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| プロセスタイプ | 化学薬品 |
|---|---|
| 産業部門 | 廃棄物管理 エネルギー |
| 主な技術またはサブプロセス | プラズマアーク プラズマ電気分解 |
| 原料 | 都市廃棄物および産業廃棄物 バイオマス 固体炭化水素 |
| 製品） | 合成ガススラグ 分離 された金属スクラップ |
プラズマガス化は、プラズマを使用して有機物を主に水素と一酸化炭素からなる合成ガス（合成ガス）に変換する極端な熱処理プロセスです。電気アークで駆動するプラズマトーチを使用してガスをイオン化し、有機物を触媒して合成ガスに変換します。 副産物としてスラグ[1] [2] [3]が残ります。これは廃棄物処理の一形態として商業的に使用されており、廃棄物由来の燃料、バイオマス、産業廃棄物、有害廃棄物、および石炭、オイルサンド、石油コークス、オイルシェールなどの固体炭化水素のガス化についてテストされています。[2]
プロセス
小型プラズマトーチでは通常、アルゴンなどの不活性ガスが使用され、大型トーチでは窒素が必要になります。電極は銅やタングステンからハフニウムやジルコニウム、その他さまざまな合金までさまざまです。高電圧の強い電流が2つの電極間を電気アークとして流れます。加圧された不活性ガスは、アークによって生成されたプラズマを通過してイオン化されます。トーチの温度は2,000～14,000℃（3,600～25,200℉）です。[4]プラズマ反応の温度によって、プラズマと形成ガスの構造が決まります。[5]
廃棄物は加熱され、溶融され、最終的に気化されます。これらの極端な条件でのみ、分子結合が分解され、分子分解が起こります。複雑な分子は個々の原子に分離されます。結果として得られる元素成分は気相（合成ガス）にあります。プラズマを使用した分子分解は「プラズマ熱分解」と呼ばれます。[6]
原料
プラズマ廃棄物処理の原料は、ほとんどの場合、廃棄物由来燃料、バイオマス廃棄物、またはその両方です。原料には、生物医学的廃棄物や有害物質も含まれる場合があります。廃棄物の内容と一貫性は、プラズマ施設のパフォーマンスに直接影響します。ガス化のために処理可能な材料を抽出するための事前選別により、一貫性が確保されます。金属や建設廃棄物などの無機材料が多すぎるとスラグの生成が増加し、合成ガスの生成が減少します。ただし、スラグ自体は化学的に不活性で安全に取り扱えるという利点があります（ただし、特定の材料は生成されるガスの内容に影響を及ぼす可能性があります[7]）。通常、廃棄物をメインチャンバーに入れる前に、均一な小さな粒子に細断する必要があります。これにより、エネルギーが効率的に伝達され、材料を十分に分解できるようになります。[7]
水素の生成を増やすために、ガス化プロセスに蒸気が追加されることがあります（水蒸気改質）。
利回り
純粋な高カロリー合成ガスは、主に一酸化炭素（CO）と水素（H 2 ）で構成されています。[8]廃棄物中の 無機化合物は分解されずに溶融され、ガラス、セラミック、さまざまな金属が含まれます。
高温と酸素不足により、炎自体には フラン、ダイオキシン、窒素酸化物、二酸化硫黄などの多くの有毒化合物が生成されません。ただし、ダイオキシンは合成ガスの冷却中に生成されます。
プラズマ熱分解で得られた金属はスラグから回収され、最終的には商品として販売されます。一部のプロセスで生成された不活性スラグは粒状化され、建設に使用できます。生成された合成ガスの一部は現場のタービンに供給され、プラズマトーチに電力を供給して供給システムをサポートします。[8]
装置
いくつかのプラズマガス化炉は負圧で動作しますが[1]、ほとんどは気体および/または固体の資源 を回収しようとします[9] 。
利点
廃棄物処理におけるプラズマトーチ技術の主な利点は次のとおりです。
- 有害廃棄物が埋立地に到達するのを防ぐ[10] [11]
- いくつかのプロセスは、フライアッシュ、ボトムアッシュ、およびその他のほとんどの粒子状物質を回収するように設計されており、埋め立て地からの95％以上の転用が可能で、有毒廃棄物の有害な排出はありません[12]
- 建設資材として使用できるガラス化スラグの生産の可能性[13]
- バイオマス廃棄物を可燃性合成ガスに加工して電力や熱源に利用したり[14] 、燃料や化学物質に合成したりすること。
- スラグからの付加価値製品（金属）の生産[15]
- 医療廃棄物[16]と他の多くの有害廃棄物の両方を破壊する安全な手段。[1] [17]
- 燃焼不足によるガス化と高温からの合成ガスの急速冷却により、焼却炉でよく見られるダイオキシンやフランの生成を回避できる。
- 大気への排出物は埋立地よりもクリーンで、焼却炉と同等になります。
デメリット
廃棄物処理におけるプラズマトーチ技術の主な欠点は次のとおりです。
- 埋立[18]や焼却などの代替手段に比べて初期投資コストが大きい。
- 運用コストは焼却に比べて高くなります。
- 湿った原料を使用すると、合成ガスの生成量が減り、エネルギー消費量が増加します。
- すべてのエネルギー入力を考慮すると、純エネルギー生産はほとんどないか、マイナスになることもあります。
- 頻繁なメンテナンスと限られたプラントの可用性。
商業化
プラズマトーチガス化は、廃棄物処理に商業的に使用されており[30]、世界全体で合計5か所の施設で設計容量は1日あたり200トンの廃棄物を処理でき、その半分はバイオマス廃棄物です。
プラズマガス化を使用した廃棄物からのエネルギー回収は現在、合計 1 か所 (場合によっては 2 か所) の施設で実施されており、1 日あたり 25 ～ 30 トンの廃棄物を処理できます。
軍事利用
米海軍は最新世代のジェラルド・R・フォード級航空母艦にプラズマアーク廃棄物破壊システム（PAWDS）を採用している。使用されているコンパクトなシステムは、艦上で発生するすべての可燃性固形廃棄物を処理する。モントリオールでの工場受入試験を完了した後、システムはハンティントン・インガルス造船所に出荷され、空母に搭載される予定である。 [31]
参照
参考文献
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外部リンク
- 貿易産業省 - 熱プラズマ技術を使用して有害廃棄物から価値ある製品を作成する