном процессе обработки отходов получают сигнатуру, содержащую:

• монооксид углерода;
• водород;
• другие горючие газы.

Вещество является хорошим топливом для электростанций, а также сырьем для получения такой продукции производства:

• топливо;
• синтетическое моторное масло;
• азотные удобрения;
• аммиак;
• высшие спирты;
• ментатол.

История создания

Описанный метод был разработан в 20-х годах прошлого века в Германии. В то время это считалось альтернативой нефтяной промышленности.

Поскольку разложение техногенных органических веществ из ТБО (твердых бытовых отходов) возможно в присутствии стабильной плазмы при низкой температуре и суровых условиях в реакторе в 1990-е годы. В ХХ веке ученые из Российской Федерации, Израиля и Украины создали плазмотрон — плазменную установку, способную газифицировать любое вещество, в том числе химическое оружие.

Ученые из Института электрофизики и электротехники РАН создали плазмотрон, обладающий рядом важных преимуществ:

• энергоэффективность;
• компактность;
• температура может достигать 1000000 ° К.

Начать серийное производство установки не удалось из-за скудного финансирования научной сферы РФ.

Параллельно с российскими разработчиками ученые из корпорации Westinghouse создали плазмотроны, в которых температура достигает 6273 ° К. Устройства уже прошли испытания и готовы перерабатывать большие объемы отходов.

Высокотемпературная переработка отходов. Плазменные источники энергии (часть 4)

В последние годы в зарубежной и отечественной технической литературе появилось огромное количество публикаций, преимущественно рекламного характера, по использованию плазменных источников энергии в установках для высокотемпературной обработки различных органических отходов. Рассмотрим основные варианты использования источников энергии плазмы в технологиях высокотемпературной обработки и утилизации твердых бытовых, промышленных и медицинских отходов.

Сравнительный анализ применяемых методик утилизации отходов

Чтобы понять превосходство описанного метода, приведем таблицу:

№ п / п	Горит	Обычная газификация	Плазменная газификация
1.	Разрушение (650С)	Разрушение 70% (800 C)	Уничтожение завершено на 90
2.	Диоксины, смолы и фураны выделяются в больших количествах	Есть диоксины, смолы и фураны	Вредных веществ нет.
3.	Ядовитая зола 30%	Зола 10%	остеклованное соединение в неорганической части — 5 %
4.	Не все отходы	Не все отходы	Всякая фигня
5.	Требуется заказ	Требуется заказ	Сортировка не требуется
6.	Большие объемы	Небольшие объемы	Большие объемы
7.	Высокий процент выбросов газа и летучей золы в атмосферу	Средний процент выбросов газа и летучей золы в атмосферу	Нет эмиссии
восемь.	Чувствительность к влажности	Чувствительность к влажности	Нет чувствительности к влажности

Плазменное решение для переработки мусора

Первый промышленный плазмотрон для твердых отходов, разработанный в Российском Курчатовском институте, был изготовлен на Мариупольском машиностроительном заводе в Украине в 2010 году. Устройство было доставлено в Израиль для запуска мусороперерабатывающего завода недалеко от Кармиэля. Эффективность этой разработки еще не превзойдена. Из-за уменьшения финансирования со стороны зарубежных партнеров и геополитических проблем дальнейшие исследования по этому проекту были заморожены.

Попытки передать разработку в ведение наукограда Сколково только в 2012 году привели к созданию в Институте электрофизики и электротехники опытного образца нового плазменного мусоросжигателя. Серийный промышленный образец устройства так и не появился. 2021 г.

К 2025 году Москва и Татарстан планируют построить экспериментальные электростанции по переработке плазменных отходов с привлечением европейских и американских партнеров. Если не возникнет сложностей с финансированием проекта, такие установки появятся по всей стране.

Технология газификации отходов

Плазмохимическая газификация отходов — один из методов обращения с отходами. Исходным материалом являются следующие отходы:

• одомашненный;
• опасные отходы;
• строительные материалы;
• металлолом;
• каменный уголь;
• биоматериал;
• жидкости;
• осадок.

Технология плазменной газификации отходов не требует тщательной и скрупулезной подготовки исходного материала.

Внедрение технологии WPC в сфере переработки отходов положительно сказывается на планете: минимизируется влияние людей и отходов. Снижается выброс вредных парниковых газов.

Плазменная газификация — это проверенная технология, которая решает текущие проблемы, способствует производству топлива и энергии и сохраняет природу. Помимо экологической составляющей, есть еще и финансовое преимущество. Проходя через завод, отходы превращаются в электричество, топливо (дизельное топливо и этанол) и другие виды полезных материалов, пригодных для вторичной переработки.

Загрузочный узел

Различное агрегатное состояние отходов (жидкое или твердое) требует предварительной обработки. Кока-кола используется как теплоизоляционная подстилка. Сохраняет тепло плазмотронов. В будущем планируется заменить его на BRIQ. Легкость шлака регулируется известняком. Благодаря этому достигается остекловывание и невыщелачиваемость готового продукта. Известняк заменяется фосфогипсом.

Плазменный реактор-газификатор (ПРГ)

PRG обеспечивает преобразование органических и опасных соединений в газообразное вещество. Газ выходит из верхней части, а расплавленный шлак при высокой температуре выходит из нижней части реактора. Кислород и водяной пар необходимы для поддержания процесса. Стенки реактора плазменной газификации выполнены из прочного материала с огнеупорной футеровкой. Это поддерживает высокую температуру и защищает от коррозии.

В конце процедуры на выходе образуется синтез-газ. Его температура достигает 870 градусов, а давление приближается к атмосферному.

Шлак, который остается на дне реактора, представляет собой смесь негорючих неорганических веществ, подлежащих дальнейшей переработке.

Установка разделения воздуха

Реактор снабжен кислородом для преобразования отходов в газ. Агрегат работает за счет охлаждения воздушного потока, который подается под высоким давлением. Сжижение воздуха с выделением азота способствует получению чистого кислорода. Он также позволяет заполнять резервуары жидким O2, используемым в аварийных ситуациях. Он проходит через испаритель, а затем поступает в реактор в виде газа.

Паротурбинный генератор и воздушный конденсатор

Паровая турбина помогает снизить давление пара, который впоследствии превращается в воду. Полученная жидкость возвращается в котлы. Эта функция необходима для снижения затрат. Энергия, генерируемая при конденсации, преобразуется в электрическую.

Охлаждение газа, очистка от пыли и хлороводорода

Полученный синтез-газ направляется в скруббер и в специальные колонны, оборудованные спринклерами. Там он охлаждается, проходит систему очистки от пыли, соляной кислоты и других примесей.

Чистое вещество направляется в верхнюю часть спринклерной колонны к мокрому электрофильтру для тщательной очистки от частиц пыли.

Удаление ртути

После охлаждения синтез-газ проходит через угольный фильтр для удаления следов ртути. Как правило, одновременно устанавливаются 2 фильтра, которые удаляют 99,7% примесей ртути. Фильтры меняют раз в год. После прохождения цикла очистки синтез-газ поступает в линию удаления серы.

Гидролиз карбонилсульфида

Этап необходима для превращения карбонилсульфида в сероводород. Газ проходит через катализатор, где он разделяется на сероводород и диоксид углерода. После обработки сера превращается в газообразное вещество, что облегчает последующую очистку.

Сероочистка

На этой стадии сероводород удаляется из синтез-газа и превращается в серу. Он хранится или продается. Система очистки CrystaSulf позволяет за одну стадию преобразовать сероводород в твердую серу и удалить ее, не затрагивая диоксид углерода и водород.

Мокрый электрофильтр

Фильтрация необходима для удаления мельчайших частиц пыли (менее микрона). Синтез-газ подается в электрофильтр и распределяется по трубам. Здесь частицы заряжаются отрицательно и по мере движения оседают возле заземленных труб. Вода, протекающая по этим трубкам, смывает осадок.

Экономическая выгода плазменной газификации

Растения производят энергию и топливо из отходов. Его количество на свалках обеспечит заводы сырьем на десятилетия вперед.

Строительство завода требует инвестиций в размере 9 миллиардов рублей. (по данным на 2020 год), однако фирма платит через 4 года. Стоимость содержания, логистики и заработной платы рабочих составит 53 миллиона рублей ежегодно.

При переработке 60 тыс. Т отходов доход компании составит:

• 30 млн руб. — обращение с твердыми бытовыми отходами;
• 132,5 млн рублей — продажа электроэнергии;
• 146,5 млн руб. — продажа тепла для отопления;
• 21,5 млн руб. — металлообработка;
• 20,2 млн рублей — обработка стекла.

Великобритания, Нидерланды, США и Канада — страны с положительным опытом и доходами от компаний по плазменной газификации. В России ведутся научные исследования, которые в дальнейшем выведут страну на лидирующие позиции.

Внедрение плазменной газификации отходов спасет природу от мусора и является выгодной с финансовой точки зрения мерой. Этот фактор привлекает инвесторов. Заводы по переработке отходов улучшаются и расширяются, что положительно влияет на нашу планету.

Технология

Утилизация ТБО по описанной технологии состоит из нескольких этапов:

1. Сырье готовится к переработке: измельчается, обезвоживается, повторно измельчается и подается в реактор.
2. Запущен электрический плазмотрон, поддерживающий в реакторе требуемый температурный режим.
3. Под воздействием высоких температур органическое вещество газифицируется и разделяется на отдельные молекулы. Неорганические вещества образуют шлак.
4. Синтез-газ очищается от примесей, охлаждается и отправляется на газопоршневую электростанцию ​​для выработки электроэнергии. Одна часть используется для питания плазменной печи.
5. Полученный шлак используется для изготовления плит теплоизоляции, а также газобетона.

Сходства и различия пиролиза и газификации отходов

Пиролиз и газификация — два схожих метода утилизации отходов. Они похожи по следующим пунктам:

• следовательно, при термообработке образуется меньший объем смол и фуранов, чем при сжигании;
• равное количество золы в конце процесса;
• для поддержания процесса требуется определенная влажность сырья. Для газификации — 50%, а для пиролиза допустимый уровень колеблется в пределах 20-40%;
• средний объем дыма.

Хотя они идентичны, они отличаются конечным продуктом. При пиролизе продукт частично превращается в газ, тогда как плазменная обработка обеспечивает полное преобразование.

Плазменные технологии Филиппа Рутберга — решение мусорного кризиса в России

Проблема обращения с бытовыми отходами в России становится все более актуальной. По данным Росприроднадзора, объем бытовых отходов в стране составляет 70 млн тонн, при этом перерабатывается только 5-7%, остальное сжигается или вывозится на свалки. Они хотят признать сжигание отходов обработкой отходов — соответствующие поправки в действующее законодательство готовятся к внесению в Госдуму.

При этом экологическая сторона таких мер опасна: традиционное захоронение приводит к несоответствию площадей земель и загрязнению грунтовых вод, а результатом сжигания твердых отходов является загрязнение атмосферы токсичными компонентами, что представляет прямую угрозу к окружающей среде и здоровью человека. Филип Рутберг, академик РАН, лауреат премии «Глобальная энергия» 2011 года, разработал технологии утилизации и использования отходов без вредных выбросов в атмосферу.

Филип Рутберг предложил решить проблему мусора с помощью низкотемпературного плазмотрона. Обычное сжигание отходов в печах при температуре 800-1000 градусов приводит к выделению фуранов, цианидов и диоксинов. Станции по переработке отходов, использующие плазменные технологии, позволяют производить синтез-газ с максимальным выходом и без вредных примесей из-за высоких температур. Технология основана на необратимом процессе химического изменения отходов под воздействием высоких температур без доступа кислорода. В плазмотроне она достигает полторы тысячи градусов по Цельсию.

На выходе получается синтез-газ, смесь водорода и CO. С точки зрения энергоемкости он ниже, чем у природного газа, но содержание водорода и CO оптимально для многих применений: в газовой турбине для выработки электроэнергии (кроме того, из 1 килограмма отходов можно получить от 1 до 5 кВтч) , в дизель-генераторе, в котле для получения перегретого пара при сгорании. Сам профессор Рутберг, стр.

Другая идея профессора касалась проблемы «пластиковых» островов в океане. Пластик разлагается очень медленно и представляет опасность для обитателей океана, а также для людей, которые едят рыбу, водоросли и морепродукты. В то же время пластик — это калорийное сырье. Сам по себе он почти не горит, но в плазменных установках можно сжечь. Ученый предложил разместить плазмотроны на тральщиках. Тральщики собирают мусор, фильтруют воду, оставляя весь мусор позади.

На борту корабля вы можете производить синтез-газ из пластика и преобразовывать его в электричество. Кроме того, плазмотрон можно использовать в самых разных отраслях промышленности. Синтетический газ, например, может стать источником синтетического жидкого топлива, и при использовании на транспорте не происходит никаких грязных выбросов, как при использовании традиционного бензина для автомобилей.

Филип Рутберг был удостоен Премии «Глобальная энергия» 2011 года за фундаментальные исследования, разработку и создание технологий плазменной энергетики. Отметим, что начался новый раунд номинаций на премию «Глобальная энергия 2021 года». Заявки на получение премии принимаются на официальном сайте с 1 декабря 2021 года и продлятся до 20 марта 2021 года.

Об ассоциации «Глобальная энергия»: Ассоциация «Глобальная энергия» занимается развитием международных энергетических исследований и проектов при поддержке ПАО «Газпром», ПАО «Сургутнефтегаз» и ПАО «ФСК ЕЭС». Ассоциация руководит Международной энергетической премией «Глобальная энергия», организует одноименный саммит, а также реализует Международную молодежную программу.

Премия «Глобальная энергия» — это международная награда за выдающиеся исследования и разработки в области энергетики. С 2003 года его победителями стали 39 ученых из 13 стран: Австралии, Австрии, Великобритании, Дании, Исландии, Канады, России, США, Украины, Франции, Швеции, Швейцарии и Японии. Премия входит в ТОП-99 самых престижных и значимых международных наград по версии Международной обсерватории IREG; в престижном рейтинге Международного конгресса выдающихся наград (ICDA) «Глобальная энергия» входит в категорию «мега-призов» за благородные цели, образцовую практику и общие денежные призы.

Читайте также: Площадка для мусорных контейнеров: размеры и требования СанПиН