RU106616U1

RU106616U1 - PLANT FOR PRODUCING A HIGH-CALORNY PLASMOGAS FROM CARBON-CONTAINING WATER-ORGANIC ULTRA-DISPERSION SYSTEMS

Info

Publication number: RU106616U1
Application number: RU2011111130/05U
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Семенович Стребков; Николай Васильевич Столбов; Юрий Александрович Прокудин; Сергей Викторович Емельянцев; Алексей Владимирович Зиновьев; Марина Юрьевна Росс; Владимир Григорьевич Чирков; Татьяна Григорьевна Чиркова; Юрий Михайлович Щекочихин
Original assignee: Николай Васильевич Столбов; Юрий Александрович Прокудин; Сергей Викторович Емельянцев
Priority date: 2011-03-24
Filing date: 2011-03-24
Publication date: 2011-07-20

Abstract

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. 1. Installation for producing high-calorie plasmogas from carbon-containing water-organic ultrafine systems, containing a loading tank, a plasma-chemical reactor with an electrode system, an electrical power source, a cyclone, characterized in that the installation additionally contains an axisymmetric vortex chamber communicating with the plasma-chemical reactor and the interelectrode space, as well as hydrodynamic cavitation device for the preparation of water-organic ultrafine systems, connected pipeline ohm with a vortex chamber, while the plasma chemical reactor is connected to the loading tank. ! 2. Installation according to claim 1, characterized in that the electrode system consists of electrodes coated with erosion resistant material.

Description

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.The utility model relates to the field of plasma-thermal processing of carbon-containing materials, including solid and liquid industrial and agricultural wastes (oil sludge, low-grade oil, asphaltenes, vegetable and mineral oils, etc.), in particular, to installations for producing high-calorie gas from carbon-containing systems and can be used in the energy, fuel and chemical industries.

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).Known plasma-chemical reactor for thermal cracking of substances, mainly hydrocarbons. Plasma is generated in a specially equipped discharge chamber, with an anode and a cathode axially mounted, between which an electric arc is ignited and through which a stream of plasma-forming gas flows - hydrogen or nitrogen. A mixing chamber is connected with the discharge chamber, into which all the necessary reagents are fed, forming the initial hydrocarbon reaction mixture of a given composition. Next, the initial reaction mixture enters directly into the reaction chamber, where the formation of the target product takes place. The selection of the target product occurs due to the rapid cooling of the reacted reaction mixture with cold quenching gas in the free space above the reaction chamber, then the target product enters the scrubber for gas washing (US patent No. 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.The known plasma chemical reactor is bulky, has a complex structure and high cost. In addition, the electrodes of the discharge chamber are subject to rapid erosion under the influence of high voltage and high density currents, as well as bombardment by plasma particles, and therefore the volume of preventive work increases.

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).A plasma-chemical reactor is known in which the plasma-forming gas is directly the reaction gas. The design of such a reactor is much simpler, since it consists of a single reaction chamber, in which a pair of high voltage electrodes is placed between which an arc discharge occurs, through which a reaction gas is passed (US patent No. 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.In this reactor, the electrodes also undergo erosion under the influence of an aggressive chemical environment. The intensity of the processes of erosion of the electrodes increases with increasing current in the discharge, therefore, restrictions are imposed on the maximum current in the described method, which leads to a limitation of the maximum productivity of the plasma chemical reactor.

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 100…3000 В. При этом величина тока в разряде составляет 50…1000 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.Also known is a plasma-chemical reactor for the decomposition of chemical industrial waste by thermal means, containing a reaction chamber with two electrodes between which the gas to be cleaned flows in a mixture with oxygen, with a voltage of 100 ... 3000 V. The current in the discharge is 50 ... 1000 A ( US patent No. 5206879). The reactor requires frequent, with a frequency of several hours, replacement of the electrodes, since under the influence of oxygen, which is a strong oxidizing agent, high voltage and high current.

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.A device for producing synthesis gas from plastic waste containing a plasma-thermal reactor, a two-jet plasmatron, nodes for the regulated input of dispersed raw materials and water vapor, nodes for the output of synthesis gas and solid particles (RF patent 2213766, IPC C10J 3/14, C10J 3/16 , C10J 3/18, publ. 10.10.2003). Plasma-thermal reactor consists of plasma and cyclone reactors connected by a gas duct.

Недостатком известного устройства являются низкая эффективность узкая область применения.A disadvantage of the known device is low efficiency narrow scope.

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).Closest to the proposed utility model is the installation, which includes a plasmatron generating a plasma jet of a vapor-oxygen mixture, an electric power source, a reactor and a cyclone (AS No. 878774, IPC C10J 3/18, publ. 07.11.1981).

Возможности применения этой установки ограничены переработкой только твердого топлива, низкой производительностью процесса и значительными энергетическими затратами.The applicability of this installation is limited to the processing of only solid fuel, low process productivity and significant energy costs.

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.The objective of the proposed utility model is to increase the specific volumetric capacity of the reactor and reduce the size and metal consumption of the reactor, reduce operating costs, increase the life of the electrodes of the plasma-chemical reactor and expand the scope in the field of processing carbon-containing industrial, agricultural and household wastes to produce plasma gas.

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.As a result of using the proposed utility model, optimal conditions are created for obtaining high-calorie plasmogas, dozens of times, compared with other processes based on the combustion technology, emissions of harmful substances into the atmosphere during plasma-thermal processing of industrial and agricultural waste are reduced, the efficiency of processing carbon-containing materials increases, and the life of the electrodes of the plasma-chemical reactor, its productivity increases.

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.The technical result is achieved by the fact that the proposed installation for producing high-calorie plasmogas from carbon-containing water-organic ultrafine systems, containing a loading tank, a plasma-chemical reactor with an electrode system, an electrical power source, a cyclone, further comprises an axisymmetric vortex chamber communicating with the plasma-chemical reactor and the interelectrode space, as well as cavitation device for the preparation of water-organic ultrafine systems, with United by a pipeline with a vortex chamber, the plasma-chemical reactor is connected to a loading tank.

Технический результат достигается также тем, что электродная система состоит из электродов, покрытых стойким к эрозии материалом.The technical result is also achieved by the fact that the electrode system consists of electrodes coated with erosion resistant material.

Предлагаемая установка позволяет получать высококалорийный плазмогаз путем плазмохимической переработки углеродсодержащих промышленных, сельскохозяйственных и бытовых отходов.The proposed installation allows you to get high-calorie plasmogas by plasma-chemical processing of carbon-containing industrial, agricultural and household waste.

На чертеже представлена общая схема предлагаемой установки для получения высококалорийного плазмогаза из углеродсодержащих водоорганических ультрадисперсных систем.The drawing shows a general diagram of the proposed installation for producing high-calorie plasmogas from carbon-containing water-organic ultrafine systems.

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.The installation for producing high-calorie plasmogas from carbon-containing water-organic ultrafine systems contains a plasma-chemical reactor 1 with an electrode system 2 consisting of replaceable cylindrical metal electrodes, an electric power source 3, an axisymmetric vortex chamber 4 connected by a pipeline 5 to a hydrodynamic cavitation device 6, a hydraulic pump 7, a loading tank 7, , cyclone 9, gas holder for plasmogas 10. Plasma reactor 1 is connected to a loading tank 8.

Предлагаемая установка работает следующим образом.The proposed installation works as follows.

Загрузочная емкость 8 заполняется перерабатываемыми углеродосодержащими жидкими или твердыми исходными компонентами и водой в весовом соотношении 1:15…1:1,5, 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.The loading tank 8 is filled with processed carbon-containing liquid or solid starting components and water in a weight ratio of 1: 15 ... 1: 1.5, depending on the moisture content in the carbon-containing feedstock, after turning on the hydraulic pump 4, the feedstock is recycled through a hydrodynamic cavitation device and axisymmetric vortex chamber 4 along the circuit: loading vessel 8 - hydraulic pump 7 - hydrodynamic cavitation device 6 - pipeline 5 - axisymmetric vortex chamber 4 - plasmoha matic reactor 1 - loading tank 8, thereby creating a carbonaceous Superdispersed aqueous-organic system and, depending on the physico-chemical properties of the starting components set optimal consumption of processed aqueous-organic mixture (slurry). An electric plasma is created in the stream of the processed water-organic mixture passing through the electrode system 2 by supplying voltage to it from the power supply 3. Upon receipt of the processed water-organic mixture from the hydrodynamic cavitation device 6 through the pipeline 5 into the axisymmetric vortex chamber 4, the flow of the processed water-organic mixture is twisted and introduced into the interelectrode space of the electrode system 2, thereby increasing the heat and mass transfer and the intensity of plasma-chemical processes in the discharge zone. The plasmogas formed in the process of plasma-chemical reactions is purified from solid and liquid impurities by passing through cyclone 9 and accumulated in the gas tank 10. Unreacted carbon-containing residues from the plasma-chemical reactor 1 are sent to the loading tank 8 for further processing.

Claims

1. Installation for producing high-calorie plasmogas from carbon-containing water-organic ultrafine systems, containing a loading tank, a plasma-chemical reactor with an electrode system, an electrical power source, a cyclone, characterized in that the installation additionally contains an axisymmetric vortex chamber communicating with the plasma-chemical reactor and the interelectrode space, as well as hydrodynamic cavitation device for the preparation of water-organic ultrafine systems, connected pipeline ohm with a vortex chamber, while the plasma chemical reactor is connected to the loading tank.

2. Installation according to claim 1, characterized in that the electrode system consists of electrodes coated with erosion resistant material.