STAN ROZWOJU TERMICZNYCH SYSTEMÓW PLAZMOWYCH Pierwsze zastosowanie plazmy do destrukcji toksycznych substancji chemicznych opracowano we wczesnych latach 80-tych XX wieku w Kingston Royal Military College w Kanadzie w zastosowaniu do niszczenia broni chemicznej. W roku 1985 firma Westinghouse PSI rozpoczęła pierwsze cywilne próby zastosowania plazmy do utylizacji olejów transformatorowych zawierających PCB, a następnie zbudowała mobilny system „Pyroplasma”, który zapewniał skuteczność destrukcji PCB co najmniej 99,999999%.

WESTINGHOUSE

W systemie tym zastosowano plazmotron z łukiem zewnętrznym W systemie tym zastosowano plazmotron z łukiem zewnętrznym. Do podstawowych modułów tego systemu zaliczyć można: układ zasilania (Power Unit) - generator energii służącej do zasilania plazmotronu (Plasma Torch) - wytwarzającego strumień plazmy w komorze reakcyjnej (Reaction Chamber) oraz do zasilania innych układów, układy kontroli i analiz (Analysis & Control Laboratory, Computer Control). W skład tego zestawu wchodzi także zestaw pomp (Solvent Pump & Waste Feed Pumps), a na miejscu obsługa posiada zapasy wody, gazów oraz chemikaliów (Solvent Storage Tank, Water Tank, Srubber Water Tank, Gas Bottle Storage) niezbędnych do przeprowadzenia procesu utylizacji oraz filtrowania (Srubber).

Firma Westinghouse posiada obecnie również rozwiązania technologii plazmowej dla utylizacji odpadów komunalnych oraz osadów ściekowych, które pracują w Japonii (miasta Yoshii, Mihama i Mikata).

Plasma Arc Centrifugal Treatment Drugi co do historycznej ważności system plazmowy - Plasma Arc Centrifugal Treatment (PACT) opracowany został w firmie Retech - aktualnie Lockheed Environmental Systems and Technology (USA). System ten składa się z plazmotronu z łukiem zewnętrznym wytworzonym wewnątrz obracającego się, dookoła własnej osi, tygla i służy do utylizacji odpadów stałych. Opatentowana geometria wirującej kadzi daje możliwość ciągłego przetwarzania odpadów i odprowadzania żużla, a również mieszanie, które wspomaga tworzenie jednorodnych, stabilnych form produktu końcowego.

Plasma Arc Centrifugal Treatment

Plasma Arc Centrifugal Treatment · możliwość spustu kąpieli z komory reaktora przez spowolnienie wirowania kadzi i przetopienie otworu spustowego specjalnym plazmotronem 300kW, · opatentowany plazmotron podwójnego trybu, działający automatycznie w trybach zewnętrznego i wewnętrznego łuku, zapewniający stabilne i efektywne działanie niezależnie od dostarczanego materiału, · beczki z zanieczyszczeniami dostarczane są do utylizacji bez otwierania, co eliminuje możliwość bezpośredniego wpływu niebezpiecznych materiałów na personel, · rozdzielanie materiałów łatwopalnych i niepalnych jest niepotrzebne, · wymagania dla odpadów radioaktywnych są zredukowane pod kątem selekcjonowania, zarządzania i wsparcia logistycznego, · gorące odlewy żużlowe są izolowane i chłodzone

Plasma Arc Centrifugal Treatment Plazmotron przełącza się z jednego trybu w drugi automatycznie w ciągu milisekund, a zaprojektowany jest do wytworzenia łuku elektrycznego o długości przekraczającej jeden metr. Przetopiony produkt końcowy (żużel) jest magazynowany w formach, bezpośrednio pod otworem spustowym. Formy mogą mieć rozmiar od 40 do 600 litrów, w zależności od potrzeb użytkownika co do rozmiaru i wagi. 200 litrowa forma zazwyczaj wypełnia się materią w ciągu kilku minut Kilka z urządzeń tego typu pracuje we Francji, Szwajcarii i w USA. Ich wadą jest krótka żywotność konstrukcji obracającego się tygla.

INSTALACJE PILOTOWE LUB DEMONSTRACYJNE · Instalacja firmy Pyro-Systems and Electro-Pyrolysis, Inc. (USA), służąca do destrukcji odpadów płynnych. Instalacja firmy Aerospatiale (Francja)

Instalacja firmy Aerospatiale Instalacja firmy Aerospatiale (Francja) służąca do przetwarzania odpadów, a przede wszystkim popiołu ze spalarni komunalnych, azbestu oraz odpadów szpitalnych, w której to zastosowano plazmotron z wewnętrznym łukiem elektrycznym (600kW). Do układu tego można dostarczyć maksymalnie 600 kg wsadu w ciągu jednej godziny.

Startech Environmental Instalacja firmy Startech Environmental Corporation USA pod nazwą Plasma-Electric Waste Converter (PWC). System ten został stworzony do unieszkodliwiania odpadów zarówno z grupy odpadów niebezpiecznych jak i komunalnych. Urządzenie pracuje od 1997 roku w Schallhammer (Australia). Temperatury otrzymywane w plazmie w tym układzie są z zakresu 3000-5000K, a w komorze reakcyjnej utrzymywane jest ciśnienie atmosferyczne. PWC można opisać jako plazmowy system pirolizy, w którym odpady przekształcane są w elementy metaliczne, żużel i gaz.

Vanguard Research, Inc Firma Vanguard Research, Inc. zaprojektowała system o nazwie Plasma Energy Pyrolysis System (PEPS) [43]. Układ ten ma zastosowanie do destrukcji odpadów wojskowych oraz przemysłowych. System, którego pilotowy egzemplarz zainstalowano w 1998 Lorton (USA), wyposażony jest w plazmotron o mocy 500kW. Może on przetworzyć około 10 ton odpadów dziennie.

Vanguard Research, Inc Odpady (Waste) wraz z topnikami (Fluxing Agents) oraz utleniaczem (Controlled Oxidant) poddawane są wstępnej obróbce w podajniku ślimakowym (Screw Feeder), aby następnie dostać się do komory reakcyjnej pieca plazmowego (Process Chamber), w którego to górnej części znajduje się plazmotron (Plasma Torch). Po stopieniu odpadów uzyskuje się żużel (Vitrified Slag) oraz gaz pirolityczny (Pyrolysis Gas) przechodzący następnie do płuczki (Gas Scrubber). Z płuczki wysokokaloryczny gaz (Clean Syn-gas) dostaje się do generatora wytwarzającego prąd elektryczny, a spaliny z generatora po dopaleniu (Thermal Oxidizer) jako czyste (Clean Stack Gas) wydobywają się do środowiska przez komin. W obiegu wody używanej do płuczki występują filtry (Filter Cake) oraz zasobniki z sodą kaustyczną (Caustic Soda) niezbędną do poprawnej jej pracy. W systemie tym występuje również układ do oczyszczania wody (Waste Water Treatment).

Integrated Environmental Technologies Firma Integrated Environmental Technologies stworzyła system PET (Plasma Enhanced Thermal-Melter), który łączy w sobie dwie metody przekazywania energii cieplnej. Jako główne urządzenie dostarczające energię użyto łuk elektryczny prądu stałego (DC – Plasma – Arc Electrodes), a dodatkowo wsad ogrzewany jest rezystancyjnie poprzez przepływający przez niego prąd przemienny z dodatkowych elektrod (AC – Volumetric Resistance (Joule) Electrodes).

Collaborate Research Center for Advanced Science and Technology (Osaka System składa się z hybrydowego układu plazmotronu (DC plasma torch) połączonego z wytwarzaniem plazmy RF (RF plasma system) [46]. Reakcje w tym układzie zachodzą przy podciśnieniu. W skład układu, oprócz hybrydowego plazmotronu, wchodzą jeszcze układ kontroli gazów, generator pary wodnej (Steam), komora reakcyjna (Chamber, Stage) oraz układ odprowadzania gazów poreakcyjnych (

CSIRO & SRL Plasma Ltd. PLASCON Urządzenie ma swoje zastosowanie w destrukcji odpadów płynnych i gazowych. W systemie tym płynne i gazowe odpady wraz z gazem obojętnym (argon) poddawane są w postaci rozpylonej do strumienia plazmy wytworzonej w plazmotronie 150kW . W plazmie w temperaturze 3273K następuje piroliza części organicznej wsadu. Produktami końcowymi procesu są gazy składające się z argonu, dwutlenku węgla i pary wodnej oraz roztworu wodnego nieorganicznych soli sodu (zawierających chlorek sodu, dwuwęglan sodu i fluorek sodu) . W układzie tym, o wydajności 1-3 tony na dobę, czas pozostawania odpadów w komorze reaktora jest krótki i wynosi zaledwie 20-50 ms. Jedna tona utylizowanych odpadów wymaga wydatku energii rzędu 1-3 MWh oraz od 250 do 400kWh na proces chłodzenia i filtrowania. System tego typu pracuje od 1997 roku w okolicach Melbourne.

Nuclear Environment Technology Institute - KOREA Do destrukcji odpadów pochodzących z reaktorów jądrowych zastosowano plazmotron o mocy 60kW. W skład systemu oprócz plazmotronu wchodzą: zasilacz, panel kontrolny oraz układ analizy gazów poreakcyjnych. Plazmotron wstępnie wytwarza plazmę pomiędzy wolframową katodą, a miedzianą anodą, aby następnie przejść do pracy w układzie z łukiem zewnętrznym (anodę zewnętrzną stanowi dno komory reakcyjnej). Plazmotron (Plasma Torch) umieszczono w komorze reakcyjnej sprzężonej z układem odlewniczym ogrzewanym indukcyjnie (420kHz). Gazem dostarczanym do plazmotronu była mieszanina argonu z CF4 lub też mieszanina argonu z F2.

Renardières Research Centre EDF Układ sklada się ona z elektrycznego pieca łukowego z 2 grafitowymi elektrodami (Graphite electrodes), podajnika odpadów (FEEDING) oraz układu oczyszczania gazów poreakcyjnych (FILTRATION, SCRUBBING). Wydajność tego systemu (300 do 500 kg/h) dopasowana jest do przetwarzania popiołów ze spalarni odpadów komunalnych o wydajności od 6 do 10 t/h (spalarnia odpowiadająca wydajności miastu o liczbie mieszkańców 150 000). W instalacji tej dostępne jest 900 kW mocy w łuku elektrycznym (450V/2000A). Z powodu minimum temperatury wymaganej dla poprawnego procesu zeszklenia (1723K), część metali zostaje odparowana, a następnie osadzona w filtrach (FILTRATION). Pozostałe kwaśne gazy w szczególności HCl i SO2, są uzdatniane w płuczkach (SCRUBBING).