plasma destrukce steam

2. 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 200 0 С (см. Рис. 2)
I. Цель эксперимента
1.1. Определить условия для максимального удельного выхода газа в процессе
термической деструкции твердых углеродосодержащих материалов
1.2. Определить качественный и количественный состава газа, полученного в
результате термической деструкции твердых углеродосодержащих
материалов
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

3. II. Экспериментальная установка
2.1. Реактор термической деструкции ТБО – вертикального типа, с верхней загрузкой, общей
высотой 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 реактора
установлена 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, единичной
мощности 1 кВт, с теплообменной поверхностью 30 м 2 каждый, с регулируемым дутьем до 20
нм3/мин каждая.
2.4. Микроволновые плазмотроны (плазменные горелки) и СВЧ – генераторы, собственной
конструкции.
2.5. Компрессор с регулируемым расходом воздуха 2 – 10 г/сек, с давлением 0,12-0,2 МПа
2.6. Парогенератор с регулируемым расходом пара 2 – 10 г/сек, температурой 200 0С, с
давлением 0,2 – 0,4 МПа
2.7. Т 1 – Т 3, точки замера температур, в которых установлены термопары
2.8. 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, RVG
2.10. Свеча сжигания газа – пьезоэлектрический автоподжиг от датчика давления
2.11. 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 кг
3.3. 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

5. ПРОТОКОЛ № 04_2013 (ПП) ОТ 09.02.2013
Проведение 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. В
14:10 система была отключена, V2 закрыт, приготовленный материал заложен в реактор. В 14:20
система 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.

6. ПРОТОКОЛ № 05_2013 (ПП) ОТ 16.02.2013
Проведение термической деструкции (см.п. III) с четырьмя включенными плазмотронами
(нижними и средними) и включенным реактором термической деструкции газа. Начало прогрева
реакторов в 8:00, при расходе плазмообразующего пара 4 г/сек, при открытом V2 для сброса
пара. При достижении в точке Т1 температуры 1100 0 С прирост температуры прекратился. В
8:50 система была отключена, V2 закрыт, приготовленный материал заложен в реактор. В 9:00
система 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.

7. ПРОТОКОЛ № 06_2013 (ПП) ОТ 22.02.2013
Проведение термической деструкции (см.п. III) с шестью включенными плазмотронами
(нижними и средними) и включенным реактором термической деструкции газа. Начало прогрева
реакторов в 19:00, при расходе плазмообразующего пара 6 г/сек, при открытом V2 для сброса
пара. При достижении в точке Т1 температуры 1500 0 С нагрев был остановлен. В 19:40 система
была отключена, V2 закрыт, приготовленный материал заложен в реактор. В 19:50 система 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 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.

8. 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 – 1500 0 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 – 1500 0 С, при давлении близком к атмосферному соотношение Н2 : СО может быть выше
единице.

9. Выводы
1) При разработке технологий термической деструкции твердых углеводородных материалов
(ТБО), следует учитывать, что максимальный эффект при получении синтез – газа достигается
использованием микроволновой (СВЧ) плазмы сухого пара (200 0 С) при рабочих температурах
в реакторе 1300 – 1500 0 С, в атмосфере обедненной кислородом.
2) Опытным путем было подтверждено, что данная технология отличается высокой степенью
конверсии по углероду (основная формула Н2О + С = СО + Н2) и благодаря высоким
температурам и высокому уровню ионизации в камере реактора, позволяет утилизировать и
перерабатывать 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 мощных
систем экологической профилактики и защиты. Тем самым, позволяя экономить значительные
средства 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, 0,5
кВт 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 и
использования высоких температур для термической деструкции материалов, следует учитывать
некоторые особенности, выявленные в процессе проведения стендовых испытаний.
- прогрев реактора – должна быть предусмотрена возможность циркуляции горячего пара через
объем 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 поля
по 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 измельчение
материалов 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 ограничить
повторную 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 объем
реактора.
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
+421 948502960 +420 725372109 p_fisenko@mail.ru