X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

Газификация была первоначально разработана для конверсии угля, но далее она была применена для обработки тяжелых нефтяных фракций и природного газа. В последние два десятилетия газификация также была исследована как метод получения ценных химических веществ из биомассы продуктов и органических твердых остатков. В настоящее время газификация может быть рассмотрена как эффективная обработка для деградации и конверсии полимерных отходов. Из-за пониженной температуры горения, порядка 500-1000°С, огневые методы утилизации отходов (пиролиз, слоевое сжигание на мусоросжигательных заводах) не удовлетворяют требованиям природоохранного законодательства. Данную проблему можно избежать, применяя для термической утилизации технологию плазменной газификации.

Одним из основных продуктов газификации является синтез-газ. Синтетический газ может использоваться для производства электроэнергии, тепловой энергии и других целей. Состав синтез-газа включает следующие газы: СО, Н₂, Н₂O и СО₂ и незначительное количество других компонентов, таких как CH₄. Состав синтез-газа зависит от ряда факторов, таких как температура, тип подачи, время пребывания в камере печи, отношение О₂ / Н₂O, состав плазмообразующего газа и т. д. Для каждого плазмообразующего газа необходима своя конструкция плазматрона и печи. Если цель газификации – получение синтез-газа, пригодного для конверсии углеводородов, то нецелесообразно использовать инертные газы в качестве плазмообразующих. При сжигании синтез-газа в ДВС, энергетических котлах ТЭС и т.д. можно использовать небольшое количество воздуха или азота в качестве рабочего газа. Для уничтожения токсичных отходов, выбирается газ, исключающий возможность образования новых опасных соединений, например водяной пар. Стоит отметить что к полученному продукту предъявляется ряд требований: отношение Н₂ / СО должно быть близким к 2, сумма примесей (СО₂, C₂H₄, С₂Н₂, СН₄ и т. д.) не должна превышать 1 % по объему. Последнее ограничивает нижний температурный предел процесса газификации – 1200°С. После охлаждения и очистки газ из реактора газификации может быть использован в ряде процессов:

восстановление энергии: синтез-газ может использоваться в качестве топливного газа;

синтез аммиака, который также требует увеличения концентрации H₂ через реакцию смены воды;

синтез углеводородов по каталитическому процессу Фишера-Тропша;

гидроформилирование олефинов с CO и H₂ обычно используемых для синтеза спиртов, альдегиды и карбоновые кислоты.

К преимуществам газификации относят низкий уровень негативного воздействия на окружающую среду. Это связано, прежде всего, с довольно длительным временем пребывания в камере печи: сначала газообразные продукты остаются в зоне окисления (сгорания) при температурах 1000-1200°С, а затем в зоне образования (восстановительной) синтез-газа. В таких условиях наиболее опасные вещества – диоксины, фураны, ПХД, бензопирены и другие ПАУ термически разлагаются и восстанавливаются дехлорированием. Другим преимуществом газификации, по сравнению с прямым сгоранием, является гораздо меньший объем газа, подлежащий очистке, в результате полного сжигания значительно уменьшается количество экологически опасных химических соединений. Также отсутствует необходимость классифицировать различные полимеры, присутствующие в пластиковых отходах.

При обработке углеродсодержащих отходов наиболее опасными компонентами являются соединения хлора и азота, образованные из ПВХ, полиамидов, полиуретанов, содержащихся в сырьевом потоке отходов. Хлор, как правило, выделяется в газообразном потоке в виде HCl, тогда как азот может быть обнаружен как N₂ или NH₃. Соответственно, важным аспектом газификации является очистка газов, чтобы удалить все эти нежелательные компоненты, что обычно достигается несколькими процессами: абсорбцией, каталитическим превращением, разделение мембранами. Также к недостаткам этого метода относится то, что для обеспечения экономической рентабельности газификации крупных заводов с мощностями около 400 000 - 500 000 т/год должны быть обеспечены постоянным потоком отходов для переработки.

Код для цитирования: Скопировать