ПЛАЗМОХИМИЧЕСКИЙ РЕАКТОР ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПЛАЗМОГАЗА ИЗ УГЛЕРОДОСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ

Полезная модель относится к области плазмотермической переработки углеродсодержащих материалов, в том числе твердых и жидких промышленных и бытовых отходов и может быть использована в энергетической, топливной и химической промышленности.
Известен плазмохимический реактор для термического крекинга веществ, преимущественно углеводородов. Плазма генерируется в специально оборудованной разрядной камере, с аксиально установленными анодом и катодом, между которыми зажигают электрическую дугу и через которую протекает поток плазмообразующего газа - водорода или азота. С разрядной камерой сообщается смесительная камера, в которую подают все необходимые реагенты, формируя исходную углеводородную реакционную смесь заданного состава. Далее исходная реакционная смесь поступает непосредственно в реакционную камеру, где происходит образование целевого продукта. Выделение целевого продукта происходит за счет быстрого охлаждения прореагировавшей реакционной смеси холодным закалочным газом в свободном пространстве над реакционной камерой, затем целевой продукт поступает в скрубер для отмывки газа (патент США №3622493).
Известный плазмохимический реактор громоздкий, имеет сложную конструкцию и высокую стоимость. Кроме того, электроды разрядной камеры подвержены быстрой эрозии под действием высокого напряжения и токов высокой плотности, а также бомбардировки частицами плазмы, в связи с чем увеличивается объем профилактических работ.
Известен плазмохимический реактор, в котором плазмообразующим газом является непосредственно реакционный газ. Конструкция такого реактора значительно проще, так как он состоит из одной реакционной камеры, в которой размещена пара находящихся под высоким напряжением электродов между которыми возникает дуговой разряд, через который пропускают а реакционный газ (патент США №3658673).
В данном реакторе электроды также подвергаются эрозии под воздействием агрессивной химической среды. Интенсивность процессов эрозии электродов нарастает с увеличением тока в разряде, поэтому на максимальную величину тока в описанном способе налагаются ограничения, что приводит к ограничению максимальной производительности плазмохимического реактора.
Известно устройство для получения синтез-газа из отходов пластмасс, содержащее плазмотермический реактор, двухструйный плазмотрон, узлы регулируемого ввода дисперсного сырья и водяного пара, узлы вывода синтез-газа и твердых частиц (патент РФ 2213766, МПК C10J 3/14, C10J 3/16, C10J 3/18, опубл. 10.10.2003). Плазмотермический реактор состоит из связанных газоходом плазменного и циклонного реакторов.
Недостатком известного устройства являются низкая эффективность узкая область применения.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является плазмохимический реактор для разложения химических промышленных отходов термическим путем, содержащий реакционную камеру с двумя электродами, между которыми протекает очищаемый газ в смеси с кислородом, при напряжении на них 100…3000 В. При этом величина тока в разряде составляет 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.
Задачей предлагаемой полезной модели является увеличение производительности плазмохимического реактора, степени разложения углеродосодержащего сырья и выхода плазмогаза.
В результате использования предлагаемой полезной модели повышается производительность плазмохимического реактора, увеличивается срок службы электродов электродной системы реактора.
i+2
i
i+1
i
i
i
i+1
i
Технический результат достигается тем, что предлагаемый плазмохимический реактор для получения высококалорийного плазмогаза из углеродосодержащего сырья, содержащий герметичный корпус со встроенной в него электродной системой и источник напряжения, содержит диспергатор гидродинамического или(и) ультразвукового действия гидродинамического или(и) ультразвукового действия, сообщающийся с межэлектродным пространством, а электродная система реактора состоит их серии n перпендикулярных направлению движения ультрадисперсной гетерофазной обрабатываемой среды плоских электродов с отверстиями, количество которых в i-м электроде выбирают равным элементам последовательности натуральных чисел Фибоначчи: F=F+F, начиная с i=1, при суммарной площади всех отверстий i-го электрода A=S·F/F, где S - площадь i-го электрода.
Предлагаемая полезная модель поясняется фиг., на которой представлена общая схема предлагаемого плазмохимического реактора для получения плазмогаза из углеродосодержащего сырья.
i+2
i
i+1
i
i
i
i+1
i
Плазмохимический реактор для получения плазмогаза из углеродосодержащего сырья содержит загрузочную емкость 1, гидронасос 2 для подачи углеродосодержащего сырья в диспергатор 3 герметичную камеру 4 реактора с электродной системой, состоящей из серии n плоских электродов 5 с отверстиями 10, расположенных перпендикулярно движению потока перерабатываемого углеродосодержащего сырья, коллектор 6, циклон 7, соединенный коллектором 6 с камерой 4, газгольдер 8 для сбора плазмогаза, источник напряжения 9. Количество отверстий 10 в i-м электроде выбирают равным элементам последовательности натуральных чисел Фибоначчи: F=F+F, начиная с i=1, при этом суммарная площадь всех отверстий i-го электрода A=S·F/F, где S - площадь i-го электрода.
В таблице приведены значения параметров отверстий, в зависимости от порядкового номера электрода в направлении движения потока перерабатываемого сырья.
Таблица
№ электрода
Кол-во отверстий
Отношение общей площади отверстий к площади электрода (A<sub>i</sub>/S<sub>i</sub>)
Относительное изменение общего сечения отверстий
1
1
0,5
-
2
2
0,667
+16,7%
3
3
0,6
-6,7%
4
5
0,625
+2,5%
5
8
0,615
-1,0%
6
13
0,619
+0,4%
7
21
0,618
-0,1%
…
…
…
…
Предлагаемый плазмохимический реактор работает следующим образом.
Измельченное жидкое или твердое (с добавлением воды или растворителя) углеродосодержащее сырье из загрузочной емкости 1 подают гидронасосом 2 в диспергатор гидродинамического или(и) ультразвукового действия 3, где превращают его в ультрадисперсную водорганическую суспензию или(и) эмульсию, которую подают в герметичную камеру 4 плазмохимического реактора. Между электродами 5 электродной системы путем подачи на них электроэнергии от источника напряжения 9 зажигают электродуговой разряд. Поток ультрадисперсной водорганической суспензии/эмульсии, проходя в межэлектродном пространстве через отверстия 10 в электродах 5, разлагается с образованием плазмогаза, который через коллектор 6 попадает в циклон 7, где проходит очистку от твердых и жидких компонентов, после чего поступает в газгольдер для хранения и последующего использования в качестве биотоплива.
Благодаря тому, что суммарное сечение отверстий 10 то увеличивается, то уменьшается при последовательном прохождении через отверстия 10 в электродах 5, ультрадисперсная водорганическая суспензия/эмульсия, насыщенная частицами плазмогаза, выделяющимися в результатете ее разложения в плазме, испытывает знакопеременные гидродинамические нагрузки, что способствует интенсификации процесса тепломассообмена и, соответственно, увеличению производительности плазмохимического реактора, степени разложения углеродосодержащего сырья и выхода плазмогаза.