Стендовые испытания по термодеструкции ТБО и синтез - газа

Для изучения процессов высокотемпературной плазменной деструкции твердых

углеродосодержащих материалов была создана экспериментальная установка на основе

использования микроволновой (СВЧ) плазмы, как для реакторе деструкции твердых веществ,так и для реакторе деструкции газа.

В качестве плазмообразующего газа использовался :I. Пар при температуре 2000 С (см. Рис. 2)

I. Цель эксперимента

1.1. Определить условия для максимального удельного выхода газа в процессетермической деструкции твердых углеродосодержащих материалов

1.2. Определить качественный и количественный состава газа, полученного врезультате термической деструкции твердых углеродосодержащихматериалов

1.3. Определить скорость прохождения процесса термической деструкции твердых углеродосодержащих материалов

1.4. Сравнить эффективность воздействия на обрабатываемые материалы микроволновой плазмы воздуха и плазмы пара

1.5. Убедиться в необходимости термической деструкции газа – дожигания газа –после основного процесса

1.6. Получить необходимую базовую информацию для начала работ по проектированию и строительству промышленного реактора термической деструкции твердых углеродосодержащих материалов, производительностью 4 тонны/час

II. Экспериментальная установка

2.1. Реактор термической деструкции ТБО – вертикального типа, с верхней загрузкой, общейвысотой 60 см, толщиной огнеупорного бетона 15 см, и внутренним объемом 0,05 м 3.Укомплектован 6 плазмотронами (плазменными горелками), единичной мощности 1,2 кВт,установленными радиально. В нижней части находится люк для удаления продуктов

деструкции.2.2.Реактор термической деструкции газа – длиной 40 см, толщиной огнеупорного бетона 15 см.и внутренним объемом 0,03 м 3 . Укомплектован 8 плазмотронами (плазменными горелками),единичной мощности 0,7 кВт, установленными продольно оси реактора в торцевой его части.Плазмотроны собраны в кассету и представляют собой «плазменную пушку». Внутри реактораустановлена поперечная перегородка из огнеупорного материала, служащая для создания

локального гидравлического сопротивления и провоцирующая создание дополнительной

турбулентности с задержкой потока газа в зоне сверхвысоких температур на 2 сек и более.Плазмообразующим газом в плазмотронах данного реактора, является газ, полученный в

результате термической деструкции твердых углеродосодержащих материалов.2.3.Для охлаждения газа используются четыре установки воздушного охлаждения, единичноймощности 1 кВт, с теплообменной поверхностью 30 м 2каждый, с регулируемым дутьем до 20нм3/мин каждая.2.4. Микроволновые плазмотроны (плазменные горелки) и СВЧ – генераторы, собственнойконструкции.2.5.Компрессор с регулируемым расходом воздуха 2 – 10г/сек, с давлением 0,12-0,2МПа2.6. Парогенератор с регулируемым расходом пара 2 – 10 г/сек, температурой 200 0С, сдавлением 0,2 – 0,4МПа2.7.Т 1 –Т 3, точки замера температур, в которых установлены термопары2.8. V 1, V2 узлы отбора газа для химического анализа2.8. V 1, V2 узлы отбора газа для химического анализа

2.9. Q 1,расходомер газа ротационного типа, RVG2.10.Свеча сжигания газа – пьезоэлектрический автоподжиг от датчика давления2.11.Газоанализатор Vario Plus*

* контроль основных параметров газа, для проведения расширенных анализов газа,использовались услуги лаборатории института Теплофизики,АН Украины.

III. Исследуемые материалы

3.1. Подготовленная смесь из бумаги и картона, древесины, пластиковых бутылок, резины, угля, пищевых отходов, влажностью 10 – 15 %, фракция 60 х 60 мм, в следующем соотношении :

3.2. Объем разовой загрузки – 0,035 м 3, что соответствует массе загрузки – 6 кг3.3. Для проведения экспериментов при различных температурных режимах, устанавливается, что состав, и количество исследуемого материала будет неизменно.

IV. Контролируемые параметры

- содержание в %- концентрация мг в м.куб

ПРОТОКОЛ № 04_2013 (ПП) ОТ 09.02.2013Проведение термической деструкции (см. п. III) с двумя включенными плазмотронами

(нижними) и включенным реактором термической деструкции газа. Начало прогрева

реакторов в 13:00,при расходе плазмообразующего пара 2 г/сек, при открытом V2 для сброса

пара. При достижении в точке Т1 температуры 650 0 С прирост температуры прекратился. В14:10система была отключена, V2 закрыт, приготовленный материал заложен в реактор. В 14:20система была включена в рабочем режиме – два плазмотрона на реакторе ТБО и реактор

деструкции газа.

* средняя, рабочая температура в реакторе деструкции газа составляет 2200 -2500 0 С за

счет конструктивных особенностей «плазменной пушки».Химические исследования показывают, что рабочих температур до 650 0 С недостаточно

для проведения только низкотемпературной термической деструкции полимеров и углей.Необходима последующая термическая деструкция газов либо системы очистки газов от

сложных и ароматических углеводородов.

ПРОТОКОЛ№ 05_2013 (ПП) ОТ 16.02.2013Проведение термической деструкции (см.п. III) с четырьмя включенными плазмотронами

(нижними и средними) и включенным реактором термической деструкции газа. Начало прогревареакторов в 8:00, при расходе плазмообразующего пара 4 г/сек, при открытом V2 для сброса

пара. При достижении в точке Т1 температуры 1100 0С прирост температуры прекратился. В8:50 система была отключена, V2 закрыт, приготовленный материал заложен в реактор. В 9:00система была включена в рабочем режиме–четыре плазмотрона на реакторе ТБО и реактор

деструкции газа.

* средняя, рабочая температура в реакторе деструкции газа составляет 2200 -2500 0 С за

счет конструктивных особенностей «плазменной пушки».

Химические исследования показывают, что рабочих температур до 1100 0 С недостаточно

для проведения только низкотемпературной термической деструкции полимеров и углей.

Необходима последующая термическая деструкция газов либо системы очистки газов от

сложных и ароматических углеводородов.

ПРОТОКОЛ № 06_2013 (ПП) ОТ 22.02.2013Проведение термической деструкции (см.п. III) с шестью включенными плазмотронами

(нижними и средними) и включенным реактором термической деструкции газа. Начало прогревареакторов в 19:00,при расходе плазмообразующего пара 6 г/сек, при открытом V2 для сброса

пара. При достижении в точке Т1 температуры 15000С нагрев был остановлен. В 19:40системабыла отключена, V2 закрыт, приготовленный материал заложен в реактор. В 19:50 система былавключена в рабочем режиме–четыре плазмотрона на реакторе ТБО и реактор деструкции газа.

* средняя, рабочая температура в реакторе деструкции газа составляет 2200 -2500 0 С за

счет конструктивных особенностей «плазменной пушки».

Химические исследования показывают, что рабочих температур до 1650 0 С вполне

достаточно для проведения только низкотемпературной термической деструкции

полимеров и углей. Необходимость в последующей термическая деструкция газов либо

системы очистки газов от сложных и ароматических углеводородов отсутствует.

На диаграмме представлена зависимость конверсии твердых углеродосодержащих материалов в

синтез – газ по отношению к килограмму сухой массы материала. Опытным путем установлено,что максимальный удельный выход газа происходит в температурном диапазоне 1300 – 15000 С.Процесс деструкции происходит в потоке плазмы пара, имеющую высокую степень ионизации,что позволяет получить в синтез – газе очень высокое содержание горючих компонентов СО и

H2. Расчетная теплота сгорания составляет 22 МДж/м3. Полученный газ максимально

приближен по энергетическим показателям к природному газу.

На диаграмме показана зависимость равновесного выхода составляющих синтез – газа в

зависимости от температуры. Опытным путем установлено, что в температурном диапазоне

1300 – 15000 С, при давлении близком к атмосферному соотношение Н2 : СО может быть выше

единице.

Выводы

1) При разработке технологий термической деструкции твердых углеводородных материалов

(ТБО), следует учитывать, что максимальный эффект при получении синтез – газа достигаетсяиспользованием микроволновой (СВЧ) плазмы сухого пара (200 0 С) при рабочих температурахв реакторе 1300 – 15000 С, в атмосфере обедненной кислородом.2) Опытным путем было подтверждено, что данная технология отличается высокой степеньюконверсии по углероду (основная формула Н2О + С = СО + Н2) и благодаря высоким

температурам и высокому уровню ионизации в камере реактора, позволяет утилизировать иперерабатывать широкий спектр углеродосодержащих материалов с экономической

эффективностью.3) Перечисленные выше положительные качества данного метода деструкции

углеродосодержащих материалов, позволяют достигать высоких степеней экологической

чистоты как самого технологического процесса деструкции, так и конечных продуктов

переработки (синтез – газ, дымовые газы, шлаки). Причем, без многих громоздких и мощныхсистем экологической профилактики и защиты. Тем самым, позволяя экономить значительныесредства при строительстве таких технологий и тем самым делая их доступными.4) Кроме того, данный метод термической деструкции углеродосодержащих материалов,позволяет вести работы в весьма экономном режиме – используя для деструкции, в среднем, 0,5кВт электроэнергии на переработку 1 кг материала (ТБО), что является очень хорошим

показателем, в сравнении с многими существующими технологиями.5) При проектировании промышленных технологий, использующих данный метод получения ииспользования высоких температур для термической деструкции материалов, следует учитыватьнекоторые особенности, выявленные в процессе проведения стендовых испытаний.- прогрев реактора – должна быть предусмотрена возможность циркуляции горячего пара черезобъем реактора для экономии электроэнергии, ведь объем промышленного реактора можетобъем реактора для экономии электроэнергии, ведь объем промышленного реактора может

составлять 30 – 60 м 3, такое техническое решение позволит многократно сократить время

разогрева и затраты.- использовать в реакторе для ведения процесса деструкции несколько маломощных

плазмотронов вместо одного мощного, для равномерного распределения температурного поляпо всему объему реактора - что значительно повышает скорость процесса и соответственно,мощность переработки для всей технологии.- предусмотреть при разработке технологии, использующей данный метод деструкции –интенсивную сепарацию материалов на горючие и негорючие, а также применить измельчениематериалов до фракции 5-10 мм, с частичным обезвоживанием до 10-15% влажности путем

прессования после дробления, такое техническое решение значительно повысит скорость

процесса и перерабатывающую мощность всей технологии

- предусмотреть при разработке технологии, использующей данный метод деструкции –мощную систему охлаждения газа, для очень быстрого охлаждения, позволяющего ограничитьповторную рекомбинацию сложных и ароматических углеводородов, после выхода газа из

реактора.- предусмотреть при разработке технологии, использующей данный метод деструкции,загрузочный узел со шлюзовой камерой, исключающей попадания избыточного воздуха в объемреактора.

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------+421 948502960 +420 725372109 p_fisenko@mail.ru