解读 | 等离子气化技术如何破解危废围城

导读：2017年，我国城市生活垃圾焚烧总量约为9468万吨，约占垃圾处理总量的40%，垃圾焚烧中产生的二次污染（二噁英）是制约焚烧规模的最大因素。本文介绍的等离子体气化技术始于20世纪60年代，如今已经广泛应用于材料加工、环保等领域，可从废弃物中提取可回收物品，转换碳基废物为合成气。在危险废物处理领域应用等离子体气化技术，已逐渐成为研究热点。

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等离子气化技术简介

1. 等离子体：并非一般物质的常见的气、液、固三态，它属于物质的第四种状态，是一种高温，离子化和传导性的气体，在气体电离后形成，具有宏观尺度内的电中性与高导电性。

2. 等离子体气化技术：通过等离子炬产生高达约5000K的热源，将气化炉保持在1300℃～1500℃高温（1200℃以上的温度能使二噁英的主要成分——苯环彻底瞬间裂解），将垃圾中的有机成分转化为合成气，其他物质则变成类似玻璃体的熔渣。合成气可进行发电，也可用来生产乙醇、甲醇和生物柴油；熔渣可加工成为建筑材料。

3. 等离子体气化工艺：包括预处理装置+等离子气化炉+合成气净化装置等。

按照工艺流水线划分，可分成以下几个组成部分：①危险化学废弃物储存及送料系统；②等离子气化炉；③控制中心；④合成气净化及检测系统；⑤炉渣处理系统；⑥热量回收系统。

4. 等离子气化产物：

（1）合成气

经过滤器和脱硫器后产生的清洁合成气主要由氢、一氧化碳和少量的甲烷组成，这三种物质均为可燃物（占合成气的95.9％），二氧化碳仅占4.1％。几乎不含粉尘、二氧化硫、碳黑、氮氧化物等有害物质，接近零排放。

（2）玻璃化渣

等离子气化炉产生玻璃化渣作为副产品，这些副产品可安全用作建材等应用，不会污染土壤或者饮用水。

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核心设备介绍

等离子气化炉

等离子气化炉中产生的等离子体，由等离子火炬采用380V交流电产生。等离子体的发生装置功率在5kW～300kW，温度可达4000℃～7000℃，射流速度超过200m/s，工作气体为氮气、空气、氢气等。在高强度热源下，基本粒子的活动能量远大于任何分子间化学键的作用，物质的微观运动以原子热运动为主，原有物质被打碎为原子物质，以破坏有害成分或使其丧失活力，从而将复杂的物质转化为简单的无害物。

目前，世界上最大的等离子体气化熔融炉位于美国（西屋G65炉），处理规模在1000吨/天。设备的关键部件主要是等离子体棒和热解炉隔温材料，等离子体气化设备之所以造价高，主要不在于材料成本，而是技术垄断。

1）极少的进料预处理要求

– 极少的粉碎要求

– 极少的分类要求

2）处理原料种类广泛

– 生活垃圾，废旧轮胎，工业废物，污泥等混合进料

– 根据进料可供性来优化，减少对原料的依赖

3）可靠性强

– 可在恶劣的工业环境下操作

4）能耗低

5）低污染

– 净化后的合成气燃烧类似天然气

– 玻璃化的底渣为惰性，不会污染土壤和地下水

–减少的温室气体排放

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等离子体气化技术 VS 回转窑焚烧技术

国内外大多危废处置企业采用的回转窑焚烧技术，并不能彻底解决危废的无害化处置难题：挥发性金属随着烟尘排除形成新的污染物，非挥发性金属则沉积在炉渣中增加了处理成本。种种现实难题促使人们将原本应用于航天领域的等离子体气化技术，应用到危废和城市垃圾处理领域。

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等离子气化技术发展现状

1. 国外发展现状

目前等离子体气化技术发展较成熟的国家包括美国、加拿大、法国、英国、瑞士、日本以及以色列等。美国的Westing house Plasm公司、Retech公司、IET公司、PEAT公司、Startech公司，法国的航太公司，英国的Tetronics公司以及以色列EER公司的等离子体处理技术均已实现商业化运转。

其中，美国西屋等离子炬公司是世界上最早发明和利用等离子火炬进行航天试验和民用推广的公司，前身由美国国家宇航局和美国西屋电气公司联合投资设立。根据西屋采用MSW等离子气化系统，采用1个气化炉＋合成气冷却净化装置（包括合成气冷却余热锅炉），大型项目处理规模1000吨/日；中型项目处理规模250吨/日；小型项目处理规模100吨/日。

2. 国内发展现状

国内处理城市生活垃圾的方式以填埋和焚烧为主，由于国内等离子体气化技术发展时间较短，缺乏运营经验，等离子体气化技术在我国尚未得到广泛的产业化应用。国家已将医疗垃圾等离子体无害化处理装备纳入《国家鼓励发展的重大环保技术装备目录2014版》中：

目前，国内采用等离子体气化技术处理城市生活垃圾及危废的时机已经成熟，有少数工程案例已经开始得到实践，但整体规模不超过100吨/天，还存在很大的发展空间。以下为部分采用等离子技术进行垃圾处理的企业：

1）西安航天源动力工程有限公司

2018年3月，公司自主研发建设的等离子体炉渣气化熔融固废处理示范工程项目，在江苏盐城连续稳定运行超30天，有机污染物焚毁率可达99.99%。其等离子体气化炉在设计中依托液体火箭发动机仿真模拟优势技术及合理的结构布局，可实现有机气化与无机熔融的完美结合。等离子体炬提高了使用空气作为工作气体的电极寿命（>600小时），高于国内平均水平的3倍；热效率达到80%，高于国内平均水平的20%，使用成本较国内平均水平降低1/3。

2）吉天师能源科技(上海)有限公司

2012年开始设计、制造了国内首套30吨/天的工业化规模的等离子体气化熔融系统，并于2013年完成安装调试。2014年和上海市固体废物处置中心及上海大学在上海市科委立项，2017年5月23日通过上海市科委组织的验收。该系统的处置规模为30吨/天，处置对象为危险废弃物（医废/飞灰综合处理示范工程），系统最长连续稳定运行90天，玻化渣浸出性检测完全达标，各项尾气排放参数均达到欧盟2000标准，直接运行成本低于2000元/吨。

3）中国光大国际有限公司

2016年12月，光大国际与安徽省定远县人民政府签署投资协议，投资建设定远危废处理项目，项目处理规模为50000吨/年，以BOO模式分两期投资建设，投资额3.54亿元，经营期30年，主体工艺采用等离子强化气化技术。

4）山东鲁抗中和环保科技有限公司

公司设有处理规模为20000吨/年的危险废物等离子气化炉处理系统，自2017年6月试运行以来运行情况稳定，主要处理其所在园区产生的抗生素菌渣、污泥、废活性炭、废药品、废溶剂、精馏残渣、废催化剂等十多种危险废物。系统各项污染物排放能满足相应排放标准。

5）江苏远创环保公司

2017年3月，远达环保（600292）与南京创能电力科技开发有限公司以现金方式共同出资成立江苏远创环保科技有限公司，负责等离子气化熔融技术开发及应用，实施等离子气化熔融技术治理危废项目的开发、投资、建设和运营等。