中国科学院力学研究所研发成功等离子体生活垃圾气化发电技术
生活垃圾等离子体气化及发电技术
生活垃圾等离子体气化及发电技术1、相关背景随着我国城市化、工业化的进程，城市生活垃圾数量不断增长，已经对我国环境安全构成了严重威胁。
例如，目前北京市每天产生约1.8万吨生活垃圾，由于卫生填埋场地紧张且环保效果较差、焚烧易造成二次污染等问题而遭到群众反对，因而北京市生活垃圾处理面临巨大压力，急需发展新一代的环保、节能的焚烧替代技术。
同样的问题在全国各大城市都有不同程度的体现。
等离子体技术是最有希望替代焚烧的先进技术。
随温度升高，物质先经历固、液、气三态，若温度继续上升，气体电离导电，但在一定体积内（德拜半径之内），由于正负离子数目相等，宏观呈现电中性，此时物质成为等离子体态，为物质的第四态。
放电产生的2,000~30,000ºC的等离子体，为低温热等离子体，工业应用比较广泛。
等离子体技术在上世纪60年代受益于航天事业的发展而飞速发展，用于处理废物则始于1970年代初，最初主要用于低放射性废物、化学武器和常规武器销毁，1990年代才进入民用领域。
由于传统等离子体处理设备技术含量高，投资和运行成本相对较高，初期多用于销毁多氯联苯（PCBs）、POPs、废农药、焚烧飞灰和医疗废物等危险废物。
近十年来，技术的不断进步和成熟带来了成本的逐渐降低，随着政府对垃圾处理问题的重视和公众环保意识不断提高，等离子体处理生活垃圾和生物质气化发电的技术逐渐成为国内外的热点。
2、技术特点及原理生活垃圾气化处理一般采用电弧放电得到的低温热等离子体，弧区温度达6000ºC 以上。
由于能量密度非常高，且富含大量极具反应活性的电子和重粒子，因此能够迅速使有机废物的化学键断裂、达到裂解的目的。
生活垃圾中的有机成分在等离子体反应器内1000 ºC高温环境下充分裂解气化，转化成CO和H2等小分子可燃性气体（一般称为“合成气”），用于能源或资源回收，等离子体技术最主要的技术优势包括：（1）处理温度高，环保效果好：等离子体核心温度可达6000ºC 以上，反应器内温度可根据需要控制在1000~2000ºC范围，有害物质摧毁彻底，二噁英前驱体被彻底破坏，二次污染物排放比焚烧低2~3个数量级。
垃圾填埋气实现综合利用
垃圾填埋气实现综合利用——中科院工程热物理研究所填埋气综合利用研究硕果累累城市垃圾填埋处理是当前世界各国垃圾处理的主要方式，对填埋中产生的填埋气进行综合处置、利用则是国际关注的节能减排课题。
中国科学院工程热物理研究所依托学科及团队优势，自1997年起，对垃圾填埋气的综合处置、利用开展了10余年的系统研究和应用开发，形成了一批专利成果，成功研究发明出具有自主知识产权的填埋气焚烧火炬和填埋气发电机组，相关技术已分别达到国际领先、国际先进水平，不仅实现了重大环保设备的国产化，推进了国家环卫行业的技术进步，而且为实现我国节能减排目标和实现“绿色北京、绿色奥运”做出了贡献。
一、着眼“减排”战略，成功发明适于填埋气特性的焚烧火炬垃圾填埋堆体中的生物质在厌氧发酵条件下将产生大量的填埋气，其中含有甲烷（占50%-60%）、二氧化碳和其他微量气体（占40%-50%）。
填埋气不仅易燃易爆、污染环境，而且其中的甲烷所造成的温室效应是二氧化碳的21倍，属于强温室效应气体。
由于垃圾成分和环境的影响，填埋气的产量和组份变化较大，因此对科研人员来说，实现填埋气的稳定燃烧，使其中的甲烷通过有效燃烧变成温室效应较小的二氧化碳，是需要解决的关键技术难题。
此外，先进的填埋气焚烧设备能适应较宽的填埋气成分变化，有较宽的负荷调节比，而进口此类焚烧设备价格昂贵，且负荷调节比小（只能达到20：1）。
基于此，中科院工程热物理研究所将研制具有我国自主知识产权的高稳定、宽负荷调节比的填埋气焚烧设备设定为其重要目标。
工程热物理研究所研究团队分别建立了填埋气燃烧实验室、发动机实验室和综合处置、利用示范基地，开展了燃烧特性研究和单元燃烧器开发研究。
在五年时间里，科研人员先后完成了填埋气单元燃烧器在风、雨条件下稳定燃烧的试验研究和两缸机燃用填埋气的实验研究，解决了填埋气预处理、点火等技术，成功申报、获取了4项专利授权。
在此基础上，科研人员成功研制出国内首台自主知识产权的填埋气焚烧火炬（低压头多管组合式、高稳定性、超宽负荷调节比填埋气焚烧火炬）系统，并在北京、深圳、上海、湘潭、厦门等城市的10余处垃圾填埋场成功推广应用。
中科院力学所——便携式大气压空气冷等离子体发生器
中科院力学所——便携式大气压空气冷等离子体发生器中国科学院力学研究所应用等离子体力学课题组隶属于高温气体动力学国家重点实验室。
课题组已有近五十年历史。
多年来积累了直流等离子体射流产生技术、高频热等离子体射流、大气压非平衡等离子体、交流等离子体射流产生技术，以及多弧离子镀、中频对靶磁控溅射、射频感应等离子体镀膜等技术。
在等离子体状态控制和参数诊断方面有长期的工作经验和知识积累。
在等离子体材料工艺应用方面开展了大量的低气压/大气压等离子体喷涂、金属表面改性、熔敷、熔凝、镀膜等研究。
近年来课题组的主要研究方向集中在等离子体流动稳定性、先进空间电推进、空天高焓流动地面模拟、大气压空气冷等离子体发生器设计等领域。
便携式等离子体发生器技术介绍及特点等离子体是物质除固态、液态和气态之外的第四态，按照温度的不同，可以分为高温等离子体和低温等离子体，低温等离子体又分为热等离子体和冷等离子体；按照粒子温度分布的不同可以分为热平衡等离子体和非热平衡等离子体。
大气压冷等离子体以其温度低、无需复杂昂贵真空系统以及活性物质丰富等特征，近年来广泛应用于皮肤治疗、口腔医学、食品工程、材料改性、纳米合成和环境工程等领域，其主要活性物质包括活性氧和活性氮基团、激发态和亚稳态粒子、电场、带电粒子、紫外线及热量等。
近些年来，人们根据应用需求的不同，广泛设计了丰富多样的大气压冷等离子体射流发生器。
这些射流发生器主要以昂贵的稀有气体作为激发气源，同时等离子体工作离不开体积庞大的气源和电源设备。
如何借助自然界条件，充分发挥空气优势，实现大气压空气冷等离子体射流的应用值得我们探讨。
我们设计了一款便携式空气冷等离子体发生器，摆脱传统大体积的电源和气源设备，既可以在空气种激发，也可以在水下激发。
该便携式空气等离子体射流发生器设计使得大气压冷等离子体从实验室迈向市场走近人类生活成为可能。
应用领域杀菌消毒：伤口愈合、口腔治疗、医用工具消毒、家居卫生、水果保鲜；环境保护：空气净化、污水净化；材料制备：纳米材料合成。
等离子气化技术在垃圾处理中的应用
（０ ０。 １ ， ０ Ｆ）的高温 ，这 足以材料 。等离子炬用 还可于铸造行业 中的金属熔化
目前 中 国各 大城 市都 不 同程 度 地 出现 垃圾 围城 现 及切 割金属 。当应用 于废 物处理时 ，等离子体 的热量 能 象 。垃圾 填埋 由于 占用 大量 空间和污染地下水 而被公 认 非常有效地 使其 中的有机物蒸发 成气体 ，使无机物熔化 为是垃圾 处理的最后 的选择 ，减量化和无害化 的垃圾 焚 烧项 目则 由于其潜 在的二次污染 （ 如会产生二略英 ）而
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（ ４）产 品
性 。这些能够获得高额处理费和提供 良好 热值 的废物包
可 以是 电能 ，或是各种化学品 、氢和聚合物。
括石油 、化学工厂 的炼油废物 、医疗废物 、汽车切碎后
质 煤 也 能 够 用 于 气 化 处理 。
残 留物 、建筑垃圾 、轮胎和电线杆等。此外 ，大量的劣
３ 等 离子 气 化 的 优 点
（ １） 高效
单一的气化炉可以生产多种 产品 ，比如热 、蒸汽 、
由于等离子气化高温和高 的热密度 ，等离子技术几 电能 、乙醇或氢 ，这样可 以最大限度地利用 资源。合成 乎能将碳基废物完全转化成合成气和无机物灰渣 。比起 气 中的氢可 以很容易地与碳和氧气分 离 ，而且如果提升
其它热解和燃 烧系统 ，等离子技术能更有效地运行。等 合成气 中甲烷 的含量就可 以制成合成天然气 。合成气通 离子气化的产电效率优 于焚烧炉燃烧 。通常焚烧炉燃烧 常可 以通过催化转化过程而生成液体燃料 ，这 在第二次
的热量驱动汽轮机来产生 电力 ，而气化系统可 以使用效 世 界 大 战 以来 已被 广泛 用 于煤 液 化 中 。
遭 到公 众 的 质 疑 。
等离子体气化发电
IMECH CAS
技术发展路线
始于航天、冶金—等离子体应用的基础及实践 九五——转为环保
首先基础性研究，包括等离子体技术本身
• 配合实验室实验，探出发展方向
小型设备——医废/电子/化学战剂/危废 中试/工业化设备（危废-规模小/腐蚀性强/环保难度大） 积累经验后，生活垃圾与生物质气化——示范工程 坚持基础研究配合，解决应用需求
H.Z. Sheng 29
IMECH CAS
等离子体处理废物—力学所10年
—针对有机/高含氯,技术难度大,规模较小
医疗垃圾-863 3吨/日的模拟医 疗废物处理系统, 该系统采用H2还 原气氛，消耗量 很小，尾气量也 很小，每小时仅 200-300Nm3。
PCBs
PCBs-中昊晨光
样品浓度（mg/kg） 废渣1号 一氯联苯 二氯联苯 三氯联苯 总多氯联苯 1.26 0.0217 ND 1.28 废渣2号 12.8 0.122 0.0131 12.9 检测限 （mg/kg） 0.0002 0.0002 0.0002 0.0002
• 等离子体发生器、反应器内过程 • 尾气处理、玻璃体渣 • 前处理及系统优化，提高经济效益
H.Z. Sheng 27
IMECH CAS
高温冶金铌/钨/钼-环保好
三相交流（150 kW）
H.Z. Sheng
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IMECH CAS
多种等离子体炬
热阴极
20 kW
120 kW
250 kW 大气压滑动弧 产生装置
表中：CO、NOx、SO2 是中科院生态中心为力学所试验测试的数据。 PCDD是参考美国Startech公司提供的数据，等离子体炉的PCDD排放 为美国焚烧炉排放新标准限制值的1/1250左右。
中科院研发气化飞灰焚烧发电技术实现煤炭转化为清洁煤气和建材原料
中科院研发气化飞灰焚烧发电技术实现煤炭转化为清洁煤气和建材原料飞灰由燃料(主要是煤)燃烧过程中排出的微小灰粒。
其粒径一般在1～100μm之间。
又称粉煤灰或烟灰。
由燃料燃烧所产生烟气灰分中的细微固体颗粒物。
如燃煤电厂从烟道气体中收集的细灰。
大量粉煤灰如不加控制或处理，会造成大气污染，进入水体会淤塞河道，其中某些化学物质对生物和人体造成危害。
近日，国际首台循环流化床飞灰焚烧炉在江西高安实现满负荷稳定运行，单台日纯燃气化飞灰500吨，燃烧效率达到98.5%。
该项目通过气化飞灰焚烧发电技术与循环流化床煤气化技术的有机耦合，将煤炭转化为清洁煤气和建材原料，为当地聚集发展新动能、实现产业升级提供后劲，在建陶产业转型升级、绿色发展中具有重要意义。
该飞灰焚烧炉为江西济民可信(高安)清洁工业燃气项目配备的3台飞灰焚烧装置中的1号炉。
总投资约60亿元人民币。
项目建成后将成为全球大煤制清洁工业燃气项目，将向陶瓷产业基地40余家企业提供煤制清洁工业燃气。
焚烧产生的超高压超高温蒸汽用于发电，配3套发电量为45MW 的余热余能发电装置。
该项目的飞灰焚烧炉飞灰处理量大、蒸汽参数高，在国际上尚属首次。
循环流化床锅炉采用的是工业化程度最高的洁净煤燃烧技术。
循环流化床锅炉采用流态化燃烧，主要结构包括燃烧室(包括密相区和稀相区)和循环回炉(包括高温气固分离器和返料系统)两大部分。
与鼓泡流化床燃烧技术的最大区别是运行风速高，强化了燃烧和脱硫等非均相反应过程，锅炉容量可以扩大到电力工业可以接受的大容量(600MW或以上等级)，循环流化床锅炉已经很好的解决了热学、力学、材料学等基础问题和膨胀、磨损、超温等工程问题，成为难燃固体燃料(如煤矸石、油页岩、城市垃圾、淤泥和其他废弃物)能源利用的先进技术。
循环流化床锅炉系统通常由流化床燃烧室(炉膛)、循环灰分离器、飞灰回送装置、尾部受热面和辅助设备等组成。
循环流化床锅炉系统通常由燃烧系统和汽水系统所组成，燃料在锅炉的燃烧系统中完成燃烧过程，并通过燃烧将化学能转变为烟气的热能，以加热工质;汽水系统的功能是通过受热面吸收烟气的热量，完成工质由水转变为饱和蒸汽，再转变为过热蒸汽的过程。
等离子技术在生活垃圾处理中的应用与探索
等离子技术在生活垃圾处理中的应用与探索【摘要】城市生活垃圾等离子气化技术融合了等离子体和气化的优点，能实现真正的垃圾无害化处理，是垃圾焚烧最具潜力的一种替代技术。
本文重点介绍了生活垃圾等离子体气化技术、国内外技术进展，论述了生活垃圾等离子气化过程中存在的问题及其解决措施。
【关键词】等离子气化；生活垃圾；处理1.生活垃圾等离子气化技术生活垃圾等离子气化技术由生物质气化技术结合“低温”等离子体技术发展衍生而成，具有等离子体和气化的优点。
等离子体技术将MSW中的有机物完全转化为合成气（主要为CO和H2），净化后进入内燃机发电；而无机物则可变成无害灰渣（玻璃体），可用来做建材[1]。
垃圾热处理包括热解、气化和焚烧三种方式，而热解与气化均是由垃圾焚烧技术衍生而成，与焚烧的区别在于焚烧供氧量大于化学当量，热解与气化供氧量均小于化学当量，即垃圾的不完全燃烧。
供氧量较小意味着燃烧空气量少，对生活垃圾中小颗粒的淘析作用减弱，烟气挟带和扬析颗粒减少，排烟中烟尘浓度降低。
因此，热解与气化过程的烟尘浓度低于焚烧过程，有利于环境保护。
此外，气化产物外供，为生活垃圾热能综合利用提供了新方式。
1.1生活垃圾等离子气化特点利用生活垃圾自身热量建立、稳定独立于焚烧的热解与气化过程，对生活垃圾的品质指标要求比较高。
一般而言，含水量与含灰量较低，且热值高于8300kJ/kg的生活垃圾才有可能用独立的热解和气化方法处理。
热解与气化的区别在于发生反应的温度不同，热解温度一般为200～400℃，而气化温度一般为600～1200℃。
因此，生活垃圾热解和气化需要外界提供较大的能量，尤其是气化。
这就必须有一种给予生活垃圾更多能量的发热源和较为适合的反应器来保证气化反应的发生。
采用等离子体处理垃圾是目前减容效果最显著、无害化最彻底、资源化程度最高的绿色环保技术。
与焚烧法相比，等离子体技术最突出的优点有：（1）生活垃圾气化产生的合成气经过等离子体高温处理，二恶英和焦油等有害物质彻底分解，而无机物则可变成无害灰渣（玻璃体）。
处理垃圾的新技术-电弧等离子体
处理垃圾的新技术：电弧等离子体等离子体炬的工作原理是在一个密闭空间里，通过强大的电弧，使空气电离产生等离子体，然后在另一个缺氧的密闭空间里，城市固体废料（MSW）就在这里面，此外还有焦碳、石灰石，产生的等离子体对它们进行超高温加热。
在无氧化的条件下，垃圾混合物中的无机物迅速玻璃化，最后产生的无害熔渣可作为建筑材料。
最为重要的是，高温可分解固体废料中的有机分子。
在有氧条件下，分解能产生大量的二氧化碳；若在无氧的条件下，固体废料中的有机物就会转化为氢气和一氧化碳的混和物，这种混合物，可以像天燃气一样作为一般汽轮引擎的能源，其中的氢气进一步纯化分离，则可以作为单独的燃料。
对这种气体混合物作进一步的处理，降低其中污染物质的含量，如氮化物和二氧(杂)芑等直接进入涡轮机或释放到大气层中。
电弧等离子体技术最早于上世纪90年代才被一些公司用于垃圾处理，像威尔顿的Startech环境公司和美国宾西法尼亚州麦迪逊城市的Westinghouse公司等。
经过十多年的发展，美国西屋公司是技术最先进最成熟的一家。
放眼国内，等离子体技术用于垃圾处理是近几年才引进的新技术。
北京环宇冠川等离子技术有限公司是目前国内唯一一家在环保和工业领域全面推广等离子体技术应用的公司。
环宇冠川具有市场开发优势，可为等离子体技术应用项目提供一揽子解决方案。
环宇冠川的工程集成技术和设备技术具有自主知识产权。
环宇冠川与美国西屋等离子公司在等离子体炬的制造和技术方面开展合作，将进一步促进公司攀登新的技术和产业制高点。
等离子体技术是居于国际前沿的先进环保技术，是处理各类固体废弃物（城市生活垃圾、工业与有害固废、医疗和电子危废、污水污泥以及冶炼废渣和采选尾矿等）的最可靠措施，在环境治理领域市场前景广阔。
等离子气化技术用于固体废物处理的研究进展
专题: 等离子体物理及其材料处理等离子气化技术用于固体废物处理的研究进展*孙成伟 沈洁 任雪梅 陈长伦†(中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所, 合肥 230031)(2020 年10 月10日收到; 2021 年2 月22日收到修改稿)社会经济的快速发展致使固体废物的产量迅速增加, 传统的处理工艺, 如填埋、焚烧和堆肥等方法, 不仅效率低下, 而且存在着二次污染和资源浪费等诸多问题, 因此, 急需探索新的固体废物处理技术. 等离子气化技术因具有高效、环保和能源转化率高等特点而被应用于固体废物的处理. 本文介绍了等离子气化技术处理固体废物的背景与意义, 综述了等离子气化技术在不同固体废物处理中的应用, 就国内外等离子气化技术水平与研究进展进行了详细的阐述, 并对目前等离子气化固体废物应用中存在的问题进行了着重分析. 综合多方面因素指出等离子气化技术是固体废物资源无害化处理的有效方式.关键词：固体废物, 等离子气化技术, 商业应用PACS：52.77.–j, 52.75.–d DOI: 10.7498/aps.70.202016761 引 言人口的不断增长和经济的快速发展致使固体废物的产量迅速增加, 据估计, 2050年固体废物产量将达到270亿吨[1]. 固体废物具有来源广、品种多、数量大、组成复杂等特点, 在自然界中会发生化学和物理的转化, 对土壤和水质产生潜在破坏,最终危及生态环境和人类健康[2].首先, 土壤是固体废物倾倒的主要场所, 固体废物中的重金属、有机污染物和其他有毒元素在土壤中的不断积累会对土质和植被造成破坏性影响[3]; 其次, 将海洋、湖泊作为固体废物的排放地会直接污染水体, 造成水体生态环境的失衡, 不利于水中动植物的生长和繁殖[4]; 另外, 诸如飞灰等危险固体废物含有大量的氯、重金属、可溶性盐等有害物质, 会直接对环境造成危害[5].常见的固体废物处理方法主要包括填埋[6]、固化封装[7]、焚烧[8]、热解[9]、生物堆肥[10]等. 但这些处理技术在实际应用中存在诸多问题. 如填埋法会占用土地资源, 产生的浸出液还会导致严重的污染问题[11]; 焚烧工艺易产生二噁英和重金属等毒性物质; 而堆肥处理速度缓慢, 同时也会对空气造成污染[12]. 总之, 这些处理工艺在实际应用中大多存在着处理量小、二次污染大和资源浪费等多种弊端. 自20世纪80年代以来, 许多研究者致力于环境友好型固体废物处理技术的深入研究, 并形成了一系列成熟的技术思路, 如光化氧化技术、热解技术和热等离子气化技术等[13−15]. 其中, 热等离子体对固体废物的处理具有高温(103—104 K)、高焓值、高反应活性、可控性好等优点, 为固体废物的无害化、减量化和资源化处理开辟了新途径, 对实现经济的可持续发展具有十分重要的现实意义.2 等离子气化技术简介等离子体是由电子、离子和中性粒子组成的物质的第四态[16], 具有化学性质活泼、高温和高能量密度等特殊的物理化学性质. 目前, 等离子体技术在机械加工、冶金、化工和表面处理领域得到了广* 安徽省自然科学基金(批准号: 2008085MB46, 1808085MA13)和国家自然科学基金(批准号: 51877208) 资助的课题.† 通信作者. E-mail: clchen@© 2021 中国物理学会 Chinese Physical Society 泛应用[17−20], 而在固体废物的处理方面, 等离子气化技术的研究也在不断深入. 固体废物的处理利用了等离子体的高温、高能量、高焓值的属性. 等离子炬是使废物气化的能量来源之一, 电极间的放电将气体介质电离, 产生高温电弧, 高温电弧加热流过的气体介质, 从而产生高温、离子化和传导性的等离子体, 等离子体火焰的温度一般在4000—7000 ℃, 最高可达上万度, 这为固体废物热解成简单的原子提供所需的能量. 在高温条件下, 固体废物中的无机成分熔融, 经急冷固化形成玻璃体[21],可作为建筑材料; 有机成分被分解成合成气(主要成分为CO和H2)直接燃烧处理[22], 或作为优质燃料以及用于化学合成工业, 气化过程中等离子体能够加热合成气至1200—1300 ℃的高温, 可以将复杂的有机物质彻底分解成简单的小分子物质, 避免了二噁英和呋喃等有毒物质的产生.3 等离子气化固体废物的应用根据成分特性, 固体废物可简单分为城市废物、危险废物和工业废物. 城市废物指城市日常生活中产生的各种废弃物[23−25]; 而危险废物包括放射性废物、飞灰和医疗废物等[26,27]; 第三类则是来自于工业生产中生成的废物, 如冶金矿渣和化工废物等[28].3.1 城市固体废物的处理城市生活废物成分复杂, 包括金属、玻璃和塑料等各种废弃物[29], 而且有机成分在其中占有很大比重. 由于具有高热值、不易运输和难储存等特点, 可将其制成垃圾衍生燃料(refuse derived fuel, RDF)来实现高效的等离子气化处理. Agon等[30]利用单级等离子体气化技术将RDF转化为合成气, 如图1所示. 该装置主要部件包括进料器、流化床反应器、泥渣收集器、淬火室和燃烧室. 该反应器体积为0.22 m3, 并涂有特殊耐火材料, 厚度为400 mm的绝缘材料将反应器的内表面与水冷的外墙隔开, 以减少反应器的热损失. 反应器的温度由外置的热电偶进行测量, 为了防止耐火涂层被破坏, 反应器在实验之前预热至大约1200 K的温度, 再用等离子炬进一步加热. 等离子体炬安装在反应器的顶部, 炬的阳极是一个旋转的水冷铜盘,位于电弧室外部, 这种结构产生的氧-氢-氩等离子体射流具有高电弧电压、高等离子体温度和高等离子体速度特性[31]. 废料经变速螺旋进料器添加到流化床反应器中, 产生的合成气通过气化炉上方出口进入到淬火室中, 随后通过滤袋过滤固体颗粒后在燃烧室中燃烧处理.该气化系统具有很高的处理效率, 实验结果表明碳转化效率在80%—100%之间, 最大气化效率达到95%; 与两级等离子气化系统相比, 单级反应器产生的合成气质量更高, 但两级等离子气化系统在玻璃化炉渣等固体残留物的回收方面更占优势[32].Shie等[33] 将一个10 kW的射频等离子体反应器用于气化城市固体废物中的生物质废料. 通过机械预处理工艺将生活垃圾/木材制成混合废料,并以此为处理对象, 研究射频等离子体炬气化废物的可行性和操作性能. 结果表明: 该设备对废物的处理迅速, 90%的气体产物在处理2 min内生成,合成气的产率在88.59%—91.84%之间, 无机成分在处理过程中转化为不可溶的无害玻璃熔岩.3.2 危险废物处理核反应堆、医院、工业生产和研究机构会产生大量低放射性废物, 这些低放射性废物由于体积庞大而难以储存运输, 长久的存放或不当的处理会对人体安全产生隐患. 为便于放射性废物的运输、图 1 反应器示意图(1, 料斗; 2, 反应器; 3, 泥渣收集桶; 4, 淬火室; 5, 加力燃烧室)[30]Fig. 1. Schematic diagram of reactor. 1, material hopper; 2, reactor; 3, slag collection bucket; 4, quenching chamber; 5, afterburner [30].存放和处理, 巴西核动力研究机构研发了一种用于缩减放射性废物体积的等离子气化反应器[34]. 该装置使用空气作为工作气体, 石墨电极固定在机械臂中作为放电阴极, 根据废物的特性, 设计了一个碳基复合材料坩埚, 将样品与反应器的处理室连接, 避免了反应器底部的熔化池干扰渣的收集, 而且碳基复合材料坩埚充当阳极. 通过气体比重瓶密度分析法测量了等离子气化处理前后废物的质量、密度和体积的变化.结果表明, 石墨电极产生的等离子体电弧处理致密的放射性固体废物具有很大的应用潜力. 与常规压缩放射性废物的方法相比, 经过30 min的热等离子体处理, 废物的体积减小系数达到1∶99. 因此, 该技术可以安全且具有成本效益地对放射性废物减容.Trnovcevic等[35]使用高频微波发生器驱动的微波等离子体对放射性废物固化处理. 经微波等离子体高能效处理, 玻璃颗粒和放射性废物熔化成非晶物质, 其中放射性物质被固化在玻璃体中, 从而形成稳定、不可浸出的玻璃化产品, 降低了放射性废物对周围环境的污染.医疗废物中含有化学品和医疗设备等多种危害物, 毒害程度不亚于放射性废物, 在有害含碳废物中占有特殊地位[36]. 图2(a)为Messerle等[21]研制的用于将医疗废物在高温下转化为简单的稳定物质的直流等离子体废物处理设备. 该装置由电源系统、等离子控制系统、等离子体反应器和废气净化系统组成. 反应器呈立方体, 如图2(b)所示, 内衬采用耐火材料制成, 厚度为0.065 m, 内侧面积0.45 m2, 体积为0.091 m3, 配备76 kW直流等离子体炬, 形成的等离子体流速达到600 L/min, 等离子体火焰温度高达5000 K, 能够为反应器提供1700 K的高温. 医疗废物通过进料口添加到废物气化区, 气化生成的二噁英、呋喃等有毒物质在1400 ℃ 的高温下彻底裂解成小分子物质, 其他气态产物在冷却装置中冷却, 然后在气体清洁单元中过滤洗涤, 而熔渣产物积聚在反应器底部的炉渣形成区中.该装置的能源转化率较常规焚烧更高, 最终的处理产物主要为高热量的合成气和中性炉渣等无害物质[37], 尾气经过清洁后毒害大大降低. 此外,等离子体产生的高温破坏了潜在的致病结构(微生物、病毒、菌株), 实现了医疗废物的无害化处理.飞灰中含有铜、铅和铬等多种重金属物质, 等离子体处理可以实现飞灰体积的减容, 从而降低重金属物质对环境的污染[38]. Ma等[39]利用直流等离子体电弧对飞灰玻璃化处理. 飞灰置于石墨坩埚中, 通过石墨盖中孔对其加热, 处理过程中, 飞灰转化为玻璃化渣体, 二噁英在紫外线辐射和电弧的热量下分解成无害的小分子物质[40]. 结果表明, 等离子体处理后, 飞灰体积减少率为68.7%—82.2%,质量减少率为23.8%—56.7%, 同时, 飞灰含有的重金属经过玻璃化后浸出量远低于排放标准.3.3 工业废物处理工业生产过程不可避免地会产生大量的残留物和废弃物, 如矿渣、电镀污泥和碎屑等. 由于这些固体废物含有较高的重金属, 长期的积累和不当存放会对环境造成不良影响, 亦会对人类健康产生危害. Seftejani和Schenk[41]使用氢等离子体熔炼还原铁矿石, 研究还原过程中炉渣的形成和氧化铁的还原行为. 结果发现, 相较于其他钢铁制造工艺,氢等离子体对氧化铁的还原处理能够有效降低二氧化碳的排放, 在还原过程中, 氢气可被视为氧化铁的还原剂, 氢的利用率随着液态渣中氧化铁的含量减少而降低; 且氧化铁的还原速率与等离子态下氢的种类有关, 其中离子化的氢H+是最强的还原剂.等离子体炬氩气进料口等离子体反应器气化区等离子体火焰出气口(a)(b)图 2 (a)等离子气化医疗废物装置示意图[21]; (b)等离子体气化反应器示意图[21]Fig. 2. (a) Schematic diagram of plasma gasification medical waste equipment[21]; (b) schematic diagram of the plasma gasification reactor[21].Yugeswaran等[42]研制了一种低功率转移弧等离子炬, 利用其高能量密度、高温和快速淬火等特点对锆石进行分解[43]. 如图3(a)所示, 炬由一个充当阳极的石墨坩埚(直径为70 mm, 高度为100 mm)构成, 阳极的顶面直径为60 mm, 底面直径为40 mm, 底部连接到电源的正极. 锆石原料置于阳极坩埚中, 通过阴极尖端和石墨阳极之间产生的等离子弧对坩埚中的锆石原料分解处理. 研究发现, 等离子体炬功率和加工时间显著影响锆石解离程度和产物纯度, 与空气作为工作气体相比, 氩气能够显著提高锆石解离百分比.进水口(a)(b)图 3 (a)低功率转移弧等离子炬[42]; (b)非转移弧与(c)转移弧等离子炬反应器[47]Fig. 3. (a) Low power transfer are plasma torch[42]; (b) non-transfer arc and (c) transfer arc plasma reactor[47].电镀工业产生的电镀污泥含有多种重金属元素, 如铬、铁、镍、铜等, 是一种复杂而低结晶的混合物, 具有水溶性高、易流失和不稳定的特点[44,45].传统的活性炭惰性化处理能够使电镀污泥呈惰性稳定, 但无法起到减容的效果[46]. 近年来, 等离子体技术被广泛用于电镀污泥的无害化处理, 该技术可以把电镀污泥转化为惰性渣. 图3(b)和图3(c)所示为两种处理电镀污泥的等离子体炬反应器[47],分别为非转移弧等离子体炬和转移弧等离子体炬.通过向电镀污泥中掺入玻璃颗粒, 使污泥中的金属锌、铬、铁和二氧化硅化学键合后生成惰性产物.对比电镀污泥处理和浸出测试结果发现, 直流转移弧等离子炬在电镀污泥的惰性化处理方面表现出更高的效率.4 等离子气化技术研究现状4.1 国外等离子气化技术国外等离子体固体废物处理技术起源于20世纪60年代, 但限于设备的高技术和高成本等原因,多用于低放射性废物和医疗废物等危害品的处理.自90年代开始, 随着技术的不断完善和装置成本的降低, 逐步涉及其他固体废物的处理. 目前, 国外等离子体废物处理技术已经取得巨大进展, 有的开始商业化运行, 有的正处于形成产业化的阶段.4.1.1 美国西屋等离子体公司等离子气化技术美国有许多技术成熟且商业运作的等离子体技术公司, 如西屋等离子体公司、Phoenix Soluti-ons公司和Startech公司[48,49]. 其中以西屋等离子体公司(后被加拿大Alter公司收购)最具代表性,该公司几十年来一直从事生活垃圾、污泥和废旧物品的处理研究, 具有丰富的等离子气化废物的经验. 自2000年开始, 西屋等离子体公司在全球推广其气化处理技术, 目前已有4个成功运营业绩,同时在日本建立了规模达220 t/d的城市生活垃圾等离子体处理厂[50]. 图4是该公司研制的等离子气化系统的示意图[51].固体废物进气口等离子体炬泥渣图 4 等离子气化系统的示意图[51]Fig. 4. Schematic of the plasma gasification system[51].整个等离子体气化系统主要包括等离子气化炉和等离子炬. 等离子炬由一对管状水冷铜电极组成, 通过中间的通孔引入载气. 直流等离子炬的使用既提高了气化炉内温度, 又能将其他无机废物转变成玻璃化渣体. 气化过程主要包括四个工艺段:废物气化、等离子体处理、合成气净化和熔渣处理.将城市固体废物通过位于气化炉顶部的进料系统投入到气化炉后, 在氧化剂(氧气和蒸汽)和高温下分解生成合成气. 随后, 这些在气化过程中产生的粗合成气和熔渣落入下部的等离子体处理区, 粗合成气在极高的温度下转化为精炼合成气, 并从气化炉顶部引出, 冷却后通过净化装置以消除其中的空气污染物. 而所有的无机熔渣则逐渐下沉至底部形成支持床层, 随后通过排渣口移出. 在整个气化过程中, 炉内产出的合成气保留了原始废料中大部分的化学能. 而传统的燃烧处理使得化学能以热量的形式释放, 造成了资源的浪费. 同时, 废料中的无机成分诸如玻璃和混凝土会以熔融炉渣的形式从底部流出, 经冷却后得到玻璃化固体材料, 可作为无害的产品销售, 也可以与底部流出的熔融金属统一回收并进一步纯化[52].该气化技术处理的固体废物广泛, 无需进行任何预分拣即可直接对固体废物处理; 其次, 气化产生的合成气经过净化后可直接排放[53]; 另外, 由于炉内的操作温度可达1200—1500 ℃, 较高的气化温度和缺氧的环境避免了二噁英和呋喃等有毒物质的生成.4.1.2 韩国等离子气化技术近几十年来, 韩国在等离子体气化固体废物方面的研究也在不断发展, 实际上, 韩国核环境技术研究所在20世纪90年代初就已利用等离子体技术处理低放射性废物, 并开发了商业化的放射性废物处理装置[54]. 位于韩国大田的韩国原子能研究所建造了处理低放射性废物的熔化器设备. 该设备不仅可以处理放射性土壤、金属以及混凝土, 而且无需对废物分类和压缩[55].韩国浦项科技大学开发了一种热等离子体废物处理工艺[56], 装置如图5所示. 该设备可用于食品、金属和玻璃等城市废物的处理, 经热等离子体熔融处理后废物转化为无毒熔渣, 尾气经清洁处理后不含氮氧化物和硫化物等污染气体.WWS: 废水储存出口蒸汽发生器集成炉除尘器矿渣淬火水箱进料系统废物进料集成炉蒸汽发生器除尘器淬火洗涤塔淬火洗涤塔二次燃烧炉二次燃烧炉燃气冷却器囤积囤积进口ProS: 丙烷进口WS: 水储存NSS: NaOH储存SLS: 碱石灰储存图 5 热等离子体工艺处理城市废物示意图[56]Fig. 5. Schematic diagram of thermal plasma process for municipal solid waste treatment[56].装置的核心是配备了两个非转移弧等离子体炬的气化炉[56], 如图6所示, 气化炉由炉体、非转移弧等离子体炬、辅助燃烧器、废料供给系统、熔渣出口等部分组成. 辅助燃烧器的作用是点燃废料, 预热炉温(最初12 h 达到600 ℃). 200 kW的等离子体炬以30°角嵌入气化炉, 热效率能够达到70%, 工作电压和电流分别约为571 V和293 A,炉内的工作压力保持在101 kPa, 氩气作为载气以500 L/min的流速通入热等离子体炬. 通过辅助燃烧器点燃废物并预热熔炉, 使得炉内的温度保持在1400 ℃, 随后在等离子体炬作用下废物全部被熔化. 另外, 炉内的等离子流可在炉内产生离心力,使气化后的飞灰和未燃烧的废物附着在熔炉壁上,防止排放到外部环境中.图 6 集成炉示意图[56]Fig. 6. Schematic of the integrated furnace[56].4.1.3 英国Advanced Plasma Power (APP)公司等离子体气化技术英国APP 公司在斯温顿建有一个RDF 处理工厂, 日处理规模达到2.4 t, 该装置采用两级等离子体气化技术. 来自气化炉的粗合成气通过耐火衬里的管道流向等离子转换器. 等离子转换器呈圆柱形, 由焊接的钢结构和耐火材料构成. 石墨电极及电极密封组件位于顶部中央, 密封组件提供气密性以防止气体进入或流出电极周围. 在气化过程中,通过控制等离子弧的功率, 在石墨电极和矿渣池间(大约150—200 mm)形成稳定的电弧, 以保持炉渣处于熔化状态, 并将出炉气体的温度维持在所需的温度(通常为1050—1150 ℃). 等离子转换器可以使内部合成气进行旋转, 使渣体快速掉落, 从而除去合成气中的颗粒物. 如图7所示, RDF 通过变速螺旋进料器以100 kg/h 的速度添加到气化炉中, 在高温下RDF 转化为粗合成气. 在等离子体转换室中, l000 ℃的高温能够实现粗合成气的精炼, 气化器中携带的灰粒和无机物在等离子转换室内沉降, 并在熔体内吸收[57]. 在热回收系统中, 经过精炼的合成气冷却至200 ℃以下, 然后通过干式过滤器和湿式洗涤器去除残留的颗粒物和酸性气体污染物(主要是HCl 和H 2S).等离子转换电极化学药品去除图 7 APP 公司等离子气化工艺示意图[57]Fig. 7. Schematic diagram of APP company plasma gasifi-cation process [57].该工艺能够最大限度地实现焦油和挥发性有机化合物的消除, 使合成气适用于燃气轮机发电;另外, 在处理过程中, 碳的转化效率达到97%, 能源的转化率超过87%[58].4.1.4 英国Tetronics 公司等离子体气化技术Tetronics 等离子体公司是一家由英国钢铁和煤炭研究委员会资助的等离子体技术供应商, 对等离子技术的研究处于世界领先地位, 特别是其直流等离子体技术已用于众多工业领域, 最成功的是对贵重金属的回收. 自1989年以来, Tetronics 利用直流等离子熔炼技术每年从8000—23000 t 的不锈钢粉尘中回收镍、铬、锰和铁等金属, 除此之外,利用该技术还每年从1000—3000 t 的汽车和工业催化剂中回收铂族金属.图8所示为该公司研制的直流等离子体处理飞灰的工艺流程图[59]. 该等离子体系统由安装在炉顶上的直流空心石墨阴极以及底部炉体组成, 氩气注入到阴极中心, 在阴极和炉体阳极间产生稳定的等离子弧, 使炉体中待处理物熔融气化. 处理过程中, 炉体的运行功率保持在100 kW, 温度维持在1600 ℃.图 8 等离子玻璃化飞灰的示意图[59]Fig. 8. Schematic diagram of plasma vitrification fly ash [59].Tetronics 公司研制的金属回收装置能够实现对多种粉状废料一起处理而无需压块, 反应条件和炉温的可变性使废料转化为炉渣和金属产物, 从而最大程度地提高了废物的回收价值, 并使次要废物最小化, 实现了较低的空气和水排放.4.1.5 俄罗斯科学院电物理与电力研究所等离子气化技术在过去的20年中, 俄罗斯科学院电物理与电力研究所在等离子气化领域进行了深入研究, 开发了多种工作时长达数小时的交流等离子体炬. 这些设备的功率在5—500 kW 之间, 热效率达到90%—95%, 多应用于塑料废物、煤炭和木材的处理[60,61].该装置的主要部件是竖井式气化炉, 气化炉为圆柱形, 外壳直径为1.6 m, 高度为4.2 m, 气化炉内径为0.6 m, 采用下流气化方式运行, 并配备带有棒状电极的三相等离子体炬[62,63], 如图9所示,几何形状, 选用高温耐火材料(一般为纯硅)作为电极注入气体导管. 该电源基于两个串联部件:1)输入电压为380 V的感应调节器, 输出电压在0—760 V之间可调; 2)输出电压在0—2000 V范围内可调的第二变压器, 最大电流为200 A, 通常使用移动电极进行等离子点火. 废料从顶部投入到竖井式气化炉中, 在炉内的低氧高温环境下, 废料气化产生大量的合成气体, 然后通过燃烧室燃烧处理, 燃烧生成的废气经清洁系统去除颗粒物和酸性气体后由烟囱排出.图 9 三相交流等离子体炬示意图[63]Fig. 9. Scheme of the three-phase AC plasma torch[63].三相交流等离子体炬的使用弥补了直流等离子体技术的一些关键缺陷, 能够减轻由热、机械甚至化学效应所导致的电极腐蚀, 大大延长了电极寿命; 与直流相比, 三相交流等离子体系统可以使用简易的变压器运行, 从而显著降低成本支出. 但该工艺在稳定性和高效性方面仍需提高.4.1.6 以色列环境能源公司等离子气化技术以色列环境能源公司于2007年在以色列北部建造了一座中试规模的等离子气化熔融(plasmagasification melting, PGM)工厂[64], 并配备了使之商业化运作的相应设备, 随后该示范工厂进行了长期运行以研究PGM技术的工艺特性, 图10(a)为PGM的设备示意图. 城市固体废物通过气化炉上部的进料系统添加到气化炉内, 气化产生的合成气流入燃烧室中燃烧处理, 这个过程中产生的余热可以通过汽轮机用于发电, 产生的电能不仅为等离子体炬和系统的其余部分提供电力, 还可以出售给外部用户. 烟气中的飞灰和SO x分别通过洗涤蒸发器和反应吸收器除去, 气化后的固体残渣通过等离子体炬熔融, 并由收集器收集.PGM设备的核心是等离子体气化炉[65], 是一示, 等离子体炬嵌入反应器底部, 功率可由中央控制系统调节. 空气和高温蒸汽(1000 ℃)作为气化剂, 通过喷嘴注入气化炉中, 一部分空气作为载气通入等离子体炬中, 电弧在等离子体炬尖端的电极之间形成, 这样流过电弧的空气被电离, 形成高温等离子体, 温度可高达6000 ℃.PGM技术相较于传统气化技术具有更高的能源转化效率, 合成气的最低热值可达10 MJ/(N·m3),最大能源效率达58%. 可使固体废物的体积减少95%以上[66], 大多数重金属被封装在熔渣中, 冷却后可作为建筑材料使用, 从而降低了污染物的排放.以色列北部的示范工厂的运行证实, 该技术非常适合将医疗废物转化为高产率的合成气和无害固体熔渣. 该公司随后与位于圣地亚哥的Envitech公司合作, 利用PGM技术为不断增长的医疗废物提供一个良好的处理方式, 而Envitech公司的空气污染控制系统用于废气的清洁处理, 从而实现废气的安全排放.4.1.7 德国Bellwether公司等离子体气化技术Bellwether公司于2007年在罗马尼亚建立了(a)(b)图 10 (a) PGM设备示意图; (b) PGM气化炉示意图[64]Fig. 10. (a) Schematic diagram of PGM equipment; (b) sche-matics of PGM gasifier[64].。
等离子气化技术
等离子气化技术
嘿，朋友们！今天咱来聊聊等离子气化技术，这可真是个了不起的玩意儿啊！
你说啥是等离子气化技术呢？简单来说，就好像有一把神奇的火焰喷枪，能把各种东西变成超级有用的东西！就好比孙悟空七十二变一样，厉害得很呢！
想象一下，那些平常我们觉得没啥用的垃圾、废弃物啥的，扔在那占地方还污染环境。
可要是有了等离子气化技术，哇塞，一下子就不一样啦！它能把这些垃圾变成可以再利用的能源，这不是变废为宝嘛！这多牛啊！
而且啊，这技术还特别环保呢！它不会像有些处理方法那样产生一堆难闻的气味或者有害的物质。
它就悄悄地工作着，把那些垃圾都给解决掉啦。
这就好比一个默默奉献的超级英雄，守护着我们的环境呢！
咱再想想，要是没有这个技术，那些垃圾可咋办呀？堆得像山一样高？那可太可怕啦！但是有了等离子气化技术，就不用担心啦。
它能把那些看似毫无价值的东西变得有价值起来，这不是魔法是什么？
你说它是不是很神奇？它就像是一个神奇的魔术师，能把垃圾变成宝贝！咱生活中那么多垃圾，要是都能通过它来处理，那得节省多少资源，保护多少环境呀！
你可能会问啦，这技术这么好，那是不是很难实现呀？嘿嘿，其实也没那么难啦！科学家们一直在努力研究和改进呢，让它变得越来越好操作，越来越实用。
这等离子气化技术啊，就像是我们生活中的一个秘密武器，能帮我们解决很多大问题呢！咱可得好好感谢那些研究它的科学家们，是他们让我们的生活变得更美好呀！
所以说呀，等离子气化技术真的是太重要啦！它让我们的生活变得更干净、更环保、更有希望！咱可得多多支持和关注它，让它为我们的未来发挥更大的作用呀！。
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中国科学院力学研究所研发成功等离子体生活垃圾气化发电技术
我国生活垃圾处理方式主要是填埋和焚烧。
填埋不仅侵占大量土地，还污染地下水，是不得已而为之的选择。
尽管如此，对于土地资源紧张的地区已没有多少场地可供填埋使用。
焚烧法虽然减容比高，并能回收能量，但却因二噁英等污染问题遭到公众强烈反对，急需发展新一代的绿色环保、节能降耗的替代焚烧技术。
等离子体是物质第四态，具有许多异于固态、液态和气态的独特的物理化学性质，如温度和能量密度都很高、可导电和发光、化学性质活泼并能加强化学反应等，环保性能优良。
通过电弧放电产生高达7000 C的等离子体，将垃圾加热至很高的温度，从而迅速有效地摧毁废物。
可燃的有机成分充分裂解气化，转化成可燃性气体，可以用于能源回收，一般称为“合成气”（主要成分是CO+H
）。
不可
2
燃的无机成分经等离子体高温处理后成为无害的渣体。
采用等离子体处理垃圾是目前减容效果最显著、无害化最彻底、资源化程度最高的绿色环保技术。
与焚烧法相比，等离子体技术最突出的优点有：
（1）处理温度高：有害物质摧毁更彻底，二噁英前驱体被彻底破坏分解；
（2）可采用还原性气氛或部分氧化性气氛，采用电能作为外加热源，二次污染物排放比焚烧低2-3个数量级，裂解底渣是无害的；
（3）合成气流量约为焚烧烟气量的5-10%，易于净化，后处理设备尺寸大大减小，节约了投资成本；
（4）能源回收效率高，将筛上物制成合成气，后续利用气体发动机发电，发电效率可高达39%，而焚烧法采用蒸汽轮机，发电效率很难超过22%；
（5）等离子体系统可快速启动与停机，等离子体核心工艺灵活，可根据不同的处理目的搭配不同的配套系统；
（6）整套设备紧凑，占地小，经济效益好。
更为重要的是，等离子体技术将垃圾看作是生产合成气的原料，符合新能源、环保、零碳排放以及可持续发展的概念。
等离子体法不仅在技术上比焚烧先进，而且经济效益也要更好，但投资略高。
等离子体工艺配套的后处理设备及发电系统与焚烧配套的差异很大，这也会影响系统造价及经济效益。
等离子体系统配套的是内燃机发电系统，发电能力明显高于原生垃圾焚烧，因此单位发电装机容量的投资与焚烧相当，甚至低于引进的焚烧技术。
1.2国内外发展现状
等离子体废物处理技术始于1970年代初期，最初主要用于低放射性废物、化学武器和常规武器销毁，于1990年代进入民用。
由于等离子体设备技术含量高，投资巨大，运行成本高，多用于销毁多氯联苯（PCBs）、POPs、废农药、焚烧飞灰和医疗废物等危险废物。
近十年来，随着技术的发展，成本逐渐得到控制，且政府对垃圾处理问题的重视和公众环保意识的提高，等离子体处理生活垃圾的技术也逐渐成为国内外的研究热点。
目前全球从事等离子体废物处理技术研究的单位有二十余家，技术还处于商业化的门槛阶段，多数未达到实用化阶段。
在生活垃圾处理方面，全球拥有商业化的等离子体设备的公司只有两家：1）原美国西屋等离子体公司WPC（Westinghouse Plasma Corporation，已被加拿大Alter NRG公司收购）的规模最大100 t/d X 2，位于日本北海道歌志内市，建成于2003年,是世界上最大的设备；2）加拿大的普拉斯科能源集团公司（Plasco Energy Group Inc.），单台规模最大也可接近100 t/d，建成于2008年6月，位于加拿大渥太华市，投资1.5亿加元。
另外还有：1）接近中试规模的以色列环境能源资源公司（Environmental Energy Resources Ltd.）的12t/d 设备，2）实验室规模的韩国浦项大学10t/d的实验设备，3）实验室规模的台湾成功大学的小型实验设备。
这些设备均未达到商业化水平。
美国西屋等离子体公司（现为Alter NRG的部门）于1990年在美国宾州建成了48t/d规模的试验性质的中试项目，试验针对100多种废物进行。
2000年，在日本吉田町建成150t/d规模的处理生活垃圾的示范项目，后来分别于2002
年和2003年又日本建成两个项目，前者日处理20t生活垃圾和4t污泥，后者处理200t/d生活垃圾和废轮胎（100t/d反应器两台并联），由于采用效率较低的蒸汽发电技术，故经济效益较差。
图1是其典型的等离子体反应器示意图。
图1 Alter NRG/WPC反应器
Plasco技术是针对北美生活垃圾，其工艺流程如图2所示，垃圾经过两级热解，第一级利用废物自身热值热解，第二级利用等离子体炬对加热重整合成气。
一级裂解室的渣再送入熔融床用等离子体炬进行玻璃化。
普拉斯科能源集团公司在渥太华建有85 t/d等离子体生活垃圾气化发电中试系统，等离子体炬总功率
450kW，每吨废物的耗电量低，但因尾气NOx和大分子碳氢化合物排放不达标而被迫经常停机。
造成大分子碳氢化合物排放不达标的主要原因是炬功率太低，而且没有直接加热垃圾，只是重整合成气，这样布置等离子体炬一方面温度场不均匀，另一方面合成气在高温区的停留时间太短，使大分子碳氢化合物裂解不彻底。
发电部分采用气体发动机，因缸壁温度低而存在淬熄层，层中大分子碳氢化合物在缸内未能燃烧就排出，难以达标。
因此Plasco技术主工艺存在缺陷需要改进，尚不能用来处理我国的生活垃圾。
图2普拉斯科能源集团公司处理工艺示意图
在国内，中科院力学所从上世纪九十年代末开始采用等离子体技术进行销毁化学武器、裂解医疗废物、危险化工废物等的研究工作，先后承担过863项目、中科院院创新方向性项目和国家自然科学基金项目等，进行了多方面的等离子体废物处理的应用基础研究工作，相关研究成果得到国内外同行的广泛认可，已获得六项发明专利，建成了三条完整的等离子体处理危险废物的生产线：在实验室
建成了建成了一条3t/d的等离子体处理模拟医疗垃圾的实验线（见图3），与企业合作建成了两条工业规模（5-10 t/d）的等离子体处理危险废物的生产线。
这三条线是国内仅有的三条完整的有机废物处理线，具有完全自主的知识产权。
这三条线都是针对危险废物设计的，处理能力定位在5~10 t/d。
图3 力学研究所实验室设备
需要强调的是，我国原生混合垃圾与发达国家生活垃圾是很不一样的，虽然都称作生活垃圾，但它们的含水率、灰分含量和热值相差较大。
我国现阶段原生混合垃圾厨余含量高，含水率高，热值较低，约为发达国家生活垃圾的三到四分之一。
垃圾热值是设计等离子体反应器和系统的主要依据。
按照估算，处理100t/d发达国家生活垃圾的等离子体反应器，可处理400 t/d我国原生垃圾的筛上物（需要预处理系统配合）。