La gasificación por plasma es un proceso térmico extremo que utiliza plasma que convierte la materia orgánica en gas de síntesis (gas de síntesis) que se compone principalmente de hidrógeno y monóxido de carbono . Se utiliza un soplete de plasma alimentado por un arco eléctrico para ionizar el gas y catalizar la materia orgánica en gas de síntesis , quedando escoria [1] [2] [3] como subproducto. Se utiliza comercialmente como una forma de tratamiento de residuos y ha sido probado para la gasificación de combustibles derivados de residuos , biomasa., Residuos industriales , residuos peligrosos , y sólidos hidrocarburos , tales como el carbón , arenas bituminosas , coque de petróleo y petróleo de esquisto . [2]
Tipo de proceso | Químico |
---|---|
Sector (es) industrial (es) | Gestión de residuos Energía |
Principales tecnologías o subprocesos | Arco de plasma Electrólisis de plasma |
Materia prima | Residuos municipales e industriales Biomasa Hidrocarburos sólidos |
Producto (s) | Escoria de gas de síntesis Chatarra de metal separada |
Proceso
Las antorchas de plasma pequeñas suelen utilizar un gas inerte como el argón cuando las antorchas más grandes requieren nitrógeno . Los electrodos varían desde cobre o tungsteno hasta hafnio o circonio , junto con varias otras aleaciones . Una fuerte corriente eléctrica de alto voltaje pasa entre los dos electrodos como un arco eléctrico . El gas inerte presurizado se ioniza pasando a través del plasma creado por el arco. La temperatura de la antorcha varía de 2.000 a 14.000 ° C (3.600 a 25.200 ° F). [4] La temperatura de la reacción del plasma determina la estructura del plasma y el gas de formación. [5]
Los desechos se calientan, funden y finalmente se vaporizan . Solo en estas condiciones extremas puede producirse la disociación molecular al romper los enlaces moleculares . Las moléculas complejas se separan en átomos individuales . Los componentes elementales resultantes están en fase gaseosa ( gas de síntesis ). La disociación molecular que utiliza plasma se denomina " pirólisis de plasma ". [6]
Materias primas
El material de alimentación para el tratamiento de residuos de plasma es más a menudo derivados de residuos de combustible , la biomasa de residuos, o ambos. Las materias primas también pueden incluir desechos biomédicos y materiales peligrosos . El contenido y la consistencia de los desechos impactan directamente en el desempeño de una instalación de plasma. La clasificación previa para extraer el material tratable para la gasificación proporciona consistencia. Demasiado material inorgánico, como metales y desechos de construcción, aumenta la producción de escoria, lo que a su vez disminuye la producción de gas de síntesis . Sin embargo, una ventaja es que la escoria en sí es químicamente inerte y segura de manipular (sin embargo, ciertos materiales pueden afectar el contenido del gas producido [7] ). Generalmente se requiere triturar los desechos en pequeñas partículas uniformes antes de ingresar a la cámara principal. Esto crea una transferencia eficiente de energía que permite una descomposición suficiente de los materiales. [7]
A veces se agrega vapor a los procesos de gasificación para aumentar la generación de hidrógeno ( reformado con vapor ).
Rendimientos
El gas de síntesis puro de alto poder calorífico se compone principalmente de monóxido de carbono (CO) e hidrógeno (H 2 ). [8] Los compuestos inorgánicos en la corriente de desechos no se descomponen sino que se funden, lo que incluye vidrio, cerámica y varios metales.
La alta temperatura y la falta de oxígeno previenen la formación de muchos compuestos tóxicos como furanos , dioxinas , óxidos de nitrógeno o dióxido de azufre en la propia llama. Sin embargo, las dioxinas se forman durante el enfriamiento del gas de síntesis.
Los metales resultantes de la pirólisis del plasma se pueden recuperar de la escoria y, finalmente, venderlos como un producto básico. La escoria inerte producida a partir de algunos procesos se granula y se puede utilizar en la construcción. Una parte del gas de síntesis producido alimenta las turbinas in situ, que alimentan las antorchas de plasma y, por lo tanto, sostienen el sistema de alimentación. [8]
Equipo
Algunos reactores de gasificación por plasma operan a presión negativa , [1] pero la mayoría intenta recuperar [9] recursos gaseosos y / o sólidos.
Ventajas
Las principales ventajas de las tecnologías de soplete de plasma para el tratamiento de residuos son:
- Evitar que los residuos peligrosos lleguen a los vertederos [10] [11]
- Algunos procesos están diseñados para recuperar cenizas volantes, cenizas de fondo y la mayoría de las demás partículas, con una desviación del 95% o más de los vertederos y sin emisiones nocivas de desechos tóxicos [12]
- Producción potencial de escoria vitrificada que podría utilizarse como material de construcción [13]
- Procesamiento de residuos de biomasa en gas de síntesis combustible para energía eléctrica y térmica [14]
- Producción de productos con valor añadido (metales) a partir de escoria [15]
- Medios seguros para destruir tanto desechos médicos [16] como muchos otros desechos peligrosos . [1] [17]
- La gasificación con combustión escasa y la extinción rápida del gas de síntesis a temperaturas elevadas pueden evitar la producción de dioxinas y furanos que son comunes en los incineradores.
- Las emisiones al aire pueden ser más limpias que los vertederos y similares a las de los incineradores.
Desventajas
Las principales desventajas de las tecnologías de soplete de plasma para el tratamiento de residuos son:
- Grandes costes de inversión inicial en relación con las alternativas, incluido el vertido [18] y la incineración .
- Los costos operativos son altos en relación con los de la incineración.
- Producción neta de energía escasa o incluso negativa.
- La materia prima húmeda da como resultado una menor producción de gas de síntesis y un mayor consumo de energía.
- Mantenimiento frecuente y disponibilidad limitada de la planta.
Comercialización
La gasificación de la antorcha de plasma se utiliza comercialmente para la eliminación de desechos [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] en un total de cinco sitios en todo el mundo con una capacidad de diseño combinada de 200 toneladas de residuos por día, la mitad de los cuales son residuos de biomasa.
La recuperación de energía de corrientes de residuos mediante gasificación por plasma se implementa actualmente en un total de una (posiblemente dos) instalación que representa una capacidad de tratamiento de 25-30 toneladas por día de residuos.
Uso militar
La Marina de los EE. UU. Está empleando el sistema de destrucción de desechos por arco de plasma (PAWDS) en su portaaviones clase Gerald R. Ford de última generación . El sistema compacto que se utiliza tratará todos los residuos sólidos combustibles generados a bordo del barco. Después de haber completado las pruebas de aceptación de fábrica en Montreal, el sistema está programado para ser enviado al astillero Huntington Ingalls para su instalación en el transportador. [30]
Ver también
- Gasificación
- Lista de artículos de aplicaciones de plasma (física)
- Plasma (física)
- Reforma por etapas
- Gestión de residuos
- Perdida de energia
- Clúster de la industria de procesos del noreste de Inglaterra NEPIC
Referencias
- ↑ a b c Moustakasa, K .; Fattab, D .; Malamisa, S .; Haralambousa, K .; et al. (31 de agosto de 2005). "Demostración del sistema de vitrificación / gasificación por plasma para un tratamiento eficaz de residuos peligrosos". Revista de materiales peligrosos . 123 (1-3): 120-126. doi : 10.1016 / j.jhazmat.2005.03.038 . PMID 15878635 .
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enlaces externos
- Consejo de Tecnologías de Gasificación
- Tetronics International
- PEAT International - Tecnología de recuperación y destrucción térmica por plasma (PTDR)
- Poder de plasma avanzado
- Departamento de Comercio e Industria: uso de la tecnología de plasma térmico para crear un producto valioso a partir de desechos peligrosos
- PyroGenesis Canada Inc.
- Responsible Energy Inc.
- Plasma Power, LLC