等离子气化技术优势分析

  2017年，我国城市生活垃圾焚烧总量约为9468万吨，约占垃圾处理总量的40%，垃圾焚烧中产生的二次污染（二噁英）是制约焚烧规模的大因素。本文介绍的等离子体气化技术始于20世纪60年代，如今已经广泛应用于材料加工、环保等领域，可从废弃物中提取可回收物品，转换碳基废物为合成气。在危险废物处理领域应用等离子体气化技术，已逐渐成为研究热点。

一、等离子气化技术简介

1.什么是等离子体：并非一般物质的常见的气、液、固三态，它属于物质的第四种状态，是一种高温，离子化和传导性的气体，在气体电离后形成，具有宏观尺度内的电中性与高导电性。

2.等离子气化技术概述：

    等离子气化是一种新兴技术，它可以从垃圾中提取可回收的物品和转换碳基废物为合成气。这种类似于天然气的合成气是一种简单的一氧化碳和氢气为主要成份的可燃气体，可以直接燃烧或用于提炼成更高等级的燃料和化学品。冷却后的灰渣是一种玻璃状物质，由于其紧密的结构，非常适合作为建筑材料使用。等离子技术已在如危险废弃物/医疗废弃物焚烧飞灰和化学武器残留物等危险废物无害化处理中成功应用多年。利用等离子气化技术将城市固体废弃物转化为能源和建材是一项新技术，具有很大的潜力。

    等离子气化技术与垃圾焚烧的根本区别在于一个是无氧高温气化，一个是有氧焚烧：等离子气化炉内由于等离子炬提供热源(5500℃)而能保持在1300℃～1500℃以上的高温;垃圾焚烧时候温度高只有700℃～900℃左右。1200℃以上的温度能使二噁英的主要成分——苯环彻底瞬间裂解。

3.等离子体气化工艺：包括预处理装置+等离子气化炉+合成气净化装置等。

按照工艺流水线划分，可分成以下几个组成部分：①危险化学废弃物储存及送料系统；②等离子气化炉；③控制中心；④合成气净化及检测系统；⑤炉渣处理系统；⑥热量回收系统。

4.等离子气化产物：

（1）合成气

经过滤器和脱硫器后产生的清洁合成气主要由氢、一氧化碳和少量的甲烷组成，这三种物质均为可燃物（占合成气的95.9％），二氧化碳仅占4.1％。几乎不含粉尘、二氧化硫、碳黑、氮氧化物等有害物质，接近零排放。

（2）玻璃化渣

等离子气化炉产生玻璃化渣作为副产品，这些副产品可安全用作建材等应用，不会污染土壤或者饮用水。

核心设备介绍

等离子气化炉

    等离子气化炉中产生的等离子体，由等离子火炬采用380V交流电产生。等离子体的发生装置功率在5kW～300kW，温度可达4000℃～7000℃，射流速度超过200m/s，工作气体为氮气、空气、氢气等。在高强度热源下，基本粒子的活动能量远大于任何分子间化学键的作用，物质的微观运动以原子热运动为主，原有物质被打碎为原子物质，以破坏有害成分或使其丧失活力，从而将复杂的物质转化为简单的无害物。

目前，世界上大的等离子体气化熔融炉位于美国，处理规模在1000吨/天。设备的关键部件主要是等离子体棒和热解炉隔温材料，等离子体气化设备之所以造价高，主要不在于材料成本，而是技术垄断。

5.等离子气化技术优势

1）极少的进料预处理要求

– 极少的粉碎要求

– 极少的分类要求

2）处理原料种类广泛

– 生活垃圾，废旧轮胎，工业废物，污泥等混合进料

– 根据进料可供性来优化，减少对原料的依赖

3）可靠性强

– 可在恶劣的工业环境下操作

4）能耗低

5）低污染

– 净化后的合成气燃烧类似天然气

– 玻璃化的底渣为惰性，不会污染土壤和地下水

–减少的温室气体排放

6.等离子体气化技术VS回转窑焚烧技术

    国内外大多危废处置企业采用的回转窑焚烧技术，并不能彻底解决危废的无害化处置难题：挥发性金属随着烟尘排除形成新的污染物，非挥发性金属则沉积在炉渣中增加了处理成本。种种现实难题促使人们将原本应用于航天领域的等离子体气化技术，应用到危废和城市垃圾处理领域。





炉口煤气浓度热值分析

物质

单位

浓度

H2

%VOL

51.6

CO

%VOL

43.3

CO2

%VOL

4.1

CH4

%VOL

1

H2S

mg/m³

＜50

HCL

mg/m³

＜50

HF

mg/m³

＜50


    从上表可以看出等离子气化炉出口为常规煤气成本H2、CO、CO2、CH4，且H2、CO浓度较高，具有经济利用价值。煤气热值可以采用武汉天禹智控科技有限公司便携煤气热值仪&在线防爆煤气热值系统进行煤气浓度和热值分析，为经济化利用提供数据支持。

    H2S、HCL、HF等污染性气氛，可采用武汉天禹智控科技有限公司在线激光气体分析系统，分别实时在线监测H2S、HCL、HF的浓度，为环保工艺调节。



（HCL/HF在线激光分析仪）
（H2S在线激光气体分析仪）

（在线红外煤气热值分析系统）