UA55955U - Device for production of hydrogen and carbon monoxide from water-coal suspension - Google Patents

Abstract

A device for plasma-chemical processing of water-coal wastes includes reactor with hermetic reaction space, two electrodes, power supply source and zone of electric arc. The electrodes are arranged in such way that they keep zone of plasma burning of arc in center of the body of the reactor. At that openings for discharge of gaseous products are placed in the upper or the lower part of the reactor.

Description

І | (Б1) МПК (2009)And | (B1) IPC (2009)

КО Е23С 5/00KO E23S 5/00

М С10у 3/46M C10y 3/46

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ йMINISTRY OF EDUCATION and

І НАУКИ УКРАЇНИ Ф. П И (Фе відповідал стьAND SCIENCES OF UKRAINE F. P. I. (F. in charge

ЕРЖАВНИЙ ДЕПАРТАМЕНТ власний й ІНТЕЛЕКТУАЛЬНОЇ до ПАТЕНТУ патентуORIGINAL DEPARTMENT owns and INTELLECTUAL to PATENT patent

ВЛАСНОСТІ НА КОРИСНУ МОДЕЛЬ нЛляМШЛМНЛООВООНВЦ ТТ ЮІЕИКККІІИІІІІІОООТІТЬЬОООЬЬИЕІШШШШШШОЛІО.О ООЛІООИООВВОВООЛОВЛЛІЕИТОКОЛИЛОЬИХОХВОИСТЛООХХЬТТЬТЬИТНЬТЬТЬОСХХІХОТЛТИТТООХЗООТОВОООООВВЛОЛОВТИИОТОТИОТОИТНЯ» (54) ПРИСТРІЙ ДЛЯ ОТРИМАННЯ ВОДНЮ І ЧАДНОГО ГАЗУ ІЗ ВОДНО-ВУГІЛЬНОЇ СУСПЕНЗІЇ 1 2 (21) иго1009372 (57) Пристрій для плазмохімічної переробки водно- (22) 26.07.2010 вугільних відходів, що містить реактор з герметич- (24) 27.12.2010 ним реакційним простором, два електроди, дже- (46) 27.12.2010, Бюл.Мо 24, 2010 р. рело живлення, зону електричної дуги, який відрі- (72) ОРНАТ ВОЛОДИМИР МИХАЙЛОВИЧ, ПУТАС зняється тим, що електроди розташовані такимВЛАСНОСТІ НА КОРИСНУ МОДЕЛЬ нЛляМШЛМНЛООВООНВЦ ТТ ЮІЕИКККІІИІІІІІОООТІТЬЬОООЬЬИЕІШШШШШШОЛІО.О ООЛІООИООВВОВООЛОВЛЛІЕИТОКОЛИЛОЬИХОХВОИСТЛООХХЬТТЬТЬИТНЬТЬТЬОСХХІХОТЛТИТТООХЗООТОВОООООВВЛОЛОВТИИОТОТИОТОИТНЯ» (54) ПРИСТРІЙ ДЛЯ ОТРИМАННЯ ВОДНЮ І ЧАДНОГО ГАЗУ ІЗ ВОДНО-ВУГІЛЬНОЇ СУСПЕНЗІЇ 1 2 (21) иго1009372 (57) Пристрій для плазмохімічної переробки водно- (22) 26.07.2010 вугільних відходів, containing a reactor with a hermetic (24) 12.27.2010 reaction space, two electrodes, a power relay, an electric arc zone, which is separated by VOLODYMYR MYKHAYLOVYCH, PUTAS is removed by the fact that the electrodes are located like this

ЮРІЙ ВОЛОДИМИРОВИЧ чином, що утримують область плазмового горіння (73) ОРНАТ ВОЛОДИМИР МИХАЙЛОВИЧ, ПУТАС дуги в центрі корпусу реактора, причому отвориYURIY VOLODYMYROVYCH in a way that keeps the area of plasma burning (73) ORNAT VOLODYMYR MYKHAYLOVYCH, PUTAS arcs in the center of the reactor body, and the holes

ЮРІЙ ВОЛОДИМИРОВИЧ виводу газоподібних продуктів розташовані у вер- хній або нижній частині реактора.YURIY VOLODYMYROVYCH outlet of gaseous products are located in the upper or lower part of the reactor.

Корисна модель відноситься до пристрою для тричної дуги, вентиль, ємність із шкідливими речо- переробки водно-вугільних відходів плазмохіміч- винами. ним шляхом з одержанням синтез-газу з покраще- Недоліком відомого пристрою є процес утилі- ними властивостями, і може знайти застосування зації шкідливих, отрутних і біологічно активних в двигунах внутрішнього згорання, екології, енер- речовин спалюванням, що здійснюється в присут- гетиці для отримання тепла, палива, електроенер- ності електричної дуги за максимально високими гії. температурами 8000-120007С, а в таких умовахThe useful model refers to a device for a triple arc, a valve, a container with harmful substances, processing water-coal waste with plasma chemicals. by this way with obtaining synthesis gas with improved The disadvantage of the known device is the process of utilitarian properties, and can find application zation of harmful, poisonous and biologically active in internal combustion engines, ecology, energy by combustion, which is carried out in the presence of obtaining heat, fuel, electric power of an electric arc at the highest possible speeds. temperatures of 8000-120007С, and under such conditions

Відомо спосіб плазмохімічної переробки вугіл- істотно збільшується вміст небажаних домішок, у ля в синтез-газ (патент РФ Мо2047650, кл. тому числі шкідливих для навколишнього середо- -A method of plasma-chemical processing of coal is known - the content of unwanted impurities in synthesis gas significantly increases (patent of the Russian Federation Mo2047650, including those harmful to the environment -

С10)3/18, 1993р.), який включає підготовку, тер- вища, що вимагає додаткової стадії очищення, Ф мообробку і газифікацію вугілля за допомогою підвищує вимоги до матеріалів корпусу та підви- Ма плазми в плазмореакторі, при цьому процес гази- щує вартість. фікації здійснюється в три стадії, дві з яких вико- В основу корисної моделі поставлене завдан- нуються в трубчатих теплообмінниках, а третю, ня створення простого та екологічно-безпечного Се! заключну, стадію газифікації проводять безпосе- пристрою для отримання синтез-газу з покраще- ПО редньо в плазмореакторі одночасно з процесом ними властивостями, а також його використання у Ге) високотемпературного піролізу в присутності реа- якості палива, наприклад, в двигунах внутрішнього со генту. згоряння та паливних елементах. соС10)3/18, 1993), which includes preparation, treatment, which requires an additional stage of purification, F processing and gasification of coal with the help of increases the requirements for the materials of the housing and plasma lift in the plasma reactor, while the process gasifies cost. fication is carried out in three stages, two of which are performed in tubular heat exchangers, and the third is the creation of a simple and environmentally safe Se! the final stage of gasification is carried out directly in a device for obtaining synthesis gas with improved properties in a plasma reactor at the same time as the process, as well as its use in high-temperature pyrolysis in the presence of fuel reaction, for example, in internal combustion engines. combustion and fuel cells. co

Недоліком відомого способу є складність тех- Технічним результатом даної корисної моделі - нологічного процесу, який проводиться в три ста- являється оптимізація процесів плазмової переро- в. дії, а також виникають труднощі спочатку з прохо- бки відходів за рахунок створення контролю пото- дом суспензії, а потім вугілля та газоподібних ку плазми та температурного поля камери плаз- продуктів реакції по горизонтально розташованим мової переробки відходів. трубам реактора, що може призвести до закупорці Поставлене завдання вирішується тим, що « труб та їх ушкодженню. пристрій для отримання водню і чадного газу із -ЗThe disadvantage of the known method is the complexity of the technological process, which is carried out in three steps. action, as well as difficulties arise first with the waste plugging due to the creation of control by the suspension, and then coal and gaseous plasma and the temperature field of the plasma chamber of the reaction products along the horizontally located language of waste processing. reactor pipes, which can lead to clogging. The task is solved by the fact that " pipes and their damage. a device for obtaining hydrogen and carbon monoxide from -Z

Найбільш близьким по технічній суті до запро- водно-вугільної суспензії включає замкнуту камеру 5 понованого є електродуговий пристрій для утилі- (реактор) з електродами, між якими виникає дуго- май зації шкідливих відходів у вигляді порошків, рідин і вий розряд, циркуляційний насос, який перекачує газів (патент України Мое12128, кл. Е2305/10, рідкий компонент через електричний розряд пос- 2006р.) - найближчий аналог, який включає міцний тійного або змінного струму. За рахунок циркуляції корпус, захисний клапан, газовий фільтр, вакуум- виникає сильне магнітне поле, що дозволяє руха- ний насос, трубку, що всмоктує шкідливі відходи, ти дугу в поперечному до потоку направленні. джерело живлення, два електроди, один із яких Електроди розташовані таким чином, що утриму- порожнистій анод із наскрізним отвором, інший ють область плазмового горіння дуги в центрі кор- катод, пристрій, який подає електроди, зону елек- пусу реактора. Таким чином, дуга в потоці стає самоврівноваженою саморегулюючою системою, і дуль). Температура в зоні електричної дуги 6 зрос- її можна розглядати не тільки як потужний перет- тає до декількох тисяч градусів. Дуга в потоці стає ворювач електричної енергії в тепло, а ще, як самоврівноваженою саморегулюючою системою ефективний перетворювач електричної енергії в завдяки поперечному потоку рідини. Потужне маг- енергію магнітного поля. нітне поле в зоні горіння електричного розрядуThe closest in technical essence to the feed-coal suspension includes a closed chamber 5 of the present is an electric arc device for disposal (reactor) with electrodes, between which the arcing of harmful waste in the form of powders, liquids and discharge occurs, a circulation pump, which pumps gases (patent of Ukraine Мое12128, class Е2305/10, liquid component through an electric discharge of 2006) is the closest analogue, which includes a strong direct or alternating current. Due to the circulation of the housing, safety valve, gas filter, vacuum, a strong magnetic field arises, which allows the moving pump, the tube that sucks in harmful waste, and an arc in the direction transverse to the flow. a power source, two electrodes, one of which Electrodes are located in such a way as to hold a hollow anode with a through hole, the other covers the area of plasma burning of the arc in the center of the cathodes, a device that supplies the electrodes, the area of the reactor electrode. Thus, the arc in the flow becomes a self-equilibrated self-regulating system, and dul). The temperature in the area of the electric arc 6 can be seen not only as a powerful increase up to several thousand degrees. The arc in the flow becomes a plow of electrical energy into heat, and also, as a self-balanced self-regulating system, an effective converter of electrical energy into due to the transverse flow of liquid. Powerful magnet is the energy of the magnetic field. net field in the combustion zone of an electric discharge

При зміні динамічного напору потоку рідини в перетворює електронні орбіти з'єднань вуглероду, результаті процесів саморегулювання в дузі, її кисню та водню в плазму, яка циркулює навколо характеристики змінюються таким чином, щоб електричної дуги, що призводить до виникнення ослабити ефект зовнішньої сили. молекул, які вимиваються у вигляді плазми та за-When the dynamic pressure of the liquid flow changes in the electron orbits of the carbon compounds, as a result of the self-regulation processes in the arc, its oxygen and hydrogen in the plasma that circulates around the characteristics change in such a way that the electric arc, which leads to the emergence of weaken the effect of the external force. molecules that are washed out in the form of plasma and

В порівнянні з побутовими зварювальними ду- стигають, потім з'єднаються в кластери завдяки гами індукція такого магнітного поля помітно біль- присутності в них власного магнітного поля. Клас- ша та виконує функцію не тільки як струм, а також, тери стабільні при звичайних умовах та не потре- як динамічну потужність потоку, оскільки таке маг- бують додаткових умов для зберігання газу в порі- нітне поле рухає дугу в поперечному до потоку внянні з природнім газом. Отриманий газ легше направленні. Застосування електричної дуги до- повітря, не займається від удару, що робить його зволяє створити температуру активної зони від безпечним для використання. На величину магніт- 35007С та утримувати її постійною. ного поля має вплив поперечний потік рідини, якаCompared to household welding machines, they are enough, then they will be connected into clusters thanks to the gamma induction of such a magnetic field, the presence of their own magnetic field is noticeable. Class and performs a function not only as a current, but also, the tery is stable under normal conditions and does not consume the dynamic power of the flow, since this may require additional conditions for gas storage in the porous field moves the arc in a direction transverse to the flow with natural gas. The resulting gas is easier to direct. The application of an electric arc to the air, is not affected by the impact, which makes it possible to create a temperature of the active zone from safe to use. To the magnitude of the magnet - 35007С and keep it constant. field is influenced by the transverse flow of liquid, which

Як наслідок, в стовпі такої дуги одночасно за- подається циркуляційним насосом 2. Газ в пузирях безпечується як отримання, так і утримання плаз- підіймається на поверхню, очищується від парів ми високих енергетичних параметрів, що дозволяє води, охолоджується в теплообміннику 4. Охоло- розглядати її, як якісно нове джерело тепла для джений та очищений паливний газ попадає в ре- нових технологій. сивер 5, звідки закачується в балони.As a result, in the pillar of such an arc, it is simultaneously fed by a circulation pump 2. The gas in the bubbles ensures both the acquisition and retention of the plasma, rises to the surface, is cleaned of vapors with high energy parameters, which allows water, is cooled in the heat exchanger 4. Coolant consider it as a qualitatively new source of heat for generators and purified fuel gas enters re- new technologies. siver 5, from where it is pumped into cylinders.

На фіг. приведено схему пристрою, що заяв- Запропонований пристрій працює в режимі, ляється. при якому повністю видаляється рідка фракціяIn fig. given is a diagram of the device that is declared. The proposed device works in the mode, in which the liquid fraction is completely removed

Пристрій для отримання водню і чадного газу відходів за допомогою плазмової дуги до тих пір, із водно-вугільної суспензії містить замкнуту каме- доки всі молекули рідини не перетворилися в го- ру (реактор) 1, циркуляційний насос 2, електроди рючий газ. В процесі переробки виробляється ко- 3, теплообмінник 4, ресивер 5. Електроди 3, між рисне тепло, невелика кількість вуглеводу, який якими виникає дуговий розряд, знаходяться в реа- потім можна використати у виробництві електро- кторі 1 та занурені в рідину, якою заповнюється дів. реактор 1. Електроживлення дуги отримується від При експлуатації пристрою не додається ні- випрямляча, (наприклад, від зварювального уні- яких хімічних препаратів, оскільки при переробці версального апарату ВДУ-1202). Рідина за допо- біологічно забруднені рідкі відходи повністю сте- могою циркуляційного насосу 2 перекачується че- рилізуються при дії високої температури 2350070 рез електричний розряд постійного або змінного та дуже сильного ультрафіолетового випроміню- струму в зону електричної дуги 6, досягаючи мак- вання плазмової дуги, що дозволяє отримати пот- симальної температури. Вхід теплообмінника 4 рібні хімічні реакції с заданою швидкістю. з'єднаний з реактором 1, теплообмінник 4 з'єдна- За рахунок замкнутої системи нагріву в реак- ний із входом ресивера 5 для отримання синтез- торі знижується споживана пристроєм потужність, газу. забезпечується підвищення продуктивності роботиThe device for obtaining hydrogen and carbon monoxide from waste by means of a plasma arc, until all the liquid molecules have turned into a mountain (reactor) from the water-coal suspension contains a closed chamber (reactor) 1, circulation pump 2, electrodes ripping gas. In the process of processing, reactor 3, heat exchanger 4, receiver 5 are produced. Electrodes 3, between rice heat, a small amount of carbon, which causes an arc discharge, are located in the reactor and immersed in a liquid, which can then be used in the production of electrode 1 is filled with virgins reactor 1. The electric power supply of the arc is obtained from During the operation of the device, no rectifier is added (for example, from the welding no- chemical preparations, because during processing of the VDU-1202 versatile apparatus). The liquid from pre-biologically contaminated liquid waste is completely pumped through the stem of the circulation pump 2 and is cherylized under the action of high temperature 2350070 rez electric discharge of constant or alternating and very strong ultraviolet radiation current into the area of the electric arc 6, reaching the maceration of the plasma arc, which makes it possible to obtain optimal temperatures. Heat exchanger input 4 chemical reactions at a given rate. connected to the reactor 1, the heat exchanger 4 is connected Due to the closed system of heating in the reactor with the input of the receiver 5 to obtain the synthesizer, the power consumed by the device decreases, gas. increase in work productivity is ensured

Пристрій працює таким чином. пристрою і зниження шкідливих викидів в навко-The device works like this. device and reducing harmful emissions into the environment

В замкнуту камеру (реактор) 1 подають колої- лишнє середовище. дний розчин. Електроди З, між якими виникає ду- Запропонований пристрій дозволяє повністю говий розряд, знаходяться всередині реактора 1 виключити попадання шкідливих і токсичних речо- та занурені в розчин. На електричну дугу подаєть- вин в навколишнє середовище та збільшити об'єм ся напруга від випрямляча потужністю 5ОкВт (одно паливного газу та теплової енергії відповідно до дуговий модуль), або 100кВт (двох дуговий мо- кількості загрузки вуглеводневої маси.In the closed chamber (reactor) 1, the remaining medium is fed. daily solution. Electrodes C, between which an arc occurs. The proposed device allows for a complete discharge, are located inside the reactor 1 to exclude the ingress of harmful and toxic substances and immersed in the solution. The electric arc is supplied to the environment and increases the volume of voltage from the rectifier with a capacity of 5kW (one fuel gas and thermal energy according to the arc module), or 100kW (two arcs).