现代社会面临的主要挑战之一,是人类活动产生固体废物的速率不断上升,这已构成重大的环境问题。废旧轮胎——包括轿车和卡车的汽车轮胎、自行车轮胎、摩托车轮胎、农用轮胎,以及其他以聚异戊二烯为基础的制品——的处置在这些问题中占很大比重:据估计,全世界每年有 13 亿条轮胎达到使用寿命终点。
在 Plasma Power,我们力求采用最经济、最先进的技术来设计和制造装置,以便同时兼顾经济性和环保性。热法资源化利用也正在成为再加工大量此类材料的一种可行方案。热法资源化利用的三大主要技术是热解、气化和燃烧。
- 01热解:在无氧条件下的热降解。
- 02燃烧:在有氧条件下的热降解。
- 03气化:在有气化剂(水蒸气流、空气……等)存在条件下的热降解。
气化
气化是一种热工艺过程(T > 750 °C),在氧气或水蒸气量受控的条件下,把有机废物或生物质等含碳材料转化为一氧化碳和氢气。所得到的混合气体又称合成气(syngas),是驱动燃气轮机或燃料电池的适宜气源。
热解
热解是重要的回收技术之一。几十年来,人们围绕热解这一把废有机材料(含油污泥:油罐底部的残余物、燃油滤清器上积聚的燃油残渣、润滑油净化产生的残余物、含油废物,以及生活垃圾中的有机材料:油脂、肥皂、轮胎、塑料、纺织品等)转化为有用产品的途径,积累了大量知识。轮胎热解是在惰性气氛中、于一定温度(300 °C~900 °C)下使轮胎橡胶发生热降解。废轮胎热解日益受到关注,因为通过优化工艺条件,除回收轮胎钢丝骨架外,还可产出高热值的油、气和残余半焦。钢材被回收返回钢铁工业。其余三种产物则用作能源(燃料)和/或化工原料。
在热解过程中,轮胎中的有机挥发分被分解为低分子量产物,即液体或气体。无机组分和不挥发的炭黑则以固体残余物的形式保留下来,其性质相对未发生变化,因而可以回收用于有价值的用途。
热解工艺特别适合处理成分复杂的废物,即含有多种不同塑料并混杂其他材料(泥土、纺织品、玻璃……等)的废物,汽车破碎残渣(ASR)就是一例;这类废物无需预先清洗,其固体产物可用于金属冶炼和炭黑活化。
热等离子体热解技术
继人们更为熟悉的固态、液态和气态之后,等离子体被许多人视为物质的第四态。向气体注入足够的能量,就会把气体变成等离子体。换句话说,等离子体是电离的气体,例如由电放电产生。热等离子体热解可以描述为:在高温(10000 °C > T > 5000 °C)下使含碳固体与有限量的氧气发生反应的过程。目的是制取热值为 4~9 MJ/Nm³ 的可燃气和含碳固体产物,而不产生液体产物。在高反应活性的等离子体区内,存在大量电子、离子和受激分子,并伴有高能辐射。当含碳材料被喷入等离子体时,会被等离子体极其迅速地加热。挥发性物质随之析出并发生裂解,生成氢气以及甲烷、乙炔等轻质烃。高温与等离子体的高升温速率共同作用,使有机废物被彻底分解;由此形成气体和固体残余物,其性质随进料特性和运行条件而变化。气体产物量可达进料量的 70%~80%;作为对比,废轮胎常规热解产生的气态产物,慢速热解仅为 10%~20%,快速热解为 30%~50%。相应地,气体产物的热值为 4~9 Mj/Nm³。
因此,它可以直接用作燃料,应用于各种能源场合,例如在锅炉、燃气轮机或燃气发动机中直接燃烧。等离子体热解所得半焦的热值通常与褐煤和焦炭相当,因而可以直接用作固体燃料。
热等离子体反应器要达到很高的处理温度,需要投入大量能量。这使其运行成本高昂。在 Plasma Power,我们对工艺流程进行设计和优化,使热解产物所含的能量得到利用和循环回用。因此,等离子体热解处理过程在能量上可以自给,运行成本大幅降低。等离子体热解具有以下优势:
- 01高效输送热能,同时快速促进废物材料中的物理变化和化学变化。
- 02在结构非常紧凑、处理量大、响应迅速的反应器中,可轻松达到高而有效的处理温度。
- 03等离子体热解产物的性质适合用于能源生产。
- 04不产生污染,能够分解对人体健康有害的物质,同时产物可预测、无害,为公众健康和环境所接受。
在热解(或等离子体热解、电弧等离子体热解)反应器中对轮胎施加热作用,会产生烃类气体,随后将其冷凝为合成液体燃料,并得到以熔渣形式存在的矿物残渣。熔渣用作等离子体气化装置的原料,合成液体燃料则可用于生产汽油和柴油馏分,实现商业化利用。钢丝帘线在预处理阶段被分选出来,或经矿物残渣排出系统排出,作为原料对外销售。
依据客户在经济、性能和环境方面的需求,设计与制造等离子体装置
彻底而安全地消除危险废物(过期药品、禁用农药、塑料齿轮、病理性废物、容器等)的方法,是高温(等离子体)热解。Plasma Power 的等离子体化学反应器是各类气化装置的核心部件,我们根据每位客户的物料成分和应用场合,以不同的组装方式和配置进行设计、优化和制造,用于:
- 01医疗废物
- 02生物废物
- 03生活垃圾气化
- 04有机溶剂、油漆、清漆、胶粘剂、胶泥和树脂等涂料类液体废物的分解处理
- 05污水处理与水资源利用中水质调理产生的废物,以及污水处理设施的液体废物
- 06化学武器和生物武器组分的销毁
- 07我们的电弧放电等离子体技术是一件高效工具,可用于包括危险废物处理在内的多种应用场合
等离子体技术在核工业中的应用
等离子体技术在有害物质无害化处理方面的应用备受关注。我们可以用它在等离子体介质中进行化学反应(甲烷热解、氧化钛生产、从氧化物和氯化物中还原出铀、钛、锗、钽等纯物质),用于以等离子体化学法制取核电站用的铀氧化物,用于四氟化硅 SiF4 的加氢热解并由此制取氟化氢 HF 和超细氧化硅 Si02,以及由四氯化钛 TiCl4 制取二氧化钛 Ti02 等。
