|
|
больше ...
Термины запроса в документе
Реферат
[RU] 1. Способ плазменной газификации органических отходов для получения синтез-газа, включающий шлюзовую загрузку обрабатываемого материала, низкотемпературную газификацию на рабочей поверхности газового нагревателя с пористой теплопроводной средой внутри, высокотемпературную газификацию на поверхности расплавленного шлака с помощью генератора дуговой плазмы, очистку и закалку синтез-газа, слив жидкого шлака, отличающийся тем, что низкотемпературную газификацию выполняют на рабочей поверхности расположенного в плазмохимическом реакторе газового нагревателя с пористой крупнозернистой средой внутри, высокотемпературную газификацию на поверхности расплавленного шлака выполняют с помощью свободногорящей дуги, струйного плазмотрона и струйно-плавильного плазмотрона. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве рабочего газа для газового нагревателя используют получаемый синтез-газ. 3. Устройство для осуществления способа по п.1, содержащее плазмохимический реактор, загрузочное устройство, газовый нагреватель с пористой теплопроводной средой внутри, толкатель, генератор дуговой плазмы, соединённый с источником питания, устройство закалки и очистки синтез-газа, ванну расплава шлака с лёткой для слива в приемник шлака, ванну металлического расплава, соединённую с источником питания, отличающееся тем, что газовый нагреватель установлен в рабочем объёме плазмохимического реактора, газовый нагреватель включает газовую горелку и штуцер отвода продуктов горения газа и содержит внутри слой пористой крупнозернистой среды такой, чтобы при прохождении через неё пламени горящего газа она нагревалась до 500-600 °С и передавала тепло рабочей поверхности газового нагревателя, на которой осуществляют низкотемпературную газификацию обрабатываемого материала, подаваемого через загрузочное устройство с двумя герметично закрывающимися задвижками, установленное над поверхностью газового нагревателя, толкатель установлен таким образом, чтобы перемещать продукты низкотемпературной газификации вдоль рабочей поверхности газового нагревателя в область высокотемпературной газификации на поверхности расплавленного шлака, выполняемой с помощью генератора дуговой плазмы. 4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что в качестве генератора дуговой плазмы используют свободногорящую дугу, струйный плазмотрон, струйно-плавильный плазмотрон.
Полный текст патента
(57) Реферат / Формула:
1. Способ плазменной газификации органических отходов для получения синтез-газа, включающий шлюзовую загрузку обрабатываемого материала, низкотемпературную газификацию на рабочей поверхности газового нагревателя с пористой теплопроводной средой внутри, высокотемпературную газификацию на поверхности расплавленного шлака с помощью генератора дуговой плазмы, очистку и закалку синтез-газа, слив жидкого шлака, отличающийся тем, что низкотемпературную газификацию выполняют на рабочей поверхности расположенного в плазмохимическом реакторе газового нагревателя с пористой крупнозернистой средой внутри, высокотемпературную газификацию на поверхности расплавленного шлака выполняют с помощью свободногорящей дуги, струйного плазмотрона и струйно-плавильного плазмотрона. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве рабочего газа для газового нагревателя используют получаемый синтез-газ. 3. Устройство для осуществления способа по п.1, содержащее плазмохимический реактор, загрузочное устройство, газовый нагреватель с пористой теплопроводной средой внутри, толкатель, генератор дуговой плазмы, соединённый с источником питания, устройство закалки и очистки синтез-газа, ванну расплава шлака с лёткой для слива в приемник шлака, ванну металлического расплава, соединённую с источником питания, отличающееся тем, что газовый нагреватель установлен в рабочем объёме плазмохимического реактора, газовый нагреватель включает газовую горелку и штуцер отвода продуктов горения газа и содержит внутри слой пористой крупнозернистой среды такой, чтобы при прохождении через неё пламени горящего газа она нагревалась до 500-600 °С и передавала тепло рабочей поверхности газового нагревателя, на которой осуществляют низкотемпературную газификацию обрабатываемого материала, подаваемого через загрузочное устройство с двумя герметично закрывающимися задвижками, установленное над поверхностью газового нагревателя, толкатель установлен таким образом, чтобы перемещать продукты низкотемпературной газификации вдоль рабочей поверхности газового нагревателя в область высокотемпературной газификации на поверхности расплавленного шлака, выполняемой с помощью генератора дуговой плазмы. 4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что в качестве генератора дуговой плазмы используют свободногорящую дугу, струйный плазмотрон, струйно-плавильный плазмотрон.
Евразийское 030363 (13) B1
патентное
ведомство
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОМУ ПАТЕНТУ
(45) Дата публикации и выдачи патента 2018.07.31
(21) Номер заявки 201600577
(22) Дата подачи заявки
2016.08.03
(51) Int. Cl. F23G 5/027 (2006.01) C10J3/00 (2006.01)
(54) СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ПЛАЗМЕННОЙ ГАЗИФИКАЦИИ ОРГАНИЧЕСКИХ ОТХОДОВ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ СИНТЕЗ-ГАЗА
(43) 2018.02.28
(96) 2016000065 (RU) 2016.08.03
(71) (73) Заявитель и патентовладелец:
ОБЩЕСТВО С ОГРАНИЧЕННОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ "ЭЛЕКТРОПЛАЗМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ" (ООО "ЭЛЕКТРОПЛАЗМОТЕХ") (RU)
(72) Изобретатель:
Аньшаков Анатолий Степанович (RU)
(56) RU-C2-2424468 RU-C2-2566783
АНЬШАКОВ А.С. и др. Исследование плазменной газификации углеродсодержащих техногенных отходов. Теплофизика и аэромеханика, 2007, том 14, № 4, с. 643-645, рис. 1, 2
KZ-B-19172 US-A-6021723
(57) Изобретение относится к способу и устройству для получения синтез-газа из органических отходов I в электрическом плазменном газификаторе и может быть применено в энергетике, химической | промышленности, металлургии, коммунальном хозяйстве, экологии. Согласно изобретению в рабочем объёме плазмохимического реактора установлен газовый нагреватель с пористой крупнозернистой средой для предварительного нагрева и низкотемпературной газификации органических отходов при температуре 500-600°С и с последующей подачей минерального и угольного остатков в область действия электрической дуги с температурой на расплаве шлаковой ванны 1400-1600°С для полной газификации углерода с получением высококалорийного синтез-газа, содержащего большое количество Н2 и СО. Техническим результатом изобретения является уменьшение затрат электрической энергии на 20-25% по сравнению с газификацией в плазмохимическом реакторе без дополнительного газового нагревателя. В газовом нагревателе может использоваться получаемый синтез-газ.
Изобретение относится к способу и устройству для получения синтез-газа из органических отходов в электрическом плазменном газификаторе и может быть применено в энергетике, химической промышленности, металлургии, коммунальном хозяйстве, экологии.
Известен способ термической переработки отходов [RU 2104445, 10.02.1998, F23G 5/027], в котором отходы поступают непосредственно в шлаковую ванну расплава, полученную электрическим нагревом минеральной части отходов путём пропускания через него тока силой 3-5 кА. Авторы отмечают высокую степень разложения высокомолекулярных соединений за счёт высокой температуры, 1400-1600°С, в шлаковой ванне расплава и, следовательно, значительного увеличения скоростей химических реакций и эффективности газификации.
Существенным недостатком указанного способа является то, что нагрев шлака осуществляют исключительно за счёт использования дорогостоящей электрической энергии с высоким удельным расходом, до 3-4 кВт-ч/кг.
Известен способ и устройство [US 6021723, 08.02.2000, B01D 53/70, С10В 53/00, F23G 5/027], в котором авторы, используя струйные плазмотроны, при обработке опасных хлорорганических отходов получили синтез-газ с высоким содержанием Н2 и СО, а также товарную соляную кислоту.
Недостатком указанного изобретения является то, что используют исключительно дорогостоящую электрическую энергию с удельным расходом 2-3 кВт-ч/кг.
Известен плазменный газификатор для переработки углеродсодержащих материалов [Аньшаков А.С., Фалеев В.А., Даниленко А.А. и др. Исследования плазменной газификации углеродсодержащих техногенных отходов//Теплофизика и аэромеханика, 2007. Т. 14, № 4. С. 639-650], представляющий собой футерованную печь с системой загрузки отходов, графитовыми электродами с источником питания, системой очистки и закалки синтез-газа, шлакоприёмником. Отходы подаются через узел загрузки на поверхность расплавленного металла, находящегося в графитовом тигле. Выполненные исследования показали, что в составе полученного синтез-газа содержится более 90 об.% СО и Н2 для режимов без подачи воздуха в реакционную зону. Такой горючий газ пригоден для использования в энергетике для розжига пылеугольных потоков и в химической промышленности для синтеза моторных топлив. При этом удельные затраты электрической энергии составляют от 0,6 до 1,2 кВт-ч/кг углеродсодержащего материала в зависимости от морфологического состава и его влажности.
Существенным недостатком указанного способа и устройства является то, что электродуговой нагрев осуществляют исключительно за счёт использования дорогостоящей электрической энергии.
Известен способ и устройство [RU 2424468, 29.06.2006, F23G 5/027], в котором углеродсодержащий материал предварительно нагревают в отдельном газификаторе с рабочей температурой ниже температуры плавления золы 650-950°С, затем все продукты низкотемпературной газификации (газообразные, парообразные, золу и угольный остаток) подают через специальный канал в электрический плазменный реактор, имеющий среднемассовую температуру 1200-1500°С.
К недостаткам указанного изобретения следует отнести следующее:
1 - для осуществления указанного изобретения требуется изготовление дополнительного автономного низкотемпературного газификатора;
2 - при температурах ниже 800°С возможно отложение смолистых высокомолекулярных соединений на стенках этого газификатора и на стенках переходного канала, которые будут нарушать режим нагрева и режим перемещения продуктов, что может существенно увеличить расход тепла на газификацию;
3 - при температурах выше температуры плавления золы будет происходить зашлаковывание газификатора и увеличение расхода тепловой энергии;
4 - при обработке смеси различных материалов (например, бытовые отходы) возможна ситуация, когда локальная рабочая температура низкотемпературного газификатора будет выше температуры плавления золы для одного компонента смеси, а у другого компонента при этой температуре будут интенсивно выделяться смолистые высокомолекулярные соединения, что может привести к проблемам транспортировки из низкотемпературного газификатора в плазменный реактор и увеличению тепловых затрат;
5 - высокие удельные энергозатраты на переработку единицы массы отходов, составляющие 2-5 кВт
ч/кг.
Целью изобретения является уменьшение удельных затрат электрической энергии на переработку единицы органических отходов за счёт уменьшения мощности дугового разряда.
Поставленная цель в предложенном способе и устройстве достигается тем, что в плазмохимическом реакторе располагают газовый нагреватель, содержащий пористую крупнозернистую среду.
Согласно изобретению в способе плазменной газификации органических отходов для получения синтез-газа, включающем шлюзовую загрузку обрабатываемого материала, низкотемпературную газификацию на рабочей поверхности газового нагревателя с пористой теплопроводной средой внутри, высокотемпературную газификацию на поверхности расплавленного шлака с помощью генератора дуговой плазмы, очистку и закалку синтез-газа, слив жидкого шлака, низкотемпературную газификацию выпол
няют на рабочей поверхности расположенного в плазмохимическом реакторе газового нагревателя с пористой крупнозернистой средой внутри, высокотемпературную газификацию на поверхности расплавленного шлака выполняют с помощью свободногорящей дуги, струйного плазмотрона и струйно-плавильного плазмотрона. В качестве рабочего газа для газового нагревателя используют получаемый синтез-газ.
Согласно изобретению в устройстве плазменной газификации органических отходов для получения синтез-газа, содержащем загрузочное устройство, газовый нагреватель с пористой теплопроводной средой внутри, плазмохимический реактор, толкатель, генератор дуговой плазмы, соединённый с источником питания, устройство закалки и очистки синтез-газа, ванну расплава шлака с лёткой для слива в приемник шлака, ванну металлического расплава, соединённую с источником питания, газовый нагреватель установлен в рабочем объёме плазмохимического реактора, включает газовую горелку и штуцер отвода продуктов горения газа и содержит внутри слой пористой крупнозернистой среды такой, чтобы при прохождении через неё пламени горящего газа она нагревалась до 500-600°С и передавала тепло рабочей поверхности газового нагревателя, на которой осуществляют низкотемпературную газификацию обрабатываемого материала, подаваемого через загрузочное устройство с двумя герметично закрывающимися задвижками, установленное над поверхностью газового нагревателя, толкатель установлен таким образом, чтобы перемещать продукты низкотемпературной газификации вдоль рабочей поверхности газового нагревателя в область высокотемпературной газификации на поверхности расплавленного шлака, выполняемой с помощью генератора дуговой плазмы. В качестве генератора дуговой плазмы используют свободногорящую дугу, струйный плазмотрон или струйно-плавильный плазмотрон.
Уменьшение мощности дугового разряда достигается за счёт использования газового нагревателя. Газовый нагреватель, предназначенный для низкотемпературной газификации, расположен в плазмохи-мическом реакторе и содержит пористую крупнозернистую среду, которая при прохождении через неё пламени горящего газа, нагревается и передаёт тепло рабочей поверхности нагревателя, при этом теплоотдача к обрабатываемому материалу и КПД устройства значительно увеличиваются. В качестве рабочего газа для нагревателя может частично использоваться получаемый синтез-газ.
Способ плазменной газификации органических отходов для получения синтез-газа включает:
1) стадию шлюзовой загрузки, при которой органические отходы подают через загрузочное устройство на рабочую поверхность газового нагревателя;
2) стадию низкотемпературной газификации, происходящей при температуре 500-600°С на металлической рабочей поверхности газового нагревателя, имеющего слой пористой крупнозернистой среды.
На обрабатываемый материал действуют снизу основной тепловой поток от продуктов горения газа, а сверху и с боков потоки тепла от нагретого до среднемассовой температуры 1200°С газа и от излучения дугового разряда или плазменной струи. В результате материал нагревается, из него испаряется влага и выходят газообразные и парообразные летучие вещества, а на поверхности нагревателя остаётся минеральный и угольный остаток, который толкателем перемещают в зону действия электродуговой плазмы;
3) стадию перемещения с помощью толкателя твёрдых продуктов остатка процесса низкотемпературной газификации на поверхность расплавленного шлака в плазмохимическом реакторе;
4) стадию высокотемпературной газификации на поверхности расплавленного шлака с температурой 1300-1500°С с помощью генератора дуговой плазмы, в качестве которого используют графитовые электроды, стержневой и подовый, струйный плазмотрон или струйно-плавильный плазмотрон, например, выполненный по патенту RU 2464748.
Смолистые высокомолекулярные соединения под действием излучения дуги и конвективного нагрева от газовой среды газифицируются до Н2 и СО, а в случае локального превышения температуры плавления золы жидкий шлак стекает в зону действия плазмы дугового разряда самотеком;
5) стадию закалки и очистки синтез-газа, включающую подачу продуктов газификации через канал подачи синтез-газа в устройство закалки и очистки;
6) стадию слива избыточного слоя расплавленного шлака в шлакоприёмник.
Способ осуществляют в устройстве плазменной газификации органических отходов для получения синтез-газа.
На фигуре приведена схема устройства, где 1 - плазмохимический реактор; 2 - загрузочное устройство; 3 - задвижки загрузочного устройства; 4 - газовый нагреватель; 5 - рабочая поверхность нагревателя; 6 - газовая горелка; 7 - слой пористой крупнозернистой среды; 8 - штуцер; 9 - толкатель; 10 - ванна расплава шлака; 11 - ванна металлического расплава; 12 - генератор дуговой плазмы (свободногорящая дуга, струйный плазмотрон, или струйно-плавильный плазмотрон); 13 - источник питания; 14 - устройство закалки и очистки синтез-газа, 15 - приёмник шлака; 16 - канал для подачи синтез-газа в устройство закалки и очистки.
Устройство представляет собой плазмохимический реактор 1, включающий загрузочное устройство 2 с двумя герметично закрывающимися задвижками 3; газовый нагреватель 4 с газовой горелкой 6, со слоем пористой крупнозернистой среды 7 внутри и штуцером 8 для отвода продуктов горения газа; тол
катель 9 для перемещения продуктов низкотемпературной газификации в ванну шлакового расплава 10; графитовые электроды, струйный плазмотрон или струйно-плавильный плазмотрон 12, соединённый с источником питания 13; канал 16 для подачи синтез-газа в устройство закалки и очистки 14; ванну расплава шлака 10 с лёткой для слива в приемник шлака 15; ванну металлического расплава 11, соединенную с источником питания 13.
Газовый нагреватель с пористой крупнозернистой средой, установленный в рабочем объёме устройства, служит для предварительного нагрева и низкотемпературной газификации органических отходов при температуре 500-600°С и последующей подачей минерального и угольного остатков в область действия электрической дуги с температурой на расплаве шлаковой ванны 1400-1600°С для полной газификации углерода с получением высококалорийного синтез-газа, содержащего большое количество Н2
и СО.
Пример
Испытания газификатора проведены при раздельной и совместной работе газового нагревателя с фильтрующим пористым крупнозернистым слоем внутри, и дугового разряда, создаваемого генератором дуговой плазмы. Мощность газового нагревателя составляла (2-4) кВт, внутри газового нагревателя происходило сгорание пропано-воздушной стехиометрической смеси и продукты горения нагревали фильтрующий слой и через него рабочую поверхность нагревателя. При мощности газового нагревателя 2 кВт среднемассовая температура на поверхности нагревателя достигла величины 500°С через 40 мин после включения. При мощности дугового разряда 4,5 кВт среднемассовая температура в реакторе достигла 400°С через 30 мин после включения. Стационарный рабочий режим в рабочем пространстве (средне-массовая температура газа - 1200°С) достигался при мощности дуги 8 кВт и мощности газового нагревателя 2-3 кВт. При этом затраты электрической энергии снижались на 20-30% по сравнению с газификацией в плазмохимическом реакторе без газового нагревателя, а полученный синтез-газ при обработке древесных опилок имел состав: СО - 26,34%; Н2 - 60,7%; СН4 - 0,32%; N2 - 5,8%.
Таким образом, дополнительная теплота от газонагревателя приводит к снижению электрической мощности источника электродуговой плазмы на 20-30%, что способствует снижению удельных энергозатрат плазменной газификации топлив, а также увеличению ресурса работы плазмогенератора. Также следует отметить, что получаемый синтез-газ отличается высокой калорийностью, 10-13 МДж/м3.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Способ плазменной газификации органических отходов для получения синтез-газа, включающий шлюзовую загрузку обрабатываемого материала, низкотемпературную газификацию на рабочей поверхности газового нагревателя с пористой теплопроводной средой внутри, высокотемпературную газификацию на поверхности расплавленного шлака с помощью генератора дуговой плазмы, очистку и закалку синтез-газа, слив жидкого шлака, отличающийся тем, что низкотемпературную газификацию выполняют на рабочей поверхности расположенного в плазмохимическом реакторе газового нагревателя с пористой крупнозернистой средой внутри, высокотемпературную газификацию на поверхности расплавленного шлака выполняют с помощью свободногорящей дуги, струйного плазмотрона и струйно-плавильного плазмотрона.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве рабочего газа для газового нагревателя используют получаемый синтез-газ.
3. Устройство для осуществления способа по п.1, содержащее плазмохимический реактор, загрузочное устройство, газовый нагреватель с пористой теплопроводной средой внутри, толкатель, генератор дуговой плазмы, соединённый с источником питания, устройство закалки и очистки синтез-газа, ванну расплава шлака с лёткой для слива в приемник шлака, ванну металлического расплава, соединённую с источником питания, отличающееся тем, что газовый нагреватель установлен в рабочем объёме плазмо-химического реактора, газовый нагреватель включает газовую горелку и штуцер отвода продуктов горения газа и содержит внутри слой пористой крупнозернистой среды такой, чтобы при прохождении через неё пламени горящего газа она нагревалась до 500-600°С и передавала тепло рабочей поверхности газового нагревателя, на которой осуществляют низкотемпературную газификацию обрабатываемого материала, подаваемого через загрузочное устройство с двумя герметично закрывающимися задвижками, установленное над поверхностью газового нагревателя, толкатель установлен таким образом, чтобы перемещать продукты низкотемпературной газификации вдоль рабочей поверхности газового нагревателя в область высокотемпературной газификации на поверхности расплавленного шлака, выполняемой с помощью генератора дуговой плазмы.
4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что в качестве генератора дуговой плазмы используют свободногорящую дугу, струйный плазмотрон, струйно-плавильный плазмотрон.
1.
Евразийская патентная организация, ЕАПВ Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2
030363
- 1 -
(19)
030363
- 1 -
(19)
030363
- 4 -
(19)
030363
- 4 -
|
