RU2451715C1 - Method and plant for plasma thermal processing of carbon-containing industrial and agricultural wastes for production of plasmagas - Google Patents
Method and plant for plasma thermal processing of carbon-containing industrial and agricultural wastes for production of plasmagas Download PDFInfo
- Publication number
- RU2451715C1 RU2451715C1 RU2011111129/05A RU2011111129A RU2451715C1 RU 2451715 C1 RU2451715 C1 RU 2451715C1 RU 2011111129/05 A RU2011111129/05 A RU 2011111129/05A RU 2011111129 A RU2011111129 A RU 2011111129A RU 2451715 C1 RU2451715 C1 RU 2451715C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- plasma
- carbon
- water
- plasmogas
- activator
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к плазмотермической переработке и утилизации твердых и жидких промышленных и сельскохозяйственных отходов (биомассы), позволяющей преобразовать углеродсодержащие соединения и воду в плазмогаз, и может быть использовано в энергетике, на предприятиях химической промышленности, при переработке твердых бытовых отходов.The invention relates to a plasma-thermal processing and utilization of solid and liquid industrial and agricultural wastes (biomass), which allows the conversion of carbon-containing compounds and water into plasmogas, and can be used in the energy sector, chemical enterprises, and in the processing of municipal solid waste.
Утилизация углеродсодержащих отходов остается актуальной экологической и технической проблемой. Отходы жизнедеятельности сельскохозяйственных животных обычно накапливаются и тем самым загрязняют окружающую среду. Отходы жидких углеводородов (например, мазута) сливают, как правило, в отстойные сооружения. Отстоявшиеся (подтоварные) воды проходят очистку и сливаются в канализацию. При эксплуатации только одной котельной, расходующей за отопительный сезон до 14000 тонн мазута, в очистных сооружениях за год накапливается до 90-100 тонн загрязненного мазута и в канализацию с водой попадает от 5 до 20 тонн мазута в год. Таким образом, прямые потери мазута при существующей системе утилизации отходов составляют для одной котельной от 95 до 120 тонн в год (В.А.Корягин. Сжигание водотопливных эмульсий и снижение вредных выбросов. Санкт-Петербург, Недра, 1995, 304 с.).Disposal of carbon-containing waste remains an urgent environmental and technical problem. Waste from livelihoods of farm animals usually accumulate and thereby pollute the environment. Wastes of liquid hydrocarbons (for example, fuel oil) are discharged, as a rule, into sedimentation facilities. The settled (produced) water is treated and discharged into the sewer. When using only one boiler house, which consumes up to 14,000 tons of fuel oil during the heating season, up to 90-100 tons of contaminated fuel oil is accumulated in sewage treatment plants per year and 5 to 20 tons of fuel oil per year gets into the sewer with water. Thus, direct losses of fuel oil with the existing waste disposal system make up from 95 to 120 tons per year for one boiler house (V.A. Koryagin. Burning water-fuel emulsions and reducing harmful emissions. St. Petersburg, Nedra, 1995, 304 pp.).
Существующие способы и установки для переработки и использования углеродсодержащих отходов не обеспечивают эффективного решения проблемы их утилизации. Одна из главных причин этого - нестабильность и неопределенность состава отходов и соотношения входящих в них компонентов.Existing methods and facilities for the processing and use of carbon-containing waste do not provide an effective solution to the problem of their disposal. One of the main reasons for this is the instability and uncertainty of the composition of the waste and the ratio of its constituent components.
Известны промышленные способы получения синтез-газа путем газификации угля, основанной на взаимодействии угля с водяным паром:Known industrial methods for producing synthesis gas by gasification of coal, based on the interaction of coal with water vapor:
С+Н2О↔H2+СОС + Н 2 О↔H 2 + СО
Эта реакция является эндотермической, равновесие сдвигается вправо при температурах выше 900°С. Разработаны технологические процессы, при которых наряду с упомянутой реакцией протекает экзотермическая реакция сгорания угля, обеспечивающая нужный тепловой баланс:This reaction is endothermic, the equilibrium shifts to the right at temperatures above 900 ° C. Technological processes have been developed in which, along with the mentioned reaction, an exothermic reaction of coal combustion proceeds, which provides the necessary heat balance:
С+1/2О2↔СОС + 1 / 2О 2 ↔СО
Этим способом синтез-газ можно получать не только из угля, но и других источников углерода вплоть до городских и сельскохозяйственных отходов (Химические вещества из угля. Пер. с нем. / Под ред. Э.Фальбе. - М: Химия, 1980. - 616 с.).In this way, synthesis gas can be obtained not only from coal, but also from other carbon sources up to urban and agricultural waste (Chemicals from coal. Translated from German. / Ed. E. Falbe. - M: Chemistry, 1980. - 616 p.).
Этот способ требует значительных энергетических затрат, но в результате не обеспечивает полной переработки отходов.This method requires significant energy costs, but as a result does not provide complete waste processing.
Известен также способ парциального окисления углеводородов, заключающийся в неполном термическом окислении углеводородов при температурах выше 1300°С:There is also known a method of partial oxidation of hydrocarbons, which consists in incomplete thermal oxidation of hydrocarbons at temperatures above 1300 ° C:
СnНn+2+1/2nO2→nСО+(n+1)Н2 C n H n + 2 + 1 / 2nO 2 → nCO + (n + 1) H 2
Способ применим к углеводородному сырью, но наиболее часто в промышленности используют высококипящую фракцию нефти - мазут. Соотношение СО:Н2 существенно зависит от применяемого способа получения синтез-газа. При газификации угля и парциальном окислении это соотношение близко к 1:1.The method is applicable to hydrocarbon raw materials, but most often in industry they use a high boiling oil fraction - fuel oil. The ratio of CO: H 2 substantially depends on the method used to produce synthesis gas. With coal gasification and partial oxidation, this ratio is close to 1: 1.
К недостаткам данного способа следует отнести ограниченную область применения и большие энергозатраты.The disadvantages of this method include the limited scope and high energy consumption.
Известен способ получения синтез-газа путем переработки твердого углеродсодержащего топлива плазменной струей газифицирующего агента, в качестве которого используют смесь воздуха и водяного пара при соответствующем их соотношении (а.с. №1392084, 1988). В известном способе получения синтез-газа используются плазмотрон для дополнительного нагрева пароугольной смеси с целью повышения выхода синтез-газа из исходной смеси. Обычно используемый плазмотрон имеет мощность 100 кВт, длину электрического разряда около 10 см и срок службы около 100 ч.A known method of producing synthesis gas by processing a solid carbon-containing fuel with a plasma jet of a gasifying agent, which is used as a mixture of air and water vapor with their corresponding ratio (AS No. 1392084, 1988). In the known method for producing synthesis gas, a plasmatron is used to additionally heat the vapor-coal mixture in order to increase the yield of synthesis gas from the initial mixture. A commonly used plasmatron has a power of 100 kW, an electric discharge length of about 10 cm, and a service life of about 100 hours.
Недостатком данного способа является то, что используемый плазмотрон не обеспечивает оптимальное время проведения реакции при заданной мощности из-за малой длины электрического разряда, что приводит к снижению выхода синтез-газа; небольшой срок службы плазмотрона из-за быстрой эрозии электродов.The disadvantage of this method is that the plasma torch does not provide the optimal reaction time at a given power due to the short length of the electric discharge, which leads to a decrease in the yield of synthesis gas; short plasma torch life due to rapid erosion of the electrodes.
Известен способ газификации твердого углеродсодержащего топлива в плазменной струе аргона и водяного пара при соответствующем их соотношении. Однако он не получил промышленного развития из-за балластирования продуктов реакции аргоном, углекислотой, а также из-за большого расхода электроэнергии, составляющего 1,35-2,5 кВт.ч на 1 куб.м синтез-газа (патент США №3840750).A known method of gasification of solid carbon-containing fuel in a plasma jet of argon and water vapor with their corresponding ratio. However, it did not receive industrial development because of the ballasting of the reaction products with argon, carbon dioxide, and also because of the high energy consumption of 1.35-2.5 kWh per 1 cubic meter of synthesis gas (US patent No. 3840750) .
Известен способ переработки и использования отходов углеводородов, включающий разогрев отходов углеводородов до температуры 20-90°С, добавление воды, смешивание отходов углеводородов с тяжелым жидким топливом, диспергирование, подачу водотопливной эмульсии на сжигание (патент РФ №2204761, МПК, опубл. 20.06.2003).There is a method of processing and using hydrocarbon waste, including heating hydrocarbon waste to a temperature of 20-90 ° C, adding water, mixing hydrocarbon waste with heavy liquid fuel, dispersing, supplying a fuel-oil emulsion for combustion (RF patent No. 2204761, IPC, publ. 20.06. 2003).
Недостатком этого способа является его низкая эффективность.The disadvantage of this method is its low efficiency.
Известен способ получения синтез-газа из отходов пластмасс, включающий спутную подачу дисперсного сырья, плазмы и водяного пара, их смешение, последующую плазмотермическую газификацию сырья и отвод получающихся продуктов (патент РФ 2213766, МПК C10J 3/14, C10J 3/16, C10J 3/18, опубл. 10.10.2003).A known method of producing synthesis gas from plastic waste, including a satellite feed of dispersed raw materials, plasma and water vapor, mixing them, subsequent plasma thermal gasification of the raw materials and removal of the resulting products (RF patent 2213766, IPC C10J 3/14, C10J 3/16, C10J 3 / 18, publ. 10.10.2003).
Недостатком известного способа является трудность управления процессом, так как для управления химическим составом получаемого синтез-газа необходимо подавать метан в исходную смесь реагентов.The disadvantage of this method is the difficulty of controlling the process, since to control the chemical composition of the resulting synthesis gas, it is necessary to supply methane to the initial mixture of reagents.
Наиболее близким к предлагаемому способу плазмотермической переработки углеродсодержащих отходов является способ газификации твердого углеродсодержащего топлива путем его термообработки плазменной струей газифицирующего агента, в качестве которого используют смесь водяного пара и кислорода при соотношении компонентов на углеродную массу угля, вес.%: водяной пар 15-45, кислород 55 -85, затем смесь водяного пара и кислорода подают в плазмотрон и с помощью источника возбуждают электродуговой разряд, стабилизированный парокислородным дутьем (а.с. №878774, МПК С10J 3/18, опубл. 07.11. 1981). Согласно этому способу, предполагающему газификацию твердого углеродсодержащего топлива, образованный в плазмотроне плазменный поток окислителя направляют в реактор, куда одновременно подают подсушенное пылевидное твердое топливо. В реакторе при средней температуре 1100-1700°С протекают реакции газификации углерода топлива.Closest to the proposed method for plasma-thermal processing of carbon-containing waste is a method of gasification of solid carbon-containing fuel by heat treatment with a plasma jet of a gasifying agent, which is used as a mixture of water vapor and oxygen at a ratio of components to carbon mass of coal, wt.%: Water vapor 15-45, oxygen 55-85, then a mixture of water vapor and oxygen is fed into the plasma torch and, using a source, an electric arc discharge stabilized by a vapor-oxygen blow is excited m (AS №878774, IPC S10J 3/18, publ. 07.11. 1981). According to this method, which involves the gasification of solid carbon-containing fuel, the plasma stream of the oxidizing agent formed in the plasmatron is directed to the reactor, where the dried pulverized solid fuel is simultaneously fed. In the reactor at an average temperature of 1100-1700 ° C, gas carbonation reactions of fuel occur.
Возможности применения способа прототипа ограничены переработкой только твердого топлива. Кроме того, к недостаткам данного способа следует отнести ограниченную область применения, низкую производительность процесса. Другие его недостатки - необходимость использования кислорода и предварительная сушка топлива, что требует значительных энергетических затрат.The applicability of the prototype method is limited to processing only solid fuel. In addition, the disadvantages of this method include a limited scope, low process performance. Its other disadvantages are the need to use oxygen and preliminary drying of the fuel, which requires significant energy costs.
В основу предлагаемого изобретения положена задача преобразования (конверсии) органической части водоорганических дисперсных систем при утилизации и/или обезвреживании конденсированных (жидких и твердых) промышленных, сельскохозяйственных, бытовых и иных отходов методом плазменной газификации в высококалорийный горючий плазмогенераторный газ (ПГГ) для последующего его использования с целью получения тепловой и/или электрической энергии либо выделения различных химических элементов, в том числе водорода, и/или синтеза различных химических соединений, в том числе метанола и других искусственных жидких топлив.The basis of the present invention is the task of converting (converting) the organic part of water-organic dispersed systems during the utilization and / or disposal of condensed (liquid and solid) industrial, agricultural, household and other wastes by plasma gasification into high-calorie combustible plasma-generating gas (PGG) for its subsequent use with the aim of obtaining thermal and / or electrical energy or the allocation of various chemical elements, including hydrogen, and / or the synthesis of various chemical chemical compounds, including methanol and other artificial liquid fuels.
В результате использования предлагаемого изобретения появляется возможность энергоэффективно перерабатывать промышленные, сельскохозяйственные, бытовые отходы и другие углеродсодержащие материалы независимо от их состава с более высокой степенью превращения в целевой продукт - плазмогаз.As a result of the use of the present invention, it becomes possible to efficiently process industrial, agricultural, household waste and other carbon-containing materials, regardless of their composition, with a higher degree of conversion into the target product - plasmogas.
Вышеуказанный технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе плазмотермической переработки углеродсодержащих промышленных и сельскохозяйственных отходов для получения плазмогаза, включающем плазменную газификацию углеродсодержащих соединений, формирование электрической дуги в жидкости с получением высококалорийного плазмогаза, в качестве плазмообразующей среды используют углеродосодержащую ультрадисперсную гетерофазную систему с развитой поверхностью границы раздела фаз, состоящую из водоорганических суспензий или(и) эмульсий, содержащих твердые или(и) жидкие органические компоненты в количестве 0,07…0,7 от массы воды, которую формируют в циркулирующем потоке при комбинированном воздействии на нее гидродинамических сил, создавая центры кавитации с последующим образованием кавитационных пузырьков, и ультразвуковых полей с частотой 19,5…100 кГц, с интенсивностью ультразвукового воздействия 1,5…2,5 Вт/см3, при этом плазмотермическое преобразование водоорганических суспензий или(и) эмульсий осуществляют путем прокачки ультрадисперсной гетерофазной системы через зону электродугового разряда, а часть образовавшегося в результате плазмохимического преобразования плазмогаза вводят в регулируемый циркулирующий поток для интенсификации процесса формирования ультрадисперсной гетерофазной системы.The above technical result is achieved by the fact that in the proposed method of plasma-thermal processing of carbon-containing industrial and agricultural wastes to produce plasmogas, including plasma gasification of carbon-containing compounds, the formation of an electric arc in a liquid to produce high-calorie plasmogas, a carbon-containing ultrafine heterophase system with a developed surface is used as a plasma-forming medium phase separation, consisting of water-organic sous pensions and (or) emulsions containing solid and / or liquid organic components in an amount of 0.07 ... 0.7 of the mass of water that is formed in a circulating stream under the combined action of hydrodynamic forces on it, creating cavitation centers with subsequent formation of cavitation bubbles and ultrasonic fields with a frequency of 19.5 kHz ... 100, to the intensity of ultrasonic treatment 1.5 ... 2.5 W / cm 3, wherein the plasma thermal conversion suspensions or aqueous-organic (s) is carried out by pumping the emulsion ultrafine hetero ase system through an arc discharge zone, and a portion formed as a result of plasma chemical conversion plazmogaza introduced into the circulating flow adjustment for the intensification of the process of forming the ultrafine heterophasic system.
В предлагаемом способе в качестве углеродсодержащих соединений используют твердые и жидкие промышленные, сельскохозяйственные и бытовые отходы с содержанием органической фазы 6-70 вес.%.In the proposed method, solid and liquid industrial, agricultural and household wastes with an organic phase content of 6-70 wt.% Are used as carbon-containing compounds.
Технический результат достигается также тем, что предлагаемая установка плазмотермической переработки углеродсодержащих промышленных и сельскохозяйственных отходов для получения плазмогаза, содержащая плазмохимический реактор с электродной системой, источник электропитания, загрузочную емкость, циклон, газгольдер и гидронасос, дополнительно содержит роторно-пульсационный кавитатор, соединенный трубопроводом с ультразвуковым активатором, сообщающимся с коаксиальной вихревой камерой и плазмохимическим реактором, контур подачи получаемого плазмогаза в ультразвуковой активатор и дозирующее устройство, установленное в контуре подачи плазмогаза в ультразвуковой активатор, при этом плазмохимический реактор соединен с загрузочной емкостью.The technical result is also achieved by the fact that the proposed installation of plasma-thermal processing of carbon-containing industrial and agricultural wastes to produce plasmogas, containing a plasma-chemical reactor with an electrode system, an electric power source, a loading tank, a cyclone, a gas holder and a hydraulic pump, additionally contains a rotary pulsation cavitator connected by an ultrasonic pipe activator in communication with the coaxial vortex chamber and the plasma-chemical reactor, the supply circuit the produced plasma gas into the ultrasonic activator and a metering device installed in the supply circuit of the plasma gas into the ultrasonic activator, while the plasma chemical reactor is connected to the loading tank.
Плазмохимический процесс переработки жидких отходов основан на поперечной прокачке водоорганической суспензии через зону электродугового разряда, расположенного между двумя электродами, погруженными в жидкость. Электрическая дуга, развивающаяся в газовом «пузыре», обеспечивает перевод компонентов суспензии в газообразное состояние с высокой степенью превращения обрабатываемых компонентов в плазмогаз. Образующиеся продукты реакции содержат достаточно много водяного пара. Водяной пар конденсируется, а горячая дистиллированная вода может быть использована в качестве теплоносителя для системы отопления.The plasma-chemical process for processing liquid waste is based on the transverse pumping of an aqueous-organic suspension through an electric arc discharge zone located between two electrodes immersed in a liquid. An electric arc developing in a gas "bubble" ensures the transfer of suspension components to a gaseous state with a high degree of conversion of the processed components into a plasma gas. The resulting reaction products contain a lot of water vapor. Water vapor condenses, and hot distilled water can be used as a coolant for the heating system.
Предлагаемый способ плазмотермической переработки углеродсодержащих отходов осуществляют следующим образом.The proposed method of plasma-thermal processing of carbon-containing waste is as follows.
Обрабатываемые жидкие или твердые исходные компоненты смешивают с водой в весовом соотношении 1:15…1:1,5 в зависимости от обводнености исходных материалов. Включают гидродинамическое кавитационное устройство, совмещенное с источником ультразвуковых колебаний и обрабатывают данную смесь компонентов в режиме рециркуляции по контуру. Режим обработки устанавливают в зависимости от физико-химических свойств исходных компонентов. Затем направляют обрабатываемую среду из гидродинамического кавитационного устройства, совмещенного с источником ультразвуковых колебаний, через трубопроводную систему в осесимметричную вихревую камеру, в которой поток обрабатываемой смеси закручивают и подают в зону угольных электродов, тем самым увеличивая теплосъем в зоне разряда. В качестве плазмообразующей среды используют пары жидкости, содержащие воду с добавлением органических соединений в виде суспензий или эмульсий. Плазмотермическое преобразование осуществляют на поперечной прокачке водоорганической фазы через зону электродугового разряда. В качестве органических соединений используют твердые и жидкие промышленные, сельскохозяйственные и бытовые отходы с содержанием органической фазы 6…70 вес.%.The processed liquid or solid starting components are mixed with water in a weight ratio of 1: 15 ... 1: 1.5, depending on the water content of the starting materials. Turn on the hydrodynamic cavitation device, combined with a source of ultrasonic vibrations and process this mixture of components in the mode of recirculation along the circuit. The processing mode is set depending on the physicochemical properties of the starting components. Then, the medium to be processed is sent from a hydrodynamic cavitation device combined with a source of ultrasonic vibrations through a pipeline system to an axisymmetric vortex chamber in which the flow of the processed mixture is twisted and fed into the area of carbon electrodes, thereby increasing the heat removal in the discharge zone. As a plasma-forming medium, liquid vapors containing water with the addition of organic compounds in the form of suspensions or emulsions are used. Plasma-thermal conversion is carried out on the transverse pumping of the water-organic phase through the arc zone. Solid and liquid industrial, agricultural and household wastes with an organic phase content of 6 ... 70 wt.% Are used as organic compounds.
В предлагаемом способе плазмотермической переработки углеродсодержащих промышленных и сельскохозяйственных отходов реализован комбинированный способ диспергирования смеси углеродсодержащих соединений, совмещающий центробежный эффект и эффект гидродинамической и ультразвуковой кавитации с генерированием и наложением на обрабатываемую среду суспензию (эмульсию) акустических и ультразвуковых колебаний.In the proposed method for plasma-thermal processing of carbon-containing industrial and agricultural waste, a combined method of dispersing a mixture of carbon-containing compounds is implemented, combining the centrifugal effect and the effect of hydrodynamic and ultrasonic cavitation with the generation and application of a suspension (emulsion) of acoustic and ultrasonic vibrations on the medium to be treated.
Кавитация (коллапс пузырьков) и, как следствие, высокое качество диспергирования среды (средний диаметр Заутера от 80…100 мкм) обеспечивает протекание химических реакций с большими скоростями при пониженных температурах.Cavitation (bubble collapse) and, as a result, high quality dispersion of the medium (average Sauter diameter from 80 ... 100 microns) ensures the occurrence of chemical reactions at high speeds at low temperatures.
Способ получения плазмогаза из отходов включает подачу измельченного твердого или диспергируемого жидкого сырья, плазмы и водяного пара, их смешение, последующую плазмотермическую газификацию сырья и отвод получающихся продуктов. При этом подача двухфазного потока дисперсного сырья осуществляется по касательной к цилиндрическому электроду, тем самым создается закрученный поток жидкости, который увеличивает теплосъем в зоне разряда. Полученные продукты газификации отводят в противотоке к исходной двухфазной струе. Для повышения выхода синтез-газа необходимо обеспечить оптимальное время контакта реагирующих продуктов с плазмой. Способ реализуется в устройстве, содержащем плазмотермической реактор, гидродинамический кавитационный преобразователь, совмещенный с источником ультразвуковых колебаний, узлы регулируемого ввода дисперсного сырья, узлы вывода плазмогаза и твердых частиц. Способ позволяет повысить экономическую эффективность плазмотермического процесса получения плазмогаза высокого качества за одну технологическую стадию.A method of obtaining plasmogas from waste includes the supply of crushed solid or dispersible liquid raw materials, plasma and water vapor, their mixing, subsequent plasma-thermal gasification of the raw materials and removal of the resulting products. In this case, the supply of a two-phase flow of dispersed raw materials is carried out tangentially to the cylindrical electrode, thereby creating a swirling fluid flow, which increases the heat removal in the discharge zone. The obtained gasification products are diverted in countercurrent to the initial two-phase jet. To increase the yield of synthesis gas, it is necessary to ensure the optimal contact time of the reacting products with the plasma. The method is implemented in a device containing a plasma-thermal reactor, a hydrodynamic cavitation transducer combined with a source of ultrasonic vibrations, nodes for the controlled input of dispersed raw materials, nodes for the output of plasma gas and solid particles. The method allows to increase the economic efficiency of the plasma-thermal process for producing high-quality plasmogas in one technological stage.
На чертеже представлена общая схема установки для осуществления способа.The drawing shows a General installation diagram for implementing the method.
Установка плазменной газификации водоорганических дисперсных систем включает плазмохимический реактор 1 со сменными цилиндрическими угольными электродами 2, генерирующими плазму, источник электропитания 3, коаксиальную вихревую камеру 4, трубопровод 5, роторно-пульсационный кавитатор 6, гидронасос 7, загрузочную емкость 8, циклон 9, газгольдер 10, ультразвуковой активатор 11, дозирующее устройство для плазмогаза 12 в контуре подачи плазмогаза в ультразвуковой активатор 11. Плазмохимический реактор 1 соединен трубопроводом с загрузочной емкостью 8.The plasma gasification installation of water-organic disperse systems includes a plasma chemical reactor 1 with replaceable cylindrical carbon electrodes 2 generating plasma, a power supply 3, a coaxial vortex chamber 4, a pipeline 5, a rotary pulsation cavitator 6, a hydraulic pump 7, a loading tank 8, a cyclone 9, a gas tank 10 , ultrasonic activator 11, metering device for plasmogas 12 in the supply circuit of plasmogas to ultrasonic activator 11. Plasma-chemical reactor 1 is connected by a pipe to the loading tank Tew 8.
Заявленный способ реализуется следующим образом.The claimed method is implemented as follows.
Рабочую емкость 8 заполняют обрабатываемыми жидкими или(и) твердыми исходными компонентами и водой в весовом соотношении 1:15…1:1,5, в зависимости от обводнености исходных материалов, и направляют гидронасосом 7 в роторно-пульсационный кавитатор 6, где производят ее первичное диспергирование с образованием суспензии или(и) эмульсии. Далее ее направляют по трубе 5 через ультразвуковой активатор 11, где подвергают обработке в ультразвуковом поле с частотой 19,5…100 кГц. Путем обработки в ультразвуковом активаторе получают ультрадисперсную углеродосодержащую гетерофазную систему с развитой поверхностью границы раздела фаз, состоящую из водоорганических суспензий или(и) эмульсий регулируемого состава, которую направляют в вихревую камеру 4. Далее ультрадисперсную углеродосодержащую гетерофазную систему с развитой поверхностью границы раздела фаз, полученную из углеродсодержащих промышленных и сельскохозяйственных отходов, направляют в плазмохимический реактор 1, где она частично превращается в плазмогаз. Полученный плазмогаз направляют в циклон 9 для отделения от него твердых и жидких частиц и далее в газгольдер 10. Часть полученного реакционного плазмогаза через дозатор 12 направляют в ультразвуковой активатор 11 для интенсификации процесса образования ультрадисперсной углеродосодержащей гетерофазной системы. Непрореагировавшие углеродосодержащие компоненты из плазмохимического реактора 1 направляют в загрузочную емкость 8 для повторной переработки.The working tank 8 is filled with processed liquid or (and) solid starting components and water in a weight ratio of 1: 15 ... 1: 1.5, depending on the water content of the starting materials, and sent by a hydraulic pump 7 to a rotary pulsation cavitator 6, where it is produced primary dispersing with the formation of a suspension or (and) emulsion. Then it is sent through a pipe 5 through an ultrasonic activator 11, where it is processed in an ultrasonic field with a frequency of 19.5 ... 100 kHz. By processing in an ultrasonic activator, an ultrafine carbon-containing heterophase system with a developed interface is obtained, consisting of water-organic suspensions or (and) emulsions of controlled composition, which are sent to a vortex chamber 4. Next, an ultrafine carbon-containing heterophase system with a developed interface is obtained from carbon-containing industrial and agricultural wastes are sent to the plasma-chemical reactor 1, where it is partially converted into pl azmogaz. The resulting plasmogas is sent to cyclone 9 to separate solid and liquid particles from it and then to the gas tank 10. A part of the obtained plasma plasmogas through the dispenser 12 is sent to the ultrasonic activator 11 to intensify the formation of an ultrafine carbon-containing heterophase system. Unreacted carbon-containing components from the plasma chemical reactor 1 are sent to the loading tank 8 for recycling.
Режим рециркуляции по контуру устанавливают в зависимости от физико-химических свойств исходных компонентов, добиваясь оптимального расхода обрабатываемой жидкости.The circuit recirculation mode is set depending on the physicochemical properties of the starting components, achieving optimal flow rate of the processed fluid.
Пример. Плазмотермическая переработка отходов целлюлозы и полиэтилена.Example. Plasma-thermal processing of cellulose and polyethylene waste.
В качестве плазмообразующей среды используют углеродосодержащую ультрадисперсную гетерофазную систему с развитой поверхностью границы раздела фаз, состоящую из водоорганических суспензий или(и) эмульсий регулируемого состава, которую получают из отходов целлюлозы и полиэтилена путем формирования в циркулирующем потоке при комбинированном воздействии на нее гидродинамических сил и ультразвуковых полей с частотой 57 кГц, с интенсивностью ультразвукового воздействия 2,0 Вт/см3. Плазмотермическое преобразование водоорганических суспензий или(и) эмульсий, содержащих твердые или(и) жидкие органические компоненты в количестве 0,5 от массы воды, осуществляют путем прокачки ультрадисперсной гетерофазной системы через зону электродугового разряда. Часть образовавшегося в результате плазмохимического преобразования плазмогаза вводят в регулируемый циркулирующий поток для интенсификации процесса формирования ультрадисперсной гетерофазной системы. Непрореагировавшие углеродосодержащие компоненты из плазмохимического реактора направляют в загрузочную емкость для повторной переработки.As a plasma-forming medium, a carbon-containing ultrafine heterophase system with a developed interface is used, which consists of water-organic suspensions or (and) emulsions of controlled composition, which is obtained from cellulose and polyethylene wastes by forming hydrodynamic forces and ultrasonic fields in a circulating stream when combined with it with a frequency of 57 kHz, with an intensity of ultrasonic exposure of 2.0 W / cm 3 . Plasma-thermal conversion of water-organic suspensions or (and) emulsions containing solid and / or liquid organic components in an amount of 0.5 by weight of water is carried out by pumping an ultrafine heterophase system through an electric arc discharge zone. A part of the plasmogas formed as a result of the plasma-chemical conversion is introduced into a controlled circulating stream to intensify the process of forming an ultrafine heterophase system. Unreacted carbon-containing components from the plasma chemical reactor are sent to a loading tank for recycling.
Оценка энергоэффективности предлагаемого способа плазменной газификации показывает, что 1 кг отходов (целлюлоза - 60%, полиэтилена - 30% и 10% жидкости) требует около 1 кВт·ч электроэнергии, которая расходуется на диссоциацию этих веществ с получением синтез газа в количестве 1,1…1,4 нм3 из одного килограмма отходов. При сгорании плазмогаза выделяется тепло с общей энергией 125.45 ккал на один грамм-моль. Это соответствует 2800 ккал/нм3, что эквивалентно 3,26 кВт·ч электроэнергии.Assessment of the energy efficiency of the proposed method of plasma gasification shows that 1 kg of waste (cellulose - 60%, polyethylene - 30% and 10% liquid) requires about 1 kWh of electricity, which is spent on the dissociation of these substances to obtain synthesis gas in an amount of 1.1 ... 1.4 nm 3 from one kilogram of waste. When plasmogas is burned, heat is released with a total energy of 125.45 kcal per gram-mol. This corresponds to 2800 kcal / nm 3 , which is equivalent to 3.26 kWh of electricity.
Таким образом, в результате плазменной газификации из 1 кг отходов образуется такое количество плазмогаза, которое эквивалентно количеству энергии, равному 3,59…4,56 кВт·ч.Thus, as a result of plasma gasification of 1 kg of waste, such a quantity of plasmogas is formed, which is equivalent to the amount of energy equal to 3.59 ... 4.56 kW · h.
Использование синтезированного газа для автономного энергоснабжения плазменной установки позволяет существенно снизить электрические затраты на переработку отходов и тем самым сделать энергонезависимым процесс их переработки.The use of synthesized gas for autonomous power supply of a plasma installation can significantly reduce the electrical costs of waste treatment and thereby make the process of their processing non-volatile.
Усредненный химический состав полученного газа, следующий: H2 40…45%, СО 55…60%, СO2 1…2%.The average chemical composition of the obtained gas is as follows: H 2 40 ... 45%, СО 55 ... 60%, СО 2 1 ... 2%.
Предлагаемый способ обеспечивает существенную интенсификацию процесса получения плазмогаза с высокими потребительскими и теплофизическими характеристиками.The proposed method provides a significant intensification of the process of obtaining plasmogas with high consumer and thermophysical characteristics.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011111129/05A RU2451715C1 (en) | 2011-03-24 | 2011-03-24 | Method and plant for plasma thermal processing of carbon-containing industrial and agricultural wastes for production of plasmagas |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011111129/05A RU2451715C1 (en) | 2011-03-24 | 2011-03-24 | Method and plant for plasma thermal processing of carbon-containing industrial and agricultural wastes for production of plasmagas |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2451715C1 true RU2451715C1 (en) | 2012-05-27 |
Family
ID=46231670
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011111129/05A RU2451715C1 (en) | 2011-03-24 | 2011-03-24 | Method and plant for plasma thermal processing of carbon-containing industrial and agricultural wastes for production of plasmagas |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2451715C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2473669C1 (en) * | 2011-08-03 | 2013-01-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Центр ультразвуковых технологий АлтГТУ" | Method to gasify solid fuel |
| RU2704419C1 (en) * | 2018-10-24 | 2019-10-28 | Анна Владимировна Камлер | Vortex sonoplasmochemical device |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU878774A1 (en) * | 1979-04-10 | 1981-11-07 | Государственный Научно-Исследовательский Энергетический Институт Им.Г.М.Кржижановского | Method of gasifisation of solid carbon-containing fueld |
| EP1504813A1 (en) * | 2002-04-01 | 2005-02-09 | Techno Network Shikoku Co., Ltd. | Submerged plasma generator, method of generating plasma in liquid and method of decomposing toxic substance with plasma in liquid |
| RU2342599C1 (en) * | 2007-02-27 | 2008-12-27 | Анатолий Павлович Кузнецов | Gasifier for thermal recycling of carbon-bearing wastes and method of their recycling |
| RU2342598C1 (en) * | 2007-02-27 | 2008-12-27 | Анатолий Павлович Кузнецов | Gasifier for thermal recycling of carbon-bearing wastes and method of their recycling |
-
2011
- 2011-03-24 RU RU2011111129/05A patent/RU2451715C1/en active IP Right Revival
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU878774A1 (en) * | 1979-04-10 | 1981-11-07 | Государственный Научно-Исследовательский Энергетический Институт Им.Г.М.Кржижановского | Method of gasifisation of solid carbon-containing fueld |
| EP1504813A1 (en) * | 2002-04-01 | 2005-02-09 | Techno Network Shikoku Co., Ltd. | Submerged plasma generator, method of generating plasma in liquid and method of decomposing toxic substance with plasma in liquid |
| RU2342599C1 (en) * | 2007-02-27 | 2008-12-27 | Анатолий Павлович Кузнецов | Gasifier for thermal recycling of carbon-bearing wastes and method of their recycling |
| RU2342598C1 (en) * | 2007-02-27 | 2008-12-27 | Анатолий Павлович Кузнецов | Gasifier for thermal recycling of carbon-bearing wastes and method of their recycling |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2473669C1 (en) * | 2011-08-03 | 2013-01-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Центр ультразвуковых технологий АлтГТУ" | Method to gasify solid fuel |
| RU2704419C1 (en) * | 2018-10-24 | 2019-10-28 | Анна Владимировна Камлер | Vortex sonoplasmochemical device |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9771280B2 (en) | System, method and apparatus for treating liquids with wave energy from plasma | |
| US10188119B2 (en) | Method for treating a substance with wave energy from plasma and an electrical arc | |
| US8981250B2 (en) | Apparatus for treating a substance with wave energy from plasma and an electrical Arc | |
| JP5463524B2 (en) | Biomass gasification method and biomass gasification system | |
| JP2006274013A (en) | Biomass gasification system | |
| SE467052B (en) | PROCEDURE FOR RECOVERY OF APPLICABLE ENERGY AND OXIDATION OF ORGANIC MATERIAL | |
| NO20101156A1 (en) | Hydrogen production apparatus, system and method | |
| JP2008249207A (en) | Biomass gasification power generation system | |
| CA2748985A1 (en) | Method for processing organic waste and a device for carrying out said method | |
| EA008269B1 (en) | A method of converting coal into fuels | |
| CN102180575A (en) | Processing method for centralized treatment and reclamation of oil-containing sludge | |
| CN206607136U (en) | A kind of sludge water thermal oxidative reaction system for pretreatment of being backflowed with product | |
| EP2470481A1 (en) | Method and system for treating sewage sludge | |
| RU2451715C1 (en) | Method and plant for plasma thermal processing of carbon-containing industrial and agricultural wastes for production of plasmagas | |
| JP4997546B2 (en) | Supercritical water biomass gasifier and system including the same | |
| JP5030275B2 (en) | Biomass gasification power generation system | |
| TWI621705B (en) | Method and device for manufacturing water-added fuel | |
| JP2009242696A (en) | Method for preventing biomass adhesion | |
| RU106616U1 (en) | PLANT FOR PRODUCING A HIGH-CALORNY PLASMOGAS FROM CARBON-CONTAINING WATER-ORGANIC ULTRA-DISPERSION SYSTEMS | |
| CN102910690B (en) | Method and equipment for wastewater temperature increasing and desalting | |
| TW201827582A (en) | Method for producing hydrocarbon-based synthetic fuel by adding water to hydrocarbon-based fuel oil | |
| Qi et al. | Thermodynamic and environmental analysis of an integrated multi-effect evaporation and organic wastewater supercritical water gasification system for hydrogen production | |
| RU2422493C1 (en) | Procedure for hydrocarbon cracking and plasma reactor for its implementation | |
| JP2008246342A (en) | Gas-liquid separator | |
| Al-Mayman et al. | Syngas production in methane decomposition in the plasma of atmospheric pressure high-voltage discharge |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150325 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20170111 |