Công ty WestingHouse hoạt động trong lĩnh vực phát triển công nghệ chuyển hóa khối lượng lớn rác thải thành khí syngas. Hỗn hợp khí syngas này được dùng trong các công đoạn sau đó và được chuyển hóa thành các dạng năng lượng khác.
Công nghệ hóa khí Plasma là lý tưởng để xử lý lượng lớn các loại rác thải khác nhau, bao gồm:
- Chất thải rắn sinh hoạt
- Rác thải trong hoạt động buôn bán
- Rác thải công nghiệp
- Rác thải trong hóa dầu
- Rác thải y tế
- Tro xỉ từ quá trình đốt rác
Khí Syngas được tạo thành từ quá trình hóa khí Plasma có thể được chuyển hóa thành nhiều dạng năng lượng khác nhau, bao gồm:
- Điện năng (qua hệ thống turbin khí và động cơ pít-tông)
- Nhiệt năng
- Nhiên liệu lỏng, ví dụ như: etanol, diezen và dầu mỏ, methanol, propanol…
Khái niệm về Plasma và Hóa khí Plasma
Plasma là gì?
Cách hiểu đơn giản nhất thì Plasma là dạng năng lượng nhiệt với mức nhiệt độ rất cao. Ở điều kiện bình thường Plasma được tạo khi sét đánh, khi mà không khí nóng lên tại vùng tiếp xúc với tia sét tạo thành plasma với nhiệt độ khoảng 20 000 0C. Vì vậy plasma khác với ba trạng thái vật chất thông thường khác: rắn, lỏng, khí và được gọi là trạng thái thứ tư của vật chất.
Công ty Westinghouse tạo ra plasma bằng hệ thống đầu đốt plasma. Hệ thống hoạt động dựa trên hồ quang điện, trạng thái tương tự tia sét, phía trong đầu đốt không khí được chuyển hóa thành plasma qua dòng hồ quang này. Plasma với nhiệt độ khoảng 5000 0C được giữ ổn định và thực hiện quá trình hóa khí.
Hóa khí plasma là gì?
Lò hóa khí plasma là buồng đốt được dẫn khí Oxy từ bên ngoài vào và được đốt tới nhiệt độ cao tới hạn nhờ plasma. Lý do là buồng yếm khí Oxy nên nguyên liệu thô sẽ không cháy được. Cùng với đó thì nhiệt sẽ phân hủy nguyên liệu thô thành các phân tử dạng như Hydro và có liên kết đơn giản như oxit cacbon và nước. Hỗn hợp khí tạo thành được gọi là hỗn hợp khí Syngas.
Đa số nguyên liệu thô là rác thải sinh hoạt. Chúng chứa các thành phần hữu cơ lẫn vô cơ. Thành phần hữu cơ được chuyển hóa thành khí Syngas. Thành phần vô cơ, ví dụ như kính, kim loại và bê tông được nung chảy trong lò phản ứng và chảy xuống đáy lò tạo hỗn hợp xỉ thủy tinh hóa không độc hại và có thể được sử dụng như vật liệu composite.
Với nhiệt từ hệ thống đầu đốt plasma và giữ trong thời gian dài nguyên liệu thô bị phân hủy hoàn toàn (thậm chí với các loại rác thải có độ ẩm cao, chứa hàm lượng nguyên tố bền cao, thủy tinh và kim loại).
Hỗn hợp khí Syngas được tạo thành có chứa bụi (dạng rắn) và các nguyên tố không mong muốn khác (vd: thủy ngân) sẽ được đưa qua bộ phận làm sạch, tạo điều kiện tốt nhất cho các quá trình chuyển hóa thành các dạng năng lượng khác như điện năng, nhiệt năng và nhiên liệu lỏng. Quá trình làm sạch khí Syngas phụ thuộc vào đặc tính riêng từng Dự án. Nhưng trong hầu hết trường hợp, rác thải đầu vào là dạng rác thải sinh hoạt nên quá trình làm sạch khí Syngas là quá trình loại bỏ các hạt rắn, lưu huỳnh, thủy ngân và các kim loại nặng.
(3) – Xỉ và kim loại thu hồi; (4) – Không khí hoặc khí Oxy; (5) – Làm sạch khí Syngas; (6) – Khí Syngas;
(7) – Năng lượng điện; (8) – Nhiên liệu lỏng; (9) – Hơi nước.
Công nghệ hóa khí plasma khác với công nghệ hóa khí khác tại một điểm, đó là nhiệt độ. Công nghệ hóa khí không sử dụng plasma hoạt động tại nhiệt độ 800-900 0C. Nhiệt độ trong buồng hóa khí plasma đạt hơn 3000 0C. Nhiệt độ khí Syngas tại đầu ra khoảng 950 0C. Xỉ lắng từ buồng hóa khí có nhiệt độ 1650 0C. Nhiệt độ cao hơn trong lò khí hóa plasma dẫn đến sự phân hủy hoàn toàn nhựa và các hợp chất từ chúng, điều mà các công nghệ thông thường không làm được. Thực nghiệm chứng minh rằng loại bỏ nhựa từ sản phẩm cuối cùng của quá trình hóa khí là không khả năng, vì vậy việc sử dụng khí Syngas từ lò hóa khí thông thường rất hạn chế. Hỗn hợp này có thể cháy không chậm nhưng nó không thuận lợi để sử dụng trong turbin hơi, động cơ pit-tông và cũng không thể chuyển hóa thành nhiên liệu lỏng.
Nhìn chung, công nghệ khí hóa Plasma cho phép xử lý các nguyên liệu thô phức tạp, như chất thải rắn sinh hoạt, thành khí Syngas nguyên chất, thích hợp sử dụng trong các thiết bị phức tạp như tuabin khí hiệu suất cao hoặc công nghệ chế tạo nhiên liệu lỏng thế hệ mới.