Плазменный реактор для переработки жидкого сырья на основе взрывчатых веществ и пестицидов

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ПЛАЗМЕННЫЙ РЕАКТОР ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ ЖИДКОГО СЫРЬЯ НА ОСНОВЕ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ И ПЕСТИЦИДОВ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт тепло- и массообмена им. А.В.Лыкова Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Бублиевский Александр Федорович Галиновский Антон Александрович Горбунов Андрей Васильевич Долголенко Григорий Васильевич Ермолаева Елена Михайловна Коваль Виталий Александрович Кухарчук Игорь Григорьевич Никончук Александр Николаевич Баранышин Евгений Александрович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт теплои массообмена им. А.В.Лыкова Национальной академии наук Беларуси(57) 1. Плазменный реактор для переработки жидкого сырья на основе взрывчатых веществ и пестицидов, содержащий плазменный нагреватель, форсунку для распыла жидкого сырья и канал для поддержания атмосферного давления пирогаза, отличающийся тем,что канал для поддержания атмосферного давления пирогаза выполнен цилиндрическим с расположенным в нем плазменным нагревателем, выполненным в виде камеры смешения с подсоединенным к ней, по крайней мере, одним электродуговым плазмотроном постоянного тока, установленным перпендикулярно ее оси, причем камера смешения связана с установленной над ней дополнительно введенной в канал форкамерой, в верхней части которой установлена форсунка, выполненная в виде пневматического распылителя. 43572008.04.30 2. Плазменный реактор по п. 1, отличающийся тем, что электродуговой плазмотрон постоянного тока выполнен с двумя электродами и одним газовым кольцом. 3. Плазменный реактор по п. 1 или 2, отличающийся тем, что электродуговой плазмотрон постоянного тока генерирует струю воздушной плазмы со среднемассовой температурой на выходе в диапазоне 3000-4000 К. 4. Плазменный реактор по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что корневой угол раскрытия факела распыла капель жидкого сырья пневматического распылителя составляет 0,2-0,4 радиана. 5. Плазменный реактор по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что длина дополнительно введенной форкамеры составляет 1-5 калибров. 6. Плазменный реактор по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что канал для поддержания атмосферного давления пирогаза изготовлен из нержавеющей стали.(56) 1. Патент США 5611947, МПК Н 05 Н 1/24, 1/26, 1997 (прототип). Полезная модель относится к области охраны окружающей среды и переработки отходов агропромышленной и военно-технической отраслей, в частности к плазменной технике, и может быть использована для обезвреживания и переработки жидкого сырья,содержащего взрывчатые вещества и пестициды. Известны устройства для обезвреживания и переработки жидкостей, содержащих взрывчатые вещества и пестициды. Наиболее близким к заявляемому устройству (прототип) является высокочастотный индукционный паровой плазменный реактор для генерации паровой плазмы для переработки суспензионного жидкого сырья на основе взрывчатых веществ, пестицидов и других отходных материалов 1. Он представляет собой плазменный реактор, содержащий плазменный нагреватель,форсунку для распыла жидкого сырья и канал для поддержания атмосферного давления пирогаза. Плазменный нагреватель выполнен в виде индукционного парового плазмотрона. Индукционный паровой плазмотрон для генерации паровой плазмы состоит из индукционной катушки, включая силовой источник, соединенный с этой катушкой, и устройства запуска и поддержания индуктивно спаренного потока плазмы. Внутри индукционной катушки размещены трубы парогенератора (защитные тепловые экраны), отделенные от индукционной катушки газовым ограждением. Индукционный паровой плазмотрон также включает в себя устройство для прокачки воды через трубы парогенератора для генерации пара. В центре входного конца газового ограждения расположена труба источника пара. Концы труб парогенератора, индукционная паровая горелка, керамическая изоляционная прокладка и конусный фланец соединены между собой. Канал реактора состоит из основной (первичной) реакционной камеры, вторичной реакционной камеры и третьей (третичной) реакционной камеры, расположенных одна за другой на одной оси с пустотелым коническим кожухом индукционного парового плазмотрона. В основную реакционную камеру жидкое суспензионное сырье подается через вводную форсунку. Основная и вторичная камеры соединены между собой первичной форсункой, а вторичная и третичная камеры - помещенной между ними вторичной форсункой. Внутренние стенки основной и вторичной реакционных камер расположены под углом 30-45 к вертикальной оси, чтобы обеспечить достаточное перемешивание до прохождения через первичную и вторичную форсунки. Недостатками данного устройства являются низкая надежность и ресурс работы, ограниченная производительность при переработке жидкого сырья на основе взрывчатых веществ и пестицидов, ограниченность перерабатываемых в нем видов сырья по их хими 2 43572008.04.30 ческому составу из-за возможности эрозии в агрессивных галогенсодержащих газах разрядной кварцевой камеры плазмотрона, нестабильность горения в нем разряда и сложность регулирования температурных полей плазменного потока, а также низкий термический коэффициент полезного действия высокочастотного индукционного плазмотрона (0,4-0,6). Задачей заявляемой полезной модели является повышение эксплуатационной надежности и производительности устройства при переработке жидкого сырья на основе взрывчатых веществ и пестицидов, а также увеличение перерабатываемых в нем видов сырья по их химическому составу за счет более высокого термического коэффициента полезного действия электродуговых плазмотронов постоянного тока (0,75-0,8). Задача решается следующим образом. Известный плазменный реактор для переработки жидкого сырья на основе взрывчатых веществ и пестицидов содержит плазменный нагреватель, форсунку для распыла жидкого сырья и канал для поддержания атмосферного давления пирогаза. Согласно предлагаемому техническому решению, канал для поддержания атмосферного давления пирогаза выполнен цилиндрическим с расположенным в нем плазменным нагревателем. Плазменный нагреватель выполнен в виде камеры смешения с подсоединенным к ней, по крайней мере, одним электродуговым плазмотроном постоянного тока, установленным перпендикулярно ее оси. Камера смешения связана с установленной над ней дополнительно введенной в канал форкамерой, что обеспечивает близкую к максимальной скорость закалки воздушной плазмы сырьем на выходе из плазмотронов, равную 105 К/с. В верхней части форкамеры установлена форсунка, выполненная в виде пневматического распылителя. Кроме того, электродуговой плазмотрон постоянного тока выполнен с двумя электродами и одним газовым кольцом и генерирует струю воздушной плазмы со среднемассовой температурой на выходе из плазмотрона в диапазоне 3000-4000 К, корневой угол раскрытия факела распыла капель жидкого сырья пневматического распылителя составляет 0,20,4 радиана, длина дополнительно введенной форкамеры составляет 1-5 калибров, а канал для поддержания атмосферного давления пирогаза изготовлен из нержавеющей стали. На фиг. 1 изображена схема предлагаемого плазменного реактора для переработки жидкого сырья на основе взрывчатых веществ и пестицидов. На фиг. 2 показаны форма данного плазменного реактора и расположение в нем электродуговых плазмотронов постоянного тока. Заявляемый плазменный реактор для переработки жидкого сырья на основе взрывчатых веществ и пестицидов содержит канал 1 для поддержания атмосферного давления пирогаза, выполненный цилиндрическим с расположенным в нем плазменным нагревателем. Плазменный нагреватель выполнен в виде камеры смешения 2 с подсоединенными к ней тремя электродуговыми плазмотронами постоянного тока и установленными перпендикулярно ее оси. Каждый электродуговой плазмотрон постоянного тока состоит из отрицательного электрода 3, положительного электрода 4 и газового кольца 5, предназначенного для ввода сжатого воздуха. Камера смешения 2 связана с установленной над ней дополнительно введенной в канал 1, выполненный цилиндрическим, форкамерой 6, в верхней части которой установлена форсунка 7, выполненная в виде пневматического распылителя с корневым угломраскрытия факела и предназначенная для распыла капель жидкого сырья. Нижняя часть камеры смешения 2 с помощью канала 1 соединена с выходным патрубком 5, предназначенным для выхода пирогаза в систему газоочистки (на схеме не показана). Заявляемый плазменный реактор работает следующим образом. Через форсунку 7, расположенную в верхней части форкамеры 6, помещенной в канал 1,выполненный цилиндрическим, под давлением подают сырье в камеру смешения 2, расположенную в канале 1 плазменного реактора. Форсунка 7 для распыла жидкого сырья выполнена в виде пневматического распылителя с корневым угломраскрытия факела 3 43572008.04.30 распыла капель жидкого сырья 0,2-0,4 радиана. Через нее в плазменный реактор распыляют жидкое сырье в однокомпонентном (жидкое взрывчатое вещество в виде раствора в спиртовом или другом разбавителе) или в двухкомпонентном (суспензия, состоящая из жидкого взрывчатого вещества и порошкообразного или жидкого пестицида) виде. Форкамера 6 с длиной, составляющей 1-5 калибров, связана с установленной под ней камерой смешения 2. Электродуговые плазмотроны постоянного тока мощностью, составляющей 50-100 кВт,расположенные в камере смешения 2, питают из системы газоснабжения (на схеме не показана) сжатым воздухом. Сжатый воздух подают в электродуговой плазмотрон постоянного тока через газовое кольцо 5. Источник энергии (на не показан) обеспечивает зажигание и горение разряда между отрицательным электродом 3 и положительным электродом 4 электродуговых плазмотронов постоянного тока плазменного нагревателя, установленных перпендикулярно оси камеры смешения 2. Каждый электродуговой плазмотрон постоянного тока генерирует струю плазмы воздуха с температурой на выходе из сопла анода 3000-4000 К. Именно при таком температурном режиме обеспечивают максимальную концентрацию такого компонента, как , в плазменных струях на выходе из сопел электродуговых плазмотронов постоянного тока, который катализирует процесс горения компонентов углеводородного сырья в области смешения высокотемпературных окислительных плазменных струй и холодного испаряющегося из капель сырья. При этом существенно,что использование в данном плазменном реакторе форкамеры обеспечивает при корневом угле раскрытия факела распыла капель жидкого сырья (0,2-0,4 радиана) близкую к максимальной скорость закалки воздушной плазмы сырьем на выходе из плазмотронов,равную 105 К/с. Так как канал данного плазменного реактора изготавливают из нержавеющей стали, то это обеспечивает возможность работы с коррозионно-активным жидким сырьем, в частности содержащим фтористые соединения (они могут разрушать кварцевые стенки реактора в конструкции прототипа), а также обеспечивает безопасную работу канала реактора со взрывоопасными и токсичными галогенсодержащими компонентами сырья (приготовленного на основе взрывчатых веществ), предотвращая возможность их утечки в окружающую среду в случае растрескивания стенок (возможную в случае легкорастрескивающихся кварцевых стенок реактора в конструкции прототипа). Испытания заявляемой конструкции с использованием двух видов сырья - жидкого взрывчатого вещества на основе бисхлординитроэтилформаля 562(2)42 в смеси с этиловым спиртом, и суспензии, состоящей из смеси аналогичной по составу жидкости с порошкообразным техническим пестицидом сорта бутилового эфира 2,4-Д кислоты, показывают возможность достижения заявляемого в данной полезной модели положительного эффекта. При этом ведут переработку данных видов сырья с производительностью не ниже 60 кг/ч. Общая мощность трех электродуговых плазмотронов постоянного тока в использованном электродуговом реакторе составляет 200 кВт при среднемассовой температуре струй воздушной плазмы на выходе из плазмотронов 3500-3800 К, сырье вводят в камеру смешения плазменного реактора через форкамеру длиной 1,5 калибра (относительно диаметра камеры смешения) из пневматического распылителя с корневым углом раскрытия факела распыла капель жидкого сырья 0,3 радиана и средней дисперсностью капель 110 мкм. Использование в данном плазменном реакторе электродуговых плазмотронов постоянного тока с достаточно высоким термическим коэффициентом полезного действия(0,75-0,8) позволяет практически полностью снять ограничение по производительности и по перерабатываемому жидкому сырью на основе взрывчатых веществ и пестицидов, т.к. данные электродуговые плазмотроны постоянного тока разработаны и широко используются при единичной мощности, составляющей 50 кВт - 10 МВт при уровне коэффициента полезного действия на 25-35 выше, чем у высокочастотных индукционных плазмотронов (используемых в прототипе). 4 43572008.04.30 Таким образом, благодаря данным конструкционным особенностям заявляемого в полезной модели плазменного реактора повышают надежность и ресурс работы плазменного реактора в силу возможности безопасной работы с коррозионно-активным сырьем и взрывоопасными и токсичными галогенсодержащими компонентами сырья без их утечки в окружающую среду, обеспечивают практически неограниченную производительность по перерабатываемому жидкому сырью на основе взрывчатых веществ и пестицидов, а также расширяют номенклатуру перерабатываемых в нем видов сырья по их химическому составу. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5