ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2227153
СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ ЖИДКИХ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ
Имя изобретателя: Стребков Д.С.; Безруких П.П.; Ерхов М.В.; Порев И.А.; Чирков В.Г.
Имя патентообладателя: Государственное научное учреждение Всероссийский научно- исследовательский институт электрификации сельского хозяйства
Адрес для переписки: 109456, Москва, 1-й Вешняковский пр-д, 2, ВИЭСХ, ОНТИ и патентования, О.В. Голубевой
Дата начала действия патента: 2003.04.24
Изобретение относится к области переработки жидких органических веществ в
жидкое и газообразное топливо, в частности, к технологии и технике пиролитической
конверсии жидких нефтепродуктов. Способ заключается в подаче в активную зону и
термохимической переработке органического вещества без доступа кислорода с
последующей конденсацией продуктов термохимической переработки в жидкое топливо.
Термохимическую переработку органического вещества осуществляют при температуре
350...700ºС путем создания в потоке жидкости кольцевого плазменного разряда реактивной
плазмы мощностью 0,05-0,5 кВт·ч на 1 кг перерабатываемой органической жидкости, при этом,
вещество раскручивают в центрифуге, создавая интенсивный турбулентный поток и в
объеме вращающегося потока формируют кольцевой реактивный плазменный разряд.
Изобретение позволяет увеличить скорость переработки жидкого органического вещества
и выхода газообразного и жидкого топлива из органического вещества до 95%, а также
снизить энергозатраты на 1 кг получаемого газообразного и жидкого топлива.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение относится к области переработки жидких органических веществ в
жидкое и газообразное топливо, в частности к технологии и технике пиролитической
конверсии жидких нефтепродуктов.
Известны устройства, разделяющие жидкость на отдельные фракции с
использованием центробежных сил (центрифуги, сепараторы), например, нефтяной сепаратор
НС-1 (Бремер Г.И. Жидкостные сепараторы. М.: Машгиз, 1957), предназначенные для очистки
жидких нефтепродуктов от воды и механических примесей. Существенным недостатком
известных устройств является ограниченность воздействия на обрабатываемый материал,
поскольку разделение на фракции осуществляется по молекулярной массе компонентов,
входящих в его состав, без изменения физико-химических свойств выделяемых фракций.
Известен способ и устройство переработки органосодержащих жидких веществ путем
термического крекинга, при котором сырье нагревают до температуры 520-550°С при давлении
10 атм, а затем подают через секцию разгонки в ректификационную колонну, в которой
происходит разделение сырья на бензин, газойль и другие фракции (Уильям Л. Леффер.
Переработка нефти. - М.: ЗАО Олимп-бизнес, 2001 г., с.98-101).
Недостатком известного способа и устройства является длительное время процесса и
большие затраты энергии на переработку единицы сырья. Другим недостатком является
большая масса крекинг-остатка, которая составляет до 10% от массы перерабатываемого
сырья.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению являются способ
и устройство для переработки биомассы в жидкое топливо методом быстрого пиролиза (Towards
the "Bio-refinery" - Fast Pyrolysis of Biomass RE World 2001. Vol.4.1. P.67-83).
В данном способе измельченное органическое вещество подают в реактор пиролиза и
нагревают до температуры 450...650°С в безвоздушной среде. При этом происходит термическая
деструкция органического вещества с переходом продуктов разложения в парогазовое
состояние. Газифицированные продукты пиролиза охлаждают в конденсаторе, разделяя их
на жидкое и газообразное топливо. Установка для переработки органического вещества в
жидкое и газообразное топливо содержит камеру переработки (реактор пиролиза) и
устройство конденсации основной части газифицированных продуктов в жидкое топливо.
Недостатком известного способа и устройства является относительно низкая скорость
нагрева органического вещества до температуры пиролитического разложения (около 1 с),
низкая удельная теплота сгорания жидкого продукта, а также большие затраты энергии на
переработку органического вещества.
Задачей предлагаемого изобретения является увеличение скорости переработки жидкого
органического вещества и выхода газообразного и жидкого топлива из органического
вещества до 95%, а также снижение энергозатрат на 1 кг получаемого газообразного и
жидкого топлива.
Вышеуказанный технический результат достигается тем, что в способе переработки жидких
органических веществ в газообразное и жидкое топливо путем подачи в активную зону и
термохимической переработки органического вещества без доступа кислорода с
последующей конденсацией продуктов термохимической переработки в жидкое топливо,
термохимическую переработку органического вещества осуществляют при температуре
350...700°С путем создания в потоке жидкости электрической реактивной плазмы мощностью
0,05...0,5 кВт/ч на 1 кг перерабатываемой органической жидкости.
Также в способе переработки жидких органических веществ в газообразное и жидкое
топливо для увеличения скорости и полноты переработки жидкого органического вещества
вещество раскручивают в центрифуге, и в объеме вращающегося потока формируют
кольцевой реактивный плазменный разряд.
Технический результат достигается также тем, что предложено устройство для
переработки жидкого органического вещества в жидкое и газообразное топливо,
содержащее устройство подачи, камеру переработки, устройство конденсации
газообразного топлива в жидкое, в котором камера переработки выполнена в виде узкого
канала из электроизолирующего материала, в стенки которого с двух противоположных
сторон вставлены электроды с зазором между электродами, равным 1 см на каждые 15 кВ
напряжения генератора плазмы, один электрод присоединен к высокочастотному
генератору, а другой - к “земле”.
В устройстве электроды включены в разрыв однопроводной линии, соединяющей два
резонансных контура с частотой 0,5...50 кГц, один из которых соединен с генератором
высокочастотной плазмы, а второй контур - с регулируемой электрической нагрузкой.
Также в устройстве для переработки жидкого органического вещества в жидкое и
газообразное топливо камера переработки выполнена в виде центрифуги с ротором и полой
осью, один изолированный электрод установлен в полой оси ротора и соединен с
высокочастотным генератором, а второй электрод подключен через корпус установки к “земле”
и к заборной трубке, установленной на роторе и вращающейся вокруг полой оси.
В устройстве для переработки жидкого органического вещества в жидкое и газообразное
топливо электроды включены в разрыв однопроводной линии, соединяющей два резонансных
контура с частотой 0,5...50 кГц, один из которых соединен с генератором высокочастотной
плазмы, а второй контур - с регулируемой электрической нагрузкой.
Сущность изобретения поясняется чертежами.
На фиг.1 показана общая схема устройства для переработки жидкого органического
вещества.
На фиг.2 приведена общая схема устройства для переработки жидкого органического
вещества, в котором электроды включены в разрыв однопроводной линии.
На фиг.3 представлена схема устройства, представляющего собой центрифугу с ротором,
полой осью и одним или несколькими изолированными электродами.
Устройство (на фиг.1) содержит устройство подачи 1, камеру переработки 2, высокочастотный
генератор 3 для возбуждения реактивной плазмы в камере переработки, устройство
конденсации газифицированных продуктов переработки органического вещества в жидкое
топливо 4 и емкость для сбора жидкого топлива 5. Камера переработки выполнена в виде
узкого канала 6, образованного стенками 7, выполненными из электроизолирующего
материала. В стенки канала с двух противоположных сторон вставлены электроды 8, 9 с
зазором 10 между электродами, равным 1 см на каждые 15 кВ напряжения генератора плазмы.
Один электрод 8 присоединен к высокочастотному генератору плазмы, а другой электрод 9
заземлен.
УСТРОЙСТВО РАБОТАЕТ СЛЕДУЮЩИМ ОБРАЗОМ
Перерабатываемое жидкое органическое вещество через устройство подачи 1 поступает в
канал 6 камеры переработки 2 и проходит зазор 10 между электродами 8 и 9, изолированными от
корпуса камеры 5 с помощью стенок 7, выполненных из диэлектрического материала. В зазоре
10 с помощью высокочастотного генератора возбуждается плазменный разряд, под действием
которого происходит термохимические и электрохимические процессы, приводящие к
химической модификации компонентов, входящих в состав жидкого органического вещества
с переходом основной массы продуктов переработки в газообразное состояние.
Образовавшиеся под действием реактивной плазмы газифицированные продукты попадают в
устройство конденсации 4, где, по мере их охлаждения, превращаются в жидкое топливо,
которое поступает в емкость для сбора жидкого топлива 5. Небольшая часть
газифицированных продуктов переработки жидкого органического вещества,
представляющая наиболее легкую их фракцию, в виде газа выводится из устройства для
утилизации в других устройствах с целью получения тепла, электроэнергии и т.п.
На фиг.2 в устройстве для переработки жидкого органического вещества электроды 8, 9
включены в разрыв однопроводной линии 11, соединяющей два резонансных контура 12, 13,
настроенных на частоту генератора плазмы 0,5...50 кГц. Один из контуров 12 соединен с
высокочастотным генератором электромагнитной энергии, а второй контур 13 - с
регулируемой электрической нагрузкой 14. Однопроводная линия 11 обеспечивает подачу
электромагнитной энергии в камеру переработки 2 от удаленного источника с
минимальными потерям, а регулируемая электрическая нагрузка 14 однопроводной линии 11
служит для установки требуемой мощности высокочастотной плазмы в зазоре 10 камеры
переработки в соответствии с физико-химическими параметрами перерабатываемого
жидкого органического вещества и требуемыми физико-химическими свойствами жидких и
газообразных продуктов переработки.
На фиг.3 устройство представляет собой центрифугу с ротором 15, полой осью 16, имеющей в
нижней части отверстия 17, одним или несколькими изолированными электродами 8,
установленными в полой оси ротора и подключенными к генератору электромагнитной
энергии 3 и приемной полостью. Роль другого электрода выполняют установленные в роторе
и вращающиеся вокруг полой оси заборные трубки 18, соединенные через корпус камеры с “землей”.
Устройство работает следующим образом: жидкое органическое вещество с помощью
устройства подачи 1 подается в камеру переработки 2 через отверстия 17 в полой оси 16 и,
заполняет камеру переработки до уровня выше электродов 8, но ниже верхних торцов
заборных трубок 18. Под действием кольцевого высокочастотного плазменного разряда,
возбуждаемого с помощью генератора электромагнитной энергии 3 между электродами 8 и
корпусом камеры переработки, происходит химическая модификация компонентов, входящих
в состав жидкого органического вещества с переходом основной массы продуктов
переработки в газообразное состояние. При вращении ротора 15 с заборными трубками
создается интенсивный турбулентный поток перерабатываемой органической жидкости в
камере переработки, способствующий интенсивному перемешиванию органической жидкости
и повышению скорости и полноты ее переработки, а образовавшиеся под действием
реактивной плазмы газифицированные продукты захватываются через верхние торцы
заборных трубок 18 и под действием центробежных сил выталкиваются в приемную полость 19,
которая может одновременно выполнять функцию конденсатора.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Способ переработки жидких органических веществ в газообразное и жидкое топливо
путем подачи в активную зону и термохимической переработки органического вещества без
доступа кислорода с последующей конденсацией продуктов термохимической переработки в
жидкое топливо, отличающийся тем, что термохимическую переработку органического
вещества осуществляют при температуре 350...700ºС путем создания в потоке жидкости
кольцевого высокочастотного плазменного разряда реактивной плазмы мощностью 0,05...0,5
кВт·ч на 1 кг перерабатываемой органической жидкости, при этом вещество раскручивают в
центрифуге, создавая интенсивный турбулентный поток и в объеме вращающегося потока
формируют кольцевой реактивный плазменный разряд.
2. Устройство для переработки жидкого органического вещества в газообразное и жидкое
топливо, содержащее устройство подачи, камеру переработки, устройство конденсации
газообразного топлива в жидкое, отличающееся тем, что камера переработки выполнена в
виде центрифуги с ротором и полой осью, причем в полой оси ротора установлен один
изолированный электрод, который соединен с высокочастотным генератором, а другим
электродом являются заборные трубки, подключенные через корпус установки к "земле",
установленные на роторе и вращающиеся вокруг полой оси.
3. Устройство для переработки жидкого органического вещества в жидкое и газообразное
топливо по п.2, отличающееся тем, что электроды включены в разрыв однопроводной линии,
соединяющей два резонансных контура с частотой 0,5...50 кГц, один из которых соединен с
генератором высокочастотной плазмы, а второй контур - с регулируемой электрической
нагрузкой.
Версия для печати
Дата публикации 16.01.2007гг
вверх
|
