Меню Рубрики

Установки для сжигания плазма

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.

Читайте также:  Установка вилок переключения кпп газель

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.

Читайте также:  Установка гур на ланос без гура

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:

Источник дохода Доход, руб.
Переработка ТБО 30.000.000
Продажа электричества 132.500.000
Реализация тепла для отопления 146.500.000
Переплавка металла 21.400.000
Переработка стекла 20.200.000

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 .

источник

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.

Читайте также:  Установка пвх рамы на лоджию

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.

источник