RU2588220C1 - Способ сжигания низкокалорийного топлива - Google Patents
Способ сжигания низкокалорийного топлива Download PDFInfo
- Publication number
- RU2588220C1 RU2588220C1 RU2015101317/05A RU2015101317A RU2588220C1 RU 2588220 C1 RU2588220 C1 RU 2588220C1 RU 2015101317/05 A RU2015101317/05 A RU 2015101317/05A RU 2015101317 A RU2015101317 A RU 2015101317A RU 2588220 C1 RU2588220 C1 RU 2588220C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- low
- oxygen
- pyrolysis
- fuel
- reforming
- Prior art date
Links
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims abstract description 36
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 title description 21
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 claims abstract description 40
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 26
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 25
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 22
- 239000003570 air Substances 0.000 claims abstract description 20
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 20
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N oxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 20
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 claims abstract description 17
- 230000002194 synthesizing Effects 0.000 claims abstract description 17
- 238000002407 reforming Methods 0.000 claims abstract description 15
- 238000000629 steam reforming Methods 0.000 claims abstract description 7
- 230000005684 electric field Effects 0.000 claims abstract description 5
- 239000012080 ambient air Substances 0.000 claims abstract description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000002699 waste material Substances 0.000 abstract description 8
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 7
- 230000001603 reducing Effects 0.000 abstract description 6
- 239000010791 domestic waste Substances 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 abstract description 5
- 239000002440 industrial waste Substances 0.000 abstract description 5
- 239000007787 solid Substances 0.000 abstract description 5
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 abstract description 3
- 238000000605 extraction Methods 0.000 abstract description 3
- 238000004064 recycling Methods 0.000 abstract 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 17
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 10
- 210000002381 Plasma Anatomy 0.000 description 9
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N Nitrogen oxide Substances O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 8
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 8
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 7
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 7
- 210000004027 cells Anatomy 0.000 description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 6
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 5
- 238000002309 gasification Methods 0.000 description 5
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 5
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 5
- 238000009832 plasma treatment Methods 0.000 description 5
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 4
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 4
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052813 nitrogen oxide Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 4
- 125000004429 atoms Chemical group 0.000 description 3
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000005984 hydrogenation reaction Methods 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 3
- 238000004157 plasmatron Methods 0.000 description 3
- 231100000614 Poison Toxicity 0.000 description 2
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004939 coking Methods 0.000 description 2
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 2
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 125000004430 oxygen atoms Chemical group O* 0.000 description 2
- KVGZZAHHUNAVKZ-UHFFFAOYSA-N p-dioxin Chemical compound O1C=COC=C1 KVGZZAHHUNAVKZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003415 peat Substances 0.000 description 2
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 2
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 2
- 230000002588 toxic Effects 0.000 description 2
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 2
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- 230000036462 Unbound Effects 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 230000000711 cancerogenic Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 231100000315 carcinogenic Toxicity 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- KZBUYRJDOAKODT-UHFFFAOYSA-N chlorine Chemical compound ClCl KZBUYRJDOAKODT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 1
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 1
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 230000003749 cleanliness Effects 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 239000012084 conversion product Substances 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 150000002013 dioxins Chemical class 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 1
- 239000000295 fuel oil Substances 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 150000002484 inorganic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000011068 load Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 1
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000010815 organic waste Substances 0.000 description 1
- 239000000575 pesticide Substances 0.000 description 1
- 239000002574 poison Substances 0.000 description 1
- 125000005575 polycyclic aromatic hydrocarbon group Chemical group 0.000 description 1
- ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N propane Chemical compound CCC ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000001294 propane Substances 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 239000010865 sewage Substances 0.000 description 1
- 239000002893 slag Substances 0.000 description 1
- KEAYESYHFKHZAL-UHFFFAOYSA-N sodium Chemical compound [Na] KEAYESYHFKHZAL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 1
- 239000003440 toxic substance Substances 0.000 description 1
- 239000002023 wood Substances 0.000 description 1
Images
Abstract
Изобретение относится к области переработки низкокалорийного топлива, утилизации твердых бытовых и промышленных отходов. Низкокалорийное топливо газифицируют в пиролизном реакторе 1. Окружающий воздух предварительно активируют электрическим разрядом с приведенной напряженностью электрического поля в диапазоне E/N=2·10-16-4·10-16 B·см2 в разрядной ячейке 2. Температура активированного воздуха на выходе из разряда не превышает 550-650 K. Газообразные продукты пиролиза 8 подвергают кислородно-паровому реформингу в реформере 4. При проведении реформинга устанавливают отношение кислорода к газообразным продуктам пиролиза равным 0,25-0,33 по объему. Образовавшийся в процессе реформинга синтез-газ сжигают в камере 5 для получения полезного тепла. Часть выделяемого тепла 13 отбирают для подогрева пиролизного реактора 1 и парогенератора 3. Изобретение позволяет увеличить степень извлечения тепла из топлива, уменьшить эмиссию экологически опасных соединений, 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Изобретение относится к области переработки низкокалорийного топлива, утилизации твердых бытовых и промышленных отходов.
Высокая стоимость ископаемых горючих материалов требует разработки новых технологий получения тепловой энергии, например, позволяющих расширять применение до промышленных масштабов топлив и материалов с изначально низкой теплотворной способностью, которые относятся к классу низкокалорийных топлив с теплотворной способностью менее 10 кВт·ч/м3. К ним относятся: мазут, торф, отходы древесного происхождения, илистые осадки, накапливающиеся в отстойниках системы канализации, различный органический мусор (пластик) и др.
Повышение эффективности сжигания и получения полезного тепла из низкокалорийных материалов обеспечивается усовершенствованием горелочных устройств в камерах сгорания за счет увеличения расходов горючего материала и окислителя. Представляют значительный интерес горелки со встроенными в них рекуперативными теплообменниками, с помощью которых происходит предварительный подогрев воздуха, поступающий для горения. Подогрев вторичного воздуха до определенной температуры приводит к повышению полноты сгорания низкокалорийного топлива и уровня теплосодержания продуктов горения (М.Б. Раяк, Г.Я. Бернер, М.Г. Кинкер. Совершенствование процесса сжигания топлива. Обзор зарубежных технологий. Журнал Новости Теплоснабжения №12 (135) 2011). Затраты тепла на организацию предварительного подогрева приводят в конечном итоге к снижению эффективности получения тепла из топлива, которое компенсируется увеличением уровня расхода подачи горючего и окислителя.
Известен способ переработки низкокалорийного топлива (НКТ), при котором в реакторе непосредственно за зоной коксования и пиролиза формируют зону синтеза и гидрирования углеводородов с температурой 250-400°C, в зоне горения поддерживают температуру 850-1300°C (патент РФ №2385343). В зоне коксования и пиролиза выделяют химически несвязанный углерод и в зоне горения обрабатывают его водяным паром с образованием свободного водорода, который подают в зону синтеза и гидрирования, последовательно осуществляя синтез и гидрирование углеводородов.
К недостаткам способа следует отнести достаточно низкий КПД преобразования твердых НКТ в газообразный продукт, невысокие энергетические характеристики получаемого топлива, большие размеры и вес установки.
Известен способ переработки углеводородного сырья (твердых бытовых и промышленных отходов, торфа и т.п.), реализованный в установке (патент РФ №92150), в которой сырье загружают в реактор, нагревают, сушат, осуществляют пиролиз и сжигают с образованием продуктов переработки в газообразной (пиролизный газ) и жидкой (шлак) фазах. Продукты переработки раздельно выводят из реактора. 5-30% полученного пиролизного газа используют в качестве технологического, а остальную часть - в качестве энергетического топлива. В качестве газифицирующего агента используют пароводяную плазму, полученную в одном или нескольких плазмотронах, и продукты сгорания смеси пиролизного газа с воздухом и/или кислородом.
Техническое решение позволяет расширить состав перерабатываемого сырья, повысить производительность процесса, повысить теплоту сгорания и эффективность применения пиролизного газа, передаваемого внешнему потребителю, повысить экологическую безопасность процесса.
Недостатки известного способа заключаются в использовании плазмотронов, где реализуется дуговой разряд с высокой температурой плазмы ~6000K, достигаемой в процессе рекомбинации ионов с электронами под воздействием приведенной напряженности электрического поля E/N>>500 Таундсов. При организации дугового разряда внутри плазматрона, из-за высокой температуры в дуге и пароводяного состава плазмы в ней, генерируется большое количество оксидов азота: NO и NO2.
Наиболее близким аналогом является способ сжигания НКТ, реализуемый при обработке отходов (патент РФ №2424468), содержащий стадию газификации в присутствии кислорода и пара для получения отходящего газа и стадию плазменной обработки, в установке для плазменной обработки в присутствии кислорода и пара, при этом установка для плазменной обработки отделена от установки для газификации.
Недостатком известного способа является применение плазменной обработки дважды: на этапе газификации и в отходящих газах для очистки последних от вредных примесей. В каждом процессе рекомендуется свой определенный узкий температурный диапазон плазменного нагрева, что дает возможность тонкой настройки установки на нужный режим, но усложняет процесс. Используемая плазменная обработка связана с тепловым нагревом, что увеличивает затраты энергии на организацию процесса.
Задача изобретения заключается в повышении эффективности переработки низкокалорийного топлива.
Технический результат заключается в увеличении степени извлечения тепла из топлива, а также уменьшении эмиссии экологически опасных соединений.
Заявленный технический результат достигается тем, что в способе сжигания низкокалорийного топлива осуществляют его газификацию посредством пиролиза, газообразные продукты пиролиза подвергают кислородно-паровому реформингу и образовавшийся в процессе реформинга синтез-газ сжигают для получения полезного тепла, согласно изобретению, в качестве источника кислорода для кислородно-парового реформинга используют окружающий воздух, который предварительно активируют для получения колебательно-возбужденных молекул кислорода O2 и азота N2, синглетных молекул
и
, при проведении реформинга устанавливают отношение кислорода к газообразным продуктам пиролиза равным 0,25-0,33 по объему, при этом часть тепла, образующегося в процессе реформинга, используют при осуществлении пиролиза низкокалорийного топлива и для подогрева водяного пара, используемого в процессе реформинга.
При реализации способа целесообразно осуществлять активацию кислорода электрическим разрядом с приведенной напряженностью электрического поля в диапазоне E/N=2·10-16-4·10-16B·см2.
Целесообразно также проводить пиролиз низкокалорийного топлива в реакторе при температуре 900-1200 K.
Заявленный способ позволяет увеличить степень извлечения тепла из топлива, уменьшить эмиссию экологически опасных соединений, особенно оксидов азота и органики, и сократить массу и габариты установки вследствие воздействия на пиролизный газ активированным в электрическом разряде воздухом, что позволяет интенсифицировать его конверсию в синтез-газ.
В результате комплексных теоретических и экспериментальных исследований, а также численного моделирования процессов окисления, воспламенения и горения различных веществ, включая водород, метан, синтез-газ, пропан, природный газ и др., было показано, что данный метод интенсификации окисления и горения позволяет:
- при ультрамалом подводе энергии (5·10-3-5·10-2 Дж/см3) во внутренние степени свободы выбранных молекул (в данном случае - кислорода) реализовать эффективное сжигание различных органических и неорганических соединений при низких температурах топливо-воздушной смеси (существенно ниже температуры самовоспламенения) в укороченных (в несколько раз) камерах сгорания с высокой полнотой сгорания*;
* При воздействии термически равновесной плазмы, образующейся в дуговом разряде, не происходит селективного возбуждения колебательных и электронных состояний молекул. В дуговом разряде энергия идет на нагрев всех степеней свободы молекул: поступательных, вращательных, колебательных и электронных.
- увеличить эффективность преобразования химической энергии реагентов в тепловую энергию (для различных топлив увеличение преобразования составляет от 15 до 40%).
Эту концепцию предлагается применить для низкотемпературной газификации углей, организации сжигания низкокалорийных топлив, бытовых и промышленных отходов.
Применительно к задачам переработки и утилизации отходов эти разработки являются ключевыми при создании перспективных образцов наиболее совершенных, производительных, модульных плазмохимических и модифицированных термохимических установок универсального применения с высокими энергоотдачей и степенью экологической чистоты как самого процесса переработки отходов, так и продуктов этой переработки.
В конечном счете, внедрение модульных плазмохимических и установок, основанных на селективном возбуждении молекул специально организованном электрическим разрядом, приведет к повышению производительности комплексов по утилизации производственных и бытовых отходов (в разы) при одновременном и существенном снижении энергозатрат на переработку сырья и отходов, к снижению объемов не выжженных сухих остатков, подлежащих компактному захоронению, и уменьшению вредных выбросов в атмосферу.
Внедрение этих технологий позволит также:
- обеспечить диоксиновую безопасность при утилизации хлорсодержащих пластмасс, хлорлегнина (основного компонента отходов целлюлозно-бумажных комбинатов и потенциального источника выбросов диоксинов) за счет организации высокоэффективного окисления полиароматических углеводородов, с участием которых образуются диоксины, при температурах ниже уровня их активного образования;
- обеспечить разложение токсичных и ядовитых веществ, ядов, пестицидов и др.;
- обеспечить существенное снижение потребления энергии;
- реализовать эффективное снижение температуры процессов в реакторе и тем самым не допускать перегрева его конструкции;
- обеспечить более глубокое и интенсивное разложение отходов и конверсию низкокалорийного топлива со сложным составом;
- заложить основу для создания нового класса высокоэффективных энергетических установок транспортного и стационарного применения (как на традиционных видах топлива, так и на альтернативных).
На чертеже приведена блок-схема, описывающая предлагаемый процесс сжигания низкокалорийного топлива (НКТ).
На блок-схеме использованы следующие обозначения:
1 - блоки пиролиза НКТ, 2 - разрядная ячейка, 3 - парогенератор, 4 - реформер, 5 - камера для сжигания синтез-газа, 6 - воздух, 7 - вода, 8 - продукты пиролиза (в том числе углеводороды CnHm), 9 - активированный воздух, 10 - водяной пар, 11 - продукт реформинга (синтез-газ), 12 - полезное тепло, вырабатываемое при сжигании синтез-газа, 13 - тепло, отбираемое для подогрева реактора пиролиза и парогенератора.
Способ сжигания для производства полезного тепла и электроэнергии заключается в том, что НКТ газифицируют посредством пиролиза в блоках 1 реактора. Газообразные продукты 8 пиролиза подвергают кислородно-паровому реформингу в реформере 4. Образовавшийся в процессе реформинга синтез-газ 11 сжигают для получения полезного тепла 12. Молекулы азота и кислорода воздуха 6, используемого в процессе кислородно-парового реформинга, предварительно активируют в ячейке 2 для получения колебательно-возбужденных молекул азота N2(v) и электронно-возбужденных молекул кислорода
,
, атомов O(3Р), O(1D) и других активных компонентов. Активированный воздух 9 подают в реформер 4. При проведении реформинга устанавливают отношение кислорода к газообразным продуктам пиролиза равным 0,25-0,33 по объему, по массе указанное соотношение составляет 0,8-1,2. Часть тепла 13, образовавшегося в процессе реформинга, используют на проведение пиролиза низкокалорийного топлива и для подогрева водяного пара 10, подаваемого для реформинга.
Как уже указывалось, в начале процесса переработки НКТ подвергают пиролизу. С этой целью в изолированном от воздуха пиролизном реакторе (блоки 1) исходное НКТ нагревают до высокой температуры порядка 900-1200 K и выдерживают некоторое время (несколько часов) без доступа воздуха. В течение этого времени НКТ превращается в смесь основных предельных и непредельных углеводородов и других компонентов, содержащихся в небольших количествах в НКТ, например S2, H2S и металлы. Параллельно с этим процессом и независимо от него в изолированной проточной части реактора, разрядной ячейке 2, организуют поток воздуха 6 и активируют его посредством воздействия электрическим разрядом с приведенной напряженностью электрического поля E/N=2·10-16В·см2-4·10-16В·см2. В потоке воздуха, проходящего через ячейку 2, происходит образование колебательно возбужденных молекул кислорода O2(v) и электронно-возбужденных молекул О2 в синглетных состояниях
,
, а также колебательно возбужденных молекул азота N2(v) и атомов O(3Р), O(1D), обладающих высокой реакционной активностью к продуктам 8 пиролиза (пиролизный газ). При этом температура газа на выходе из разряда не превышает 550-650 K и образования оксидов азота, в отличие от дугового разряда в воздухе, не происходит. Образовавшийся активированный воздух 9 (воздушная плазма) смешивают в реформере 4 с продуктами 8 пиролиза, содержащего в том числе углеводороды CnHm, исходного НКТ. При смешении образуется обогащенная горючим смесь с коэффициентом избытка горючего φ=3-4 (коэффициент избытка окислителя α=0,25-0,33), что по массе составляет 0,8-1,2. При температурах 900-1300 K, предпочтительно 900-1200 K, в условиях частичного окисления продуктов пиролиза образуется синтез-газ 11 с большим содержанием молекулярного водорода: H2/СО=(2-2,7)/1. При этом температура продуктов конверсии составляет 1400-1600 K, а концентрация оксидов азота в продуктах остается очень низкая.
Из-за активации воздуха процесс образования синтез-газа происходит гораздо быстрее, т.е. можно сократить размеры этой части установки, по сравнению с прототипом. Очевидно, содержание водорода можно регулировать величиной расхода подаваемого водяного пара 10 из парогенератора 3 в реформер 4. В свою очередь, для непрерывной генерации пара требуется обеспечить постоянный приток воды 7 в парогенератор 3. Образованное в результате процесса кислородно-паровой конверсии горючее обладает высокой теплопроизводительностью за счет большого содержания в нем водорода и при горении в камере 5 не образует токсичных и канцерогенных веществ в продуктах сгорания, что решает поставленную выше задачу увеличения эффективности переработки низкокалорийного топлива. Вследствие того, что синтез-газ (Н2-CO) обладает более широкими концентрационными пределами горения по сравнению с углеводородами и, тем более, с исходным НКТ, сжигание такого горючего можно производить, используя обедненные топливные смеси (с φ=α-1=2,5-3). При этом можно получить очень низкую концентрацию NO (1-10 ppm) и CO (0,01 ppm) в выходном сечении камеры сгорания.
Заметим, что часть выделяемого тепла 13 от реформера 4 отбирается для подогрева парогенератора 3 и для подогрева замкнутого пиролизного реактора (блоки 1). Тепло 13 может переноситься жидким теплоносителем (перегретой водой или жидким легкоплавким металлом, таким как натрий, как это делается в атомных реакторах). Каждый блок 1 пиролиза работает циклически, перерывы в работе требуются для каждой новой загрузки НКТ в реакторный блок 1. Чтобы при этом подвод полезного тепла 12 потребителю из камеры 5 осуществлялся непрерывно с одним и тем же уровнем тепловой мощности, необходимо предусмотреть параллельное подключение нескольких блоков 1 пиролиза к остальным элементам установки. Количество N~10 блоков 1 пиролиза должно рассчитываться, как отношение времени пиролиза (~5 часов) ко времени перезагрузки реактора (~30 минут), чтобы реакторы перезагружались без задержки, последовательно друг за другом, а одновременно в работе находилось N-1 блоков пиролиза. В таком случае процесс перезагрузки НКТ в блоки 1 пиролиза может быть автоматизирован и организован по аналогии с работой карусельной поточной линии.
В разрядной ячейке 2 организуется несамостоятельный разряд (E/N=2·10-16В·см-4·10-16В·см2) с низкой температурой кислородной плазмы (<650 K) и высоким содержанием в ней возбужденных молекул N2(v), O2(v),
,
и атомов кислорода. В разрядной ячейке 2 тепловой эффект несущественный, потребляемая электрическая мощность мала (менее 1% от полезной мощности всей установки), основное воздействие на интенсификацию процессов окисления в газовой среде оказывает ускорение химических реакций разветвления цепи, обусловленную возбуждением N2 и O2 и генерацией атомов О, что приводит к появлению новых реакционных каналов и ускорению конверсии пиролизного газа в синтез-газ.
В предлагаемом изобретении воздействие низкотемпературной неравновесной плазмы на пиролизный газ сосредоточена в одном узле, что конструктивно проще, причем эффект не связан с тепловым нагревом всего воздуха, как в дуговом разряде, а обусловлен интенсификацией цепных реакций путем возбуждения атомов и молекул кислорода и азота. Это приводит к существенно меньшим энергетическим затратам по организации процесса производства синтез-газа из низкокалорийных топлив по сравнению с методом, использующим для сжигания НКТ горячую плазму дугового разряда.
Claims (2)
1. Способ сжигания низкокалорийного топлива, заключающийся в том, что низкокалорийное топливо газифицируют посредством пиролиза, газообразные продукты пиролиза подвергают кислородно-паровому реформингу и образовавшийся в процессе реформинга синтез-газ сжигают для получения полезного тепла, отличающийся тем, что в качестве источника кислорода для кислородно-парового реформинга используют окружающий воздух, который предварительно активируют электрическим разрядом с приведенной напряженностью электрического поля в диапазоне E/N=2·10-16-4·10-16 B·см2 для получения колебательно-возбужденных молекул кислорода O2 и азота N2, синглетных молекул O2(a1Δg) и O2(b1Σg), при этом температура активированного воздуха на выходе из разряда не превышает 550-650 K, при проведении реформинга устанавливают отношение кислорода к газообразным продуктам пиролиза равным 0,25-0,33 по объему, а часть тепла, образующегося в процессе реформинга, используют при осуществлении пиролиза низкокалорийного топлива и для подогрева водяного пара, используемого в процессе реформинга.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что пиролиз низкокалорийного топлива проводят в реакторе при температуре 900-1200 K.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2588220C1 true RU2588220C1 (ru) | 2016-06-27 |
Family
ID=
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2009156761A2 (en) * | 2008-06-25 | 2009-12-30 | Horizon Ventures Limited | Processing of waste |
RU2424468C2 (ru) * | 2005-06-29 | 2011-07-20 | Эдванст Плазма Пауэр Лимитед | Способ и устройство для обработки отходов |
RU2478169C1 (ru) * | 2011-09-23 | 2013-03-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) | Плазмохимический способ переработки твердых бытовых и промышленных отходов |
US8667914B2 (en) * | 2010-05-07 | 2014-03-11 | Advanced Plasma Power Limited | Waste treatment |
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2424468C2 (ru) * | 2005-06-29 | 2011-07-20 | Эдванст Плазма Пауэр Лимитед | Способ и устройство для обработки отходов |
WO2009156761A2 (en) * | 2008-06-25 | 2009-12-30 | Horizon Ventures Limited | Processing of waste |
US8667914B2 (en) * | 2010-05-07 | 2014-03-11 | Advanced Plasma Power Limited | Waste treatment |
RU2478169C1 (ru) * | 2011-09-23 | 2013-03-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) | Плазмохимический способ переработки твердых бытовых и промышленных отходов |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Rutberg et al. | On efficiency of plasma gasification of wood residues | |
KR20100048452A (ko) | 가연성 폐기물의 에너지 연료화 방법 및 가연성 폐기물의 가스화 장치 | |
Li et al. | Performance investigation of the gasification for the kitchen waste powder in a direct current plasma reactor | |
KR20220116380A (ko) | 폐 플라스틱을 전자파 플라스마 토치로 개질 하여 수소를 생산하는 장치와 방법 | |
KR20120022480A (ko) | 2단계 열분해 가스화 장치 및 2단계 열분해 가스화 방법 | |
Gökalp | A holistic approach to promote the safe development of hydrogen as an energy vector | |
Mergalimova et al. | Parameters of heat treatment of coal to obtain combustible volatile substances | |
RU2588220C1 (ru) | Способ сжигания низкокалорийного топлива | |
Demin et al. | Thermo-chemical equilibrium modeling and simulation of biomass gasification | |
KR101097443B1 (ko) | 가연성 폐기물의 에너지 연료화 방법 및 가연성 폐기물의 가스화 장치 | |
AU2014353860B2 (en) | Apparatus for firing and combustion of syngas | |
Zhovtyansky et al. | Plasma-assisted “waste-to-energy” processes | |
RU2477421C1 (ru) | Комплекс энергогенерирующий | |
US20170037329A1 (en) | Method for producing syngas from carbon based material | |
JP6574183B2 (ja) | 固体、液体、または気体炭化水素(hc)原材料の熱機関での燃焼のプロセス、炭化水素(hc)材料からエネルギーを作り出す熱機関およびシステム | |
RU92150U1 (ru) | Установка для переработки углеводородного сырья | |
RU2811237C1 (ru) | Высокотемпературная факельная установка для обезвреживания свалочного газа | |
Leonchik et al. | Two-Stage Processing of a Material with Predominant Combustible Matter | |
Kasih | Non-thermal plasma approach for conversion of greenhouse’s gases to hydrogen and valuable chemical fuels: A short review | |
RU2305129C1 (ru) | Способ утилизации топлива в сверхадиабатическом режиме | |
Barysheva et al. | High-temperature processing of municipal solid waste | |
Tazhimbetova | PLASMA UTILIZATION OF INDUSTRIAL WASTE | |
RU169229U1 (ru) | Установка для получения активного угля | |
Anshakov et al. | Gasification of carbon-bearing raw materials in plasma-arc electric furnace with heater and risk of explosion in syngas mixtures | |
EA035941B1 (ru) | Технологический комплекс рециклинга отходов органического и неорганического производств |