WO2010077179A2 - Способ плазмохимической переработки веществ и устройство для его осуществления - Google Patents
Способ плазмохимической переработки веществ и устройство для его осуществления Download PDFInfo
- Publication number
- WO2010077179A2 WO2010077179A2 PCT/RU2009/000720 RU2009000720W WO2010077179A2 WO 2010077179 A2 WO2010077179 A2 WO 2010077179A2 RU 2009000720 W RU2009000720 W RU 2009000720W WO 2010077179 A2 WO2010077179 A2 WO 2010077179A2
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- technological
- suspension
- substances
- pulsed
- plasma
- Prior art date
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
- C21B13/00—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes
- C21B13/12—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes in electric furnaces
- C21B13/125—By using plasma
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
- C21C5/00—Manufacture of carbon-steel, e.g. plain mild steel, medium carbon steel or cast steel or stainless steel
- C21C5/52—Manufacture of steel in electric furnaces
- C21C5/5229—Manufacture of steel in electric furnaces in a direct current [DC] electric arc furnace
- C21C2005/5235—Manufacture of steel in electric furnaces in a direct current [DC] electric arc furnace with bottom electrodes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
- C21C5/00—Manufacture of carbon-steel, e.g. plain mild steel, medium carbon steel or cast steel or stainless steel
- C21C5/52—Manufacture of steel in electric furnaces
- C21C5/5205—Manufacture of steel in electric furnaces in a plasma heated furnace
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/20—Recycling
Definitions
- the invention relates to solving the problems of industrial processing of various mineral raw materials mainly with the resulting use of the known carbothermic reduction.
- the invention relates to the promising implementation of direct homeless reduction processes of iron ore, as well as non-ferrous metal ores.
- the invention also relates to solving known problems of the practical implementation of large-scale industrial processes for coal gasification, including low-grade lignite, as well as oil shale and peat, with no emissions of carbon dioxide.
- the invention also opens up an important prospect for the creation of fundamentally new industrial boiler units for enlarged production of heat and electricity without emission of greenhouse gases into the atmosphere.
- the basis of the invention is the task:
- Raw mineral raw materials for example, iron ore or corresponding non-ferrous metal ores, or coal, oil shale, peat, etc.
- the corresponding electrically conductive suspension obtained by the indicated actions is supplied to the upper part of a specially created technological chamber by means of high pressure pumps and, through the inlet channel with a jet-forming nozzle, the initial suspension is expelled in the said chamber in the form of jets moving from top to down in the direction of their subsequent subsequent contact meeting with the lower an electrode made, for example, of coke.
- the output jets of the suspension at its indicated outflow from the jet-forming nozzle are previously displaced using a special hydraulic interrupter in time of the beginning of the outflow and its interruption (in the outflow phase), so that touching these jets of the lower contact electrode is not simultaneous for most of them.
- the upper input channel for supplying the initial suspension to the process chamber and the corresponding jet-forming nozzles are specially electrically insulated from the case of the process chamber itself and electrically connected to a controlled switch connected to the applied external pulsed high voltage source.
- a remotely controlled pulsed high-voltage source of electric current is used (according to well-known technical solutions) with a frequency of electric discharges of more than 10 Hertz.
- the impulse power of electric discharges obtained from such a source is set by a value determined primarily by the geometric dimensions of the jet stream zone of the initial suspension, as well as by the technologically required level of external electric energy introduced into the zone of electric discharges themselves for the corresponding creation of a plasma state of substances in the suspension.
- the specified outflow from the jet-forming nozzle of the whole set of fragments of the jets of the technological suspension is surrounded around the perimeter, and also, possibly, in the central zone of the outflow, by pulsed laser radiation.
- the beams of such lasers are automatically switched on one by one according to the given technological schedule and, scanning along the lower coke electrode, initiate the corresponding electric discharges along their pulsed “burst” tracks.
- this creates an additional enhancement of the physicochemical effect on the initially processed substances.
- the total energy of such electric discharges as a whole should fully ensure the formation of the initial plasma state that is part of the technological suspension of all substances with their subsequent specific target chemical conversion.
- the final stage of the technological process is carried out according to the reduction or oxidation scheme.
- carbon and (or) carbon monoxide and (or) hydrogen prevail in the reaction zone, with the help of which, for example, methane gas and carbon dioxide are synthesized, as well as all inorganic compounds are chemically reduced to metals and (or) to carbonyls substances.
- the process is carried out with excess oxygen in the reaction zone with the final production of thermal energy of the corresponding combustion of organic substances, as well as carbon dioxide and finely divided oxides of all inorganic substances present in the starting material.
- the technologically indicated processing of substances is carried out under high pressure (from 6.5 to 22.1 MPa and possibly higher), so that the resulting carbon dioxide, when it is subsequently cooled to ambient temperature under the indicated high pressure, is accordingly liquefied and removed from the system as additional commercial product, for example, for the production of urea. Carbonyls are similarly excreted.
- a device for implementing the method of plasma-chemical processing of substances is characterized by the fact that in the created target complex the application of the following functional systems is structurally combined.
- a pressurized process chamber of high pressure is used, equipped with an internal water cooling system designed for subsequent energy use of the generated steam.
- This chamber is equipped in its upper part with a special electrical insulating device for installing in it an input channel for supplying the initial working suspension with its subsequent outflow from the jet-forming nozzle, which in turn is connected to a high-voltage pulsed electric current source.
- a flat electrode grounded with its body is mounted, made, for example, of coke.
- sealed channels are mounted, equipped with external covers made of transparent material, over which pulsed lasers are installed, located along a radius that covers, in particular, the perimeter of the very expiration of the working suspension from the jet nozzle.
- the beams of pulsed lasers are launched from the applied switch, synchronized with the launch of an external generator of electric discharges.
- a separate push-pull system of electrically insulated feed of the initial working suspension to the input to the jet-forming nozzle connected to a high-voltage source is used. This is done using insulating pipe inserts and remotely controlled gas valves to provide hydraulic breaks in the suspension flows.
- two tanks are used with the initial suspension, operating functionally separately. So, if the first tank operates in the mode with the created electrical insulation from a high-voltage source for filling the original suspension, the second tank at this time works with electrical insulation from the housing of the process chamber with the suspension being fed to the inlet to the jet forming nozzle, which is under high voltage. Then, the indicated operating modes of the tanks cyclically change to the opposite.
- a cyclone system or “locking” of the finely dispersed products of chemical reactions along the internal cooled surface of the process chamber using a device of rotating longitudinal blades mounted on special support rings with gas suspension is used.
- the corresponding rotation drive of such blades in the technological chamber creates an internal ⁇ -tightening »with the resulting tangential withdrawal from the technological chamber of precisely all reaction products, including gaseous ones.
- FIG. 1 schematic diagram of the method itself and the device for its implementation, on which images of only the most important functional elements are given. So, the attached diagram shows:
- the present invention is carried out by performing the following steps in a special device used.
- the initial technological suspension, prepared from specifically processed substances is fed into the sealed technological chamber 27 from the collection tank (16 ') into the main hydraulic receiver 20 and then enters the jet-forming nozzles, at the outlet of which using a chopper 29 (its rotation through the shaft 23 is provided drive 21), the expiration of the specified suspension is created in the form of a "garland" of scattered jets.
- all the structural elements associated with such a suspension input are electrically isolated from the housing of the process chamber 27 by a special electrical insulator 22 (conditionally indicated without details) and connected to the gate 1 of the external high-voltage source used by the proposed method.
- a downward falling “garland” consisting of a set of many jets of suspension is encountered with an electrode 39 mounted at the bottom of the process chamber, grounded to the casing of said chamber and made, for example, of coke. Accordingly, a whole cascade of electric discharges arises passing through the electrically conductive “garland” of jets of the initial suspension with the formation of the plasma state 47 of the plasma state of all substances in its composition as a result.
- the system of push-pull supply of the initial suspension at the entrance to the high-voltage side works as follows. At least two tanks are used to operate with the initial suspension. So, in the first tank 16 with the main siphon channel 7 using the first gas valve 5 provides a preliminary hydraulic break of the previous movement of the suspension through the channel 6, followed by closing the hydraulic valve 4 and turning on the gas purge valve 3, with which the original suspension is removed from the external gas pressure tubular insulating insert 2 until the subsequent closing of the outlet valve 18. The specified gas purge of this insert 2 with the corresponding displacement of the suspension from it provides The electrical insulation of tank 16 from the high voltage side (1) is ongoing.
- the initial suspension 15 is supplied to it.
- the hydraulic flow of the inlet suspension through the channel 10 is interrupted by supplying gas to the valve 8 with its subsequent hydraulic closure.
- the gas purge valve 11 all residual slurry is completely expelled from the input insulating insert 12, followed by closing the hydraulic valve 14.
- the tank 16 is isolated by the insert 12 from the external supply system 15 of the initial suspension.
- tank 16 is transferred to the second cycle of its operation in the mode of tank 16 'indicated in FIG.
- Each of the flat tanks used is divided into two halves by a partition 48 provided with channels 49 at the bottom for cyclic turbulization of the suspension itself using known gas pulsation devices.
- the lower coke electrode 39 is equipped with an externally controlled mechanical clamp 40 for the period of preparation of the used locking system of the source container 46 for subsequent replenishment of 41 coke with this electrode using a movable piston 42 with a telescopic drive 43.
- the process chamber 27 is equipped with an internal water cooling system with an inlet annular collector 34 for supplying condensate water through a nozzle 35 to a wall cooling device 32 with the final output of the generated steam through an annular collector 26 and a nozzle 28 for subsequent energy use of this steam in the respective steam turbines with electric generators.
- the technological mode in chamber 27 is carried out under high pressure - from 6.5 to 22.1 MPa and possibly higher.
- the proposed method in this device uses known technological methods and technical solutions for cooling and the conclusion of all products of chemical reactions, in particular, with the subsequent conclusion obtained liquefied carbonyls and carbon dioxide, as well as fine powders, completing the entire production chain using well-known cryogenic technologies in order to completely eliminate any emissions into the atmosphere.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Treating Waste Gases (AREA)
Abstract
Изобретение относится к решению проблем промышленной переработки разнообразного минерального сырья преимущественно с итоговым использованием известного карботермического восстановления. Это достигается предлагаемым сжиганием в таких агрегатах твердых топлив под высоким давлением, достаточным для того, чтобы образующийся на выходе из них диоксид углерода в дальнейшем уже не выбрасывается в атмосферу (как известный парниковый газ), а при его последующем охлаждении до температуры окружающей среды именно под высоким давлением диоксид углерода соответственно сжижается и выводится в таком виде для его использования в качестве ценного товарного продукта, например, для получения карбамида. В базовую основу изобретения заложено использование эффекта образования плазмы при импульсных электроразрядах, организуемых в данном случае через электропроводящие струи суспензии, которую создают из перерабатываемых веществ, а также с помощью дополнительных электроразрядов инициируемых лазерными лучами при соответствующем применении внешнего импульсного источника высокого электрического напряжения. Задача изобретения - промышленная переработка разнообразного минерального сырья, преимущественно с итоговым использованием известного карботермического восстановления; осуществление процессов прямого бездоменного восстановления железной руды, а также руд цветных металлов; решение известных проблем практической реализации укрупненных промышленных процессов газификации углей, включая низкосортные бурые угли, а также горючих сланцев и торфа, причем без выбросов в атмосферу диоксида углерода; создание принципиально новых промышленных котловых агрегатов для укрупненного производства тепла и электроэнергии без выбросов в атмосферу парниковых газов.
Description
СПОСОБ ПЛАЗМОХИМИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ВЕЩЕСТВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Область техники
Изобретение относится к решению проблем промышленной переработки разнообразного минерального сырья преимущественно с итоговым использованием известного карботермического восстановления. Преимущественно, изобретение относится к перспективному осуществлению процессов прямого бездоменного восстановления железной руды, а также руд цветных металлов. Изобретение также относится к решению известных проблем практической реализации укрупненных промышленных процессов газификации углей, включая низкосортные бурые угли, а также горючих сланцев и торфа, причем без выбросов в атмосферу диоксида углерода. В целом, изобретение также открывает важную перспективу создания принципиально новых промышленных котловых агрегатов для укрупненного производства тепла и электроэнергии именно без выбросов в атмосферу парниковых газов. Это достигается предлагаемым сжиганием в таких агрегатах твердых топлив под высоким давлением, достаточным для того, чтобы образующийся на выходе из них диоксид углерода в дальнейшем уже не выбрасывался ' в атмосферу (как известный парниковый газ), а при его последующем охлаждении до температуры окружающей среды именно под высоким давлением диоксид углерода соответственно сжижается и выводится в таком виде для его использования в качестве ценного товарного продукта, например, для получения карбамида.
Предшествующий уровень техники
На основании ознакомления с доступной научно-технической информацией предлагаемое изобретение не имеет близкого аналога (прототипа). Фактически речь может идти лишь только о возможном представлении так называемого сборного прототипа.
Раскрытие изобретения
В основу изобретения положена задача:
- промышленной переработки разнообразного минерального сырья преимущественно с итоговым использованием известного карботермического восстановления;
- осуществление процессов прямого бездоменного восстановления железной руды, а также руд цветных металлов;
- решение известных проблем практической реализации укрупненных промышленных процессов газификации углей, включая низкосортные бурые угли, а также горючих сланцев и торфа, причем без выбросов в атмосферу диоксида углерода;
- создание принципиально новых промышленных котловых агрегатов для укрупненного производства тепла и электроэнергии без выбросов в атмосферу парниковых газов.
Сущность данного изобретения выражается в создании принципиально нового сочетания в едином технологическом комплексе целого ряда применяемых последовательных действий и устройств. Некоторые из их числа являются порознь достаточно известными. При этом из общего перечня таких действий и устройств есть такие, которые представляются в новом целевом объединении наиболее важными и которые в дальнейшем становятся характерными признаками данного изобретения.
Для решения поставленной задачи выполняются следующие действия и применяются следующие устройства для их осуществления:
Исходное минеральное сырье, например, железную руду или соответствующие руды цветных металлов, или уголь, горючие сланцы, торф и т.п., измельчают и перемешивают с тонко помолотым коксом или другим углеродсодержащим веществом, так что в итоге создают исходную технологическую суспензию, например, водную или на основе другой жидкой среды.
Получаемую указанными действиями соответствующую электропроводную суспензию с помощью насосов высокого давления подают в верхнюю часть специально создаваемой технологической камеры и через входной канал со струеобразующим насадком создают в упомянутой камере истечение исходной суспензии в виде струй, движущихся сверху вниз в направлении специально организуемой их последующей контактной встречи с нижним электродом, выполненным, например, из кокса.
Выходные струи суспензии при её указанном истечении из струеобразующего насадка предварительно с помощью специального гидравлического прерывателя смещают по времени начала истечения и его прерывания (по фазе истечения), так что касание таких струй нижнего контактного электрода не является для большинства из них одновременным.
Верхний входной канал подачи исходной суспензии в технологическую камеру и соответствующий струеобразующий насадок специально электроизолируют от корпуса самой технологической камеры и электрически подключают к управляемому коммутатору, связанному с применяемым внешним импульсным источником высокого напряжения.
Применяют дистанционно управляемый импульсный высоковольтный источник электрического тока (по известным техническим решениям) с частотой следования электрических разрядов более 10-ти Герц. Импульсную мощность получаемых от такого источника электрических разрядов устанавливают величиной, определяемой прежде всего геометрическими размерами зоны струйного истечения исходной суспензии, а также технологически требуемым уровнем вводимой в зону самих электроразрядов внешней электрической энергии для соответствующего создания в указанной суспензии плазменного состояния веществ.
В дальнейшем создают контактное соприкосновение истекающих электропроводных струй технологической суспензии (точнее, фактически образующейся произвольной «гиpлянды» из смещенных фрагментов таких струй), истекающих из зоны непосредственного электрического контакта с высоковольтным источником, с указанным нижним заземленным электродом. Это приводит к высоковольтному электрическому разряду через каждую такую
электропроводную «гиpляндy» с соответствующим созданием требуемого именно плазменного состояния всех составляющих её веществ.
Указанное истечение из струеобразующего насадка всего множества фрагментов струй технологической суспензии окружают по периметру, а также, возможно, и в центральной зоне истечения, импульсными излучениями лазеров. Лучи таких лазеров автоматически поочередно включаются по заданному технологическому регламенту и, сканируя по нижнему коксовому электроду, инициируют соответствующие электрические разряды вдоль своих импульсных «пpoбoйныx» треков. В результате это создает дополнительное усиление физико-химического воздействия на исходно перерабатываемые вещества. При этом суммарная энергия таких электроразрядов в целом должна полностью обеспечивать образование именно исходного плазменного состояния, входящих в состав технологической суспензии всех веществ с последующим их уже конкретным целевым химическим преобразованием. Завершающую стадию технологического процесса осуществляют по восстановительной или окислительной схеме. По первой - в реакционной зоне преобладают углерод и (или) окись углерода, и (или) водород, с помощью которых в итоге, например, синтезируется газообразный метан и диоксид углерода, а также химически восстанавливаются до металлов и (или) до карбонилов все неорганические вещества. По второй схеме - процесс осуществляют с избытком в реакционной зоне кислорода с итоговым получением тепловой энергии соответствующего сгорания органических веществ, а также диоксида углерода и мелкодисперсных окислов всех присутствующих в исходном материале неорганических веществ. Технологически указанную переработку веществ производят под высоким давлением (от 6,5 до 22,1 МПа и возможно выше), так что образующийся в итоге диоксид углерода при последующем его охлаждении до температуры окружающей среды под указным высоким давлением соответственно сжижается и выводится из системы в качестве дополнительного товарного продукта, например, для производства карбамида. Аналогично выводятся карбонилы.
Устройство для осуществления способа плазмохимической переработки веществ, характеризуется тем, что в создаваемом целевом комплексе конструктивно объединено применение следующих функциональных систем.
Применяется герметизированная технологическая камера высокого давления, снабженная системой внутреннего водяного охлаждения, предназначенной для последующего энергетического использования образующегося пара. Эта камера оборудована в своей верхней части специальным электроизолирующим устройством для установки в ней входного канала подачи исходной рабочей суспензии с её последующим истечением вниз из струеобразующего насадка, который в свою очередь подключен к высоковольтному импульсному источнику электрического тока. В нижней части указанной технологической камеры смонтирован заземленный с её корпусом плоский электрод, выполненный, например, из кокса. В итоге падающая «гиpляндa» струй электропроводной рабочей суспензии вызывает соответствующие электрические разряды через такие «гиpлянды». При этом применяется высоковольтный источник электрического тока с импульсной мощностью достаточной для завершающего образования плазменного состояния всех веществ, содержащихся в исходной рабочей суспензии.
В верхнем высоковольтном электроизоляторе смонтированы герметизированные каналы, оснащенные внешними крышками из прозрачного материала, над которыми установлены импульсные лазеры, располагаемые по радиусу, охватывающему, в частности, периметр самого истечения рабочей суспензии из струеобразующей насадки. При этом лучи импульсных лазеров запускают от применяемого коммутатора, синхронизированного с запуском внешнего генератора электроразрядов.
Применяется раздельная двухтактная система электроизолированной подачи исходной рабочей суспензии на вход к струеобразующему насадку, подключенному к высоковольтному источнику. Это осуществляется с помощью изолирующих трубных вставок и дистанционно управляемых газовых клапанов для обеспечения гидравлических разрывов потоков суспензии. При этом используются два бака с исходной суспензией, работающих функционально раздельно. Так, если первый бак работает в режиме с создаваемой электроизоляцией от высоковольтного источника для
наполнения исходной суспензией, то второй бак в это время работает с электроизоляцией от корпуса технологической камеры с подачей суспензии на вход к струеобразующему насадку, находящемуся под высоким напряжением. Затем указанные режимы работы баков циклически меняются на противоположные.
Применяется система циклонирования или «зaкpyтки» образующихся мелкодисперсных продуктов химических реакций по внутренней охлаждаемой поверхности технологической камеры с использованием устройства вращающихся продольных лопастей, смонтированных на специальных опорных кольцах с газовой подвеской. Соответствующим приводом вращения таких лопастей в технологической камере создают внутреннее <αaкpyчивaниe» с результирующим тангенциальным выводом из технологической камеры именно всех продуктов реакции, включая газообразные.
Применяются известные системы и устройства для завершающего охлаждения всех выходных продуктов химических реакций и их раздельного отбора, включая соответствующий шлюзовой отбор мелкодисперсных порошков, а также конденсацию образующихся карбонилов и вывод сжиженного диоксида углерода как новых товарных продуктов.
Краткое описание фигур чертежа
Сущность изобретения поясняется прилагаемой на Фиг.l принципиальной схемой самого способа и устройства для его осуществления, на которой даются изображения лишь наиболее важных функциональных элементов. Так, на прилагаемой схеме изображено:
1 -подключение высоковольтного источника; 2-элeктpoизoляциoннaя вставка с газовым разрывом для 1-го бака; 2'-тoжe для 2-го бака; 3-пepвый клапан газовой продувки; З'-тоже для 2-го бака; 4-гидpaвличecкий клапан сифона; 4'-тoжe для 2-го бака; 5- первый газовый клапан гидравлического разрыва; 5'-тoжe для 2-го бака; 6-кaнaл сифона; б'-тоже для 2-го бака; 7- основной канал сифона; 7'-тoжe для 2-го бака; 8-втopoй клапан газового электроразрыва; 8'-тoжe для 2-го бака; 9-peжим сдувки рабочего газа; 9'-
режим нагнетания рабочего газа во 2-ой бак; 10-вxoднoй канал сифона 1-го бака; Ю'-тоже для 2-го бака; 11 -клапан входной газовой продувки; И '-тоже для 2-го бака; 12-вxoднaя электроизоляционная вставка; 12'-тoжe для 2-го бака; 13-движeниe входной суспензии в 1-ом баке; 14-зaпopный клапан; 14'- тоже для 2-го бака; 15-пoдaчa исходной суспензии; 15'-тoжe для 2-го бака; 16- рабочая емкость с суспензией; lб'-тоже для 2-го бака; 17-вxoд рабочей суспензии в 1-ый бак в режиме его электроизоляции (вставкой 2); 17'- выход суспензии из электроизолированного (вставкой 12') 2-го бака в технологическую камеру; 18-зaпopный выходной клапан; 18'- тоже для 2-го бака; 19-ycлoвнoe изображение установки импульсных лазеров; 20-глaвный гидравлический приемник; 21 -привод вращения прерывателя потока; 22- высоковольтный электроизолятор (без деталировки); 23-вaл вращения гидравлического прерывателя; 24-вepxняя силовая крышка; 25-вoдянoe охлаждение крышки; 26-выxoднoй кольцевой коллектор внутреннего охлаждения; 27-внyтpeнний силовой корпус технологической камеры; 28- выходной патрубок системы внутреннего охлаждения; 29-гидpaвличecкий прерыватель струеобразующей насадки; 30-ycлoвнo показанные лучи импульсных лазеров; 31- условно указанные струи рабочей суспензии; 32- пристенное внутреннее охлаждение; 33-yглoвыe лопасти устройства внутреннего циклонирования; 34-вxoднoй коллектор внутреннего охлаждения; 35-вxoднoй патрубок системы охлаждения; 36-нижнee кольцо установки лопастей внутреннего циклона; 37-ycлoвнo обозначенные мелкодисперсные продукты реакции; 38-тaнгeнциaльный выходной сборник продуктов реакции; 39-нижний заземленный электрод из кокса; 40— условно указанный механический захват электрода; 41 -устройство для периодического пополнения кокса; 42-пoдвижный поршень подъемника; 43-тeлecкoпичecкий подъемник; 44-внeшний корпус шлюзового устройства периодического пополнения кокса; 45- условно показанное устройство шлюзования; 46- контейнер с исходным коксом; 47-основная технологическая зона плазмообразования; 48-paздeлитeльнaя перегородка; 49-кaнaлы циклической турбулизации суспензии в баках; 50-ycлoвнo указанный уровень рабочей
суспензии; 51-тeплoвaя и звуковая изоляция; 52-ycлoвнo указанное «зaкpyчивaниe» выходного потока продуктов реакции.
Лучший вариант осуществления изобретения
В соответствии с прилагаемой на Фиг.l принципиальной схемой и выше приведенными пояснениями к ней, данное изобретение осуществляется выполнением следующих действий в применяемом специальном устройстве. Исходная технологическая суспензия, приготовленная из конкретно перерабатываемых веществ, подается в герметизированную технологическую камеру 27 из сборного бака (16') в главный гидравлический приёмник 20 и далее поступает в струеобразующий насадок, на выходе из которого с помощью прерывателя 29 (его вращение через вал 23 обеспечивается приводом 21), создается истечение указанной суспензии в виде «гиpлянды» разрозненных струй. При этом все конструктивные элементы, связанные с таким входом суспензии электрически изолированы от корпуса самой технологической камеры 27 специальным электроизолятором 22 (условно указанным без деталировки) и подключены к шиберу 1 используемого по предлагаемому способу внешнего высоковольтного источника. Падающая вниз струевая «гиpляндa» состоящая из набора многих струй суспензии встречается с установленным в нижней части технологической камеры электродом 39, заземленным с корпусом указанной камеры и выполненным, например, из кокса. Соответственно возникает целый каскад электрических разрядов, проходящих через электропроводную «гиpляндy» струй исходной суспензии с образованием в итоге объемной зоны 47 плазменного состояния всех веществ, входящих в её состав.
Одновременно с таким механизмом превращения исходной суспензии в плазменное состояние, включается дополнительная электроразрядная её обработка с использованием внешних импульсных лазеров. Для этого в электроизоляторе 22 оборудуется система, например, из периферийных каналов, которые с внешней стороны герметизированы крышками с использованием прозрачных материалов и над которыми установлены
импульсные лазеры 19. Лучи лазеров 30, включаются поочередно и сканируя по нижнему заземленному электроду 39 инициируют дополнительные электроразряды, соответственно усиливающие процессы общего превращения исходной суспензии в плазменное состояние. Образовавшееся плазменное состояние всех веществ водящих в состав исходной суспензии при последующем их периферийном охлаждении претерпевает технологически заданное химическое превращение по вышеуказанным двум базовым режимам, а именно: по восстановительному или по окислительному режиму с образованием соответствующих продуктов химических реакций в самой технологической камере. Все выходные продукты реакции, включая газообразные и мелкодисперсные образования «зaкpyчивaютcя» внутри технологической камеры с помощью системы продольных лопастей 33, смонтированных на соответствующих кольцах 36 и снабженных известными газовыми опорами. За счет использования соответствующего привода их вращения (не указанного на фиг.l) создается внутренний циклон с «зaкpyткoй» и обеспечением в итоге тангенциального вывода 38 из технологической камеры всех образующихся продуктов реакции.
Система осуществления двухтактной подачи исходной суспензии на вход к высоковольтной стороне работает следующим образом. Используется, как минимум, два бака для оперирования с исходной суспензией. Так, в первом баке 16 с основным сифонным каналом 7 с помощью первого газового клапана 5 обеспечивается предварительный гидравлический разрыв предыдущего движения суспензии через канал 6 с последующим закрытием гидравлического клапана 4 и включением клапана 3 газовой продувки, с помощью которой внешним газовым давлением удаляется исходная суспензия из трубчатой электроизоляционной вставки 2 до последующего закрытия выходного клапана 18. Указанной газовой продувкой этой вставки 2 с соответствующим вытеснением из неё суспензии обеспечивается электроизоляция бака 16 от высоковольтной стороны (1). В последующем открытием гидравлических клапанов 14 и 8, а также открытием клапана 9 газовой сдувки из первого бака обеспечивается поступление в него исходной суспензии 15. После заполнения бака 16 прерывается гидравлический поток входной суспензии через канал 10 с помощью подачи газа в клапан 8 с его последующим гидравлическим
закрытием. Затем открытием клапана 11 газовой продувки все остатки суспензии полностью вытесняется из входной электроизоляционной вставки 12 с последующим закрытием гидравлического клапана 14. Тем самым бак 16 изолируется вставкой 12 от внешней системы подачи 15 исходной суспензии. После того, как во втором баке запас суспензии заканчивается достижением предельного уровня 50, бак 16 переводится во второй такт своей работы в режиме указанного на Фиг.l бака 16'. То есть, открываются гидравлические клапаны 4' и 18' и далее при одновременном подключении вытесняющего газового давления через клапан 9' обеспечивается электрозащищенная подача суспензии в главный гидравлический приёмник 20. В последующем циклическим повторением указанных 2-х рабочих тактов в соответствующих баках 16 и 16' осуществляется непрерывная подача исходной суспензии в технологическую камеру.
Каждый из применяемых плоских баков разделен на две половины перегородкой 48, снабженной в нижней части каналами 49 для осуществления циклической турбулизации самой суспензии с помощью использования известных устройств газовой пульсации.
Нижний коксовый электрод 39 снабжен внешне управляемым механическим зажимом 40 на период подготовки применяемой системы шлюзования исходного контейнера 46 для последующего пополнения 41 коксом этого электрода с помощью подвижного поршня 42 с телескопическим приводом 43.
Технологическая камера 27 оборудована системой внутреннего водяного охлаждения с входным кольцевым 34 коллектором подачи конденсатной воды через патрубок 35 в устройство пристенного охлаждения 32 с завершающим выходом образующегося пара через кольцевой коллектор 26 и патрубок 28 для последующего энергетического использования этого пара в соответствующих паровых турбинах с электрогенераторами.
Технологический режим в камере 27 осуществляется под высоким давлением - от 6,5 до 22,1 МПа и возможно выше. В связи с этим по предлагаемому способу в данном устройстве применяются известные технологические приёмы и технические решения по охлаждению и выводу всех продуктов химических реакций, в частности, с последующим выводом
получаемых сжиженных карбонилов и диоксида углерода, а также мелкодисперсных порошков, завершая всю технологическую цепочку применением также известных криогенных технологий с тем, чтобы осуществлять полное исключение каких-либо выбросов в окружающую атмосферу.
Промышленная применимость
Сущность данного изобретения выражается в создании принципиально нового сочетания в едином технологическом комплексе целого ряда известных применяемых последовательных действий и устройств.
Claims
1. Способ плазмохимической переработки веществ, характеризующийся тем, что исходное перерабатываемое вещество, например, минеральное сырье в виде железной руды или соответствующих руд цветных металлов, или угля, или горючих сланцев, торфа и т.п., предварительно измельчают и смешивают с тонко помолотым коксом или другим углеродсодержащим веществом, создавая- тем самым исходную, например, водную технологическую суспензию, которую затем с применением насосов высокого давления подают в верхнюю часть специально создаваемой технологической камеры и через соответствующий входной канал со струеобразующим насадком, который специально электроизолируют от корпуса и подключают к применяемому импульсному высоковольтному источнику тока, так что в дальнейшем организуют в упомянутой технологической камере истечение исходных струй суспензии в направлении сверху вниз с их завершающей контактной встречей с установленным в нижней части технологической камеры и заземленным с ней электродом, выполненным, в частности, из кокса, причем указанные струи предварительно с помощью специального гидравлического прерывателя дробятся и их касание нижнего электрода не является для большинства из них одновременным, и при этом по периметру движения струй специально создают электроизолированные газовые каналы, на верхней стороне которых устанавливают импульсные лазеры, лучи которых поочередно сканируют по нижнему электроду в соответствии с заданным технологическим регламентом, и тем самым в итоге создают с помощью применения внешнего источника импульсных электроразрядов соответствующее образование в зоне истечения струй технологической суспензии плазменного состояния всех составляющих ее веществ как за счет импульсных электроразрядов через возникающие «гиpлянды» из собственно самих электропроводных струй, так и с дополнительной помощью электроразрядов, возникающих вдоль «пpoбoйныx» треков от импульсно включаемых лазерных лучей с результирующей организацией указанным образом предлагаемой плазмохимической переработки всех исходно используемых веществ в целом.
2. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что для создания в исходной технологической суспензии требуемого плазменного состояния всех входящих в её состав веществ путем использования соответствующих электроразрядов, применяют дистанционно управляемый импульсный высоковольтный источник электрического тока с частотой следования электрических разрядов более 10-ти Герц.
3. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что плазмохимическую переработку технологически производят под высоким давлением (от 6,5 до 22,lMПa и возможно выше) и осуществляют либо по восстановительной схеме, при которой в реакционной зоне преобладают такие восстановители как углерод и (или) окись углерода и водород, с помощью которых в итоге, например, синтезируется газообразный метан и диоксид углерода, а также химически восстанавливаются до металлов и (или) до карбонилов все неорганические вещества, либо процесс осуществляют по окислительной схеме с избытком в реакционной зоне кислорода с получением соответствующей тепловой энергии, а также мелкодисперсных окислов всех присутствующих в исходном материале неорганических веществ и диоксида углерода, который во всех указанных случаях при последующем его охлаждении под указанным высоким давлением до температуры окружающей внешней среды сжижается и его получают в виде дополнительного товарного продукта, например, для производства карбамида.
4. Устройство для осуществления способа плазмохимической переработки веществ, характеризующееся тем, что в создаваемом целевом технологическом комплексе объединено применение следующих главных функциональных систем, а именно: применена герметизированная технологическая камера, оснащенная системой внутреннего водяного охлаждения для последующего энергетического использования выходного пара, при этом в верхней части этой камеры оборудован электроизолированный от неё входной канал подачи исходной рабочей суспензии со струеобразующим насадком её истечения сверху вниз и который подключен к применяемому высоковольтному импульсному источнику тока, а в нижней части указанной камеры применен заземленный с её корпусом плоский электрод, выполненный, например, из кокса с применением системы шлюзового пополнения расходуемой части кокса, а также применены смонтированные в верхнем высоковольтном изоляторе герметизированные каналы, оснащенные внешними крышками из прозрачного материала, над которыми установлены импульсные лазеры и применена раздельная система электроизолированной подачи исходной суспензии к высоковольтному входному каналу с использованием электроизолирующих вставок и управляемых газовых разрывов от двух раздельных баков, работающих в противофазе, и дополнительно применена система внутренней <Gaкpyтки» в технологической камере всех образующихся продуктов с результирующим тангенциальным выводом этих продуктов под применяемым высоким давлением и с их последующим целевым разделением.
5. Устройство по п.4, характеризующееся применением известных систем и устройств для завершающего охлаждения всех выходных продуктов химических реакций, включая сжижение образующихся карбонилов и диоксида углерода, а также применением известных криогенных технологий и аппаратов для полного исключения каких-либо технологических выбросов в окружающую атмосферу.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008152503/02A RU2008152503A (ru) | 2008-12-23 | 2008-12-23 | Способ плазмохимической переработки веществ и устройство для его осуществления |
| RU2008152503 | 2008-12-29 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2010077179A2 true WO2010077179A2 (ru) | 2010-07-08 |
| WO2010077179A3 WO2010077179A3 (ru) | 2010-10-21 |
Family
ID=42310442
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/RU2009/000720 WO2010077179A2 (ru) | 2008-12-23 | 2009-12-24 | Способ плазмохимической переработки веществ и устройство для его осуществления |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2008152503A (ru) |
| WO (1) | WO2010077179A2 (ru) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110735030A (zh) * | 2019-10-18 | 2020-01-31 | 甘肃酒钢集团宏兴钢铁股份有限公司 | 一种难选铁矿石磁脉冲预处理高效磁化焙烧工艺 |
| CN111952601A (zh) * | 2020-07-10 | 2020-11-17 | 华南理工大学 | 一种超快速碳热还原制备一体式电催化析氧电极的方法 |
| US11898798B1 (en) | 2022-09-01 | 2024-02-13 | Limelight Steel Inc. | High-efficiency photonic furnaces for metal production |
| WO2024050060A1 (en) * | 2022-09-01 | 2024-03-07 | Limelight Steel Inc. | High-efficiency photonic furnaces for metal production |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013039417A1 (ru) * | 2011-09-15 | 2013-03-21 | Pevgov Vyacheslav Gennadievich | Способ и устройство для плазмохимической переработки угля |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3834895A (en) * | 1973-04-11 | 1974-09-10 | Park Ohio Industries Inc | Method of reclaiming iron from ferrous dust |
| RU2296165C2 (ru) * | 2005-05-04 | 2007-03-27 | Ооо "Твинн" | Способ прямого восстановления металлов из дисперсного рудного сырья и устройство для его осуществления |
| RU2296166C2 (ru) * | 2005-05-13 | 2007-03-27 | Анатолий Владимирович Николаев | Способ прямого восстановления металлов из дисперсного рудного сырья и устройство для его осуществления |
| RU2315813C1 (ru) * | 2006-04-07 | 2008-01-27 | Ооо "Твинн" | Плазменная печь для прямого восстановления металлов |
| RU2318876C1 (ru) * | 2006-04-12 | 2008-03-10 | Ооо "Твинн" | Устройство для прямого восстановления металлов |
| RU2319749C2 (ru) * | 2005-08-25 | 2008-03-20 | Анатолий Тимофеевич Неклеса | Способ прямого получения железа, в частности стали, и установка для его осуществления |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ZA935072B (en) * | 1992-08-11 | 1994-02-07 | Mintek | The production of high titania slag from ilmenite |
-
2008
- 2008-12-23 RU RU2008152503/02A patent/RU2008152503A/ru not_active Application Discontinuation
-
2009
- 2009-12-24 WO PCT/RU2009/000720 patent/WO2010077179A2/ru active Application Filing
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3834895A (en) * | 1973-04-11 | 1974-09-10 | Park Ohio Industries Inc | Method of reclaiming iron from ferrous dust |
| RU2296165C2 (ru) * | 2005-05-04 | 2007-03-27 | Ооо "Твинн" | Способ прямого восстановления металлов из дисперсного рудного сырья и устройство для его осуществления |
| RU2296166C2 (ru) * | 2005-05-13 | 2007-03-27 | Анатолий Владимирович Николаев | Способ прямого восстановления металлов из дисперсного рудного сырья и устройство для его осуществления |
| RU2319749C2 (ru) * | 2005-08-25 | 2008-03-20 | Анатолий Тимофеевич Неклеса | Способ прямого получения железа, в частности стали, и установка для его осуществления |
| RU2315813C1 (ru) * | 2006-04-07 | 2008-01-27 | Ооо "Твинн" | Плазменная печь для прямого восстановления металлов |
| RU2318876C1 (ru) * | 2006-04-12 | 2008-03-10 | Ооо "Твинн" | Устройство для прямого восстановления металлов |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110735030A (zh) * | 2019-10-18 | 2020-01-31 | 甘肃酒钢集团宏兴钢铁股份有限公司 | 一种难选铁矿石磁脉冲预处理高效磁化焙烧工艺 |
| CN111952601A (zh) * | 2020-07-10 | 2020-11-17 | 华南理工大学 | 一种超快速碳热还原制备一体式电催化析氧电极的方法 |
| US11898798B1 (en) | 2022-09-01 | 2024-02-13 | Limelight Steel Inc. | High-efficiency photonic furnaces for metal production |
| WO2024050060A1 (en) * | 2022-09-01 | 2024-03-07 | Limelight Steel Inc. | High-efficiency photonic furnaces for metal production |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2010077179A3 (ru) | 2010-10-21 |
| RU2008152503A (ru) | 2010-07-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2633565C1 (ru) | Способ и установка для сопряженного пиролиза биомассы под давлением | |
| EP2931849B1 (en) | High temperature countercurrent vortex reactor system, method and apparatus | |
| WO2010077179A2 (ru) | Способ плазмохимической переработки веществ и устройство для его осуществления | |
| CA2683165C (en) | System, method and apparatus for treating liquids with wave energy from plasma | |
| EP2799522B1 (en) | Microwave plasma biomass entrained flow gasifier and process | |
| WO2008138118A1 (en) | A system comprising the gasification of fossil fuels to process unconventional oil sources | |
| CA2353752A1 (en) | Production of hydrogen and carbon from natural gas or methane using barrier discharge non-thermal plasma | |
| CA2843645C (en) | Plasma arc furnace and applications | |
| CN201933062U (zh) | 一氧化碳发生炉 | |
| EA029710B1 (ru) | Доменная печь и способ работы доменной печи | |
| RU2065866C1 (ru) | Реактор термоокислительного пиролиза метана | |
| WO2006104471A1 (fr) | Procede de transformation thermique d'ordures menageres et dispositif correspondant | |
| RU2729301C1 (ru) | Утилизатор бытовых отходов | |
| KR101356910B1 (ko) | 유기성 자동차 폐기물의 합성가스 생성장치 및 그 방법 | |
| US6843058B1 (en) | Method for making gypsum and zinc sulfide | |
| KR20200101843A (ko) | 기계적 처리와 플라즈마 처리를 이용한 고체연료 가스화 방법 및 그 장치 | |
| RU2056008C1 (ru) | Способ переработки твердого топлива и плазменная установка для его осуществления | |
| RU2538252C2 (ru) | Способ плазмохимической переработки угля и устройство для плазмохимической переработки угля | |
| RU2513928C1 (ru) | Слоевой газификатор непрерывного действия | |
| CA2723792A1 (en) | A system comprising the gasification of fossil fuels to process unconventional oil sources | |
| CN105565268B (zh) | 一种合成氢燃气的制备装置 | |
| RU2031553C1 (ru) | Плазменный реактор для газификации углей | |
| CN116355657A (zh) | 两级串联仿地幔熔铁浴有机固废气化炉 | |
| RU2050705C1 (ru) | Плазменный реактор для газификации углей | |
| CN111826175A (zh) | 一种无氧热解炉及其热解工艺 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 09836453 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A2 |
|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 09836453 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A2 |