플라즈마 기체화

Plasma gasification
플라즈마 아크 가스화
프로세스 유형케미컬
산업 부문폐기물 관리
에너지
주요 기술 또는 하위 프로세스플라즈마 호
플라즈마 전기분해
공급원료도시 및 산업 폐기물
바이오매스
고체 탄화수소
제품헤라스
슬래그
분리된 금속 고철

플라즈마 가스화는 유기물을 주로 수소와 일산화탄소로 구성된 승라(합성가스)로 변환하는 플라즈마를 이용한 극한 열처리다. 전호로 구동되는 플라즈마 토치는 가스를 이온화시키고 유기물을 촉진하는 데 사용되며 슬래그는[1][2][3] 부산물로 남아 있다. 폐기물 처리의 형태로 상업적으로 사용되며, 폐연료, 바이오매스, 산업폐기물, 유해폐기물, 석탄, 석유모래, 펫코크, 오일셰일 등 고체 탄화수소의 기체화 시험을 거쳤다.[2]

과정

작은 플라즈마 횃불은 일반적으로 큰 횃불이 질소를 필요로 하는 아르곤과 같은 불활성 가스를 사용한다. 전극은 다양한 다른 합금과 함께 구리 또는 텅스텐에서 하프늄 또는 지르코늄까지 다양하다. 고전압 하에서 강한 전류가 두 전극 사이를 전기 아크로 통과한다. 가압된 불활성 기체는 아크에서 생성된 플라즈마를 통과하여 이온화된다. 횃불의 온도는 2,000 - 14,000 °C(3,600 - 25,200 °F)이다.[4] 플라즈마 반응의 온도는 플라즈마와 기체의 구조를 결정한다.[5]

그 폐기물은 가열되고, 녹고, 마침내 기화된다. 이러한 극한 조건에서만 분자 결합을 분열시킴으로써 분자 분자가 분열될 수 있다. 복잡한 분자는 개별 원자로 분리된다. 결과 원소 구성요소는 기체 위상(syngas)에 있다. 플라즈마를 이용한 분자 분자 분열을 "플라즈마 열분해"[6]라고 한다.

피드스톡스

플라즈마 폐기물 처리를 위한 공급 원료는 가장 흔히 폐기물이 배출되는 연료, 바이오매스 폐기물 또는 둘 다이다. 사료에는 또한 생물의학 폐기물 및 유해 물질도 포함될 수 있다. 폐기물의 내용과 일관성은 플라즈마 시설의 성능에 직접적인 영향을 미친다. 가스화를 위해 치료 가능한 물질을 추출하기 위한 사전 정렬은 일관성을 제공한다. 금속이나 건설폐기물과 같은 무기물질들이 너무 많으면 슬래그 생산이 증가하고, 이는 결국 승라생산이 감소한다. 단, 이점은 슬래그 자체가 화학적으로 불활성이며 취급하기에 안전하다는 것이다(단[7], 확실한 물질은 생산된 기체의 함량에 영향을 미칠 수 있다). 일반적으로 메인 챔버에 들어가기 전에 폐기물을 균일한 작은 입자에 파쇄해야 한다. 이것은 물질의 충분한 분해를 가능하게 하는 에너지의 효율적인 전달을 만든다.[7]

증기를 기화과정에 첨가하여 수소의 발생을 증가시키기도 한다(스팀 개혁).

수확량

순수 고열량 합성 가스는 일산화탄소(CO)와 수소(H2)가 주를 이룬다.[8] 폐천에 있는 무기화합물은 분해되지 않고 녹는데 유리, 도자기, 각종 금속 등이 포함된다.

높은 온도와 산소 부족은 불꽃 그 자체로 푸란, 다이옥신, 질소산화물, 또는 이산화황과 같은 많은 독성 화합물이 형성되는 것을 막는다. 그러나 승마를 식히는 동안 다이옥신이 형성된다.

플라즈마 열분해로 인한 금속은 슬래그에서 회수되어 결국 상품으로 팔릴 수 있다. 일부 공정에서 생성된 불활성 슬래그는 과립되어 시공에 사용될 수 있다. 승마의 일부는 플라즈마 횃불을 작동시켜 공급 시스템을 지원하는 현장 터빈을 공급한다.[8]

장비

일부 플라즈마 가스화 원자로는 음압으로 작동하지만 대부분은 기체 및/또는 고체 자원을 복구하려고 시도한다.[1]

이점

폐기물 처리를 위한 플라즈마 토치 기술의 주요 장점은 다음과 같다.

  • 유해 폐기물이 매립지에[10][11] 도달하는 것을 방지한다.
  • 일부 공정은 쓰레기 매립지에서 95% 또는 그 이상의 전환과 독성 폐기물의[12] 유해한 배출이 없도록 플라이애쉬, 바닥애쉬 및 기타 대부분의 미립자를 복구하도록 설계되어 있다.
  • 건설자재로[13] 사용할 수 있는 유리 슬래그 생산 가능성
  • 바이오매스 폐기물을 가연성 승으로 처리하여 전력 및 열에너지[14] 이용
  • 슬래그에서[15] 부가가치 제품(금속) 생산
  • 안전은 의료[16] 폐기물 및 다른 많은 위험 폐기물을 파괴하는 것을 의미한다.[1][17]
  • 고온으로 인한 굶주린 연소와 급격한 승하차 등으로 기체화하면 소각로에서 흔히 볼 수 있는 다이옥신과 푸란의 생산을 피할 수 있다.
  • 공기 배출은 쓰레기 매립지보다 깨끗하고 소각장과 유사하다.

단점들

폐기물 처리를 위한 플라즈마 토치 기술의 주요 단점은 다음과 같다.

  • 매립[18] 및 소각 등 대안에 비해 초기 투자 비용이 크다.
  • 소각비 대비 운영비용이 높다.
  • 순 에너지 생산량이 거의 또는 심지어 마이너스인 경우.[clarification needed]
  • 습식 사료 육수는 승라 생산량이 적고 에너지 소비량이 높은 결과를 낳는다.
  • 빈번한 유지 보수와 제한된 발전소 가용성.

상용화

주요기사 : 플라스마 기체화 상용화

플라즈마 토치 가스화는 전 세계 총 5개 현장에서 하루 200톤의 폐기물을 처리하는데[30], 이 중 절반이 바이오매스 폐기물이다.

플라즈마 가스화를 이용한 폐천으로부터의 에너지 회수는 현재 하루에 25-30톤의 폐기물 처리 용량을 나타내는 총 1개(아마도 2개) 설치로 시행되고 있다.

군사용

미 해군은 최신세대 제럴드 R에 플라즈마 아크 폐기물 파괴 시스템(PAWDS)을 도입하고 있다. 포드급 항공모함. 이 소형 시스템은 선박에서 발생하는 모든 가연성 고체 폐기물을 처리할 것이다. 몬트리올에서 공장 인수 시험을 마친 후, 이 시스템은 운송 회사에 설치하기 위해 헌팅턴 잉걸스 조선소로 운송될 예정이다.[31]

참고 항목

참조

  1. ^ a b c Moustakasa, K.; Fattab, D.; Malamisa, S.; Haralambousa, K.; et al. (2005-08-31). "Demonstration plasma gasification/vitrification system for effective hazardous waste treatment". Journal of Hazardous Materials. 123 (1–3): 120–126. doi:10.1016/j.jhazmat.2005.03.038. PMID 15878635.
  2. ^ a b Kalinenko, R. A.; Kuznetsov, A. P.; Levitsky, A. A.; Messerle, V. E.; et al. (1993). "Pulverized coal plasma gasification". Plasma Chemistry and Plasma Processing. 13 (1): 141–167. doi:10.1007/BF01447176.
  3. ^ Messerle, V. E.; Ustimenko, A. B. (2007). "Solid Fuel Plasma Gasification". In Syred, Nick; Khalatov, Artem (eds.). Advanced Combustion and Aerothermal Technologies. Environmental Protection and Pollution Reductions. Springer Netherlands. pp. 141–156. doi:10.1007/978-1-4020-6515-6. ISBN 978-1-4020-6515-6.
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외부 링크