Плазмохимический реактор для получения плазмогаза из углеродосодержащего сырья
Полезная модель относится к области плазмотермической переработки углеродсодержащих материалов, в том числе твердых и жидких промышленных и бытовых отходов и может быть использована в энергетической, топливной и химической промышленности. Задачей предлагаемой полезной модели является увеличение производительности плазмохимического реактора, степени разложения углеродосодержащего сырья и выхода плазмогаза. Плазмохимический реактор позволяет эффективно перерабатывать любое исходное углеродосодержащее сырье в высококалорийный плазмогаз. Технический результат достигается тем, что предлагаемом плазмохимическом реакторе для получения плазмогаза из углеродсодержащего сырья, содержащем загрузочную емкость, герметичную камеру с электродной системой, источник напряжения, диспергатор гидродинамического или(и) ультразвукового действия, циклон, соединенный коллектором с камерой, гидронасос для подачи углеродосодержащего сырья в диспергатор и газгольдер для сбора плазмогаза, электродная система состоит их серии n расположенных перпендикулярно движению потока перерабатываемого углеродосодержащего сырья плоских электродов с отверстиями, количество которых в i-м электроде выбирают равным элементам последовательности натуральных чисел Фибоначчи: Fi+2=Fi+F i+1, начиная с i=1, при этом суммарная площадь всех отверстий i-го электрода Ai=Si·Fi /Fi+1, где Si - площадь i-го электрода.
Полезная модель относится к области плазмотермической переработки углеродсодержащих материалов, в том числе твердых и жидких промышленных и бытовых отходов 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.
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 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 100
3000 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.
Задачей предлагаемой полезной модели является увеличение производительности плазмохимического реактора, степени разложения углеродосодержащего сырья и выхода плазмогаза.
В результате использования предлагаемой полезной модели повышается производительность плазмохимического реактора, увеличивается срок службы электродов электродной системы реактора.
Технический результат достигается тем, что предлагаемый плазмохимический реактор для получения высококалорийного плазмогаза из углеродосодержащего сырья, содержащий герметичный корпус со встроенной в него электродной системой и источник напряжения, содержит диспергатор гидродинамического или(и) ультразвукового действия гидродинамического или(и) ультразвукового действия, сообщающийся с межэлектродным пространством, а электродная система реактора состоит их серии n перпендикулярных направлению движения ультрадисперсной гетерофазной обрабатываемой среды плоских электродов с отверстиями, количество которых в i-м электроде выбирают равным элементам последовательности натуральных чисел Фибоначчи: F i+2=Fi+Fi+1, начиная с i=1, при суммарной площади всех отверстий i-го электрода Ai=Si ·Fi/Fi+1, где Si - площадь i-го электрода.
Предлагаемая полезная модель поясняется фиг., на которой представлена общая схема предлагаемого плазмохимического реактора для получения плазмогаза из углеродосодержащего сырья.
Плазмохимический реактор для получения плазмогаза из углеродосодержащего сырья содержит загрузочную емкость 1, гидронасос 2 для подачи углеродосодержащего сырья в диспергатор 3 герметичную камеру 4 реактора с электродной системой, состоящей из серии n плоских электродов 5 с отверстиями 10, расположенных перпендикулярно движению потока перерабатываемого углеродосодержащего сырья, коллектор 6, циклон 7, соединенный коллектором 6 с камерой 4, газгольдер 8 для сбора плазмогаза, источник напряжения 9. Количество отверстий 10 в i-м электроде выбирают равным элементам последовательности натуральных чисел Фибоначчи: Fi+2 =Fi+Fi+1, начиная с i=1, при этом суммарная площадь всех отверстий i-го электрода Ai=Si ·Fi/Fi+1, где Si - площадь i-го электрода.
В таблице приведены значения параметров отверстий, в зависимости от порядкового номера электрода в направлении движения потока перерабатываемого сырья.
| Таблица | |||
| электрода | Кол-во отверстий | Отношение общей площади отверстий к площади электрода (A i/Si) | Относительное изменение общего сечения отверстий |
| 1 | 1 | 0,5 | - |
| 2 | 2 | 0,667 | +16,7% |
| 3 | 3 | 0,6 | -6,7% |
| 4 | 5 | 0,625 | +2,5% |
| 5 | 8 | 0,615 | -1,0% |
| 6 | 13 | 0,619 | +0,4% |
| 7 | 21 | 0,618 | -0,1% |
| | | |
Предлагаемый плазмохимический реактор работает следующим образом.
Измельченное жидкое или твердое (с добавлением воды или растворителя) углеродосодержащее сырье из загрузочной емкости 1 подают гидронасосом 2 в диспергатор гидродинамического или(и) ультразвукового действия 3, где превращают его в ультрадисперсную водорганическую суспензию или(и) эмульсию, которую подают в герметичную камеру 4 плазмохимического реактора. Между электродами 5 электродной системы путем подачи на них электроэнергии от источника напряжения 9 зажигают электродуговой разряд. Поток ультрадисперсной водорганической суспензии/эмульсии, проходя в межэлектродном пространстве через отверстия 10 в электродах 5, разлагается с образованием плазмогаза, который через коллектор 6 попадает в циклон 7, где проходит очистку от твердых и жидких компонентов, после чего поступает в газгольдер для хранения и последующего использования в качестве биотоплива.
Благодаря тому, что суммарное сечение отверстий 10 то увеличивается, то уменьшается при последовательном прохождении через отверстия 10 в электродах 5, ультрадисперсная водорганическая суспензия/эмульсия, насыщенная частицами плазмогаза, выделяющимися в результатете ее разложения в плазме, испытывает знакопеременные гидродинамические нагрузки, что способствует интенсификации процесса тепломассообмена и, соответственно, увеличению производительности плазмохимического реактора, степени разложения углеродосодержащего сырья и выхода плазмогаза.
Плазмохимический реактор для получения высококалорийного плазмогаза из углеродосодержащего сырья, содержащий герметичный корпус со встроенной в него электродной системой и источник напряжения, отличающийся тем, что реактор содержит диспергатор гидродинамического или(и) ультразвукового действия гидродинамического или(и) ультразвукового действия, сообщающийся с межэлектродным пространством, а электродная система реактора состоит из серии n перпендикулярных направлению движения ультрадисперсной гетерофазной обрабатываемой среды плоских электродов с отверстиями, количество которых в i-м электроде выбирают равным элементам последовательности натуральных чисел Фибоначчи: Fi+2=Fi+Fi+1, начиная с i=1, при суммарной площади всех отверстий i-го электрода A i=Si·Fi/Fi+1, где Si - площадь i-го электрода.
