- •1. Плазма в химической технологии
- •1.1.Основные предпосылки использования плазмы в химических процессах
- •I.2.Плазмохимические процессы
- •2. Генераторы низкотемпературной плазмы
- •2.1. Выбор типа разряда и конструкции плазмотрона
- •2.2.Электродуговые плазмотроны
- •2.3.Высокочастотные плазмотроны
- •3 .Теоретические основы плазмохимических процессов
- •3.1.Термодинамика плазмохимических процессов
- •3.2. Термодинамический анализ процессов превращения углеродсодержащих веществ в квазиравновесной низкотемпературной плазме
- •3.3.Кинетика плазмохимических процессов
- •3.3.1. Применимость классической химической кинетики к плазмохимическим процессам
- •3.4. Некоторые кинетические особенности и механизм превращения твердых углеродсодержащих веществ (тув) в плазме
- •4. Плазмохимическая переработка углеродсодержащего сырья
- •4.1.Научное обоснование плазмохимической переработки углеродсодержащих соединений
- •4.2.Плазмохимический пиролиз углеродсодержащих соединений
- •4.2.2. Промышленная реализация плазмохимического производства ацетилена из газообразных и жидких углеродсодержащих соединений
- •4.2.3.Плазмохимическое получение ацетилена из угля
- •4.3.Плазменная конверсия углеродсодержащего природного сырья
- •Показатели процесса плазменной газификации подмосковного бурого угля и горючего сланца Джамского проявления
- •Характеристика твердого остатка плазменной паровой газификации горючего сланца
- •Концентрирование элементов в шлаке плазмохимической переработки
- •Баланс распределения рения в продуктах плазмохимической переработки горючих сланцев
- •Баланс распределения урана в продуктах плазмохимической переработки горючих сланцев
- •Сравнительная оценка различных способов получения водорода по сырьевым и энергетическим расходным показателям*)
- •4.4. Плазменное получение технического углерода (сажи)
- •4.5. Совмещение процессов пиролиза и газификации в одном блоке. Эксергетический и термоэкономический анализ этой энерготехнологической системы
- •5. Плазмохимическая переработка промышленных и бытовых отходов
- •1.Углеводородный, хлоруглеводородный вариант.
- •2.Топливный вариант
- •3.Сажевый вариант.
- •Плазменно-энергетические технологии использования твердых топлив
- •Рекомендательный список литературы
- •Содержание
4.3.Плазменная конверсия углеродсодержащего природного сырья
Синтез-газ, содержащий СО и Н2, широко используют в различных химических процессах при производстве аммиака, метанола, в оксосинтезах и др., а также применяют как восстановитель при получении металлов и других соединений из оксидного, сульфидного и другого сырья.
Сейчас существенное внимание уделяется плазмохимическим методам получения конвертированного газа. Углеродсодержащим сырьем служат газообразные и жидкие углеводороды, уголь, горючий сланец, биомасса и различные промышленные отходы. В качестве кислородсодержащего газа используют воздух, кислород, воздушно-кислородные смеси, водяной пар, диоксид углерода.
Плазменный метод получения синтез-газа в отличие от традиционных методов позволяет обеспечить низкое содержание в нем СО2, Н2О и О2 или их полное отсутствие. При каталитических методах получения СО и Н2 обычно вводят значительный избыток водяного пара с целью предотвращения науглероживания катализатора, что также существенно снижает качество получаемого синтез-газа, так как его необходимо охлаждать, очищать от окислителей, а затем снова нагревать.
Состав синтез-газа, получаемого плазмохимическим методом, определяется в основном соотношением и видом реагентов, энтальпией потока и временем пребывания в зоне высоких температур. При стехиометрическом соотношении реагентов и хорошем их смешении в продуктах конверсии содержатся в основном лишь СО и Н2, а при избытке углеродсодержащего сырья присутствуют также углеводороды и конденсированный углерод.
Проведен процесс паровоздушной конверсии дизельного топлива (условная формула С21,1Н39,5). Топливо распыливали пневматической форсункой в плазменный поток воздуха (Т = 2400-3500 К), подаваемый в реактор из электродугового плазмотрона. На начальном участке реактора в продуктах реакции содержалось значительное количество СО2, Н2О и С2Н2. Это свидетельство того, что сначала у поверхности капель топлива происходит процесс горения, а внутри них - пиролиза; затем происходит взаимодействие продуктов пиролиза и горения с образованием СО и Н2. Было показано, что при энтальпии плазменной струи 3200-4800 кДж/кг содержание влаги в продуктах составляет 70-45 г/м3, а сажи – 7-4,5 г/м3.
Возможность достижения высоких температур конверсии при плазмохимическом методе позволяет использовать в качестве сырья не только углеводороды, но и различные жидкие, твердые и пастообразные промышленные и бытовые отходы, а также уголь, горючий сланец и другие углеродсодержащие соединения. Селективность сырья в целевые продукты при этом близка к 100%.
Процесс плазмохимической газификации твердых горючих ископаемых не требует столь подробного освещения по сравнению с плазмопиролизом, так как полностью определяется термодинамикой. Основная задача сводится к организации процесса таким образом, чтобы были реализованы условия, определенные из анализа термодинамического равновесия угольных систем. Как было показано выше, наиболее выгодным плазмообразующим агентом в процессе газификации твердого топлива является паровая или паровоздушная плазма. Поэтому к перечисленным ранее преимуществам плазменных процессов необходимо отнести и отсутствие необходимости в дорогостоящих установках по получению кислорода, что к тому же делает установки-газификаторы более компактными. Так как процесс газификации твердого топлива не требует стадии закалки (синтез-газ устойчив на всем температурном интервале процесса), то характер твердого остатка существенно отличается от твердого остатка процесса пиролиза. Если конечный твердый продукт плазмопиролиза представляет собой ультрадисперсный технический углерод с содержанием такой же ультрадисперсной золы на 60% состоящей из диоксида кремния, то в силу высокой степени конверсии органической части топлива (практически до 100%) твердый остаток плазмогазификации твердого топлива представляет собой расплавленный шлак, в котором сконцентрирована вся минеральная часть исходного сырья. Практическое использование такого остатка зависит от состава минеральной части исходного топлива. Это может быть и получение ценного сырья для легких бетонов и кирпича, и образование карбида кремния, и получение редких и рассеянных элементов.
На установке мощностью 100 КВт были подвергнуты плазменной газификации бурый уголь Подмосковного бассейна и горючий сланец Джамского проявления (Узбекистан) на укрупненной установке мощностью 100 кВт. Основные показатели процесса представлены в табл. 4.8.
Таблица 4.8.