Plasmaförgasning

Plasma Arc förgasning
Processtyp	Kemisk
Industrisektor(er)	; Avfallshantering Energi
Huvudteknologier eller delprocesser	; Plasmabåge Plasmaelektrolys
Råmaterial	; ; Kommunalt och industriavfall Biomassa Fasta kolväten
Produkter)	; ; Syngas Slag Separerat metallskrot

Plasmaförgasning är en extrem termisk process som använder plasma som omvandlar organiskt material till en syngas (syntesgas) som huvudsakligen består av väte och kolmonoxid . En plasmafackla som drivs av en elektrisk ljusbåge används för att jonisera gas och katalysera organiskt material till syngas , med slagg kvar som en biprodukt. Det används kommersiellt som en form av avfallsbehandling och har testats för förgasning av avfallsbränsle , biomassa , industriavfall , farligt avfall och fasta kolväten , såsom kol , oljesand , petcoke och oljeskiffer .

Bearbeta

Små plasmabrännare använder vanligtvis en inert gas som argon där större ficklampor kräver kväve . Elektroderna varierar från koppar eller volfram till hafnium eller zirkonium , tillsammans med olika andra legeringar . En stark elektrisk ström under hög spänning passerar mellan de två elektroderna som en ljusbåge . Trycksatt inert gas joniseras och passerar genom plasman som skapas av ljusbågen. Facklans temperatur sträcker sig från 2 000 till 14 000 °C (3 600 till 25 200 °F). Temperaturen på plasmareaktionen bestämmer strukturen hos plasman och bildande gas.

Avfallet värms upp, smälts och förångas slutligen . Endast vid dessa extrema förhållanden kan molekylär dissociation ske genom att bryta isär molekylära bindningar . Komplexa molekyler separeras i individuella atomer . De resulterande elementära komponenterna är i en gasfas ( syngas ). Molekylär dissociation med användning av plasma hänvisas till som "plasmapyrolys " .

Råmaterial

Råvaran för behandling av plasmaavfall är oftast avfallsbränsle, biomassaavfall eller båda. Råvaror kan också omfatta biomedicinskt avfall och farliga material . Innehållet och konsistensen hos avfallet påverkar direkt prestandan hos en plasmaanläggning. Försortering för att extrahera behandlingsbart material för förgasningen ger konsistens. För mycket oorganiskt material som metall och byggavfall ökar slaggproduktionen, vilket i sin tur minskar syngasproduktionen . En fördel är dock att slaggen i sig är kemiskt inert och säker att hantera (vissa material kan dock påverka innehållet i den producerade gasen). Strimling av avfall till små enhetliga partiklar innan det går in i huvudkammaren krävs i allmänhet. Detta skapar en effektiv överföring av energi som möjliggör tillräcklig nedbrytning av materialen.

Ånga tillsätts ibland i förgasningsprocesser för att öka genereringen av väte ( ångreformering) .

Avkastning

Ren högvärmesyntesgas består till övervägande del av kolmonoxid (CO) och väte (H ₂ ). Oorganiska föreningar i avfallsströmmen bryts inte ner utan smälts, vilket inkluderar glas, keramik och olika metaller.

Den höga temperaturen och bristen på syre förhindrar bildandet av många giftiga föreningar som furaner , dioxiner , kväveoxider eller svaveldioxid i själva lågan. Dioxiner bildas dock vid kylning av syngasen.

Metaller som härrör från plasmapyrolys kan utvinnas från slaggen och så småningom säljas som en vara. Inert slagg som produceras från vissa processer är granulerad och kan användas i konstruktion. En del av den producerade syngasen matar turbiner på plats, som driver plasmabrännarna och därmed stödjer matningssystemet.

Utrustning

Vissa plasmaförgasningsreaktorer arbetar vid undertryck , men de flesta försöker återvinna gasformiga och/eller fasta resurser.

Fördelar

De främsta fördelarna med plasmabrännare för avfallsbehandling är:

Förhindra att farligt avfall når deponier
Vissa processer är utformade för att återvinna flygaska, bottenaska och de flesta andra partiklar, för 95 % eller bättre avledning från deponier och inga skadliga utsläpp av giftigt avfall
Potentiell produktion av förglasad slagg som skulle kunna användas som byggmaterial
Bearbetning av biomassavfall till brännbar syngas för elkraft och värme eller för syntes till bränslen eller kemikalier.
Tillverkning av förädlade produkter (metaller) från slagg
Säkert sätt att förstöra både medicinskt och mycket annat farligt avfall .
Förgasning med utsvulten förbränning och snabb släckning av syngas från förhöjda temperaturer kan undvika produktion av dioxiner och furaner som är vanliga i förbränningsanläggningar
Luftutsläppen kan vara renare än deponier och liknande utsläppen från förbränningsugnar.

Nackdelar

De största nackdelarna med plasmabrännares teknik för avfallsbehandling är:

Stora initiala investeringskostnader i förhållande till alternativen, inklusive deponi och förbränning .
Driftskostnaderna är höga i förhållande till förbränningskostnaderna.
Våta råvaror resulterar i mindre syngasproduktion och högre energiförbrukning.
Lite eller till och med negativ nettoenergiproduktion när man tar hänsyn till alla energiinsatser.
Frekvent underhåll och begränsad anläggningstillgång.

Kommersialisering

Plasmabrännares förgasning används kommersiellt för avfallshantering på totalt fem platser världen över med en sammanlagd designkapacitet på 200 ton avfall per dag, varav hälften är biomassaavfall.

Energiåtervinning från avfallsströmmar med plasmaförgasning genomförs för närvarande i totalt en (eventuellt två) anläggningar med en behandlingskapacitet på 25-30 ton per dag av avfall.

Militär användning

US Navy använder Plasma Arc Waste Destruction System (PAWDS) på sin senaste generation Gerald R. Ford- klass hangarfartyg . Det kompakta systemet som används kommer att behandla allt brännbart fast avfall som genereras ombord på fartyget. Efter att ha genomfört fabriksacceptanstestning i Montreal, är systemet planerat att skickas till Huntington Ingalls varv för installation på lastfartyget.

Se även

externa länkar