ПЛАЗМОХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИПЛАЗМОХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ(В ПРОЦЕССЕ РАЗРАБОТКИ)(В ПРОЦЕССЕ РАЗРАБОТКИ)

Научно Технический Центр ПЛАЗЕРНаучно Технический Центр ПЛАЗЕР

г. Киевг. Киев

E-mail: plasma@svp.relc.comE-mail: plasma@svp.relc.com

Тел: +38 044 585Тел: +38 044 585 2626 0077

Факс: +38044 585 26 06Факс: +38044 585 26 06

Плазменная обработка низкореакционных углейПлазменная обработка низкореакционных углей

Радикальное улучшение эффективности использования твердого топлива может быть достигнуто только при использовании принципиально новых технологий. Плазменная технология представляется многообещающей среди альтернативных. Она обеспечивает существенную экономию за счет снижения доли топлива в стоимости энергии и улучшение экологических показателей ТЭЦ, работающих на твердом топливе.

Плазмотрон и его установка на прямоточную угольную горелку

Снижение образования NOx и мехнедожога

Плазменная обработка Плазменная обработка низкореакционных углейнизкореакционных углей

Основной принцип плазменно-энергетической технологии

Умножение мощности

Плазменно-струйный реактор

Плазменная струя (10kW )

Угольный факел (200 kW)

Плазменно-Плазменно-энергетическая энергетическая технология технология плазменно-паровой плазменно-паровой конверсии угляконверсии угля

Схема плазменно-струйного реактора

Кварцевая труба муфель

Комбинированная плазменноугольная горелка

Плазмотрон

Вторичный воздух

Воздушно-плазменная

струя

Муфель

Плазмотрон

Питатель-дозатор угольной пыли

Пульт управления

Источник электропитания

Водяной пар

Ноль отходов при интегрировании плазменно-Ноль отходов при интегрировании плазменно-дуговой технологии в угольные ТЭЦдуговой технологии в угольные ТЭЦ

При плазменном пиролизе твердые бытовые и другие При плазменном пиролизе твердые бытовые и другие органические отходы (ТБО) превращаются в энергию - органические отходы (ТБО) превращаются в энергию - синтез-газ и инертный остеклованный твердый остаток. синтез-газ и инертный остеклованный твердый остаток. Особенности процесса плазменного пиролиза: Особенности процесса плазменного пиролиза:

Металлическая или стеклянная ванна расплава Металлическая или стеклянная ванна расплава обеспечивает протекание процесса при стабильно обеспечивает протекание процесса при стабильно высокой температуре;высокой температуре;

Высокая температура приводит к разрушению сложных Высокая температура приводит к разрушению сложных материалов в простые компоненты;материалов в простые компоненты;

Высокие скорости реакций предотвращают Высокие скорости реакций предотвращают образование сложных формирований (диоксины и образование сложных формирований (диоксины и фураны);фураны);

Водяной пар смещает реакцию в сторону удаления Водяной пар смещает реакцию в сторону удаления углеродауглерода

C + H2O → Н2 + СО C + H2O → Н2 + СО Газообразные продукты – топливная газовая смесь Газообразные продукты – топливная газовая смесь

(синтез-газ),(синтез-газ),

ПЛАЗМЕННЫЙ ПИРОЛИЗ ТБО

Тепловая энергия синтез-газа Подводимая электроэнергия

4,30

Плазменный газификатор

Пар

ТБО1т - 2,37 Мккал33% влаги

Электроэнергия0,56 Мвтч - 0,48 Мккал

Потери0,45 Мккал

Синтез-газ 857 нм3тепловой эквивалент2,06 Мккал - 2,4 Мвтч

Тепловая энергия газа0,34 Мккал

Концепция интегрирования плазменной переработки Концепция интегрирования плазменной переработки ТБО с угольными ТЭЦ заключается в следующем:ТБО с угольными ТЭЦ заключается в следующем:

Располагают плазменный модуль производительностью Располагают плазменный модуль производительностью 1000 т/сутки в комплексе с существующими 1000 т/сутки в комплексе с существующими работающими на угле электростанциями.работающими на угле электростанциями.

Количество угля, поставляемого на ТЭЦ будет Количество угля, поставляемого на ТЭЦ будет уменьшено, пропорционально к тепловой мощности уменьшено, пропорционально к тепловой мощности ТБО.ТБО.

Синтез-газ от плазменной системы подается Синтез-газ от плазменной системы подается непосредственно в пылеугольную топку, чтобы непосредственно в пылеугольную топку, чтобы добавить тепловую мощность и обеспечить подсветку добавить тепловую мощность и обеспечить подсветку пылеугольного факела.пылеугольного факела.

ТБО заменяют большие объемы угля, устраняют ТБО заменяют большие объемы угля, устраняют потребность для подсветки в природном газа (мазуте) потребность для подсветки в природном газа (мазуте) повышают рентабельность и улучшают экологию.повышают рентабельность и улучшают экологию.

Снижаются капитальные затраты на строительство Снижаются капитальные затраты на строительство завода по переработке ТБО (Рис.3), поскольку завода по переработке ТБО (Рис.3), поскольку используются существующие инфрастуктуры: паровая используются существующие инфрастуктуры: паровая система, сеть транспортирования, газовая система и система, сеть транспортирования, газовая система и др. др.

Источник энергииТепловой эквивалент, 2,5 Источник энергииТепловой эквивалент, 2,5 1ккалПлазменная переработка ТБО 1ккалПлазменная переработка ТБО (1)0,9Геотермальный (2)0,47Биогаз (2)0,12Солнце (1)0,9Геотермальный (2)0,47Биогаз (2)0,12Солнце (2)0,09Ветер (2)0,04(2)0,09Ветер (2)0,041 – предполагается 100000 т/день1 – предполагается 100000 т/день2 - экстраполируется из статистических данных 1999 г.2 - экстраполируется из статистических данных 1999 г.

0

100

200

300

0 1000 2000 3000

Capacity (tons/day)

Co

st (

$mill

ion

s)

Incineration Only

Incineration WTE

Plasma Stand Alone WTE

Plasma Integrated WTE

РезюмеРезюме Если к 2020 г. (когда по прогнозам цена на газ Если к 2020 г. (когда по прогнозам цена на газ

вдвое превысит цену угля) все ТБОвдвое превысит цену угля) все ТБО обрабатывать плазмой в работающих на угле обрабатывать плазмой в работающих на угле

электростанциях (100 000 т/день), ТБО могли бы:электростанциях (100 000 т/день), ТБО могли бы: снабжать приблизительно 5 % потребностей снабжать приблизительно 5 % потребностей

электричества;электричества; заменить приблизительно 14 миллионов т/год угля;заменить приблизительно 14 миллионов т/год угля; устранить приблизительно 1,5 миллионов т/год устранить приблизительно 1,5 миллионов т/год

угольной золы, направляемой в отвалы;угольной золы, направляемой в отвалы; обеспечить значительно более чистые выбросы в обеспечить значительно более чистые выбросы в

атмосферу;атмосферу; Успешному продвижению плазменно-дуговых Успешному продвижению плазменно-дуговых

технологий в крупнотоннажное производство технологий в крупнотоннажное производство способствуют примеры успешного промышленного способствуют примеры успешного промышленного использования в различных странах мира. Тормозом использования в различных странах мира. Тормозом является отсутствие нормативов и разрешений, а также является отсутствие нормативов и разрешений, а также общественное непринятие. общественное непринятие.

Средний прирост производства солнечной электроэнергии Средний прирост производства солнечной электроэнергии в мире с 1990 г по 2001 г составил 22% в год. В ближайшие в мире с 1990 г по 2001 г составил 22% в год. В ближайшие

годы ожидаются более высокие темпы роста годы ожидаются более высокие темпы роста c c соответствующим наращиванием производства соответствующим наращиванием производства

высокочистого солнечного кремния - с 65000 тонн в 2001 г высокочистого солнечного кремния - с 65000 тонн в 2001 г до 350000 тонн в 2010 г.до 350000 тонн в 2010 г.

0

500

1000

1500

2000

2500

1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015

МВт

Прогноз Прогноз индустрии высокочистого кремнияиндустрии высокочистого кремния

Возможности электронной промышленности

Ожидаемая потребность

Цена кремния определяется его чистотой и Цена кремния определяется его чистотой и сегодня эта зависимость выглядит следующим сегодня эта зависимость выглядит следующим

образомобразом

QtzMG-Si

EG-Si

SoG-Si

Wafer

1 %

0.1 %

1 ppm

1 ppb

1 ppt

~ 0.05 $/кг~ 1 - 1.5 $/кг

~ 25 - 30 $/кг

0.1 10 100 1000 [$/кг]

~ 50 - 60 $/кг

~ 200 - 230 $/кг

1.0

Производство солнечного кремнияПроизводство солнечного кремнияРавновесный выход кремния Равновесный выход кремния

(температура, давление)(температура, давление)

Производство солнечного кремнияПроизводство солнечного кремния

Согласно термодинамическим расчетам Согласно термодинамическим расчетам 100% разложение моносилана происходит 100% разложение моносилана происходит уже при 700 К. уже при 700 К.

Экспериментальные данные дают более Экспериментальные данные дают более высокое значение температуры Т « 1000 К, высокое значение температуры Т « 1000 К, но в любом случае распад SiH4 происходитно в любом случае распад SiH4 происходит

при температурах много меньших при температурах много меньших температуры плавления кремния температуры плавления кремния

Тпл.Si = 1690 К.Тпл.Si = 1690 К.

Установка электродугового разложения Установка электродугового разложения моносилана должна удовлетворять следующим моносилана должна удовлетворять следующим

требованиям:требованиям:

1. Обеспечивать высокую степень 1. Обеспечивать высокую степень перевода кремния в конденсированную перевода кремния в конденсированную фазу;фазу;

2. Обеспечивать необходимый 2. Обеспечивать необходимый гранулометрический состав гранулометрический состав получаемого продукта;получаемого продукта;

3. Исключать загрязнение получаемого 3. Исключать загрязнение получаемого кремния продуктами эрозии кремния продуктами эрозии электродов;электродов;

4. Иметь достаточно высокую 4. Иметь достаточно высокую производительность и малые производительность и малые энергозатраты.энергозатраты.

Зависимость энергозатрат от Зависимость энергозатрат от температурытемпературы

Производство солнечного кремнияПроизводство солнечного кремния

при оптимальных температурном при оптимальных температурном режиме и степени разбавления SiH4 режиме и степени разбавления SiH4 (1:2), а так же учитывая кпд (1:2), а так же учитывая кпд плазмотрона ( >0,5) уровеньплазмотрона ( >0,5) уровень

энергозатрат можно оценить как 15-25 энергозатрат можно оценить как 15-25 МДж (4-6 квт час) на кг Si.МДж (4-6 квт час) на кг Si.

Достигнутый к настоящему времени Достигнутый к настоящему времени уровень развития плазменной техники уровень развития плазменной техники позволят рассчитывать на создание позволят рассчитывать на создание установки мощностью 1-2 МВт иустановки мощностью 1-2 МВт и

производительностью до 300-400 кг/час производительностью до 300-400 кг/час Si.Si.

Плазмохимический реакторПлазмохимический реактордля пиролиза силанадля пиролиза силана

Водородный плазмотрон 200 кВтВодородный плазмотрон 200 кВтдля пиролиза силана для пиролиза силана

Опытная установка плазменного пиролза силана

Работа плазмотрона для пиролиза силана

Зарождение частиц кремния Зарождение частиц кремния из пара в плазмеиз пара в плазме

Производительность Производительность плазменного агрегата с плазменного агрегата с плазмотроном мощностью 200 плазмотроном мощностью 200 кВт составляет 50 кг/час кВт составляет 50 кг/час кремния. Это обеспечивает кремния. Это обеспечивает при трехсменной работе и 220 при трехсменной работе и 220 рабочих днях в году ~ 200 рабочих днях в году ~ 200 т/год кремния. т/год кремния.

Производство солнечного кремния

ПЛАЗМЕННО-ДУГОВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ НОВОГО ПЛАЗМЕННО-ДУГОВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ НОВОГО ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЧИСТОГО ГАЗООБРАЗНОГО ТОПЛИВА ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЧИСТОГО ГАЗООБРАЗНОГО ТОПЛИВА

â

Такой газ образуется в условиях очень интенсивных магнитных полей в электрической дуге, погруженной в перерабатываемое жидкое сырье

ПЛАЗМЕННО-ДУГОВАЯ УСТАНОВКА ПОЛУЧЕНИЯ НОВОГО ПЛАЗМЕННО-ДУГОВАЯ УСТАНОВКА ПОЛУЧЕНИЯ НОВОГО ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЧИСТОГО ГАЗООБРАЗНОГО ТОПЛИВА ДЛЯ АВТОТРАНСПОРТАЭКОЛОГИЧЕСКИ ЧИСТОГО ГАЗООБРАЗНОГО ТОПЛИВА ДЛЯ АВТОТРАНСПОРТА

РАЗРАБОТКА ЭЛЕКТРОДУГОВЫХ ГЕНЕРАТОРОВРАЗРАБОТКА ЭЛЕКТРОДУГОВЫХ ГЕНЕРАТОРОВПАРОВОДЯНОЙ ПЛАЗМЫПАРОВОДЯНОЙ ПЛАЗМЫ

Паровой плазмотрон 40 КВт

Лабораторная пароплазменная Установка мощностью 40 КВт

РАЗРАБОТКА РАЗРАБОТКА ЭЛЕКТРОДУГОВЫХ ЭЛЕКТРОДУГОВЫХ

ГЕНЕРАТОРОВГЕНЕРАТОРОВПАРОВОДЯНОЙ ПЛАЗМЫ С ПАРОВОДЯНОЙ ПЛАЗМЫ С

РЕКУПЕРАТИВНЫМ РЕКУПЕРАТИВНЫМ ПОДОГЕВОМ ПАРАПОДОГЕВОМ ПАРА