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. Воздух при нормальных условиях (см. Рис. 1)

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 № 01_2013 (ПВ) ОТ 23.01.2013Проведение термической деструкции (см. п. III) с двумя включенными нижними плазмотронамии включенным реактором термической деструкции газа. Начало прогрева реакторов в 15:40,при расходе плазмообразующего воздуха 2 г/сек, при открытом V2 для сброса воздуха. Придостижении в точке Т1 температуры 5700 С прирост температуры прекратился. В 16:50системабыла отключена, V2 закрыт, приготовленный материал заложен в реактор. В 17:00 система былавключена в рабочем режиме – два плазмотрона на реакторе ТБО и реактор деструкции газа.

* средняя, рабочая температура в реакторе деструкции газа составляет 2300 -2500 0 С за

счет конструктивных особенностей «плазменной пушки».Беглый взгляд на показатели химических исследований показывает, что использовать

низкотемпературную термическую деструкцию для утилизации полимеров и углей, без

последующей термической деструкции газов - категорически не рекомендуется, в следствииповышенного выхода сложных и ароматических углеводородов.

ПРОТОКОЛ № 02_2013 (ПВ) ОТ 26.01.2013Проведение термической деструкции (см. п. III) с четырьмя включенными плазмотронами

(нижние и средние) и включенным реактором термической деструкции газа. Начало прогревареакторов в 9:00,при расходе плазмообразующего воздуха 4 г/сек, при открытом V2 для сбросавоздуха. При достижении в точке Т1 температуры 950 0 С прирост температуры прекратился. В10:00система была отключена, V2 закрыт, приготовленный материал заложен в реактор. В 10:15система 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 950 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 № 03_2013 (ПВ) ОТ 31.01.2013Проведение термической деструкции (см. п. III) с шестью включенными плазмотронами и

включенным реактором термической деструкции газа. Начало прогрева реакторов в 11:00,прирасходе плазмообразующего воздуха 6 г/сек, при открытом V2 для сброса воздуха. Придостижении в точке Т1 температуры 1550 0 С прирост температуры прекратился. В 11:35система была отключена, V2 закрыт, приготовленный материал заложен в реактор. В 11:45система была включена в рабочем режиме – шесть плазмотронов 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 1550 0 С вполне достаточно

для проведения только низкотемпературной термической деструкции полимеров и углей.Необходимость в последующая 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 воздуха, имеющую высокую степень

ионизации, что позволяет получить в синтез – газе значительное содержание горючих

компонентов СО и H2. Расчетная теплота сгорания составляет 13МДж/м3. Тем не менее наличиев газе балластных составляющих – N2, NOx, CO2 и пр. – не позволяет получить максимальныйэффект от применения плазменной деструкции твердых углеродосодержащих материалов.

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 СО : Н2 стремиться к

единице.

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