Мар 8, 2017 Плазмотермическая переработка бытовых отходов в России

В бранные годы в мировой практике обращения с ТБО наметилась уравновешенная тенденция перехода от сжигательных технологий, не обеспечивающих надежной экологической сохранности для жителя, к технологиям высокотемпературной плазмотермической переработки отклонений, гарантирующей существенное сокращение выбросов в атмосферу диоксинов и фуранов (более ядовитых товаров переработки отклонений) до экологически и санитарно-гигиенически безопасных ватерпасов, а также радикальное вывод трудности избавления от золошлаковых отклонений, образующихся при обычных методах сжигания ТБО.В заключительные годы в мировой практике обращения с ТБО наметилась уравновешенная тенденция перехода от сжигательных технологий, не обеспечивающих надежной экологической сохранности для народонаселенья, к технологиям высокотемпературной плазмотермической переработки отдалений, гарантирующей существенное сокращение выбросов в атмосферу диоксинов и фуранов (более ядовитых товаров переработки отдалений) до экологически и санитарно-гигиенически безопасных степеней, а также радикальное вывод вопроса избавления от золошлаковых отдалений, образующихся при обычных методах сжигания ТБО.
Знамениты схемы плазменных мусороперерабатывающих агрегатов и тех. комплексов, в тот или иной горючий газ (так-называемый сингаз либо пирогаз), генерируемый в итоге термической деструкции отдалений (пиролиза и газификации органических компонентов перерабатываемой массы отдалений), или подвергается сжиганию с следующим употреблением высокотемпературных товаров сгорания для получения пара в котлах-утилизаторах (бойлерах) и привода паротурбинных энергогенерирующих агрегатов, или (потом подготовительной газоочистки) употребляется в качестве горючего для дизельных либо газотурбинных электрогенераторов. Технико-финансовая оценка указанных схем указывает, что их окупаемость (с учетом потребных капитальных и эксплуатационных издержек) предпочтительно зависит от работающих тарифов на переработку ТБО.
В сложившейся мировой практике ватерпас тарифов на переработку тонны бытовых (городских) отдалений сочиняет в среднем 135 евро для компаний производительностью выше сто тыс. т/год, 180 евро — для компаний производительностью от 50 до 75 тыс. т/год и 230 евро — для компаний производительностью наименее 50 тыс. т/год. Этакие тарифы обеспечивают творение компаний плазмотермической переработки ТБО с периодом окупаемости 5-7 лет, что в большинстве случаев прибывает применимым для возможных западных инвесторов.
В то же период в Рф творение мусороперерабатывающих компаний пока не стало инвестиционно симпатичным, так как в множество шеренги событий региональные и городские власти, невзирая на явную экологическую актуальность, не в состоянии обеспечить финансирование переработки отдалений по тарифам, тот или другой сделали бы функционирование этих компаний рентабельным. Так, к примеру, тариф за переработку тонны ТБО на столичном мусороперерабатывающем заводе производительностью 250 тыс. т/год сочиняет 1 640 руб. (45 евро).
Вывод задачки творенья экономически рентабельных заводов плазмо-термической переработки ТБО может быть при употреблении новейших тех. схем действенной переработки отдалений с одновременной выработкой электроэнергии и тепла на базе применения идущих в ногу со временем сочетанных энергоагрегатов и получением коммерчески ценных вторичных товаров переработки.
ТЕПЛО И ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ
В предлагаемых для Рф и остальных государств схемах (тех. комплексов) предусматривается таковой вариант, как совмещенное внедрение (обработанной теснее на пилотных конструкциях) технологии плазмотермической переработки ТБО с промышленными энергоблоками парогазовых агрегатов сочетанного цикла, к примеру газотурбинных агрегатов (ГТУ), издаваемых ОАО Авиадвигатель. В сочетанной газотурбинной энергогенерирующей агрегату, совмещающей плазмохимическую переработку ТБО с конверсией полихлорвиниловых отдалений в высококалорийное жидкое горючее, для обеспечения занятия ГТУ мощностью 25 МВт (либо агрегата из 2-ух ГТУ по 25 МВт любая) употребляется естественный газ с учетом его доступности на внутреннем базаре Рф.
Две ГТУ суммарной мощностью до 50 МВт разрешают при сооружении энергоперерабатывающего комплекса обеспечить стремительное упреждающее начало коммерческих поставок электроэнергии (и, следовательно, понижение вероятной кредитной перегрузки на инвестированный капитал за счет возврата кредитных средств), так как поставляемые промышленные энергоблоки можнож живо ввести в использование самостоятельно от сопрягаемой мусороперерабатывающей количества технологического комплекса.
Настоящий технологический комплекс функционирует последующим образом. Горючий (пиролизный) газ, генерируемый в итоге переработки отдалений в плазмотермических реакторах, подвергается сжиганию в реакторах-дожигателях, а зарабатываемые в итоге этого продукты сгорания, располагая на выходе температуру около1100-1200 С, подаются в котлы-утилизаторы (бойлеры), в тот или иной вырабатывается пар с высочайшими параметрами.
Котел-утилизатор обладает двухсекционную (двухконтурную) агрегат. В главном линии, куда подаются обработавшие горячие газы из газовых турбин (при температуре на выходе около 500 С), происходит получение пара, тот или другой далее подается во 2-ой линия бойлера, где исполняется его перегрев. Специализированный этаким образом бездушный пар подается на паровую турбину для выработки электроэнергии. Сбросной поток отделавшего газа из главного линии, а также обработавший пар из паровой турбины могут применяться в целях коммерческого теплоснабжения.
Промышленный энергоблок (к примеру, ГТЭ-25 ПЭР производства ОАО Авиадвигатель) в составе 2-ух газовых и одной паровой турбины с промежным перегревом пара обеспечивает выработку 65-67 МВт электроэнергии (в том числе 20 МВт -с паротурбинного электрогенератора) с суммарным КПД (на клеммах) около 51-52 % [1].
Так как котлы-утилизаторы, в тот или иной за счет энергии товаров сгорания пирогаза обеспечивается получение доп числа пара (сверх приобретаемого за счет обработавших газов от газовых турбин), в составе энергоблока быть может употреблена или наиболее могучая паровая турбина (на 25-26 МВт), или 2-ая паровая турбина (на 5-6 МВт) в прибавленье к штатной турбине промышленной парогазовой агрегата.
Этаким образом, употребляя четыре плазмотермических реактора суммарной производительностью 8-10 т отдалений в час с паротурбинным энергоблоком на 5-6 МВт в композиции с промышленной парогазовой агрегатом, состоящей из 2-ух ГТУ и одной ПТУ (паротурбинной агрегата), на сочетанном энергоперера-батывающем технологическом комплексе может быть раз в год утилизировать около 50 тыс. т ТБО с выработкой наиболее 450 тыс. МВт-ч электроэнергии для поставки показным потребителям.
Не считая того, за счет отступающих газов ГТУ на выходе из главных линий котлов-утилизаторов может быть получение наиболее сто тыс. Гкал/год тепловой энергии при температуре носителя тепла около 90-95 С в прибавленье к 1 четыресто-1 500 тыс. Гкал/год с отделавшим паром ПТУ при температуре 170-180 С.
Второй вариант технологической схемы энергоперерабатываю-щей агрегата подразумевает обеспечение занятия сочетанного парогазового энергоблока предпочтительно за счет приобретаемого от переработки отдалений горючего пи-рогаза с подмешиванием к нему (по мере необходимости) 10-15 % естественного газа. Экая агрегат функционирует последующим образом. Горючий (пиролизный) газ, генерируемый в итоге переработки отдалений в плазмотермических реакторах, располагая на выходе температуру 200-250 С, подвергается подготовительной чистке от пыли и брутальных хлористых и сернистых компонентов, и потом компримирования до давления 1215 атм подается прямо в камеры сгорания газовых турбин.
Обработавший газ из газовой турбины, располагая температуру около четыресто С, поступает в котел-утилизатор (бойлер), где употребляется для приготовления пара с температурой около 300 С, тот или другой далее под давлением 4-5 атм подается на паровую турбину. Сбросной поток отделавшего газа, а также обработавший пар из паровой турбины могут водиться употреблены для теплоснабжения. В качестве сочетанного энергоблока может быть внедрение промышленной ГТУ-ТЭЦ Янус (Пермского завода) с 2-мя турбинами ГТУ-4П по 4 МВт и одной паровой турбиной мощностью 3 МВт.
Этаким образом, с подмогою 4 плазмотермических реакторов суммарной производительностью 8-10 т отдалений в час с паротурбинным энергоблоком на 3 МВт в композиции с промышленной газотурбинной агрегатом из 2-ух ГТУ мощностью по 4 МВт, на энергоперерабатывающем комплексе может быть обеспечить ежегодную утилизацию около 50 тыс. т ТБО с выработкой 80-85 тыс. МВт-ч электроэнергии для поставки показным потребителям. Не считая того, за счет отступающих газов газовых турбин и отделавшего горячего пара ПТУ можнож приобрести наиболее 150 тыс. Гкал/год тепловой энергии при температуре носителя тепла более 120-130 С. Суммарный КПД таковой энергогенерирующей агрегата может сочинять более 32 %.
Принесенная технологическая схема энергоперерабатывающего комплекса подразумевает необходимость внедрения специальной камеры сжигания для газовой турбины, способной обеспечить ее трудоспособность на низкокалорийном топливном газе, каковым прибывает приобретаемый из отдалений пирогаз. Экая камера сгорания разработана, испытана и патентована в РФ [2]. При всем этом идет увидеть, что, так как в камере сгорания газовой турбины средняя по ее размеру температура товаров сгорания, а также период их присутствия в границах зоны завышенной температуры оказываются недостающими для обеспечения надежной деструкции диоксинов и фуранов, налаженность газоочистки соответственна включать в себя аппараты их каталитической нейтрализации (фото 1).
Эти аппараты поставляются на рынок компанией CRI CATALIST [3]. Оценочная стоимость экого аппарата -8-10 евро/т отдалений в год. В технологии Shell Dioxin Destruction System (SDDS), разработанной CRI CATALIST, употребляется умышленно разработанный катализатор, обеспечивающий фактически полную (не басистее 99,9 % исходной концентрации, что дает гарантию не превышение найденной предельной концентрации вредных выбросов, элемента 0,1 нг/м3) деструкцию диоксинов и фуранов в одноступенчатом процессе при температуре 140-160 С:
C12HnCl8-nO2 + (9+0,5n)O2 — (n-4)H2O + 12CO2 + (8-n) HCl.
Газоочистные модули SDDS поставляются в агрегатах, обладающих сравнимо маленькие габариты (210 х х 143 х 142 сантим.) и высшую пропускную способность при незначимом падении давления проходящих газов (3-3,5 мбар). Производительность по пирогазу — 70 тыс. м3/ч (сто тыс. т ТБО в год).
ДИЗЕЛЬНОЕ ТОПЛИВО из полимеров
Не секрет, что приметную долю в составе ТБО сочиняют обработавшие изделия из пластика (полихлорвиниловых изделий), из тот или иной быть может приобретено хватить высококалорийное жидкое горючее разновидности дизельного. Знаменита, к примеру [4], разработка германской компании Clyvia technology GmbH (патент ФРГрам 102005010151), в тот или другой реализуется каталитическая деполимеризация углеродсодержащих полимерных отдалений (крекинг высокомолекулярных углеводородных соединений) для получения дизельного горючего (фото 2). Производительность агрегата по горючему — 500 кг/ч, оценочная стоимость — 3,5-4 млн евро, тариф на горючее — 15-17 руб./литр..
Внедрение (приобретаемого методом конверсии отсортированных из ТБО полимерных отдалений) высококалорийного водянистого дизельного горючего с малокалорийным пирога-зом, образующимся при плазмотермической переработке ТБО, для обеспечения занятия газотурбинного генератора (в целях обеспечения экономической рентабельности мусороперерабатывающих компаний), а также теплоснабжения показных потребителей исполняется на базе технологической схемы, подобной схеме сочетанной газотурбинной энергогенерирующей агрегата, совмещающей плазмохимическую переработку ТБО с конверсией полихлорвиниловых отдалений в высококалорийное жидкое горючее.

Конструкторское бюро ОАО Авиадвигатель общо с ОАО СНИИП разработало [2] двухзонную камеру сгорания для обеспечения занятия газовой турбины на 2-ух различных обликах горючего. Атмосферный воздух, сжатый в осевом компрессоре газотурбинного мотора, поступает в диффузор камеры сгорания. Жидкое горючее, сгорая в зоне дежурного горения, обеспечивает пуск мотора и режим холостого хода. В зоне дежурного горения обеспечивается режим диффузионного горения на богатой консистенции (при коэффициенте излишка воздуха а 1) также при наиболее густой температуре, что обеспечивает понижение образования окислов азота. Этаким образом, обеспечивается устойчивое горение бедной консистенции. Продукты горения направляются на лопатки соплового аппарата турбины.
Агрегат функционирует последующим образом. На переработку направляются два потока отдалений: полимерные и перемешанные ТБО, располагающие обыкновенный морфологический состав. Отдаления главного потока потом подготовительной сортировки поступают из накопителя в конвертор, где подвергаются переработке на жидкое горючее, отдаления второго потока — на переработку в плазмотермические реакторы (число тот или иной обусловливается потребной производительностью завода), после этого приобретаемый из их пиролизный газ подвергается подготовительной газоочистке.
Два внешности горючего — жидкое и газообразное, а также компримированный воздух подаются в двухзонные сочетанные камеры сгорания, продукты сгорания в тот или иной употребляются для обеспечения занятия газовых турбин и соответственных электрогенераторов. Обработавшие горячие продукты сгорания из газовых турбин подаются в бойлеры, в тот или иной из специализированной в налаженности химводоподготовки воды приготавливается пар для кормления паровой турбины с электрогенератором. Этаким образом, в сочетанном газопаротурбинном цикле делается электроэнергия для поставки показным потребителям и, может быть, тепло, тот или другой может поставляться показным потребителям. Обработавшие газы из бойлеров проходят сквозь налаженность газоочистки и выбрасываются в атмосферу в облике экологически безопасного газового выброса. Вся технологическая налаженность автоматизирована.
ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ ИЗ ШЛАКА
Более всераспространенным вариантом коммерческого применения шлака, приобретаемого в итоге плазмотермической переработки ТБО, прибывает его гранулирование и употребление в качестве добавок к строительным субстанциям. Стоимость экого продукта на базаре оценивается ориентировочно как 2 500 руб./т. Вкупе с тем его стоимость быть может важно повышена, ежели с подмогою особых технологий переработать его в стекловату либо теплоизоляционный вещество. Крайнее основано на том, что по близкому хим составу шлак очень недалек к естественному базальту, из тот или иной делается теплоизоляционный вещество (маты, полотна). Эта разработка ладно обработана (фото 3) и употребляется на линии русских компаний, к примеру в ООО Теплотроника [5].
Эта разработка предугадывает плавку базальта, перевоплощение его из водянистой фазы в мелкие нити с следующим формованием из их матов, обладающих пористую структуру и, следовательно, владеющих высочайшими теплоизолирующими качествами вместе с высочайшей жаростойкостью (пожаробезопасностью). Так как водянистый шлак прибывает природным продуктом термической переработки отдалений (в отличие от производства теплоизоляционного вещества из базальта), исключается необходимость издержек энергии на плавление начального сырья. Потому что рыночная стоимость базальтового теплоизоляционного вещества сочиняет в среднем 5 500 руб./м3, внедрение данной нам технологии в составе комплексов переработки отдалений может приметно повысить их экономическую рентабельность.
До недавнего периода крупным спросом воспользовались утеплители из стекловолокна и минерального волокна на базе доменных шлаков. Все же принесенная продукция обладает ряд недостач: выделение мельчайшей стеклянной пыли при механическом разрушении термоизоляции, колючесть волокон, басистая температура внедрения (до четыресто С), а также наличие связывающего, тот или другой равномерно испаряется в облике ядовитых газов, эких как фенол, формальдегид, аммиак и др., что в окончательном итоге приводит к образованию малосодержательности меж изолируемой поверхностью и теплоизоляцией. Не считая того, стекловата и мин-вата на базе доменных шлаков прибывают вторичными мат-лами, потому что делаются из консистенции компонентов, иногда включающих отдаления многообразных производств, что, в близкую очередь, может содействовать действиям гниения либо окисления изолируемых поверхностей. Срок работы перечисленных утеплителей ограничен, так как сквозь 1015 лет происходит их разрушение.
Практика производства теплоизоляционных субстанций в ближайшее время следует по пути применения базальтовой термоизоляции. Базальтовая термоизоляция намного лучше по свойствам, чем минеральные волокна либо волокна с таковой же структурой, обладающей в близком составе стекло. Базальтовое волокно (даже при соглашении долговременной эксплуатации) остается крепким, емким и невосприимчивым к брутальным средам, а сам вещество не выделяет токсинов. Термоизоляция из базальтовых горных пород различается экологической и радиационной сохранностью, негорючестью, хим стойкостью и огнестойкостью, долговечностью, инертностью к изолированной поверхности, обладает безграничный срок работы и обширный температурный спектр внедрения от 300 до 900 С.
Утепляющий материал на базе базальтового волокна дышит, не закупоривает изолируемые поверхности, негигроскопичен, не выделяет вредных веществ во целых средах. Неповторимые характеристики субстанций из базальтового волокна сооружают их употребление всепригодным в многообразных отраслях индустрии. В заключительные 10 лет изделия из базальтового волокна замерзли обширно приспосабливаться в постройке, энергетике, коммунальном хозяйстве и почти всех остальных отраслях индустрии.
Стоимость базальтовой крошки призываемого фракционного состава (15-25 мм) зависит от удаленности месторождения базальта и доходит до 900 тыс. руб. за одну тонну. Выход волокна из расплава сочиняет как правило 85 %. Стоимость готовой продукции из базальтовой ваты сочиняет более 1 500 руб. за 1 м3 при густоты теплоизоляционного вещества 20-50 кг/м3 (другими словами от 30 до 75 тыс. руб./кг).
Идет выделить, что создание теплоизоляционных субстанций и изделий из базальтового сырья вызывает наличия хватить массивного (габариты сочиняют около 4 х х 4 х 20 мтр, масса — около 35 т) плавильного оборудования, нуждающегося к тому же в употреблении естественного газа либо мазута в качестве горючего.
В то же период разработка плазмо-термической переработки ТБО обеспечивает не совсем только экологически безопасную утилизацию отдалений, да и получение в качестве вторичного продукта минерализованного шлака, владеющего вблизи восхитительных параметров, что, в частности, сооружает его подходящим для производства теплоизоляционных субстанций, не уступающих по качествам базальтовому волокну.
Потенциал применения шлакового расплава, образуемого в итоге плазмотермической переработки ТБО, базируется на идентичности усредненного состава шлакового расплава (по главным компонентам) с хим составом горных пород габбро-базальтовой группы. В табл. 1 представлены характеристики состава горных пород и шлакового расплава, образующегося в многообразных производствах.
Главный показатель, определяющий пригодность сырья для производства минеральной ваты, — это модуль кислотности Мк, тот или другой представляет из себя отношение суммы процентного содержания в сырье кислых оксидов (кремнезема SiO2 и глинозема Al2O3) к сумме процентного содержания в нем генеральных оксидов (кальция CaO и магния MgO). Модуль кислотности минеральной ваты разновидности А — более 1,4; видов Б и В — более 1,2 (ГОСТ 4640-93). Для ваты на базе горных пород рекомендуется обладать модуль кислотности на степени 1,7-2,2; для базальтового волокна -наиболее 2,2.
Беря во внимание приведенные в табл. 1 сведения, несложно найти, что модуль кислотности шлака для базальтовой крошки сочиняет 3,2:
SiO2 + Al2O3 = 45,0 +14,5 = 59,5 %;
CaO + MgO = 10,5 +8,0 = 18,5 %;
Мк = 59,5 % : 18,5 % = 3,2.
Для шлака, образующегося в итоге переработки ТБО на базе сжигательной технологии, используемой на столичном заводе МГУП Экотехпром, по усредненным принесенным, представленным в табл. 1, модуль кислотности сочиняет ориентировочно 4,0:
SiO2 + Al2O3 = 51,2 +7,6 = 58,8 %;
CaO + MgO = 12,3 + 2,2 = 14,5 %;
Мк = 58,8 % : 14,5 % = 4,06.
Для шлака, образующегося в итоге переработки отдалений на базе плазмотермической технологии, по усредненным принесенным для агрегата Плутон Мос НПО Радон, модуль кислотности сочиняет более 9,0:
SiO2 + Al2O3 = 45,5 +23,3 = 68,8 %;
CaO + MgO = 5,4 + 2,0 = 7,4 %;
Мк = 68,8 % : 7,4 % = 9,3.
Этаким образом, по показателю кислотного модуля шлаковый расплав, приобретаемый в итоге переработки ТБО по плазмотермической технологии, не уступает базальтовому сырью и подходит запросам ГОСТ 4640-93 для производства теплоизоляционного волокна и изделий из него. Выход шлакового расплава при этаком компонентном составе отдалений отталкиваясь от указанной зольности составит 21 тыс. т в год при производительности перерабатывающего комплекса сто тыс. т в год.
В нынешнее время оборудование для производства теплоизоляционных субстанций из минерального сырья делается как в Рф, так и за рубежом. Более ведомым поставщиком комплектного технологического оборудования в Рф прибывает пермское предприятие ООО Теплотроника. Ориентировочная стоимость полного комплекта технологического оборудования с его агрегатом под ключ сочиняет 25 млн руб.
Один-одинешенек из водящих забугорных поставщиков подобного технологического оборудования прибывает научно-производственная компания Basalt Fiber&Composite Materials Technology Development (BF&CM TD). При поставках этого оборудования к производственным помещениям предъявляются должно запроса: возвышение в участке агрегата плавильной печи соответственна сочинять 10 мтр, ширина — 12 мтр, длина — 40 мтр. Нужные инженерные коммуникации: газ среднего давления (0,030,04 МПа, расход — 350 м3/ч), электроэнергия (3 х 380 В, 50 Гц), найденная мощность (600 кВ-А (с учетом двукратного запаса), сжатый воздух (60 м3/мин), давление (0,12 МПа), водоснабжение (до 5 м3/ч (оборотное с градирней), давление воды (0,3 МПа), канализация для обеспечения бытовых нужд.
УГЛЕКИСЛОТНАЯ ПРОДУКЦИЯ ИЗ ВТОРИЧНОГО СЫРЬЯ
Еще один-одинешенек направлением роста рентабельности плазмотермической переработки ТБО прибывает создание продукции, хранящей углекислоту, на базе применения вторичных товаров переработки отдалений. Актуальность применения данной нам технологии в Столичном регионе связана с тем, что в нынешнее время в Москве имется единый производитель продукции, хранящей углекислоту, — хладокомбинат 7, применяющий старую технологию и технологическое оборудование. При всем этом суммарная потребность в сухом льде сочиняет около 40 т в на днях (в летнее период), потребность в водянистой двуокиси углерода — около 200 т в на днях, а спрос на углекислый газ исчисляется тыщами баллонов.
Диоксид углерода приспосабливается в многообразных отраслях пищевой и хим индустрии, машиностроении, металлургии, энергетике, в сельском хозяйстве и др. Разработка его производства зависит от внешности источника сырья (углекислого газа), а энерго издержки — от совершенства термодинамических циклов, схем и оборудования.
Более густо применяемым источником сырья прибывают дымовые газы, желая они держат итого 10-20 % диоксида углерода. Извлечение девственного диоксида углерода из дымовых газов, зарабатываемых при сжигании естественного газа, основано на абсорбционно-десорбционном способе, тот или другой различается сложностью и сравнительно низкой энергетической эффективностью. Вследствие этого, а также роста цен на естественный газ себестоимость диоксида углерода важно растет.
В нынешнее время главное интерес разрабов и производителей углекислотных агрегатов, употребляющих для получения углекислого газа продукты конверсии естественного газа, сконцентрировано на совершенствовании техники сжигания естественного газа за счет роста термических КПД: с 0,800,85 для будущих котлов до 0,95-0,98. Все же навряд ли можнож ждать приметного понижения себестоимости производства углекислого газа при употреблении этих технологий. Наиболее действенным представляется внедрение дымовых (тех.) газов, образующихся в качестве побочного продукта генерального производства, к примеру плазменной переработки отдалений разнообразного происхождения.
Еще один-одинешенек принципиальным запасом понижения себестоимости получения углекислого газа прибывает внедрение бросовых источников теплоты в облике водяного пара и горячей воды. Смысл экого подхода состоит в том, что водяной пар с температурой выше 130-140 С, нужный для извлечения диоксида углерода из дымовых газов абсорбционно-десорбционным способом, в будущих конструкциях приобретают за счет сжигания естественного газа в котлах. Так как технологические комплексы плазменной переработки отдалений, обычно, подразумевают употребление принципа когенерации, другими словами применения газопаротурбинных энергоустановок для выработки электроэнергии и бросового тепла за счет обработавших газов и пара, навязывается мысль совмещения технологии плазменной переработки отдалений с созданием продукции, хранящей углекислоту. При всем этом заслуживает интереса и тот факт, что наличие в составе агрегата по переработке отдалений автономного источника электроэнергии также может рассматриваться как фактор, содействующий росту корпоративной эффективности занятия агрегата получения продукции (хранящей углекислоту), а с учетом конъюнктуры базара на этакую продукцию (о чем будет например дальше) — и как фактор обеспечения завышенной рентабельности переработки отдалений.
Обеспечение наибольшей рентабельности плазмотермической переработки ТБО подразумевает очень вероятное и целесообразное внедрение вторичных товаров переработки отдалений. Применительно к задачке выработки углекислоты к этаким продуктам иметь отношение: сбросные газы от газификации и пиролиза органических компонентов отдалений в плазмохимических реакторах, выхлопные газы энергогенерирующих агрегатов, действующих на пирогазе с частичной подсветочкой естественным газом (либо только лишь на естественном газе, ежели это предвидено распорядком их занятия); пар, приобретаемый за счет утилизации сбросного тепла выхлопных газов агрегатов, а также обработавший пар паротурбинных генераторов; лишная электроэнергия при ее наличии потом покрытия собственных тех. нужд и поставок показным потребителям либо, в случае экономической необходимости применения вырабатываемой электроэнергии, — для обеспечения производства сопутствующих товаров заместо стройки линий электропередачи и подключения к региональным электросетям.
ПОЛУЧЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ВОДОРОДА
Более перспективным методом заслуги высочайшей рентабельности плазмотермической переработки ТБО идет считать внедрение технологии получения водорода, приходящего топливом для энергетических агрегатов разнообразного предназначения.
Более всераспространенными способами получения водорода из естественных углеводородов прибывают способы парового реформинга метана (естественного газа), а также частичного окисления томных фракций нефтепродуктов и газификации углей либо биомассы сельскохозяйственных отдалений в сочетании с газовой сепарацией водорода. Так как разумеется, что принципы газификации применимы к переработке органосо-держащих отдалений, правосудно имелось бы представить, что прямо за освоением технологии получения водорода из биомассы сельскохозяйственных отдалений станет актуальной задачка получения водорода из ТБО.
До реального периода знаменита едва одна южноамериканская компания -Startech Environmental Corp. [6], тот или другой, занимаясь разработкой оборудования для плазменной переработки отдалений, фактически реализует задачку получения водорода из синтез-газа, генерируемого в процессе плазменного пиролиза отдалений разнообразного происхождения, включая шлам из фильтрационных отстойников, мед отдаления, ТБО, обработавшие органические растворители, авто шины и пр. Для выделения водорода из состава синтез-газа употребляются установки мембранной сепарации. Число водорода, тот или другой быть может приобретено этаким образом, обусловливается составом синтез-газа, что в близкую очередь зависит от состава перерабатываемых отдалений и режима газификации. По оценкам профессионалов компании Startech, разработанная ними разработка получения водорода из ТБО способна обеспечить наибольший выход водорода на степени 58 кг/т ТБО [7].
Заслуживает интереса и разработка плазменного реформинга двуокиси углерода, тот или другой в протяжении долгого периода разрабатывалась в Институте водородной энергетики РНЦ Курчатовский институт (диссоциация углекислого газа в СВЧ-разряде в сверхзвуковом газовом потоке, 0,9 ГГц):
CO2 — CO + 0,5 O2-2,9 эВ/дескать.
Этот процесс дозволяет превращать двуокись углерода СО2, образуемую в итоге паровой конверсии моноксида углерода, опять в моноксид углерода, запирая этаким образом цепочку (рециклинга) [CO + H2O — H2 + CO2 — CO + ],, что практически значит реализацию технологии получения водорода из воды (пара).
Так как знаменита разработка получения водорода из воды методом ее электролиза, а реализация процесса плазменного рециклинга двуокиси углерода также вызывает определенных издержек электроэнергии на службу частотного плазмотрона, доставляет энтузиазм сопоставленье удельных энергозатрат в этих 2-ух разработках.
Ученые РНЦ Курчатовский институт [8] представили, что способ плазменного катализа характеризуется незначимыми разрядными энергозатратами по сопоставлению с суммарными энергозатратами, элементами менее 0,05-0,1 кВт-ч/м3 водорода. Для сопоставленья: большая часть идущих в ногу со временем электролизеров обыденного разновидности характеризуются удельными энергозатратами на степени 3,7-4 кВт-ч/м3, а для экспериментальных образчиков высокотемпературных электролизеров, действующих при температурах до 900 С, этот показатель быть может снижен до величины порядка 2,5 кВт-ч/м3.
Идет указать на потенциал внедрения 2-ух многообразных способов на главном шаге процесса переработки пирогаза на водород — искренний сепарации водорода из состава газовой консистенции (пирогаза), а конкретно мембранного способа и так именуемого способа короткоцикловой абсорбции (КЦА). В табл. 2 представлено сопоставленье генеральных характеристик сепарации водорода из газовой консистенции, обеспечиваемой этими 2-мя способами.
Мембранный способ наиболее элементарный, все же он может вызвать внедрения многоступенчатой чистки. Так как конструктивно даже многоступенчатая налаженность чистки не представляется трудной, приведем вероятные схемы теории эких порядков с указанием характеристик эффективности извлечения и чистки водорода применительно к нормальному составу пирогаза.
Отталкиваясь от вероятных характеристик сепарации водорода средством мембранной технологии, можнож сделать заключение, что, употребляя 2-ух-3-х-ступенчатый мембранный сепаратор, из одной тонны ТБО, прошедшей переработку в плазмохимическом реакторе, можнож приобрести 50-60 кг водорода. С употреблением 2-ой фазы переработки — паровой конверсии — выработка водорода может составить теснее 85-сто кг на тонну отдалений. При употреблении остальных вероятностей глубочайшей переработки пирогаза, выход водорода быть может доведен до 140-160 кг на тонну отдалений.
Технологическая схема агрегата для получения водорода из ТБО функционирует последующим образом: твердые бытовые отдаления подаются в шахтную печь плазмохимического реактора, в тот или другой подвергаются тепловому действию горячего воздуха, подаваемого от электродуговых плазмотронов в слабовосстановительной атмосфере. При всем этом органические сочиняющие отдалений подвергаются газификации и пиролизу, превращаясь в пиролизный газ (топливный газ), а неорганическая число отдалений переплавляется, превращаясь в стеклоподобный шлак.
Для ТБО обыкновенного состава в итоге таковой переработки в составе пиролизного газа приобретают до 3045 % масс. водорода, от 30 до 40 % масс. углекислого газа, 10-15 % масс. метана и остальных углеводородов; 4-5 % масс. двуокиси углерода, а также вторые сочиняющие, этакие как смола, пыль, сероводород, гидрохлорид, азот, влага и пр. Размер генерируемого пирогаза может сочинять от 350 до 650 м3 на тонну отдалений.
Пиролизный газ, обладающий на выходе из плазмохимического реактора температуру 250-300 С, подают на циклон промышленного разновидности, обеспечивающий осаждение элементов знатнее 2-3 мкм. Смолистые соединения улавливаются в полом скруббере-смолоотделителе, тот или другой функционирует в конденсационном режиме за счет подачи на орошение хватить прохладного растворителя (водянистых углеводородов), что обеспечивает перевод смолистых соединений из газовой фазы во взвешенное состояние и в раствор. Раствор прибывает горючим компонентом, тот или другой употребляют для приготовления технологического пара. Дальше раствор, хранящий сепарированные смолистые вещества, в составе тот или иной держится до 60 % углерода, до 10 % водорода, до 30 % кислорода, а также некое число серы, хлора, азота и алюминия, подают в бойлер-дожигатель, где сжигают (может быть, с некой добавкой иного горючего). Для получения технологического пара употребляют обессоленную воду, специализированную агрегатом обессоливания воды (обратноосмотической либо дистилляционной).
Продукты сжигания остужают и очищают на фильтрах газоочистки товаров сгорания перед следующим выбросом в атмосферу. Очищенный от пыли и смолы пирогаз обладает на выходе из скруббера-смоло-отделителя температуру около 35 С. Его подают в скруббер-нейтрализатор. Очищенную и осушенную конденсатором-сепаратором газовую консистенция подают дальше на установка мембранного сечения, в тот или другой концентрируют СО и углеводороды перед паровой конверсией. Установка обеспечен своим компрессором. Наличие этого агрегата дозволяет удалить водород из состава газовой консистенции и понизить расход поступающего на конверсию газа ориентировочно на третья часть (и сообразно уменьшить энергозатраты). Не считая того, пребыванье водорода может снижать ступень следующей конверсии окиси углерода.
Паровую конверсию СО проводят в две стадии: в реакторе среднетемпературной конверсии (при температурах 350-четыресто С) и низкотемпературной конверсии (при температурах 180200 С). Перед подачей в реактор газовую консистенция нагревают в теплообменнике — рекуператоре тепла экзотермических реакций до температуры не басистее 385 С. В конвертор подают пар, подогретый до температуры 350-360 С в соотношении ориентировочно 1,05-1,30 к размеру газа, что обосновано необходимостью 2-3-кратного излишка водяных паров по отношению к стехиомет-рическому соотношению реакции.
Реакция CO + H2O — H2 + CO2 протекает c выделением тепла. Температура консистенции на выходе из реактора поднимается до ватерпаса 430-450 С, что дозволяет применять ее для обогрева пирогаза в теплообменнике — рекуператоре тепла экзотермических реакций. В качестве катализатора в конверторе употребляют железохромо-вые композиции. Ежели в налаженности используют низкотемпературный конвертор, то газовую консистенция в него подают потом рекуперативного остывания до температуры 190-200 С. В этом конверторе в качестве катализатора употребляют медьсодержащие консистенции. Суммарный коэффициент конверсии окиси углерода добивается 98 %, что значит выход водорода около 370 литр. на 1 м3 начальной газовой консистенции.
Заработанная потом конверсии консистенция держит около 55-60 % о. водорода и 0,2-0,3 % о. СО при температуре 210-220 С. Не считая того, выходящая консистенция держит до 30 % о. паров воды. Оттого перед предстоящей переработкой консистенция остужают до температуры 20-30 С. Потом остывания в водяном холодильнике сконцентрированную воду отделяют в сепараторе-осушителе. Очищенную и осушенную газовую консистенция подают на мембранный установка, обеспечивающий концентрирование водорода перед подачей консистенции на должно ступень переработки.
В табл. 3 представлены результаты оценки ожидаемых экономических характеристик при реализации вторичных товаров плазмотермической переработки ТБО.
Выставленные экономические характеристики разрешают проектировщикам предпочесть нужную концепцию организации технологической схемы плазмотермической переработки ТБО с учетом необходимости обеспечения вызываемой рентабельности занятия перерабатывающего комплекса.
ЛИТЕРАТУРА
1. [Электронный ресурс]. URL: http://www.avid.ru.
2. Гнеденко В. Грам., Горячев И. В., Бе-лопотапов О. Ф., Вощинин С. А., Пе-ков А. П., Поташник Литр.. Мтр. Камера сгорания газотурбинного мотора. Патент РФ 83589,10.06.2009.
3. Onno L. Maaskant, S.Cavalli. The Low Temperature Shell Denox System for Removal of NOx and Dioxins from Waste Incineration Flue Gas. ISWA World Environment Congress, 17-21 Oct. 2004, Rome, Italy.
4. [Электронный ресурс]. URL: http://www.clyviatec.de.
5. [Электронный ресурс]. URL: http://www.teplotronika.ru.
6. [Электронный ресурс]. URL: http://www.startech.net.
7. Duane B.Myers, Greg D.Ariff, Brian D.James, Reed C.Kuhn. Ecjnjmic Comparison of Renewable Sources for Vehicular Hydrogen in 2040. Directed Technologies Inc. Presented results at the 14th Annual U.S. Hydrogen Conference (Март 2003, Washington, D.C.).
8. А. И. Бабарицкий, И. Е. Баранов, Мтр. Б. Бибиков и др. Плазмокаталити-ческая переработка углеводородного сырья. ИАЭ-6302/13. — Мтр., 2003.
Статья печатается в сокращении. Полный текст — на www.solidwaste.ru
С признательностью к творцам и источнику: В. Грам. Гнеденко, ключевой советчик по науке спец НИИ приборостроения (ОАО СНИИП), И. В. Горячев, д.т.н. доктор, водящий научный сотрудник ОАО СНИИП, журнальчик «Твердые бытовые отдаления» 10 2011 грам.

Posted in Климат Земли by admin with comments disabled.