Плазменные процессы утилизации опасных отходов

Плазменные технологии дугового разряда были разработаны и впервые использованы в промышленности в конце 19 века в качестве источника экстремально высоких температур. В начале 20 века плазменные горелки начали использоваться в химической промышленности для получения ацетилена из природного газа. Построенная в эти годы в городке Марл в Германии установка получения ацетилена с использованием плазменной горелки до сих пор остается самой крупной в мире (150 МВт).

Плазменные дуговые горелки вновь привлекли внимание в начале 60-х годов прошлого века, когда в США проводились работы по моделированию условий экстремально высоких температур достигаемых при входе космического аппарата в плотные слои атмосферы. Используя водоохлаждаемый медный электрод, была построена плазменная горелка мощностью 50 МВт для проведения испытаний теплозащитных материалов для космических аппаратов.

Другим важным применением плазменной технологии стала разработка новых методов преобразования энергии с помощью МГД генераторов. С использованием плазменных технологий в 80х годах в СССР на базе института высоких температур РАН были построены экспериментальные электростанции работающие на принципах МГД генератора.

В настоящее время плазменные технологии широко используются по всему миру в различных отраслях промышленности: химической, металлургической, а также для переработки отходов.

Высокие температуры утилизируемых материалов, получаемые при плазменном горении составляют 1300-2000°С по сравнению с 850°С при обычном сжигании, что являются ключевым преимуществом плазменной технологии переработки опасных отходов. Главный элемент такой технологии - это термохимическое разложение органической компоненты материала отходов до атомарного уровня и ее ионизация с последующим получением синтез - газа (смеси, содержащей CO и H2), который может в дальнейшем применяться в качестве чистого топлива или, как первичный продукт, для органического синтеза. При этом неорганическая компонента (металлы, силикаты) переводится в расплав и остекловывается. Получаемые твердые отходы представляют собой экологически безопасный инертный материал, который может применяться в строительстве или в качестве абразивного материала. Другое важное преимущество такого процесса - его практическая универсальность, т.е. - широкий спектр перерабатываемых материалов (твердые, жидкие и газообразные). Проведенные испытания показали высокую эффективность данной технологии для переработки: муниципальных твердых отходов; использованных шин; угольных отходов; осадков сточных вод; опасных шлаков; шлаков после сжигания мусора; металлической стружки; медицинских отходов (включая инфицированный материал); пестицидов и других ядохимикатов; материалов, содержащих асбест; отходов керамики; отходов растворителей и лакокрасочных изделий; загрязненных почв; смешанных отходов; продуктов нефтепереработки; радиоактивных отходов; отравляющих веществ; взрывчатых веществ.

Рабочий процесс системного плазменного конвертора состоит из пяти стадий:

1. Загрузка. Важнейшим преимуществом является возможность загрузки отходов в любой форме (твердой, жидкой, газообразной);
2. Плазменное разложение материала. Отходы разлагаются при нагреве за счет излучения от плазменной горелки. Температура в плазме достигает 17000°С, в среде окружающей плазму - 4000°С;
3. Удаление конверторного газа из камеры разложения и его охлаждение до 30°;
4. Фильтрование конверторного газа для удаления кислоты. Для уменьшения кислотности используется процесс нейтрализации;
5. Финальная очистка конверторного газа и удаление оксида азота. На выходе установки конверторный газ может отгружаться потребителям, как топливо, или как химическое сырье.

Таким образом плазменный конвертор это не только установка по переработке опасных отходов, но он также является генерирующей станцией, позволяющей обеспечить энергией себя и сторонних потребителей.

В России разработкой технологии плазменной переработки опасных отходов (отравляющие вещества) занимается фирма ПЛАТЕКС в сотрудничестве с Институтом высоких температур РАН. Данная компания обладает ноу-хау на конструкцию высокостойких катодов для плазменных горелок.

На мировом рынке представлены более десятка крупных фирм-производителей оборудования плазменной переработки отходов. Среди них выделяются несколько крупных транснациональных корпораций, акции которых высоко котируются на мировых биржах:

• Фирма Startech, (США) поставляет широкую номенклатуру оборудования для плазменной переработки с различной производительностью (до 100 т/час). Данное оборудование может монтироваться в виде стационарной установки, либо в мобильном варианте — на транспортной платформе. Данная фирма уже имеет значительный опыт промышленной эксплуатации таких установок ( более 10 поставок в разные страны мира). В частности эта компания осуществляет активные поставки оборудования в страны Восточной Европы ( Польша, Чехия ).
• Фирма Tetronics Limited, (Англия), другой крупный поставщик такой техники. Данная фирма построила более десятка крупных заводов в Японии по переработке металлургических шлаков и золы для снижения объема захораниваемых отходов и нейтрализации опасных компонентов ( тяжелых металлов).
• Фирма Integrated Environmental Technologies, LLC, (США) построила 4 завода по переработке отходов (на Гавайях, в Японии, в Малайзии).
• Фирма PEAT International, (США) построила 4 завода в разных странах (3 на Тайване и 1 в США).

Таким образом, технология плазменной переработки опасных отходов является весьма перспективным направлением в области их утилизации. Данная технология конкурентно способна и является экономически выгодной. В настоящее время она активно развивается и находит все более широкое распространение в мире.

Бочкарев Владимир Федорович,
главный технолог АНО НПО "Эколлайн", доцент, к.ф.-м.н.;
Жаров Александр Викторович,
главный научный сотрудник АНО НПО "Эколлайн", заведующий кафедрой ЯГТУ, профессор, к.т.н. (Ярославль)
Тезисы докладов Всероссийской научно-практической конференции "Оптимизация обращения с отходами производства и потребления"-2003