В состав производства сажи входят:

• подготовка плазмообразующего газа и сырья;

• пиролиз природного газа;

• охлаждение пирогаза;

• выделение сажи;

• компремирование и осушка пирогаза.

В составе производства предусмотрена одна технологическая линия с рабочим резервом плазмоагрегата.

4.5. Совмещение процессов пиролиза и газификации в одном блоке. Эксергетический и термоэкономический анализ этой энерготехнологической системы

Как указывалось в начале учебного пособия, основной задачей плазмохимических процессов является минимизация затрат энергии на единицу целевых продуктов или (что то же самое) оптимизация процесса с целью достижения предельной энергетической эффективности. Решению этой задачи относительно плазменной переработки углеродсодержащего сырья способствует объединение двух плазмохимических способов – плазмопиролиза и плазмогазификации – в одном блоке. Принципиальная схема такой объединенной плазмохимической переработки представлена на рис. 4.10.

Так как узким местом плазмохимического пиролиза углеродсодержащего сырья является стадия закалки, на которой теряется значительная часть энергии, вводимой в реактор с плазмообразующим газом, то предложено использовать эту энергию на производство перегретого пара, служащего плазмообразующим газом в процессе плазменной газификации. Перегретый пар образуется в теплообменнике, при помощи которого осуществляется первая стадия закалки реакционной смеси, содержащей ацетилен. Вторая стадия закалки осуществляется в псевдоожиженном слое непрореагировавших топливных частиц, возвращенных после их отделения от технического углерода, или в струе углеводородов, если перерабатываются газообразные или жидкие углеводороды. Подобная закалка предложена на основании результатов эксергетического анализа закалки продуктов плазмохимических реакций. Помимо использования энергии, обычно теряющейся на стадии закалки, в таком объединённом блоке не требуется дополнительных затрат энергии на производство перегретого пара. Таким образом, энергетическая эффективность процесса в целом стремится к своему пределу.

Однако альтернативой такой схемы, объединяющей в один блок два плазменных процесса, является схема, объединяющая плазменный пиролиз и традиционную парокислородную газификацию (Копперс-Тотцек) (рис. 4.11. и 4.12.). Для сравнительной оценки этих двух схем (систем) были проведены эксергетический и термоэкономический анализы, которые позволяют выработать меры по повышению термодинамического совершенства показателей отдельных процессов и энерготехнологической системы (ЭТС), а также наметить пути к решению главной цели ЭТС: максимального снижения потребления энергоресурсов при сохранении или увеличении выработки продукции заданного вида и качества.

Рис. 4.10. Блок-схема объединённой плазмохимической переработки любого углеродсодержащего сырья: I – пиролиза; II – газификации:

1 – плазмотроны; 2 – узел очистки от сажи; 3 – узел разделения газов

Рис. 4.11. Технологическая схема процесса, совмещающая плазменный пиролиз с