Innowacyjna Gospodarka Odpadami Komunalnymi Starogard 08.10.2012
2 Plan prezentacji 1. Spalanie odpadów główne problemy 2. Alternatywa: gazyfikacja plazmowa 3. Przykładowe gazyfikatory plazmowe: EUROPLASMA Ontario Adaptive ARC IMP PAN Gdańsk 4. Podsumowanie
Spalanie odpadów w spalarni Spalanie (utlenianie) to podstawowy proces zachodzący w palenisku kotła. Jeżeli spalane są odpady miejskie (MSW - Municipal Solid Waste), to taki kocioł nazywa się incineratorem (Municipal Solid Waste Incinerator). Spalanie odpadów w takim kotle powoduje powstawanie negatywnych efektów dla środowiska oraz zdrowia publicznego. Spalarnie odpadów emitują do atmosfery: tlenki azotu, tlenki siarki, lotne popioły, CO, CO2, gazy kwaśne, ołów, kadm, rtęć oraz składniki organiczne: miedzy innymi dioxyny i furany. 3
Dioksyny 10 000 razy bardziej trujące niż cyjanek potasu Związki te tworzą się praktycznie wszędzie tam, gdzie materia zawierająca węgiel, tlen, wodór oraz chlor lub inne halogeny (np. Br - brom i F fluor) przebywa ponad 2 s w układzie, w którym panują warunki utleniające oraz temperatura 250-550 o C. Ze względu na dekompozycję dioksyn w temperaturach ponad 600-650 o C ich koncentracja w komorze paleniskowej kotła jest bardzo mała, lecz drastycznie wzrasta w II ciągu i urządzeniach odpylających, gdzie panują wymagane warunki temperaturowe (250-450 o C) oraz znajduje się wolny tlen, niespalony węgiel i węglowodory, para wodna, związki chloru (np. HCl) oraz ziarna popiołu zawierające metale katalizujące proces spalania. 4
USA 1960 r. - spalarnie odpadów przerabiały 30 % masy odpadów komunalnych. 1988 r. - masa odpadów przerabiana w takich urządzeniach spadła do 13% z powodu poważnego zagrożenia dioksynami. Japonia 1990 r. potwierdzono, że incineratory są głównymi źródłami emisji dioksyn. Zlikwidowano małe i średniej wielkości spalarnie. Zastąpiły je spalarnie dużej mocy, wyposażone w drogie systemy kontroli i usuwania zanieczyszczeń emitowanych do powietrza oraz systemy topienia (witryfikacji) popiołów. Aktualnie w tego rodzaju spalarniach przetwarza się do 80% odpadów. 5
Z powodu stochastycznego przebiegu procesu spalania nie jest możliwe takie prowadzenie procesu spalania, ażeby uniknąć generacji dioxyn i ich emisji do atmosfery. W instalacjach spalarni odpadów dla ograniczenia emisji m.in. dioksyn stosuje się metody fizycznej absorpcji, np. na na węglach aktywnych. Metoda ta może być bardzo efektywna. Jednakże węgle aktywne, popioły (szczególnie lotne) posiadają zdolność do adsorbowania dioksyn. Dlatego w Japonii do utylizacji stałych produktów spalania stosuje sie metodę witryfikacji. 6
Spalanie odpadów Kosztowne koszt spalenia 1 tony odpadów komunalnych zmieszanych około 550 euro Niebezpieczne emisja dioxyn i furanów Nowoczesne i perspektywiczne metody termicznego przekształcania odpadów Zgazowanie przy użyciu plazmy 7
9 Gazyfikacja plazmowa plazma jest czystą energią cieplną wytworzoną przez zjonizowany gazy (azot) przy użyciu energii elektrycznej plazma o temperaturze 1000 3000 ᵒC rozkłada odpady na pierwiastki (C, H, O, N) związki organiczne (C X H Y ) przekształcone są w wysokoenergetyczny syngas (H 2, CO) związki nieorganiczne są przetapiane i związane w szklisty niewypłukiwany żużel (witrifikacja) metale mogą zostać odzyskane do ponownego użycia beztlenowa atmosfera w gazyfikatorze zapobiega spalaniu i tworzeniu szkodliwych związków (NO X, SO X, dioksyny, furany)
10 Gazyfikacja plazmowa Generator plazmowy Zbiornik syngazu Odpady po segregacji Komora plazmowa 1000 ᵒC syngas (H 2, CO) Generator elektryczności (np. diesel 50kW 2 MW) Sieć elektryczna Typy gazyfikatorów plazmowych: łuk elektryczny Adaptive ARC (USA) Integrated Environmental Technologies, Washington (USA) wyładowanie wysokiej częstotliwości Ichikawa Kankyo Engineering Co., Ltd (Japonia) Nishinihon Kaden Recycle Co., (Japonia) wyładowanie mikrofalowe Niewypłukiwany żużel Instytut Maszyn Przepływowych PAN, Gdańsk
11 Efektywność metody gazyfikacji odpadów Incinerators (pyrolysis) Conventional gasification Plasma gasification Plasma gasification with cogeneration
12 Gazyfikacja plazmowa Zasada: wysoce kontrolowana gazyfikacja odpadów przetworzenie części organicznych w przydatny gaz bogaty w wodór przetworzenie część nieorganicznej w stały, nieługowany, szkłopodobny materiał (witryfikacja) System gazyfikacji plazmowej może być niezależny energetycznie
15 Zalety gazyfikacji plazmowej: Łatwo sprzedawalne produkty handlowe: zeszklony produkt uboczny może być wykorzystany komercyjnie jako substytut do: piaskowania(wysoce efektywnego kosztowo) płytek dekoracyjnych dachówek bloków budowlanych kruszywa przy budowie dróg odzyskiwanie metalu - metaliczny produkt uboczny o wysokiej wartości recyklingowej
16 Zalety gazyfikacji plazmowej: Niskie emisje szkodliwych gazów / zmniejszone zanieczyszczenie: emisje szkodliwych gazów są znacznie mniejsze niż ze spalarni odpadów (gazyfikacja kontra spalarnie) wyeliminowane emisji dioksyn i furanów, typowych dla spalarni
17 Zalety gazyfikacji plazmowej: Bezpieczne, stabilne produkty uboczne: objętość produktów ubocznych o konsystencji stałej stanowi 2-50% objętości odpadów materiał uboczny jest stabilny, nie stwarza zagrożenia wycieku, skażenia otaczającej gleby, wody i powietrza
Zeszklony, szkłopodobny obojętny odpad 23
24 Przykłady gazyfikacji plazmowej: EUROPLASMA Ontario Adaptive ARC IMP PAN
Europlasma 25
Europlasma 26
Ontario 27 Źródło: http://www.inetec.com
Przykładowy projekt 28
AdaptiveARC 30 Korzyści czystego gazowania za ułamek kosztów: Kapitał i koszty operacyjne o 30-70% bardziej ekonomiczne niż porównywalne systemy, Ekstremalna miniaturyzacja Niewiele ograniczeń surowcowych, Łatwość uzyskania pozwoleń: Pozwolenie na agregaty Cat 3500 zazwyczaj istnieją Systemy ce25 są czasowo-stałe Mniej niż 10.000 ton na rok zwolnione z OOŚ Łatwe do finansowania Niewiele ograniczeń surowcowych ROI mniej niż 3 lata w większości obszarów geograficznych Łatwe w instalacji i rozbudowie Prefabrykowane elementy: rozruch w 2 dni 25 do ponad 2000 ton dziennie
33 Przykład: cena $12 / 7 za kwh 100 ton dziennie : 4MW tryb ciągły : 96MWh / dzień Kapitał: $12.5M USD 10-letni roczny WSZ 21% 10-letni OWN $2.8M Rentowność 1 rok
Instytut maszyn Przepływowych PAN, Gdańsk Typ: plazma mikrofalowa Generator Plazmowy częstotliwość mikrofal 2,45 GHz temperatura 1000 3000 ᵒC, mniejsza niż tzw. Gorącej plazmy moc jednej głowicy do 25 kw gaz uboczny: azot lub azot + para wodna, inne mieszaniny ubogie w tlen natychmiastowy start i wyłączanie standardowe układy zasilania elektrycznego + własna opatentowana głowica mikrofalowa 34 Nitrogen swirl Plasma Microwave plasma in a mixture of methane and nitrogen Microwave power 6 kw Źródło: J. Mizeraczyk, M. Jasiński, Z. Zakrzewski, J. Power Sources, vol. 181 (2008)
35 Plazmowa piroliza PCB (polichlorowanych bifenyli) BEZ PARY WODNEJ Z PARĄ WODNĄ kilka prostych produktów całkowita dysocjacja cząsteczek, najróżniejsze wtórne produkty rekombinacji kilka prostych produktów całkowita dysocjacja cząsteczek, najróżniejsze wtórne produkty rekombinacji Zimna plazma generuje mniej szkodliwych i trudnych do usunięcia wtórnych produktów reakcji rekombinacji niż plazma gorąca
Zalety technologii mikrofalowej 1. Technicznie prosta i łatwa w rozruchu technologia 2. Sprawność rzędu 80% w stosunku do tradycyjnych metod plazmowych o sprawności rzędu 20%.
Dziękuję za uwagę
38