The analysis of basalt-like slag obtained by pyrolysis of waste in a high-temperature plasma converter using various physicochemical methods has been carried out, and the possibility of obtaining basalt fibers from slag has been shown. The effect of the morphological composition of waste on the yield of basaltlike slag has been studied. With the use of statistical methods, a mathematical model was obtained that relates the yield of basalt-like slag to the morphological composition of the waste. A promising direction for the use of basalt fibers is their use in the composition of basalt and basalt-carbon composites to create strength shells.

По результатам анализа работы существующей шахтной плазменной печи предложена перспективная конструкция плавильной камеры плазменной печи производительностью 250–300 кг отходов в час для модернизации плазменной печи Комплекса плазменной переработки радиоактивных отходов Нововоронежской АЭС. Предлагаемая конструкция печи имеет осесимметричную форму с равномерным расположением 4-х плазмотронов. Приведены данные о размерах и материалах плазменной печи. Конструкция печи предусматривает использование как плазмотронов, так и подовых нагревателей, что повышает её надежность. Выполнены тепловые расчёты работы плавильной камеры плазменной печи для различных вариантов, которые показали возможность использования выбранной конструкции. Предложен способ модернизации действующей плазменной печи Комплекса плазменной переработки радиоактивных отходов Нововоронежской АЭС заменой на предлагаемую конструкцию.

Приведены результаты расчёта вариантов плазменной технологии переработки отходов производства и потребления (ОПП) различного морфологического состава и показана перспективность объединения высокотемпературного плазменного конвертера (ВТПК) с блоком алга-технологий (БАТ), в котором происходит выращивание и переработка микроводорослей Chlorella vulgaris в биодизельное топливо, биомассу и глицерин. Проведен технико-экономический анализ работы Комплекса ВТПК+БАТ в зависимости от основных технологических и экономических факторов. Высокая степень декарбонизации при эксплуатации Комплекса ВТПК+БАТ достигается за счёт полного извлечения CO из технологических потоков, высокой степени внутреннего использования CO (до 88%) и заменой (до 98%) природного газа вырабатываемым биодизелем и горючими компонентами пирогаза. Показана перспективность переработки побочного продукта глицерина в триацетин переэтерификацией триглицеридов жирных кислот метанолом и предложена технология переэтерификации в сложной реакционно-ректификационной колонне с боковыми ректификационными колоннами, обеспечивающая выход триацетина до 94%. На базе разработанного совмещенного процесса предложен вариант Агро-Промышленно-Коммунального Кластера (АПКК), перерабатывающий отходы коммунального сектора промышленно-сельскохозяйственных предприятий и обеспечивающий их сырьём и энергоносителями.

Предложена новая технология плазменной переработки отходов производства и потребления, в том числе и токсичных ртутьсодержащих отходов. Технология включает каталитические стадии углекислотного риформинга метана и паровой конверсии монооксида углерода, обеспечивающих переработку отходов, получение водорода, тепловой и электрической энергии, базальтоподобного шлака. Технология реализует замкнутый цикл по диоксиду углерода. Приведены данные о составе и количестве пирогаза, количестве потребляемого СО-плазмообразующего газа, количестве СО, образующегося в газотурбинной установке при плазменной переработке отходов различного морфологического состава. A new technology for plasma processing of industrial and household waste, including toxic mercury-containing wastes, is proposed. The technology involves catalytic steps of carbon dioxide reforming of methane and steam reforming of carbon monoxide, which provides waste processing along with generation of hydrogen, thermal and electrical energy, and yielding basalt-like slag. The technology implements a closed carbon dioxide cycle. The paper presents data on the composition and amount of pyrogas, the amount of CO-plasma-forming gas consumed, and the amount of CO generated in a gas turbine unit during plasma processing of waste of various morphological compositions.

Одним из направлений эффективной утилизации отработанных ртутьсодержащих ионообменных смол является высокотемпературный плазменный пиролиз, широко применяемый для переработки отходов различного морфологического состава с получением тепловой и электрической энергии и базальтоподобного шлака. Приведены принципиальные технологические схемы унитарного плазменного блока и комплекса высокотемпературного плазменного конвертера для переработки указанных смол. Выполнен технико-экономический расчет плазменной переработки отходов. Комплекс позволяет нейтрализовать и купировать высокотоксичные ртутьсодержащие отходы в комбинации с медицинскими, биологическими и другими типами опасных отходов. Комплекс сможет обеспечивать регион своего расположения значительным количеством тепловой и электрической энергии, замещая углеводородные источники энергии. Согласно расчетам, прибыль от работы комплекса может составить до 200 млн. руб. в год. One of the approaches for the effective utilization of spent mercury-containing ion-exchange resins is high-temperature plasma pyrolysis, which is widely used to process wastes of various morphological compositions with the generation of thermal and electrical energy and production of basalt-like slag. The paper presents principal technological schemes of a unitary plasma block and a high-temperature plasma converter complex for the above mentioned waste type processing. A feasibility study for plasma waste processing has been carried out. The complex provides neutralization and detoxification of highly toxic mercury-containing waste in combination with medical, biological and other types of hazardous waste. The complex will be able to provide the region of its localization with a significant amount of heat and electricity, replacing hydrocarbon energy sources. According to calculations, the profit from the operation of the complex can be up to 200 million rubles/per year.

Приведены данные о составе пирогаза Комплекса высокотемпературного плазменного конвертера (ВТПК) и показано, что при использовании отходов различного морфологического состава содержание водорода в пирогазе практически постоянно и составляет 90–100 кг/ч при производительности Комплекса 25 000 т в год. Проанализированы основные технико-экономические показатели работы Комплекса ВТПК и Комплекса ВТПК, сопряжённого с блоком алга-технологий (ВТПК + БАТ). Предложена технология выделения СО и Н из пирогаза. Предлагаемая технология позволяет при указанной производительности Комплекса по отходам выделять из пирогаза водород в количестве ~80 кг/ч и увеличивать прибыль на 400–500 млн руб./год.

Предложена новая технология плазменной переработки отходов производства и потребления, включающая каталитические стадии углекислотного риформинга (УКР) метана и паровой конверсии монооксида углерода (ПКСО), обеспечивающая переработку отходов, получение водорода, тепловой и электрической энергии, базальтоподобного шлака. Технология реализует замкнутый цикл по диоксиду углерода. Обсуждаются данные о составе и количестве пирогаза, количестве потребляемого CO-плазмообразующего газа, количестве CO, образующегося в газотурбинной установке (ГТУ) при плазменной переработке отходов различного морфологического состава.

The published data indicating that the current toward the cathode insert of a plasmatron has a limiting value and that this limiting value is correlated with the diameter of the insert are discussed. It is assumed that this correlation is associated with the achievement of a critical value by the surface temperature of the insert at which the material evaporation rate grows sharply.

A brief review of experimental and theoretical results achieved in Ogra Department of Kurchatov Institute is presented.The results are related to open-ended magnetic traps, tokamaks, injectors, unit processes, vacuum technique, some plasma technologies.

В статье приведены результаты технологического и экономического анализа процесса переработки нефтесодержащих отходов в высокотемпературном плазменном конвертере. Полученные результаты расчетов свидетельствуют о перспективности использования плазменной технологии для ликвидации нефтесодержащих отходов при приемлемом сроке окупаемости и рентабельности. Данный способ ликвидации отходов обеспечивает практически полное отсутствие загрязнения атмосферы токсичными продуктами типа фуранов и диоксинов. Кроме того, вместо опасного зольного остатка, получаемого при обычном сжигании, продуктом плазменной технологии является экологически безопасный базальтоподобный шлак неорганической природы, который может быть использован далее, так же, как получаемые в данном процессе электроэнергия и тепло. The article presents the results of performance analysis of a technical procedure for treatment of oily waste in a high-temperature plasma converter. The calculations obtained demonstrate promising potential of using plasma technology for liquidation of oily waste along with acceptable values of payback period and profitability. The developed method of eliminating waste provides virtually no pollution of the atmosphere with toxic products such as furans and dioxins. In addition, instead of the hazardous ash residue obtained from conventional waste combustion, the end product of plasma waste processing technology is an ecologically safe basalt-like slag of inorganic origin, which can be used further, as well as the electric power and heat generated in the course of the process.

The service life of the cathode of a DC arc plasmatron continuously working with tubular electrodes that operate in the air has been considered using the semi-phenomenological approach. The thermal emission, that ensures the necessary flow of electrons, and the evaporation of the cathode material, which determines its erosion, have been taken as the basic physical phenomena that constitute the workflow. The relationships that enable the estimation of the cathode’s operating time have been obtained using the known regularities of these phenomena and experimental data available in the literature. The resulting evaluations coincide satisfactorily with the endurance test results.

There was considered behavior of radioactive cesium compounds under plasma processing of radioactive waste (RAW) in shaft units. Analysis of reasons of radioactive cesium compounds ingress into gaseous phase under plasma processing of RAW allows draw conclusion that main reason of insufficient efficiency of isotopes Cs encapsulation in slag is forming of cesium volatile compounds in the top part of shaft furnace, its subsequent adsorption on aerosol particles, and then carry over of radioactive particles by pyrogas. There was offered recommendations on environmental efficiency increasing of radioactive waste treatment.

The thermodynamic aspects of the process of plasma treatment of radioactive waste in shaft furnaces were considered. Thermodynamic simulation of the formation of pyrogas during plasma treatment of waste was carried using the example of "Piroliz" and "Pluton" pilot-commercial facilities for solid radioactive waste treatment. It was shown that the thermodynamic simulation method allows fairly adequately describing the changes in the composition of the pyrogas withdrawn from the shaft furnace at different waste treatment regimes. This offers a possibility of developing environmentally and economically viable technologies and small-sized low-cost facilities for plasma treatment of radioactive waste to be applied at currently operating nuclear power plants.