УСТАНОВКА ДЛЯ УТИЛИЗАЦИИ УГЛЕВОДОРОДСОДЕРЖАЩИХ ОТХОДОВ

Полезная модель относится к ресурсосберегающим устройствам, а именно к области обеспечения экологической утилизации углеродосодержащих отходов, химико-технологических, энергоресурсосберегающих процессов получения метанола из пиролизных газов через синтез-газ с использованием «хвостовых» углеродосодержащих газов, образующихся при высокотемпературном пиролизе при утилизации углеводородосодержащих нефтешламов и нефтезагрязненных земель.
Известна установка для термической переработки органосодержащих шламов, содержащая реактор, активатор, установленный внутри реактора, источник тепла, выполненный в виде электродов, установленных в изолирующих устройствах, механизм подачи электродов в реактор [RU 33208U1, МПК 7 F23G 5/00, опубл. 2003]. Установка дополнительно снабжена холодильником в виде спиральной трубы, охлаждаемой воздухом, и конденсатосборником для охлаждения и окончательного отделения жидкости из получаемого газового продукта.
Технология метанола в промышленных масштабах известна, производственное, аппаратурное оформление его очень громоздко. Крупногабаритные химические реакторы, теплообменники, емкости для смешивания реагентов в присутствии катализатора имеют внушительные размеры. Для мобильной установки перерабатывающей углеводородные отходы высокотемпературным пиролизом дополнительный реактор должен быть миниатюризированным.
Задача, на решение которой направлено заявляемое техническое решение является разработка экологически безопасной установки утилизации углеводородсодержащих отходов, являющейся механизмом реализации концепции предотвращения загрязнения.
При осуществлении полезной модели, поставленная задача решается за счет достижения технического результата, который заключается в повышении степени переработки отходов с получением полезного продукта за счет создания энергозамкнутого процесса синтеза метанола с низкими расходными нормами по сырью и энергии. С помощью небольшого синтез-реактора получен результат, позволяющий вовлекать в ресурсооборот образовавшиеся отходы на месте, пользуясь локальными установками. Это экономичнее чем традиционные способы обезвреживания или захоронения отходов на полигонах, строительство дорогостоящих мусороперерабатыващих заводов.
Для повышения эффективности технологического процесса было принято следующее техническое решение - дополнить существующую установку пиролизной утилизации модульными секциями, позволяющими вторично использовать продукт переработки отходов. Основными дополнением к высокотемпературному пиролизному реактору с электродуговым нагревом является реактор производства синтез-газа.
Указанный технический результат достигается тем, что в установке для утилизации углеводородосодержащих отходов, включающей пиролизный реактор, устройство для очистки газа и линии прохождения газа, новым является то, что она дополнительно снабжена синтез-реактором, соединенный с линией прохождения газ, при этом указанный синтез-реактор имеет корпус, внутри которого расположен гранулированный цинк-хромовый катализатор, измельченный до порошкообразного состояния в соотношении один к одному с ферритовым порошком, а снаружи на корпус синтез-реактора намотаны обмотки соленоидальной катушки.
На фиг. 1 схематично представлен синтез-реактор устройства для утилизации углеводородосодержащих отходов, на фиг. 2, 3 представлены зависимости выхода концентрации метанола в водном растворе от силы тока и напряжения, создаваемыми в соленоидальной катушке синтез-реактора.
Устройство для утилизации углеводородосодержащих отходов содержит пиролизный реактор, например высокотемпературный реактор с электродуговым нагревом, линии прохождения газа, устройство для очистки газа (не показаны на фиг.), синтез-реактор.
Синтез-реактор содержит корпус 1, снабженный заглушками 2, в отверстия которых вставлены переходные штуцеры или соединительные стальные трубки 3. Корпус 1 может быть выполнен из ферромагнитной бронзовой болванки диаметром 50 мм и длиной 160 мм. Внутри корпуса 1 синтез-реактора расположен гранулированный цинк-хромовый катализатор 4, измельченный до порошкообразного состояния в соотношении один к одному с ферритовым порошком. Снаружи на корпус 1 синтез-реактора намотаны обмотки 5 соленоидальной катушки. Синтез реактор соединен линией прохождения газа с устройством для очистки газа.
Устройство работает следующим образом.
2
В качестве утилизируемого материала взяты углеродосодержащие отходы. Полученный на выходе реактора пиролизный газ, пройдя процедуру очистки, поступает в синтез-реактор, где на цинк-хромовом катализаторе 4 происходит гетерогенная реакция превращения его в метанол CHOH под действием электрического поля. Смесь газообразных продуктов на выходе синтеза реактора метанола поступает в накопительный бачок.
Обмотки 5 соленоидной катушкой включены через диоды. Активация катализатора 4 внутри синтез-реактора осуществляется смешиванием его с ферромагнитным порошком и воздействием на данную смесь электромагнитным полем, создаваемый соленоидальной катушкой.
Полученный на выходе из пиролизной камеры
При включении в сеть переменного тока обмотки 5 включаются поочередно с частотою 50 ГЦ. При этом ферромагнитный порошок непрерывно сжимает и расширяет катализатор 4, обеспечивая пульсирующую проходимость газа. Таким образом, синтез-реактор работает как насос, при этом многократно перемешивая газ, сжимая и расширяя его с увеличением интенсивности процесса на катализаторе 4. Попутно частички катализатора 4 трутся друг о друга и о ферритовый абразивный порошок, что приводит к их очистке от загрязняющих пленок. С частотой 50 Гц происходит смена полярности на питании. Ток попеременно проходит по обмотке 5 соленоидной катушки, при этом появляется магнитное поле, которое намагничивает ферромагнитные частицы и заставляет их взаимодействовать друг с другом, вовлекая в движение частицы катализатора 4.
Таким образом, попеременно возникает для газа проходимость сквозь мелкие частицы, сменяемая большим сопротивлением, оказываемым сдавленной массой частиц. Активность катализатора 4, сжимающего и разжимающего реагирующий газ, повышается дополнительно в 20-50 раз. Увеличивать производительность синтез-реактора можно, включая обмотки 5 в трехфазную сеть. При этом синтез-реактор работает не как клапаны, а как активный наос, совмещая все положительные эффекты первой схемы и дополнительно принуждая газ перемещаться в направлении смещения сдвига фаз. При таком включении важно правильно выбрать фазировку.
Для исследования возможности активации процесса получения метанола в синтез-реакторе магнитным полем в присутствии ферромагнитных частиц и катализатора в работе была изготовлена 3-слойная соленоидальная катушка общей длиной 140 мм и индуктивностью 5,2 mH, намотанная медным проводом диаметром провода d=0,2 мм. Оценка оптимальных параметров соленоидальной катушки основывается на следующих хорошо известных физических соотношениях:
а) величине напряженности магнитного поля внутри соленоида
H=I·n
соленоида
провода
реактора
соленоида
где I - ток через соленоид, n - число витков на единицу длины катушки, равной l, причем n≈l/πdl,
б) законе Ома для участка цепи переменного тока с напряжением U, частотой ω, индуктивностью L и активным сопротивлением R
Проведенные измерения параметров нескольких катушек показали, что на частоте 50 Гц, их индуктивное сопротивление намного меньше активного, то есть ωL<<R. Для намотанной нами катушки L=5.2 mH, ωL=1,6 Ом, R=72 Ом. Таким образом, условие ωL<<R для нее вполне справедливо, следовательно, ток через соленоид I=U/R. Поскольку активное сопротивление R соленоидальной катушки можно найти по соотношению:
то напряженность магнитного поля внутри соленоида будет определяться выражением:
Основное действие магнитного поля на процесс получения метанола заключается именно в активизации катализатора за счет смещения его частиц частицами ферромагнитного порошка, переориентация которых обеспечивается внешним магнитным полем. При наличии смещения частиц катализатора он взаимодействует с большим объемом синтез-газа, увеличивая в результате выход метанола. Этот эффект будет тем больше, чем больше будет амплитуда сдвига частиц катализатора, задаваемая переориентацией частиц ферромагнитного порошка. Эта переориентация будет максимальна в синусоидальном переменном магнитном поле. Оптимальное число витков обмотки соленоидной катушки 5 оценивалось на основании расчетов. Эффективное перемешивание в синтез - реакторе приводит к изменению параметров массопередачи, а воздействие магнитного поля - к изменению энергии исходных соединений, увеличивая скорость реакции и сокращая ее продолжительность. Присутствие в реакционной массе ферромагнитных частиц, движущихся в переменном электромагнитном поле, приводит к увеличению дисперсности вещества и, как следствие, к увеличению площади соприкосновения газовой и твердой фазы. Определение метанола после прохождения пиролизного газа через синтез-реактор первоначально проводилось фотометрическим методом на фотоэлектрокалориметре КФК-3, газ, прошедший через синтез-реактор поступал в сосуд с водой, из которого брали пробы для определения в ней концентрации метанола. Фактический состав концентрации метанола в водном растворе газа полученного после прохождения пиролизного газа через синтез-реактор приведен в табл. 1. Полученные результаты свидетельствуют об эффективном влиянии магнитного поля на выход метанола. Увеличивая силу тока и напряжение на соленоидальной катушке синтез-реактора (фиг. 2, 3), при наложении электромагнитного поля в присутствии в реакционной массе ферромагнитных частиц и катализатора, увеличили скорость химической реакции и выход метанола. Химия процесса традиционна.
Таким образом, заявляемая полезная модель, имеет простую конструкцию и обеспечивает повышение качества переработки отходов путем вторичного использования газа, выделившегося в результате высокотемпературной пиролизной переработке и обеспечивает получение из отходов полезного продукта-метанола, который можно использовать в нефтегазовой отрасли для разбивания газогидратов, применяя различные катализаторы можно получить различные продукты газохимии