V posledních letech se v souvislosti s energetickým využíváním odpadů mluví o tzv. alternativní zplyňovací technologii či procesech.
Plazmová technologie - jeden z nástrojů odpadového hospodářství
Na českém trhu se objevují nabídky na zpracování komunálních odpadů a čistírenských kalů nasazením plazmové technologie, tedy rovněž zplyňovacího procesu.
Alternativní zplyňovací technologie v podstatě (zjednodušeně vyjádřeno) přeruší proces spalování (sušení, výstup těkavých látek, tvorba hořlavých - pyrolýzních plynů, vlastní hoření a dohořívání) v okamžiku vzniku hořlavých plynů.
Nabídky na využití plazmové technologie jsou z pochopitelných důvodů předkládány v optimistickém tónu, který mohl vést k tomu, že některé regiony v České republice zvažují integraci plazmové technologie do budovaného systému odpadového hospodářství. V každém případě se jedná o zcela zásadní a významné rozhodnutí, které na dlouhou dobu určí, zda bude regionální systém odpadového hospodářství bezproblémově a ekonomicky únosně fungovat.
Zplyňováním odpadů se v nedávné minulosti zabývalo několik firem mezinárodního formátu. Výsledky nebyly takové, aby se tyto alternativní technologie mohly uplatnit.
Lze uvést několik příkladů:
PAK - Pyrolyse Kraftanlage GmbH (provoz skončil koncem 80 let minulého století),
Deutsche Babcock Anlagen AG,
KWU - Siemens AG (provoz jediného zařízení SBV - Schwelbrennverfahren skončil koncem 90. let minulého století),
Thermoselect AG (praktický konec této technologie na konci roku 2002).
Výše uvedené technologie se kromě jiného potýkaly s nedostatečným prosazením odpadu a s nedostatečným ročním fondem provozní doby. Roční fond provozní doby se udává v hodinách za rok a je jedním ze základních (a absolutně neopominutelných) garančních požadavků. Vyjadřuje, kolik hodin za jeden kalendářní rok musí být zařízení skutečně v řádném provozu nebo skutečně provozuschopné. Správně dimenzovaná a udržovaná provozní jednotka může vykázat fond provozní doby i více než 8000 h/r.
Koncept zařízení plazmové technologie
Jedná se o energeticky náročný proces. Provozovaná zařízení vykazují relativně nízké prosazení odpadu (cca 0,1 - 1,0 t/h). Pevné, pastovité nebo tekuté odpady jsou speciálním zařízením dávkovány do prostoru vlastního plazmového reaktoru, kde nastává účinkem vysokovýkonného plazmového hořáku rychlá destrukce škodlivin obsažených v odpadu. Plazmový hořák pracuje na principu elektrického oblouku a je napájen stejnosměrným proudem.
Samotná plazma je ionizovaný vodivý plyn o teplotě 4000-5000 °C (jsou dosahovány i teploty 20 000 °C). Plazmových hořáků může být instalováno více - např. hlavní a podpůrný hořák. Instalovaný výkon hořáku se může pohybovat kolem 1500 kW. Tento údaj umožňuje představu o vysoké energetické náročnosti plazmové technologie na zpracování relativně nízkého množství odpadů.
Anorganické podíly odpadu vytvářejí strusku v tekutém stavu (teplota může dosáhnout hodnot vysoko přes 1500 °C), která je vhodným způsobem odpouštěna a po ochladnutí tvoří inertní zbytkový materiál se skelnou strukturou (vitrifikace), vhodný k dalšímu použití či ke konečnému uložení na skládku.
Organické podíly odpadu jsou pyrolyticky (termickým rozkladem organických uhlíkatých látek za nepřístupu kyslíku) rozloženy na jednotlivé elementy. Tento procesní krok nastává v redukčním prostředí a vzniklý pyrolytický či také syntézní plyn může být pomocí kyslíku či směsi vzduchu a kyslíku v oxidační části plazmového reaktoru oxidován.
Takto upravený plyn o teplotě přes 1000 °C je v následně zařazeném kotli využit k výrobě páry, která v kogeneračním procesu produkuje energii, která je použita pro provoz zařízení. Vystupující plyn je průchodem kotlem ochlazen na teplotu kolem 200 °C a posléze podroben několikastupňovému komplexnímu čištění, např. absorpčnímu omezování emisí tuhého úletu, anorganických kyselin, těžkých kovů a aerosolů. Dále může být zařazen proces katalytické redukce oxidů dusíku na molekulární dusík a vodu s následným procesem katalyticko - oxidační destrukce látek typu PCDD/F. Provozní teplota katalytického stupně (kolem 300 °C) je dosažena patřičně dimenzovaným zařízením k přesunu tepla. Výstupní emisní hodnoty dosahují zlomků zákonných emisních limitů.
Výstupní teplota kotle může být volena vyšší - kolem 450° C. Z této teploty je plyn před vstupem do vlastního absorpčního procesu vstřikováním vody prudce ochlazen na teplotu sytosti. Toto opatření má zabránit zpětné tvorbě látek PCDD/F (novosyntéza). Nicméně toto opatření nemusí být energeticky a provozně výhodné.
Proces může být veden tak, jak je výše popsáno - generovaný syntézní plyn je podroben oxidaci nebo tak, že je z reaktoru odebírán syntézní plyn určený k externímu použití (částečná řízená oxidace).
Prací médium z procesu čištění vystupujících plynů je rovněž podrobeno komplexní úpravě (neutralizace, vločkování, srážení, sedimentace, filtrace), jejímž cílem je výstup vyčištěného média do lokálního vodoteče či do kanalizace a koncentrace odloučených škodlivin (hlavně těžkých kovů) do tzv. filtračního koláče, který může být předán plazmovému procesu nebo postoupen dalšímu látkovému využití.
Plazmová technologie je technologií známou a v odpadovém hospodářství se používá pro odstraňování brizantních látek či vysoce problémových odpadů, jako jsou radioaktivní odpady z jaderných elektráren, chemické bojové látky a explozivní materiály, případně pro tavení speciálních slitin (Ti, Ni, Cr atd.), např. pro astronautiku. Plazmová technologie se vyznačuje vysokou efektivitou destrukce škodlivin a nabízí tak doplněk nástrojů odpadového hospodářství při odstraňování zmíněných vysoce problémových odpadů, které by nemohly být ostatními termickými procesy srovnatelně zpracovány.
Zpracování komunálních odpadů
V informačních materiálech plazmové technologie, které jsou k dispozici, se nenachází žádný konkrétní referenční údaj zařízení na zpracování komunálního odpadu relevantní kapacity (kolem 10-15 t/h).
Využití plazmové technologie pro energeticky vydatné materiály není smysluplné - tyto materiály lze zpracovávat díky svému energetickému obsahu. Klasické technologické řetězce k termické oxidaci (spalování) komunálních odpadů jsou - na rozdíl od alternativních technologií - v praxi mnohonásobně ověřeny a dosahují takového standardu, že při dostatečně vysokém ročním fondu provozní doby umožňují emisní hodnoty hluboko pod zákonnými limity a výstup kultivovaných zbytkových látek (s možností látkového využívání).
Využití u čistírenských kalů
Pro nasazení plazmové technologie ke zpracovávání čistírenských kalů platí podobný závěr jako pro termické zpracování komunálních odpadů. Není známo žádné referenční zplyňovací zařízení, které by odpovídalo požadavkům kladeným na řešení kalového hospodářství pro čističky odpadních vod. Požadavek provozní spolehlivosti je u čistíren odpadních vod požadavkem naprosto prioritním.
Pro zpracovávání čistírenských kalů je v ČR většinou používán proces anaerobní stabilizace (vyhnívání). Při tomto procesu se transformuje cca 50-60 % organického podílu kalu na tzv. bioplyn (na bázi methanu), který je energeticky využíván v soustrojí plynový motor - generátor k výrobě elektrické energie. Odpadní teplo bývá používáno jako procesní teplo pro anaerobní stabilizaci. Anorganický podíl kalu, spolu s jeho zbytkovým organickým obsahem, je posléze dále zpracováván (uložení do skládky, použití v zemědělství, spalování). V poslední době se, rovněž z důvodů vzrůstající kontaminace kalů od procesu anaerobní stabilizace upouští a prosazuje se přímé energetické využívání - termická oxidace - surového čistírenského kalu (např. Basilej, Frankfurt, Paříž, Vídeň, a další).
Každá čistička odpadních vod musí výhledově disponovat zařízením, které je schopné naprosto spolehlivě zpracovat několik desítek až stovek tun mokrého odvodněného surového kalu (s obsahem kolem 70 % vody) denně. Zařízení je nutné dimenzovat a počet provozních linek stanovit tak, aby mohlo být nepřetržitě celý rok - 8760 h - v provozu či k dispozici.
Na závěr lze tedy shrnout:
Plazmová technologie se dá s výhodou aplikovat při zpracování vysoce problémových odpadů s relativně malým prosazením a může být užitečným doplňkem nástrojů odpadového hospodářství při zpracování těchto odpadů.
Pro zpracování komunálního odpadu a čistírenských kalů není plazmová technologie technologií dostatečně ověřenou a neodpovídá stavu současné techniky. Pro tyto druhy odpadů disponuje odpadové hospodářství vhodnými a dostatečně ověřenými technologiemi.
AUTOR: prof. Ing. Jaroslav Hyžík
EIC AG - Ecological and Industrial Consulting
Alternativní zplyňovací technologie v podstatě (zjednodušeně vyjádřeno) přeruší proces spalování (sušení, výstup těkavých látek, tvorba hořlavých - pyrolýzních plynů, vlastní hoření a dohořívání) v okamžiku vzniku hořlavých plynů.
Nabídky na využití plazmové technologie jsou z pochopitelných důvodů předkládány v optimistickém tónu, který mohl vést k tomu, že některé regiony v České republice zvažují integraci plazmové technologie do budovaného systému odpadového hospodářství. V každém případě se jedná o zcela zásadní a významné rozhodnutí, které na dlouhou dobu určí, zda bude regionální systém odpadového hospodářství bezproblémově a ekonomicky únosně fungovat.
Zplyňováním odpadů se v nedávné minulosti zabývalo několik firem mezinárodního formátu. Výsledky nebyly takové, aby se tyto alternativní technologie mohly uplatnit.
Lze uvést několik příkladů:
PAK - Pyrolyse Kraftanlage GmbH (provoz skončil koncem 80 let minulého století),
Deutsche Babcock Anlagen AG,
KWU - Siemens AG (provoz jediného zařízení SBV - Schwelbrennverfahren skončil koncem 90. let minulého století),
Thermoselect AG (praktický konec této technologie na konci roku 2002).
Výše uvedené technologie se kromě jiného potýkaly s nedostatečným prosazením odpadu a s nedostatečným ročním fondem provozní doby. Roční fond provozní doby se udává v hodinách za rok a je jedním ze základních (a absolutně neopominutelných) garančních požadavků. Vyjadřuje, kolik hodin za jeden kalendářní rok musí být zařízení skutečně v řádném provozu nebo skutečně provozuschopné. Správně dimenzovaná a udržovaná provozní jednotka může vykázat fond provozní doby i více než 8000 h/r.
Koncept zařízení plazmové technologie
Jedná se o energeticky náročný proces. Provozovaná zařízení vykazují relativně nízké prosazení odpadu (cca 0,1 - 1,0 t/h). Pevné, pastovité nebo tekuté odpady jsou speciálním zařízením dávkovány do prostoru vlastního plazmového reaktoru, kde nastává účinkem vysokovýkonného plazmového hořáku rychlá destrukce škodlivin obsažených v odpadu. Plazmový hořák pracuje na principu elektrického oblouku a je napájen stejnosměrným proudem.
Samotná plazma je ionizovaný vodivý plyn o teplotě 4000-5000 °C (jsou dosahovány i teploty 20 000 °C). Plazmových hořáků může být instalováno více - např. hlavní a podpůrný hořák. Instalovaný výkon hořáku se může pohybovat kolem 1500 kW. Tento údaj umožňuje představu o vysoké energetické náročnosti plazmové technologie na zpracování relativně nízkého množství odpadů.
Anorganické podíly odpadu vytvářejí strusku v tekutém stavu (teplota může dosáhnout hodnot vysoko přes 1500 °C), která je vhodným způsobem odpouštěna a po ochladnutí tvoří inertní zbytkový materiál se skelnou strukturou (vitrifikace), vhodný k dalšímu použití či ke konečnému uložení na skládku.
Organické podíly odpadu jsou pyrolyticky (termickým rozkladem organických uhlíkatých látek za nepřístupu kyslíku) rozloženy na jednotlivé elementy. Tento procesní krok nastává v redukčním prostředí a vzniklý pyrolytický či také syntézní plyn může být pomocí kyslíku či směsi vzduchu a kyslíku v oxidační části plazmového reaktoru oxidován.
Takto upravený plyn o teplotě přes 1000 °C je v následně zařazeném kotli využit k výrobě páry, která v kogeneračním procesu produkuje energii, která je použita pro provoz zařízení. Vystupující plyn je průchodem kotlem ochlazen na teplotu kolem 200 °C a posléze podroben několikastupňovému komplexnímu čištění, např. absorpčnímu omezování emisí tuhého úletu, anorganických kyselin, těžkých kovů a aerosolů. Dále může být zařazen proces katalytické redukce oxidů dusíku na molekulární dusík a vodu s následným procesem katalyticko - oxidační destrukce látek typu PCDD/F. Provozní teplota katalytického stupně (kolem 300 °C) je dosažena patřičně dimenzovaným zařízením k přesunu tepla. Výstupní emisní hodnoty dosahují zlomků zákonných emisních limitů.
Výstupní teplota kotle může být volena vyšší - kolem 450° C. Z této teploty je plyn před vstupem do vlastního absorpčního procesu vstřikováním vody prudce ochlazen na teplotu sytosti. Toto opatření má zabránit zpětné tvorbě látek PCDD/F (novosyntéza). Nicméně toto opatření nemusí být energeticky a provozně výhodné.
Proces může být veden tak, jak je výše popsáno - generovaný syntézní plyn je podroben oxidaci nebo tak, že je z reaktoru odebírán syntézní plyn určený k externímu použití (částečná řízená oxidace).
Prací médium z procesu čištění vystupujících plynů je rovněž podrobeno komplexní úpravě (neutralizace, vločkování, srážení, sedimentace, filtrace), jejímž cílem je výstup vyčištěného média do lokálního vodoteče či do kanalizace a koncentrace odloučených škodlivin (hlavně těžkých kovů) do tzv. filtračního koláče, který může být předán plazmovému procesu nebo postoupen dalšímu látkovému využití.
Plazmová technologie je technologií známou a v odpadovém hospodářství se používá pro odstraňování brizantních látek či vysoce problémových odpadů, jako jsou radioaktivní odpady z jaderných elektráren, chemické bojové látky a explozivní materiály, případně pro tavení speciálních slitin (Ti, Ni, Cr atd.), např. pro astronautiku. Plazmová technologie se vyznačuje vysokou efektivitou destrukce škodlivin a nabízí tak doplněk nástrojů odpadového hospodářství při odstraňování zmíněných vysoce problémových odpadů, které by nemohly být ostatními termickými procesy srovnatelně zpracovány.
Zpracování komunálních odpadů
V informačních materiálech plazmové technologie, které jsou k dispozici, se nenachází žádný konkrétní referenční údaj zařízení na zpracování komunálního odpadu relevantní kapacity (kolem 10-15 t/h).
Využití plazmové technologie pro energeticky vydatné materiály není smysluplné - tyto materiály lze zpracovávat díky svému energetickému obsahu. Klasické technologické řetězce k termické oxidaci (spalování) komunálních odpadů jsou - na rozdíl od alternativních technologií - v praxi mnohonásobně ověřeny a dosahují takového standardu, že při dostatečně vysokém ročním fondu provozní doby umožňují emisní hodnoty hluboko pod zákonnými limity a výstup kultivovaných zbytkových látek (s možností látkového využívání).
Využití u čistírenských kalů
Pro nasazení plazmové technologie ke zpracovávání čistírenských kalů platí podobný závěr jako pro termické zpracování komunálních odpadů. Není známo žádné referenční zplyňovací zařízení, které by odpovídalo požadavkům kladeným na řešení kalového hospodářství pro čističky odpadních vod. Požadavek provozní spolehlivosti je u čistíren odpadních vod požadavkem naprosto prioritním.
Pro zpracovávání čistírenských kalů je v ČR většinou používán proces anaerobní stabilizace (vyhnívání). Při tomto procesu se transformuje cca 50-60 % organického podílu kalu na tzv. bioplyn (na bázi methanu), který je energeticky využíván v soustrojí plynový motor - generátor k výrobě elektrické energie. Odpadní teplo bývá používáno jako procesní teplo pro anaerobní stabilizaci. Anorganický podíl kalu, spolu s jeho zbytkovým organickým obsahem, je posléze dále zpracováván (uložení do skládky, použití v zemědělství, spalování). V poslední době se, rovněž z důvodů vzrůstající kontaminace kalů od procesu anaerobní stabilizace upouští a prosazuje se přímé energetické využívání - termická oxidace - surového čistírenského kalu (např. Basilej, Frankfurt, Paříž, Vídeň, a další).
Každá čistička odpadních vod musí výhledově disponovat zařízením, které je schopné naprosto spolehlivě zpracovat několik desítek až stovek tun mokrého odvodněného surového kalu (s obsahem kolem 70 % vody) denně. Zařízení je nutné dimenzovat a počet provozních linek stanovit tak, aby mohlo být nepřetržitě celý rok - 8760 h - v provozu či k dispozici.
Na závěr lze tedy shrnout:
Plazmová technologie se dá s výhodou aplikovat při zpracování vysoce problémových odpadů s relativně malým prosazením a může být užitečným doplňkem nástrojů odpadového hospodářství při zpracování těchto odpadů.
Pro zpracování komunálního odpadu a čistírenských kalů není plazmová technologie technologií dostatečně ověřenou a neodpovídá stavu současné techniky. Pro tyto druhy odpadů disponuje odpadové hospodářství vhodnými a dostatečně ověřenými technologiemi.
AUTOR: prof. Ing. Jaroslav Hyžík
EIC AG - Ecological and Industrial Consulting
Zdroj:Odpady
Sdílet článek na sociálních sítích
