等离子体熔融技术

新技术新工艺２０１４年　第２期　

等离子体熔融气化技术处理废弃物的研究　

杨德宇　，俞建荣　

（１．北京化工大学机电工程学院，北京１０００２９；２．北京石油化工学院机械工程学院，北京１０２６１７）　

摘　要：等离子体熔融气化技术是一种用来处理废弃物污染问题的高新技术。本文介绍了等离子体　

熔高气化技术处理废弃物的背景与意义，阐述了等离子体熔融气化技术处理废弃物的机理，并对国内外　

利用等离子体技术处理各种废弃物的技术水平与研究现状进行了详细介绍与分析。综合多方面因素指　

出，等离子体熔融气化技术是处理废弃物最有效的方法之一，具有广阔的发展前景。　

关键词：等离子体；熔融气化；固体废弃物；研究进展　

中图分类号：Ｘ　７０５　文献标志码：Ａ　

Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｐｒｏｇｒｅｓｓ　ｏｎ　Ｐｌａｓｍａ　Ｍｅｌｔｉｎｇ　Ｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｆｏｒ　Ｔｒｅａｔｉｎｇ　Ｓｏｌｉｄ　Ｗａｓｔｅ　

ＹＡＮＧ　Ｄｅｙｕ　，ＹＵ　Ｊｉａｎｒｏｎｇ　（１．Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ａｎｄ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０００２９，Ｃｈｉｎａ；　

２．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｐｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０２６１７，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｐｌａｓｍａ　ｍｅｌｔｉｎｇ　ｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ａｎ　ｕｐ　ｔｏ　ｄａｔｅ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｔｏ　ｔｒｅａｔ　ｓｏｌｉｄ　ｗａｓｔｅ　ｃｏｎｔａｍｉｎａｎｔｓ．Ｆｉｒｓｔ，ｔｈｅ　

ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ　ａｎｄ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ　ｏｆ　ｐｌａｓｍａ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｆｏｒ　ｔｒｅａｔｉｎｇ　ｗａｓｔｅ　ｗｅｒｅ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ｔｈｅｎ，ｔｈｅ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｌａｓｍａ　

熔融结晶技术

摘要：

关键字：

一、 前言

结晶作为一种典型的化工单元操作，在产品的分离精制过程中有着重要的作用。结晶是固体物质以晶体状态从蒸汽、溶液或熔融物中析出的过程[20]。众多的化工产品及中间体产品等晶态物质都是应用结晶方法分离或提纯而形成的。按大化学工程产品品种计，约有 2/3 的品种是固体产品；在制药行业中也有 85%的产品是固体形态[21]。在食品、化肥、冶金、医药、染料、材料等工业中，结晶都是关键的单元操作[22]。 工业结晶一般可以分为溶液结晶、熔融结晶、升华结晶和沉淀结晶四大类，其中，熔融结晶技术是一种高效低能耗的有机物分离提纯方法，是上世纪六十年代开发、七十年代发展起来的一种新型分离技术，现在正逐渐受到国内外科学界与工业界的关注[23]。这主要有两方面的原因：一是由于社会环保型生产技术的要求。熔融结晶不需要溶剂，因而除去了溶剂回收工序，减少了污染。二是由于工业生产上对有机物纯度的要求越来越高[21]。比如在医药工业中[24]，药物的应用达不到应有的效果常常是由于其提炼不纯、微量毒副作用物质的存在引起的，而熔融结晶分离出的产品的纯度很容易达到 ppm 级的要求。 相对于常规的分离方法，如精馏等，熔融结晶分离有机物需要的操作温度较低，物质的结晶潜热远低于汽化潜热，因此能耗低，而且还很容易制备高纯或超纯产品。因为对于很多同分异构体的有机物，其沸点相差很小，精馏法往往不能适用，然而它们的熔点通常相差都比较大，利用熔融结晶的方法可以将其分离开来；精馏法也不能用于一些热敏性有机物的分离，因为这些有机物容易在高温下发生分解或聚合，但是熔融结晶分离过程的操作温度通常比精馏低，因而能够很好地将这些物质分离提纯。

二、熔融结晶的基本概念

2、1熔融结晶

熔融结晶是一种新型的分离技术，它是根据待分离物质之间凝固点的不同，通过逐步降低初始液态混合物进料的温度达到部分结晶来实现的，结晶析出的固体相具有与残液不同的化学组成，从而达到分离提纯的目的[19]（硕士论文和树宝）

科技成果——等离子体气化熔融技术

适用范围

适用于各类工业废物、医疗垃圾、飞灰、重金属污泥、含油污泥等危险废物的无害化处置。

成果简介

等离子体是由电子、阳离子和中性粒子组成的整体上呈电中性的物质集合；是物质的第四态（固/液/气/等离子体），自然界90%以上为等离子体态，它具有宏观尺度内的电中性与高导电性。

等离子体气化熔融技术利用热等离子体的上万度高温、高能量密度和高活性，快速将废物进行高温裂解，其产物为玻璃态无机物；所产生的气体通过高温环境下的还原反应，分解为原子和最简单的分子，其中有毒有机物尤其是二噁英和呋喃都被彻底分解为无毒的小分子物质。

技术效果

等离子体技术是国际公认的最先进的固废处理技术，被冠以“固废终结者”的美誉，可真正实现固体废物的减量化、无害化、稳定化及资源化目标。等离子体气化熔融技术可以实现高温彻底分解二噁英，重金属包容在固化体内，彻底解毒；二次固废自循环处理，实现闭式循环、废物终结，经净化后的气体排放满足欧盟标准，废水可经过净化处理达标排放或回用，系统实现清洁化生产“近零排放”；运行期间产生的灰渣彻底无害化处理，无需堆存及填埋，节约土地资源，可有效避免对环境的二次污染，最终产生的玻璃态固化体可直接作为道路、人行道及筑堤的配料，也可进一步转化为高附加值的材料如石棉、泡沫玻璃、微晶材料，实现资源化回收利用。

应用情况

已形成40余项等离子体废物处理专利群，核心专利获得国家发明专利优秀奖；已形成10吨/天、20吨/天、30吨/天等多个标准系列，可根据需求优化组合形成更大规模的工程。

已建成示范工程1个，在建正式运行工程3个：在广东清远已建成10吨/天综合危险废物等离子体无害化处理示范工程；在江苏无锡与地方政府共同投资在建60吨/天等离子体无害化处理标杆工程；承接了广东东莞30吨/天综合危险废物等离子体无害化处理项目EPC工程，东方园林甘肃酒泉低放射性废物减容处理项目等离子体示范线EPC工程。

２０１８年第４７卷第２期　ＶＯ１．４７　Ｎｏ．２　２０１　８　繁扣熟　ＩＮＤＵＳＴＲＩＡＬ　ＨＥＡＴＩＮＧ　·　１３　·　

Ｄ０ｈ　１０．３９６９６．ｉｓｓｎ．１００２—１６３９．２０１８．０２．００４　

等离子体熔融危废焚烧灰渣中试试验研究　

胡　明　，虎　训　，邵哲如　，程　易　，孙丽娟　，宫　臣　

（１．中国光大集团博士后工作站，北京１００３３；２．清华大学化学工程系，北京１００８４；　３．光大环保技术研究院（南京）有限公司，江苏南京２１１１０２）　

摘要：为等离子技术装备开发提供具有工程应用价值的数据，采用中试规模的直流等离子体炉对危废焚烧灰渣进行高温熔融处理，考　察了开弧、埋弧等对熔融特性的影响，研究了熔渣的组成、微观结构、重金属浸出特性及二次飞灰的特性和产生机理，并测算了熔融处　理单位质量灰渣的能耗。结果表明，埋弧和开弧操作对熔渣的成分和晶体结构影响不大。但是，与开弧相比，埋弧操作利用了电阻、电　弧加热熔渣，提高热效率，熔融单位质量灰渣的能耗为０．７０９　ｋＷ·ｈ／ｋｇ。熔渣中的重金属浸出质量浓度远低于国家标准限值；二次飞灰　的产率为７．５％，其主要成分为ＮａＣ１。　关键词：危废焚烧灰渣；等离子体；熔融；重金属；毒性浸出特性　中图分类号：Ｘ７０５　文献标志码：Ａ　文章编号：１００２—１６３９（２０１８）０２．００１３—０７　

Ｐｉｌｏｔ　Ｓｃａｌｅ　Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　Ｐｌａｓｍａ　Ｍｅｌｔｉｎｇ　ｔｈｅ　Ｈａｚａｒｄｏｕｓ　Ｗａｓｔｅ　Ｉｎｃｉｎｅｒａｔｉｏｎ　Ａｓｈ　ａｎｄ　Ｓｌａｇ　

ＨＵ　Ｍｉｎｇ　’　，ＨＵ　Ｘｕｎ　，ＳＨＡＯ　Ｚｈｅｒｕ　，ＣＨＥＮ　Ｙｉ　，ＳＵＮ　Ｌｉｊｕａｎ　，ＧＯＮＧ　Ｃｈｅｎ　（１．ＰｏｓｔｄｏｃｔｏｒａｌＷｏｒｋｓｔａｔｉｏｎ　ｏｆＣｈｉｎａＥｖｅｒｂｒｉｇｈｔＧｒｏｕｐ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１００３３，Ｃｈｉｎａ；２．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，　ＴｓｉｎｇｈｕａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１００８４，Ｃｈｉｎａ；３．ＥｖｅｒｂｒｉｇｈｔＥｎｖｉｒｏｔｅｃｈ（Ｃｈｉｎａ）Ｌｔｄ．Ｃｏ．，Ｎａｎｊｉｎｇ２１１１０２，Ｃｈｉｎａ）