توليد گاز پلاسما

[rdaenv]

[font=Tahoma]
4- توليد گازپلاسما[/font]
[font=Tahoma]توليد گاز پلاسما با انواع توليد گاز و پيروليز متفاوت مي باشد. در اينروش فلزات سنگين و خاکستر کربن که نياز به دفع اصولي دارد به عنوان يک آلايندهموجود نمي باشد. توليد گاز پلاسما فرايندي است که در واقع سال ها است که بکار بردهشده است و در تبديل مولکول هاي کمپلکس آلي و کربن درهر دو حالت مايع و جامدبکاربرده شده و گاز ساده توليد مي کند. بيشتر گازهاي توليد شده قابل اشتعال ميباشند و سرانجام بعنوان يک سوخت در فرايند ها يا کاربردهائي که گازهاي قابل اشتعالنياز مي باشد بکار برده مي شود.[/font]
[font=Tahoma]تبديل جامدات و مايعات به گاز معمولاً با گرم کردن مواد جامد يا مايع درحضور مقدار خيلي کم هوا يا بدون وجود هوا انجام مي شود. وقتي در فرايند هوا وجودنداشته باشد پيروليز (تجزيه حرارتي) يا تجزيه تقطيري ناميده مي شود. [/font]
[font=Tahoma]در انگلستان در اوائل دهه 1970 قبل از شناخته شدن گاز طبيعي، گازهاي موردمصرف در منازل و کارخانجات از زغال سنگ توليد مي شد. اگرچه تا سال 1995 و اختراعگاز پلاسما توليد گاز از زغال سنگ بطور واقعي يک تکنولوژي قديمي محسوب مي شد در حلمشکلات و کاستي ها سهم بسزائي داشت.[/font]
[font=Tahoma]گازها معمولاً فقط وقتي که تا دماي خيلي بالا گرم شوند ([/font][SUP][font=Tahoma]c[/font][/SUP][SUP][font=Tahoma]•[/font][/SUP][font=Tahoma]5000‌<) يونيزه مي شوند بنابراين پلاسما معمولاً مواد خيليداغ هستند. پلاسما با عبور يک جريان الکتريکي از ميان گاز تشکيل مي شود لازم بهياذ آوري است در شرايط نرمال گازها هادي الکتريسيته نمي باشند. اما وقتي يک ولتاژخيلي قوي بکاربرده شود اجزاء جداشدني (الکترون ها) شروع به جداشدن مي کنند با شروععبور جريان الکتريسيته از گاز، گاز شروع به گرم شدن مي کند و هدايت الکتريکي آغازمي شود سرانجام اين گاز به مقدار زيادي گرم مي شود و پلاسما تشکيل مي شود.[/font]

[font=Tahoma]خورشيد و نور پراکني آن نمونه هاي شناخته شده پلاسما هستند. در هر صورتاين ها مثال هائي از پلاسماهاي طبيعي و غيرقابل کنترل مي باشد. پلاسماي ساخته دستبشر سال ها است که در صنعت بکار برده مي شود همچنين براي کاربري هاي تبديلي مانندتجزيه شيميائي و برش فلزات (جوشکاري فلزات) استفاده مي شود.[/font]

[font=Tahoma]4-1- فرايند توليد گاز پلاسما[/font]
[font=Tahoma]در توليد گاز پلاسما مواد سوختي يا پسماند به داخل يک راکتوري که حاوي يکپلاسماي توليد شده الکتريکي در دماي 20000 درجه سانتيگراد مي باشد تغذيه مي شود.وقتي مواد سوختي يا پسماند در معرض پلاسماي ذکر شده قرار مي گيرد تا دماي بسياربالا (20000<) درجه سانتيگراد گرم مي شود که باعث مي شود ترکيبات آلي موجود درمواد سوختي يا پسماند به مولکول هاي خيلي ساده مانند هيدروژن، منوکسيد کربن، دياکسيد کربن، بخار آب و متان تجزيه شوند. به اين مولکول هاي ساده که همگي گاز هستنداجازه داده مي شود تا بطور مداوم از راکتور به بخش خنک کننده گاز و تجهيزات تصفيهجريان يابند. خاکستر و مواد معدني ديگر موجود در مواد سوختي يا پسماند ذوب مي شوندو با مايع سيليکاتي کمپلکس ممزوج شده وبه ته راکتور جريان مي يابد. فلزات موجود درمواد نيز ذوب شده و به ته راکتور مي روند در اينجا آن ها مي توانند با سيايکاتمخلوط شوند يا اگر مقدار آن ها زياد است در ته آن به شکل يک لايه جدا شناور ميشوند. به مواد مذاب اجازه داده مي شود که بطور مداوم از راکتور به آب خاموش کنندهجريان يابد در اينجا سيليکات ذوب شده مايع سرد شده و تبديل به يک ماده غير قابلنشت، غيرسمي، سنگ آتشفشاني (ابسيدين) مثل سيليکات جامد مي شود. بعضي از فلزات ذوبنمي شوند در عوض تصعيد شده وبا گازهاي تشکيل شده توسط مواد آلي از راکتور عبور ميکنند. وقتي آن ها به بخش سردکننده گازها وارد مي شوند سرد شده و به ذرات فلزي ريزتبديل مي شوند. ترکيبات هالوژنه و گوگردي موجود در مواد سوختي به هاليدهايهيدروژنه و سولفيد هيدروژن تبديل شده وبا گازهاي ديگر به بيرون از راکتور برايمراحل بعد عبور مي کنند. گاز حاصل از راکتور ارزش گرمائي پائين تا متوسط دارد ولذابراي سوخت يک نيروگاه گازي مناسب است. در هر صورت اين گاز بعد از ترک کردن راکتور،هنوز با ترکيبات نامناسب مانند کلرايد هيدروژن و ذرات فلزي که مي تواند باعث صدماتبه تاسيسات و دستگاهها و همچنين محيط زيست شود آلوده شده است. بنابراين اين گازبايد در فرايندهاي مختلف تصفيه، تصفيه شود. گاز تصفيه شده در کيفيت شبيه گاز طبيعياست که توسط يک کمپرسور در مخزن ذخيره و انبار مي شود وبراي مصرف آماده مي شود. عموميترين استفاده از اين گاز مصرف آن بعنوان سوخت است که در توليد برق استفاده مي شوداگرچه اين گاز مي تواند بعنوان مواد اوليه در فرايندهاي شيميائي مانند توليد الکلمتيليک (متانول) مورد استفاده قرار گيرد.[/font]
[font=Tahoma]وقتي اين گاز به عنوان يک ماده سوختي در توليد برق استفاده مي شود معمولاًبرق بيشتري توليد مشود تا بعنوان يک گازساز استفاده شود. [/font]

[font=Tahoma]4-2- بازيافت مواد[/font]
[font=Tahoma]يکي از محاسن کليدي توليد گاز پلاسما محصولات گازي مفيد است و اينکه موادته نشيني يا خاکستر توليد نمي کند. پسماندها به عنوان مواد سوختي و هم استفاده ازمواد سوختي غيرگازي هميشه خاکستر توليد مي کنند ودر بعضي موارد تا 30% مواد وروديرا تشکيل مي دهد. در حالي که خاکستر باقيمانده درته به عنوان يک توده براي مصالحساختماني استفاده مي شود و خاکستر هميشه در لندفيل دفع مي شود. دفع خاکستر ميتواند هزينه اصلي را براي بعضي از اپراتورها داشته باشد. ابسيديان (سنگ آذرين) مثلسيليکات توليد شده در توليد گاز نشت ندارد وسمي نيز نيست وقابل فروش مجدد مي باشد.آن مي تواند در جاده سازي به عنوان ماده پرکننده، توده سيمان، ماده ساينده، قالبسازي و حتي در ساختن کاشي استفاده مي شود. حتي اگر براي سيليکات در ابتدا بازاريپيدا نشود با توجه به خواصش آن ها را مي توان بطور سالم بدون نياز به تجهيزاتانبار کرد. [/font]
[font=Tahoma]در فرايند توليد گاز پلاسما فلزات به آساني بازيافت مي شوند زيرا آن هااصولاً در راکتور مبدل ذوب مي شوند و به ته راکتور فرو مي نشينند وقتي آن ها دربخش خاموش کردن جاري مي شوند مي توانند جمع آوري و بازيافت شوند تا بهعامل بازيافت فلزات فرستاده شوند. [/font]
[font=Tahoma]اگر يک پسماند يا مواد سوختي داراي گوگرد بيشتري باشد مي تواند ارزش اينرا داشته باشد که در مورد بازيافت گوگرد آن مطالعه شود. سولفيد هيدروژن در راکتورگاز پلاسما از تجزيه ترکيبات گوگردي موجود در پسماند يا مواد سوختي حاصل مي شوداين ماده نيز مي تواند از گاز استخراج شود. سولفيد هيدروژن تغليظ شده سپس مي تواندبه عنصر گوگرد که در فرايند [/font][font=Tahoma]claus[/font][font=Tahoma]بخوبي کاربرددارد تبديل شود.[/font]

[font=Tahoma]4-3- محاسن براي صنايع ديگر ( کاربري هاي چند منظوره)[/font]
[font=Tahoma]هر شرکتي که مشکل دفع پسماند دارد مي خواهد محيط زيست را آلوده نکند و ازنظر اقتصادي نيز صرفه داشته باشد مي تواند از روش توليد گاز پلاسما استفاده کند.نمونه هائي از آن ها بشرح زير است:[/font]
د[font=Tahoma]ر صنايع پتروشيمي پسماندهاي خطرناک زيادي توليد مي شود وهمچنينمحصولات فرعي نيز توليد مي کند که ارزش تجاري و اقتصادي ندارد (براي مثال [/font][font=Tahoma]bottoms(bitumex[/font][font=Tahoma]توليد گاز پلاسما نه فقط در مورد پسماندهاي صنايع پتروشيميبکاربرده مي شود بلکه براي تبديل مواد کم ارزش به مواد مفيد براي توليد محصولاتيبا ارزش بالاتر نيز کاربرد دارد. [/font]

[font=Tahoma]2- در صنايع داروسازي مقدار زيادي پسماند حلال خطرناک توليد مي شود بابکاربردن فرايند توليد گاز پلاسما براي دفع اين مواد نه فقط تجزيه کامل آنها تضمينمي شود بلکه گاز تبديل شده پلاسما مي تواند در توليد برق و توليد حرارت بکاربردهشود. [/font]


[font=Tahoma]3- در صنايع الکترونيک ، بسياري از سازنده ها مسئول دفع نهائي محصولات غيرمفيدشان مي باشند در جائي که بازيافت غيرممکن است سيستم توليد گاز پلاسما دفع سالمرا با حداکثر بازيافت مواد با ارزش مثل طلا، نقره ومس را فراهم مي آورد. [/font]

[font=Tahoma]4- در بهره برداري از معادن، پسماندهاي توليدي آلوده شده با فلزات سنگينيک مشکل زيستمحيطي تلقي مي شود. سيستم توليد گاز پلاسما مي تواند اين پسماند را بهمواد غير سمي تبديل کند. [/font]

[font=Tahoma]4-4- محاسن توليد گاز پلاسما[/font]
[font=Tahoma]وقتي که بخواهيم از سوخت هاي گازي براي توليد برق استفاده ننمائيم توليدگاز پلاسما محاسن زيادي دارد نمونه هائي از اين محاسن به شرح زير مي باشد: [/font]
[font=Tahoma]1- انتشار آلاينده ها به هوا در اين روش معادل مقدار آلاينده هاي توليدشده در اثر سوخت گاز طبيعي مي باشد. با توجه به اينکه کيفيت گاز ايجاد شده از طريقپلاسما مشابه گاز طبيعي است جزئيات آلاينده هاي انتشار يافته آن نيز مشابه گازطبيعي است. حتي اگر يک ماده سوختي خيلي کثيف مثل [/font][font=Tahoma]Orimulsion [/font][font=Tahoma]بداخلسيستم تزريق مي شود جزئيات مواد انتشار يافته هنوز مشابه مورد قبل است. کيفيت کاملمواد انتشار يافته به سيستم مشعل بکار برده شده بستگي دارد بنابراين سيستم بهترکيفيت انتشار بهتري را ارائه مي دهد. [/font]

[font=Tahoma]2- باتوجه به اينکه هر کربن موجود در مواد تغذيه شده در دستگاه توليد گازپلاسما به گاز پلاسما تبديل مي شود بنابراين هرکربن اين مواد مي تواند به عنوانمواد سوختي عمل کند. لذا مواد سوختي زيادي توليد مي شود و بهره برداري قابلانعطافي را براي استفاده کننده به دنبال دارد. زغال سنگ و سوخت سنگين نيز به نوبتمي توان دز آن استفاده نمود. هر نوع بيومس (توده بيولوژيکي) مي تواند در دستگاهگاز پلاسما به عنوان سوخت تغذيه شود. اين فرصتي را ايجاد مي کند تا بدون تغيير درسيستم هاي پيچيده به هدف انرژي تجديد پذير برسيم.[/font]

[font=Tahoma]3- گاز پلاسما مي تواند در توربين هاي گازي با راندمان بالاتر سوخته ومصرف شود اگرچه راندمان تبديل نمي تواند با راندمان واحدهاي سيکل ترکيبي رقابتنمايد زيرا نيروي برق بايد به عقب و قسمت گازساز تغذيه شود راندمان تبديل بطورطبيعي بيشتر از راندمان سيستم واحد بويلرباشد.[/font]

[font=Tahoma]4-5- توليد انرژي و دفع پسماند(دو هدف مطلوب)[/font]
[font=Tahoma] وقتي گاز پلاسما به عنوان مواد سوختي براي توليد برق بکار برده ميشود بطور طبيعي انتشار مواد آلاينده به هوا را به همراه دارد. مواد منتشره به هواهمان مواد ناشي از سوخت ها مانند اکسيدهاي نيتروژن و منوکسيد کربن است. درهر صورتبا توجه به اينکه گاز پلاسما قبل از مصرف تصفيه مي شود رها شدن آلاينده ها ماننددي اکسيد گوگرد، ذرات، فلزات، ترکيبات آلي قابل تبخير(فرار) و دي اکسين در مقايسهبا فرايندهاي اکسيداسيون گرمائي مستقيم نظير ضايعات سوزها خيلي پائين تر خواهدبود. غلظت بعضي از آلاينده ها در گاز خروجي مانند اکسيدهاي نيتروژن و منوکسيد کربنهميشه به نوع مواد سوختي مصرف شده بستگي دارد. اگر يک سيستم مشعل مناسب در موتوريکه با دستگاه توليد گاز پلاسما کار مي کند بکاربرده شود غلظت عمومي آلاينده ها درگاز خروجي آن بشرح زير مي باشد: براي مقايسه حداکثر غلظت مجاز استانداردهاي ضايعاتسوزهاي اروپائي (سخت ترين استانداردهاي انتشار) نشان داده شده است. [/font]

[RIGHT][TABLE] [TR] [TD]
[font=Tahoma]آلاينده ها[/font][/TD] [TD]
[font=Tahoma]غلظت[/font][/TD] [TD]
[font=Tahoma]استاندارد اروپائي ضايعات سوزها[/font][/TD] [/TR] [TR] [TD]
[font=Tahoma]اکسيدهاي نيتروژن[/font][/TD] [TD]
[font=Tahoma]mg/m[SUP]3[/SUP][/font]

[font=Tahoma]

50 >[/font][/TD] [TD]
[font=Tahoma]mg/m[SUP]3[/SUP][/font]

[font=Tahoma]

200[/font][/TD] [/TR] [TR] [TD]
[font=Tahoma]منوکسيد کربن[/font][/TD] [TD]
[font=Tahoma]mg/m[SUP]3[/SUP][/font]

[font=Tahoma]

12 >[/font][/TD] [TD]
[font=Tahoma]mg/m[SUP]3[/SUP][/font]

[font=Tahoma]

100[/font][/TD] [/TR] [TR] [TD]
[font=Tahoma]دي اکسيد گوگرد[/font][/TD] [TD]
[font=Tahoma]mg/m[SUP]3[/SUP][/font]

[font=Tahoma]

6 >[/font][/TD] [TD]
[font=Tahoma]mg/m[SUP]3[/SUP][/font]

[font=Tahoma]

50[/font][/TD] [/TR] [TR] [TD]
[font=Tahoma]ذرات[/font][/TD] [TD]
[font=Tahoma]mg/m[SUP]3[/SUP][/font]

[font=Tahoma]

5 >[/font][/TD] [TD]
[font=Tahoma]mg/m[SUP]3[/SUP][/font]

[font=Tahoma]

10[/font][/TD] [/TR] [TR] [TD]
[font=Tahoma]فلزات[/font][/TD] [TD]
[font=Tahoma]g/ m[SUP]3[/SUP]µ 25[/font]

[font=Tahoma]

>[/font][/TD] [TD]
[font=Tahoma]g/ m[SUP]3[/SUP]µ 1000[/font][/TD] [/TR] [TR] [TD]
[font=Tahoma]دي اکسين[/font][/TD] [TD]
[font=Tahoma]ng/m[SUP]3[/SUP][/font]

[font=Tahoma]

05/0 >[/font][/TD] [TD]
[font=Tahoma]ng/m[SUP]3[/SUP][/font]

[font=Tahoma]

1/0[/font][/TD] [/TR] [TR] [TD]
[font=Tahoma]کلرايد هيدروژن [/font][/TD] [TD]
[font=Tahoma]mg/m[SUP]3[/SUP][/font]

[font=Tahoma]

1 >[/font][/TD] [TD]
[font=Tahoma]mg/m[SUP]3[/SUP][/font]

[font=Tahoma]

10[/font][/TD] [/TR][/TABLE][/RIGHT]
[font=Tahoma]4-6- دفع پسماند از طريق گاز پلاسما[/font]


[font=Tahoma]توليد گاز پلاسما روشي فني است براي دفع پسماند با محاسن زياد به دلائلمتعدد که تعدادي از آن ها در زير آمده است:[/font]

[font=Tahoma]1- گاز پلاسما مي تواند در مورد پسماندهاي خطرناک و غير خطرناک عمل نمايد.طرح گاز پلاسما مي تواند پسماندهاي شهري، سمي و بيمارستاني يا مخلوطي از اين سه رابا اثرات يکسان دفع نمايد.[/font]

[font=Tahoma]2- گاز پلاسما يک فن ضايعات سوز نيست و معايب ضايعات سوزها را ندارد.[/font]

[font=Tahoma]3- گاز پلاسما خاکستر ويا محصولات فرعي ديگر مانند بيومس تجزيه شده کههنوز هم نياز به دفع در لندفيل (بعد از تصفيه اوليه) دارد توليد نمي کند بنابرايندر اين روش هزينه دفع محصول فرعي نياز نمي باشد.[/font]

[font=Tahoma]4- بازيافت مواد در اين روش بيشتر ازهر تکنيک گرمائي ديگر است در ضايعاتسوز مواد خام نيز مصرف مي شود در صورتي که در گاز پلاسما بعضي از مواد خام توليدمي شوند.[/font]

[font=Tahoma]5- دراين روش بازيافت انرژي با نصب تجهيزات اصولي بيشتر از روش هاي ديگرپسماند است. بنابراين درآمد حاصل از فروش برق در اين روش بيشتر است.[/font]

[font=Tahoma]6- ترکيب مواد منتشره به هوا(آلاينده ها) آب و زمين در اين روش کمتر ازساير فرايندها است. [/font]

[font=Tahoma]5- سيستم تصفيه گاز[/font] [font=Tahoma]وقتي که گازايجاد شده دستگاه توليد کننده گاز را ترک مي کند داراي آلودگيزيستمحيطي است وبراي تجهيزات نيز مضر است و بايد قبل از مصرف تصفيه شود.[/font]

[font=Tahoma]سيستم تصفيه گاز شامل هفت مرحله مي باشد:[/font]

[font=Tahoma]1- خاموش کردن ابتدائي که دماي گاز را از[/font][SUP][font=Tahoma]c[/font][/SUP][font=Tahoma]°1000تا [SUP] [/SUP] [/font][SUP][font=Tahoma]c[/font][/SUP][font=Tahoma]°650 کاهش ميدهد.[/font]
[font=Tahoma]2- سيکلون هاي جداساز با دماي بالا که ذرات را حذف مي کند.[/font]
[font=Tahoma]3- مرحله خاموش کردن (بابازيافت گرما درصورت لزوم) .[/font]
[font=Tahoma]4- فشنگي (کاتريج) جمع کننده گرد وغبار براي حذف ذرات. [/font]
[font=Tahoma]5- حذف يا کاهش کاتاليتيکي انتخابي اکسيدهاي نيتروژن [/font][font=Tahoma]NOx[/font]
[font=Tahoma]6- بسته اسکرابر ستوني براي حذف اسيدها و فلزات تصفيه شده. [/font]
[font=Tahoma]7- جلادهي نهائي با زغال فعال شده دانه اي ريز.[/font]
[font=Tahoma]به منظور فرايندکردن گاز وهمچنين توقف دادن تشکيل دي اکسين با سنتز [/font][font=Tahoma]de-novo[/font][font=Tahoma]عمل خاموش کردن و کاهش دماي گاز ضرورت دارد. سيکلون و مراحل فيلترکردن اصل ذرات را حذف مي کند که توسط گاز منتقل مي شود. ذرات جمع آوري شدهبطورمنقطع به سمت عقب و به داخل دستگاه مبدل براي واکنش بيشتر يا ترکيب با سيليکاتبرگردانده مي شود. در اثر دماي بالا در راکتور مبدل پلاسما ترکيبات نيتروژن واکنشانجاو داده و اکسيدهاي نيتروژن تشکيل مي دهند. اين ترکيبات که نوعي آلاينده محسوبمي شوند با احياء کاتاليتيکي انتخابي حذف مي شوند. در بسته اسکرابر ستوني گازهاياسيدي مانند کلرايد هيدروژن با حل شدن آن ها در آب يا يک محلول قليائي حذف ميشوند. همچنين همه ذرات باقي مانده در گاز در اسکرابر حذف مي شوند. [/font]
[font=Tahoma]نتيجه: اين روش پيچيدگي خاص خود را دارد و پرهزينه است لكن در كشورهائي كهدر ارتباط با پسماند بويژه پسماندهاي ويژه داراي مشكل هستند راه گشا است همچنين دركشورهائي كه زمين خشك كمتر دارند و آب هاي زير زميني آن ها بالا است بسيار قابلاستفاده است. [img]modules/Forums/images/smiles/54.gif[/img][/font]