Общие принципы переработки отходов с извлечением их энергетического потенциала на основе плазменных технологий. 1. Экологические требования, термодинамика процесса и его энергетическая эффективность
Цикл публикаций посвящен развитию технологий по переработке твердых бытовых, медицинских и других опасных отходов на основе применения плазменных технологий с целью расширения перспектив их использования, а также коммерциализации. Проанализирована ситуация в сфере обращения с опасными отходами в Укр...
Збережено в:
| Дата: | 2015 |
|---|---|
| Автори: | , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут газу НАН України
2015
|
| Назва видання: | Энерготехнологии и ресурсосбережение |
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/127494 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Общие принципы переработки отходов с извлечением их энергетического потенциала на основе плазменных технологий. 1. Экологические требования, термодинамика процесса и его энергетическая эффективность / В.А. Жовтянский, В.Н. Орлик, С.В. Петров, М.В. Якимович // Энерготехнологии и ресурсосбережение. — 2015. — № 4. — С. 24-46. — Бібліогр.: 62 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-127494 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1274942017-12-24T03:02:53Z Общие принципы переработки отходов с извлечением их энергетического потенциала на основе плазменных технологий. 1. Экологические требования, термодинамика процесса и его энергетическая эффективность Жовтянский, В.А. Орлик, В.Н. Петров, С.В. Якимович, М.В. Энергосберегающие технологии Цикл публикаций посвящен развитию технологий по переработке твердых бытовых, медицинских и других опасных отходов на основе применения плазменных технологий с целью расширения перспектив их использования, а также коммерциализации. Проанализирована ситуация в сфере обращения с опасными отходами в Украине. Представлены основные технологии конверсии топлив. Приведены наиболее общие оценки экологических преимуществ и энергетической эффективности процессов газификации с применением плазменно-паровых технологий. В мировой научной литературе плазменные технологии переработки отходов представлены многочисленными публикациями, объединенными общей идеей извлечения энергетического потенциала углеродсодержащих отходов в процессе их переработки («plasma-assisted Waste to Energy»). Выполнен общий термодинамический анализ процессов газификации углеродсодержащего сырья с применением плазменных технологий. Приведены основные соотношения и справочные данные для типичных реагентов технологических процессов газификации и получаемых продуктов. Приведен конкретный пример термодинамических расчетов применительно к переработке отходов кукурузы. На его основе анализируется вопрос энергетической эффективности технологий. Во второй части будут представлены результаты исследований газификации иловых осадков станций водоочистки как пример возможной коммерциализации обсуждаемых технологий. Цикл публікацій присвячено розвитку технологій переробки відходів, що містять вуглець, у тому числі небезпечних, із застосуванням плазмових джерел енергії з метою розширення перспектив їхнього використання, а також комерціалізації. Проаналізовано ситуацію в сфері поводження з небезпечними відходами в Україні. Представлено основн і технології конверсії палив. Наведено найбільш загальні оцінки екологічних переваг та енергетичної ефективності процесів газифікації з застосуванням плазмово-парових технологій. У світовій науковій літературі плазмові технології переробки відходів представлені численними публікаціями, об’єднаними спільною ідеєю вилучення енергетичного потенціалу вуглецевмісних відходів у процесі їхньої переробки («plasmaassisted Waste to Energy»). Виконано загальний термодинамічний аналіз процесів газиф ікації вуглецевмісної сировини із застосуванням плазмових технологій. Наведено основні співвідношення та довідкові дані для типових реагентів технологічних процесів газифікації й одержуваних продуктів. Наведено конкретний приклад термодинамічних розрахунків стосовно переробки відходів кукурудзи. На його основі аналізується питання енергетичної ефективності технологій. У другій частині буде представлено результати досліджень газифікації мулових осадів станцій водоочищення як приклад можливої комерціалізації технологій, що обговорюються. The cycle of publications is devoted to the development of technologies for processing carbon-containing waste, including – dangerous one, using plasma energy in order to enhance prospects for their use and commercialization. The situation in the field of hazardous waste management in Ukraine is analyzed in the first part of this cycle. The main technologies of the fuel conversion are presented. The most general assessments of ecological benefits and energy efficiency of plasma-steam gasification technologies are given. The plasma technology for the waste processing are presented by numerous publications in the world scientific literature, united by a common idea extract the energy potential of the carbonaceous waste in the course of their processing («plasma-assisted Waste to Energy»). A general thermodynamic analysis of the gasification processes of carbonaceous raw materials by using plasma technologies was done; basic ratio and reference data for typical reagents of gasification processes and obtained products are presented. A concrete example of thermodynamic calculations of waste corn processing were produced; the problem of technology energy efficiency is analyzed on this base. The second part will present the results of studies the of plasma-steam gasification of the sewage sludge of water treatment plants as an example of a possible commercialization of technologies discussed. 2015 Article Общие принципы переработки отходов с извлечением их энергетического потенциала на основе плазменных технологий. 1. Экологические требования, термодинамика процесса и его энергетическая эффективность / В.А. Жовтянский, В.Н. Орлик, С.В. Петров, М.В. Якимович // Энерготехнологии и ресурсосбережение. — 2015. — № 4. — С. 24-46. — Бібліогр.: 62 назв. — рос. 0235-3482 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/127494 662.65:662.763:621.387.14 ru Энерготехнологии и ресурсосбережение Інститут газу НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Энергосберегающие технологии Энергосберегающие технологии |
| spellingShingle |
Энергосберегающие технологии Энергосберегающие технологии Жовтянский, В.А. Орлик, В.Н. Петров, С.В. Якимович, М.В. Общие принципы переработки отходов с извлечением их энергетического потенциала на основе плазменных технологий. 1. Экологические требования, термодинамика процесса и его энергетическая эффективность Энерготехнологии и ресурсосбережение |
| description |
Цикл публикаций посвящен развитию технологий по переработке твердых бытовых, медицинских и других опасных отходов на основе применения плазменных технологий с целью расширения перспектив их использования, а также коммерциализации. Проанализирована ситуация в сфере обращения с опасными отходами в Украине. Представлены основные технологии конверсии топлив. Приведены наиболее общие оценки экологических преимуществ и энергетической эффективности процессов газификации с применением плазменно-паровых технологий. В мировой научной литературе плазменные технологии переработки отходов представлены многочисленными публикациями, объединенными общей идеей извлечения энергетического потенциала углеродсодержащих отходов в процессе их переработки («plasma-assisted Waste to Energy»). Выполнен общий термодинамический анализ процессов газификации углеродсодержащего сырья с применением плазменных технологий. Приведены основные соотношения и справочные данные для типичных реагентов технологических процессов газификации и получаемых продуктов. Приведен конкретный пример термодинамических расчетов применительно к переработке отходов кукурузы. На его основе анализируется вопрос энергетической эффективности технологий. Во второй части будут представлены результаты исследований газификации иловых осадков станций водоочистки как пример возможной коммерциализации обсуждаемых технологий. |
| format |
Article |
| author |
Жовтянский, В.А. Орлик, В.Н. Петров, С.В. Якимович, М.В. |
| author_facet |
Жовтянский, В.А. Орлик, В.Н. Петров, С.В. Якимович, М.В. |
| author_sort |
Жовтянский, В.А. |
| title |
Общие принципы переработки отходов с извлечением их энергетического потенциала на основе плазменных технологий. 1. Экологические требования, термодинамика процесса и его энергетическая эффективность |
| title_short |
Общие принципы переработки отходов с извлечением их энергетического потенциала на основе плазменных технологий. 1. Экологические требования, термодинамика процесса и его энергетическая эффективность |
| title_full |
Общие принципы переработки отходов с извлечением их энергетического потенциала на основе плазменных технологий. 1. Экологические требования, термодинамика процесса и его энергетическая эффективность |
| title_fullStr |
Общие принципы переработки отходов с извлечением их энергетического потенциала на основе плазменных технологий. 1. Экологические требования, термодинамика процесса и его энергетическая эффективность |
| title_full_unstemmed |
Общие принципы переработки отходов с извлечением их энергетического потенциала на основе плазменных технологий. 1. Экологические требования, термодинамика процесса и его энергетическая эффективность |
| title_sort |
общие принципы переработки отходов с извлечением их энергетического потенциала на основе плазменных технологий. 1. экологические требования, термодинамика процесса и его энергетическая эффективность |
| publisher |
Інститут газу НАН України |
| publishDate |
2015 |
| topic_facet |
Энергосберегающие технологии |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/127494 |
| citation_txt |
Общие принципы переработки отходов с извлечением их энергетического потенциала на основе плазменных технологий. 1. Экологические требования, термодинамика процесса и его энергетическая эффективность / В.А. Жовтянский, В.Н. Орлик, С.В. Петров, М.В. Якимович // Энерготехнологии и ресурсосбережение. — 2015. — № 4. — С. 24-46. — Бібліогр.: 62 назв. — рос. |
| series |
Энерготехнологии и ресурсосбережение |
| work_keys_str_mv |
AT žovtânskijva obŝieprincipypererabotkiothodovsizvlečeniemihénergetičeskogopotencialanaosnoveplazmennyhtehnologij1ékologičeskietrebovaniâtermodinamikaprocessaiegoénergetičeskaâéffektivnostʹ AT orlikvn obŝieprincipypererabotkiothodovsizvlečeniemihénergetičeskogopotencialanaosnoveplazmennyhtehnologij1ékologičeskietrebovaniâtermodinamikaprocessaiegoénergetičeskaâéffektivnostʹ AT petrovsv obŝieprincipypererabotkiothodovsizvlečeniemihénergetičeskogopotencialanaosnoveplazmennyhtehnologij1ékologičeskietrebovaniâtermodinamikaprocessaiegoénergetičeskaâéffektivnostʹ AT âkimovičmv obŝieprincipypererabotkiothodovsizvlečeniemihénergetičeskogopotencialanaosnoveplazmennyhtehnologij1ékologičeskietrebovaniâtermodinamikaprocessaiegoénergetičeskaâéffektivnostʹ |
| first_indexed |
2025-07-09T07:07:32Z |
| last_indexed |
2025-07-09T07:07:32Z |
| _version_ |
1837152184555274240 |
| fulltext |
1. Ñèòóàöèÿ â ñôåðå îáðàùåíèÿ ñ îïàñíûìè
îòõîäàìè â Óêðàèíå. Ïîñòàíîâêà çàäà÷è
Îáøèðíûé êëàññ òåõíîëîãèé ïîëó÷åíèÿ
àëüòåðíàòèâíûõ òîïëèâ ñâÿçàí ñ ãàçèôèêàöèåé
óãëåðîäñîäåðæàùåãî ñûðüÿ, ïðåìóùåñòâåííî
óãëÿ èëè äðåâåñèíû [1]. Ìíîãèå âèäû îòõîäîâ
òàêæå ñîäåðæàò óãëåðîä è, òàêèì îáðàçîì, ÿâ-
ëÿþòñÿ ïîòåíöèàëüíûìè âîçîáíîâëÿåìûìè èñ
òî÷íèêàìè ýíåðãèè. Íàïðèìåð, â Óêðàèíå åæå-
ãîäíî îáðàçóåòñÿ ñâûøå 10 ìëí ò òâåðäûõ áû-
òîâûõ îòõîäîâ (ÒÁÎ) [2 (ñ. 139)], èìåþùèõ
òåïëîòâîðíóþ ñïîñîáíîñòü íà óðîâíå îäíîãî
áàððåëÿ íåôòÿíîãî ýêâèâàëåíòà [3]. À «çàïàñû»
24 Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2015. ¹ 4
Ýíåðãîñáåðåãàþùèå òåõíîëîãèè
ÓÄÊ 662.65:662.763:621.387.14
Æîâòÿíñêèé Â.À., äîêò. ôèç.-ìàò. íàóê, Îðëèê Â.Í., êàíä. òåõí. íàóê,
Ïåòðîâ Ñ.Â., äîêò. òåõí. íàóê, ßêèìîâè÷ Ì.Â.
Èíñòèòóò ãàçà ÍÀÍ Óêðàèíû, Êèåâ
óë. Äåãòÿðåâñêàÿ, 39, 03113 Êèåâ, Óêðàèíà, e-mail: zhovt@ukr.net
Îáùèå ïðèíöèïû ïåðåðàáîòêè îòõîäîâ
ñ èçâëå÷åíèåì èõ ýíåðãåòè÷åñêîãî ïîòåíöèàëà
íà îñíîâå ïëàçìåííûõ òåõíîëîãèé. 1. Ýêîëîãè÷åñêèå
òðåáîâàíèÿ, òåðìîäèíàìèêà ïðîöåññà
è åãî ýíåðãåòè÷åñêàÿ ýôôåêòèâíîñòü
Öèêë ïóáëèêàöèé ïîñâÿùåí ðàçâèòèþ òåõíîëîãèé ïî ïåðåðàáîòêå òâåðäûõ áûòîâûõ,
ìåäèöèíñêèõ è äðóãèõ îïàñíûõ îòõîäîâ íà îñíîâå ïðèìåíåíèÿ ïëàçìåííûõ òåõíîëî-
ãèé ñ öåëüþ ðàñøèðåíèÿ ïåðñïåêòèâ èõ èñïîëüçîâàíèÿ, à òàêæå êîììåðöèàëèçàöèè.
Ïðîàíàëèçèðîâàíà ñèòóàöèÿ â ñôåðå îáðàùåíèÿ ñ îïàñíûìè îòõîäàìè â Óêðàèíå.
Ïðåäñòàâëåíû îñíîâíûå òåõíîëîãèè êîíâåðñèè òîïëèâ. Ïðèâåäåíû íàèáîëåå îáùèå
îöåíêè ýêîëîãè÷åñêèõ ïðåèìóùåñòâ è ýíåðãåòè÷åñêîé ýôôåêòèâíîñòè ïðîöåññîâ ãàçè-
ôèêàöèè ñ ïðèìåíåíèåì ïëàçìåííî-ïàðîâûõ òåõíîëîãèé.  ìèðîâîé íàó÷íîé ëèòåðàòó-
ðå ïëàçìåííûå òåõíîëîãèè ïåðåðàáîòêè îòõîäîâ ïðåäñòàâëåíû ìíîãî÷èñëåííûìè ïóáëè-
êàöèÿìè, îáúåäèíåííûìè îáùåé èäååé èçâëå÷åíèÿ ýíåðãåòè÷åñêîãî ïîòåíöèàëà óãëåðîä-
ñîäåðæàùèõ îòõîäîâ â ïðîöåññå èõ ïåðåðàáîòêè («plasma-assisted Waste to Energy»).
Âûïîëíåí îáùèé òåðìîäèíàìè÷åñêèé àíàëèç ïðîöåññîâ ãàçèôèêàöèè óãëåðîäñîäåðæà-
ùåãî ñûðüÿ ñ ïðèìåíåíèåì ïëàçìåííûõ òåõíîëîãèé. Ïðèâåäåíû îñíîâíûå ñîîòíîøåíèÿ
è ñïðàâî÷íûå äàííûå äëÿ òèïè÷íûõ ðåàãåíòîâ òåõíîëîãè÷åñêèõ ïðîöåññîâ ãàçèôèêàöèè
è ïîëó÷àåìûõ ïðîäóêòîâ. Ïðèâåäåí êîíêðåòíûé ïðèìåð òåðìîäèíàìè÷åñêèõ ðàñ÷åòîâ
ïðèìåíèòåëüíî ê ïåðåðàáîòêå îòõîäîâ êóêóðóçû. Íà åãî îñíîâå àíàëèçèðóåòñÿ âîïðîñ
ýíåðãåòè÷åñêîé ýôôåêòèâíîñòè òåõíîëîãèé. Âî âòîðîé ÷àñòè áóäóò ïðåäñòàâëåíû ðå-
çóëüòàòû èññëåäîâàíèé ãàçèôèêàöèè èëîâûõ îñàäêîâ ñòàíöèé âîäîî÷èñòêè êàê ïðèìåð
âîçìîæíîé êîììåðöèàëèçàöèè îáñóæäàåìûõ òåõíîëîãèé. Áèáë. 62, ðèñ. 6, òàáë. 6.
Êëþ÷åâûå ñëîâà: àëüòåðíàòèâíûå ãàçîâûå òîïëèâà, ïëàçìåííî-ïàðîâàÿ ãàçèôèêàöèÿ,
ïëàçìîòðîí, ñèíòåç-ãàç, ñåëüñêîõîçÿéñòâåííûå è îïàñíûå îòõîäû, áèîãàç.
� Æîâòÿíñêèé Â.À., Îðëèê Â.Í., Ïåòðîâ Ñ.Â., ßêèìîâè÷ Ì.Â., 2015
äîííûõ èëîâ òîëüêî Áîðòíè÷åñêîé ñòàíöèè
àýðàöèè ã. Êèåâà, ïðåäñòàâëÿþùèå ñîáîé òîð-
ôîîáðàçíóþ ìàññó (â òîì ÷èñëå ïî òîïëèâíûì
ñâîéñòâàì), ñîñòàâëÿþò îêîëî 9 ìëí ò [4]. Îä-
íîâðåìåííî îíè ÿâëÿþòñÿ ïîòåíöèàëüíûì èñ-
òî÷íèêîì îãðîìíîé ýêîëîãè÷åêîé îïàñíîñòè ñ
òî÷êè çðåíèÿ âîçìîæíîãî çàãðÿçíåíèÿ Äíåïðà
— îñíîâíîé âîäíîé àðòåðèè Óêðàèíû.
Îäíàêî çíà÷èòåëüíûì ïðåïÿòñòâèåì íà ïóòè
ðåàëèçàöèè ýíåðãåòè÷åñêîãî ïîòåíöèàëà îòõîäîâ
ÿâëÿåòñÿ ïðîáëåìà ñîïóòñòâóþùåãî çàãðÿçíåíèÿ
àòìîñôåðíîãî âîçäóõà èëè çåìíîé ïîâåðõíîñòè.
 ñëó÷àå ÒÁÎ íàèáîëåå îïàñíûìè ÿâëÿþòñÿ äè-
îêñèíû è ôóðàíû, îáðàçóþùèåñÿ â ïðîöåññàõ
ñæèãàíèÿ îòõîäîâ, èìåþùèõ â ñâîåì ñîñòàâå
õëîðñîäåðæàùèå êîìïîíåíòû, à â ñëó÷àå äîí-
íûõ èëîâ âîçíèêàåò ïðîáëåìà ëîêàëèçàöèè
ñîäåðæàùèõñÿ â íèõ òÿæåëûõ ìåòàëëîâ, êîòî-
ðûå ïðåäñòàâëÿþò ñîáîé îïàñíûå òîêñèêàíòû.
Ñîãëàñíî îôèöèàëüíîìó äîêëàäó Íàöèî-
íàëüíîãî èíñòèòóòà ñòðàòåãè÷åñêèõ èññëåäîâà-
íèé, â Óêðàèíå îòñóòñòâóþò íàäåæíûå òåõíîëî-
ãèè ïåðåðàáîòêè óêàçàííûõ îòõîäîâ [5], êàê è
îòñóòñòâóåò òåõíè÷åñêàÿ ïîëèòèêà Ìèíèñòåðñò-
âà ýêîëîãèè è ïðèðîäíûõ ðåñóðñîâ Óêðàèíû,
íàïðàâëåííàÿ íà ðåøåíèå ýòîé ïðîáëåìû. Âìå-
ñòî ðàçâèòèÿ ñîáñòâåííîãî íàó÷íî-òåõíè÷åñêîãî
ïîòåíöèàëà è ñîçäàíèÿ ðàáî÷èõ ìåñò â Óêðàèíå
áûâøèìè ñîòðóäíèêàìè ýòîãî Ìèíèñòåðñòâà ñ
2007 ã. âûâåçåíû äåñÿòêè òûñÿ÷ òîíí íåïðèãîä-
íûõ ê ïðèìåíåíèþ ïåñòèöèäîâ è ãåêñàõëîðáåí-
çîëà äëÿ ïåðåðàáîòêè çà ðóáåæîì.
Îòñóòñòâèå ïîëèòèêè íàäëåæàùåãî îáðàùå-
íèÿ ñ îòõîäàìè ñòàëî îïðåäåëÿþùèì ôàêòîðîì
â îäíîé èç ìíîãî÷èñëåííûõ ïðîáëåì ñîâðåìåí-
íîé Óêðàèíû — ðàñïðîñòðàíåííîñòè îíêîëîãè-
÷åñêèõ çàáîëåâàíèé, ñòàâøèõ ïîâñåäíåâíûì ÿâ-
ëåíèåì äàæå â íåáîëüøèõ íàñåëåííûõ ïóíêòàõ.
Îá ýòîì ñâèäåòåëüñòâóåò òîò ôàêò, ÷òî Óêðàèíà
çàíèìàåò âòîðîå ìåñòî â Åâðîïå ïî òåìïàì ðàñ-
ïðîñòðàíåíèÿ ýòîãî çàáîëåâàíèÿ [6].
Âîò ïî÷åìó â íàñòîÿùåì öèêëå ðàáîò àâòî-
ðû â ðàçâèòèå ïóáëèêàöèé [7, 8], â êîòîðûõ
áûëè ïðåäñòàâëåíû ðàçðàáîòàííûå â Íàöèî-
íàëüíîé àêàäåìèè íàóê Óêðàèíû óñòàíîâêè äëÿ
ïåðåðàáîòêè ìåäèöèíñêèõ è äðóãèõ îïàñíûõ îò-
õîäîâ, ñòàâÿò ïåðåä ñîáîé çàäà÷ó ðàçâèòèÿ è
ðàñøèðåíèÿ ïåðñïåêòèâ ïðèìåíåíèÿ ïëàçìåí-
íûõ òåõíîëîãèé â ýòîé ñôåðå, à òàêæå èõ êîì-
ìåðöèàëèçàöèè.
2. Îñíîâíûå òåõíîëîãèè êîíâåðñèè òîïëèâ
Êëàññè÷åñêèå òåõíîëîãèè. Óæå â òå÷å-
íèå XIX â. òåõíîëîãèè ãàçèôèêàöèè òâåðäîãî
òîïëèâà àêòèâíî èñïîëüçîâàëèñü äëÿ îñâåùåíèÿ
ãîðîäîâ «ñâåòèëüíûì» ãàçîì, â ÷àñòíîñòè, â
Ðîññèéñêîé èìïåðèè, â òîì ÷èñëå â Êèåâå. Åãî
ïîëó÷àëè â ñïåöèàëüíûõ ãàçîãåíåðàòîðàõ (îòñþ-
äà áîëåå ïîçäíåå íàçâàíèå — ãåíåðàòîðíûé ãàç)
íà îñíîâå íåïîëíîãî ñæèãàíèÿ óãëåðîäà òîïëè-
âà, êîòîðûé îêèñëÿåòñÿ äî ìîíîîêñèäà óãëåðîäà
[9]:
2 Ñ + O2 + 3,76 N2 � 2 CO +
+ 3,76 N2 + 221,02 êÄæ. (1)
Ïîëó÷åííàÿ òàêèì ñïîñîáîì ãàçîâàÿ ñìåñü
èìååò îòíîñèòåëüíî íåâûñîêóþ òåïëîòó ñãîðà-
íèÿ (äî 4 ÌÄæ/ì3) âñëåäñòâèå çíà÷èòåëüíîãî
ñîäåðæàíèÿ áàëëàñòíîãî àçîòà èç àòìîñôåðíîãî
âîçäóõà, îäíàêî ýòîò ïðîöåññ ÿâëÿåòñÿ òåõíîëî-
ãè÷åñêè ïðîñòåéøèì.
Êîíâåðñèÿ òîïëèâ â îãðîìíûõ ìàñøòàáàõ
áûëà ïðåäñòàâëåíà â Ãåðìàíèè äîâîåííîãî è âî-
åííîãî ïåðèîäà è ãàçèôèêàöèåé áóðîãî óãëÿ, è
ïðîèçâîäñòâîì èç åãî ïðîäóêòîâ ñèíòåòè÷åñêèõ
æèäêèõ òîïëèâ (ÑÆÒ) íà îñíîâå ïðîöåññà Ôè-
øåðà-Òðîïøà, êîòîðûé ðåàëèçîâàëñÿ ñ èñïîëü-
çîâàíèåì æåëåçíîãî êàòàëèçàòîðà:
2n ÑÎ + (n +1) Í2 � ÑnÍ 2n+2 + n ÑO2, (2)
(äëÿ áåíçèíîâ n = 5–12, äëÿ äèçåëüíûõ òîïëèâ
n = 13–18). Äëÿ îáåñïå÷åíèÿ çíà÷èòåëüíîãî ñî-
äåðæàíèÿ âîäîðîäà â ïðîäóêòàõ ãàçèôèêàöèè
ïðèìåíÿþò òå èëè èíûå òåõíîëîãèè ïàðîâîäÿ-
íîé ãàçèôèêàöèè:
Ñ + H2O � H2 + CO – 118,82 êÄæ. (3)
Èõ ïðèìåíåíèå îáóñëîâëåíî â çíà÷èòåëü-
íîé ñòåïåíè òåì, ÷òî òðàäèöèîííûå òâåðäûå òî-
ïëèâà, â îòëè÷èå îò íåôòè, èìåþò íåáîëüøîå
ñîäåðæàíèå âîäîðîäà (5–6 % ïî ñðàâíåíèþ ñ
20–22 % äëÿ íåôòè); òàêèì îáðàçîì, èìåííî
âîäà ñòàíîâèòñÿ ðåñóðñîì ýòîãî êîìïîíåíòà.
Îïòèìàëüíàÿ òåìïåðàòóðà ïðîâåäåíèÿ òàêîãî
ýíäîòåðìè÷åñêîãî ïðîöåññà ñîñòàâëÿåò îêîëî
1000 �Ñ; îíà äîëæíà ïîääåðæèâàòüñÿ çà ñ÷åò
äîïîëíèòåëüíûõ èñòî÷íèêîâ ýíåðãèè. Îáû÷íî
òàêèì èñòî÷íèêîì ÿâëÿåòñÿ ÷àñòü òîïëèâà, ñæè-
ãàåìîãî â óñëîâèÿõ êèñëîðîäíîãî äóòüÿ (ïàðî-
êèñëîðîäíàÿ ãàçèôèêàöèÿ). Ïîëó÷àåìàÿ â ðå-
çóëüòàòå ðåàêöèè (3) ñìåñü âîäîðîäà è ìîíîîê-
ñèäà óãëåðîäà íîñèò íàçâàíèå «ñèíòåç-ãàç»; îíà
èìååò äîñòàòî÷íî âûñîêóþ òåïëîòó ñãîðàíèÿ,
äîñòèãàþùóþ 11,1 ÌÄæ/ì3 (äëÿ ñðàâíåíèÿ:
ïðèðîäíîãî ãàçà — 33,5–35,6 ÌÄæ/ì3). Îíà,
îäíàêî, èìååò ãîðàçäî áîëåå øèðîêîå ïðèìåíå-
íèå, ÷åì ãàçîâîå òîïëèâî, ÿâëÿÿñü öåííûì õè-
ìè÷åñêèì ïðîäóêòîì äëÿ ïðîèçâîäñòâà ÑÆÒ,
ìåòàíîëà, àììèàêà è ìíîãî÷èñëåííûõ ïðîèçâîä-
Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2015. ¹ 4 25
íûõ ïðîäóêòîâ [10, 11]. Ïðè ýòîì ñîîòíîøåíèå
êîìïîíåíòîâ H2/CO ìîæåò èçìåíÿòüñÿ â øèðî-
êèõ ïðåäåëàõ íåïîñðåäñòâåííî â ïðîöåññå åãî
ïîëó÷åíèÿ (èñïîëüçóÿ, íàïðèìåð, ðàçëè÷íûå
óãëåðîäñîäåðæàùèå èíãðåäèåíòû èëè ñîîòíîøå-
íèÿ ðåàãåíòîâ) è â îòäåëüíûõ ðåàêöèÿõ. Îäíîé
èç íàèáîëåå ðàñïðîñòðàíåííûõ äëÿ îáîãàùåíèÿ
ñìåñè âîäîðîäîì ÿâëÿåòñÿ òàê íàçûâàåìàÿ ðåàê-
öèÿ âîäÿíîãî ñäâèãà:
ÑÎ + Í2Î = Í2 + ÑÎ2;
�Í = 40,9 êÄæ/ìîëü, (4)
äëÿ êîòîðîé îïòèìàëüíîé ÿâëÿåòñÿ òåìïåðàòóðà
500 �Ñ [12 (ñ. 258)].
Òåõíîëîãèè ãàçèôèêàöèè âîçîáíîâëÿåìîãî
óãëåðîäñîäåðæàùåãî ñûðüÿ, êîòîðûå ñåé÷àñ àê-
òèâíî ðàçâèâàþòñÿ, òîæå îòíîñÿòñÿ ê êàòåãîðèè
«õîðîøî çàáûòûõ» äëÿ íàøèõ ñîâðåìåííèêîâ.
Ýòî ìîæíî óòâåðæäàòü íà ïðèìåðå ãàçèôèêà-
öèè äðåâåñíîé áèîìàññû. Äåéñòâèòåëüíî, âî
ìíîãèõ åâðîïåéñêèõ ñòðàíàõ ïåðâîé ïîëîâèíû
ÕÕ â., âêëþ÷àÿ áûâøèé ÑÑÑÐ, àêòèâíî ðàçâè-
âàëîñü òðàíñïîðòíîå è àâòîìîáèëåñòðîåíèå íà
îñíîâå ïðîèçâîäñòâà «íà áîðòó» ãåíåðàòîðíîãî
ãàçà èç äðåâåñèíû â ñîîòâåòñòâèè ñ ðåàêöèåé
(1), êîòîðûé èñïîëüçîâàëñÿ êàê èñêóññòâåííîå
ãàçîâîå òîïëèâî [1].
Îäíàêî óæå âî âòîðîé ïîëîâèíå 1950-õ ãã.
òåõíîëîãèè ãàçèôèêàöèè òâåðäîãî òîïëèâà è
ïðîèçâîäñòâà ÑÆÒ ïðåèìóùåñòâåííî ïîòåðÿëè
ñâîþ çíà÷èìîñòü âñëåäñòâèå äåøåâèçíû è
äîñòóïíîñòè íåôòåãàçîâûõ ðåñóðñîâ, ÷òî îáó-
ñëîâèëî ïîñòåïåííîå çàìåùåíèå èñïîëüçîâàíèÿ
óãëÿ ïðèðîäíûì ãàçîì.
Ïîñëå ïåðâîãî è âòîðîãî ìèðîâûõ ýíåðãåòè-
÷åñêèõ êðèçèñîâ 1970-õ ãã. íåîòúåìëåìûì ýëåìåí-
òîì êóëüòóðû ñîâðåìåííîãî ýíåðãîïîòðåáëåíèÿ
ñòàëî ðàöèîíàëüíîå èñïîëüçîâàíèå ýíåðãåòè÷å-
ñêèõ ðåñóðñîâ [13]. Â åãî àðñåíàëå ïðåäñòàâëåíû
òàêæå òåõíîëîãèè ãàçèôèêàöèè òâåðäîãî òîïëèâà.
Ïëàçìåííûå òåõíîëîãèè. Ýòè òåõíîëî-
ãèè íà÷àëè ðàçâèâàòüñÿ ñ 1970-õ ãã. [14, 15]. Â
íèõ ÷àñòü òåïëà, íåîáõîäèìîãî äëÿ ïðîòåêàíèÿ
ýíäîòåðìè÷åñêîãî ïðîöåññà îáðàçîâàíèÿ ñèí-
òåç-ãàçà èç óãëåðîäñîäåðæàùåãî ñûðüÿ (3), ââî-
äèòñÿ â ñèñòåìó ñ ïëàçìîé.
 áîëüøèíñòâå ñëó÷àåâ, õàðàêòåðíûõ äëÿ
ýòèõ òåõíîëîãèé, îðèåíòèðîâàííûõ íà êðóïíî-
òîííàæíîå ïðîèçâîäñòâî, òåðìèí «ïëàçìåííûé»
ïðèìåíÿåòñÿ â òîì ñìûñëå, ÷òî äëÿ ââåäåíèÿ
ýíåðãèè â ðåàêöèîííûé îáúåì è ïîëó÷åíèÿ âû-
ñîêîòåìïåðàòóðíîãî ðåàãåíòà èñïîëüçóåòñÿ òîò
èëè èíîé èñòî÷íèê ïëàçìû. Îäíàêî ñîáñòâåííî
ïëàçìåííûå ýôôåêòû â ïðîöåññàõ êîíâåðñèè,
êîòîðûå ìîæíî áûëî áû îòíåñòè ê ìåòîäàì
ïëàçìîõèìèè, îáñóæäàþòñÿ äîâîëüíî ðåäêî.
Îäíè èç íåìíîãèõ — ïóáëèêàöèÿ [16], â êîòîðîé
èññëåäîâàëàñü êîíâåðñèÿ áèîýòàíîëà, íà÷èíàÿ íå-
ïîñðåäñòâåííî ñ ðàâíîâåñíîé ïëàçìåííîé ôàçû, è
ðàáîòà [17], ïîñâÿùåííàÿ ïëàçìåííîìó ïàðîóãëå-
êèñëîòíîìó ðèôîðìèíãó ìåòàíà. Êðóïíîòîííàæ-
íûå òåõíîëîãèè ïðåäïîëàãàþò ïðèìåíåíèå ïëîò-
íîé ïëàçìû, ïîëó÷àåìîé, íàïðèìåð, â ñòðóÿõ
ïëàçìîòðîíîâ, äëÿ òîãî, ÷òîáû îáåñïå÷èòü çíà÷è-
òåëüíóþ ïðîèçâîäèòåëüíîñòü òîãî èëè èíîãî ïðî-
èçâîäñòâåííîãî ïðîöåññà. Îáû÷íî ýòà ïëàçìà
áëèçêà ê òåðìîäèíàìè÷åñêîìó ðàâíîâåñèþ.
 ïîñëåäíèå ãîäû àêòèâíî ðàçðàáàòûâàþòñÿ
ïîäîáíûå òåõíîëîãè÷åñêèå ïðîöåññû íà îñíîâå
ïðèìåíåíèÿ ðåçêî íåðàâíîâåñíîé ïëàçìû, â êî-
òîðîé òåìïåðàòóðà èîíîâ è àòîìîâ áëèçêà ê
ñðåäíåìàññîâîé â ðåàêöèîííîì îáúåìå, à òåìïå-
ðàòóðà ýëåêòðîíîâ õàðàêòåðíà äëÿ ïëàçìåííîãî
ñîñòîÿíèÿ âåùåñòâà è ìîæåò äîñòèãàòü äåñÿòêè
òûñÿ÷ ãðàäóñîâ. Îæèäàåòñÿ, ÷òî òàêèå ïðîöåññû
áóäóò ãîðàçäî ýôôåêòèâíåå, ÷åì â ñëó÷àå ðàâ-
íîâåñíîé ïëàçìû, òàê êàê çäåñü ýíåðãèÿ ýëåê-
òðè÷åñêîãî ïîëÿ çàòðà÷èâàåòñÿ òîëüêî íà íàãðåâ
ýëåêòðîíîâ, à íå âñåé ìàññû ðåàãèðóþùåãî âå-
ùåñòâà.  íåêîòîðîì ñìûñëå ýòè çàäà÷è áëèçêè
ê êàòàëèòè÷åñêèì. Îäíàêî ñîñòîÿíèå íåðàâíî-
âåñíîñòè ïëàçìû ðåàëèçóåòñÿ ïðè ìàëûõ êîíöåí-
òðàöèÿõ ýëåêòðîíîâ, ïîýòîìó çäåñü îáû÷íî ìî-
æåò èäòè ðå÷ü òîëüêî î ìàëîòîííàæíûõ òåõíî-
ëîãèÿõ. Ñðàâíèòåëüíûé àíàëèç èññëåäîâàíèé ïî
ðåôîðìèíãó òîïëèâ ñ ïðèìåíåíèåì íåðàâíîâåñ-
íîé ïëàçìû ïðèâåäåí â ðàáîòå [18]. Àêòèâíûå
èññëåäîâàíèÿ â ýòîì íàïðàâëåíèè ïðîâîäÿòñÿ â
Êèåâñêîì íàöèîíàëüíîì óíèâåðñèòåòå èì. Òàðà-
ñà Øåâ÷åíêî [19]. Åùå îäíèì ïðèìåðîì ðåçêî
íåðàâíîâåñíîé ïëàçìû, èñïîëüçóåìîé äëÿ ãàçè-
ôèêàöèè óãëåðîäñîäåðæàùèõ ÷àñòèö, ïðèñóòñò-
âóþùèõ â âèäå âçâåñè â æèäêîñòè, è îäíîâðå-
ìåííî äëÿ î÷èùåíèÿ åå îò òÿæåëûõ ìåòàëëîâ è
ðàäèàêòèâíûõ êîìïîíåíòîâ, ÿâëÿåòñÿ ïîäâîäíûé
ðàçðÿä â æèäêîñòè [20]. Çäåñü íåðàâíîâåñíîñòü
ïëàçìû äîñòèãàåòñÿ çà ñ÷åò ðåçêèõ ãðàäèåíòîâ åå
ïàðàìåòðîâ â óñëîâèÿõ ïðîñòðàíñòâåííîé áëèçî-
ñòè ìåæäó ñîáîé ðàçëè÷íûõ ôàçîâûõ ñîñòîÿíèé
âåùåñòâà: ïëàçìû, ïàðà è æèäêîñòè.
Ïðè÷èíà ïðèìåíåíèÿ ïëàçìåííûõ èñòî÷íè-
êîâ ýíåðãèè ñîñòîèò â òîì, ÷òî èñïîëüçóåìàÿ
äëÿ ïîëó÷åíèÿ ïëàçìû ýëåêòðè÷åñêàÿ ýíåðãèÿ
ëåãêî ïîçâîëÿåò ïîëó÷àòü áîëüøèå ïëîòíîñòè
ýíåðãèè â îòíîñèòåëüíî íåáîëüøèõ îáúåìàõ âå-
ùåñòâà è, ñëåäîâàòåëüíî, âûñîêèå òåìïåðàòóðû.
 äåéñòâèòåëüíîñòè æå îíè ÿâëÿþòñÿ èçáûòî÷-
íûìè äëÿ îáñóæäàåìûõ çäåñü ïðîöåññîâ ãàçè-
ôèêàöèè è â ñëó÷àå ïðèìåíåíèÿ ïëîòíîé ïëàç-
ìû ïðåäïîëàãàþò â îòäåëüíûõ ñëó÷àÿõ ñíèæå-
íèå åå òåìïåðàòóðû äî óðîâíÿ, õàðàêòåðíîãî
äëÿ îáúåìà ðåàêòîðà íà âûõîäå ïëàçìåííîãî èñ-
òî÷íèêà, ïîñðåäñòâîì ðàçìåøèâàíèÿ ïîëó÷àå-
26 Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2015. ¹ 4
ìîé ïëàçìû õîëîäíûì ïëàçìîîáðàçóþùèì ãà-
çîì [21].
 ìèðîâîé íàó÷íîé ëèòåðàòóðå, ïîñâÿùåí-
íîé ýòîìó íàïðàâëåíèþ ðàçðàáîòîê, ïðåäñòàâëå-
íû ñîòíè ïóáëèêàöèé, îáúåäèíÿþùåé èäååé êî-
òîðûõ ÿâëÿåòñÿ íàïðàâëåíèå, èçâåñòíîå êàê
Waste to Energy (WTE — îòõîäû â ýíåðãèþ).
Ïðèìåíèòåëüíî ê èñïîëüçîâàíèþ ïëàçìû â ýòèõ
òåõíîëîãèÿõ îíî âûãëÿäèò êàê «plasma-assisted
WTE». Â çàðóáåæíîé ëèòåðàòóðå ìîæíî îòìå-
òèòü äâà íåäàâíèõ îáñòîÿòåëüíûõ îáçîðà ïî
ýòîé òåìàòèêå [22, 23].
Îñîáåííîñòüþ íàøèõ òåõíîëîãèé ÿâëÿåòñÿ
èñïîëüçîâàíèå ïàðà â êà÷åñòâå ïëàçìîîáðàçóþ-
ùåãî ãàçà. Îíè ìàòåðèàëèçîâàíû íà îñíîâå ðàç-
ðàáîòàííîãî â Èíñòèòóòå ãàçà ÍÀÍ Óêðàèíû
ïàðîâîäÿíîãî ïëàçìîòðîíà [7, 8]. Òàêèì îáðà-
çîì, ïëàçìåííàÿ ñòðóÿ ÿâëÿåòñÿ îäíîâðåìåííî
ãàçèôèöèðóþùèì àãåíòîì. Îòíîñèòåëüíî ïðî-
öåññà ãàçèôèêàöèè ýòî îáåñïå÷èâàåò: 1) îòñóòñò-
âèå áàëëàñòíîãî àçîòà â ïðîäóêòàõ ãàçèôèêà-
öèè, ÷òî ïî÷òè â 4 ðàçà ïîâûøàåò èõ òåïëîòâîð-
íóþ ñïîñîáíîñòü ïî ñðàâíåíèþ ñ òåõíîëîãèÿìè
âîçäóøíîé ãàçèôèêàöèè; 2) ìèíèìèçàöèþ ðàç-
áàâëåíèÿ êîíâåðòèðîâàííîãî ãàçà ïðîäóêòàìè
ïîëíîãî îêèñëåíèÿ; 3) âûñîêèå òåìïåðàòóðíûå
ïàðàìåòðû ïðîöåññà ãàçèôèêàöèè (îáû÷íî
1000–1200 �Ñ, à åñëè îñóùåñòâëÿåòñÿ âèòðèôè-
êàöèÿ (îñòåêëîâêà) øëàêà — âûøå 1400 �Ñ)
íåçàâèñèìî îò êà÷åñòâà èñõîäíîãî ñûðüÿ, ÷òî
îáåñïå÷èâàåò âûñîêóþ ïðîèçâîäèòåëüíîñòü òåõ-
íîëîãè÷åñêîãî ïðîöåññà; 4) âîçìîæíîñòü îïòè-
ìèçàöèè ïðîöåññà ãàçèôèêàöèè â ðåàëüíîì âðå-
ìåíè áëàãîäàðÿ ãèáêîñòè ìåòîäîâ êîíòðîëÿ è
óïðàâëåíèÿ ýëåêòðîòåõíè÷åñêèìè ñèñòåìàìè,
îáåñïå÷èâàþùèìè åãî ïðîâåäåíèå; 5) ìàêñè-
ìàëüíîå ñîäåðæàíèå âîäîðîäà â ïðîäóêòàõ ãà-
çèôèêàöèè.
Êðîìå òîãî, ïðèìåíåíèå ïëàçìåííûõ òåõíî-
ëîãèé èìååò òàêæå èñêëþ÷èòåëüíûå ïðåèìóùåñò-
âà äëÿ ãàçèôèêàöèè îïàñíûõ îòõîäîâ. Ýòîò âî-
ïðîñ äåòàëüíåå ðàññìîòðåí â ñëåäóþùåì ðàçäåëå.
Íåìàëîâàæíûì ïðåïÿòñòâèåì ðàñïðîñòðà-
íåíèþ òåõíîëîãèé WTE, êàê ïîä÷åðêíóòî â îá-
çîðíîé ðàáîòå [23], ÿâëÿåòñÿ ñóáúåêòèâíàÿ ïðî-
áëåìà, ñâÿçàííàÿ ñ íåïðèÿòèåì ïëàçìåííûõ òåõ-
íîëîãèé ïðåäñòàâèòåëÿìè êëàññè÷åñêîé òåïëî-
òåõíèêè.
3. Ãàçèôèêàöèÿ áèîìàññû è îòõîäîâ.
Ýêîëîãè÷åñêèå è òåõíîëîãè÷åñêèå ðèñêè
3.1. Çàãðÿçíåíèÿ â ãàçîâîé ôàçå
Äèîêñèíû è ôóðàíû. Îäíà èç îñíîâíûõ
ïðîáëåì ïðè ïåðåðàáîòêå îòõîäîâ — íå ïðåâðà-
òèòü çàãðÿçíåíèÿ íà çåìëå â çàãðÿçíåíèÿ âîçäó-
õà. Îñîáåííî îïàñíûìè â ýòîì îòíîøåíèè ÿâëÿ-
þòñÿ õëîðñîäåðæàùèå îòõîäû. Ðàíåå îòõîäû èñ-
ïîëüçîâàëèñü äëÿ ïðîèçâîäñòâà òåïëà â ïðÿìûõ
ïðîöåññàõ ãîðåíèÿ. Ñîâðåìåííûå òåõíîëîãèè âî-
âñå íå ïîçâîëÿþò èñïîëüçîâàòü ýòè ïðîöåññû
èç-çà îïàñíîñòè îáðàçîâàíèÿ äèîêñèíîâ è ôóðà-
íîâ â ñëó÷àå, åñëè îòõîäû ñîäåðæàò õëîðèäû.
Ýòè ñîåäèíåíèÿ ÿâëÿþòñÿ îäíèìè èç ñàìûõ òîê-
ñè÷íûõ. Èõ ìàêñèìàëüíî äîïóñòèìûé âûáðîñ â
àòìîñôåðó â î÷èùåííûõ ïðîäóêòàõ íå äîëæåí
ïðåâûøàòü 10–10 ã/ì3 [24].
 íàñòîÿùåå âðåìÿ ýòà ïðîáëåìà ðåãóëèðó-
åòñÿ Äèðåêòèâîé 2000/76/EC, â ñîîòâåòñòâèè
ñ êîòîðîé ïðè ñæèãàíèè îïàñíûõ îòõîäîâ ñ ñî-
äåðæàíèåì áîëåå 1 % (ìàñ.) ãàëîãåíñîäåðæà-
ùèõ îðãàíè÷åñêèõ âåùåñòâ â ïåðåñ÷åòå íà õëî-
ðèäû òåìïåðàòóðà äîëæíà ïîääåðæèâàòüñÿ íà
óðîâíå 1100 �Ñ, ïðè÷åì êàæäûé ëîêàëüíûé
îáúåì ïîëó÷àåìûõ ïðè ïåðåðàáîòêå ãàçîâ äîë-
æåí âûäåðæèâàòüñÿ ïðè ýòîé òåìïåðàòóðå â òå-
÷åíèå íå ìåíåå 2 ñ. Âî ìíîãèõ ñòðàíàõ, â òîì
÷èñëå â Óêðàèíå, ãäå óðîâåíü õëîðà â ÒÁÎ çà-
ðàíåå íåèçâåñòåí, äðóãèå òåõíîëîãèè êðîìå òåõ,
÷òî óäîâëåòâîðÿþò âûøåóêàçàííûì òðåáîâàíè-
ÿì Äèðåêòèâû 2000/76/EC, âîîáùå íå äîëæ-
íû ïðèìåíÿòüñÿ.
Òðåáîâàíèÿ Äèðåêòèâû íåïîñðåäñòâåííî
ñâÿçàíû òàêæå ñ òåõíîëîãèÿìè óòèëèçàöèè ìå-
äèöèíñêèõ îòõîäîâ, ïî êðàéíåé ìåðå â òåõ
ñòðàíàõ, ãäå ìåäèöèíñêèå ìàòåðèàëû âñå åùå
ñîäåðæàò õëîðèðîâàííûå êîìïîíåíòû.
Òåõíîëîãèè, ïðåäñòàâëåííûå â ïóáëèêàöè-
ÿõ [7, 8], óäîâëåòâîðÿþò òðåáîâàíèÿì Äèðåêòè-
âû 2000/76/EC.
Îêñèäû àçîòà. Èñïîëüçîâàíèå â ïëàç-
ìåííûõ òåõíîëîãèÿõ âîçäóøíîé ïëàçìû ñîïðÿ-
æåíî ñ ðèñêîì îáðàçîâàíèÿ îêñèäîâ àçîòà â
ïðîäóêòàõ ãàçèôèêàöèè. Äåéñòâèòåëüíî, ñîãëàñ-
íî ñòðîãèì ýêñïåðèìåíòàëüíûì äàííûì [25],
îñíîâíûì èñòî÷íèêîì ýëåêòðîíîâ â âîçäóøíîé
ïëàçìå, âïëîòü äî òåìïåðàòóðû 7000 Ê ïðè àò-
ìîñôåðíîì äàâëåíèè, ÿâëÿåòñÿ îáðàçîâàíèå èî-
íîâ îêñèäà àçîòà NO+. Òàêèì îáðàçîì, ýòîò îê-
ñèä ÿâëÿåòñÿ âàæíûì àòðèáóòîì âîçäóøíîé
ïëàçìû. Öåïíîé ìåõàíèçì ðåàêöèè îáðàçîâàíèÿ
îêñèäà àçîòà â ñîâðåìåííûõ ïðåäñòàâëåíèÿõ
èìååò âèä [26, 27]:
O + N2 = NO + N; (5)
N + O2 = NO + O; (6)
N + OÍ = NO + Í; (7)
NO + O2 = NO2 + O. (8)
Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2015. ¹ 4 27
Ñêîðîñòü ïðîöåññà ôîðìèðîâàíèÿ NO îïðåäå-
ëÿåòñÿ ïåðâîé ýíäîòåðìè÷åñêîé ðåàêöèåé, êîòîðàÿ
òðåáóåò ýíåðãèè àêòèâàöèè � 313,8 êÄæ/ìîëü.
Îñíîâíîé ïðîáëåìîé ÿâëÿåòñÿ òî, ÷òî îêñèä
àçîòà, êîòîðûé ëåãêî îáðàçóåòñÿ ïðè îòíîñè-
òåëüíî âûñîêèõ òåìïåðàòóðàõ â ïëàçìå, î÷åíü
ìåäëåííî ðàñïàäàåòñÿ ïðè åå îñòûâàíèè âñëåä-
ñòâèå ýôôåêòà «çàêàëêè», ïîòîìó ÷òî ñêîðîñòü
ðåàêöèè ðàñïàäà î÷åíü áûñòðî ïàäàåò ïðè ïîíè-
æåíèè òåìïåðàòóðû.
Èñõîäÿ èç îöåíêè êîíêðåòíîãî âðåìåíè óñ-
òàíîâëåíèÿ ðàâíîâåñíûõ êîíöåíòðàöèé NO è
NO2 â çàâèñèìîñòè îò òåìïåðàòóðû, õàðàêòåð-
íîãî âðåìåíè ïðåáûâàíèÿ ïëàçìû â ñòðóå ïëàç-
ìîòðîíà, à òàêæå âðåìåíè ïðåáûâàíèÿ ëîêàëü-
íîãî îáúåìà âîçäóøíîé ïëàçìû â ðåàêòîðå ãàçè-
ôèêàòîðà, â ðàáîòå [8] áûëî ïîêàçàíî, ÷òî â òà-
êîé ñèñòåìå èìååò ìåñòî ýôôåêò «çàêàëêè». Òà-
êèì îáðàçîì, ñóùåñòâóåò ðèñê îáðàçîâàíèÿ ýòèõ
îêñèäîâ â ïðîöåññå âîçäóøíî-ïëàçìåííîé ãàçè-
ôèêàöèè. Ýòè îöåíêè ïîäòâåðæäàþòñÿ êèíåòè-
÷åñêèìè ðàñ÷åòàìè, ïðåäñòàâëåííûìè â ðàáîòå
[28]. Íàëè÷èå îêñèäîâ àçîòà â ïëàçìåííûõ òåõ-
íîëîãèÿõ îòìå÷àåòñÿ â ýêñïåðèìåíòàëüíûõ
óñëîâèÿõ [22 (ñòð. 51)].
3.2. Çàãðÿçíÿþùèå âåùåñòâà
â êîíäåíñèðîâàííîé ôàçå
Îáðàçîâàíèå ñìîë. Â ïåðâîé ïîëîâèíå
ÕÕ â. øèðîêî ïðèìåíÿëèñü òðàíñïîðòíûå ñðåä-
ñòâà, èñïîëüçîâàâøèå â êà÷åñòâå òîïëèâà äëÿ
äâèãàòåëåé ãàçîãåíåðàòîðíûé ãàç. Ðåñóðñ ðàáî-
òû òàêîãî äâèãàòåëÿ ñîñòàâëÿë 1000–3000 ÷.
Ýòî áûëî îáóñëîâëåíî îáðàçîâàíèåì ñìîë â ãà-
çîãåíåðàòîðå ñ èõ ñîäåðæàíèåì 400–500 ìã/ì3
[1]. Îäíàêî â íàñòîÿùåå âðåìÿ òðåáîâàíèÿ ê
êà÷åñòâó ãåíåðàòîðíîãî ãàçà íàìíîãî æåñò÷å.
Äëÿ òîãî, ÷òîáû ïðîäëèòü ñðîê ýêñïëóàòàöèè
äâèãàòåëåé äî 50000–60000 ÷, êîíöåíòðàöèÿ
ñìîëû â ãàçå íå äîëæíà ïðåâûøàòü 10–100
ìã/ì3 è òâåðäûõ ÷àñòèö — 10–50 ìã/ì3 [29].
Îäíà èç íàèáîëåå ñîâðåìåííûõ ðàçðàáîòîê
â ýòîé îáëàñòè Åâðîïåéñêîãî öåíòðà âîçîáíîâ-
ëÿåìîé ýíåðãèè (Àâñòðèÿ) äëÿ ãàçèôèêàöèè
äðåâåñíîé ùåïû ëèñòâåííûõ ïîðîä (îêîëî 60
ò/ñóò) ïîçâîëÿåò ïîëó÷àòü ñèíòåòè÷åñêèé ãàç
ïðèìåðíî òàêîãî ñîñòàâà, %: Í2 — 40; ÑÎ —
24; CH4 — 10; ÑÎ2 — 23; N2 — 3 [30]. Ñèí-
òåç-ãàç ìîæåò áûòü èñïîëüçîâàí: 1) äëÿ ïðèâî-
äà ãàçîïîðøíåâûõ ýëåêòðîñòàíöèé óñòàíîâëåí-
íîé ìîùíîñòüþ 2 ÌÂò ïî ýëåêòðè÷åñêîé ýíåð-
ãèè è äëÿ ïðîèçâîäñòâà äî 4,5 ÌÂò òåïëîâîé
ýíåðãèè â êîãåíåðàöèîííîì ðåæèìå; 2) äëÿ êîí-
âåðñèè â ìåòàí ñ ñîäåðæàíèåì ïîñëåäíåãî 98 %
(è çàêà÷êè åãî â ãàçîïðîâîä); 3) äëÿ êîíâåðñèè
â áèîäèçåëü íà îñíîâå ïðîöåññà Ôèøåðà-Òðîï-
øà. Âûñîêèé óðîâåíü î÷èñòêè îáåñïå÷èâàåòñÿ
ñïåöèàëüíîé ïðîìûâêîé ãàçà ñ èñïîëüçîâàíèåì â
êà÷åñòâå ïðîìûâàþùåãî âåùåñòâà äèçåëüíîãî òî-
ïëèâà (îêîëî 30 êã/÷); ïîñëå îòñòàèâàíèÿ è îò-
äåëåíèÿ ñìîë îíî èñïîëüçóåòñÿ ïîâòîðíî. Óñòà-
íîâêà èìååò ðåñóðñ íåïðåðûâíîé ðàáîòû 4–6 íå-
äåëü, çàòåì îíà îñòàíàâëèâàåòñÿ äëÿ ïðîâåäåíèÿ
ðåãëàìåíòíûõ ðàáîò äëèòåëüíîñòüþ îêîëî 2 ñóò.
 îäíîé èç ñîâðåìåííûõ ðàçðàáîòîê Èíñòè-
òóòà ãàçà ÍÀÍ Óêðàèíû äëÿ ãàçèôèêàöèè ùåïû
õâîéíûõ ïîðîä äåðåâà ïðîèçâîäèòåëüíîñòüþ äî
1200 íì3/÷ ãåíåðàòîðíîãî ãàçà (òåïëîâàÿ ìîù-
íîñòü 1,5 ÌÂò) ïðèíÿòû ñïåöèàëüíûå ìåðû äëÿ
ìàêñèìàëüíîãî ñíèæåíèÿ ñìîë â ãåíåðàòîðíîì ãà-
çå çà ñ÷åò ïîñëåäîâàòåëüíîãî äâèæåíèÿ òîïëèâà
÷åðåç äâå çîíû ãàçèôèêàöèè.  ïåðâîé ðåàëèçî-
âàí îáðàùåííûé ïðîöåññ, îáåñïå÷èâàþùèé ðàñ-
ùåïëåíèå áîëüøåé ÷àñòè ñìîë äî óðîâíÿ 3 ã/ì3.
Äëÿ äàëüíåéøåãî îòäåëåíèÿ ñìîëû ðàçðàáîòàí
äåçèíòåãðàòîð, îáåñïå÷èâàþùèé ñíèæåíèå ñîäåð-
æàíèÿ ñìîë ñ òåìïåðàòóðîé êîíäåíñàöèè âûøå
80 �Ñ äî 0,1 ã/ì3. Îäíàêî ïîñëå êàæäûõ 700 ÷
ôóíêöèîíèðîâàíèÿ óñòàíîâêè òàêæå ïðåäóñìîò-
ðåíî ïðîâåäåíèå ðåãëàìåíòíûõ ðàáîò [31].
 ðàáîòå [23] ïðèâåäåíû äîïóñòèìûå óðîâíè
ñîäåðæàíèÿ ñìîëû íà âûõîäå èç ãàçèôèêàòîðîâ,
ïðèåìëåìûå äëÿ èñïîëüçîâàíèÿ â ðàçëè÷íûõ óñò-
ðîéñòâàõ êîíå÷íîãî ïîòðåáëåíèÿ. ×àñòè÷íî ýòè
äàííûå ïîëó÷åíû â ðåçóëüòàòå ñïåöèàëüíûõ èñ-
ñëåäîâàíèé, ÷àñòè÷íî — èç îïûòà ðàáîòû â ïðî-
èçâîäñòâåííîé ñôåðå. Îíè ïðèâåäåíû â ðàáîòå
[32] è ïåðå÷èñëåíû íèæå ïðèìåíèòåëüíî ê ýíåð-
ãåòè÷åñêèì è õèìè÷åñêèì ïðîèçâîäñòâàì:
— äâèãàòåëè Ñòèðëèíãà (âíåøíåãî ñãîðà-
íèÿ) ìîãóò ðàáîòàòü íà ñûðîì ãàçå. Ñ÷èòàåòñÿ,
÷òî íåî÷èùåííûé ñèíòåç-ãàç ÿâëÿåòñÿ ïðèåìëå-
ìûì äëÿ ýòèõ ïðèìåíåíèé, íî ýíåðãåòè÷åñêèé
âûõîä ýòèõ óñòðîéñòâ íåâûñîê (îêîëî 20 %);
— äëÿ êîìïðåññîðîâ ïðèåìëåìî ñîäåðæà-
íèå ñìîë ìåæäó 100 è 500 ìã/íì–3 («í» —
íîðìàëüíûé). Äàííûé ïàðàìåòð èíòåðåñåí äëÿ
õðàíåíèÿ ñèíòåç-ãàçà, íî â çàâèñèìîñòè îò êî-
íå÷íîãî èñïîëüçîâàíèÿ ýòîãî ãàçà áóäåò íåîáõî-
äèìà òà èëè èíàÿ åãî ïîñëåäóþùàÿ î÷èñòêà;
— äâèãàòåëè âíóòðåííåãî ñãîðàíèÿ äîïóñ-
êàþò ìàêñèìàëüíóþ êîíöåíòðàöèþ ñìîëû
50 ìã/íì–3 â ñëó÷àå åå ëåã÷àéøèõ ñîñòàâîâ è
5 ìã/íì–3 äëÿ ñàìûõ òÿæåëûõ, à êîíöåíòðà-
öèþ òâåðäûõ ÷àñòèö äî 30 ìã/íì–3;
— ãàçîâûå òóðáèíû äîïóñêàþò çíà÷èòåëüíî
áîëåå íèçêèé óðîâåíü ñîäåðæàíèÿ ñìîë — íå
áîëåå 0,5 ìã/íì–3. Îòñóòñòâóþò íàäåæíûå äàí-
íûå î äîïóñòèìîé êîíöåíòðàöèè â ýòîì ñëó÷àå
òâåðäûõ ÷àñòèö, íî ìîæíî ïðåäïîëîæèòü, ÷òî
îíà òîãî æå ïîðÿäêà âåëè÷èíû, êàê è äëÿ ïðî-
öåññà Ôèøåðà-Òðîïøà;
28 Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2015. ¹ 4
— ïðîöåññ Ôèøåðà-Òðîïøà òðåáóåò êîí-
öåíòðàöèè ñìîëû íèæå 0,1 ìã/íì–3 è êîíöåí-
òðàöèè òâåðäûõ ÷àñòèö ìåíåå 0,02 ìã/íì–3.
Òàêèì îáðàçîì, â áîëüøèíñòâå ýòèõ ïðèëî-
æåíèé äîïîëíèòåëüíàÿ îáðàáîòêà ñûðîãî ñèí-
òåç-ãàçà ÿâëÿåòñÿ îáÿçàòåëüíîé, ÷òîáû ïîëó÷àòü
åãî êàê ìîæíî áîëåå ÷èñòûì.
Íàëè÷èå ñìîëû â ñèíòåç-ãàçå ÿâëÿåòñÿ íàè-
áîëåå ïðîáëåìàòè÷íûì ïàðàìåòðîì äëÿ ëþáûõ
ïðîìûøëåííûõ ïðîöåññîâ ãàçèôèêàöèè [23].
Ýòîò ôàêòîð ìîæåò èìåòü âàæíûå ïîñëåäñòâèÿ
äëÿ óðîâíÿ ïðîåêòèðîâàíèÿ è ýêñïëóàòàöèè ãà-
çîãåíåðàòîðîâ, èìåÿ â âèäó îáåñïå÷åíèå íàäëå-
æàùåãî êîíòðîëÿ óñëîâèé ðåàêöèé ãàçèôèêà-
öèè. Óðîâåíü ñîäåðæàíèÿ ñìîëû ìîæåò áûòü
èñïîëüçîâàí â êà÷åñòâå èíäèêàòîðà ýôôåêòèâ-
íîñòè ðàáîòû ðåàêòîðà è êîíñòðóêöèè [33].
Ñìîëû ÿâëÿþòñÿ ñëîæíîé ñìåñüþ óãëåâîäî-
ðîäîâ èëè êîíäåíñèðóåìûõ îðãàíè÷åñêèõ ñîåäè-
íåíèé, èìåþùèõ ìîëåêóëÿðíóþ ìàññó âûøå,
÷åì áåíçîëà C6H6. Ýòî îïðåäåëåíèå áûëî ââåäå-
íî ñïåöèàëüíûì ïðîòîêîëîì çàñåäàíèÿ Öåëåâîé
ãðóïïû ãàçèôèêàöèè Ìåæäóíàðîäíîãî ýíåðãå-
òè÷åñêîãî àãåíòñòâà â Áðþññåëå â 1998 ã. [34].
Ðàçëè÷èÿ â ïðèðîäå ñìîëû è åå êîëè÷åñòâî çà-
âèñÿò, â îñíîâíîì, îò óñëîâèé ïåðåðàáîòêè,
ïðèìåíÿåìûõ òåõíîëîãèé è ïðèðîäû ñûðüÿ. Â
íàó÷íîé ëèòåðàòóðå ñîäåðæèòñÿ ìíîæåñòâî äàí-
íûõ î ñîêðàùåíèè ñîäåðæàíèÿ ñìîë, èõ ïðåîáðà-
çîâàíèè èëè óíè÷òîæåíèè â ïðîöåññàõ ãàçèôèêà-
öèè îòõîäîâ.  ýòîé ñâÿçè Ìèëí [32] â íà÷àëå
1998 ã. ñîñëàëñÿ íà áîëåå 400 ðàáîò. Îíè ñîñðå-
äîòî÷åíû íà ïðîáëåìå óäàëåíèÿ ñìîë ïîñðåäñò-
âîì ôèçè÷åñêèõ ïðîöåññîâ èëè èõ êîíâåðñèåé â
òåðìîõèìè÷åñêèõ è êàòàëèòè÷åñêèõ ïðîöåññàõ
(òåïëîâûõ, âîçäåéñòâèåì ïàðîì, ÷àñòè÷íûì îêèñ-
ëåíèåì, êàòàëèòè÷åñêèõ è ïëàçìåííûõ).
Ðàçëè÷àþò äâà ìåòîäà äåñòðóêöèè ñìîë: ïåð-
âè÷íûå (âíóòðè ãàçèôèêàòîðà) è âòîðè÷íûå (ïî-
ñëå ãàçèôèêàòîðà). Ïåðâè÷íûå ìåòîäû áîëåå èí-
òåðåñíû òåì, ÷òî ñíèæåíèå òåðìîäèíàìè÷åñêîé
ýôôåêòèâíîñòè, ñâÿçàííîé ñ îõëàæäåíèåì ãàçà
äëÿ åãî î÷èñòêè ìîæåò áûòü ñâåäåíî ê ìèíèìóìó.
Ëó÷øèì ìåòîäîì ñ÷èòàåòñÿ ïåðâè÷íûé [35].
 îäíîì èç ïðåäûäóùèõ èññëåäîâàíèé [36]
äëÿ ðåôîðìèíãà ïðîäóêòîâ ãàçèôèêàöèè äðåâå-
ñèíû (ñîñíà è äóá), ñîäåðæàùèõ çíà÷èòåëüíîå
êîëè÷åñòâî ñìîë, íà âûõîäå âîçäóøíîãî ãàçè-
ôèêàòîðà ñ íèæíèì äóòüåì èñïîëüçîâàëñÿ ïàðî-
âîé ïëàçìîòðîí. Ýòî îáåñïå÷èâàëî äîïîëíè-
òåëüíûé âûõîä âîäîðîäà çà ñ÷åò ïëàçìåííî-ïà-
ðîâîé êîíâåðñèè íåïðîðåàãèðîâàâøèõ îðãàíè÷å-
ñêèõ ïðîäóêòîâ ïîñëå âîçäóøíîãî ãàçèôèêàòî-
ðà. Ñëåäîâàòåëüíî, ýòî ïðèìåð âòîðè÷íîãî ìå-
òîäà ðàçðóøåíèÿ ñìîëû. Â ðåçóëüòàòå áûë ïî-
ëó÷åí ñèíòåç-ãàç ñ òàêèì æå ñîäåðæàíèåì âîäî-
ðîäà, êàê ïîñëå ïàðîêèñëîðîäíîé ãàçèôèêàöèè
òâåðäîãî òîïëèâà. Äîñòèãíóòî òàêæå çíà÷èòåëü-
íîå ñíèæåíèå îáðàçîâàíèÿ ñàæè è ñìîëû.
Îáðàçîâàíèå ñàæè. Ñàæà ÿâëÿåòñÿ åùå
îäíèì íåæåëàòåëüíûì ïîáî÷íûì ïðîäóêòîì
ïðè ðàáîòå áîëüøèíñòâà óñòàíîâîê ñæèãàíèÿ è
ãàçèôèêàöèè. Â ïðîöåññå ãàçèôèêàöèè ñàæà ÿâ-
ëÿåòñÿ òâåðäûì óãëåðîäîì â êà÷åñòâå ïîáî÷íîãî
ïðîäóêòà ïðîöåññà ïåðåðàáîòêè áèîìàññû (îò-
õîäîâ), íàõîäÿùèìñÿ â ðàâíîâåñèè ñ ãàçîâîé
ôàçîé. Ñ òî÷êè çðåíèÿ àâòîðà ðàáîòû [37], õè-
ìè÷åñêîé ðåàêöèåé, îòâåòñòâåííîé çà îáðàçîâà-
íèå ñàæè ÿâëÿåòñÿ ðåàêöèÿ âîäÿíîãî ãàçà (Ñ +
H2O = CO + H2). Îí ìîòèâèðóåò ýòî òåì, ÷òî
äëÿ áîëüøèíñòâà òåõíîëîãèé ãàçèôèêàöèè òè-
ïè÷íûì ÿâëÿåòñÿ âûñîêîå ñîäåðæàíèå âëàãè,
ïîýòîìó îíà èãðàåò áîëüøóþ ðîëü, ÷åì ðåàêöèÿ
ñ äèîêñèäîì óãëåðîäà (Ñ + CO2 = 2 CO).
Ðàíåå, ïðè ïðîåêòèðîâàíèè ïîëíîìàñøòàá-
íîé ïëàçìåííî-ïàðîâîé óñòàíîâêè ïî ïåðåðàáîò-
êå óãëåðîäñîäåðæàùèõ îòõîäîâ [7, 8], ðèñêè
îáðàçîâàíèÿ â íåé ñàæè âíèìàòåëüíî àíàëèçè-
ðîâàëèñü ñ ïîìîùüþ ñïåöèàëüíîãî ïðîãðàììíî-
ãî îáåñïå÷åíèÿ «ÒÅÐÐÀ» (ñì. íèæå), ÷òîáû
ïðåäîòâðàòèòü èõ îáðàçîâàíèå. Îïûò ýêñïëóà-
òàöèè ýòîé óñòàíîâêè ïîäòâåðäèë ïðàâèëüíîñòü
âûáðàííûõ ðåøåíèé.
Èñêëþ÷åíèå îáðàçîâàíèÿ ñàæè è ñìîëû â
ãàçèôèêàòîðàõ ÿâëÿåòñÿ äîïîëíèòåëüíûì ôàê-
òîðîì ñíèæåíèÿ îáðàçîâàíèÿ äèîêñèíîâ è ôó-
ðàíîâ, òàê êàê îíî ïðîèñõîäèò â îñíîâíîì íà
òâåðäûõ ÷àñòèöàõ â ðåçóëüòàòå ãåòåðîãåííûõ
êàòàëèòè÷åñêèõ ïðîöåññîâ [38–40].
3.3. Îïàñíîñòü çàãðÿçíåíèÿ
òÿæåëûìè ìåòàëëàìè
Íåêîòîðûå âèäû îïàñíûõ îòõîäîâ, íàïðè-
ìåð, äîííûå èëû ñòàíöèé î÷èñòêè ñòî÷íûõ âîä
ñîäåðæàò äâå ãðóïïû âåùåñòâ: ñåëüñêîõîçÿéñò-
âåííîãî íàçíà÷åíèÿ è çàãðÿçíÿþùèå. Ñðåäè ïî-
ñëåäíèõ — òÿæåëûå ìåòàëëû, îðãàíè÷åñêèå
òîêñèêàíòû è áîëåçíåòâîðíûå îðãàíèçìû. Îíè
ìîãóò îòðèöàòåëüíî âëèÿòü íà ïî÷âû, ãðóíòî-
âûå è ïîâåðõíîñòíûå âîäû, ðàñòåíèÿ, æèâîò-
íûõ è ÷åëîâåêà, ñîñòàâëÿÿ ðåàëüíóþ îïàñíîñòü
äëÿ îêðóæàþùåé ñðåäû [41, 42]. Íàëè÷èå çà-
ãðÿçíÿþùèõ âåùåñòâ ïðåïÿòñòâóåò çàõîðîíåíèþ
èëà è ñóùåñòâåííî îãðàíè÷èâàåò åãî ïðèìåíå-
íèå â ñåëüñêîì è ëåñíîì õîçÿéñòâå. Àíàëîãè÷-
íàÿ ñèòóàöèÿ âîçíèêàåò ïðè ñæèãàíèè â èíñèíå-
ðàòîðàõ íåêîòîðûõ îòõîäîâ (íàïðèìåð, ïðî-
ìûøëåííûõ, ìåäèöèíñêèõ, âîåííûõ, à òàêæå
äîííûõ èëîâ), ÷òî ïðèâîäèò ê îáðàçîâàíèþ îò-
íîñèòåëüíî âûñîêîòîêñè÷íûõ îòõîäîâ. Òîêñè÷-
íûå îñòàòêè (çîëà, øëàê, îñàäîê ôèëüòðîâ è
Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2015. ¹ 4 29
îòñòîéíèêîâ) ìîãóò áûòü ëåãêî ðàçìåùåíû íà
ïîëèãîíàõ â ñëó÷àå, åñëè îíè áûëè ñíà÷àëà èì-
ìîáèëèçîâàíû è ïðåîáðàçîâàíû â íåâûùåëà÷è-
âàþùèåñÿ ïðîäóêòû. Åñëè ýòè îñòàòêè íàãðåòü
äî î÷åíü âûñîêîé òåìïåðàòóðû, òî èõ îñíîâíûå
êîìïîíåíòû, âêëþ÷àÿ ìèíåðàëû è òîêñè÷íûå
òÿæåëûå ìåòàëëû, ðàñïëàâëÿþòñÿ è ïðèíèìàþò
ñòåêëîîáðàçíûé âèä. Äëÿ ýòîãî òðåáóþòñÿ òåì-
ïåðàòóðû âûøå 1700 Ê, êîòîðûå íå äîñòóïíû â
áîëüøèíñòâå èíñèíåðàòîðîâ, íî ëåãêî äîñòèãà-
þòñÿ â ïëàçìåííûõ ðåàêòîðàõ [43]. Ñèñòåìà
ïëàçìåííîé âèòðèôèêàöèè çîëû ïðîèçâîäèò õè-
ìè÷åñêè ñòàáèëüíûé è ìåõàíè÷åñêè ïðî÷íûé
ñóáñòðàò. Ïîñëå âèòðèôèêàöèè ýòîò ìèíåðàëü-
íûé ïðîäóêò âûãëÿäèò êàê ñòåêëîâèäíûé, ïî
ñòðóêòóðå ïîõîæèé íà áàçàëüòîâóþ ëàâó (äàæå
ïðåâîñõîäèò áàçàëüò ïî ìåõàíè÷åñêîé ïðî÷íî-
ñòè); åãî îñíîâíûìè êîìïîíåíòàìè ÿâëÿþòñÿ
îêñèäû êðåìíèÿ, àëþìèíèÿ è êàëüöèÿ â âèäå
õèìè÷åñêè íåàêòèâíûõ ñîåäèíåíèé, óñòîé÷èâûõ
ê ïðîìûâêå.
Ýôôåêòèâíîñòü ýòîé òåõíîëîãèè ïîäòâåð-
æäàþò äàííûå òàáë.1 íà ïðèìåðå âèòðèôèêà-
öèè çîëüíîãî îñòàòêà â ìåäèöèíñêîì èíñèíåðà-
òîðå [43].
Ýìïèðè÷åñêàÿ îöåíêà ýíåðãîçàòðàò, òðåáóå-
ìûõ äëÿ ïðîöåññà âèòðèôèêàöèè, ïðèâåäåíà â
ðàáîòå [44]:
M (êã) = 0,35 Ð (êÂò.÷), (9)
ãäå Ì — ìàññà âèòðèôèöèðîâàííîãî ïðîäóêòà;
Ð — ýëåêòðè÷åñêàÿ ýíåðãèÿ, ïîòðåáëÿåìàÿ â
ïðîöåññå.
Îíà äîñòàòî÷íî ïðîñòà è ïîçâîëÿåò ðàññ÷è-
òûâàòü ýíåðãîçàòðàòû, íåîáõîäèìûå äëÿ ðàáîòû
ãàçèôèêàòîðà, íåçàâèñèìî îò òåðìîäèíàìè÷å-
ñêèõ ðàñ÷åòîâ, ñâÿçàííûõ ñ êîíâåðñèåé óãëå-
ðîäñîäåðæàùåãî ñûðüÿ.
Îñîáåííî óáåäèòåëüíî âûãëÿäÿò ðåçóëüòà-
òû ïðèìåíåíèÿ ïëàçìåííîé òåõíîëîãèè äëÿ ïå-
ðåðàáîòêè ðàäèîàêòèâíûõ îòõîäîâ (ÐÀÎ) —
ýòî ëþáûå ìàòåðèàëû, ñîäåðæàùèå ñóùåñòâåí-
íîå êîëè÷åñòâî ðàäèîíóêëèäîâ, äàëüíåéøåå èñ-
ïîëüçîâàíèå êîòîðûõ íå ïðåäâèäèòñÿ. Ïåðåðà-
áîòêà ðàäèîàêòèâíûõ îòõîäîâ íàïðàâëåíà íà
ðåøåíèå äâóõ ãëàâíûõ çàäà÷: î÷èñòêè îñíîâíîé
ìàññû îòõîäîâ îò ðàäèîíóêëèäîâ è êîíöåíòðè-
ðîâàíèå ïîñëåäíèõ â ìèíèìàëüíîì îáúåìå,
óäîáíîì äëÿ äàëüíåéøåé ëîêàëèçàöèè. Øàõò-
íàÿ òåõíîëîãèÿ âûñîêîòåìïåðàòóðíîé ïåðåðà-
áîòêè ðàäèîàêòèâíûõ îòõîäîâ ñ èñïîëüçîâàíèåì
ïëàçìåííûõ èñòî÷íèêîâ íàãðåâà ñîçäàíà äëÿ ïå-
ðåðàáîòêè ÐÀÎ Íîâîâîðîíåæñêîé ÀÝÑ â ñâÿçè
ñ âûâîäîì èç ýêñïëóàòàöèè åå ýíåðãîáëîêîâ ïî-
ñëå âûðàáîòêè ñðîêà ñëóæáû [45, 46]. Îíà
îáåñïå÷èâàåò ãàçèôèêàöèþ îðãàíè÷åñêèõ êîìïî-
íåíòîâ ñ ïîñëåäóþùèì ñæèãàíèåì îáðàçóþùå-
ãîñÿ ïðè ýòîì ïèðîãàçà, î÷èñòêó ïðîäóêòîâ ñãî-
ðàíèÿ è âûáðîñ îáåçâðåæåííûõ ãàçîîáðàçíûõ
ïðîäóêòîâ â àòìîñôåðó. Íåîðãàíè÷åñêàÿ ÷àñòü
ïëàâèòñÿ ñ ïîñëåäóþùèì óäàëåíèåì èç çîíû ïå-
ðåðàáîòêè â âèäå æèäêîãî øëàêà, îáðàçóþùåãî
ïðè çàñòûâàíèè ñòåêëîïîäîáíóþ ìàññó. Â ïî-
ñëåäíåé èíêîðïîðèðóþòñÿ âðåäíûå íåîðãàíè÷å-
ñêèå êîìïîíåíòû; îíà îáëàäàåò ñïîñîáíîñòüþ
ñîõðàíÿòü öåëîñòíîñòü ïðè ïîñëåäóþùåì çàõî-
ðîíåíèè â ãðóíò íà äëèòåëüíûé ïåðèîä âðåìå-
íè, äîñòèãàþùèé ñîòåí è òûñÿ÷ ëåò. Â ðåçóëü-
òàòå èñïûòàíèé óñòàíîâëåíî, ÷òî ñîäåðæàíèå
ñóììû äèîêñèíîâ è ôóðàíîâ â îòõîäÿùèõ ãàçàõ
íà âûõîäå ñèñòåìû ãàçîî÷èñòêè â 5 ðàç íèæå
ïðèâåäåííîãî âûøå åâðîïåéñêîãî íîðìàòèâà
äëÿ óñòàíîâîê ñæèãàíèÿ îòõîäîâ. Êîíöåíòðàöèÿ
òÿæåëûõ ìåòàëëîâ â òåõíîëîãè÷åñêèõ ãàçîâûõ
âûáðîñàõ â àòìîñôåðó òàêæå íèæå íîðìàòèâîâ,
óñòàíîâëåííûõ â ñòðàíàõ Çàïàäíîé Åâðîïû.
Ïëàçìåííàÿ òåõíîëîãèÿ îáåñïå÷èâàåò âûñîêèå
ïîêàçàòåëè ñîêðàùåíèÿ îáúåìîâ ñìåøàííûõ îò-
õîäîâ — îò 25 äî 40 ðàç.
Ïóáëèêàöèÿ [45] ÿâëÿåòñÿ ëó÷øèì îòâåòîì
àâòîðàì ñòàòüè [47], â êîòîðîé ïîäâåðãàþòñÿ
ñîìíåíèþ, â ÷àñòíîñòè, ýêîëîãè÷åñêèå ïðåèìó-
ùåñòâà ñïîñîáîâ ïåðåðàáîòêè îïàñíûõ îòõîäîâ
ñ ïðèìåíåíèåì ïëàçìåííûõ òåõíîëîãèé.
4. Ìåòîäèêà òåðìîäèíàìè÷åñêîãî ðàñ÷åòà
ïðîöåññà ãàçèôèêàöèè ñ ïðèìåíåíèåì
ïëàçìåííûõ òåõíîëîãèé
Îáîáùåííàÿ ðåàêöèÿ ãàçèôèêàöèè. Â
íàñòîÿùåå âðåìÿ äëÿ êîëè÷åñòâåííîãî àíàëèçà
ïðîöåññîâ ãàçèôèêàöèè ðàçðàáîòàíî è ïðèìåíÿ-
åòñÿ äîâîëüíî ìíîãî ïðîãðàììíûõ ñðåäñòâ. Ïðè
âñåõ ïðåèìóùåñòâàõ ÷èñëåííûõ ðàñ÷åòîâ â òà-
êîãî ðîäà ïóáëèêàöèÿõ óõîäÿò «â òåíü» áàçî-
âûå ôèçèêî-õèìè÷åñêèå çàêîíîìåðíîñòè, íà
çíàíèè êîòîðûõ è ïîñòðîåíî ÿñíîå ïîíèìàíèå
òîãî èëè èíîãî ïðîöåññà. Â äåéñòâèòåëüíîñòè
30 Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2015. ¹ 4
Òàáëèöà 1. Êîíöåíòðàöèÿ òÿæåëûõ ìåòàëëîâ â
âîäíîé âûòÿæêå, ïîëó÷åííîé â òåñòå íà âûùå-
ëà÷èâàíèå çîëû ìåäèöèíñêîãî èíñèíåðàòîðà
Èîí
ìåòàëëà
Êîíöåíòðàöèÿ â âîäíîé âûòÿæêå, ìã/äì3
çîëà èíñèíåðàòîðà âèòðèôèöèðîâàííûé øëàê
Pb2+ 0,80 < 0,005*
Cu2+ 0,63 0,010
Ni2+ 0,84 < 0,005*
Zn2+ 0,52 < 0,005*
Cr2+ 0,05 < 0,005*
Mn2+ 0,42 < 0,005*
* Íèæå ïðåäåëà ÷óâñòâèòåëüíîñòè.
æå, â îñíîâå êîëè÷åñòâåííîãî îïèñàíèÿ ïðîöåñ-
ñîâ ãàçèôèêàöèè ëåæàò âåñüìà ïðîñòûå òåðìî-
äèíàìè÷åñêèå ñîîòíîøåíèÿ, âûòåêàþùèå èç çà-
êîíîâ Ãåññà, êîòîðûå ïðèìåíÿþòñÿ â òåðìîõè-
ìèè [48], çà èñêëþ÷åíèåì îäíîãî îáñòîÿòåëüñò-
âà — êà÷åñòâåííîãî õàðàêòåðà, íà êîòîðîì ìû
îñòàíîâèìñÿ íèæå.
Ñëåäóÿ [49, 37], ïðîöåññ ïëàçìåííî-ïàðî-
âîé ãàçèôèêàöèè ìîæíî ïðåäñòàâèòü áðóòòî-ôî-
ìóëîé â òàêîì äîñòàòî÷íî îáùåì âèäå:
CHxOy + w H2O + m O2 = n1 H2 +
+ n2 CO + n3 CO2 + n4 H2O +
+ n5 CH4 + n6 C – QÒÐ, (10)
ãäå w, m — êîëè÷åñòâî âîäû è êèñëîðîäà ñî-
òâåòñòâåííî íà 1 êìîëü îòõîäîâ; n1–n6 — êîýô-
ôèöèåíòû äëÿ ñîîòâåòñòâóþùèõ ïðîäóêòîâ ðå-
àêöèè (ñðåäè ïîñëåäíèõ óêàçàíû ãàçîîáðàçíûå
ïðîäóêòû, ÷àùå âñåãî ïîëó÷àåìûå â ñîñòàâå
ïðîäóêòîâ ãàçèôèêàöèè, è ñàæà); QÒÐ — ñóì-
ìàðíàÿ òåïëîâàÿ ýíåðãèÿ (QÒÐ = QR + QÐL), êî-
òîðàÿ âûäåëÿåòñÿ â ðåçóëüòàòå õèìè÷åñêèõ ðå-
àêöèé QR è ââîäèòñÿ ñî ñòðóåé ïëàçìîòðîíà
QÐL ñ òàêèì ðàñ÷åòîì, ÷òîáû ðåàãèðóþùàÿ
ñìåñü äîñòèãëà òðåáóåìîé òåìïåðàòóðû ÒÐ ïîëó-
÷åíèÿ ïðîäóêòîâ ãàçèôèêàöèè.
«Èäåàëüíîìó» ïðîöåññó ïëàçìåííî-ïàðîâîé
ãàçèôèêàöèè ñîîòâåòñòâîâàë áû ñëó÷àé, êîãäà ñ
ïðàâîé ñòîðîíû ïðèñóòñòâîâàëè áû òîëüêî H2 è
CO. Â ïðèíöèïå, ìîæíî ñîñòàâèòü ìíîæåñòâî
âàðèàíòîâ ðåàêöèè (10) ñ ðàçëè÷íûìè ñòåõèî-
ìåòðè÷åñêèìè êîýôôèöèåíòàìè, â òîì ÷èñëå ñî-
îòâåòñòâóþùèìè «èäåàëüíîìó» ïðîöåñó. Îäíàêî
ïðèðîäà â ñîãëàñèè ñî âòîðûì çàêîíîì òåðìîäè-
íàìèêè âûáèðàåò òîëüêî òàêîé ïóòü ïðîõîæäå-
íèÿ è çàâåðøåíèÿ òîé èëè èíîé ðåàêöèè, â êîòî-
ðîì ðåàëèçóåòñÿ ïðèíöèï ìàêñèìóìà ýíòðîïèè:
dS � dQ/T. (11)
Ýíåðãåòèêà ïðîöåññà. Îñòàíîâèìñÿ áîëåå
ïîäðîáíî âíà÷àëå íà ýíåðãåòè÷åñêèõ ñîîòíîøåíè-
ÿõ. Ïåðâîèñòî÷íèêîì ýíåðãèè â õèìè÷åñêèõ ðåàê-
öèÿõ ñëóæèò ïåðåñòðîéêà õèìè÷åñêèõ ñâÿçåé îò
ðåàãåíòîâ (ëåâàÿ ÷àñòü ôîðìóëû (10)) äî ïîëó-
÷àåìûõ ïðîäóêòîâ (ïðàâàÿ ÷àñòü).  êîëè÷åñòâåí-
íîì îòíîøåíèè ýíåðãèþ õèìè÷åñêèõ ñâÿçåé îïè-
ñûâàåò ýíòàëüïèÿ (äðóãèìè ñëîâàìè — ýíåðãîñî-
äåðæàíèå). Ïîñêîëüêó îíà çàâèñèò îò òåìïåðàòó-
ðû, òî â êà÷åñòâå «òî÷êè îòñ÷åòà» ñëóæèò ñòàí-
äàðòíàÿ ýíòàëüïèÿ îáðàçîâàíèÿ �hi
0, îïðåäåëÿå-
ìàÿ â ñòàíäàðòíûõ óñëîâèÿõ (25 �Ñ è 1 àòì) â
åäèíèöàõ èçìåðåíèÿ ÌÄæ/êìîëü èëè ÌÄæ/êã.
Ýëåìåíòû â èõ íàèáîëåå ñòàáèëüíûõ ôîðìàõ
(Ñ(ãðàôèò), Í2, Î2 è N2) èìåþò íóëåâóþ ñòàíäàðò-
íóþ ýíòàëüïèþ îáðàçîâàíèÿ. Ýíòàëüïèè îáðàçî-
âàíèÿ èñïîëüçóåìûõ â ïðîöåññàõ ãàçèôèêàöèè
õèìè÷åñêèõ ñîåäèíåíèé ïðèâåäåíû â òàáë.2.
Îòêëîíåíèå ýíòàëüïèè îò óðîâíÿ, õàðàê- òåðíî-
ãî äëÿ ñòàíäàðòíûõ óñëîâèé, ñ èçìåíåíèåì òåì-
ïåðàòóðû ïðè ïîñòîÿííîì äàâëåíèè ìîæíî
ïðåäñòàâèòü â ñëåäóþùåì âèäå:
h c (T)dT.si p
T
T
0
� � (12)
Çäåñü èíäåêñ i ñîîòâåòñòâóåò ñîðòó ÷àñòèö i; Ò0
— ñòàíäàðòíàÿ òåìïåðàòóðà (25 �Ñ); cp — òåï-
ëîåìêîñòü ïðè ïîñòîÿííîì äàâëåíèè.
Îáùèå çàêîíîìåðíîñòè èçìåíåíèÿ òåïëî-
åìêîñòè äëÿ ðàçëè÷íûõ ìîëåêóëÿðíûõ ãàçîâ
Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2015. ¹ 4 31
Ðèñ.1. Òåìïåðàòóðíàÿ çàâèñèìîñòü ìîëÿðíîé òåïëîåìêîñòè
H, H2, N2 è H2O.Âêëàä îò âîçáóæäåíèé: êîëåáàòåëüíûõ
ñòåïåíåé ñâîáîäû ìíîãîàòîìíûõ (I), äâóõàòîìíûõ ìîëåêóë
(II); âðàùàòåëüíûõ ñòåïåíåé ñâîáîäû äâóõàòîìíûõ ìîëåêóë
(III); ïîñòóïàòåëüíûõ ñòåïåíåé ñâîáîäû (IV).
Òàáëèöà 2. Ýíòàëüïèè îáðàçîâàíèÿ òèïè÷íûõ
äëÿ ïðîöåññîâ ãàçèôèêàöèè õèìè÷åñêèõ ñîåäè-
íåíèé
¹¹ ï/ï Âåùåñòâî �h0, ÌÄæ/êìîëü
1 H2O (ã) –241,83
2 CO2 –393,52
3 CO –110,53
4 CH4 –74,87
5 C3H8 –104,71
6 CH3OH (ã) –201,54
7 CH3OH (æ) –238,43
8 C2H6O (ã) –235,12
9 C2H6O (æ) –277,02
10 H +217,99
11 N +472,79
12 NO +90,29
13 NO2 +33,10
14 O +249,19
15 OH +39,46
16 C (ã) +715,00
Ïðèìå÷àíèå. (ã) — ãàç; (æ) — æèäêîñòü.
ïðåäñòàâëåíû íà ðèñ.1 [27]. Ïðè íèçêèõ òåìïå-
ðàòóðàõ âîçáóæäàþòñÿ òîëüêî ïîñòóïàòåëüíûå
ñòåïåíè ñâîáîäû ÷àñòèöû, ìîëÿðíàÿ òåïëîåì-
êîñòü (ïðè ïîñòîÿííîì îáúåìå) ðàâíà (3/2) R.
Ïðè áîëåå âûñîêèõ òåìïåðàòóðàõ âêëàä â òåï-
ëîåìêîñòü äàþò âðàùàòåëüíûå ñòåïåíè ñâîáîäû,
è îíà ñòàíîâèòñÿ ðàâíîé (5/2) R (äëÿ äâóõ-
àòîìíûõ ìîëåêóë). Ïðè åùå áîëåå âûñîêèõ
òåìïåðàòóðàõ íà÷èíàþò âîçáóæäàòüñÿ êîëåáà-
òåëüíûå ñòåïåíè ñâîáîäû ÷àñòèöû, ìîëÿðíàÿ òå-
ïëîåìêîñòü äîñòèãàåò (7/2) R äëÿ äâóõàòîì-
íûõ ìîëåêóë è äàæå áîëüøå äëÿ ìíîãîàòîìíûõ.
Õîòÿ èçìåíåíèå cp ñ òåìïåðàòóðîé îáû÷íî
ìàëî, âñå æå äëÿ áîëåå ñòðîãèõ ýíåðãåòè÷åñêèõ
ðàñ÷åòîâ èñïîëüçóåòñÿ, íàïðèìåð, òàêîå ýìïè-
ðè÷åñêîå ñîîòíîøåíèå:
cp = +
Ò + � Ò2, (13)
ãäå ,
, � — òàáóëèðîâàííûå âåëè÷èíû.
Èõ çíà÷åíèÿ äëÿ íåêîòîðûõ âåùåñòâ, õà-
ðàêòåðíûõ äëÿ ïðîöåññîâ ãàçèôèêàöèè, ïðåä-
ñòàâëåíû â òàáë.3 [48]. Áîëåå äåòàëüíî ìåòîäû
ïðåäñòàâëåíèÿ cp (Ò) èçëîæåíû íèæå, â ñâÿçè ñ
îáñóæäåíèåì ôîðìóëû (42).
Òàáëèöà 3. Çíà÷åíèÿ ïîñòîÿííûõ �, �, � â ýì-
ïèðè÷åñêîé ôîðìóëå äëÿ òåïëîåìêîñòè íåêîòî-
ðûõ ãàçîâ
Âåùåñòâî ,
Äæ/(Ê.ìîëü)
,
Äæ/(Ê2.ìîëü)
�,
Äæ/(Ê3.ìîëü)
O2 (ã) 25,503 13,612.10–3 –42,553.10–7
N2 (ã) 26,984 5,910.10–3 –3,376.10–7
CO2 (ã) 26,648 42,262.10–3 –142,4.10–7
H2O (ã) 30,206 9,936.10–3 11,14.10–7
 ñîîòâåòñòâèè ñ çàêîíîì ñîõðàíåíèÿ
ýíåðãèè ýíòàëüïèÿ ðåàãåíòîâ HR (TR) (òî åñòü,
åñëè ïðîåöèðîâàòü íà ðåàêöèþ ãàçèôèêàöèè
(10), ñóììà ýíòàëüïèé âåùåñòâ â åå ëåâîé
÷àñòè) ðàâíÿåòñÿ ñóììå ïîëíûõ ýíòàëüïèé
ïîëó÷àåìûõ ïðîäóêòîâ HP (TP) (âåùåñòâ â
ïðàâîé ÷àñòè ðåàêöèè (10)):
HR (TR) = HP (TP). (14)
Èñõîäÿ èç ñïåöèôèêè ïðîöåññîâ ãàçèôèêà-
öèè, â ñëó÷àå ðåàãåíòîâ ìîæíî, êàê ïðàâèëî,
îãðàíè÷èòüñÿ ñóììîé ñòàíäàðòíûõ ýíòàëüïèé
H0
R (TR). Îäíàêî äëÿ ó÷åòà ýíåðãèè ïðîäóêòîâ
ðåàêöèè ñëåäóåò ðàññìàòðèâàòü ñóììó ïîëíûõ
ýíòàëüïèé, âêëþ÷àÿ çàâèñÿùèå îò òåìïåðàòóðû
åå ñîñòàâëÿþùèå (12). Òàêèì îáðàçîì, èñêîìîå
ýíåðãåòè÷åñêîå ñîîòíîøåíèå ìîæíî ïðåäñòàâèòü
â âèäå:
N h h T N hi,P i,P si,P P i,R i,R
ii
[ ( )] [ ].� �
0 0
� �
(15)
Çäåñü èíäåêñû «Ð» è «R» ñîîòâåòñòâóþò ïðî-
äóêòàì ðåàêöèè è ðåàãåíòàì; Ni — êîëè÷åñòâî
âåùåñòâà ñîðòà i, ìîëü.
 òàêîì âèäå ýòà ôîðìóëà èñïîëüçóåòñÿ
îáû÷íî äëÿ îïðåäåëåíèÿ òåìïåðàòóðû ïëàìåíè
â ïðîöåññàõ ãîðåíèÿ [49 (ãë. 2)] ñ ó÷åòîì òåì-
ïåðàòóðíîé çàâèñèìîñòè ñëàãàåìûõ hsi, cîãëàñíî
(12). Â óïðîùåííîì âàðèàíòå, íàïðèìåð, äëÿ
óïîìÿíóòîãî âûøå «èäåàëüíîãî» ïðîöåññà ãàçè-
ôèêàöèè îíà èìååò äîâîëüíî ïðîñòîé âèä:
n1 (5/2)R (TP – TR) + n2 [�hCO +
+ (5/2) R (TP – TR)] =
= �hCHxOy + w �hH2O. (16)
Çäåñü ó÷òåíî, ÷òî �hH2 è �hÎ2 ðàâíû íóëþ, à
òåïëîåìêîñòè ïðîäóêòîâ ãàçèôèêàöèè ïðèáëè-
æåííî ïðèíÿòû êîíñòàíòàìè, ñîãëàñíî ðèñ.1
(ìîæíî òàêæå âîñïîëüçîâàòüñÿ ïåðâûì ñëàãàå-
ìûì â ôîðìóëå (13)). Îòñþäà íåñëîæíî íàéòè
èñêîìóþ òåìïåðàòóðó TP.
Îäíàêî â ñëó÷àå ñêðóïóëåçíûõ âû÷èñëåíèé
ñëîæíîñòü ïðèìåíåíèÿ ôîðìóëû (15) ñîñòîèò â
íåëèíåéíîñòè òåìïåðàòóðíûõ çàâèñèìîñòåé òåï-
ëîåìêîñòåé âåùåñòâ cp (Ò) (13). Ïîýòîìó ñòðî-
ãîå ðåøåíèå (15) ïî îòíîøåíèþ ê Ò îñóùåñòâ-
ëÿåòñÿ, íàïðèìåð, â èòåðàöèîííîì ïðîöåññå ìå-
òîäîì ïîñëåäîâàòåëüíûõ ïðèáëèæåíèé.
Ïðèìåíèòåëüíî ê ñîáñòâåííî ïðîöåññàì ãàçè-
ôèêàöèè èñïîëüçîâàíèå ýòèõ ñîîòíîøåíèé âûãëÿ-
äèò äàæå ïðîùå. Ó÷òåì ñïåöèôèêó ãàçèôèêàöèè
íà îñíîâå ïëàçìåííûõ òåõíîëîãèé ââåäåíèåì ìîù-
íîñòè ïëàçìîòðîíà QÐL â óðàâíåíèå ýíåðãèè (14):
HR (TR) = HP (TP) + QPL. (17)
Çäåñü çàðàíåå èçâåñòíîé ÿâëÿåòñÿ òðåáóå-
ìàÿ îïòèìàëüíàÿ òåìïåðàòóðà ïðîöåññà TÐ, à
èñêîìîé âåëè÷èíîé ÿâëÿåòñÿ QÐL. Èñïîëüçóÿ
êîíêðåòíûå âûðàæåíèÿ ñîãëàñíî (15), (12) è
(13), ýòî óðàâíåíèå ðåøàåòñÿ áåç ïðîáëåì.
Ðàâíîâåñíûé ñîñòàâ ïðîäóêòîâ ãàçè-
ôèêàöèè. Óðàâíåíèå (10) äëÿ ïðîöåññà ïëàç-
ìåííî-ïàðîâîé ãàçèôèêàöèè èìååò â íåêîòîðîì
ñìûñëå «æåëàòåëüíûé» õàðàêòåð, òàê êàê íè÷å-
ãî íå ãîâîðèò î ñòåõèîìåòðèè è, ñîîòâåòñòâåííî,
îá ýíåðãåòèêå ïðîöåññà. Ïðèìåíèòåëüíî ê êëàñ-
ñè÷åñêîé çàäà÷å ãàçèôèêàöèè óãëÿ ðåøåíèå ïî-
äîáíîé çàäà÷è êîíêðåòèçèðîâàíî â ìîíîãðàôèè
ïðåäñòàâèòåëåé ãåðìàíñêîé øêîëû [9]. Â ýòîé
ìîíîãðàôèè, à âñëåä çà íåé â ñîâðåìåííûõ ðà-
áîòàõ [23, 37] ðàññìàòðèâàþòñÿ îòäåëüíî íå-
ñêîëüêî áàçîâûõ õèìè÷åñêèõ ðåàêöèé, îïèñû-
32 Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2015. ¹ 4
âàþùèõ ïðîöåññ ãàçèôèêàöèè, êîòîðûå ïðè-
âåäåíû â òàáë.4.
Çäåñü ïðåäñòàâëåíû òàêæå ýíòàëüïèè ðåàê-
öèé �H0 ïðè ñòàíäàðòíûõ óñëîâèÿõ , ñîãëàñíî
[9],â ñîîòâåòñòâèè ñ ñîâðåìåííûìè äàííûìè [23].
Äëÿ óãëåðîäà â [9] áûëà ïðèíÿòà ñòàíäàðòíàÿ ýí-
òàëüïèÿ îáðàçîâàíèÿ �h0 = 12,5 êÄæ/ìîëü. Òà-
êèì îáðàçîì, ó÷òåíû ñâîéñòâà êîêñîâîãî óãëåðîäà
âìåñòî ãðàôèòèçèðîâàííîãî.
Ðåàêöèè (18)–(24) çàêëþ÷àþò â ñåáå èí-
ôîðìàöèþ î ñòåõèîìåòðèè è ýíåðãåòèêå áàçî-
âûõ ðåàêöèé ïðè ãàçèôèêàöèè, íî íè÷åãî íå ãî-
âîðÿò îá èõ ïîëíîòå è õàðàêòåðå ïðîòåêàíèÿ.
Áîëåå òîãî, äàæå â ñëó÷àå, íàïðèìåð, áàçîâîé
ðåàêöèè (21) õàðàêòåð èçìåíåíèÿ åå êîìïî-
íåíòîâ ïðè èçìåíåíèè òåìïåðàòóðû íå ñîîòâåò-
ñòâóåò ñîñòàâó ôèãóðèðóþùèõ â íåé ðåàãåíòîâ.
Îá ýòîì ñâèäåòåëüñòâóåò ñòðîãèé àíàëèç ýòîãî
ïðîöåññà ñ ïîìîùüþ ïðîãðàììû òåðìîäèíàìè-
÷åñêèõ ðàñ÷åòîâ «ÒÅÐÐÀ», êîòîðàÿ áóäåò ïðåä-
ñòàâëåíà íèæå. Èç ðåçóëüòàòîâ ýòîãî ðàñ÷åòà,
ïîêàçàííûõ íà ðèñ.2, ñëåäóåò, ÷òî â îáëàñòè
òåìïåðàòóð äî 1200 K ñðåäè êîìïîíåíòîâ ðåàê-
öèè ïîÿâëÿþòñÿ ÑÍ4 è ÑÎ2, êîòîðûå íå ôèãó-
ðèðóþò â (21).
Ïîëíûå ñâåäåíèÿ î ïîëíîòå è õàðàêòåðå
ïðîòåêàíèÿ ðåàêöèé ãàçèôèêàöèè ìîãóò áûòü
ïîëó÷åíû òîëüêî ñ ó÷åòîì òåðìîäèíàìè÷åñêèõ è
êèíåòè÷åñêèõ çàêîíîìåðíîñòåé, à òàêæå óñëî-
âèé ñòàöèîíàðíîãî ðåæèìà. Â óñëîâèÿõ òåðìî-
äèíàìè÷åñêîãî ðàâíîâåñèÿ ñîñòîÿíèå ñèñòåìû
ïîëíîñòüþ îïðåäåëÿåòñÿ êîíöåíòðàöèåé åå êîì-
ïîíåíòîâ è òåìïåðàòóðîé.
Òàêèì îáðàçîì, äëÿ êîíêðåòèçàöèè ðåøå-
íèÿ óðàâíåíèÿ ïëàçìåííî-ïàðîâîé ãàçèôèêàöèè
(10) íóæíî íàéòè çíà÷åíèÿ êîýôôèöèåíòîâ
n1–n6 è òåìïåðàòóðó Ò (âñåãî 7 ïàðàìåòðîâ).
Ñëåäîâàòåëüíî, íåîáõîäèìî ñôîðìóëèðîâàòü
ñèñòåìó èç 7 óðàâíåíèé.  íåå âêëþ÷àþòñÿ òðè
íåçàâèñèìûõ ðåàêöèè (21), (23) è (24) (îñîáåí-
íîñòè âûáîðà íåçàâèñèìûõ ðåàêöèé èçëîæåíû â
[27 (ðàçä. 4.8)]), óðàâíåíèå òåïëîâîãî áàëàíñà
(14), à òàêæå òðè ÷àñòíûõ ìàññîâûõ áàëàíñà
äëÿ Ñ, Í è Î:
— áàëàíñ óãëåðîäà
1 = n2 + n3 + n5 + n6; (30)
Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2015. ¹ 4 33
Ðèñ.2. Òåðìîäèíàìè÷åñêèé àíàëèç ïîêîìïîíåíòíîãî ñîñòàâà
ðåàêöèè âîäÿíîãî ãàçà ïðè èçìåíåíèè òåìïåðàòóðû.
Òàáëèöà 4. Áàçîâûå ðåàêöèè, îïèñûâàþùèå ïðîöåññ ãàçèôèêàöèè â ðàáîòàõ [9]/[23]
Íàèìåíîâàíèå ðåàêöèè Õèìè÷åñêàÿ ðåàêöèÿ �H0, êÄæ/ìîëü Íîìåð
ðåàêöèè
Ãàçèôèêàöèÿ êèñëîðîäîì èëè âîçäóõîì
(íåïîëíîå ãîðåíèå)
Ñ + (1/2) Î2 = ÑÎ –123,1/–110,56 (18)
Ãîðåíèå â êèñëîðîäå Ñ + Î2 = ÑÎ2 –404,7/–393,65 (19)
Ãàçèôèêàöèÿ óãëåêèñëûì ãàçîì (ðåàêöèÿ
Áóäóàðà)
Ñ + ÑÎ2 = 2 ÑÎ +159,9/+172,52 (20)
Ãàçèôèêàöèÿ âîäÿíûì ïàðîì (ðåàêöèÿ
âîäÿíîãî ãàçà)
Ñ + Í2O = ÑÎ + Í2 +118,5/+131,2 (21)
Ãàçèôèêàöèÿ âîäîðîäîì (ãèäðîãàçèôèêàöèÿ) Ñ + 2 Í2 = ÑÍ4 –87,5/–74,87 (22)
Ðåàêöèÿ ñäâèãà âîäÿíîãî ãàçà ÑÎ + Í2Î = Í2 + ÑÎ2 – 40,9/–41,18 (23)
Ìåòàíèçàöèÿ ÑÎ + Ç Í2 = ÑÍ4 + Í2Î –205,9/–206,23 (24)
Îêèñëåíèå âîäîðîäà H2 + (1/2) O2 = H2O –/–241,09 (25)
Îêèñëåíèå îêñèäà óãëåðîäà CO + (1/2) O2 = CO2 –/–283,01 (26)
Ñóõîé ðåôîðìèíã CnHm + n CO2 = (m/2) H2 + 2n CO ýíäîòåðìè÷åñêàÿ (27)
Ïàðîâîé ðåôîðìèíã CnHm + n H2O = (n + m/2) H2 + n CO ýíäîòåðìè÷åñêàÿ (28)
×àñòè÷íîå îêèñëåíèå CnHmOk CnHm + (n/2) O2 = (m/2) H2 + n CO ýíäîòåðìè÷åñêàÿ (29)
— áàëàíñ âîäîðîäà
x + 2 w = 2 n1 + 2 n4 + 4 n5; (31)
— áàëàíñ êèñëîðîäà
y + w + 2 m = n2 + n3 + n5 + n6. (32)
Êàê è âñå õèìè÷åñêèå ðåàêöèè, îáñóæäàå-
ìûå çäåñü õàðàêòåðíûå äëÿ ïðîöåññà ãàçèôèêà-
öèè ðåàêöèè (18)–(24) òàêæå ñòðåìÿòñÿ ê ñî-
ñòîÿíèþ ðàâíîâåñèÿ. Ýòî îçíà÷àåò, ÷òî ïîñëå
äîñòàòî÷íîãî âðåìåíè ðåàãèðîâàíèÿ â çàâèñèìî-
ñòè îò òåìïåðàòóðû è äàâëåíèÿ èñõîäíûå è êî-
íå÷íûå ïðîäóêòû îêàçûâàþòñÿ â óñòîé÷èâîì ñî-
îòíîøåíèè äðóã ñ äðóãîì, êîòîðîå õàðàêòåðèçó-
åòñÿ êîíñòàíòîé ðàâíîâåñèÿ Êi. Äëÿ âûáðàííûõ
íåçàâèñèìûõ ðåàêöèé (21), (23) è (24) îíè
èìåþò òàêîé âèä:
K
[CO][H ]
[CH ][H O]
1
2
3
4 2
� ; (33, à)
K
[CO ][H ]
[CO][H O]
2
2 2
2
� ; (33, á)
K
[CO][H ]
[H O]
3
2
2
� ; (33, â)
ãäå âåëè÷èíû, çàêëþ÷åííûå â êâàäðàòíûå ñêîá-
êè, ïðåäñòàâëÿþò ñîáîé ìîëüíûå äîëè ñîîòâåò-
ñòâóþùåãî ãàçà.
Êàæäàÿ èç êîíñòàíò ðàâíîâåñèÿ ÿâëÿåòñÿ
ôóíêöèåé òîëüêî òåìïåðàòóðû Ò [48 (ï. 9.3)]:
ln K = –�r G0/RT. (34)
Çäåñü ôèãóðèðóåò òàêæå ïîòåíöèàë Ãèááñà �r G0
äëÿ êàæäîé èç ðåàêöèé:
�r G0 = �H0 + T �S0. (35)
Îí îòðàæàåò òîò ôàêò, ÷òî â õèìè÷åñêèõ
ïðîöåññàõ îäíîâðåìåííî äåéñòâóþò äâà ïðîòèâî-
ïîëîæíûõ ôàêòîðà: ýíòðîïèéíûé T�S0 è ýíòàëü-
ïèéíûé �H0. Èç ýòîãî âûðàæåíèÿ ñëåäóåò, ÷òî
�H0 = �G0 – T �S0, (36)
òî åñòü íåêîòîðîå êîëè÷åñòâî òåïëîòû ðàñõîäóåòñÿ
íà óâåëè÷åíèå ýíòðîïèè (T �S0); ñëåäîâàòåëüíî,
ýòà ÷àñòü ýíåðãèè òåðÿåòñÿ äëÿ ñîâåðøåíèÿ
ïîëåçíîé ðàáîòû (ðàññåèâàåòñÿ â îêðóæàþùóþ
ñðåäó â âèäå òåïëà), è åå ÷àñòî íàçûâàþò ñâÿçàí-
íîé ýíåðãèåé. Äðóãàÿ ÷àñòü òåïëîòû (�G0) ìîæåò
áûòü èñïîëüçîâàíà äëÿ ñîâåðøåíèÿ ðàáîòû, ïî-
ýòîìó ïîòåíöèàë Ãèááñà ÷àñòî íàçûâàþò òàêæå
ñâîáîäíîé ýíåðãèåé.
Õàðàêòåð èçìåíåíèÿ ýíåðãèè Ãèááñà ïîçâî-
ëÿåò ñóäèòü î ïðèíöèïèàëüíîé âîçìîæíîñòè
îñóùåñòâëåíèÿ òîãî èëè èíîãî ïðîöåññà. Ïðè
�G0 < 0 ïðîöåññ ïðîòåêàòü ìîæåò, ïðè �G0 > 0
— íå ìîæåò (èíûìè ñëîâàìè, åñëè ýíåðãèÿ
Ãèááñà â èñõîäíîì ñîñòîÿíèè ñèñòåìû áîëüøå,
÷åì â êîíå÷íîì, òî ïðîöåññ ïðèíöèïèàëüíî ìî-
æåò îñóùåñòâëÿòüñÿ, åñëè íàîáîðîò — òî íåò).
Åñëè æå �G0 = 0, òî ñèñòåìà íàõîäèòñÿ â
ñîñòîÿíèè õèìè÷åñêîãî ðàâíîâåñèÿ. Ýòî îáñòîÿ-
òåëüñòâî ìîæåò èñïîëüçîâàòüñÿ äëÿ àíàëèçà ïðî-
òåêàíèÿ òåõ èëè èíûõ ðåàêöèé â òåõíîëîãè÷å-
ñêîì ïðîöåññå ãàçèôèêàöèè.
Äëÿ ðàñ÷åòà êîíñòàíò ðàâíîâåñèÿ ìîæíî
âîñïîëüçîâàòüñÿ óðàâíåíèåì Âàíò-Ãîôôà [48
(ï. 9.3)]:
d lnK (T)/dT = �r H0/RT2. (37)
Çíàê ïðîèçâîäíîé â ýòîì óðàâíåíèè îïðåäåëÿåò-
ñÿ çíàêîì òåïëîâîãî ýôôåêòà ðåàêöèè: åñëè
�r H0 > 0, òî (d ln K/dT)P > 0 — çíà÷èò, ñ ïî-
âûøåíèåì òåìïåðàòóðû êîíñòàíòà ðàâíîâåñèÿ
óâåëè÷èâàåòñÿ, õèìè÷åñêîå ðàâíîâåñèå ñìåùàåò-
ñÿ â ñòîðîíó îáðàçîâàíèÿ ïðîäóêòîâ è íàîáîðîò;
åñëè �rH0 = 0, òî êîíñòàíòà ðàâíîâåñèÿ íå çàâè-
ñèò îò òåìïåðàòóðû (èíäåêñ «ð» ñîîòâåòñòâóåò
èçîáàðå).
Ïîñêîëüêó òåïëîòà ðåàêöèè �rH0 î÷åíü
ñëàáî ìåíÿåòñÿ ñ òåìïåðàòóðîé (ôàêòè÷åñêè
îïðåäåëÿåòñÿ èçìåíåíèåì òåïëîåìêîñòåé ó÷àñò-
íèêîâ ðåàêöèè), òî âûðàæåíèå (37) ìîæíî
ëåãêî èíòåãðèðîâàòü:
lnK (T) = –�rH0/RT + Ñ, (38)
ãäå Ñ — êîíñòàíòà èíòåãðèðîâàíèÿ.
Ýòî îïðåäåëÿåò â ïåðâîì ïðèáëèæåíèè òåì-
ïåðàòóðíóþ çàâèñèìîñòü êîíñòàíòû ðàâíîâåñèÿ
K(T). Åñëè îíà îïðåäåëåíà ýêñïåðèìåíòàëüíî,
òî ãðàôèê lnK (T) îò (1/T) èçîáðàçèòñÿ ïðÿ-
ìîé ëèíèåé, óãëîâîé êîýôôèöèåíò íàêëîíà êî-
òîðîé ïîçâîëÿåò îïðåäåëèòü ýíòàëüïèþ ðåàê-
öèè; äåéñòâèòåëüíî, îí ðàâíÿåòñÿ (–�r H0/R).
Äëÿ îïðåäåëåíèÿ íàïðàâëåíèÿ õèìè÷åñêîãî
ïðîöåññà â ñèñòåìå äàííîãî ñîñòàâà íåîáõîäèìî
çíàòü âåëè÷èíó êîíñòàíòû ðàâíîâåñèÿ ïðè çà-
äàííîé òåìïåðàòóðå. Ñòðîãèå ìåòîäû åå ðàñ÷åòà
îñíîâàíû íà ôóíäàìåíòàëüíîì óðàâíåíèè òåð-
ìîäèíàìèêè (34). Ïî ñóòè âû÷èñëåíèå êîíñòàí-
òû ðàâíîâåñèÿ ñâîäèòñÿ ê îïðåäåëåíèþ ñòàí-
äàðòíîé ýíåðãèè Ãèááñà ðåàêöèè ïðè ðàçíûõ
òåìïåðàòóðàõ. Ïðè Ò = 298,15 Ê îíà îïðåäåëÿ-
åòñÿ âåëè÷èíàìè ñòàíäàðòíûõ ýíåðãèé Ãèááñà
îáðàçîâàíèÿ õèìè÷åñêèõ ñîåäèíåíèé è êîìïî-
íåíòíûì ñîñòàâîì:
� �r 298
0
i f 298,i
0
i 1
k
G G�
�
� (39)
34 Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2015. ¹ 4
èëè çíà÷åíèÿìè êîíñòàíò ðàâíîâåñèÿ ðåàêöèé
îáðàçîâàíèÿ âåùåñòâ, ó÷àñòâóþùèõ â ðåàêöèè:
lg K lg K T
T
0
i f,i
0
i 1
k
�
�
� ( ). (40)
Ñòàíäàðòíûå ýíåðãèè Ãèááñà îáðàçîâàíèÿ
ïðîñòûõ áàçèñíûõ âåùåñòâ è ëîãàðèôìû êîí-
ñòàíò ðàâíîâåñèÿ ðåàêöèé èõ îáðàçîâàíèÿ ðàâ-
íû íóëþ:
�f T,i
0
f,i
0G K T� �0 0, ln ( ) . (41)
Íàèáîëåå ÷àñòî äëÿ âû÷èñëåíèÿ êîíñòàíò
ðàâíîâåñèÿ ðåàêöèé ïðè òåìïåðàòóðàõ, îòëè÷íûõ
îò 298,15 Ê, ïðèìåíÿþò ýíòðîïèéíûå ìåòîäû,
îñíîâàííûå íà èñïîëüçîâàíèè ñëåäóþùåãî
ñîîòíîøåíèÿ:
�r G0
T = �r H0
T – T �r S0
T = –RT ln K0
T. (42)
Ýíòàëüïèÿ è ýíòðîïèÿ ðåàêöèè ïðè çàäàí-
íîé òåìïåðàòóðå âû÷èñëÿþòñÿ â êîíå÷íîì èòîãå
÷åðåç òåìïåðàòóðíûå çàâèñèìîñòè òåïëîåìêîñòè
âñåõ ó÷àñòíèêîâ ðåàêöèè [27, 48]. Ïðèìåð òà-
êîé çàâèñèìîñòè ïðåäñòàâëåí ôîðìóëîé (13).
Îäíàêî â ñâÿçè ñ èõ âàæíûì çíà÷åíèåì äëÿ
êîððåêòíûõ ðàñ÷åòîâ îíè, êàê è äðóãèå íàèáî-
ëåå âàæíûå òåðìîäèíàìè÷åñêèå äàííûå äëÿ
áîëüøîãî ÷èñëà ìîëåêóë, ðàäèêàëîâ, àòîìîâ è
èîíîâ, â íàñòîÿùåå âðåìÿ ïðåäñòàâëåíû â òàáó-
ëèðîâàííîé ôîðìå âî ìíîãèõ èçäàíèÿõ [50–56].
Ñóùåñòâóåò äâà ìåòîäà ïðåäñòàâëåíèÿ òåð-
ìîäèíàìè÷åñêèõ è òåðìîõèìè÷åñêèõ äàííûõ. Â
ïåðâîì èç íèõ òàáëè÷íûå çíà÷åíèÿ ïàðàìåòðîâ
çàäàþòñÿ ÷åðåç îïðåäåëåííûé èíòåðâàë òåìïåðà-
òóð, à èñêîìûå çíà÷åíèÿ âû÷èñëÿþòñÿ ïîñðåäñò-
âîì èíòåðïîëÿöèè. Îäíàêî ýòîò ìåòîä òðåáóåò
îáðàáîòêè áîëüøèõ ìàññèâîâ äàííûõ, òðóäîåì-
êèõ àëãîðèòìîâ è áîëüøèõ îáúåìîâ ïàìÿòè.
Êðîìå òîãî, îí íå ïîçâîëÿåò âûéòè çà ïðåäåëû
òàáóëèðîâàííîãî òåìïåðàòóðíîãî èíòåðâàëà. Ïî-
ýòîìó ÷àùå èñïîëüçóåòñÿ âòîðîé ìåòîä, ñóòü êî-
òîðîãî çàêëþ÷àåòñÿ â ïðåäñòàâëåíèè õàðàêòåðè-
ñòèê âåùåñòâà â âèäå ïîëèíîìîâ ïî ñòåïåíÿì
òåìïåðàòóðû. Â îòäåëüíûõ òàáëèöàõ èñïîëüçó-
þòñÿ ïîëèíîìû ÷åòâåðòîãî ïîðÿäêà, ÷òî îáåñïå-
÷èâàåò áîëåå âûñîêóþ òî÷íîñòü, ÷åì óðàâíåíèå
(13). Äëÿ äàëüíåéøåãî ïîâûøåíèÿ òî÷íîñòè
îáû÷íî èñïîëüçóþòñÿ äâà ðàçëè÷íûõ ïîëèíîìà:
äëÿ íèçêèõ è âûñîêèõ òåìïåðàòóð — ñ ðàçãðàíè-
÷åíèåì â îáëàñòè ïîðÿäêà 1000 Ê [27].
Íåñìîòðÿ íà âûñîêèé óðîâåíü ðàçðàáîòàí-
íîñòè âîïðîñà îïðåäåëåíèÿ ðàâíîâåñíîãî ñîñòà-
âà ïðîäóêòîâ ãàçèôèêàöèè âñå æå áîëåå ïðî-
äóêòèâíî âîñïîëüçîâàòüñÿ äëÿ ýòèõ öåëåé ïðè-
ìåíèòåëüíî ê òåõíîëîãèÿì ãàçèôèêàöèè òåì
èëè èíûì ïðîãðàììíûì ïðîäóêòîì, î ÷åì óïî-
ìèíàëîñü â íà÷àëå ðàçäåëà. Ýòî ïîçâîëÿåò ïðè-
ìåíèòåëüíî ê ïåðåðàáîòêå îòõîäîâ, ñîäåðæàùèõ
÷àñòî â ñâîåì ñîñòàâå, êðîìå óãëåâîäîðîäíûõ
êîìïîíåíòîâ, òàêæå äðóãèå ýëåìåíòû òàáëèöû
Ìåíäåëååâà, áûñòðî ñîðèåíòèðîâàòüñÿ ñ îæè-
äàåìûì ñîñòàâîì ïðîäóêòîâ ãàçèôèêàöèè.
 íàøèõ èññëåäîâàíèÿõ äëÿ ýòîé öåëè òðà-
äèöèîííî èñïîëüçóåòñÿ ïðîãðàììà «TEÐÐA»
äëÿ òåðìîäèíàìè÷åñêîãî ìîäåëèðîâàíèÿ â âûñî-
êîòåìïåðàòóðíûõ íåîðãàíè÷åñêèõ ñèñòåìàõ
[57]. Îíà ïðåäíàçíà÷åíà äëÿ ðàñ÷åòà ñîñòîÿíèÿ
ïðîèçâîëüíûõ ñèñòåì ñ õèìè÷åñêèìè è ôàçîâû-
ìè ïðåâðàùåíèÿìè. Ïðîãðàììà ñâÿçàíà ñ áîëü-
øîé áàçîé äàííûõ ñâîéñòâ èíäèâèäóàëüíûõ âå-
ùåñòâ, ÷òî äåëàåò åå ïðèãîäíîé äëÿ èññëåäîâà-
íèÿ ïðîèçâîëüíûõ ïî õèìè÷åñêîìó ñîñòàâó ñî-
åäèíåíèé. Â ïðèíÿòûõ äîïóùåíèÿõ ñîñòîÿíèå
èññëåäóåìîé ñèñòåìû îïðåäåëÿåòñÿ òîëüêî ñî-
äåðæàíèåì â íåé õèìè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ è çíà-
÷åíèåì äâóõ òåðìîäèíàìè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ
(íàïðèìåð, òåìïåðàòóðû è äàâëåíèÿ). Ïðèìåð
ðåçóëüòàòà ðàñ÷åòà êîìïîíåíòíîãî ñîñòàâà â õè-
ìè÷åñêîé ðåàêöèè ñ ïîìîùüþ ïðîãðàììû
«TEÐÐA» óæå áûë ïðåäñòàâëåí íà ðèñ.2.
Ýòà ïðîãðàììà îïåðèðóåò ñ ðàâíîâåñíûìè
êîíöåíòðàöèÿìè, êîòîðûå óñòàíàâëèâàþòñÿ íà
ïðîòÿæåíèè áåñêîíå÷íî áîëüøîãî ïðîìåæóòêà
âðåìåíè â îäíîðîäíûõ (áåñêîíå÷íî áîëüøèõ)
ñèñòåìàõ [48, 57]. Äëÿ âûñîêîòåìïåðàòóðíîé
îáëàñòè ðàñ÷åòà ïðîöåññà ãàçèôèêàöèè òîãî èëè
èíîãî ñûðüÿ ðàâíîâåñíîå ñîñòîÿíèå ìîæåò áûòü
ïðèíÿòî ñ äîâîëüíî âûñîêîé òî÷íîñòüþ, òàê êàê
çäåñü ñêîðîñòü ïðîòåêàíèÿ õèìè÷åñêèõ ïðîöåñ-
ñîâ, ýêñïîíåíöèàëüíî çàâèñÿùàÿ îò òåìïåðàòó-
ðû [27 (ãë. 6)], î÷åíü âûñîêà. Èìåííî îíà îò-
âåòñòâåííà çà óñòàíîâëåíèå ðàâíîâåñèÿ. Ýòî,
îäíàêî, ÷àùå âñåãî íå ðàñïðîñòðàíÿåòñÿ íà åå
íèçêîòåìïåðàòóðíóþ ÷àñòü.
Âëèÿíèå ýòîãî ôàêòîðà îñîáåííî çàìåòíî,
åñëè ðàñ÷åò îñóùåñòâëÿåòñÿ ïî îòíîøåíèþ ê îò-
õîäàì ñ íåêîé áðóòòî-ôîðìóëîé CHxOy, íàïðè-
ìåð, äîííîãî èëà. Ïðîãðàììà, àíàëèçèðóÿ õè-
ìè÷åñêèå ýëåìåíòû C, xH è yO â ñîâîêóïíîñòè
ñ äðóãèìè ðåàãåíòàìè â ñîîòâåòñòâèè ñ áàçîâûì
òåðìîäèíàìè÷åñêèì ñîîòíîøåíèåì (11), ïðåä-
ñòàâëÿåò åå â âèäå òàêîé êîìáèíàöèè êîìïîíåí-
òîâ, ôèãóðèðóþùèõ ïðåèìóùåñòâåííî â áàçî-
âûõ ðåàêöèÿõ (20)–(24), ÷òîáû ñèñòåìà ïðè êà-
æäîì çíà÷åíèè òåìïåðàòóðû îáëàäàëà ìàêñèìó-
ìîì ýíòðîïèè. Äëÿ îáëàñòè âûñîêèõ òåìïåðà-
òóð ýòî è åñòü èñêîìûé ðåçóëüòàò ãàçèôèêàöèè.
×òî êàñàåòñÿ îáëàñòè íèçêèõ òåìïåðàòóð, òî
áûëî áû ñòðàííûì, åñëè áû ðàâíîâåñíûé ðàñ-
÷åò ïîçâîëèë íàáëþäàòü íåêèé «äîííûé» èë.
Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2015. ¹ 4 35
Âçàìåí ýòîãî ìîæåò ôèãóðèðîâàòü ñîâîêóïíîñòü
íåñêîëüêèõ ãàçîâ è óãëåðîäà, ñóììàðíûé ïîýëå-
ìåíòíûé ñîñòàâ êîòîðûõ ñîîòâåòñòâóåò èñõîä-
íûì ðåàãåíòàì. Ïðè ýòîì áóäåò îòñóòñòâîâàòü
ñîîòâåòñòâèå ñóììàðíîé ýíòàëüïèè èñõîäíûõ
ðåàãåíòîâ — ðàñ÷åòíûõ â ïðîãðàììå «ÒÅÐÐÀ» è
ôàêòè÷åñêèõ ñ ó÷åòîì ñîñòàâà ðåàëüíîãî äîííîãî
èëà CHxOy. Ýòî îáñòîÿòåëüñòâî, åñëè â êîíêðåò-
íîì ðàñ÷åòå âàæåí òàêæå ó÷åò ýíåðãåòè÷åñêèõ
ñîîòíîøåíèé, ñëåäóåò ïîìíèòü íåóêîñíèòåëüíî.
Âûõîäîì èç ñèòóàöèè ÿâëÿåòñÿ íåçàâèñèìûé
ðàñ÷åò ýíòàëüïèè îáðàçîâàíèÿ ðàññìàòðèâàåìîãî
ñûðüÿ, íà ÷åì ìû îñòàíîâèìñÿ íèæå.
Ñëåäóåò àêöåíòèðîâàòü åùå îäíó çàêîíî-
ìåðíîñòü, óñòàíîâëåííóþ åùå â «äîêîìïüþòåð-
íóþ ýðó»; îäíàêî â ñîâðåìåííûõ ÷èñëåííûõ
ðàñ÷åòàõ îíà ÷àñòî îñòàåòñÿ âíå çîíû âíèìàíèÿ
èññëåäîâàòåëåé. Ðå÷ü èäåò îá îïðåäåëåíèè ðàâ-
íîâåñíîãî ñîñòàâà ïðîäóêòîâ ãàçèôèêàöèè, âû-
ïîëíåííîãî íà îñíîâå äàííûõ [9 (ï. 1.2)] äëÿ
áàçîâûõ ðåàêöèé ãàçèôèêàöèè (20)–(24). Îíî
ñâèäåòåëüñòâóåò, ÷òî ðåàêöèè ãàçèôèêàöèè óã-
ëåêèñëûì ãàçîì (20) è âîäÿíûì ïàðîì (21)
ïðàêòè÷åñêè ïîëíîñòüþ çàâåðøàþòñÿ â íàïðàâ-
ëåíèè ïðàâîé ÷àñòè ïðè òåìïåðàòóðàõ âûøå
1200 Ê. Íàîáîðîò, ðåàêöèè ãàçèôèêàöèè âîäî-
ðîäîì (22) è ìåòàíèçàöèè (24) â ýòîé æå îáëàñ-
òè òåìïåðàòóð — â ëåâîé ÷àñòè. Îòñþäà ñëåäó-
åò, ÷òî äëÿ ïîëíîòû ïðîõîæäåíèÿ ðåàêöèé ãàçè-
ôèêàöèè è èõ ïðèáëèæåíèÿ ê «èäåàëüíûì»
ïðîöåññàì, ïðåäñòàâëÿåò èíòåðåñ ðàáî÷àÿ îá-
ëàñòü òåìïåðàòóð âûøå 1200 Ê. Îñîáûì îáðà-
çîì âåäåò ñåáÿ ðåàêöèÿ âîäÿíîãî ñäâèãà (23);
çàêîíîìåðíîñòü åå ïîâåäåíèÿ ïðè èçìåíåíèè
òåìïåðàòóðû ïðåäñòàâëåíà íà ðèñ.3.
Îïðåäåëåíèå ýíòàëüïèè îáðàçîâàíèÿ
îäíîãî èç ðåàãåíòîâ. Îòõîäû, çà íåáîëüøèì
èñêëþ÷åíèåì, óæå ïî ñâîåìó íàçâàíèþ íå ìîãóò
îòíîñèòüñÿ ê ñòàíäàðòíûì âåùåñòâàì, äëÿ êîòî-
ðûõ òàáóëèðîâàíû òåðìîäèíàìè÷åñêèå ñâîéñò-
âà.  ÷àñòíîñòè, ýòî îòíîñèòñÿ ê ýíòàëüïèè èõ
îáðàçîâàíèÿ — ïàðàìåòðó, êîòîðûé ÿâëÿåòñÿ
îïðåäåëÿþùèì äëÿ îöåíêè ýíåðãåòè÷åñêîé ýô-
ôåêòèâíîñòè ïðîöåññà ïåðåðàáîòêè ñîãëàñíî
óðàâíåíèþ (15) (ñì. òàêæå (16)).
 ýòîì ñëó÷àå ìîæíî âîñïîëüçîâàòüñÿ çàêî-
íîì Ãåññà, ïðåäñòàâëÿþùèì ñîáîé ðàñïðîñòðà-
íåíèå çàêîíà ñîõðàíåíèÿ ýíåðãèè íà õèìè÷å-
ñêèå ðåàêöèè [48]. Â ñîîòâåòñòâèè ñî âòîðûì
ñëåäñòâèåì ýòîãî çàêîíà, òåïëîòà ñãîðàíèÿ âå-
ùåñòâà ðàâíà ðàçíîñòè ìåæäó ñóììîé òåïëîòû
ñãîðàíèÿ èñõîäíûõ âåùåñòâ è ñóììîé òåïëîòû
ñãîðàíèÿ ïðîäóêòîâ ðåàêöèè, âçÿòûõ ñ ó÷åòîì
ñòåõèîìåòðè÷åñêèõ êîýôôèöèåíòîâ óðàâíåíèÿ
ðåàêöèè:
QH = HR (TR) – HP (TR). (43)
Çäåñü ýíòàëüïèÿ HR âêëþ÷àåò èñêîìóþ ýí-
òàëüïèþ hCHxOy âåùåñòâà CHxOy è ýíòàëüïèþ
êèñëîðîäà, êîòîðàÿ, ïî îïðåäåëåíèþ, ðàâíà íó-
ëþ �hO = 0, à ýíòàëüïèÿ ïðîäóêòîâ ðåàêöèè HP
— òîëüêî ýíòàëüïèè îáðàçîâàíèÿ âîäû è óãëå-
êèñëîãî ãàçà, êîòîðûå õîðîøî èçâåñòíû. Òàêèì
îáðàçîì, èç ñîîòíîøåíèÿ (17) ìîæíî îïðåäå-
ëèòü èñêîìóþ ýíòàëüïèþ hCHxOy, åñëè èçâåñòíà
òåïëîòà ñãîðàíèÿ ýòîãî âåùåñòâà QH. Äëÿ îïðå-
äåëåíèÿ ïîñëåäíåé ïîëüçóþòñÿ ôåíîìåíîëîãè-
÷åñêèìè ôîðìóëàìè, èçâåñòíûìè â Âîñòî÷íîé
Åâðîïå êàê ôîðìóëà Ìåíäåëååâà, à íà Çàïàäå
— êàê ôîðìóëû Äþëîíãà, Ìèëíà è äð. (ñì. èõ
ñîïîñòàâëåíèå â îáçîðå [1]). Ïåðâàÿ èç íèõ
èìååò âèä:
Qí = –100 (81 ñÑ + 246 ñH – 26 (cO –
– cS) – 6 cW) . 4,19 êÄæ/êã, (44)
ãäå ñÑ, ñH, cO, cS, cW — ìàññîâûå äîëè àòîìîâ
óãëåðîäà, âîäîðîäà, êèñëîðîäà, ñåðû è âîäû.
5. Òåðìîäèíàìè÷åñêèé àíàëèç ïðîöåññà
ïåðåðàáîòêè îòõîäîâ êóêóðóçû
ñ ïðèìåíåíèåì ïëàçìåííûõ òåõíîëîãèé
 êà÷åñòâå ïðîñòåéøåãî ïðèìåðà òåðìîäèíà-
ìè÷åñêèõ ðàñ÷åòîâ êîíâåðñèè ñ ïðèìåíåíèåì
ïëàçìåííûõ òåõíîëîãèé ðàññìîòðèì ïåðåðàáîòêó
îòõîäîâ ïðîèçâîäñòâà êóêóðóçû. Êðîìå òîãî, ÷òî
â ìàñøòàáàõ Óêðàèíû èõ ýêîíîìè÷åñêè öåëåñî-
îáðàçíûé ýíåðãåòè÷åñêèé ïîòåíöèàë ñîñòàâëÿåò
âíóøèòåëüíóþ âåëè÷èíó — 2,8 ìëí ò óñëîâíîãî
òîïëèâà [58], îíè ïðåäñòàâëÿþò ñîáîé îäèí èç
âàðèàíòîâ î÷åíü óäà÷íîãî ñî÷åòàíèÿ ïðåèìó-
ùåñòâ èñïîëüçîâàíèÿ áèîìàññû. Íàèáîëåå ùàäÿ-
ùèìè ïî îòíîøåíèþ ê óñëîâèÿì çåìëåïîëüçîâà-
íèÿ ÿâëÿþòñÿ òåõíîëîãèè ñèëîñîâàíèÿ çåëåíîé
ìàññû êóêóðóçû, â ðåçóëüòàòå êîòîðûõ ïðîèç-
âîäÿòñÿ êîðìà äëÿ æèâîòíûõ (èëè òâåðäîå áèî-
36 Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2015. ¹ 4
Ðèñ.3. Òåìïåðàòóðíàÿ çàâèñèìîñòü îáúåìíîãî ñîäåðæàíèÿ
ïðîäóêòîâ ãàçèôèêàöèè â ðåàêöèè âîäÿíîãî ñäâèãà.
óäîáðåíèå), æèäêèå îðãàíè÷åñêèå óäîáðåíèÿ è
áèîãàç òàêîãî ñîñòàâà, % (ìàñ.): CH4 — 66;
CO2 — 33; H2S — 1.
Áèîãàç ìîæåò íåïîñðåäñòâåííî èñïîëüçî-
âàòüñÿ â êà÷åñòâå òîïëèâà äëÿ ãàçîïîðøíåâûõ
ýëåêòðîñòàíöèé, îáåñïå÷èâàÿ ñåëüñêîõîçÿéñò-
âåííîå ïðåäïðèÿòèå äåøåâîé ýëåêòðîýíåðãèåé;
îäíàêî îíà òðåáóåò íåìåäëåííîãî ïîòðåáëåíèÿ.
 îòñóòñòâèå ëîêàëüíîé íàãðóçêè íàèáîëåå öå-
ëåñîîáðàçíîé ÿâëÿåòñÿ ïåðåäà÷à èçáûòêà ýíåð-
ãèè â îáùèå ýëåêòðè÷åñêèå ñåòè, îäíàêî â Óê-
ðàèíå ýòî òðåáóåò çíà÷èòåëüíûõ îðãàíèçàöèîí-
íûõ óñèëèé. Õðàíåíèå ïîëó÷àåìîãî ýíåðãîðåñóð-
ñà â âèäå èñõîäíîãî ñûðüÿ — áèîãàçà — íå
ïðåäñòàâëÿåòñÿ óäîáíûì âñëåäñòâèå åãî çíà÷è-
òåëüíîãî ãåîìåòðè÷åñêîãî îáúåìà.  ñâÿçè ñ ýòèì
â íàñòîÿùåå âðåìÿ çíà÷èòåëüíûé èíòåðåñ íà÷è-
íàåò âûçûâàòü âîçâðàò ê òåõíîëîãèÿì ïðîèçâîä-
ñòâà ìîòîðíûõ òîïëèâ íà îñíîâå óñîâåðøåíñòâî-
âàííûõ ïðîöåññîâ Ôèøåðà-Òðîïøà (2) ïðèìåíè-
òåëüíî ê óñëîâèÿì íåáîëüøèõ óñòàíîâîê [59].
Íèæå àíàëèçèðóåòñÿ âîïðîñ ýôôåêòèâíîñòè
ïëàçìåííîé êîíâåðñèè áèîãàçà â ñèíòåç-ãàç äëÿ
äàëüíåéøåé ðåàëèçàöèè ïðîöåññà Ôèøåðà-Òðîïøà.
Ìåòîäè÷åñêèì ïðåèìóùåñòâîì èññëåäîâàíèÿ
êîíâåðñèè áèîãàçà ÿâëÿåòñÿ òî îáñòîÿòåëüñòâî,
÷òî â ýòîì ñëó÷àå òî÷íî èçâåñòíû ýíòàëüïèè
âñåõ ðåàãåíòîâ è íåò íåîáõîäèìîñòè èñïîëüçî-
âàòü ïðèáëèæåííûå îöåíêè íà îñíîâå âûðàæå-
íèé (43)–(44). Êðîìå òîãî, â íàñòîÿùåå âðåìÿ
èññëåäóþòñÿ äàæå ïðîáëåìû êîíâåðñèè ÷èñòîãî
ÑÎ2 â ìåòàí â ðàìêàõ ïðîáëåìû ñíèæåíèÿ åãî
îáùèõ âûáðîñîâ â àòìîñôåðó ñîãëàñíî òðåáîâà-
íèÿì îãðàíè÷åíèÿ èçìåíåíèé êëèìàòà [60].
Ñòàâèëàñü òàêæå çàäà÷à óñîâåðøåíñòâîâàòü
ìåòîäèêó ðàñ÷åòà, ïðåäëîæåííóþ â ðàáîòàõ [7,
8, 61] ïðèìåíèòåëüíî ê ïàðîïëàçìåííîé êîí-
âåðñèè óãëåðîäñîäåðæàùåãî ñûðüÿ. Â ýòîé òåõ-
íîëîãèè êîëè÷åñòâî ââîäèìîãî ñ ïëàçìåííîé
ñòðóåé â ÷èñëå ðåàãåíòîâ ïàðà è îäíîâðåìåííî
ýíåðãèè QÐL (ñì. ðåàêöèþ ãàçèôèêàöèè (10))
ÿâëÿþòñÿ âçàèìîñâÿçàííûìè ìåæäó ñîáîé. Äåé-
ñòâèòåëüíî, âîäÿíîé ïàð (çäåñü — â ïëàçìåí-
íîì ñîñòîÿíèè) ÿâëÿåòñÿ òîé ìàòåðèàëüíîé
ñóáñòàíöèåé, êîòîðàÿ íåñåò â ñåáå, â êîíå÷íîì
èòîãå, ýëåêòðè÷åñêóþ ýíåðãèþ, ïîòðåáëÿåìóþ
ïëàçìîòðîíîì îò ýëåêòðè÷åñêîé ñåòè (ñ ó÷åòîì
òåïëîâîãî ÊÏÄ ïëàçìîòðîíà �ÐL íå ìåíåå
0,84). Êîëè÷åñòâåííûé óðîâåíü ýòîé âçàèìî-
ñâÿçè îïðåäåëÿåòñÿ ýíòàëüïèåé ïàðîâîé ïëàç-
ìû ÍÐL, ñîñòàâëÿþùåé äëÿ ïðèìåíÿþùåãîñÿ
ïëàçìîòðîíà (ïðè åãî ìàêñèìàëüíîé ìîùíî-
ñòè) 3,6 êÂò.÷/êã, è ìàññîé âîäû mÍ2Î, ââî-
äèìîé â ðåàêòîð:
QÐL = ÍÐL mÍ2Î. (45)
Åñëè èñõîäèòü èç ïåðñïåêòèâû ïðîèçâîäñò-
âà ìîòîðíûõ òîïëèâ ÷åðåç ïðîìåæóòî÷íóþ ñòà-
äèþ ïîëó÷åíèÿ ìåòàíîëà, òî òðåáîâàíèÿ ê ñî-
ñòàâó ñèíòåç-ãàçà âûòåêàþò èç ðåàêöèè ïîëó÷å-
íèÿ ìåòàíîëà:
ÑÎ + 2 Í2 = ÑÍ3ÎÍ. (46)
Òàêèì îáðàçîì, ñëåäóåò äîáèâàòüñÿ ïîëó÷å-
íèÿ ñèíòåç-ãàçà ñ ñîîòíîøåíèåì èíãðåäèåíòîâ
ÑÎ : Í2 = 1 : 2.
Ýòîìó óñëîâèþ îòâå÷àþò è ïàðîïëàçìåí-
íàÿ, è ïàðîêèñëîðîäíàÿ òåõíîëîãèè, ðåàêöèþ
êîíâåðñèè â êîòîðûõ çàïèøåì çäåñü â îáîáùåí-
íîì âèäå, èñõîäÿ èç óêàçàííîãî âûøå ìàññîâîãî
ñîñòàâà áèîãàçà:
3,88 CH4 + 0,71 CO2 + 0,028 H2S +
+ K H2O + L O2 � 4,59 CO + M H2 +
+ 0,028 SO2 + QÒÐ, (47)
ãäå K, L, M — êîýôôèöèåíòû, îïðåäåëÿþùèå
ðîëü òàêèõ èíãðåäèåíòîâ, êàê ïàð è êèñëîðîä, à
òàêæå ñîäåðæàíèå âîäîðîäà â ïðîäóêòàõ ðåàê-
öèè ñîîòâåòñòâåííî.
Çäåñü, êàê è â ðåàêöèè (10), QÒÐ = QR +
�Q — ñóììàðíàÿ òåïëîâàÿ ýíåðãèÿ, êîòîðàÿ
âûäåëÿåòñÿ â ðåçóëüòàòå õèìè÷åñêèõ ðåàêöèé
QR è ââîäèòñÿ â ðåàêòîð ñ ïîìîùüþ äîïîëíè-
òåëüíûõ èñòî÷íèêîâ ýíåðãèè �Q ñ òàêèì ðàñ÷å-
òîì, ÷òîáû ðåàãèðóþùàÿ ñìåñü äîñòèãëà òðåáóå-
ìîé òåìïåðàòóðû ÒÐ ïîëó÷åíèÿ ïðîäóêòîâ ãàçè-
ôèêàöèè (â ôîðìóëå (47) ìû íå îáÿçàòåëüíî
àññîöèèðóåì �Q ñ ýíåðãèåé ïëàçìîòðîíà QÐL,
êàê â (10)). Ñëó÷àþ L = 0 ñîîòâåòñòâóåò «÷èñ-
òî» ïàðîïëàçìåííàÿ, à �Q = 0 — «÷èñòî» ïàðî-
êèñëîðîäíàÿ òåõíîëîãèÿ, õîòÿ èõ ïðîòèâîïîñ-
òàâëåíèå, êàê ýòî ñëåäóåò èç äàëüíåéøåãî ðàñ-
ñìîòðåíèÿ, íå èìååò ñìûñëà.
Çàïèñûâàÿ ïîäîáíî (31), (32) ìàññîâûå áà-
ëàíñû äëÿ Í è Î, îïðåäåëèì ñòåõèîìåòðè÷å-
ñêèå ñîîòíîøåíèÿ:
— ïî êèñëîðîäó
2 . 0,71 + Ê + 2 L = 4,59 + 2 . 0,028
(îòêóäà L = 1,613 – 0,5 K); (48)
— ïî âîäîðîäó
4 . 3,88 + 2 . 0,028 + 2 Ê = 2 Ì
(îòêóäà Ì = 7,788 + Ê). (49)
Ó÷èòûâàÿ, ÷òî, ñîãëàñíî (48), Kmax =
3,226, ìîæíî çàêëþ÷èòü, èñõîäÿ èç (49), ÷òî â
øèðîêîé îáëàñòè ïàðàìåòðîâ, ñîîòâåòñòâóþùèõ
ïåðåõîäó îò ïàðîïëàçìåííîé òåõíîëîãèè ê ïà-
Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2015. ¹ 4 37
ðîêèñëîðîäíîé, ñîîòíîøåíèå ÑÎ : Í2 ÿâëÿåòñÿ
áëèçêèì ê òðåáóåìîìó ðåàêöèåé (46).
Àíàëèç ýôôåêòèâíîñòè êîíâåðñèè áèîãàçà â
ñèíòåç-ãàç ñ ïðèìåíåíèåì ïëàçìåííîé òåõíîëî-
ãèè âûïîëíåí ñî÷åòàíèåì àíàëèòè÷åñêèõ ìåòî-
äîâ è ïðîãðàììû «TEÐÐA».
Íà ïåðâîé ñòàäèè ðàññìàòðèâàëàñü «èäå-
àëüíàÿ» ðåàêöèÿ êîíâåðñèè (47) ïðè ðàçëè÷-
íûõ ñòåõèîìåòðè÷åñêèõ ñîîòíîøåíèÿõ êîëè÷å-
ñòâà ìîëåêóë âîäû ê êîëè÷åñòâó àòîìîâ óãëåðî-
äà â ñìåñè ðåàãåíòîâ, ñîîòâåòñòâóþùèõ ïåðåõî-
äó îò ïàðîêèñëîðîäíîé òåõíîëîãèè ê ïàðîïëàç-
ìåííîé. ×èñëåííî ýòî ñîîòâåòñòâîâàëî âîçðàñòà-
íèþ Ê â îáëàñòè îò 0 äî Kmax = 3,226. Ñîãëàñ-
íî ñîîòíîøåíèþ (48), êîýôôèöèåíò L, õàðàêòå-
ðèçóþùèé ñîäåðæàíèå êèñëîðîäà, óìåíüøàëñÿ
ïðè ýòîì îò Lmax = 1,613 äî 0, êàê ýòî ïîêàçàíî
ëèíèåé 1 íà ðèñ.4,à.
 òàáë.5 ïðåäñòàâëåíû ðåçóëüòàòû ðàñ÷åòà
îñíîâíûõ ýíåðãåòè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ ïðîöåññà
êîíâåðñèè, îïðåäåëåííûå íà îñíîâå òåðìîäèíà-
ìè÷åñêèõ ðàñ÷åòîâ äëÿ ðÿäà çíà÷åíèé Ê è L.
Îäèí èç ïàðàìåòðîâ — ýòî ýíåðãèÿ �Q, êîòî-
ðóþ ñëåäóåò ââåñòè â îáúåì, ÷òîáû ðåàêöèÿ
êîíâåðñèè ìîãëà äîñòèãíóòü òðåáóåìîé òåìïåðà-
òóðû ïðîöåññà Tð; �Q îáîçíà÷åíà â ïðàâîé ÷àñ-
òè ðåàêöèè (47) è ïðåäñòàâëåíà ëèíèåé 2 íà
ðèñ.4,à. Ñïîñîá åå àíàëèòè÷åñêîãî îïðåäåëåíèÿ
ïðåäñòàâëåí âûøå.  íàøèõ ðàñ÷åòàõ ïðèíÿòî
çíà÷åíèå Tp = 1250 Ê, èñõîäÿ èç ðåçóëüòàòîâ
ìîäåëèðîâàíèÿ ïðîöåññà ñ ïîìîùüþ ïðîãðàììû
«TEÐÐA»; èç íåãî ñëåäîâàëî, ÷òî ïðè ýòîé òåì-
ïåðàòóðå ïðîäóêòû ãàçèôèêàöèè óæå ñîîòâåòñò-
âóþò «èäåàëüíîìó» ïðîöåññó êîíâåðñèè, â êî-
òîðûõ íåò «ëèøíèõ» êîìïîíåíò. Ýòî íå ðàñïðî-
ñòðàíÿåòñÿ íà ïðèìåñü H2S, êîòîðàÿ êîíâåðòè-
ðóåòñÿ â SO2 è òðåáóåò äàëüíåéøåé î÷èñòêè.
Ýíåðãèÿ ïîëó÷àåìîãî ñèíòåç-ãàçà WÑÃ
ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé âàæíåéøèé ïàðàìåòð ñ òî÷-
êè çðåíèÿ êîíå÷íîé ýíåðãåòè÷åñêîé ýôôåêòèâ-
íîñòè ïðèìåíÿåìîé òåõíîëîãèè êîíâåðñèè. Îíà
îïðåäåëÿåòñÿ, èñõîäÿ èç òåïëîòâîðíîñòè ÑÎ è
Í2 ñ ó÷åòîì èõ ïàðöèàëüíîãî ñîäåðæàíèÿ â
ïðîäóêòàõ êîíâåðñèè, è ïðåäñòàâëåíà ëèíèåé 3
íà ðèñ.4,à. Óæå áåç äàëüíåéøåãî äåòàëüíîãî îá-
ñóæäåíèÿ ìîæíî çàìåòèòü, ñðàâíèâàÿ ãðàôè÷å-
ñêèå çàâèñèìîñòè 2 è 3 íà ýòîì ðèñóíêå, ÷òî
WÑÃ â 4–5 ðàç ïðåâîñõîäèò òðåáóåìûå ýíåðãå-
òè÷åñêèå çàòðàòû �Q, è ýòîãî äîñòàòî÷íî äëÿ
ýíåðãåòè÷åñêîãî ñàìîîáåñïå÷åíèÿ ðàáîòû óñòà-
íîâêè ñ ó÷åòîì ÊÏÄ ïðîèçâîäñòâà ýëåêòðè÷å-
ñêîé ýíåðãèè íà óðîâíå 0,35. Îäíàêî äëÿ ðåà-
ëèçàöèè ïîëíîìàñøòàáíîãî ïðîöåññà WTE —
ïðîèçâîäñòâà äîïîëíèòåëüíîé ýëåêòðîýíåðãèè
â ðåçóëüòàòå ïåðåðàáîòêè îòõîäîâ è êîììåð-
öèàëèçàöèè òàêèõ òåõíîëîãèé — âàæíî äî-
áèòüñÿ äîïîëíèòåëüíîãî ïîâûøåíèÿ èõ ýôôåê-
òèâíîñòè.
Ââîäèìàÿ ïëàçìîòðîíîì ýíåðãèÿ QÐL,
îïðåäåëÿåìàÿ â ñîîòâåòñòâèè ñ ôîðìóëîé (45) è
ïðåäñòàâëåííàÿ ëèíèåé 4 íà ðèñ.4, ÿâëÿåòñÿ íå-
äîñòàòî÷íîé äëÿ êîìïåíñàöèè ýíåðãèè �Q, êî-
òîðóþ äîïîëíèòåëüíî ñëåäóåò ââåñòè â îáúåì
ðåàêòîðà (ãðàôè÷åñêàÿ çàâèñèìîñòü 2 íà
ðèñ.4,à). Äëÿ ïîëíîé êîìïåíñàöèè ñëåäîâàëî
áû ââîäèòü â ðåàêòîð èçáûòî÷íîå êîëè÷åñòâî
ïàðîâîäÿíîé ïëàçìû, ÷òî ÿâëÿåòñÿ ýíåðãåòè÷å-
ñêè ðàñòî÷èòåëüíûì. Áîëåå òîãî, äàæå â îòñóò-
ñòâèå âîäû â ðåàêòîðå (÷òî ñîîòâåòñòâóåò çíà÷å-
íèþ Ê = 0 íà ðèñ.4,à) â ðåàêòîð ñëåäóåò ââî-
äèòü íåêîòîðîå êîëè÷åñòâî äîïîëíèòåëüíîé
ýíåðãèè �Q (Ê = 0) — ïðèìåðíî 0,76
êÂò.÷/êã. Ýòî ñâÿçàíî ñ òåì, ÷òî íåïîëíîå ñæè-
ãàíèå áèîãàçà â êèñëîðîäå íå îáåñïå÷èâàåò íå-
îáõîäèìîãî óðîâíÿ òåïëîâîé ýíåðãèè ðåàêöèè
QR. Ïîýòîìó ñëåäóåò îòêàçàòüñÿ îò «èäåàëüíî-
ãî» ðåæèìà ãàçèôèêàöèè è ïåðåéòè ê èñïîëüçî-
âàíèþ èçáûòî÷íîãî êîëè÷åñòâà êèñëîðîäà.
Ïðîèçâîäñòâî êèñëîðîäà òàêæå òðåáóåò
ýíåðãåòè÷åñêèõ çàòðàò. Äëÿ ïåðñïåêòèâíîé
îöåíêè èõ ìîæíî ïðèíèìàòü íàèáîëåå îïòèìè-
ñòè÷íûå îöåíêè ïî ïðîèçâîäñòâó êèñëîðîäà, ïî
äàííûì ïóáëèêàöèè [62], êîòîðûå ñîñòàâëÿþò
38 Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2015. ¹ 4
Ðèñ. 4. Îñíîâíûå ìàññîâûå è ýíåðãåòè÷åñêèå ñîîòíîøåíèÿ,
õàðàêòåðèçóþùèå êîíâåðñèþ áèîãàçà â ôóíêöèè îò ââîäè-
ìîãî â ðåàêöèþ êîëè÷åñòâà âîäû Ê â èäåàëèçèðîâàííîì ñòå-
õèîìåòðè÷åñêîì ðåæèìå (îáîçíà÷åíèÿ ãðàôè÷åñêèõ çàâèñè-
ìîñòåé ïðèâåäåíû â òåêñòå ñòàòüè).
0,35 êÂò.÷/íì3. Äëÿ ðåàëüíî èñïîëüçóåìûõ â
íàñòîÿùåå âðåìÿ óñòàíîâîê äëÿ ïîëó÷åíèÿ êè-
ñëîðîäà ýòîò ïîêàçàòåëü ìîæåò ïðåâûøàòü äàæå
1 êÂò.÷/íì3. Ó÷åò ýòîé ñîñòàâëÿþùåé ýíåðãå-
òè÷åñêèõ ðàñõîäîâ QO2 â ðåàêöèè êîíâåðñèè
(47) ïðåäñòàâëåí ëèíèÿìè 5 è 6 íà ðèñ.4,á, ñî-
îòâåòñòâåííî, äëÿ óêàçàííûõ óäåëüíûõ ðàñõî-
äîâ ýíåðãèè. Êàê èòîã ýòîãî ðàññìîòðåíèÿ «èäå-
àëüíîãî» ïðîöåññà êîíâåðñèè, â òàáë.5 è íà
ðèñ.4,á (ëèíèè 7 è 8) ïðåäñòàâëåíû òàêæå ïî-
êàçàòåëè ýíåðãåòè÷åñêîé ýôôåêòèâíîñòè ïðî-
öåññà êîíâåðñèè (íà ðèñóíêå îíè ïðàêòè÷åñêè
ñëèâàþòñÿ äëÿ îáîèõ çíà÷åíèé QO2):
� = (�Q + QO2)/WÑÃ. (50)
Ýòî ïîäòâåðæäàåò ñäåëàííîå âûøå çàêëþ-
÷åíèå îá ýôôåêòèâíîñòè «èäåàëüíîãî» ïðîöåññà
êîíâåðñèè.
Äëÿ äàëüíåéøåãî óëó÷øåíèÿ ýôôåêòèâíî-
ñòè â ðåàêöèþ êîíâåðñèè öåëåñîîáðàçíî ââî-
Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2015. ¹ 4 39
Ðèñ. 6. Èçìåíåíèå êîìïîíåíòíîãî ñîñòàâà ïðîäóêòîâ ðåàê-
öèè êîíâåðñèè áèîãàçà â çàâèñèìîñòè îò òåìïåðàòóðû â
èäåàëèçèðîâàííîì ñòåõèîìåòðè÷åñêîì ðåæèìå ïðè Ê = 0,25,
L = 1,488 (à) è â íåñòåõèîìåòðè÷åñêîì ðåæèìå ïðè Ê =
0,25, L = 3 (á).
Ðèñ. 5. Îñíîâíûå ìàññîâûå è ýíåðãåòè÷åñêèå ñîîòíîøåíèÿ,
õàðàêòåðèçóþùèå êîíâåðñèþ áèîãàçà â ôóíêöèè îò ââîäè-
ìîãî â ðåàêöèþ êîëè÷åñòâà âîäû Ê â íåñòåõèîìåòðè÷åñêîì
ðåæèìå ïðè L = 3 (îáîçíà÷åíèÿ ãðàôè÷åñêèõ çàâèñèìîñòåé
ïðèâåäåíû â òåêñòå ñòàòüè è ñîîòâåòñòâóþò òàêæå ðèñ.4).
Òàáëèöà 5. Ðàñ÷åòíûå ïàðàìåòðû, õàðàêòåðèçóþùèå «èäåàëüíûé» ïðîöåññ êîíâåðñèè áèîãàçà â
ñèíòåç-ãàç ñ ïðèìåíåíèåì ïëàçìåííîé òåõíîëîãèè â çàâèñèìîñòè îò ââîäèìîãî â ðåàêöèþ
êîëè÷åñòâà âîäÿíîãî ïàðà Ê
Ïàðàìåòð
K, îòí. åä.
0 0,25 0,5 1 2 3 3,23
L, îòí. åä. 1,613 1,488 1,363 1,113 0,613 0,113 0
�Q, êÂò.÷ /êã 0,761 0,886 1,011 1,269 1,749 2,216 2,314
Qpl, êÂò.÷ /êã 0 0,11 0,22 0,44 0,86 1,28 1,37
QÎ2, êÂò.÷:
0,35 êÂò.÷ /ì3 0,087 0,079 0,07 0,06 0,032 0,0056 0
1 êÂò.÷ /ì3 0,25 0,23 0,21 0,17 0,09 0,016 0
WÑÃ, êÂò.÷ /êã 6,14 6,23 6,32 6,51 6,88 7,23 7,31
�, îòí. åä.
ïðè 0,35 êÂò.÷/ì3 0,14 0,16 0,17 0,21 0,26 0,307 0,32
ïðè 1 êÂò.÷/ì3 0,16 0,18 0,19 0,22 0,27 0,309 0,32
äèòü èçáûòî÷íîå êîëè÷åñòâî êèñëîðîäà.  óñëî-
âèÿõ íàñòîÿùåé ðàáîòû óâåëè÷åíèå åãî êîëè÷å-
ñòâà ïðîèçâîäèëîñü èç ñîîáðàæåíèé êîìïåíñà-
öèè, êàê ìèíèìóì, âûøåóïîìÿíóòîãî äåôèöèòà
ýíåðãèè �Q (Ê = 0). Ñ ýòîé öåëüþ âêëþ÷àëîñü
â ðàññìîòðåíèå ñîäåðæàíèå êèñëîðîäà, ñîîòâåò-
ñòâóþùåå êîýôôèöèåíòó L = 3, ïðè ðàçëè÷íûõ
íåáîëüøèõ çíà÷åíèÿõ ñîäåðæàíèÿ âîäû (Ê = 0;
0,25; 0,5). Ðåçóëüòàò ñîîòâåòñòâóþùèõ ðàñ÷åòîâ
ïðåäñòàâëåí â òàáë.6 è íà ðèñ.5. Ïðè ýòîì ñðå-
äè ïðîäóêòîâ ðåàêöèè ïîÿâëÿëèñü äîïîëíèòåëü-
íûå âîäà è óãëåêèñëûé ãàç (ðèñ.6), ÷òî íå-
ñêîëüêî ñíèæàëî ïîêàçàòåëè ýíåðãèè ïîëó÷àå-
ìîãî ñèíòåç-ãàçà WÑÃ.
 ýòîì ñëó÷àå âåëè÷èíû �Q ïðèíèìàþò îò-
ðèöàòåëüíîå çíà÷åíèå. Ïðàêòè÷åñêè ýòî ñîîòâåò-
ñòâóåò òîìó, ÷òî â îáúåìå ðåàêòîðà âûäåëÿåòñÿ
èçáûòî÷íàÿ ýíåðãèÿ, ïðèâîäÿùàÿ ê íåêîòîðîìó
ïîâûøåíèþ òåìïåðàòóðû. Îäíàêî îíà íå äîëæ-
íà ôèãóðèðîâàòü â òàêîì êà÷åñòâå â ôîðìóëå
(50) äëÿ ýôôåêòèâíîñòè. Âìåñòå ñ òåì ñëåäóåò
ó÷åñòü äîïîëíèòåëüíûå çàòðàòû ýíåðãèè ïëàç-
ìîòðîíà íà íàãðåâ òàê èëè èíà÷å ïðèñóòñòâóþ-
ùåé âëàãè (èëè íà âèòðèôèêàöèþ çîëüíîãî îñ-
òàòêà â ñëó÷àå, íàïðèìåð, ãàçèôèêàöèè òâåð-
äûõ îòõîäîâ), êîòîðûå ñîãëàñíî ñ ðèñ.5,á ìîãóò
ñîñòàâëÿòü âåëè÷èíó QÐL ~ QO2. Ïîýòîìó äëÿ
îïðåäåëåíèÿ çäåñü ýôôåêòèâíîñòè ìû ïîëüçó-
åìñÿ âìåñòî (50) ñîîòíîøåíèåì:
� = 2 QO2/WÑÃ. (51)
Ïîëó÷åííûå ïîêàçàòåëè ýôôåêòèâíîñòè,
êàê ýòî ñëåäóåò èç òàáë.6 è ðèñ.5, îñîáî ïðè-
âëåêàòåëüíû ïðè íåáîëüøèõ ýíåðãåòè÷åñêèõ çà-
òðàòàõ íà ïðîèçâîäñòâî êèñëîðîäà QO2, äëÿ êî-
òîðûõ îíè áëèçêè ê ���������
Âûâîäû
Êîëè÷åñòâåííàÿ îöåíêà ýíåðãåòè÷åñêîé ýô-
ôåêòèâíîñòè ïàðîïëàçìåííîé êîíâåðñèè, âû-
ïîëíåííàÿ íà ìîäåëüíîì ïðèìåðå ïåðåðàáîòêè
áèîãàçà, ñâèäåòåëüñòâóåò, ÷òî òåõíîëîãèè íà åå
îñíîâå ìîãóò ôóíêöèîíèðîâàòü â ðåæèìå, áëèç-
êîì ê ýíåðãåòè÷åñêîìó ñàìîîáåñïå÷åíèþ. Äåéñò-
âèòåëüíî, òåïëîòâîðíîñòü ñèíòåç-ãàçà â òàêîì
ïðîöåññå ïðèáëèæàåòñÿ ê 7 êÂò.÷/êã. Ýòà âåëè-
÷èíà ñóùåñòâåííî ïðåâûøàåò òðåáóåìûå çàòðà-
òû ýëåêòðîýíåðãèè íà ïðîèçâîäñòâî 1 êã ñèí-
òåç-ãàçà â «èäåàëüíîì» ïðîöåññå, êîòîðûå ñî-
ñòàâëÿþò 1–2 êÂò.÷/êã.
Òàêèì îáðàçîì, äàæå ñ ó÷åòîì îòíîñèòåëü-
íî íèçêîãî êîýôôèöèåíòà èñïîëüçîâàíèÿ òîï-
ëèâà îêîëî 35 % â ïðîöåññàõ ãåíåðàöèè ýëåê-
òðè÷åñêîé ýíåðãèè ýíåðãåòè÷åñêèå çàòðàòû
áëèçêè ê óðîâíþ ïîëó÷àåìîé ýíåðãèè ñèíòåç-ãà-
çà. Ýòî ñîçäàåò õîðîøèå ïðåäïîñûëêè äëÿ âû-
ñîêîé ýíåðãåòè÷åñêîé ýôôåêòèâíîñòè ïðîöåññà
ïåðåðàáîòêè ðàçëè÷íûõ îòõîäîâ â óñëîâèÿõ ìî-
áèëüíûõ óñòàíîâîê, òàê êàê ïðàêòè÷åñêè èñ-
êëþ÷àåòñÿ íåîáõîäèìîñòü ïðèâëå÷åíèÿ äîïîë-
íèòåëüíûõ èñòî÷íèêîâ ýíåðãèè.
Äîïîëíèòåëüíîå ñóùåñòâåííîå ïîâûøåíèå
ýôôåêòèâíîñòè êîíâåðñèè ìîæåò áûòü äîñòèã-
íóòî ïðè ÷àñòè÷íîì èçáûòî÷íîì ââåäåíèè â
÷èñëî ðåàãåíòîâ êèñëîðîäà. Ýòî ïîçâîëÿåò ðåà-
ëèçîâàòü ïîëíîìàñøòàáíûé ïðîöåññ WTE —
ïðîèçâîäñòâî äîïîëíèòåëüíîé ýëåêòðîýíåðãèè â
ðåçóëüòàòå ïåðåðàáîòêè îòõîäîâ.  ýêîíîìè÷å-
ñêèõ ðåàëèÿõ íàöèîíàëüíîé ýêîíîìèêè ýòî áó-
äåò ñïîñîáñòâîâàòü êîììåðöèàëèçàöèè òàêîãî
ðîäà òåõíîëîãèé.
Âûïîëíåíèå íàñòîÿùåé ðàáîòû ïîääåðæà-
íî Íàöèîíàëüíîé àêàäåìèåé íàóê Óêðàèíû
(ïðîãðàììû «Ïåðñïåêòèâíûå èññëåäîâàíèÿ ïî
ôèçèêå ïëàçìû, óïðàâëÿåìîìó òåðìîÿäåðíîìó
ñèíòåçó è ïëàçìåííûì òåõíîëîãèÿì» è «Âîäî-
ðîä â àëüòåðíàòèâíîé ýíåðãåòèêå è íîâåéøèõ
òåõíîëîãèÿõ»).
Ñïèñîê ëèòåðàòóðû
1. Êîïûòîâ Â.Â. Ãàçèôèêàöèÿ òâåðäûõ òîïëèâ : Ðåò-
ðîñïåêòèâíûé îáçîð, ñîâðåìåííîå ñîñòîÿíèå äåë è
ïåðñïåêòèâû ðàçâèòèÿ // Àëüòåðíàòèâíàÿ ýíåð-
ãåòèêà è ýêîëîãèÿ. — 2012. — ¹ 6. — Ñ. 29–78.
2. Íàö³îíàëüíà äîïîâ³äü ïðî ñòàí íàâêî- ëèøíüîãî
ïðèðîäíîãî ñåðåäîâèùà â Óêðà¿í³ ó 2011 ðîö³. —
Êè¿â : ̳í³ñòåðñòâî åêîëî㳿 òà ïðèðîäíèõ ðå-
ñóðñ³â Óêðà¿íè, LAT&K, 2012. — C. 139.
3. Ïàòîí Á.Å., Áîíäàðåíêî Á.È., Æîâòÿíñêèé Â.À.
Íîâûé èñòî÷íèê âîçîáíîâëÿåìîé ýíåðãèè — òâåð-
äûå áûòîâûå îòõîäû // Ïðîáëåìè ðîçâèòêó
åíåðãåòèêè : Ïîãëÿä ãðîìàäñüêîñò³. — 2009. —
¹ 6. — Ñ. 249–253.
4. Áîíäàð Î.²., Ëîçîâ³öüêèé Ï.Ñ, Ìàøêîâ Î.À.,
Ëîçîâ³öüêèé À.Ï. Åêîëîã³÷íèé ñòàí íàêîïè÷åíèõ
40 Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2015. ¹ 4
Òàáëèöà 6. Ðàñ÷åòíûå ïàðàìåòðû, õàðàê-
òåðèçóþùèå íåñòåõèîìåòðè÷åñêèé ðåæèì êîí-
âåðñèè áèîãàçà â ñèíòåç-ãàç ñ ïðèìåíåíèåì
ïëàçìåííîé òåõíîëîãèè
Ïàðàìåòð
K, îòí.åä.
0 0,25 0,5
L, îòí.åä. 3 3 3
�Q, êÂò.÷/êã –0,390 –0,370 –0,351
Qpl, êÂò.÷/êã 0 0,11 0,22
QÎ2, êÂò.÷:
0,35 êÂò.÷/ì3 0,125 0,121 0,118
1 êÂò.÷/ì3 0,357 0,345 0,337
WÑÃ, êÂò.÷/êã 5,3 5,3 5,3
�, îòí.åä.:
ïðè 0,35 êÂò.÷/ì3 0,048 0,046 0,044
ïðè 1 êÂò.÷/ì3 0,134 0,13 0,128
îñàä³â ñò³÷íèõ âîä ì. Êèºâà // Åêîëîã³÷í³ íàó-
êè. — 2014. — ¹ 7. — Ñ. 38–53.
5. Ïðîáëåìè äåðæàâíîãî ðåãóëþâàííÿ ó ñôåð³ ïî-
âîäæåííÿ ç â³äõîäàìè òà øëÿõè ¿õ âèð³øåííÿ :
Àíàë³òè÷íà çàïèñêà // Íàö³îíàëüíèé ³íñòèòóò
ñòðàòåã³÷íèõ äîñë³äæåíü ïðè Ïðåçèäåíòîâ³ Óê-
ðà¿íè. — [Åëåêòðîííèé ðåñóðñ]. — Ðåæèì äîñòó-
ïó: http://www.niss. gov.ua/articles/1386.
6. Áàõòååâà Ò. Óêðàèíà ïî òåìïàì ðàñïðîñòðàíåíèÿ
ðàêà íà âòîðîì ìåñòå â Åâðîïå // ÓÍÈÀÍ. —
[Ýëåêòðîííèé ðåñóðñ]. — Ðåæèì äîñòóïà:
http://www.unian.net/socity/747565-ukraina-p
o-tempam-rasprostraneniya-raka-na-vtorom-meste-v-
evrope.html.
7. Æîâòÿíñêèé Â.À., Ïåòðîâ Ñ.Â., Êîëåñíèê Â.Â. è
äð. Êîíâåðñèÿ óãëåðîäñîäåðæàùåãî ñûðüÿ ñ ïðè-
ìåíåíèåì ïëàçìåííûõ òåõíîëîãèé // Ýíåðãîòåõ-
íîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. — 2012. — ¹ 5.
— Ñ. 15–32.
8. Zhovtyansky V.A., Petrov S.V., Lelyukh Yu.I. et al.
Efficiency of Renewable Organic Raw Materials
Conversion Using Plasma Technology // IEEE
Trans. Plasma Sci. — 2013. — Vol. 41, ¹ 12. — P.
3233–3239.
9. Øèëëèíã Ã., Áîíí Á., Êðàóñ Ó. Ãàçèôèêàöèÿ óãëÿ.
— Ì. : Íåäðà, 1986. — 175 ñ.
10. Øåëäîí Ð.À. Õèìè÷åñêèå ïðîäóêòû íà îñíîâå
ñèíòåç-ãàçà. — Ì. : Õèìèÿ, 1987. — 248 ñ.
11. Ðîçîâñêèé À.ß. Äèìåòèëîâûé ýôèð è áåíçèí èç
ïðèðîäíîãî ãàçà // Ðîñ. õèì. æóðí. — 2003. —
Ò. 47, ¹ 6. — Ñ. 53–61.
12. Ðàâè÷ Ì.Á. Ýôôåêòèâíîñòü èñïîëüçîâàíèÿ òîïëè-
âà. — Ì. : Íàóêà, 1977. — 258 ñ.
13. Æîâòÿíñêèé Â.À. Ýíåðãîñáåðåæåíèå // Ýíåðãå-
òèêà : Èñòîðèÿ, íàñòîÿùåå è áóäóùåå. — 2010. —
Ò. 4. — Ñ. 269–312, 481–484.
14. Êðóæèëèí Ã.Í., Õóäÿêîâ Ã.Í., Öåëèùåâ Ï.À. Ê
âîïðîñó î ïåðñïåêòèâå ïëàçìåííîé ãàçèôèêàöèè
íèçêîñîðòíûõ òîïëèâ // Õèìèÿ òâåðäîãî òîïëè-
âà. — 1983. — ¹ 2. — Ñ. 88–90.
15. Douglas B. Gas from coal // Textile world. —
1976. — ¹ 12. — P. 113.
16. Æîâòÿíñêèé Â.À., Äóäíèê À.Í., Íåâçãëÿä È.Î.
Ïëàçìåííàÿ êîíâåðñèÿ áèîýòàíîëà â ñóõîé ñèí-
òåç-ãàç // Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæå-
íèå. — 2010. — ¹ 5. — Ñ. 21–28.
17. Rutberg Ph.G., Nakonechny Gh.V., Pavlov A.V.,
Popov S.D., Serba E.O. and Surov A.V. AC plasma
torch with a H2O/CO2/CH4 mix as the working gas
for methane reforming // Journal of Rhysics D: Ap-
plied Physics. —2015. — Vol. 48.-245204.
18. Petitpas G., Rollier J.D., Darmon A. et al. // In-
ternational Journal of Hydrogen Energy. — 2007.
— Vol. 32. — P. 2848–2867.
19. Chernyak V.Ya. , Nedybaliuk O.A., Martysh E.V.
et al. Plasma catalysis of chemical reactions //
Problems of Atomic Science and Technology. Series:
Plasma Physics. — 2014. — ¹ 6. — P. 124–129. —
[Electronic resource]. — Available: http://vant.
kipt.kharkov.ua/ARTICLE/VANT _2014_6/arti-
cle_2014_6_124.pdf/
20. Ïåòðîâ Ñ.Â. Ïëàçìåííàÿ î÷èñòêà âîäû è ãðóíòà îò
òÿæåëûõ ìåòàëëîâ è ðàäèîíóêëèäîâ // Ýíåðãî-
òåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. — 2013. — ¹
5. — Ñ. 38–45.
21. Ïàò. 98271 Óêð., ÌÏÊ9 Í 05 Í 1/24. Åëåêòðîäó-
ãîâèé ïëàçìîòðîí / Ñ.Â.Ïåòðîâ, Ñ.Ã.Áîíäàðåí-
êî, Â.À.Æîâòÿíñüêèé, Â.Ì.Êîðæèê, Â.Â.Ïîïîâ.
— Îïóáë. 25.04.12, Áþë. ¹ 8.
22. Ducharne C. Technical and economic analysis of
Plasma-assisted Waste-to-Energy processes //
Earth Engineering Centre, Columbia University. —
2010. — Sept. — P. 50.
23. Fabry F., Rehmet C., Rohani V.-J., Fulcheri Lt.
Waste Gasification by Thermal Plasma : A Review
// Waste and Biomass Valorization. — 2013. —
doi: 10.1007/s12649-013-9201-7.
24. Directive 2000/76/EC of the European Parliament
and of the Council of 4 December 2000 on the incin-
eration waste // Official Journal of the European
Communities. — 2000. — Vol. 332. — P. 91–111.
25. Laux C.O., Spence T.G., Kruger C.H., Zare R.N.
Optical diagnostics of atmospheric pressure air
plasma // Plasma Sources Sci. Technol. — 2003.
— Vol. 12. — P. 125–138.
26. Dautov N.G., Starik A.M. On the choice of kinetic
scheme in description of volume reaction of methane
and air // Kinet. Catal. — 1997. — Vol. 38. —
P. 168–172.
27. Âàðíàòö Þ., Ìààñ Ó., Äèááë Ð. Ãîðåíèå. Ôèçè÷å-
ñêèå è õèìè÷åñêèå àñïåêòû, ìîäåëèðîâàíèå, ýêñ-
ïåðèìåíòû, îáðàçîâàíèå çàãðÿçíÿþùèõ âåùåñòâ /
Ïåð. ñ àíãë. ïîä ðåä. Ï.À. Âëàñîâà. — Ì. : Ôèç-
ìàòëèò, 2006. — 352 ñ.
28. Arsentiev I.V., Starik A.M., Zhovtyansky V.A.,
Honcharuk Yu.A. Nonequilibrium processes of nitric
oxides formation in plasma-assisted waste gasifica-
tion: modeling study // Advanses in
Nonequilibrium Processes : Plasma, Combustion,
and Atmosphere / Ed. A.M.Starik and S.M.Frolov.
— Moscow : Torus Press, 2014. — P. 27–33.
29. Ïîïîâ À.Â., Ðûæêîâ À.Ô. Óïðàâëÿåìûé ïðîöåññ
ãàçèôèêàöèè áèîìàññû // Ïðîìûøëåííàÿ ýíåð-
ãåòèêà. — 2008. — ¹ 1. — Ñ. 27–31.
30. The European Centre for Renewable Energy. —
2012. — [Online]. — Available:http://www.eee-
info.net. .
31. Ïüÿíûõ Ê.Å., Àíòîùóê Ò.À. Ïðîèçâîäñòâî è èñ-
ïîëüçîâàíèå ãåíåðàòîðíîãî ãàçà äëÿ îáåñïå÷åíèÿ
ðàáîòû ïàðîâîãî êîòëà // Òåç. äîêë. Ìåæäóíàð.
íàó÷.-òåõí. êîíô. «Ýíåðãîýôôåêòèâíîñòü–2012»
(Ñàíêò-Ïåòåðáóðã, 29 ìàÿ — 1 èþíÿ 2012 ã.). —
ÑÏá. : Èí-ò ýëåêòðîôèçèêè è ýëåêòðîýíåðãåòèêè
ÐÀÍ, 2012. — Ñ. 75–77. — [Ýëåêòðîííûé ðå-
ñóðñ]. — Ðåæèì äîñòóïà: http://www.ingas.
org.ua/index.files/Page18337.htm
32. Milne TA., Evans R.J. Biomass Gasifier Tars : Their
Nature, Formation, and Conversions. — Golden,
Cî. : National Renewable Energy Laboratory, 1998.
— NREL/TP-570-25357.
33. Brage C., Qizhuang U., Sjostrom K. Use of amino
phase adsorbent for biomass tar sampling and sepa-
Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2015. ¹ 4 41
ration // Fuel. — 1997. — Vol. 76, ¹ 2. —
P. 137–142.
34. Neeft J.P.A., Knoef H.A.M., Onaji P. Behaviour of
tar in biomass gasification systems. Tar related
problems and their solutions. November Report No.
9919. Energy from Waste and Biomass (EWAB),
The Netherlands (1999).
35. Goeransson K., Soederlind U., He J., Zhang W. Re-
view of syngas production via biomass DFBGs //
Renew. and Sustainable Energ. Reviews. — 2011.
— Vol. 15. — P. 482–492.
36. Zhovtyansky V., Dudnyk O., Petrov S. et al.
Plasma-steam intensification of the hydrogen yield
in the process of wood air gasification // High
Temperature Material Processes. — 2013. — Vol.
17, ¹ 1. — P. 25–35.
37. Mountouris A., Voutsas E., Tassios D. Solid waste
plasma gasification: equilibrium model development
and exergy analysis // Energy Convers Manage.
— 2006. — Vol. 47. — P. 1723–1737.
38. Êîëåñíèê Â.Â., Îðëèê Â.Í., Îëåéíèê Ñ.Þ., Ðîñ-
ñîõà À.Â. Òåðìîäèíàìè÷åñêèé àíàëèç ïðîöåññîâ
îáðàçîâàíèÿ äèîêñèíîâ // Óêð. õèì. æóðí. —
2008. — Ò. 74, ¹ 12. — Ñ. 78–82.
39. Êîëåñíèê Â.Â., Îðëèê Â.Í., Îëåéíèê Ñ.Þ., Ðîñ-
ñîõà À.Â. Òåðìîäèíàìè÷åñêèé àíàëèç ïðîöåññîâ
îáðàçîâàíèÿ ôóðàíîâ // Óêð. õèì. æóðí. —
2009. — Ò. 75, ¹ 10. — Ñ. 99–102.
40. Ãåðàñèìîâ Ã. ß. Îáðàçîâàíèå äèîêñèíîâ ïðè ñæè-
ãàíèè õëîðñîäåðæàùèõ òîïëèâ // Ôèçèêà ãîðå-
íèÿ è âçðûâà. — 2001. — Ò. 37, ¹ 2. —
Ñ. 148–152.
41. McGrath S. Persistent organic pollutants and metals
from sewage sludge : Their effects, on soil plants
and food chain // Workshop on Problems Around
Sewage sludge / Eds. H.Langenkamp, L.Marmo;
Italy Proceedings-European Commissions Joint Re-
search Center, EUR 19657 EN. — 2000. — 242 p.
42. Balgaranova J. Plasma chemical gasification of sewage
sludge // Waste Manag Res. — 2003. — Vol. 21. —
P. 38. — DOI: 10.1177/ 0734242X0302100105. —
[Online]. — Available: http://wmr.sagepub.com
/content/21/1/38.
43. Cedzynska K., Kolacinski Z., Izydorczyk M.,
Sroczynski W. Plasma vitrification of waste inciner-
ator ashes // International Ash Utilization Sympo-
sium. — Centre for Applied Energy Research, 1999.
44. Leal-Quiros E. Plasma Processing of Municipal
Solid Waste // Brazilian Journal of Physics. —
2004. — Vol. 34, ¹ 4B. — P. 1587–1593.
45. Ïîëêàíîâ Ì.À. Óñòàíîâêà «Ïëóòîí» : Ïëàçìåí-
íî-ïèðîëèòè÷åñêàÿ ïåðåðàáîòêà òâåðäûõ ÐÀÎ. —
2013. — 5 ñ. — [Ýëåêòðîííûé ðåñóðñ]. — Ðåæèì
äîñòóïà: http://www.radon.ru/files/images/
plazma.pdf
46. Ïàò. 2012112064 A1 WO. Ñïîñîá ïåðåðàáîòêè
òâåðäûõ è æèäêèõ îòõîäîâ ïðîèçâîäñòâà è ïîòðåá-
ëåíèÿ â òåðìè÷åñêîé ïëàçìå è óñòàíîâêà äëÿ åãî
îñóùåñòâëåíèÿ, «Creno Invest Sa», ÎÎÎ
«Ïëàçèñ», Less. — Îïóáë. 23.08.12.
47. Òóãîâ À.Í., Ìîñêâè÷åâ Â.Ô. Î öåëåñîîáðàçíîñòè
èñïîëüçîâàíèÿ ïëàçìåííûõ òåõíîëîãèé // Òâåð-
äûå áûòîâûå îòõîäû. — 2014. — ¹ 9–10. —
[Ýëåêòðîííûé ðåñóðñ]. — Ðåæèì äîñòóïà:
www.solidwaste.ru/publ/view/831.html
48. Ïðèãîæèí È., Êîíäåïóäè Ä. Ñîâðåìåííàÿ òåðìî-
äèíàìèêà. Îò òåïëîâûõ äâèãàòåëåé äî äèññèïàòèâ-
íûõ ñòðóêòóð. — Ì. : Ìèð, 2002. — 461 ñ.
49. McAllister S., Chen J.Y., Fernandez-Pello A.C.
Fundamentals of combustion processes (mechanical
engineering series) // Springer Science and Busi-
ness Media. — 2011. — DOI 10.1007/978-1-
4419-7943-8_2.
50. Ãóðâè÷ Ë.Â., Âåéö È.Â., Ìåäâåäåâ Â.À. è äð. Òåð-
ìîäèíàìè÷åñêèå ñâîéñòâà èíäèâèäóàëüíûõ âå-
ùåñòâ. — Ì. : Íàóêà, 1982. — Ò. 1. — 824 ñ.
51. Barin J., Knacke O. Thermochemical properties of
inorganic substances. — Berlin : Springer-Verlag,
1973. — 921 p.
52. Yaws CL, ed. Chemical Properties Handbook.
McGraw-Hill, 1999. Available from www.knovel.com
(last updated 10 March 2003). — 779 p.
53. Stull D.R., Prophet H. (eds). JANAF
thermochemical tables. U.S. Department of Com-
merce, Washington, D. C., and addenda, 1971.
54. SANDIA Report SAND87-8215. The CHEMKIN
thermodynamic date base / R.J.Kee, F.M.Rupley,
J.A.Miller. — Livermore, CA : Sandia National
Laboratories, 1987.
55. Burcat A. Thermochemical data for combustion //
B: Combustion chemistry / W.C.Gardiner (ed). —
N.Y. : Springer, 1984.
56. Chase M.W., Jr., Curnutt J.L., Downey J.R., Jr. et
al. JANAF Thermochemical Tables. Supplement. —
1982. — 714 p.
57. Âàòîëèí Í.À., Ìîèñååâ Ã.Ê., Òðóñîâ Á.Ã. Òåðìî-
äèíàìè÷åñêîå ìîäåëèðîâàíèå â âûñîêîòåìïåðà-
òóðíûõ íåîðãàíè÷åñêèõ ñèñòåìàõ. — Ì. : Ìåòàë-
ëóðãèÿ, 1994. — 353 ñ.
58. Ïåðåîñìèñëåííÿ ñòóïåíÿ â³äïîâ³äàëüíîñò³ ïåðåä ìàé-
áóòí³ì : Íàö³îíàëüíà äîïîâ³äü ç ïèòàíü ðåàë³çàö³¿
äåðæàâíî¿ ïîë³òèêè ó ñôåð³ åíåðãîåôåêòèâíîñò³ çà
2009 ð³ê. — Êè¿â : ÍÀÅÐ-ÍÀÓ, 2010. — 254 ñ.
59. ßêóáîâè÷ Ì.Í., Ñòðóæêî Â.Ë., Ñòðèæàê Ï.Å.
Âëèÿíèå óñëîâèé âåäåíèÿ ïðîöåññà è ñîñòàâà êàòà-
ëèçàòîðà íà åãî ïðîèçâîäèòåëüíîñòü â ñèíòåçå Ôè-
øåðà-Òðîïøà // Êàòàëèç â ïðîìûøëåííîñòè. —
2008. — ¹ 1. — Ñ. 14–19.
60. Arita K., Iizuka S. Plasma-assited conversion of car-
bon dioxide to methane by low-pressure pulse dis-
charge // Proc. 31th Intern. Conf. on Partially
Ionized Gases (Granada, Spain, July 14–19, 2013).
— Granada, 2013.
61. Æîâòÿíñêèé Â.À., Íåâçãëÿä È.Î., ßêèìîâè÷
Ì.Â. Êîíâåðñèÿ âîçîáíîâëÿåìîãî óãëåðîäñîäåð-
æàùåãî ñûðüÿ ñ ïðèìåíåíèåì ïëàçìåííûõ òåõíî-
ëîãèé // ³äíîâëþâàëüíà åíãåðãåòèêà. — 2013.
— ¹ 4. — Ñ. 5–13.
62. Ëàâðåí÷åíêî Ã.Ê. Ñîâðåìåííûå òåõíîëîãèè ïîëó-
÷åíèÿ êèñëîðîäà èç âîçäóõà // Cá. òåç. äîêë.
Ìåæäóíàð. íàó÷.-òåõí. êîíô. «Ýíåðãîýôôåêòèâ-
íîñòü–2010» (Êèåâ, 19–21 îêò. 2010 ã.). — Êè¿â :
Èí-ò ãàçà ÍÀÍÓ, 2010. — Ñ. 54–55.
Ïîñòóïèëà â ðåäàêöèþ 26.10.15
42 Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2015. ¹ 4
Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2015. ¹ 4 43
Æîâòÿíñüêèé Â.À., äîêò. ô³ç.-ìàò. íàóê, Îðëèê Â.Ì., êàíä. òåõí. íàóê,
Ïåòðîâ Ñ.Â., äîêò. òåõí. íàóê, ßêèìîâè÷ Ì.Â.
²íñòèòóò ãàçó ÍÀÍ Óêðà¿íè, Êè¿â
âóë. Äåãòÿð³âñüêà, 39, 03113 Êè¿â, Óêðà¿íà, e-mail: zhovt@ukr.net
Çàãàëüí³ ïðèíöèïè ïåðåðîáêè â³äõîä³â ç âèëó÷åííÿì
¿õíüîãî åíåðãåòè÷íîãî ïîòåíö³àëó íà îñíîâ³ ïëàçìîâèõ òåõ-
íîëîã³é. 1. Åêîëîã³÷í³ âèìîãè, òåðìîäèíàì³êà ïðîöåñó
òà éîãî åíåðãåòè÷íà åôåêòèâí³ñòü
Öèêë ïóáë³êàö³é ïðèñâÿ÷åíî ðîçâèòêó òåõíîëîã³é ïåðåðîáêè â³äõîä³â, ùî ì³ñòÿòü âóã-
ëåöü, ó òîìó ÷èñë³ íåáåçïå÷íèõ, ³ç çàñòîñóâàííÿì ïëàçìîâèõ äæåðåë åíåð㳿 ç ìåòîþ
ðîçøèðåííÿ ïåðñïåêòèâ ¿õíüîãî âèêîðèñòàííÿ, à òàêîæ êîìåðö³àë³çàö³¿. Ïðîàíàë³çîâàíî
ñèòóàö³þ â ñôåð³ ïîâîäæåííÿ ç íåáåçïå÷íèìè â³äõîäàìè â Óêðà¿í³. Ïðåäñòàâëåíî îñ-
íîâí³ òåõíîëî㳿 êîíâåðñ³¿ ïàëèâ. Íàâåäåíî íàéá³ëüø çàãàëüí³ îö³íêè åêîëîã³÷íèõ ïåðå-
âàã òà åíåðãåòè÷íî¿ åôåêòèâíîñò³ ïðîöåñ³â ãàçèô³êàö³¿ ç çàñòîñóâàííÿì ïëàçìîâî-ïàðî-
âèõ òåõíîëîã³é. Ó ñâ³òîâ³é íàóêîâ³é ë³òåðàòóð³ ïëàçìîâ³ òåõíîëî㳿 ïåðåðîáêè â³äõîä³â
ïðåäñòàâëåí³ ÷èñëåííèìè ïóáë³êàö³ÿìè, îá’ºäíàíèìè ñï³ëüíîþ ³äåºþ âèëó÷åííÿ åíåðãå-
òè÷íîãî ïîòåíö³àëó âóãëåöåâì³ñíèõ â³äõîä³â ó ïðîöåñ³ ¿õíüî¿ ïåðåðîáêè («plasma-
assisted Waste to Energy»). Âèêîíàíî çàãàëüíèé òåðìîäèíàì³÷íèé àíàë³ç ïðîöåñ³â ãà-
çèô³êàö³¿ âóãëåöåâì³ñíî¿ ñèðîâèíè ³ç çàñòîñóâàííÿì ïëàçìîâèõ òåõíîëîã³é. Íàâåäåíî
îñíîâí³ ñï³ââ³äíîøåííÿ òà äîâ³äêîâ³ äàí³ äëÿ òèïîâèõ ðåàãåíò³â òåõíîëîã³÷íèõ ïðîöåñ³â
ãàçèô³êàö³¿ é îäåðæóâàíèõ ïðîäóêò³â. Íàâåäåíî êîíêðåòíèé ïðèêëàä òåðìîäèíàì³÷íèõ
ðîçðàõóíê³â ñòîñîâíî ïåðåðîáêè â³äõîä³â êóêóðóäçè. Íà éîãî îñíîâ³ àíàë³çóºòüñÿ ïè-
òàííÿ åíåðãåòè÷íî¿ åôåêòèâíîñò³ òåõíîëîã³é. Ó äðóã³é ÷àñòèí³ áóäå ïðåäñòàâëåíî
ðåçóëüòàòè äîñë³äæåíü ãàçèô³êàö³¿ ìóëîâèõ îñàä³â ñòàíö³é âîäîî÷èùåííÿ ÿê ïðèêëàä
ìîæëèâî¿ êîìåðö³àë³çàö³¿ òåõíîëîã³é, ùî îáãîâîðþþòüñÿ. Á³áë. 62, ðèñ. 6, òàáë. 6.
Êëþ÷îâ³ ñëîâà: àëüòåðíàòèâí³ ãàçîâ³ ïàëèâà, ïëàçìî-ïàðîâà ãàçèô³êàö³ÿ, ïëàçìîòðîí,
ñèíòåç-ãàç, ñ³ëüñüêîãîñïîäàðñüê³ òà íåáåçïå÷í³ â³äõîäè, á³îãàç.
Zhovtyansky V.A., Doctor of Physical and Mathematical Sciences,
Orlyk V.N., Candidate of Technical Sciences,
Petrov S.V., Doctor of Technical Sciences, Iakymovych M.V.
The Gas Institute of National Academy of Sciences of Ukraine, Kiev
39, Digtyarivska Str., 03113 Kiev, Ukraine, e-mail: zhovt@ukr.net
The General Principles of Waste Processing with Recovery
of their Energy Potential on the Basis of Plasma Technologies.
Part I. Environmental Requirements, the Thermodynamics of
the Process and its Energy Efficiency
The cycle of publications is devoted to the development of technologies for processing
carbon-containing waste, including – dangerous one, using plasma energy in order to en-
hance prospects for their use and commercialization. The situation in the field of hazard-
ous waste management in Ukraine is analyzed in the first part of this cycle. The main
technologies of the fuel conversion are presented. The most general assessments of ecolog-
ical benefits and energy efficiency of plasma-steam gasification technologies are given.
The plasma technology for the waste processing are presented by numerous publications
in the world scientific literature, united by a common idea extract the energy potential of
the carbonaceous waste in the course of their processing («plasma-assisted Waste to En-
References
1. Kopytov V.V. [Gasification of solid fuels : A retro-
spective review, the current state of affairs and pros-
pects of development]. Al’ternativnaja energetika i
ekologija, 2012, (6), pp. 29–78. (Rus.)
2. National Report on the State of Environment in
Ukraine in 2011. Kiev : Ministerstvo ekologii’ ta
pryrodnyh resursiv Ukrai’ny, LAT&K, 2012, 139 p.
(Ukr.)
3. Paton B.E., Bondarenko B.I., Zhovtyansky V.A. [A
new source of renewable energy is municipal solid
waste]. Problemy rozvytku energetyky : Pogljad
gromads’kosti, 2009, (6), pp. 249–253. (Rus.)
4. Bondar O.I., Lozovic’kyj P.S, Mashkov O.A.,
Lozovic’kyj A.P. [Ecological state of accumulated
sewage sludge in Kiev]. Ekologichni nauky, 2014,
(7), pp. 38–53. (Ukr.)
5. Problems of state regulation in the area of waste man-
agement and their solutions. Policy Brief //
Nacional’nyj instytut strategichnyh doslidzhen’ pry
Prezydentovi Ukrai’ny. — [Electronic resource]. —
Available: http://www.niss.gov.ua/articles/1386.
(Ukr.)
6. Bahteeva T. [Ukraine in terms of the spread of cancer in
second place in Europe]. UNIAN. — [Electronic re-
source]. — Available: http://www.unian.net/soci-
ety/747565-ukraina-po-tempam-rasprostraneniya-raka-
na-vtorom-meste-v-evrope.html. (Rus.)
7. Zhovtyansky V.A., Petrov S.V., Kolesnyk V.V.,
Orlyk V.N., Lelyukh Ju.Y., Nevzglyad Y.O.,
Goncharuk Ju.A., Iakymovych M.V. [Conversion of
carbonaceous renewable raw materials by using
plasma technology]. Energotehnologii i
resursosberezhenie [Energy Technologies and Re-
source Saving], 2012, (5), pp. 15–32. (Rus.)
8. Zhovtyansky V.A., Petrov S.V., Lelyukh Yu.I.,
Nevzglyad I.O., Goncharuk Yu.A. [Efficiency of
Renewable Organic Raw Materials Conversion
Using Plasma Technology]. IEEE Trans. Plasma
Sci., 2013, 41 (12), pp. 3233–3239.
9. Shilling G., Bonn B., Kraus U. [Coal gasification].
Moscow : Nedra, 1986, 175 p. (Rus.)
10. Sheldon R.A. [Chemical products based on synthesis
gas]. Moscow : Himija, 1987, 248 p. (Rus.)
11. Rozovskij A.Ja. [Dimethyl ether and gasoline from
natural gas]. Rosijskij himicheskij zhurnal, 2003, 47
(6), pp. 53–61. (Rus.)
12. Ravich M.B. [Efficiency of fuel use]. Moscow :
Nauka, 1977, 258 p. (Rus.)
13. Zhovtyansky V.A. [Energy Saving]. Energetika :
Istorija, nastojashhee i budushhee, 2010, 4, pp.
269–312, 481–484. (Rus.)
14. Kruzhilin G.N., Hudjakov G.N., Celishhev P.A. [To
a question about the prospect of plasma gasification
of low-grade fuels]. Himija tverdogo topliva, 1983,
(2), pp. 88–90. (Rus.)
15. Douglas B. Gas from coal. Textile world, 1976,
(12), p. 113.
16. Zhovtyansky V.A., Dudnuk A.N., Nevzglyad I.O.
[Plasma conversion of bioethanol into dry synthesis
gas]. Energotehnologii i resursosberezhenie [Energy
Technologies and Resource Saving], 2010, (5), pp.
21–28. (Rus.)
17. Rutberg Ph.G., Nakonechny Gh.V., Pavlov A.V.,
Popov S.D., Serba E.O. and Surov A.V. AC plasma
torch with a H2O/CO2/CH4 mix as the working gas
for methane reforming, Journal of Rhysics D: Applied
Physics, 2015 (48), ðð. 245204.
18. Petitpas G., Rollier J.D., Darmon A., Gonza-
lez-Aguilar J., Metkemeijer R., Fulcheri L., , Inter-
national Journal of Hydrogen Energy, 2007, 32, pp.
2848–2867.
19.Chernyak V.Ya., Nedybaliuk O.A., Martysh E.V., Iu-
khymenko V.V., Prysiazhnevych I.V., Solomenko
Ol.V., Veremii Iu.P. Plasma catalysis of chemical re-
actions. Problems of Atomic Science and Technology.
Series: Plasma Physics, 2014, 6 (20), pp. 124–129. —
[Electronic resource]. — Available: http://
vant.kipt.kharkov.ua/ARTILE/VANT_2014_6 /ar-
ticle_2014_6_124.pdf
20. Petrov S.V., [Plasma treatment of water and soil
from heavy metals and radionuclides].
Energotehnologii i resursosberezhenie [Energy
Technologies and Resource Saving], 2013, (5), pp.
38–45. (Rus.)
21. Pat. 98271 UA, MPK9 H 05 H 1/24. [Plasma torch
of electric arc], Petrov S.V., Bondarenko S.G.,
Zhovtyansky V.A., Korzhik V.M., Popov V.V.,
Zajavka a201105424 v³d 28.04.2011, Publ.
25.04.2012, Bul. No. 8. (Ukr.)
22. Ducharne C., Technical and economic analysis of
Plasma-assisted Waste-to-Energy processes, Earth
Engineering Centre : Columbia University, 2010,
Sept., p. 50.
23. Fabry F., Rehmet C., Rohani V.-J., Fulcheri Lt.
Waste Gasification by Thermal Plasma: A Review.
Waste and Biomass Valorization, 2013, doi:
10.1007/s12649-013-9201-7.
44 Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2015. ¹ 4
ergy»). A general thermodynamic analysis of the gasification processes of carbonaceous
raw materials by using plasma technologies was done; basic ratio and reference data for
typical reagents of gasification processes and obtained products are presented. A concrete
example of thermodynamic calculations of waste corn processing were produced; the
problem of technology energy efficiency is analyzed on this base. The second part will
present the results of studies the of plasma-steam gasification of the sewage sludge of wa-
ter treatment plants as an example of a possible commercialization of technologies dis-
cussed. Bibl. 62, Fig. 6, Table 6.
Key words: alternative gas fuel, plasma-steam gasification, plasma torch, synthesis gas,
agricultural and hazardous waste, biogas.
24. Directive 2000/76/EC of the European Parliament
and of the Council of 4 December 2000 on the incin-
eration waste, Official Journal of the European
Communities, 2000, 332, pp. 91–111.
25. Laux C.O., Spence T.G., Kruger C.H., Zare R.N.
Optical diagnostics of atmospheric pressure air
plasma, Plasma Sources Sci. Technol., 2003, 12, pp.
125–138.
26. Dautov N.G., Starik A.M. On the choice of kinetic
scheme in description of volume reaction of methane
and air. Kinet. Catal., 1997, 38, pp. 168–172.
27. Varnatc Ju., Maas U., Dibbl R. Combustion. Physi-
cal and chemical aspects, modeling, experiments,
formation of pollutants. Moscow : Fizmatlit, 2006,
352 p. (Rus.)
28. Arsentiev I.V., Starik A.M., Zhovtyansky V.A. and
Honcharuk Yu.A. Nonequilibrium processes of nitric
oxides formation in plasma-assisted waste gasifica-
tion: modeling study, Advanses in Nonequilibrium
Processes : Plasma, Combustion, and Atmosphere,
Eds. A.M.Starik and S.M.Frolov. Moscow : Torus
Press, 2014, pp. 27–33.
29. Popov A.V., Ryzhkov A.F. [Manage the process of
biomass gasification]. Promyshlennaja jenergetika,
2008, (1), pp. 27–31. (Rus.)
30. The European Centre for Renewable Energy, 2012.
— [Online]. — Available: http:// www.eee-
info.net.
31. P’janyh K.E., Antoshhuk T.A. Production and use
of generator gas for the operation of the steam boiler
// Tez. dokl. mezhdunar. nauchno-tehn. konf.
«Jenergojeffektivnost’-2012». SPb. : Institute
jelektrofiziki i jelektrojenergetiki RAN, 2012, pp.
75–77. — [Electronic resource] — Available:
http://www.ingas.org.ua/inex.files/Page18337.
htm (Rus.)
32. Milne, T.A., Evans, R.J.: Biomass Gasifier Tars:
Their Nature, Formation, and Conversions. National
Renewable Energy Laboratory, Golden, CO.
NREL/TP-570-25357 (1998)
33. Brage, C., Qizhuang, U., Sjostrom, K.: Use of
amino phase adsorbent for biomass tar sampling and
separation. Fuel, 1997, 76 (2), pp. 137–142.
34. Neeft, J.P.A., Knoef, H.A.M., Onaji, P.: Behaviour
of tar in biomass gasification systems. Tar related
problems and their solutions. November Report No.
9919. Energy from Waste and Biomass (EWAB),
The Netherlands (1999).
35. Goeransson, K., Soederlind, U., He, J., Zhang, W.:
Review of syngas production via biomass DFBGs.
Renew. and Sustainable Energ. Reviews, 2011, 15,
pp. 482–492.
36. Zhovtyansky V., Dudnyk O., Petrov S., Verbovsky
V., Rubets D., Yakymovych M. Plasma-steam in-
tensification of the hydrogen yield in the process of
wood air gasification. High Temperature Material
Processes, 2013, 17 (1), pp. 25–35.
37. Mountouris A., Voutsas E., Tassios D. Solid waste
plasma gasification: equilibrium model development
and exergy analysis. Energy Convers Manage, 2006,
47, pp. 1723–1737.
38. Kolesnik V.V., Orlyk V.N., Olejnik S.Ju., Rossoha
A.V. [Thermodynamic analysis of processes of for-
mation dioxins]. Ukrainskij himicheskij zhurnal,
2008, 74 (12), pp. 78–82. (Rus.)
39. Kolesnik V.V., Orlyk V.N., Olejnik S.Ju., Rossoha
A.V. [Thermodynamic analysis of processes of for-
mation furans]. Ukrainskij himicheskij zhurnal,
2009, 75 (10), pp. 99–102. (Rus.)
40. Gerasimov G.Ja. [The formation of dioxins by burn-
ing chlorine-containing fuels]. Fizika gorenija i
vzryva, 2001, 37 (2), pp. 148–152. (Rus.)
41. McGrath, S. Persistent organic pollutants and met-
als from sewage sludge : Their effects, on soil plants
and food chain. In: Langenkamp, H. & Marmo, L.
(Eds) : Workshop on Problems Around Sewage
sludge 18–19 November, 1999 (NO) Italy Proceed-
ings-European Commissions Joint Research Center,
EUR 19657 EN, 2000, pp. 242.
42. Balgaranova J. Plasma chemical gasification of sewage
sludge. Waste Manag. Res., 2003, 21, p. 38, DOI:
10.1177/0734242X0302100105. [Online]. Available:
http://wmr.sagepub.com/content/21/1/38.
43. Cedzynska K., Kolacinski Z., Izydorczyk M. and
Sroczynski W. Plasma vitrification of waste inciner-
ator ashes. International Ash Utilization Sympo-
sium. Centre for Applied Energy Research, 1999.
44. Leal-Quiros E. Plasma Processing of Municipal
Solid Waste. Brazilian Journal of Physics, 2004, 34
(4B), pp. 1587–1593.
45. Polkanov M.A. Equipment of «Pluton» : Plasma py-
rolysis treatment of solid radioactive waste, 2013, 5
p. — [Electronic resource]. — Available: http:
www.radon.ru/files/images/plazma.pdf. (Rus.)
46. Pat. 2012112064 A1 WO. [Method for processing
solid and liquid wastes of production and consump-
tion in the thermal plasma and equipment for its im-
plementation], «Creno Invest Sa», OOO «Plazis»,
Less. — Publ. 23.08.2012. (Rus.)
47. Tugov A.N., Moskvichev V.F. [On the feasibility of us-
ing plasma technology]. Tverdye bytovye othody,
2014, (9–10). — [Electronic resource] — Avail-
able:www.solidwaste.ru/publ/view/831.html (Rus.)
48. Prigozhin I., Kondepudi D. [Modern Thermodynam-
ics. From Heat Engines to dissipative structures].
Moscow : Mir, 2002, 461 p. (Rus.)
49. McAllister, S., Chen, J.Y. and Fernandez-Pello, A.C.
Fundamentals of combustion processes (mechanical
engineering series), Springer Science and Business
Media, 2011. DOI 10.1007/978-1-4419-7943-8_2,
50. Gurvich L.V., Vejc I.V., Medvedev V.A. Thermo-
dynamic properties of individual substances. Mos-
cow : Nauka, 1982, 1, 824 p. (Rus.)
51. Barin J., Knacke O. Thermochemical properties of
inorganic substances. Berlin : Springer-Verlag,
1973, 921 p.
52. Yaws C.L., ed. Chemical Properties Handbook.
McGraw-Hill, 1999. Available from www.knovel.com
(last updated 10 March 2003). – 779 p.
53. Stull D.R., Prophet H. (eds). JANAF
thermochemical tables. U.S. Department of Com-
merce, Washington, D.C., and addenda, 1971.
Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2015. ¹ 4 45
54. Kee R.J., Rupley F.M., Miller J.A. The CHEMKIN
thermodynamic date base, SANDIA Report
SAND87-8215, Sandia National Laboratories,
Livermore, CA, 1987.
55. Burcat A. Thermochemical data for combustion, B:
Combustion chemistry. Gardiner W.C. (ed). N.Y. :
Springer, 1984.
56. Chase M.W., Jr., Curnutt J.L., Downey J.R., Jr.,
McDonald R.A., Syverud A.N., and Valenzuela
E.A. JANAF Thermochemical Tables. Supplement,
1982, 714 p.
57. Vatolin N.A., Moiseev G.K., Trusov B.G. [Thermo-
dynamic modeling in high temperature inorganic
systems]. Moscow : Metallurgy, 1994, 353 p. (Rus.)
58. [Rethinking the degree of responsibility before the
future: national report on the implementation of the
state policy on energy efficiency in 2009]. Kiev :
NAER-NAU, 2010, 254 p. (Ukr.)
59. Iakubovich M.N., Struzhko V.L., Strizhak P.E.
[The influence of conditions process and catalyst
composition on its performance in synthesis
Fischer-Tropsch]. Kataliz v promyshlennosti, 2008,
(1), pp. 14–19. (Rus.)
60. Arita K., Iizuka S. Plasma-assited conversion of car-
bon dioxide to methane by low-pressure pulse dis-
charge. Proc. 31th Intern. Conf. on Partially Ion-
ized Gases (Spain, Granada, July 14–19, 2013). —
Granada, 2013. — 4 pp.
61. Zhovtyansky V.A., Nevzglyad I.O., Iakymovych
M.V. Conversion of carbonaceous renewable raw
materials by using plasma technology.
Vidnovljuval’na energetyka, 2013, (4), pp. 5–13.
(Rus.)
62. Lavrenchenko G.K. Modern technologies of oxygen
production from air. Sbornik tezisov dokladov
mezhdunarodnoy nauchno-tehnicheskoy konferencii
«Energojeffektivnost’–2010» (Kiev, 19–21 Okt.
2010). Kiev : Institute Gaza NASU, 2010, pp.
54–55.
Received October 26, 2015
46 Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2015. ¹ 4
ÓÄÊ 666.884:621.783:662.951.2
Ïèëèïåíêî Ð.À.1, êàíä. òåõí. íàóê, Ïèëèïåíêî À.Â.1,
Ëîãâèíåíêî Ä.Ì.2, êàíä. òåõí. íàóê
1 Èíñòèòóò ãàçà ÍÀÍ Óêðàèíû, Êèåâ
óë. Äåãòÿðåâñêàÿ, 39, 03113 Êèåâ, Óêðàèíà, e-mail: zhovt@ukr.net
2 ÃÏ «Óêðìåòðòåñòñòàíäàðò», Êèåâ
óë. Ìåòðîëîãè÷åñêàÿ, 4, 0311356 Êèåâ, Óêðàèíà
Îïûò ïðèìåíåíèÿ òåõíîëîãèè òî÷íîãî íàãðåâà
ïðè îáæèãå îãíåóïîðíûõ èçäåëèé
 ïðîöåññå îáæèãà îãíåóïîðíûõ è òåïëîèçîëÿöèîííûõ èçäåëèé â òóííåëüíîé ïå÷è
ïðèìåíåíà òåõíîëîãèÿ òî÷íîãî íàãðåâà, îñíîâàííàÿ íà îðãàíèçàöèè èíòåíñèâíîé âíóò-
ðåííåé ðåöèðêóëÿöèè ãàçîâ ìåæäó ïàêåòàìè èçäåëèé. Äâèæåíèå ãàçîâ ïðîèñõîäèò ïî
ðàñ÷åòíûì ãåîìåòðè÷åñêèì êîíòóðàì âíóòðè ðàáî÷åãî ïðîñòðàíñòâà çà ñ÷åò êèíåòè÷å-
ñêîé ýíåðãèè ñêîðîñòíûõ ñòðóé ïðîäóêòîâ ñãîðàíèÿ. Èñòî÷íèêîì òàêèõ ñòðóé ÿâëÿþò-
ñÿ ñêîðîñòíûå ãîðåëêè ñåðèè ÃÍÁ. Áëàãîäàðÿ èíòåíñèôèêàöèè è ðàâíîìåðíîñòè íà-
ãðåâà óñòðàíåíû çàùèòíûå ìóôåëè âîêðóã ïàêåòîâ, ïîâûøåíà ïðîèçâîäèòåëüíîñòü ïå-
÷è, ñíèæåíû óäåëüíûå ðàñõîäû òîïëèâà. Áèáë. 6, ðèñ. 4, òàáë. 1.
Êëþ÷åâûå ñëîâà: îãíåóïîðû, îáæèã, ðàâíîìåðíîñòü íàãðåâà, ñêîðîñòíûå ãîðåëêè, ðå-
öèðêóëÿöèÿ ãàçîâ.
Ïðè îáæèãå îáúåìíûõ ñàäîê êåðàìè÷åñêèõ
è îãíåóïîðíûõ èçäåëèé â ãàçîâûõ òóííåëüíûõ
ïå÷àõ íàáëþäàåòñÿ çíà÷èòåëüíàÿ íåðàâíîìåð-
íîñòü òåìïåðàòóð ïî âûñîòå è øèðèíå ðàáî÷åãî
êàíàëà, ÷òî íåãàòèâíî ñêàçûâàåòñÿ íà êà÷åñòâå
îáæèãàåìûõ èçäåëèé, âðåìåíè îáæèãà è çàòðà-
òàõ òîïëèâà. Îäíîé èç îñíîâíûõ ïðè÷èí ýòîãî
ÿâëÿåòñÿ îùóòèìûé (èíîãäà äî 20 Ïà) ãðàäèåíò
ñòàòè÷åñêèõ äàâëåíèé ïî âûñîòå êàíàëà, ÷òî
òðåáóåò ìàêñèìàëüíîãî óïëîòíåíèÿ ñòûêîâ ìåæ-
äó âàãîíåòêàìè è âäîëü èõ ñîñòàâà äëÿ èñêëþ÷å-
íèÿ ïîäñîñîâ õîëîäíîãî âîçäóõà â ðàáî÷èé êà-
íàë. Äðóãîé ïðè÷èíîé íåðàâíîìåðíîñòè íàãðåâà
ÿâëÿåòñÿ íàëè÷èå îòíîñèòåëüíî áîëüøîé (ïî îò-
íîøåíèþ ê ñàäêå â íåñêîëüêî ðàç) ìàññû ôóòå-
ðîâàííûõ âàãîíåòîê. Ïðèìåíåíèå êàíàëèçèðî-
âàííîãî «òåïëîãî» ïîäà, ëåãêîâåñíûõ îãíåóïî-
ðîâ è òåïëîèçîëÿöèè ýòó ðàçíèöó â ìàññàõ ñî-
êðàùàåò, íî íå èñêëþ÷àåò. Ïðè íèçêèõ ñêîðî-
ñòÿõ äâèæåíèÿ ãðåþùèõ ãàçîâ âäîëü êàíàëà ýòî
� Ïèëèïåíêî Ð.À., Ïèëèïåíêî À.Â., Ëîãâèíåíêî Ä.Ì., 2015
|