Технологии производства синтез-газа из метана и газификацией твёрдого топлива

Одной из значительных и весомых проблем в экологическом плане в мире – есть нанесение вреда во внешней среде вредными углеродсодержащими отходами. Данные материалы одновременно могут быть мутагенными, канцерогенными, токсичными и пожароопасными [1]. Сейчас в развитых странах введены и продолжают вводиться регламентирующие правила и условия по расположению, организации и оборудованию площадей для размещения, накопления и захоронения таких материалов. Большое внимание среди отходов заслуживают так называемые медико-биологические (МБО), которые в некоторых случаях по существу также можно отнести к бытовым отходам. МБО могут оказывать опасность в эпидемиологическом смысле, так как содержат патогенные микроорганизмы, а также могут быть загрязнены вредными и радиоактивными элементами. Выявлено, что их вредность для окружающей среды значительно выше, чем у множества других отходов [1].
В настоящее время вопрос уничтожения углеродсодержащих отходов разного вещественного (элементного) состава стал актуальным и в Евразийском Экономическом Союзе, что означает его важность. Здесь прослеживается взаимосвязь с демонстрируемой на высоком межгосударственном уровне стратегическим направлением на "экологизацию" среды обитания, как способа, призванного компенсировать урон вследствие индустриального развития. А также с увеличением вредности и опасности для жителей от имеющихся и накапливающихся масс высокотоксичных и инфицированных отходов сфер жизнедеятельности человека.
Помимо хранения на площадях, самым известным методом переработки/утилизации опасных углеродсодержащих отходов – углеродсодержащие твердые топлива (УТТ) есть их сжигание [2, 3]. Для сжигания часто применяются промышленные тепловые установки – высокотемпературные печи, такие как, например асфальтовые или цементные печи, паровые котлы, циркуляционные печи с псевдоожиженным слоем, вращающиеся обжиговые печи. При высокой температуре в таких тепловых установках и устройствах – 1200-1500 К, дожигание образующихся летучих органических соединений проводят во вторичных камерах с дополнительной подачей топлива и окислителя. Иногда для повышения температуры в горелках воздух обогащают кислородом. 
Проведенные исследования [1, 3, 4] требует критического отношения к огневому обезвреживанию токсичных отходов в связи с возможностью вторичных процессов образования чрезвычайно вредных соединений: диоксинов, фуранов и бенз(а)пиренов. Недостатком огневого обезвреживания является также использование дополнительного топлива (газа или мазута), что значительно увеличивает объемы отходящих газов, а соответственно значительно возрастают нагрузка на систему газоочистки, ее размеры, материалоемкость и стоимость. Низкие экологические показатели и ограниченное число отходов, состав которых приемлем для сжигания в существующих печах, приводят к поискам и разработкам новых технологий. Интенсивно разрабатываются технологии переработки УТТ методом газификации, позволяющей повысить степень конверсии углерода и экологические показатели процесса [3, 4].
Из известных способов газификации УТТ меньшую опасность для окружающей среде наносит их газификация (плазменным способом) [5 - 7]. Плазменная газификация гарантирует не только уничтожение вредных веществ, фуранов и бенз(а)пиренов, но и радикально решает проблему утилизации от шлаковых материалов, остающихся при традиционных способах сжигания УТТ. Важным отличительным фактором технологий газификации плазменным методом от огневых методов уничтожения УТТ – это высокие температуры в плазменном реакторе (1500 - 3000 °К), что обеспечивает почти полный перевод находящегося в отходах углерода в оксид углерода (СО), и позволяет нейтрализовать любые опасные вещества. Получающийся в результате газификации синтез-газ состоит из водорода (35 - 45%), СО (35 - 55%) [8]. Теплотворная способность полученного газа может составлять 30 - 35% и более теплотворной способности природного газа. Это делает возможным его использование для работы газовых турбин и газо-поршневых электроагрегатов, для генерирования электроэнергии на низкокалорийных газовых потоках.
Вышеприведенные данные позволяют считать плазменную газификацию наиболее перспективной технологией переработки УТТ, включая МБО. В настоящей работе представлены результаты термодинамического анализа и экспериментов по получению высококалорийного синтез-газа плазменной (воздушной и паровой) газификацией УТТ.