Установка для получения высококалорийного плазмогаза из углеродосодержащих водоорганических ультрадисперсных систем

Полезная модель относится к области плазмотермической переработки углеродсодержащих материалов, в том числе твердых и жидких промышленных и сельскохозяйственных отходов (нефтешламы, низкосортная нефть, асфальтены, растительные и минеральные масла, и т.п.), в частности к установкам для получения высококалорийного газа из углеродсодержащих систем. Задачей предлагаемой полезной модели является увеличение удельной объемной производительности реактора, снижение эксплуатационных затрат и расширение области применения в сфере переработки углеродсодержащих промышленных, сельскохозяйственных и бытовых отходов для получения плазмогаза. В результате использования предлагаемой полезной модели создаются оптимальные условия для получения высококалорийного плазмогаза, в десятки раз, по сравнению с другими процессами, основанными на технологии сжигании, снижаются выбросы вредных веществ в атмосферу при плазмотермической переработке промышленных и сельскохозяйственных отходов, повышается эффективность переработки углеродосодержащих материалов. Результат достигается тем, что предлагаемая установка для получения высококалорийного плазмогаза из углеродсодержащих водоорганических ультрадисперсных систем, содержащая загрузочную емкость, плазмохимический реактор, электродную систему, источник электропитания и циклон, дополнительно содержит гидродинамическое кавитационное устройство и соединенную с ним трубопроводом осесимметиричную вихревую камеру, сообщающуюся с плазмохимическим реактором и межэлектродным пространством электродной системы.

Полезная модель относится к области плазмотермической переработки углеродсодержащих материалов, в том числе твердых и жидких промышленных и сельскохозяйственных отходов (нефтешламы, низкосортная нефть, асфальтены, растительные и минеральные масла, и т.п.), в частности к установкам для получения высококалорийного газа из углеродсодержащих систем и может быть использована в энергетической, топливной и химической промышленности.

Известен плазмохимический реактор для термического крекинга веществ, преимущественно углеводородов. Плазма генерируется в специально оборудованной разрядной камере, с аксиально установленными анодом и катодом, между которыми зажигают электрическую дугу и через которую протекает поток плазмообразующего газа - водорода или азота. С разрядной камерой сообщается смесительная камера, в которую подают все необходимые реагенты, формируя исходную углеводородную реакционную смесь заданного состава. Далее исходная реакционная смесь поступает непосредственно в реакционную камеру, где происходит образование целевого продукта. Выделение целевого продукта происходит за счет быстрого охлаждения прореагировавшей реакционной смеси холодным закалочным газом в свободном пространстве над реакционной камерой, затем целевой продукт поступает в скрубер для отмывки газа (патент США 3622493).

Известный плазмохимический реактор громоздкий, имеет сложную конструкцию и высокую стоимость. Кроме того, электроды разрядной камеры подвержены быстрой эрозии под действием высокого напряжения и токов высокой плотности, а также бомбардировки частицами плазмы, в связи с чем увеличивается объем профилактических работ.

Известен плазмохимический реактор, в котором плазмообразующим газом является непосредственно реакционный газ. Конструкция такого реактора значительно проще, так как он состоит из одной реакционной камеры, в которой размещена пара находящихся под высоким напряжением электродов между которыми возникает дуговой разряд, через который пропускают а реакционный газ (патент США 3658673).

В данном реакторе электроды также подвергаются эрозии под воздействием агрессивной химической среды. Интенсивность процессов эрозии электродов нарастает с увеличением тока в разряде, поэтому на максимальную величину тока в описанном способе налагаются ограничения, что приводит к ограничению максимальной производительности плазмохимического реактора.

Известен также плазмохимический реактор для разложения химических промышленных отходов термическим путем, содержащий реакционную камеру с двумя электродами, между которыми протекает очищаемый газ в смеси с кислородом, при напряжении на них 1003000 В. При этом величина тока в разряде составляет 501000 А (патент США 5206879). Реактор требует частой, с периодичностью в несколько часов, замены электродов, так как под воздействием кислорода, который является сильным окислителем, высокого напряжения и тока большой силы.

Известно устройство для получения синтез-газа из отходов пластмасс, содержащее плазмотермический реактор, двухструйный плазмотрон, узлы регулируемого ввода дисперсного сырья и водяного пара, узлы вывода синтез-газа и твердых частиц (патент РФ 2213766, МПК C10J 3/14, C10J 3/16, C10J 3/18, опубл. 10.10.2003). Плазмотермический реактор состоит из связанных газоходом плазменного и циклонного реакторов.

Недостатком известного устройства являются низкая эффективность узкая область применения.

Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является установка, включающая в себя плазмотрон, генерирующий плазменную струю парокислородной смеси, источник электропитания, реактор и циклон (а.с. 878774, МПК C10J 3/18, опубл. 07.11.1981).

Возможности применения этой установки ограничены переработкой только твердого топлива, низкой производительностью процесса и значительными энергетическими затратами.

Задачей предлагаемой полезной модели является увеличение удельной объемной производительности реактора и уменьшение размеров и металлоемкости реактора, снижение эксплуатационных затрат, увеличение срока службы электродов плазмохомического реактора и расширение области применения в сфере переработки углеродсодержащих промышленных, сельскохозяйственных и бытовых отходов для получения плазмогаза.

В результате использования предлагаемой полезной модели создаются оптимальные условия для получения высококалорийного плазмогаза, в десятки раз, по сравнению с другими процессами, основанными на технологии сжигании, снижаются выбросы вредных веществ в атмосферу при плазмотермической переработке промышленных и сельскохозяйственных отходов, повышается эффективность переработки углеродосодержащих материалов, увеличивается срок службы электродов плазмохимического реактора, повышается его производительность.

Технический результат достигается тем, что предлагаемая установка для получения высококалорийного плазмогаза из углеродсодержащих водоорганических ультрадисперсных систем, содержащая загрузочную емкость, плазмохимический реактор с электродной системой, источник электропитания, циклон, дополнительно содержит осесимметиричную вихревую камеру, сообщающуюся с плазмохимическим реактором и межэлектродным пространством, а также гидродинамическое кавитационное устройство для приготовления водоорганических ультрадисперсных систем, соединенное трубопроводом с вихревой камерой, при этом плазмохимический реактор соединен с загрузочной емкостью.

Технический результат достигается также тем, что электродная система состоит из электродов, покрытых стойким к эрозии материалом.

Предлагаемая установка позволяет получать высококалорийный плазмогаз путем плазмохимической переработки углеродсодержащих промышленных, сельскохозяйственных и бытовых отходов.

На чертеже представлена общая схема предлагаемой установки для получения высококалорийного плазмогаза из углеродсодержащих водоорганических ультрадисперсных систем.

Установка для получения высококалорийного плазмогаза из углеродосодержащих водоорганических ультрадисперсных систем содержит плазмохимический реактор 1 с электродной системой 2, состоящей из сменных цилиндрических металлических электродов, источник электропитания 3, осесимметричную вихревую камеру 4, соединенную трубопроводом 5 с гидродинамическим кавитационным устройством 6, гидронасос 7, загрузочную емкость 8, циклон 9, газгольдер для плазмогаза 10. Плазменный реактор 1 соединен с загрузочной емкостью 8.

Предлагаемая установка работает следующим образом.

Загрузочная емкость 8 заполняется перерабатываемыми углеродосодержащими жидкими или твердыми исходными компонентами и водой в весовом соотношении 1:151:1,5, в зависимости от содержания влаги в исходном углеродосодержащем сырье, после включения гидронасоса 4 осуществляют рециркуляцию исходного сырья через гидродинамическое кавитационное устройство и осесимметричную вихревую камеру 4 по контуру: загрузочная емкость 8 - гидронасос 7 - гидродинамическое кавитационное устройство 6 - трубопровод 5 - осесимметричная вихревая камера 4 - плазмохимический реактор 1 - загрузочная емкость 8, создавая тем самым углеродосодержащую ультрадисперсную водоорганическую систему и, в зависимости от физико-химических свойств исходных компонентов, устанавливают оптимальный расход перерабатываемой водоорганической смеси (взвеси). В потоке перерабатываемой водоорганической смеси, проходящем через электродную систему 2, путем подачи на нее напряжения от источника электропитания 3, создают электрическую плазму. При поступлении перерабатываемой водоорганической смеси, из гидродинамического кавитационного устройства 6 через трубопровод 5 в осесимметричную вихревую камеру 4 поток перерабатываемой водоорганической смеси закручивают и вводят в межэлектродное пространство электродной системы 2, тем самым увеличивают тепломассобмен и интенсивность плазмохимических процессов в зоне разряда. Образовавшийся в процессе плазмохимических реакций плазмогаз очищают от твердых и жидких примесей, пропуская через циклон 9, и аккумулируют в газгольдере 10. Непрореагировавшие углеродсодержащие остатки из плазмохимического реактора 1 направляют в загрузочную емкость 8 для дальнейшей обработки.

1. Установка для получения высококалорийного плазмогаза из углеродосодержащих водоорганических ультрадисперсных систем, содержащая загрузочную емкость, плазмохимический реактор с электродной системой, источник электропитания, циклон, отличающаяся тем, что установка дополнительно содержит осесимметричную вихревую камеру, сообщающуюся с плазмохимическим реактором и межэлектродным пространством, а также гидродинамическое кавитационное устройство для приготовления водоорганических ультрадисперсных систем, соединенное трубопроводом с вихревой камерой, при этом плазмохимический реактор соединен с загрузочной емкостью.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что электродная система состоит из электродов, покрытых стойким к эрозии материалом.