способ получения тепловой энергии

Формула изобретения

1. Способ получения тепловой энергии, включающий преобразование электрической энергии в плазмоэлектролитическом процессе, проводимом между анодом и катодом в воде, с удалением из нее газообразных водорода из прикатодной области и кислорода из прианодной области, отличающийся тем, что воду подвергают гидродинамической кавитации в вихревом потоке, в котором массивные ионы кислорода центробежной силой перемещают на периферию потока, ионы водорода с малой массой концентрируют в его центре, а электрическое напряжение прикладывают в центре потока к катоду и на периферии потока - к аноду и плазмоэлектролитический процесс проводят в ионизированной таким образом воде.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в воду подают водород и (или) кислород, выделяющиеся в плазмоэлектролитическом процессе.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что водород подают в центр вихревого потока, а кислород - на его периферию.

4. Способ по п.2, отличающийся тем, что водород подают на периферию вихревого потока, а кислород - в его центр с проведением экзотермической реакции окисления водорода кислородом, а продукты окисления отводят в газовой фазе.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что подают метаносодержащий газ и приводят его в контакт с водородом, выделяющимся из воды в плазмоэлектролитическом процессе, с выполнением экзотермических реакций синтеза высших углеводородов, а продукты реакций отводят в газовой фазе.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что экзотермические реакции синтеза высших углеводородов выполняют в присутствии катализаторов, содержащих карбиды, нитриды, бориды и оксиды металлов IV группы Периодической системы химических элементов.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что контакт метаносодержащего газа проводят с кислородом, выделяющимся из воды в плазмоэлектролитическом процессе, с выполнением экзотермических реакций синтеза кислородоорганических соединений, продукты реакций отводят в газовой фазе.

8. Способ по пп.5 и 7, отличающийся тем, что экзотермические реакции синтеза кислородоорганических соединений выполняют в присутствии катализаторов, содержащих цинк, хром, металлы VIII группы Периодической системы элементов и сверхвысококремнеземные синтетические цеолиты типа ZSM, промотированных солями металлов.

9. Способ по пп.5 и 7, отличающийся тем, что выполнение экзотермических реакций синтеза кислородоорганических соединений и высших углеводородов производят одновременно.

10. Способ по пп.5 и 7, отличающийся тем, что воду, выделившуюся при экзотермических реакциях, конденсируют охлаждением газовой фазы, отделяют ее от продуктов синтеза и вновь подают на плазмоэлектролитический процесс.

11. Способ по пп.4, 5, 7, отличающийся тем, что воду, выделившуюся при экзотермических реакциях, конденсируют при охлаждении газовой фазы под давлением, при котором производится плазмоэлектролитический процесс.

12. Способ по пп.1, 4, 5, 7, отличающийся тем, что газовую фазу охлаждают адиабатическим расширением с производством механической работы и выработкой электроэнергии, которую расходуют на получение тепла и сторонним потребителем.

13. Способ по пп.5 и 7, отличающийся тем, что непрореагировавший метаносодержащий газ рециркулируют.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к физико-химическим технологиям получения тепловой энергии. Оно может быть применено в теплотехнике всех отраслей промышленности. Преимущественная область использования - обеспечение тепловой энергией систем добычи, подготовки и переработки углеводородного сырья, а также производств нефтехимии и химии.

Известен способ получения тепловой энергии (см. описание изобретения к патенту РФ №2157862, МКИ⁷ С 25 В 1/02, 9/00, опубл. 20.10.2000 г., Бюл. №29), включающий преобразование электрической энергии в плазмоэлектролитическом процессе, производимом между анодом и катодом в жидкости (водном растворе щелочи или кислоты) с удалением из нее газообразной фазы.

Эффективность данного способа оценивается величиной теплового показателя K ₀=1,3÷1,5, который учитывает электрическую энергию E_е, затрачиваемую на плазмоэлектролитический процесс, и вырабатываемую тепловую энергию Е_т, которая аккумулируется в нагретой жидкости и удаляемой газообразной фазе

Основным недостатком данного способа является необходимость поддержания высокого электрического напряжения (порядка 320-380 В) при выполнении плазмоэлектролитического процесса в низкоконцентрированных водных растворах щелочи или кислоты. С увеличением концентрации щелочных или кислотных водных растворов электрическое напряжение, необходимое для проведения плазмоэлектролитического процесса, можно снизить до величины 220 В. Однако при этом в газообразной фазе, выделяемой в плазмоэлектролитическом процессе из жидкости, возрастает количество щелочи или кислоты. Они агрессивны к материалам, из которых выполняется тепловая техника на производствах. Причем их химическая активность увеличивается с повышением температуры и давления. Поэтому при использовании данного способа в промышленности необходимо газовую фазу тщательно очищать от щелочи или кислоты с применением различных химических реагентов и дополнительных технологий, которые удорожают процесс получения тепла.

Кроме того, щелочь или кислоту, которые постоянно убывают из раствора при выполнении плазмоэлектролитического процесса, необходимо пополнять, поддерживая их заданные концентрации. Последнее технологическое действие повышает эксплуатационные затраты, а техническое оформление - увеличивает капитальные вложения.

На предприятиях сбора, подготовки, переработки углеводородного сырья, химии, нефтехимии и пр. при выполнении технологических процессов периодически требуется повышенное количество тепла. Однако теплопроизводительность установок с использованием данного способа практически постоянная. Она может незначительно меняться в пределах порядка ±1-2% от номинала. Поэтому покрытие пиковых тепловых нагрузок на вышеуказанных предприятиях данным способом возможно только вводом в действие нескольких установок, в которых используется данный способ. Наличие нескольких установок на предприятии зачастую является нецелесообразным или ведет к увеличению капитальных и эксплуатационных затрат, что сдерживает применение данного способа в промышленности.

К недостаткам указанного способа относится то, что газовая фаза, выделяемая при плазмоэлектролитическом процессе, содержит водород и кислород, что взрывоопасно.

В наиболее близком аналоге-способе получения тепловой энергии, водорода и кислорода (см. описание изобретения к патенту РФ №2157427 МКИ⁷ С 25 В 1/06, С 02 F 1/46, опубл. 10.10.2000 г., Бюл. №28), последний недостаток отсутствует.

Этот способ получения тепловой энергии включает преобразование электрической энергии в плазмоэлектролитическом процессе, производимом между анодом и катодом в жидкости (водном растворе щелочи или кислоты) с раздельным удалением из нее газовой фазы - водорода из прикатодной области, а кислорода - из прианодной области.

Раздельное удаление водорода и кислорода исключает возможность взрыва.

Эффективность данного способа несколько выше, чем у предыдущего аналога. Она оценивается величиной теплового показателя К₀=1,7÷1,9.

Однако данному способу присущи основные недостатки аналога, а именно:

- необходимость поддержания высокого напряжения при выполнении плазмоэлектролитического процесса;

- наличие щелочей и кислот в удаляемых газовых фазах;

- постоянная теплопроизводительность.

Эти недостатки являются причиной высоких эксплуатационных и капитальных затрат при реализации данного способа в промышленности.

Техническая задача заключается в уменьшении электрического напряжения при плазмоэлектролитическом процессе и исключении применения щелочи или кислоты в жидкости, а также в увеличении тепловой производительности (увеличении теплового показателя) без дополнительного расхода электроэнергии на плазмоэлектролитический процесс и в повышении экономичности.

Общим для предлагаемого способа получения тепловой энергии и аналогов является преобразование электрической энергии в плазмоэлектролитическом процессе, проводимом между анодом и катодом в жидкости, с удалением из нее газообразных водорода из прикатодной области и кислорода из прианодной области.

Отличием предлагаемого способа от аналогов является то, что:

- с целью снижения электрического напряжения при выполнении плазмоэлектролитического процесса, воду подвергают гидродинамической кавитации в вихревом потоке, в котором массивные ионы кислорода центробежной силой перемещают на периферию потока, ионы водорода с малой массой концентрируют в его центре, а электрическое напряжение прикладывают в центре потока к катоду, а на периферии потока - к аноду, и плазмоэлектролитический процесс проводят в ионизированной, таким образом, воде;

- с целью снижения затрат энергии, в воду подают водород и(или) кислород, выделяющиеся в плазмоэлектролитическом процессе;

- с целью снижения электрического напряжения, водород подают в центр вихревого потока, а кислород - на его периферию;

- с целью увеличения тепловой производительности (увеличении теплового показателя), водород подают на периферию вихревого потока, а кислород - в его центр, с проведением экзотермической реакции окисления водорода кислородом, продукты реакции отводят в газовой фазе;

- с целью увеличения тепловой производительности (увеличении теплового показателя), подают метаносодержащий газ и проводят его контакт с водородом, выделяющимся из воды в плазмоэлектролитическом процессе, с выполнением экзотермических реакций синтеза высших углеводородов;

- с целью интенсификации экзотермических реакций синтеза высших углеводородов, их выполняют в присутствии катализаторов, содержащих карбиды, нитриды, бориды и оксиды металлов IV группы Периодической системы химических элементов;

- с целью увеличения тепловой производительности, контакт метаносодержащего газа проводят с кислородом, выделяющимся из жидкости в плазмоэлектролитическом процессе, с выполнением экзотермических реакций синтеза кислородоорганических соединений;

- с целью интенсификации экзотермических реакций синтеза кислородоорганических соединений, их выполняют в присутствии катализаторов, содержащих цинк, хром, металлы VIII группы Периодической системы элементов (никель, кобальт, железо с добавками оксида алюминия, оксида тория, циркония, титана и др.), и сверхвысококремнеземные синтетические цеолиты типа ZSM, промотированных солями металлов (калия, свинца, кальция, цезия, серебра, никеля и др.);

- с целью увеличения тепловой производительности, выполнение экзотермических реакций синтеза кислородоорганических соединений и высших углеводородов производят одновременно;

- с целью повышения экономичности, воду, выделившуюся при экзотермических реакциях, конденсируют охлаждением газовой фазы, отделяют ее от продуктов синтеза и вновь подают на плазмоэлектролитический процесс;

- с целью повышения экономичности путем снижения затрат на нагнетание воды при ее рециркуляции, воду, выделившуюся при экзотермических реакциях, конденсируют при охлаждении газовой фазы под давлением при котором, производится плазмоэлектролитический процесс;

- с целью повышения экономичности путем снижения затрат электричества, газовую фазу, охлаждают в процессе адиабатического расширения с производством механической работы и выработкой электроэнергии, которую расходуют на получение тепла и сторонним потребителям;

- с целью повышения экономичности синтеза высших углеводородов и кислородоорганических соединений, непрореагировавший метаносодержащий газ рециркулируют.

По данным патентно-технической литературы не обнаружена аналогичная совокупность отличительных признаков, что позволяет судить об изобретательском уровне предлагаемого способа нагрева жидкости.

Кавитация (от латинского cavitas - пустота), образование в жидкости полостей (кавитационных пузырьков или каверн), заполненных газом, паром или их смесью с последующим коллапсом этих полостей под воздействием внешнего давления.

При кавитации жидкости под действием пониженного давления происходит образование кавитационных пузырьков, наполненных в основном паром, а под действием повышенного давления их очень быстрое сжатие с последующим исчезновением, т.е. коллапсом. Понижение давления и последующее его повышение в жидкости при кавитации вызывается ускоренным, а впоследствии замедленным движением жидкости или действием звуковых волн. При кавитации происходят различные физико-химические эффекты. Они обусловлены во многом термодинамическими процессами, которые происходят в основном при сжатии и коллапсе кавитационных пузырьков. Скорость сжатия и коллапса кавитационных пузырьков очень высока и зависит от величины внешнего давления, действующего на кавитационные пузырьки. Чем больше величина этого давления, тем выше скорость сжатия и коллапса кавитационных пузырьков. По данным скоростной киносъемки она достигает 1·10³ м/с. В связи с этим, время сжатия пузырька до его полного исчезновения невелико. Например, для кавитационного пузырька радиусом 1 мм при давлении 1·10⁵ Па это время составляет 1·10^-7 с, а при Р=1·10⁶ Па, величина =3·10 ^-8 с. На фиг.1 и 2 представлены две фазы сжатия кавитационного пузырька. На фиг.1 - кавитационный пузырек в начале сжатия, а на фиг.2 - в конечной стадии коллапса после 1·10^-7 с. В связи с тем, что время сжатия кавитационного пузырька очень мало, весь процесс его сжатия и коллапса происходит без теплообмена с окружающей средой. Поэтому, в заключительной стадии сжатия и коллапса кавитационного пузырька, внутри него повышается давление до величин порядка 10⁸ Па и увеличивается температура до 10⁴°С (см. кн. Физика. Большой энциклопедический словарь/гл. ред. A.M.Прохорова - М.: Большая Российская энциклопедия - 1999 г. - С.236-237). Высокие скорости сжатия кавитационного пузырька, большие давление и температура внутри него накладываются на скорости молекул, флуктуирующих под действием тепловой энергии. Это интенсифицирует их движение, от действия которого разрываются межмолекулярные связи. При высокой температуре (10⁴ °С), которая образуется в заключительной стадии коллапса кавитационных пузырьков, происходит отрыв электронов от свободных атомов. Из разрушенных молекул и атомов образуется электропроводный ионизированный газ - плазма. Таким образом, под действием кавитации жидкость ионизируется и она насыщена точечными ядрами плазмы (фиг.3). Наличие в воде точечных ядер плазмы вызывает ее свечение, которое представлено на фотографии (фиг.4). Общая ионизация жидкости проявляется изменением ее водородного показателя рН от 7,0 до 9,4. На фиг.5 представлен график изменения величины водородного показателя рН воды от времени действия гидродинамической кавитации. Величина водородного показателя воды рН 7,0 свидетельствует о нейтральной среде, а рН 9,4 соответствует достаточно сильной щелочности.

В плазмоэлектролитическом процессе основное количество электрической энергии расходуется на ионизацию жидкости, создание и поддержание плазмы. Поэтому для выполнения в устройстве 1 (фиг.6) плазмоэлектролитического процесса 2 в воде 3 (ионизированной кавитацией 4 в сопле Вентури 5 и содержащей точечные ядра плазмы) величина электрического напряжения между анодом 6 и катодом 7 и затраты электрической энергии 2,0-2,2 раза меньше, чем в аналогах. Электрическое напряжение находится в пределах от 145 до 170 В, а величина теплового показателя К=3,8. Необходимо отметить, что в предлагаемом способе в жидкости не применяются щелочь или кислота. Применяется чистая вода, подаваемая в сопло Вентури 5. Кислород и водород отводятся, соответственно, из патрубков 8 и 9.

С целью снижения электрического напряжения и расхода электрической энергии при плазмоэлектролитическом процессе, воду подвергают гидродинамической кавитации в вихревом потоке (фиг.7-9), в котором массивные ионы кислорода 10 центробежной силой перемещают на периферию потока, ионы водорода 11 с малой массой концентрируются в его центре, а электрическое напряжение прикладывают в центре потока к катоду 7, а на периферии потока - к аноду 6. При плазмоэлектролитическом процессе также производится разделение молекул воды на ионы водорода и кислорода и перемещение ионов водорода 11 к катоду 7, а кислорода 10 - к аноду 6. Поэтому центробежной силой интенсифицируют перемещение ионов и, таким образом, уменьшают в 2,16-2,4 раза электрическое напряжение и расход электрической энергии при получении тепла, при этом величина теплового показателя К=4,1.

С целью снижения затрат энергии в воду подают газовую фазу (фиг.10-16). Подаваемая газовая фаза служит в качестве зародышей для образования кавитационных пузырьков и при этом кавитация происходит при более низких затратах энергии. Такой энергией для гидродинамической кавитации служит разность давлений в потоке жидкости для звуковой кавитации - сила ультразвука. Но для создания разности давлений и ультразвука необходимо затрачивать энергию, обычно электрическую. Поэтому в результате такой интенсификации достигается снижение затрат расходуемой электрической энергии.

В качестве газовой фазы подают водород 11 и(или) кислород 10, выделяющиеся в плазмоэлектролитическом процессе (фиг.10, 11).

Подача водорода 11 (фиг.10) в центр вихревого потока, а кислорода 10 - на его периферию (фиг.11) приводит к снижению в 2,3-2,6 раза (по сравнению с аналогами) электрического напряжения при плазмоэлектролитическом процессе за счет дополнительной ионизации воды. При этом величина теплового показателя К=4,45. Подача водорода 11 и кислорода 10 производится за счет эжекции.

Подача водорода 11 (фиг.11) на периферию вихревого потока, а кислорода 10 - в его центр (фиг.10), приводит к экзотермической реакции окисления водорода кислородом в воде с выделением тепловой энергии 28584,67 Дж на моль, которая в основном находится в продуктах реакции, отводимых в газовой фазе. При этом тепловой показатель К7,73.

При подаче метаносодержащего газа (СН₄) 12 (фиг.12) и проведении его контакта с водородом 11, выделяющимся из жидкости в плазмоэлектролитическом процессе, с экзотермическими реакциями синтеза высших углеводородов (С_nH_2n+2 , С_nH_2n, С₆Н₅ R) 13 (фиг.12):

СН₄+nHС _nH_2n+2+С_nH_2n+C ₆H₅R+Q₁

nCH₄+2НС _nH_2n+2+С₆Н₅R+Q ₂

выделяется суммарная тепловая энергия Q _i17000 Дж на моль метана. Тепловой показатель К5,2.

Экзотермические реакции синтеза высших углеводородов интенсифицируют, выполняя их в присутствии катализаторов 14 (фиг.12), содержащих карбиды, нитриды, бориды и оксиды металлов IV группы Периодической системы химических элементов. Этим достигается повышение количества вырабатываемого тепла в единицу времени, т.е. увеличивается тепловая мощность в 5-6 раз.

При проведении контакта метаносодержащего газа (СН₄) 12 (фиг.13, 14) с кислородом 10, выделяющимся из воды в плазмоэлектролитическом процессе, с выполнением экзотермических реакций синтеза кислородоорганических соединений (СН₃ ОН, С₂Н₅OH, С₃Н₇OH) 15 (фиг.13):

CH₄+О=СН₃ОН+О₃

СН₄+O₂СО+Н ₂+Н₂O+Q₄

СО+2Н₂ СН ₃ОН+Н₂O+Q₅

2СО+4Н ₂С ₂Н₅OH+H₂O+Q₆

3СО+6Н₂С ₃Н₇OH+2Н₂O+Q₇

выделяется суммарная тепловая энергия Q _i22300 Дж на моль метана. Тепловой показатель К6,0.

Экзотермические реакции кислородоорганических соединений интенсифицируются при выполнении их в присутствии катализаторов 16 (фиг.13), содержащих цинк, хром, металлы VIII группы Периодической системы элементов (никель, кобальт, железо с добавками оксида алюминия, оксида тория, циркония, титана и др.), и сверхвысококремнеземные синтетические цеолиты типа ZSM, промотированных солями металлов (калия, свинца, кальция, цезия, серебра, никеля и др.). Чем достигается повышение количества вырабатываемого тепла в единицу времени, т.е. увеличивается тепловая мощность в 5-6 раз.

Одновременное выполнение экзотермических реакций синтеза кислородоорганических соединений 15 (фиг.15, 16) и высших углеводородов 13 увеличивает суммарную теплопроизводительность, и тепловой показатель при этом К11,2.

Воду 17 (фиг.17), выделившуюся при экзотермических реакциях, конденсируют охлаждением газовой фазы в теплообменниках 18, отделяют ее от продуктов синтеза 13, 15 в сепараторах 19 и вновь подают насосом 20 на плазмоэлектролитический процесс. Этим техническим приемом получают чистую воду, не содержащую механические и химические примеси (минеральные соли, щелочи, кислоты), тем самым снижают расходы на водоподготовку, т.е. повышают экономичность предлагаемого способа получения тепловой энергии.

Конденсация воды (фиг.17), выделившейся при экзотермических реакциях, при охлаждении газовой фазы под давлением при котором, производится плазмоэлектролитический процесс, позволяет на 70% уменьшить энергетические затраты на ее нагнетание и возвращение в плазмоэлектролитический процесс.

С целью повышения экономичности путем снижения затрат электричества, газовую фазу 21 (фиг.18), 13 и 15 (фиг.19), охлаждают адиабатическим расширением, например, в турбине 22 с производством механической работы и выработкой электроэнергии в генераторе 23, которую расходуют на получение тепла и сторонним потребителем. Получение тепла при помощи вырабатываемого таким образом электричества позволяет отказаться от внешних источников этой энергии, что, естественно, повышает экономичность использования предлагаемого способа.

Рециркуляция метаносодержащего газа 12 (фиг.17, 19), не прореагировавшего при синтезе высших углеводородов и кислородоорганических соединений, позволяет практически полностью использовать этот газ, являющимся ценным углеводородным сырьем, и тем самым повысить экономичность предлагаемого способа получения тепловой энергии.

ПРИМЕР.

Предлагаемый способ получения тепловой энергии реализуется в устройствах, схематично представленных на фигурах 6-19, следующим образом.

Тепловую энергию (фиг.6) получают преобразованием электрической энергии в плазмоэлектролитическом процессе, проводимом между анодом 6 и катодом 7 в воде, с удалением из нее нагретой газообразной фазы - водорода 11 до 300-700°С из прикатодной области, а кислорода 10 до 80-95°С из прианодной области. Холодную воду 24 с температурой 20°С нагнетают в сопла Вентури 5 под давлением 2,5 МПа. В корпусе устройства поддерживают давление 1,5 МПа. Под действием разности давлений 1,0 МПа в сопле Вентури 5 развивается гидродинамическая кавитация 4. При кавитации молекулы воды диссоциируют на положительно и отрицательно заряженные ионы. Общая ионизация жидкости проявляется изменением ее водородного показателя рН от 7,0 до 9,4. Плазмоэлектролитический процесс проводят в ионизированной, таким образом, воде, подавая на анод 6 и катод 7 электрическое напряжение от 145 до 170 В. Величина теплового показателя процесса К=3,8.

С целью снижения электрического напряжения и расхода электрической энергии при плазмоэлектролитическом процессе, холодную воду 24 подвергают гидродинамической кавитации в вихревом потоке (фиг.7-9). В вихревом потоке угловая скорость равна 50 с^-1, при которой массивные ионы кислорода 10 центробежной силой перемещаются на периферию потока, ионы водорода 11 с малой массой концентрируются в его центре, а электрическое напряжение 130-160 В прикладывают к катоду 7 и аноду 6. Нагретые газообразные водород 11 и кислород 10 отводятся из устройства (фиг.7) по патрубкам 25, 26. Нагретая до 95°С вода 27 отводится по патрубку 28. При этом величина теплового показателя К=4,1.

С целью снижения затрат энергии в воду подают газовую фазу (фиг.10-16). Подаваемая газовая фаза служит в качестве зародышей для образования кавитационных пузырьков и при этом кавитация происходит при более низких затратах энергии. Поэтому в результате такой интенсификации достигается снижение электрического напряжения до 129-150 В.

В качестве газовой фазы подают (фиг.10, 11) водород 11 из патрубка 29 в эжекционный патрубок 30 и(или) кислород 10 из патрубка 31 в эжекционный патрубок 32. Подача водорода 11 (фиг.10) в центр вихревого потока, а кислорода 10 - на его периферию (фиг.11) приводит к повышению теплового показателя до величины К=4,45.

Подача водорода 11 в патрубок 32 (фиг.11) на периферию вихревого потока, а кислорода 10 - в его центр (патрубок 30, фиг.10), приводит к экзотермической реакции окисления водорода кислородом в воде с выделением тепловой энергии 28584,67 Дж на моль, которая в основном находится в продуктах реакции, отводимых в газовой фазе. При этом тепловой показатель К7,73.

При подаче метаносодержащего газа (CH₄) 12 (фиг.12) в патрубок 30 и проведении его контакта с водородом 11, выделяющимся из воды в плазмоэлектролитическом процессе, с экзотермическими реакциями синтеза высших углеводородов (С _nH_2n+2, С_nH_2n, С₆ Н₅R) 13 выделяется суммарная тепловая энергия Q _i17000 Дж на моль метана. Тепловой показатель К5,2.

Экзотермические реакции синтеза высших углеводородов интенсифицируют, выполняя их в присутствии катализаторов 14 (фиг.12), содержащих карбиды, нитриды, бориды и оксиды металлов IV группы Периодической системы химических элементов. Этим достигается повышение количества вырабатываемого тепла в единицу времени, т.е. увеличивается тепловая мощность в 5-6 раз.

При проведении контакта метаносодержащего газа (СН₄) 12 (фиг.13, 14), который подают по патрубку 32, с кислородом 10, выделяющимся из воды в плазмоэлектролитическом процессе, с выполнением экзотермических реакций синтеза кислородоорганических соединений (СН₃ОН, С₂Н₅OH, С ₃Н₇OH) 15 (фиг.13) выделяется суммарная тепловая энергия Q _i22300 Дж на моль метана. Тепловой показатель К6,0.

Экзотермические реакции кислородоорганических соединений интенсифицируются при выполнении их в присутствии катализаторов 16 (фиг.13), содержащих цинк, хром, металлы VIII группы Периодической системы элементов (никель, кобальт, железо с добавками оксида алюминия, оксида тория, циркония, титана и др.), и сверхвысококремнеземные синтетические цеолиты типа ZSM, промотированных солями металлов (калия, свинца, кальция, цезия, серебра, никеля и др.). Чем достигается повышение количества вырабатываемого тепла в единицу времени, т.е. увеличивается тепловая мощность в 5-6 раз.

Одновременное выполнение экзотермических реакций синтеза кислородоорганических соединений 15 (фиг.15, 16) и высших углеводородов 13 (при одновременной подаче метаносодержащего газа 12 в патрубки 30 и 32) увеличивает суммарную теплопроизводительность, и тепловой показатель К11,2.

Воду 17, выделившуюся при экзотермических реакциях и находящуюся в виде пара в газовой фазе, конденсируют в установке, представленной на фиг.17, охлаждением газовой фазы в теплообменниках 18, отделяют ее от продуктов синтеза 13, 15 в сепараторах 19 и вновь подают насосом 20 на плазмоэлектролитический процесс. Этим техническим приемом получают чистую воду, не содержащую механические примеси и химические примеси (минеральные соли, щелочи, кислоты), тем самым снижают расходы на водоподготовку, т.е. повышают экономичность предлагаемого способа получения тепловой энергии.

Конденсация воды (фиг.17), выделившейся при экзотермических реакциях, при охлаждении газовой фазы под давлением, при котором производится плазмоэлектролитический процесс, позволяет на 70% уменьшить энергетические затраты на ее нагнетание и возвращение в плазмоэлектролитический процесс.

С целью повышения экономичности путем снижения затрат электричества газовую фазу 21 (фиг.18), 13 и 15 (фиг.19) охлаждают адиабатическим расширением в турбине 22 с производством механической работы и выработкой электроэнергии в генераторе 23, которую расходуют на получение тепла в электролизере 33 (фиг.18, 19) и сторонним потребителем. Получение тепла при помощи вырабатываемого таким образом электричества позволяет отказаться от внешних источников этой энергии, что, естественно, повышает экономичность использования предлагаемого способа.

Рециркуляция метаносодержащего газа 12 (фиг.17, 19), не прореагировавшего при синтезе высших углеводородов и кислородоорганических соединений, и подаваемого из сепараторов 19, позволяет практически полностью использовать этот газ, являющимся ценным углеводородным сырьем, и тем самым повысить экономичность предлагаемого способа получения тепловой энергии.

Высшие углеводороды 13 и кислородоорганические соединения и 15 (фиг.12, 13, 15, 17, 19), полученные в результате экзотермических реакций синтеза метаносодержащего газа, используются в качестве жидкого топлива и сырья для химической промышленности.