способ и устройство для переработки жидких органических веществ

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...700С 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.

Описание изобретения к патенту

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.