plasma destrukce gas

2. Стендовые испытания по термодеструкции ТБО и синтез - газа
Для изучения процессов высокотемпературной плазменной деструкции твердых
углеродосодержащих материалов была создана экспериментальная установка на основе
использования микроволновой (СВЧ) плазмы, как для реакторе деструкции твердых веществ,
так и для реакторе деструкции газа.
В качестве плазмообразующего газа использовался :
I. Воздух при нормальных условиях (см. Рис. 1)
I. Цель эксперимента
1.1. Определить условия для максимального удельного выхода газа в процессе
термической деструкции твердых углеродосодержащих материалов
1.2. Определить качественный и количественный состава газа, полученного в
результате термической деструкции твердых углеродосодержащих
материалов
1.3. Определить скорость прохождения процесса термической деструкции
твердых углеродосодержащих материалов
1.4. Сравнить эффективность воздействия на обрабатываемые материалы
микроволновой плазмы воздуха и плазмы пара
1.5. Убедиться в необходимости термической деструкции газа – дожигания газа –
после основного процесса
1.6. Получить необходимую базовую информацию для начала работ по
проектированию и строительству промышленного реактора термической
деструкции твердых углеродосодержащих материалов, производительностью 4 тонны/час

3. II. Экспериментальная установка
2.1. Реактор термической деструкции ТБО – вертикального типа, с верхней загрузкой, общей
высотой 60 см, толщиной огнеупорного бетона 15 см, и внутренним объемом 0,05 м 3.
Укомплектован 6 плазмотронами (плазменными горелками), единичной мощности 1,2 кВт,
установленными радиально. В нижней части находится люк для удаления продуктов
деструкции.
2.2. Реактор термической деструкции газа – длиной 40 см, толщиной огнеупорного бетона 15 см.
и внутренним объемом 0,03 м 3 . Укомплектован 8 плазмотронами (плазменными горелками),
единичной мощности 0,7 кВт, установленными продольно оси реактора в торцевой его части.
Плазмотроны собраны в кассету и представляют собой «плазменную пушку». Внутри реактора
установлена поперечная перегородка из огнеупорного материала, служащая для создания
локального гидравлического сопротивления и провоцирующая создание дополнительной
турбулентности с задержкой потока газа в зоне сверхвысоких температур на 2 сек и более.
Плазмообразующим газом в плазмотронах данного реактора, является газ, полученный в
результате термической деструкции твердых углеродосодержащих материалов.
2.3. Для охлаждения газа используются четыре установки воздушного охлаждения, единичной
мощности 1 кВт, с теплообменной поверхностью 30 м 2 каждый, с регулируемым дутьем до 20
нм3/мин каждая.
2.4. Микроволновые плазмотроны (плазменные горелки) и СВЧ – генераторы, собственной
конструкции.
2.5. Компрессор с регулируемым расходом воздуха 2 – 10 г/сек, с давлением 0,12-0,2 МПа
2.6. Парогенератор с регулируемым расходом пара 2 – 10 г/сек, температурой 200 0С, с
давлением 0,2 – 0,4 МПа
2.7. Т 1 – Т 3, точки замера температур, в которых установлены термопары
2.8. V 1, V2 узлы отбора газа для химического анализа2.8. V 1, V2 узлы отбора газа для химического анализа
2.9. Q 1, расходомер газа ротационного типа, RVG
2.10. Свеча сжигания газа – пьезоэлектрический автоподжиг от датчика давления
2.11. Газоанализатор Vario Plus*
* контроль основных параметров газа, для проведения расширенных анализов газа,
использовались услуги лаборатории института Теплофизики, АН Украины.
III. Исследуемые материалы
3.1. Подготовленная смесь из бумаги и картона, древесины, пластиковых бутылок, резины, угля,
пищевых отходов, влажностью 10 – 15 %, фракция 60 х 60 мм, в следующем соотношении :
3.2. Объем разовой загрузки – 0,035 м 3, что соответствует массе загрузки – 6 кг
3.3. Для проведения экспериментов при различных температурных режимах, устанавливается,
что состав, и количество исследуемого материала будет неизменно.
IV. Контролируемые параметры
- содержание в %
- концентрация мг в м.куб

5. ПРОТОКОЛ № 01_2013 (ПВ) ОТ 23.01.2013
Проведение термической деструкции (см. п. III) с двумя включенными нижними плазмотронами
и включенным реактором термической деструкции газа. Начало прогрева реакторов в 15:40,
при расходе плазмообразующего воздуха 2 г/сек, при открытом V2 для сброса воздуха. При
достижении в точке Т1 температуры 570 0 С прирост температуры прекратился. В 16:50 система
была отключена, V2 закрыт, приготовленный материал заложен в реактор. В 17:00 система была
включена в рабочем режиме – два плазмотрона на реакторе ТБО и реактор деструкции газа.
* средняя, рабочая температура в реакторе деструкции газа составляет 2300 -2500 0 С за
счет конструктивных особенностей «плазменной пушки».
Беглый взгляд на показатели химических исследований показывает, что использовать
низкотемпературную термическую деструкцию для утилизации полимеров и углей, без
последующей термической деструкции газов - категорически не рекомендуется, в следствии
повышенного выхода сложных и ароматических углеводородов.

6. ПРОТОКОЛ № 02_2013 (ПВ) ОТ 26.01.2013
Проведение термической деструкции (см. п. III) с четырьмя включенными плазмотронами
(нижние и средние) и включенным реактором термической деструкции газа. Начало прогрева
реакторов в 9:00, при расходе плазмообразующего воздуха 4 г/сек, при открытом V2 для сброса
воздуха. При достижении в точке Т1 температуры 950 0 С прирост температуры прекратился. В
10:00 система была отключена, V2 закрыт, приготовленный материал заложен в реактор. В 10:15
система была включена в рабочем режиме – четыре плазмотрона на реакторе ТБО и реактор
деструкции газа.
* средняя, рабочая температура в реакторе деструкции газа составляет 2200 -2500 0 С за счет
конструктивных особенностей «плазменной пушки».
Химические исследования показывают, что рабочих температур до 950 0 С недостаточно
для проведения только низкотемпературной термической деструкции полимеров и углей.
Необходима последующая термическая деструкция газов либо системы очистки газов от
сложных и ароматических углеводородов.

7. ПРОТОКОЛ № 03_2013 (ПВ) ОТ 31.01.2013
Проведение термической деструкции (см. п. III) с шестью включенными плазмотронами и
включенным реактором термической деструкции газа. Начало прогрева реакторов в 11:00, при
расходе плазмообразующего воздуха 6 г/сек, при открытом V2 для сброса воздуха. При
достижении в точке Т1 температуры 1550 0 С прирост температуры прекратился. В 11:35
система была отключена, V2 закрыт, приготовленный материал заложен в реактор. В 11:45
система была включена в рабочем режиме – шесть плазмотронов на реакторе ТБО и реактор
деструкции газа.
* средняя, рабочая температура в реакторе деструкции газа составляет 2200 -2500 0 С за счет
конструктивных особенностей «плазменной пушки».
Химические исследования показывают, что рабочих температур до 1550 0 С вполне достаточно
для проведения только низкотемпературной термической деструкции полимеров и углей.
Необходимость в последующая термическая деструкция газов либо системы очистки газов от
сложных и ароматических углеводородов отсутствует.

8. На диаграмме представлена зависимость конверсии твердых углеродосодержащих материалов в
синтез – газ по отношению к килограмму сухой массы материала. Опытным путем установлено,
что максимальный удельный выход газа происходит в температурном диапазоне 1300 – 1500 0 С.
Процесс деструкции происходит в потоке плазмы воздуха, имеющую высокую степень
ионизации, что позволяет получить в синтез – газе значительное содержание горючих
компонентов СО и H2. Расчетная теплота сгорания составляет 13 МДж/м3. Тем не менее наличие
в газе балластных составляющих – N2, NOx, CO2 и пр. – не позволяет получить максимальный
эффект от применения плазменной деструкции твердых углеродосодержащих материалов.
На диаграмме показана зависимость равновесного выхода составляющих синтез – газа в
зависимости от температуры. Опытным путем установлено, что в температурном диапазоне
1300 – 1500 0 С, при давлении близком к атмосферному соотношение СО : Н2 стремиться к
единице.
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
+421 948502960 +420 725372109 p_fisenko@mail.ru