Gassificazione del plasma - Plasma gasification

Gassificazione ad arco plasma
Tipo di processo Chimico
Settore/i industriale/i Gestione dei rifiuti
Energia
Principali tecnologie o sottoprocessi Arco
al plasma Elettrolisi al plasma
Materia prima Rifiuti urbani e industriali
Biomasse Idrocarburi
solidi
Prodotti) Syngas
Scorie
Rottami metallici separati

La gassificazione del plasma è un processo termico estremo che utilizza il plasma che converte la materia organica in un syngas (gas di sintesi) costituito principalmente da idrogeno e monossido di carbonio . Una torcia al plasma alimentata da un arco elettrico viene utilizzata per ionizzare il gas e catalizzare la materia organica in syngas , con la scoria che rimane come sottoprodotto. È usato commercialmente come una forma di trattamento dei rifiuti ed è stato testato per la gassificazione di combustibile derivato da rifiuti , biomassa , rifiuti industriali , rifiuti pericolosi e idrocarburi solidi , come carbone , sabbie bituminose , petcoke e scisti bituminosi .

Processi

Le piccole torce al plasma utilizzano tipicamente un gas inerte come l' argon dove le torce più grandi richiedono azoto . Gli elettrodi variano da rame o tungsteno ad afnio o zirconio , insieme a varie altre leghe . Una forte corrente elettrica ad alta tensione passa tra i due elettrodi come un arco elettrico . Il gas inerte pressurizzato viene ionizzato passando attraverso il plasma creato dall'arco. La temperatura della torcia varia da 2.000 a 14.000 °C (da 3.600 a 25.200 °F). La temperatura della reazione del plasma determina la struttura del plasma e del gas di formazione.

I rifiuti vengono riscaldati, fusi e infine vaporizzati . Solo in queste condizioni estreme può avvenire la dissociazione molecolare rompendo i legami molecolari . Le molecole complesse vengono separate in singoli atomi . I componenti elementari risultanti sono in una fase gassosa ( syngas ). La dissociazione molecolare mediante plasma è denominata " pirolisi plasmatica ".

Materie prime

La materia prima per il trattamento dei rifiuti plasma è spesso ottenuto da rifiuti combustibile , biomasse rifiuti, o entrambi. Le materie prime possono includere anche rifiuti biomedici e materiali pericolosi . Il contenuto e la consistenza dei rifiuti influiscono direttamente sulle prestazioni di un impianto al plasma. Il pre-smistamento per estrarre il materiale trattabile per la gassificazione fornisce consistenza. Troppo materiale inorganico come metallo e rifiuti edili aumenta la produzione di scorie, che a sua volta riduce la produzione di syngas . Tuttavia, un vantaggio è che la scoria stessa è chimicamente inerte e sicura da maneggiare (alcuni materiali possono tuttavia influenzare il contenuto del gas prodotto). Generalmente è necessario triturare i rifiuti in piccole particelle uniformi prima di entrare nella camera principale. Ciò crea un trasferimento efficiente di energia che consente una ripartizione sufficiente dei materiali.

Il vapore viene talvolta aggiunto ai processi di gassificazione per aumentare la generazione di idrogeno ( steam reforming ).

Rese

Il gas di sintesi puro ad alto potere calorifico è costituito prevalentemente da monossido di carbonio (CO) e idrogeno (H 2 ). I composti inorganici nel flusso di rifiuti non vengono scomposti ma fusi, il che include vetro, ceramica e vari metalli.

L'alta temperatura e la mancanza di ossigeno impedisce la formazione di molti composti tossici come furani , diossine , ossidi di azoto o anidride solforosa nella fiamma stessa. Tuttavia, le diossine si formano durante il raffreddamento del syngas.

I metalli risultanti dalla pirolisi al plasma possono essere recuperati dalle scorie ed eventualmente venduti come merce. La scoria inerte prodotta da alcuni processi viene granulata e può essere utilizzata in edilizia. Una parte del syngas prodotto alimenta le turbine in loco, che alimentano le torce al plasma e quindi supportano il sistema di alimentazione.

Attrezzatura

Alcuni reattori di gassificazione al plasma funzionano a pressione negativa , ma la maggior parte tenta di recuperare risorse gassose e/o solide.

Vantaggi

I principali vantaggi delle tecnologie con torcia al plasma per il trattamento dei rifiuti sono:

  • Impedire che i rifiuti pericolosi raggiungano le discariche
  • Alcuni processi sono progettati per recuperare ceneri volanti, ceneri pesanti e la maggior parte degli altri particolati, per una deviazione del 95% o migliore dalle discariche e nessuna emissione nociva di rifiuti tossici
  • Potenziale produzione di scorie vetrificate che potrebbero essere utilizzate come materiale da costruzione
  • Trasformazione di rifiuti di biomassa in syngas combustibile per energia elettrica ed energia termica
  • Produzione di prodotti a valore aggiunto (metalli) da scorie
  • Mezzi sicuri per distruggere sia i rifiuti sanitari che molti altri rifiuti pericolosi .
  • La gassificazione con combustione affamata e rapida estinzione del syngas da temperature elevate può evitare la produzione di diossine e furani che sono comuni agli inceneritori
  • Le emissioni nell'aria possono essere più pulite delle discariche e simili a quelle degli inceneritori.

Svantaggi

I principali svantaggi delle tecnologie della torcia al plasma per il trattamento dei rifiuti sono:

  • Costi di investimento iniziali elevati rispetto a quelli delle alternative, tra cui discarica e incenerimento .
  • I costi operativi sono elevati rispetto a quelli dell'incenerimento.
  • Produzione di energia netta scarsa o addirittura negativa.
  • La materia prima umida si traduce in una minore produzione di syngas e un maggiore consumo di energia.
  • Manutenzione frequente e disponibilità limitata dell'impianto.

Commercializzazione

Articolo principale: commercializzazione della gassificazione del plasma

La gassificazione con torcia al plasma viene utilizzata commercialmente per lo smaltimento dei rifiuti in un totale di cinque siti in tutto il mondo con una capacità di progettazione combinata di 200 tonnellate di rifiuti al giorno, metà delle quali sono rifiuti di biomassa.

Il recupero energetico dei flussi di rifiuti mediante la gassificazione al plasma è attualmente implementato in un totale di un impianto (forse due) che rappresenta una capacità di trattamento di 25-30 tonnellate al giorno di rifiuti.

Uso militare

La US Navy sta impiegando il Plasma Arc Waste Destruction System (PAWDS) sulla sua portaerei classe Gerald R. Ford di ultima generazione . Il sistema compatto utilizzato tratterà tutti i rifiuti solidi combustibili generati a bordo della nave. Dopo aver completato i test di accettazione in fabbrica a Montreal, il sistema sarà spedito al cantiere navale di Huntington Ingalls per l'installazione sul vettore.

Guarda anche

Riferimenti

link esterno