Plasmapyrolys för behandling av uttjänta däck och gummiprodukter

En av det moderna samhällets största utmaningar är den ökande takt med vilken fast avfall uppstår genom människans verksamhet, något som har blivit ett stort miljöproblem. Bortskaffandet av använda däck – bildäck från personbilar och lastbilar, cykeldäck, motorcykeldäck, lantbruksdäck och andra produkter baserade på polyisopren – utgör en stor del av dessa problem, eftersom 1,3 miljarder däck beräknas nå slutet av sin livscykel varje år världen över.

Hos Plasma Power avser vi att använda de mest ekonomiska och avancerade teknikerna för konstruktion och tillverkning av anläggningen, för att samtidigt tillgodose både ekonomiska och miljömässiga aspekter. Termisk återvinning framträder också som en möjlig lösning för att behandla enorma mängder av sådant material. De tre huvudsakliga teknikerna för termisk återvinning är pyrolys, förgasning och förbränning.

• 01Pyrolys: termisk nedbrytning i frånvaro av syre.
• 02Förbränning: termisk nedbrytning i närvaro av syre.
• 03Förgasning: termisk nedbrytning i närvaro av ett förgasningsmedel (vattenångflöde, luft med mera).

Förgasning är en termisk process (T > 750 °C) som med en kontrollerad mängd syre eller ånga gör det möjligt att omvandla kolhaltiga material, som organiskt avfall eller biomassa, till kolmonoxid och vätgas. Den gasblandning som bildas, även kallad syntesgas eller syngas, är en lämplig källa för att driva gasturbiner eller bränsleceller.

En av de viktiga återvinningsteknikerna är pyrolys. I decennier har omfattande kunskap byggts upp om pyrolys som ett sätt att omvandla organiska avfallsmaterial (oljeslam: rester i botten av en bränsletank, bränslerester som samlats på bränslefiltret, rester från rening av smörjolja, oljehaltigt avfall, organiska material i kommunalt avfall: olja, tvål, däck, plast, textil, för att bara nämna några) till användbara produkter. Pyrolys av däck innebär termisk nedbrytning av däckets gummi vid en temperatur på 300–900 °C i inert atmosfär. Pyrolys av uttjänta däck har fått allt större uppmärksamhet, eftersom processbetingelserna kan optimeras för att ge energirik olja, gas och pyrolyskoks som restprodukt, utöver däckets stålstomme. Stålet återvinns till järn- och stålindustrin. De övriga tre produkterna används som energi (bränsle) och/eller kemiska råvaror.

I pyrolysprocessen bryts däckens organiska flyktiga substans ned till produkter med låg molekylvikt, vätskor eller gaser. De oorganiska beståndsdelarna och den icke flyktiga kimröken blir kvar som en fast restprodukt som är relativt oförändrad och därför kan återvinnas i värdefulla tillämpningar.

Pyrolysprocessen är särskilt lämplig för komplext avfall som innehåller många olika plaster blandade med andra material (jord, textil, glas med mera), som i fallet med fragmenteringsavfall (ASR), vilket inte kräver någon förrening och där den fasta produkten kan användas vid metalltillverkning och aktivering av kimrök.

Plasmaförgasningsanläggning – uttjänta däck och gummi: bortskaffande och behandling av avfall, krackning, pyrolys, energi och vätgasproduktion, EEA och EPA

Plasma betraktas av många som materiens fjärde aggregationstillstånd, efter de mer välkända tillstånden fast form, vätska och gas. Om tillräckligt med energi tillförs en gas övergår gasen i plasma. Med andra ord är plasma en joniserad gas som uppstår till exempel genom en elektrisk urladdning. Termisk plasmapyrolys kan beskrivas som processen där ett kolhaltigt fast material får reagera med begränsade mängder syre vid höga temperaturer (10 000 °C > T > 5000 °C). Detta för att framställa brännbar gas med ett värmevärde i intervallet 4–9 MJ/Nm³ och kolhaltiga fasta produkter, men ingen flytande produkt. I den mycket reaktiva plasmazonen finns en stor andel elektroner, joner och exciterade molekyler tillsammans med högenergetisk strålning. När kolhaltigt material förs in i plasmat värms det upp mycket snabbt av plasmat. Den flyktiga substansen frigörs och krackas, vilket ger upphov till vätgas och lätta kolväten som metan och acetylen. Den höga temperaturen i kombination med plasmats höga uppvärmningshastighet bryter ned det organiska avfallet; följaktligen bildas en gas och en fast restprodukt vars egenskaper varierar beroende på insatsmaterialets karaktär och driftsbetingelserna. Mängden gasprodukt kan uppgå till 70–80 % av insatsmaterialet; som jämförelse är gasprodukten från konventionell pyrolys av uttjänta däck endast 10–20 % vid långsam pyrolys och 30–50 % vid snabb pyrolys. Gasproduktens värmevärde ligger i intervallet 4–9 MJ/Nm³; följaktligen.

Den kan alltså användas direkt som bränsle i olika energitillämpningar, till exempel direkteldning i pannor, gasturbiner eller gasmotorer. Värmevärdet hos den pyrolyskoks som erhålls från plasmapyrolys är vanligen jämförbart med brunkolets och koksens; därför kan den användas direkt som fast bränsle.

Termiska plasmareaktorer kräver betydande energitillförsel för att nå sina höga processtemperaturer. Det gör dem dyra i drift. Hos Plasma Power konstruerar och optimerar vi förfarandet så att energiinnehållet i pyrolysprodukterna tas till vara och återförs. Följaktligen är behandlingsprocessen med plasmapyrolys självförsörjande på energi på ett sätt som avsevärt sänker driftskostnaden. Plasmapyrolys har följande fördelar:

• 01Effektiv tillförsel av värmeenergi som samtidigt snabbt driver på både fysikaliska och kemiska förändringar i avfallsmaterialet.
• 02Höga och effektiva processtemperaturer uppnås enkelt i mycket kompakta reaktorer med hög kapacitet och snabb respons.
• 03Plasmapyrolysprodukternas egenskaper lämpar sig för energiproduktion.
• 04Förorenar inte och kan bryta ned ämnen som är skadliga för människors hälsa, samtidigt som produkterna är förutsägbara, ofarliga och godtagbara för folkhälsan och miljön.

Termisk påverkan på däck i pyrolysreaktorn (eller plasmapyrolys- eller ljusbågsplasmapyrolysreaktorn) ger kolvätegas, som därefter kondenseras till syntetiska flytande bränslen, samt mineralisk restprodukt i form av slagg. Slaggen används som insatsmaterial för plasmaförgasningsenheter, medan flytande syntetiska bränslen kan kommersialiseras i framställningen av bensin- och dieselfraktion. Stålkorden sorteras bort i beredningssteget eller matas ut genom systemet för utmatning av mineralisk restprodukt och används som råvara för försäljning.

Den metod som fullständigt och säkert avlägsnar farligt avfall (utgångna läkemedel, förbjudna bekämpningsmedel, plastdetaljer, patologiskt avfall, behållare med mera) är högtemperaturpyrolys (plasmapyrolys). De plasmakemiska reaktorerna från Plasma Power används som den huvudsakliga delen av varje förgasningsanläggning och konstrueras, optimeras och tillverkas utifrån materialinnehåll och tillämpning för varje kund, med olika uppbyggnad och konfiguration för:

• 01Sjukvårdsavfall
• 02Biologiskt avfall
• 03Förgasning av kommunalt avfall
• 04Nedbrytning av flytande färg- och lackavfall som organiska lösningsmedel, färger, lacker, lim, mastix och hartser
• 05Avfall från vattenkonditionering vid avloppsvattenrening och vattenanvändning samt flytande avfall från avloppsreningsverk
• 06Nedbrytning av komponenter till kemiska och biologiska vapen
• 07Vår plasmateknik baserad på ljusbågsurladdning är ett effektivt verktyg för många typer av tillämpningar, inklusive behandling av farligt avfall

Intresset för plasmateknik i processer för oskadliggörande av skadliga ämnen är enormt. Vi kan använda den för att genomföra kemiska reaktioner i plasmamediet (metanpyrolys, framställning av titanoxid, reduktion av rena ämnen ur deras oxider och klorider: uran, titan, germanium, tantal med mera), för plasmakemisk framställning av uranoxider för kärnkraftverk, hydropyrolys av kiseltetrafluorid SiF4 och framställning av vätefluorid HF och ultradispers kiseloxid SiO2 ur denna, framställning av titandioxid TiO2 ur titanklorid TiCl4 med mera.