RU2099392C1 - Method of producing synthesis gas from carbon-containing raw material - Google Patents

Abstract

FIELD: gasification of carbon materials. SUBSTANCE: to increase synthesis gas yield, optimum contact time for reacting products-plasma system should be ensured. Such object is achieved when heat treatment of carbon-containing fuel is performed by effect of induction low- frequency closed discharge of transformer type directly in the discharge. EFFECT: increased yield. 1 dwg

Description

Изобретение относится к термической переработке углеродсодержащего топлива с получением синтез-газа. The invention relates to the thermal processing of carbon-containing fuel to produce synthesis gas.

Известны способы получения синтез-газа путем переработки твердого углеродсодержащего топлива плазменной струей газифицирующего агента, в качестве которого используют смесь воздуха и водяного пара при соответствующем их соотношении [1, 2]
В известном способе получения синтез-газа используются плазмотрон для дополнительного нагрева пароугольной смеси с целью повышения выхода синтез-газа из исходной смеси. Обычно используемый плазмотрон имеет мощность 100 кВт, длину электрического разряда около 10 см и срок службы около 100 ч.Known methods for producing synthesis gas by processing solid carbon-containing fuel with a plasma jet of a gasifying agent, which is used as a mixture of air and water vapor with their corresponding ratio [1, 2]
In the known method for producing synthesis gas, a plasmatron is used to additionally heat the vapor-coal mixture in order to increase the yield of synthesis gas from the initial mixture. A commonly used plasma torch has a power of 100 kW, an electric discharge length of about 10 cm and a service life of about 100 hours.

Недостатком данного способа является то, что используемый плазмотрон не обеспечивает оптимальное время проведения реакции при заданной мощности из-за малой длины электрического разряда, что приводит к снижению выхода синтез-газа; небольшой срок службы плазмотрона из-за быстрой эрозии электродов. The disadvantage of this method is that the plasma torch does not provide the optimal reaction time at a given power due to the short length of the electric discharge, which leads to a decrease in the yield of synthesis gas; short plasma torch life due to rapid erosion of the electrodes.

В основу предлагаемого изобретения положена задача создания способа получения синтез-газа из углеродсодержащего топлива, который позволил бы обеспечить оптимальное время контакта реагирующих продуктов с плазмой и тем самым повысить выход синтез-газа. The basis of the present invention is the creation of a method for producing synthesis gas from carbon-containing fuel, which would allow for optimal contact time of the reacting products with plasma and thereby increase the yield of synthesis gas.

Поставленная задача решается тем, что в способе получения синтез-газа из углеродсодержащего топлива, включающем его термическую обработку электрическим разрядом, согласно изобретению используют индукционный, безэлектродный низкочастотный замкнутый разряд трансформаторного типа, контакт исходного продукта с зоной разряда осуществляют непосредственно в разряде. The problem is solved in that in the method for producing synthesis gas from carbon-containing fuel, including its heat treatment by electric discharge, according to the invention, an induction, electrodeless low-frequency closed discharge of a transformer type is used, the initial product is contacted with the discharge zone directly in the discharge.

На чертеже представлен плазмотрон для осуществления способа. The drawing shows a plasmatron for implementing the method.

Трансформаторный плазмотрон содержит трансформатор 1, выполненный из одного или нескольких отдельных магнитопроводов с первичной обмоткой 2 каждый, и замкнутую разрядную камеру 3, охватывающую сердечник трансформатора. Изготовлена разрядная камера из отдельных металлических водоохлаждаемых секций 4, соединенных между сбой через изоляционные прокладки. При небольших тепловых нагрузках разрядная камера может быть выполнена из диэлектрического материала и охлаждаться газом. Внутренние поверхности металлической водоохлаждаемой камеры 3 футерованы теплоизолирующим диэлектрическим материалом, что позволяет поддерживать температуру этой стенки на уровне 1300 1500^oC. Разрядная камера имеет узел ввода пароугольной или газовой смеси 5, узел вывода синтез-газа 6 и сборники золы 7. Для стабилизации электрического разряда ввод пароугольной или газовой смеси осуществляют тангенциально, для того чтобы обеспечить вихревое движение по сечению разрядной камеры.The transformer plasmatron contains a transformer 1 made of one or more separate magnetic cores with a primary winding 2 each, and a closed discharge chamber 3, covering the core of the transformer. A discharge chamber is made of separate metal water-cooled sections 4 connected between the failure through insulating gaskets. At low thermal loads, the discharge chamber can be made of dielectric material and cooled by gas. The inner surfaces of the metal water-cooled chamber 3 are lined with a heat-insulating dielectric material, which allows to maintain the temperature of this wall at 1300 1500 ^o C. The discharge chamber has an inlet for a vapor-coal or gas mixture 5, an outlet for synthesis gas 6 and ash collectors 7. To stabilize the electric discharge the introduction of a coal-vapor or gas mixture is carried out tangentially in order to provide vortex motion over the cross section of the discharge chamber.

Осуществляют способ следующим образом. The method is carried out as follows.

Предварительно проводят откачку разрядной камеры 3 до давления 13 50 Па. На вспомогательные электроды, которые на чертеже не показаны, подают напряжение около 3 5 кВ от осциллятора и зажигают тлеющий разряд. На первичную обмотку 2 каждой секции 4 трансформатора 1 подают напряжение и обеспечивают необходимое напряжение на плазменном шнуре, являющемся вторичным витком трансформатора, при котором возникает устойчивый сильноточный основной разряд. При этом осциллятор отключается. При подаче продуктов химической реакции на ввод 5 плазменной камеры давление в ней возрастает до атмосферного и осуществляется стабилизация разряда вихревым потоком газа [3] Поток пароугольной смеси нагревают внутри плазменного шнура и осуществляют химическую реакцию синтеза моноокиси углерода и водорода. Получившийся синтез-газ выводят из узла вывода синтез-газа 6, а золу собирают в сборники золы 7. Preliminarily, the discharge chamber 3 is pumped out to a pressure of 13 50 Pa. Auxiliary electrodes, which are not shown in the drawing, are supplied with a voltage of about 3 5 kV from the oscillator and a glow discharge is ignited. The primary winding 2 of each section 4 of the transformer 1 is supplied with voltage and provides the necessary voltage on the plasma cord, which is the secondary turn of the transformer, at which a stable high-current main discharge occurs. In this case, the oscillator is turned off. When chemical reaction products are fed to input 5 of the plasma chamber, the pressure in it increases to atmospheric and the discharge is stabilized by a vortex gas flow [3] The vapor-carbon mixture flow is heated inside the plasma cord and the chemical reaction for the synthesis of carbon monoxide and hydrogen is carried out. The resulting synthesis gas is removed from the synthesis gas outlet 6, and the ash is collected in ash collectors 7.

Трансформаторный плазмотрон с подачей на вход воздуха при давлении в разрядной камере 2 атм при уровне мощности 200 кВт испытан при общей длине разряда 3 м и диаметре камеры 0,1 м. A transformer plasmatron with air supply at a pressure of 2 atm in the discharge chamber at a power level of 200 kW was tested with a total discharge length of 3 m and a chamber diameter of 0.1 m.

Таким образом, электрическая энергия разряда расходуется только на проведение химической реакции получения синтез-газа [3, 4] а предварительный нагрев продуктов реакции может быть осуществлен путем частичного сжигания продуктов реакции в кислороде или при его недостатке. Использование индукционных, замкнутых разрядов трансформаторного типа позволяет создавать установки с общим периметром разряда 3 5 м. Это позволяет обеспечить оптимальное время контакта реагирующих продуктов с плазмой. Отсутствие электродов увеличивает срок службы установки до нескольких тысяч часов. Проведение химических реакций непосредственно в зоне разряда позволяет увеличить выход синтез-газа. Применение футеровки плазмохимической камеры позволяет поднять температуру внутренней стенки до уровня 1300 1500^oC. Это также увеличивает выход синтез-газа.Thus, the electric energy of the discharge is spent only on carrying out a chemical reaction to produce synthesis gas [3, 4] and the preheating of the reaction products can be carried out by partially burning the reaction products in oxygen or with its lack. The use of induction, closed discharges of a transformer type allows you to create installations with a common discharge perimeter of 3 5 m. This allows you to provide optimal contact time of the reacting products with the plasma. The absence of electrodes increases the service life of the installation to several thousand hours. Carrying out chemical reactions directly in the discharge zone allows to increase the yield of synthesis gas. The use of the lining of the plasma-chemical chamber allows you to raise the temperature of the inner wall to the level of 1300 1500 ^o C. This also increases the yield of synthesis gas.

Claims (1)

Способ получения синтез-газа из углеродсодержащего топлива, включающий его термическую обработку электрическим разрядом, отличающийся тем, что термическую обработку углеродсодержащего топлива осуществляют индукционным безэлектродным низкочастотным замкнутым разрядом трансформаторного типа непосредственно в разряде. A method of producing synthesis gas from carbon-containing fuel, including its heat treatment by electrical discharge, characterized in that the heat treatment of carbon-containing fuel is carried out by induction electrodeless low-frequency closed-circuit discharge of a transformer type directly in the discharge.