Июл 24, 2024 Плазмотермическая переработка бытовых отходов в России

В заключительные 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 заключение трудности избавления от золошлаковых отклонений, образующихся при обычных методах сжигания ТБО.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 отдалений, гарантирующей существенное сокращение выбросов в атмосферу диоксинов и фуранов (более ядовитых товаров переработки отдалений) до экологически и санитарно-гигиенически безопасных ватерпасов, а также радикальное заключение вопроса избавления от золошлаковых отдалений, образующихся при обычных методах сжигания ТБО.
Ведомы схемы плазменных мусороперерабатывающих конструкций 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 внедрением высокотемпературных товаров сгорания для получения пара в котлах-утилизаторах (бойлерах) и привода паротурбинных энергогенерирующих агрегатов, или (опосля подготовительной газоочистки) применяется 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. Экие тарифы обеспечивают творенье компаний плазмотермической переработки ТБО с периодом окупаемости 5-7 лет, что в большинстве случаев прибывает применимым для возможных западных инвесторов.
В то же пора в Рф творенье мусороперерабатывающих компаний пока не стало инвестиционно симпатичным, так как в массу линии событий региональные и городские власти, невзирая на явную экологическую актуальность, не в состоянии обеспечить финансирование переработки отдалений по тарифам, тот или иной 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).
Заключение задачки творения экономически рентабельных заводов плазмо-термической переработки ТБО вероятно при употреблении новейших тех. схем действенной переработки отдалений с одновременной выработкой электроэнергии и тепла на основанию употребления 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 экий вариант, как совмещенное применение (отделанной теснее на пилотных конструкциях) технологии плазмотермической переработки ТБО с промышленными энергоблоками парогазовых конструкций сочетанного цикла, к примеру газотурбинных конструкций (ГТУ), издаваемых ОАО Авиадвигатель. В сочетанной газотурбинной энергогенерирующей конструкции, совмещающей плазмохимическую переработку ТБО с конверсией полихлорвиниловых отдалений в высококалорийное жидкое горючее, для обеспечения службы ГТУ мощностью 25 МВт (либо агрегата из 2-ух ГТУ по 25 МВт любая) применяется естественный газ с учетом его доступности на внутреннем базаре Рф.
Две ГТУ суммарной мощностью до 50 МВт разрешают при сооружении энергоперерабатывающего комплекса обеспечить прыткое 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 скоро ввести в использование самостоятельно от сопрягаемой мусороперерабатывающей количества технологического комплекса.
Настоящий технологический комплекс функционирует должно образом. Горючий (пиролизный) газ, генерируемый в итоге переработки отдалений в плазмотермических реакторах, подвергается сжиганию в реакторах-дожигателях, а приобретаемые в итоге этого продукты сгорания, обладая на выходе температуру около1100-1200 С, подаются в котлы-утилизаторы (бойлеры), в тот или иной вырабатывается пар с высочайшими параметрами.
Котел-утилизатор располагает двухсекционную (двухконтурную) установку. В основном линии, куда подаются отделавшие горячие газы из газовых турбин (при температуре на выходе около 500 С), происходит получение пара, тот или другой потом подается во 2-ой очертание бойлера, где исполняется его перегрев. Подготовленный этаким образом неотзывчивый пар подается на паровую турбину для выработки электроэнергии. Сбросной поток обработавшего газа из основного очертания, а также отделавший пар из паровой турбины могут употребляться 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 зарабатываемого за счет отделавших газов от газовых турбин), в составе энергоблока быть может применена или наиболее массивная паровая турбина (на 25-26 МВт), или 2-ая паровая турбина (на 5-6 МВт) в добавление к штатной турбине промышленной парогазовой агрегата.
Этаким образом, применяя 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 вероятно раз в год утилизировать около 50 тыс. т ТБО с выработкой наиболее 450 тыс. МВт-ч электроэнергии для поставки наружным потребителям.
Не считая того, за счет отступающих газов ГТУ на выходе из основных линий котлов-утилизаторов вероятно получение наиболее сто тыс. Гкал/год тепловой энергии при температуре носителя тепла около 90-95 С в добавление 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 службы сочетанного парогазового энергоблока предпочтительно за счет зарабатываемого от переработки отдалений горючего пи-рогаза с подмешиванием к нему (по мере необходимости) 10-15 % естественного газа. Экая конструкция функционирует должно образом. Горючий (пиролизный) газ, генерируемый в итоге переработки отдалений в плазмотермических реакторах, обладая на выходе температуру 200-250 С, подвергается подготовительной чистке от пыли и брутальных хлористых и сернистых компонентов, и опосля компримирования до давления 1215 атм подается прямо в камеры сгорания газовых турбин.
Отделавший газ из газовой турбины, обладая температуру около четыресто С, поступает в котел-утилизатор (бойлер), где применяется для приготовления пара с температурой около 300 С, тот или другой потом под давлением 4-5 атм подается на паровую турбину. Сбросной поток обработавшего газа, а также отделавший пар из паровой турбины могут водиться употреблены для теплоснабжения. В качестве сочетанного энергоблока вероятно применение 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 вероятно обеспечить ежегодную утилизацию около 50 тыс. т ТБО с выработкой 80-85 тыс. МВт-ч электроэнергии для поставки наружным потребителям. Не считая того, за счет отступающих газов газовых турбин и обработавшего горячего пара ПТУ можнож приобрести наиболее 150 тыс. Гкал/год тепловой энергии при температуре носителя тепла более 120-130 С. Суммарный КПД экий энергогенерирующей агрегата может сочинять более 32 %.
Принесенная технологическая схема энергоперерабатывающего комплекса подразумевает необходимость использования 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 пора их присутствия в рубежах зоны завышенной температуры оказываются недостающими для обеспечения надежной деструкции диоксинов и фуранов, порядок газоочистки соответственна включать в себя аппараты их каталитической нейтрализации (фото 1).
Эти аппараты поставляются на рынок компанией CRI CATALIST [3]. Оценочная стоимость этакого аппарата -8-10 евро/т отдалений в год. В технологии Shell Dioxin Destruction System (SDDS), разработанной CRI CATALIST, применяется с намерением разработанный катализатор, обеспечивающий фактически полную (не гуще 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 установках, 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 тайна, что приметную долю в составе ТБО сочиняют отделавшие изделия из пластика (полихлорвиниловых изделий), из тот или иной быть может приобретено хватить высококалорийное жидкое горючее разновидности дизельного. Знакома, 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..
Применение (зарабатываемого методом конверсии отсортированных из ТБО полимерных отдалений) высококалорийного водянистого дизельного горючего с малокалорийным пирога-зом, образующимся при плазмотермической переработке ТБО, для обеспечения службы газотурбинного генератора (в целях обеспечения экономической рентабельности мусороперерабатывающих компаний), а также теплоснабжения наружных потребителей исполняется на основанию 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 службы 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.
Конструкция функционирует должно образом. На переработку направляются два потока отдалений: полимерные и перемешанные ТБО, располагающие нормальный морфологический состав. Отклонения основного потока опосля подготовительной сортировки поступают из накопителя в конвертор, где подвергаются переработке на жидкое горючее, отклонения второго потока — на переработку в плазмотермические реакторы (число тот или иной поступает потребной производительностью завода), после этого приобретаемый из их пиролизный газ подвергается подготовительной газоочистке.
Два облика горючего — жидкое и газообразное, а также компримированный воздух подаются в двухзонные сочетанные камеры сгорания, продукты сгорания в тот или иной употребляются для обеспечения службы газовых турбин и соответственных электрогенераторов. Отделавшие горячие продукты сгорания из газовых турбин подаются в бойлеры, в тот или иной из специализированной в порядку химводоподготовки воды приготавливается пар для кормленья паровой турбины с электрогенератором. Этаким образом, в сочетанном газопаротурбинном цикле делается электроэнергия для поставки наружным потребителям и, вероятно, тепло, тот или иной может поставляться наружным потребителям. Отделавшие газы из бойлеров проходят спустя порядок газоочистки и выбрасываются в атмосферу в облике экологически безопасного газового выброса. Вся технологическая порядок автоматизирована.
ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ ИЗ ШЛАКА
Более всераспространенным вариантом коммерческого употребления шлака, зарабатываемого в итоге плазмотермической переработки ТБО, прибывает его гранулирование и употребление в качестве добавок к строительным веществам. Стоимость этакого продукта на базаре оценивается ориентировочно как 2 500 руб./т. Совместно 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 свойскому хим составу шлак очень недалек к естественному базальту, из тот или иной делается теплоизоляционный вещество (маты, полотна). Эта разработка ладно отделана (фото 3) и применяется на линии русских компаний, к примеру в ООО Теплотроника [5].
Эта разработка предугадывает плавку базальта, перевоплощение его из водянистой фазы в высокие 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 мат-ла из базальта), исключается необходимость издержек энергии на плавление начального сырья. Потому что рыночная стоимость базальтового теплоизоляционного мат-ла сочиняет в среднем 5 500 руб./м3, применение данной нам технологии в составе комплексов переработки отдалений может приметно повысить их экономическую рентабельность.
До недавнего медли большущим спросом воспользовались утеплители из стекловолокна и минерального волокна на основанию доменных шлаков. Все-таки принесенная продукция располагает ряд недочетов: выделение мельчайшей стеклянной пыли при механическом разрушении термоизоляции, колючесть волокон, басистая температура использования (до четыресто С), а также наличие связывающего, тот или иной равномерно испаряется в облике ядовитых газов, этаких 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 основанию доменных шлаков прибывают вторичными субстанциями, потому что делаются из консистенции компонентов, иногда включающих отклонения многообразных производств, что, в свойскую очередь, может содействовать действиям гниения либо окисления изолируемых поверхностей. Срок занятия перечисленных утеплителей ограничен, так как спустя 1015 лет происходит их разрушение.
Практика производства теплоизоляционных веществ в ближайшее время следует по пути употребления базальтовой термоизоляции. Базальтовая термоизоляция намного лучше по свойствам, чем минеральные волокна либо волокна с экий же структурой, располагающей в близком составе стекло. Базальтовое волокно (даже при соглашении долгой эксплуатации) остается крепким, емким и невосприимчивым к брутальным средам, а сам вещество не выделяет токсинов. Термоизоляция из базальтовых горных пород выделяется экологической и радиационной сохранностью, негорючестью, хим стойкостью и огнестойкостью, долговечностью, инертностью к изолированной поверхности, располагает безграничный срок занятия и пространный температурный спектр использования от 300 до 900 С.
Утепляющий материал на основанию базальтового волокна дышит, не закупоривает изолируемые поверхности, негигроскопичен, не выделяет вредных веществ во цельных средах. Неповторимые характеристики веществ из базальтового волокна сооружают их употребление всепригодным в многообразных отраслях индустрии. В бранные 10 лет изделия из базальтового волокна встали пространно 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 частоты теплоизоляционного мат-ла 20-50 кг/м3 (другими словами от 30 до 75 тыс. руб./кг).
Идет выделить, что создание теплоизоляционных веществ и изделий из базальтового сырья призывает 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 пора разработка плазмо-термической переработки ТБО обеспечивает не совсем только экологически безопасную утилизацию отдалений, да и получение в качестве вторичного продукта минерализованного шлака, владеющего вблизи примечательных параметров, что, в частности, мастерит его подходящим для производства теплоизоляционных веществ, не уступающих по качествам базальтовому волокну.
Потенциал употребления шлакового расплава, образуемого в итоге плазмотермической переработки ТБО, базируется на идентичности усредненного состава шлакового расплава (по генеральным 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 главных оксидов (кальция CaO и магния MgO). Модуль кислотности минеральной ваты разновидности А — более 1,4; разновидностей Б и В — более 1,2 (ГОСТ 4640-93). Для ваты на основанию горных пород рекомендуется располагать модуль кислотности на ватерпасе 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 основанию 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 основанию 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 веществ из минерального сырья делается как в Рф, так и за рубежом. Более знаменитым 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 иностранных 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: возвышенность 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), определенная 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, держащей углекислоту, на основанию употребления вторичных товаров переработки отдалений. Актуальность употребления данной нам технологии в Столичном регионе связана с тем, что в нынешнее время в Москве есть единый производитель продукции, держащей углекислоту, — хладокомбинат 7, употребляющий старую технологию и технологическое оборудование. При всем этом суммарная потребность в сухом льде сочиняет около 40 т в на днях (в летнее пора), 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 облика источника сырья (углекислого газа), а энерго издержки — от совершенства термодинамических циклов, схем и оборудования.
Более густо употребляемым источником сырья прибывают дымовые газы, желая они хранят в итоге 10-20 % диоксида углерода. Извлечение девственного диоксида углерода из дымовых газов, зарабатываемых при сжигании естественного газа, основано на абсорбционно-десорбционном способе, тот или другой выделяется сложностью и сравнительно низкой энергетической эффективностью. Вследствие этого, а также роста цен на естественный газ себестоимость диоксида углерода важно увеличивается.
В нынешнее время генеральное интерес разрабов и производителей углекислотных конструкций, 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 живущих котлов до 0,95-0,98. Все-таки навряд ли можнож ждать приметного понижения себестоимости производства углекислого газа при употреблении этих технологий. Наиболее действенным представляется применение дымовых (тех.) газов, образующихся в качестве побочного продукта главного производства, к примеру плазменной переработки отдалений многообразного происхождения.
Еще один-одинешенек принципиальным запасом понижения себестоимости получения углекислого газа прибывает применение бросовых источников теплоты в облике водяного пара и горячей воды. Смысл этакого 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 живущих конструкциях зарабатывают за счет сжигания естественного газа в котлах. Так как технологические комплексы плазменной переработки отдалений, обычно, подразумевают употребление принципа когенерации, другими словами употребления газопаротурбинных энергоустановок для выработки электроэнергии и бросового тепла за счет отделавших газов и пара, набивается мысль совмещения технологии плазменной переработки отдалений с созданием продукции, держащей углекислоту. При всем этом заслуживает заинтересованности и тот факт, что наличие в составе агрегата по переработке отдалений автономного источника электроэнергии также может рассматриваться как фактор, содействующий росту совместной эффективности службы агрегата получения продукции (держащей углекислоту), а с учетом конъюнктуры базара на этакую продукцию (о чем будет так дальше) — и как фактор обеспечения завышенной рентабельности переработки отдалений.
Обеспечение наибольшей рентабельности плазмотермической переработки ТБО подразумевает очень вероятное и целесообразное применение 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 конструкций, действующих на пирогазе с частичной подсветочкой естественным газом (либо только лишь на естественном газе, ежели это предвидено распорядком их службы); пар, приобретаемый за счет утилизации сбросного тепла выхлопных газов конструкций, а также отделавший пар паротурбинных генераторов; лишная электроэнергия при ее наличии опосля покрытия собственных тех. нужд и поставок наружным потребителям либо, в случае экономической необходимости употребления вырабатываемой электроэнергии, — для обеспечения производства сопутствующих товаров заместо постройки линий электропередачи и подключения к региональным электросетям.
ПОЛУЧЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ВОДОРОДА
Более перспективным методом заслуги высочайшей рентабельности плазмотермической переработки ТБО идет считать применение технологии получения водорода, приходящего топливом для энергетических конструкций многообразного предназначения.
Более всераспространенными способами получения водорода из естественных углеводородов прибывают способы парового реформинга метана (естественного газа), а также частичного окисления тяжких 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 водилось бы представить, что прямо за освоением технологии получения водорода из биомассы сельскохозяйственных отдалений станет актуальной задачка получения водорода из ТБО.
До истинного медли знакома 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 многообразного происхождения, включая шлам из фильтрационных отстойников, мед отклонения, ТБО, отделавшие органические растворители, авто шины и пр. Для выделения водорода из состава синтез-газа употребляются установки мембранной сепарации. Число водорода, тот или иной быть может приобретено этаким образом, поступает составом синтез-газа, что в свойскую 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 ватерпасе 58 кг/т ТБО [7].
Заслуживает заинтересованности и разработка плазменного реформинга двуокиси углерода, тот или другой в протяжении долгого медли 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 знакома разработка получения водорода из воды методом ее электролиза, а реализация процесса плазменного рециклинга двуокиси углерода также призывает определенных издержек электроэнергии на занятие частотного плазмотрона, доставляет энтузиазм сопоставление 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 сопоставления: большая часть идущих в ногу со временем электролизеров нормального разновидности характеризуются удельными энергозатратами на ватерпасе 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 использования 2-ух многообразных способов на основном шаге процесса переработки пирогаза на водород — открытый сепарации водорода из состава газовой консистенции (пирогаза), а конкретно мембранного способа и так нарекаемого способа короткоцикловой абсорбции (КЦА). В табл. 2 представлено сопоставление главных характеристик сепарации водорода из газовой консистенции, обеспечиваемой этими 2-мя способами.
Мембранный способ наиболее обычной, все-таки он может востребовать использования многоступенчатой чистки. Так как конструктивно даже многоступенчатая порядок чистки не представляется трудной, приведем вероятные схемы теории этаких налаженности 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 внедрением 2-ой фазы переработки — паровой конверсии — выработка водорода может составить теснее 85-сто кг на тонну отдалений. При употреблении остальных потенциалов глубочайшей переработки пирогаза, выход водорода быть может доведен до 140-160 кг на тонну отдалений.
Технологическая схема агрегата для получения водорода из ТБО функционирует должно образом: твердые бытовые отклонения 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 экий переработки в составе пиролизного газа зарабатывают 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 иные сочиняющие, экие 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 неотзывчивого растворителя (водянистых углеводородов), что обеспечивает перевод смолистых соединений из газовой фазы во взвешенное состояние и в раствор. Раствор прибывает горючим компонентом, тот или другой применяют для приготовления технологического пара. Дальше раствор, держащий сепарированные смолистые вещества, в составе тот или иной хранится до 60 % углерода, до 10 % водорода, до 30 % кислорода, а также некое число серы, хлора, азота и алюминия, подают в бойлер-дожигатель, где сжигают (вероятно, с некой добавкой второго горючего). Для получения технологического пара применяют обессоленную воду, специализированную агрегатом обессоливания воды (обратноосмотической либо дистилляционной).
Продукты сжигания холодят и очищают на фильтрах газоочистки товаров сгорания перед следующим выбросом в атмосферу. Очищенный от пыли и смолы пирогаз располагает 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 агрегат мембранного сечения, в тот или другой концентрируют СО и углеводороды перед паровой конверсией. Агрегат оснащен своим компрессором. Наличие этого агрегата дозволяет удалить водород из состава газовой консистенции и понизить расход поступающего на конверсию газа ориентировочно на третья часть (и согласно уменьшить энергозатраты). Не считая того, пребывание 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 гуще 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 употреблять ее для обогрева пирогаза в теплообменнике — рекуператоре тепла экзотермических реакций. В качестве катализатора в конверторе применяют железохромо-вые композиции. Ежели в порядку употребляют низкотемпературный конвертор, то газовую консистенция в него подают опосля рекуперативного остывания до температуры 190-200 С. В этом конверторе в качестве катализатора применяют медьсодержащие консистенции. Суммарный коэффициент конверсии окиси углерода добивается 98 %, что значит выход водорода около 370 литр. на 1 м3 начальной газовой консистенции.
Заработанная опосля конверсии консистенция хранит около 55-60 % о. водорода и 0,2-0,3 % о. СО при температуре 210-220 С. Не считая того, выходящая консистенция хранит до 30 % о. паров воды. Потому перед предстоящей переработкой консистенция холодят до температуры 20-30 С. Опосля остывания в водяном холодильнике сконцентрированную воду отделяют в сепараторе-осушителе. Очищенную и осушенную газовую консистенция подают на мембранный агрегат, обеспечивающий концентрирование водорода перед подачей консистенции на последующую ступень переработки.
В табл. 3 представлены результаты оценки ожидаемых экономических характеристик при реализации вторичных товаров плазмотермической переработки ТБО.
Выставленные экономические характеристики разрешают проектировщикам избрать нужную концепцию организации технологической схемы плазмотермической переработки ТБО с учетом необходимости обеспечения призываемой рентабельности службы 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 создателям 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 отклонения» 10 2011 грам.

Posted in Климат Земли by admin with comments disabled.