Плазмоэлектролизный генератор электроэнергии, удобрений и воды из стоков и органических отходов


 


Владельцы патента RU 2488042:

Жуков Михаил Васильевич (RU)

Изобретение относится к автономной водородной энергетике. Технический результат изобретения позволит повысить КПД генератора электроэнергии. Плазмоэлектролизный генератор электроэнергии, удобрений и воды из стоков и отходов состоит из магнитопроводного корпуса низкого давления с замкнутыми на него верхним и нижним кольцевыми магнитами, генератора сверхвысокочастотного излучения, открытого низкодобротного резонатора и реактора плазмы с размещенными в нем электролизером, топливным элементом и генератором рабочего газа. Генератор рабочего газа оснащен молекулярными ситами, автоматизированными патрубками подачи стоков и удаления компонентов удобрений и воды с возможностью агрегатирования с генераторами органоводных эмульсий. 4 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к автономной водородной энергетике. Плазмоэлектролизный генератор электроэнергии, удобрений и воды из стоков и отходов состоит из магнитопроводного корпуса низкого давления с замкнутыми на него верхним и нижним кольцевыми магнитами, генератора сверхвысокочастотного излучения, открытого низкодобротного резонатора и реактора плазмы, с размещенными в нем электролизером, топливным элементом и генератором рабочего газа. Интенсификация процессов электрогенерации осуществляется за счет рециркуляции плазмы, обогащенной энергией в генераторе рабочего газа, через электролизер и топливный элемент направленными ускоренными пучками ионов, при эжектировании ионов из зон плазмообразования, межэлектродных пространств электролизера и топливного элемента и генератора рабочего газа объемными статическими зарядами положительного знака, образованными в результате ухода электронов из указанных зон по силовым линиям магнитного поля и поглощения их топливными элементами. Предусмотрена автоматизация режимов предотвращения цепных реакций и уменьшения влияния реакции холодного ядерного синтеза на надежность электродов. Генератор рабочего газа оснащен молекулярными ситами, автоматизированными патрубками подачи стоков и удаления компонентов удобрений и воды с возможностью агрегатирования с генераторами органоводных эмульсий. Техническим результатом изобретения является повышение экономической и экологической эффективности автономных водородных электрогенераторов широкого номенклатурного ряда по мощности.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к области автономной водородной энергетики населенных пунктов, сельскохозяйственных, лесных и промышленных предприятий. Плазмоэлектролизный генератор электроэнергии, удобрений и воды работает за счет переработки стоков и отходов [1], [2]. Изобретение может быть использовано на мусороперерабатывающих заводах как на стационаре [3]-[6], так и на транспорте [7] взамен ДВС, газотурбинных и паротурбинных электростанций.

Наибольшие экологические и экономические эффекты от использования изобретения будут получены в жилищно-производственных вертикальных фермах маршала Г.К.Жукова (патент RU 2436917 C1). Эти вертикальные фермы содержат интегрированные производства животноводческой, растениеводческой, рыбной продукции, а также жилые помещения, пищевые и фармацевтические производства, торгово-развлекательные комплексы, находящиеся все под одной крышей, в соответствии с законом многоцелевой интеграции [8].

В населенных и промышленных пунктах добычи углеводородного топлива плазмоэлектролизные электрогенераторы также способны конкурировать с ДВС, газотурбинными и паротурбинными электростанциями.

Плазмоэлектролизные генераторы электроэнергии, удобрений и воды незаменимы в воинских частях и личных крестьянских хозяйствах России, в странах СНГ, во всех объектах земного шара (Африка, Китай, Индия, Южная Америка, Австралия). Данные объекты находятся под спонсорской опекой великой семьи частных бизнесменов, управляемых верой в то, что «все люди на земле имеют одинаковую цену - жизнь», создавших и успешно реализующих фонд "Bill & Melinda Gates Foun dation", под руководством Билла и Мелинды Гейтса и Уоррена Баффета [29].

Большой экономический и социальный эффект принесут предлагаемые электростанции в создании системы автоматических брантсбойных скважин для предотвращения лесных пожаров и скважинное водоснабжение в пустынях и полупустынях.

В настоящее время в пунктах переработки стоков находят применение электрогенераторы термоэмиссионного типа [9], [10]. Их недостаток заключается в том, что они требуют либо плазменно-термических, либо биологических генераторов рабочего газа и не могут работать напрямую на стоках и органических отходах. К тому же конструкция таких электрогенераторов еще не достигла промышленной мощности.

Ждут поддержки бизнес-сообщества и государственных вложений электрогенераторы на новых физических принципах. Среди них конверторы космонавтов, академиков М.Л.Попович и И.П.Волк [11], конверторы Stiv Sirla - И.Г.Богданова [12] как фундамента энергетики ядерного синтеза и квазиэффективной замены действующей энергетики.

Важнейшим этапом на пути создания квазиэффективной энергетики является развитие автономной экологически чистой электроэнергетики электролизных электростанций - топливных элементов и на базе холодного ядерного синтеза, открытого И.С.Филимоненко, А.И.Колдамасовым и НПО «Луч» [13]. Данная проблема поддержана академиком Курчатовым И.В., академиком Королевым С.П. и маршалом Г.К.Жуковым.

Опережающее развитие в мировой энергетике получили работы по снижению стоимости автономных электрогенераторов на базе твердооксидных и биологических топливных элементов (ТЭ) [14]. Если на сегодня упразднением ионообменных мембран финишировала работа по модернизации щелочных ТЭ [15], то совершенствование твердооксидных топливных элементов (ТОТЭ) находится лишь в начальной стадии.

Прежде всего, осуществляется поиск путей снижения температуры реакции в ТОТЭ, что может способствовать долговечности и упразднению устройств утилизации теплопотерь.

В первую очередь ведутся работы по созданию электролитов с высокими ионопроводными свойствами на базе оксидов циркония и иттрия [16], [17]. Разрабатывают покрытия на стандартные электролиты, оксидно-кремниевые и оксидно-графитовые электроды на базе титанат стронция (SrTiO3) [18], [21]. Оснащают ТОТЭ рециркуляторами водорода [19].

Активизируются исследования по применению плазмы в качестве электролита [20] как наиболее экологичные и экономичные модернизаторы автономной водородной энергетики.

Вышеприведенные направления модернизации ТОТЭ еще не полностью решают проблему привлекательности ТОТЭ для многоотраслевого бизнеса по созданию экожилищ, экогородов и автономного электроснабжения населения, сельскохозяйственного и промышленного производства. Они не оснащены генераторами синтез-газа (CO+H2) из бытовых и сельскохозяйственных стоков и отходов как резервных источников энергии и катализаторов водорода и кислорода из воды. Известные ТОТЭ не имеют генераторов водорода и кислорода и требуют отдельных устройств, для их доставки, не имеют генераторов удобрений и не производят очистку и утилизацию воды. Биотопливные элементы [22], помимо указанных недостатков, требуют большого количества оборудования и финишных строительных сооружений для использования их на мусороперерабатывающих заводах.

Широко рекламируемые в США, Европе, Японии и Кореи электростанции на топливных элементах компаний "Bloom Energy", "Kluner Perkins Caulfield & Byers", "Google", " Amazon", "Genentech", "Nortwest Power Systems" [21] не имеют генераторов синтез-газа из бытовых и сельскохозяйственных стоков и отходов, работают на газовом и жидком привозном углеводородном топливе и не оснащены генераторами водорода и кислорода из водяных паров на случай прекращения поставок топлива. Они требуют дорогостоящую систему аккумуляции и реализации CO2, азота и систему очистки топлива от серы. Указанные электростанции по этим причинам не могут заменить традиционные ДВС, газотурбинные и паротурбинные электростанции на мусороперерабатывающих заводах без устройств газоочистки и без потребителей удобрений в виде действующих круглогодично сооружений защищенного грунта и крытых бассейнов с регулируемыми температурными и световыми режимами.

Наиболее близкими, в совокупности, прототипами изобретения являются:

1. «Реактор для получения водорода и кислорода плазмохимическим и электролизным методами». Патент RU 2291228. [24], [25].

2. «Ионный двигатель Кошкина». Патент RU 2246035 [27].

3. «Способ осуществления ядерных реакций синтеза в твердом теле». Патент RU 2022373 [20], [26]. «Плазма в качестве электролита электрохимических источников тока». Заявка Чурилова Т.И., РАН, на проведение исследований в 2012-2020 годах.

4. «Разделители парогазовых смесей» [28].

Из технических решений по патенту RU 2291228 авторов Фатеева В.В., Широкова - Брюхова Е.Ф. [24] для предлагаемого генератора электроэнергии, удобрений и питьевой воды мы используем плазмоэлектролизный способ производства водорода и кислорода с углекислотным катализатором воды. Вместо устройств подачи и рециркуляции CO2 и воды мы используем эксклюзивную конструкцию генератора рабочего газа, синтез-газа (CO+H2) и водяного пара и рециркулятор плазмы на базе ионного двигателя В.В.Кошкина [27]. По существу мы предлагаем третий способ производства водорода и кислорода, совмещенный с производством рабочего газа, который способен конкурировать, а в ряде случаев и заменить самый распространенный способом получения водорода из органического топлива.

Вместо электролизера мы предлагаем установить каскад электролизер - топливный элемент без устройств аккумуляции водорода и кислорода и без всех транспортно-складских и рефрижераторных расходов, которые помимо капиталовложений требуют энергию более 3 кВт·час на 1 куб. метр водорода, что равнозначно более чем 400% энергозатрат на весь электролизный процесс в предлагаемом генераторе.

Для создания конкурентоспособного генератора электроэнергии, удобрений и питьевой воды представляет интерес конструктивное решение ионного двигателя Кошкина В.В. (патент RU 2246035) [27].

Генератор сверхвысокой частоты рассчитан на использование любого рабочего газа. Резонатор, реактор плазмы и магнитная система способны сепарировать потоки ионов и электронов и обеспечивать рециркуляцию плазмы, тем самым ликвидировать неравновесные состояния как промежуточных, так и основных реакций производства водорода и кислорода [24].

В конструкцию ионного двигателя мы вносим следующие изменения. В реакторе плазмы мы размещаем электролизер, топливный элемент и генератор рабочего газа, в том числе синтез-газа и водяных паров с возможностью аккумуляции энергии ядерного синтеза. Выходное отверстие ионов соплового аппарата мы закрываем генератором рабочего газа из водоорганических эмульсий стоков и бытовых отходов, оснащенных мембранами для сепарации газа, с возможностью агрегатирования с генераторами водоорганических эмульсий. Магнитная система формирует контуры силовых линий, направляющие плазму на рециркуляцию по тороидальной траектории на вход реактора плазмы после прохода ее через электролизер, топливный элемент и генератор рабочего газа. Штатное устройство подачи рабочего газа упразднено. Для увеличения коэффициента полезного использования энергии корпус генератора электроэнергии, удобрений и воды на внешней стороне оснащен дополнительными термоэмиссионными, термопарными и инфракрасными генераторами электроэнергии. Данная операция выполняется по специальному заказу.

Следует отметить, что предлагаемое изобретение - электрогенератор имеет штатную илососную систему подачи стоков в генератор рабочего газа из септиков, емкостей и лагун. Этот ил содержит большое количество тяжелой D2O и сверхтяжелой T2O воды, накопленный серобактериями, насекомыми, водорослями, грибными и дрожжевыми спорами [8].

Наибольшее количество тяжелой и сверхтяжелой воды содержит ил широко распространенных технологий сбраживания и компостирования стоков с метанной системой аэрации. К тому же содержание углеводородов в иле может носить случайный характер, и зачастую генерация электроэнергии в изобретении осуществляется за счет многократной рециркуляции CO2, H2O, H2, O2.

Плазмоэлектролизный генератор энергии может самостоятельно вырабатывать некоторое количество дейтерия и трития.

В связи с этим проблема защиты конструкции от разрушительного действия реакций ядерного синтеза при воздействии дейтерия и трития в плазмоэлектролизных электрогенераторах предлагаемой конструкции становится весьма актуальной. Эту проблему решают работы НПО «Луч» [20]. Патент RU 2022373 «Способ осуществления ядерных реакций синтеза в твердом теле» Ромоданова В.А. и др. мы принимаем в качестве руководства для предотвращения режимов разрушения электродов электролизера, топливного элемента и молекулярных сит генератора рабочего газа. Параметры плазмоэлектролизных генераторов электроэнергии, обеспечивающие надежность конструкции следующие: энергия потоков плазмы должна быть на уровне 20000 1,610-19 Дж; температура электродов 700 К; скорость изменения температуры электродов не выше 0,04 Кс-1; скорость движения плазмы 2÷50 м·c-1.

Исследования, запланированные на 2012-2020 годы в РАН, позволят внести коррективы в данные параметры.

Техническим результатом изобретения является плазмоэлектролизный генератор электроэнергии, удобрений и воды из стоков и отходов с высокой экологической и экономической эффективностью автономного электроснабжения населенных пунктов, крестьянских хозяйств, армейских частей и предприятий сельскохозяйственного и промышленного производства.

Это достигается тем, что плазмоэлектролизный генератор электроэнергии, удобрений и воды из стоков и органических отходов состоит из магнитопроводного корпуса низкого давления с замкнутым на него внешними верхним и нижним кольцевыми магнитами, генератора сверхвысокочастотного излучения, открытого низкодобротного резонатора и реактора плазмы с размещенными в нем электролизером, топливным элементом и генератором рабочего газа. Интенсификация процессов электрогенерации достигается за счет рециркуляции плазмы, обогащенной энергией в генераторе рабочего газа, через электролизер и топливный элемент направленными ускоренными пучками ионов. Эжектирование ионов из зон плазмообразования, межэлектродных пространств электролизера, топливного элемента и генератора рабочего газа осуществляется объемными статическими зарядами положительного знака. Эти заряды образованы в результате ухода электронов из указанных зон по силовым линиям магнитного поля и поглощения их топливными элементами.

Генератор рабочего газа оснащен молекулярными ситами, автоматизированными патрубками подачи стоков и удаления компонентов удобрений и воды, с возможностью утилизации тепла и агрегатирования с генераторами органоводных эмульсий.

Резонатор выполнен в виде усеченного конуса, автоматически согласующего импеданс плазмы СВЧ генератора, формирующего и направляющего рабочую моду в область плазмообразования, в электролизер, топливный элемент и генератор рабочего газа.

Устройство, создающее магнитное поле, содержит магнитную систему, полюса которой разной полярности замкнуты магнитопроводом с наружной стороны реактора плазмы. Контуры силовых линий внутри реактора плазмы формируются за счет незамкнутых полюсов магнитной системы.

В реакторе плазмы, в электролизере и в топливном элементе используется только нижняя составляющая магнитного поля, образованная верхним кольцевым магнитом. Магнитное поле, образованное нижним кольцевым магнитом, используется в генераторе рабочего газа и для направления плазмы, обогащенной в генераторе рабочего газа, на рециркуляцию к плазмогенератору.

Разнополярные перфорированные электроды с катализаторами, как электролизера, так и топливного элемента, установлены в потоке действия СВЧ излучения на расстоянии устойчивости межэлектродных стоячих волн с возможностью разделения в них плазмы на ионы и электроны магнитной системой.

Автоматические устройства стабилизации режимов предотвращения цепных реакций водорода и окиси углерода и уменьшения влияния реакции холодного ядерного синтеза на надежность электродов и исключения нарушения экологических норм эксплуатации имеют стартеры и устройства изменения нагрузки на клеммах топливного элемента и теплоутилизационных электростанций.

Используются и устройства изменения подачи углеводородного сырья и удаления углекислоты и других компонентов удобрений и воды из генератора рабочего газа.

В соответствии с творческим замыслом авторов и во имя светлой памяти о святой троице гениев научно-технической революции, обеспечивавших государственную защиту развития новых физических принципов в энергетике, наше изобретение следует называть «Плазмоэлектролизные генераторы электроэнергии, удобрений и воды из стоков и органических отходов имени академика Курчатова И.В., академика Королева С.П., маршала Жукова Г.К.»

Плазмоэлектролизный генератор электроэнергии, удобрений и воды изображен на фиг.1. Плазмоэлектролизный генератор электроэнергии, удобрений и воды из стоков и органических отходов состоит из магнитопроводного корпуса низкого давления 1 с замкнутыми на него верхним 2 и нижним 3 кольцевыми магнитами, генератора сверхвысокочастотного излучения 4 открытого низкодобротного резонатора 5 и реактора плазмы 6 с размещенными в нем электролизером 7, топливным элементом 8 и генератором рабочего газа 9 с возможностью интенсификации процессов электрогенерации за счет рециркуляции плазмы, обогащенной энергией в генераторе рабочего газа 9, через электролизер 7 и топливный элемент 8 направленными ускоренными пучками ионов при эжектировании ионов из зон плазмообразования, межэлектродных пространств электролизера 7 и топливного элемента 8 и из генератора рабочего газа 9 объемными статическими зарядами положительного знака, образованными в результате ухода электронов из указанных зон по силовым линиям магнитного поля, создаваемого кольцевым магнитом 2, и поглощения их топливными элементами 8, с возможностью автоматизации режимов предотвращения цепных реакций и уменьшения влияния реакций холодного ядерного синтеза на надежность конструкции.

Генератор рабочего газа 9 оснащен молекулярными ситами 10, автоматизированными патрубками подачи стоков 11 и удаления компонентов удобрений 12 и воды 13 с возможностью агрегатирования с генераторами органоводных эмульсий.

Резонатор 5 выполнен в виде усеченного конуса, автоматически согласующего импеданс плазмы нагрузки и СВЧ генератора 4, формирующего и направляющего рабочую моду в область плазмообразования 6, в электролизер 7, топливный элемент 8 и в генератор рабочего газа 9.

Устройство, создающее магнитное поле, содержит магнитную систему, полюса которой разной полярности замкнуты магнитопроводом 1 с наружной стороны реактора плазмы 6. Контуры силовых линий внутри реактора плазмы, а также в электролизере и в топливном элементе формируются за счет незамкнутых полюсов магнитной системы и нижней составляющей магнитного поля, образованного верхним кольцевым магнитом 2. Причем магнитное поле, образованное нижним кольцевым магнитом 3, используется в генераторе рабочего газа 9 и для направления плазмы, обогащенной в генераторе рабочего газа 9, на рециркуляцию к реактору плазмы 6.

Разнополярные перфорированные электроды с катализаторами как электролизера 7, так и топливного элемента 8 установлены в потоке СВЧ излучения на расстоянии устойчивости межэлектродных стоячих волн с возможностью разделения в них плазмы на ионы и электроны магнитной системой.

Автоматические устройства стабилизации режимов предотвращения цепных реакций и уменьшения влияния реакций холодного ядерного синтеза на надежность электродов и исключения нарушения экологических норм эксплуатации имеют стартеры 14 и устройства изменения нагрузки 15 на клеммах топливного элемента 8 и теплоутилизационных электростанций, а также устройства изменения подачи стоков и органических отходов 11 и удаления углекислоты и других компонентов удобрений 12 и воды 13 из генератора рабочего газа 9.

Принцип действия плазмоэлектролизного генератора электроэнергии, удобрений и воды из стоков и органических отходов заключается в следующем. После подачи электроэнергии на плазмоэлектролизный генератор стартером 14 включается СВЧ генератор 4 и электромагнитная система 2 и 3. В результате подается энергия от СВЧ генератора 4 через резонатор 5 в реактор плазмы 6 и межэлектродные пространства электролизера 7 и топливного элемента 8 и от нижнего кольцевого магнита 3 к генератору рабочего газа 9.

В генераторе рабочего газа 9 энергия СВЧ генератора 4 и индуктивная энергия нижнего кольцевого магнита 3 превращает стоки и органические отходы в рабочий газ (H2O+CO+H2) и через молекулярные сита 10 и каналы рециркуляции подает этот газ на вход реактора плазмы 6, в открытый низкодобротный резонатор 5 и через него направляет в поток сверхвысокочастотного излучения. Таким образом, реактор плазмы 6 после ввода СВЧ энергии резонатором 5 в рабочий газ образует плазму (H2+O2+CO+H2O) и направляет ее через межэлектродные пространства электролизера 7 и топливного элемента 8 к генератору рабочего газа 9. В электролизере 7 между разнополярными электродами происходит сепарация водорода и кислорода. После прохода электролизера плазма в составе (H2+O2+CO2) направляется в межэлектродные пространства топливного элемента 8. Топливный элемент 8 превращает плазму в парогазовую смесь (H2O+CO2) и вырабатывает электрическую энергию.

Полученная газовая смесь обогащается энергией новой партии рабочего газа (CO+H2+H2O) и направляется в реактор плазмы 6 на рециркуляцию нижним кольцевым магнитом 3 при помощи конусной тороидальной поверхности молекулярного сита 10 генератора рабочего газа 9.

Интенсификация процессов производства водорода и кислорода, а вместе с этим и увеличение выработки электроэнергии, осуществляется увеличением скорости циркуляции плазмы через электролизер 7 и топливный элемент 8, уплотнением в плазме потоков ионов и электронов, повышением их энергетического потенциала. Увеличение скорости циркуляции плазмы и ее рециркуляцию обеспечивает магнитная система. Верхний кольцевой магнит 2 совместно с замкнутым магнитопроводным корпусом 1 и нижним кольцевым магнитом 3 создают направленные ускоренные пучки ионов в межэлектродных пространствах электролизера 7 и топливного элемента 8.

Ускоренные пучки ионов эжектируют из зон плазмообразования 6, из межэлектродных пространств электролизера 7 и топливного элемента 8 и из генератора рабочего газа 9. Это происходит по причине ухода электронов из указанных зон по силовым линия магнитного поля, созданного внешним магнитом 2 и поглощения электронов топливными элементами 8. В результате ухода электронов образуются ионы с объемными статическими зарядами положительного знака, обладающие большим эжектирующим потенциалом. Нижний кольцевой магнит 3 разворачивает поток электронов и направляет его к оси симметрии. Поток ионов при пересечении с потоком электронов приобретает дополнительную энергию, доходит до конусной тороидальной поверхности молекулярного сита 10 генератора рабочего газа 9. Здесь поток ионов с остатком электронов забирает рабочий газ и направляется к реактору плазмы 6. Механизм уплотнения и разделения потоков ионов и электронов в плазме подробно изложен в [27]. В предлагаемом плазмоэлектролизном генераторе этот механизм используется для уменьшения межэлектродных расстояний электролизера 7 и топливного элемента 8 до значений намного меньших длины СВЧ волны и упразднения ионообменных мембран [15], [23]. Сущность процесса приготовления плазмы заключается в следующем. Вектор электрической составляющей СВЧ электромагнитной волны и прикладываемое магнитное поле 2 в зоне плазмообразования 6 образуют ортогональную систему, в которой реализуется электрон - циклотронный резонанс. Вместе с этим в скрещенных электрических и магнитных полях происходит дрейф центра вращения электронов в направлении, ортогональном суммарному вектору перескающихся потоков энергий. В этом случае электрон, вращаясь вокруг силовых линий магнитного поля по циклотронным орбитам, дрейфует по спирали к оси симметрии системы, что приводит к увеличению траектории электронов, повышает тем самым количество столкновений с частицами, а следовательно, повышает степень ионизации рабочего газа. Затем электрон следует по силовым линиям, образованным магнитной системой, магнитные полюса которой разной полярности, замкнутые магнитопроводом 1 с наружной стороны реактора плазмы 6. Контуры силовых линий в реакторе плазмы 6, в электролизере 7 и в топливном элементе 8 формируются за счет незамкнутых полюсов магнитной системы нижней составляющей магнитного поля верхнего кольцевого магнита 2, прилегающего к резонатору 5. Нетрудно заметить, что максимальная электрическая мощность плазмоэлектролизного генератора может быть получена при условии равенства количества незамкнутых полюсов кольцевых магнитов 2 и 3 количеству анодно-катодных пар электролизера 7 и топливного элемента 8.

Рассмотренная конструкция СВЧ и индукционной системы плазмообразования обеспечивает нечувствительность плазмоэлектролизного генератора к неустойчивым электрохимическим реакциям [24] в широком диапазоне электрогенерации. Выработка рабочего газа из стоков и органических отходов выдвигает особые требования к конструкции реактора плазмы 6, СВЧ генератора 4 и резонатора 5. Конструкция должна быть «всеядной».

Это требование реализуется следующим образом [27]. Открытый четвертьволновой резонатор 5 автоматически согласует импеданс нагрузки плазмы и генератора СВЧ 4, формирует рабочую моду и направляет СВЧ излучение в область плазмообразования 6, в электролизер 7, в топливный элемент 8 и в генератор рабочего газа 9. При изменении проводимости плазмы и ее импеданса, являющегося нагрузкой открытого резонатора 5, изменяется его добротность энергии. Это позволяет использовать различные виды рабочих газов и их расход в широком диапазоне. Следовательно, для подготовки рабочих газов мы можем использовать стоки, отходы убойных цехов, водоэмульсионные растительные, древесные, угольные, торфяные, сланцевые, сапропелевые и другие органические отходы.

Автоматика поддержания режимов предотвращения цепных реакций водорода [24] осуществляет изменение СВЧ и индуктивной энергии. Алгоритмы управления учитывают следующие параметры протекания электролизно-химических реакций:

Температура плазмы <1500 К;

Степень ионизации плазмы То~0,2; 0,3 эВ;

Устойчивое соотношение углекислоты и водяных паров n=CO2/H2O=3÷10.

Помимо указанных параметров алгоритм управления плазмоэлектролизным генератором формирует параметры стабилизации следующих режимов протекания безопасных реакций:

Н+O2→ОН+O; Ео=0,7 эВ/мол; Ко=10Е-10 см3/с;

Н+O2+М→М+НО, К3=3Е-31 см3/с;

То<Eoln(Ко3·n).

В связи с возможностью появления в стоках и в других органических отходах тяжелой (D2O) или сверхтяжелой (T2O) воды [8] в плазмоэлектролизном генераторе будут возникать многокомпонентные реакции холодного ядерного синтеза под названием "LENR-CANR". В соответствии с [20] нами включены в алгоритм управления плазмоэлектролизного генератора следующие параметры протекания реакций холодного ядерного синтеза, обеспечивающие надежность электродов 7, 8 и экологическую безопасность.

Энергия потоков плазмы <20000 1,6 10-19 Дж;

Температура электродов <700 К;

Скорость изменения температуры электродов <0,04 Кс-1;

Скорость движения плазмы = 2÷50 м·с-1.

Управляющие воздействия системы автоматического управления плазмоэлектролизным генератором реализуются следующими исполнительными устройствами: устройством изменения нагрузки 15 на клеммах топливного элемента 8 и на клеммах теплоутилизационных электростанций-конвертеров; устройством изменения подачи стоков и органических отходов 11; устройствами удаления CO2 и других компонентов удобрений 12 и воды 13 из генератора рабочего газа 9.

Конкурентные преимущества плазмоэлектролизных генераторов электроэнергии, удобрений и воды из стоков и органических отходов имени И.В.Курчатова, С.П.Королева, Г.К.Жукова

Интеграция СВЧ плазмотронов 4, 5, 6 с индукционными плазмотронами 1, 2, 3, с электролизерами 7, с топливными элементами 8 и с генераторами рабочего газа 9 из стоков и органических отходов позволит получить следующие технологические преимущества. Стало возможным разрабатывать и производить плазмоэлектролизные генераторы электроэнергии широкого диапазона единичных мощностей до 1,1 МВт. По сравнению с известными мусороперерабатывающими заводами мы будем осуществлять эффективную, без дополнительных капиталовложений, переработку стоков и органических отходов в электрическую энергию, удобрения и воду в жилых помещениях и производственных предприятиях города и деревни, имеющих травяные, древесные, торфяные, сланцевые, сапропелевые и угольные водоэмульсионные углеводородные отходы.

Произведенные удобрения CO2, NO, SO, Na, K, Ca, P и другие микроэлементы являются высокоэффективными экологически чистыми удобрениями и могут напрямую подаваться из генератора рабочего газа 9 в системы аэрации водоемов и в системы полива сельскохозяйственных угодий, интенсифицируя продуктивность водорослей, рыбной продукции, пастбищных и продовольственных культур.

Удобрения в генераторе рабочего газа 9 при необходимости могут быть использованы в проточном рециркуляционном режиме в качестве аккумулятора энергии, возможно холодного ядерного синтеза, для увеличения интенсивности генерации рабочего газа из ила, стоков и органических отходов.

В генераторе рабочего газа при заборе ила из сточных каналов ферм возможно поступление аммиака NH3, который не нарушит технологический процесс и поможет реализовать технологию датской компании "Amminex" [30] по производству окислов азота и серы, как наиболее продуктивных форм азотных и серных удобрений, непосредственно в генераторе рабочего газа 9.

В конструкции плазмоэлектролизного генератора предусмотрена возможность периодического использования азота для профилактической очистки поверхностей электролизера 7, топливного элемента 8 и внутренних поверхностей корпуса 1.

Предлагаемый СВЧ плазмотрон 4, 5, 6, интегрированный с индукционным плазмотроном 1, 2, 3, позволил самым экономичным способом упразднить ионообменные мембраны, которые в известных электролизерах и топливных элементах снижают в 1,5 раза кпд и на 20-40% повышают капиталовложения [23].

Плазмотрон 4, 5, 6, 1, 2, 3 позволяет весь процесс производства водорода и кислорода завершать в генераторе рабочего газа 9, а электролизер 7 будет использован как финишный сепаратор ионов и электронов перед подачей плазмы в топливный элемент 8, что приводит к увеличению электрогенерации и ηэ+тэ.

Область максимальной производительности производства водорода и кислорода при ηэ=0,6 в СВЧ электролизерах [24], без индукционных плазмотронов 1, 2, 3 достигается при соблюдении следующих пропорций между расходом углекислоты и водяного пара CO2/H2O=3÷10. Работоспособность электролизера сохраняется при CO2/H2O=1,5÷15 при кпд электролизера ηэ=0,3÷0,6 и степени ионизации плазмы от 0,05 до 0,3 эВ. В этой связи влагосодержание ила стоков и органических отходов в генераторе рабочего газа 9, по аналогии с [24], допускается соответственно от 40% до 6,7%. Однако конструкция плазмоэлектролизного генератора допускает более чем в 1,5 раза увеличение влагосодержания сырья: ила стоков и органических отходов от 60% до 10%.

Существенным конкурентным признаком плазмоэлектролизного генератора является способность реализации следующих конверторных технологий без выброса в окружающую среду:

1 - производство только электроэнергии;

2 - производство электроэнергии и воды;

3 - производство электроэнергии и удобрений;

4 - производство электроэнергии, удобрений и воды.

Технология 1 реализуется за счет рециркуляции CO2 и H2O. Технология 2 реализуется с добавлением в генератор рабочего газа 9 стоков без ила и выпуском из него чистой воды потребителю. Технология 3 реализуется с добавлением в генератор рабочего газа ила стоков и выпуском из него удобрений потребителю. Технология 4 реализуется с добавлением в генератор рабочего газа 9 влажного ила стоков и выпуском из него удобрений и чистой воды потребителю.

Энергия извне берется только на пусковые режимы. Ее расход не превышает расход на запуск соответствующего по мощности автомобильного двигателя.

Объединенные СВЧ плазмотрон 4, 5, 6 и индукционный плазмотрон 1, 2, 3 предлагаемой конструкции позволяют более эффективно использовать неравновесные реакции и реакции холодного ядерного синтеза в электролизере 7 и в топливном элементе 8, чем аналоги [24], и полностью исключить в них режимы возникновения цепных реакций.

Плазмоэлектролизный генератор электроэнергии в технологии 1 может эффективно использоваться на транспорте, на тракторах и бульдозерах, в сельском хозяйстве на пахотных, посевных и уборочных работах, в горнодобывающей промышленности по следующим причинам.

1. Упразднение расхода углеводородного топлива, в том числе баллонного водорода.

2. Соблюдение высокого уровня экологических требований.

3. Снижение материалоемкости и трудоемкости обслуживания указанной транспортно-силовой и технологической техники при переводе ее на электропривод в процессе модернизации.

4. Значительное увеличение количества выполняемых операций многоцелевой интегральной техники сельского хозяйства, пищевой промышленности и других отраслей экономики.

5. Главное! Навсегда пройдет неизлечимая боль современного труженика. Не будут возникать следующие вопросы: Где и по какой цене взять топливо? Чем пахать и сеять, чем убирать урожай? Как не сгноить урожай? Какие будут закупочные цены на сельскохозяйственную продукцию?

Производство удобрений и технической воды для полива, в зависимости от требований заказчика, осуществляется как в режиме ионизации органики и воды, практически без затрат энергии, так и в режиме полной минерализации с 15% затратами вырабатываемой электрической энергии.

Электролизер с СВЧ плазмотроном 4, 5, 6 и индукционным плазмотроном 1, 2, 3 имеет рекордно низкий уровень потребления электроэнергии на производство водорода qн2=0,57÷0,425 кВт·ч на м3 водорода.

Для сравнения, достигнутый уровень потребления электроэнергии в плазмоэлектролизных генераторах водорода и кислорода [24] составляет 4 кВт·ч на 1 м3 водорода, а без рефрижераторных и складских энергозатрат этот показатель составляет q=0,85 кВт·ч на 1 м3 [14].

Предлагаемый плазмоэлектролизный генератор электроэнергии позволяет получить коэффициент полезного действия выше, чем на уровне 0,6÷0,75=ηэ+тэ, при ηэ=0,45-0,9. Для сравнения отметим, что кпд известных энергоблоков электролизер + баллон + топливный элемент не превышает 0,4 [14]. Генераторы "Bloom Energy", USA, на базе углеводородных твердооксидных топливных элементов имеют кпд ηтэ=0,5 [21].

Для плазмоэлектролизных электростанций, работающих на самообепечении водородом и кислородом, важным показателем конструктивного совершенства является коэффициент электроконверторной эффективности ξн, равный отношению энергии, поданной потребителю Eп=rн2·ηэ+тэ, к энергии, затраченной на производство водорода Eн2=qн2э, где rн2=3,5421 кВт·ч/м3н2. В отличие от холодильных коэффициентов в тепловых насосах xн≤3 коэффициент электроконверторной эффективности имеет значение ξн2>>3, более того из-за отсутствия барьеров Карно и Кулона он может достигать значений ξн2>10 в предлагаемой конструкции плазмоэлектролизной электростанции. Предельные значения коэффициента электроконверторной эффективности ξн2 будут определены после испытаний макетов в текущем году.

Основные технико-экономические показатели плазмоэлектролизного генератора электроэнергии, удобрений и воды из стоков и органических отходов имени И.В.Курчатова, С.П.Королева и Г.К.Жукова

В таблице приведены сравнительные показатели технического уровня известных топливных элементов и предлагаемого плазмоэлектролизного генератора электроэнергии.

№№ п/п Наименование технико-экономических параметров Единицы измерений General Electric USA [21] Bloom Energy USA [21] Плазмоэлектролизный генератор электроэнергии [24], [25], [31]
1 2 3 4 5 6
1 Кпд электростанции, ηэ+эт Относит. единицы 0,5 0,5 >0,6÷0,75
2 Коэффициент электроконверторной эффективности, ξн Относит. единицы 0 0 >3-10
3 Капиталовложения на кВт установленной мощности, Ki $/кВт 254
15 кВт на литр
7000÷8000
(в 2015 г. - 600)
609÷1015
4. Единичные установленные мощности электростанций, Ni кВт - 0,025÷800 1÷1100
5 Гарантийный срок службы до текущего ремонта электродов лет 10 10 >10
6 Тарифы на электроэнергию $/кВт·ч 0,08÷0,14 0,08÷0,14 0,08÷0,14
7 Тарифы на минеральные удобрения $/кг - - 0,1÷0,2
8 Тарифы на воду $/кг - - 0,1÷0,15
1 2 3 4 5 6
9. Удельный объем производства электроэнергии, gэ $/ч 0,08÷0,14 0,08÷0,14 0,08÷0,14
10. Удельный объем производства удобрений, gу $/ч 0 0 0,01÷0,03
11. Удельный объем производства воды, gв $/ч 0 0 0,005÷0,001
12. Удельный расход природного газа, Гi $/ч 0,044 0,044 0
13. Срок окупаемости капиталовложений, Ток год 0,9÷0,55 2,9÷5,0 0,38÷0,65

Срок окупаемости капиталовложений определяется по удельным технико-экономическим показателям из следующего выражения:

Ток=√(Ki+А·Ki)/[365·24·(gэ-Гi+gу+gвэ+Uэ)]

В приведенных технико-экономических показателях не учитываются амортизационные отчисления A·Ki, экологический эффект Ээ и снижение ущерба от повреждения электросетей - Uэ. Принято Ээ=0, Uэ=0, A·Ki=0, поскольку коэффициент амортизации А не определен. Эти показатели будут определены проектами для каждого заказчика.

Нетрудно заметить из представленных сведений, что предлагаемое изобретение «Плазмоэлектролизный генератор электроэнергии, удобрений и воды из стоков и органических отходов» имеет существенные преимущества перед электролизными электростанциями "General-Electric" и "Bloom Energy", USA.

При проектировании машиностроительных цехов будут учтены экономические показатели других областей применения этих электростанций, такие как мобильная техника для сельскохозяйственных, дорожно-строительных и горнодобывающих технологий, для предупреждения лесных пожаров, для строительства и эксплуатации глубинных скважин в пустынях и полупустынях.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Оборудование для утилизации и переработки навоза, отходов животноводства, помета с получением газа, топлива, электроэнергии. Реакторы БиоРЕКС.www.biorex.ru

2. Способ термической переработки бытовых отходов и устройство для его осуществления. Патент RU 2293918.

3. Плазменные технологии утилизации ТБО. Современное состояние и перспективы. Земский С.И. www.ecoprogressenergy.com

4. В Институте электрофизики и электроэнергетики создан плазменный мусоросжигатель. К.Куцылло. Журнал «Коммерсантъ. Наука», №4, 25.07.2011.

5. Технология и аппаратура высокотемпературного пиролиза промышленных и коммунальных отходов с использованием магнитных воздействий, www.waste.org.ua

6. Плазменно-пиролитическая переработка медицинских и биологических отходов. С.А.Дмитриев и др. ГУП МосНПО «Радон», Москва. Разработка защищена патентом 96114826 «Устройство для переработки токсичных отходов».

7. Электромобиль. Сташевский И.И. Патент RU 2361754 C1.

8. Жилищно-производственная вертикальная ферма. Жуков В.П. и др. Патент RU 2436917 C1.

9. Преобразователь тепловой энергии непосредственно в электрическую. Гришин В.К. и др. Патент RU 2074460.

10. Способ прямого преобразования тепловой энергии в электрическую и термоэмиссионный генератор для его осуществления. Смирнов Л.Н. Патент RU 2144241.

11. Предложение по использованию открытия эффекта динамической сверхпроводимости (гипотеза В. Гинзбурга о жаропрочной сверхпроводимости). М.Л.Попович и др. www.vdesyatku.biz

12. Аппарат для выработки энергии на новых физических принципах - конвертер. И.Г.Богданов. Патент RU 2203518.

13. Генераторы энергии на базе ядерного реактора А.И.Колдамасова. Андреев А.П. Патент RU 2152083.

14. Водородная энергетика и топливные элементы. Г.А.Месяц, М.Д.Прохоров. www.neuch.ru

15. Безмембранная топливная ячейка для прямого получения электрической энергии как постоянного, так и переменного тока, в том числе и из биоэлектрических процессов. www.ukrainemade.com

16. Учеными из Гарвардского университета, США, сконструирован относительно крупный тонкопленочный твердооксидный топливный элемент на базе оксидов циркония и иттрия. Сафин Д. www.science.compulenta.ru

17. Создание опытной батареи низкотемпературных наноразмерных твердооксидных топливных элементов с высокой энергетической плотностью на базе YSZ. Университет Хьюстона, США. www.parasat.com.kz

18. «Потрясающее усовершенствование» топливных элементов. Журнал Technology Review. www.energyland.info

19. Водородно-воздушный твердооксидный топливный элемент ТОТЭ с высоким КПД. Демин А.К., Зайнов Ю.П. Институт высокотемпературной электрохимии УрО РАН.

20. Способ осуществления ядерных реакций синтеза в твердом теле. Ромоданов В.А. и др. Патент RU 2022373 C1. Плазма в качестве электролита электрохимических источников тока. Чурилов Т.Н. Заявка на проведение исследований на 2012-2020 годы. РАН.

21. Электростанция на подоконнике: экологически чистый электрогенератор фирмы "Bloom Energy", USA. www.chaskor.ru

22. Водородно-кислородный топливный элемент на основе иммобилизованных ферментов. Патент RU 2229515.

23. Изобретен топливный элемент без мембраны профессором Paul Kenis. www.news.Iuc.edu

24. Реактор для получения водорода и кислорода плазмохимическим и электролизным методами. Фатеев В.В. Патент RU 2246035.

25. Атомно-водородная энергетика и технология. Сб. статей. Вып.8. Стр.100-115. В.А.Легасов и др. «Плазмохимические методы получения энергоносителей».

26. Yoshiaki A., Yue-Chanc Z. Achievement of an intense cold fusion reaction. - Fusion Technology, 1990, v.18, N1, pp.95-102.

27. Ионный двигатель Кошкина. Патент RU 2246035.

28. Исследование характеристик мембранных пароотделителей при разделении парогазовых смесей. Лагунцов Н.И. и др. Всероссийская научная конференция «Мембраны-2001».www.chem.msu.su

29. Bill & Melinda Gates Foundation. www.Gatesfoundation.org

30. Изобретено устройство для получения энергии из морской и речной воды. www.cert-energy.ru

31. Высокочастотный индукционный плазмотрон. Шамин В.И. Патент RU 2142679.

1. Плазмоэлектролизный генератор электроэнергии, удобрений и воды из стоков и органических отходов, содержащий СВЧ генератор или индукционный генератор рабочего газа и плазмы, электролизер с плазменным электролитом и углекислотным катализатором воды, водородный топливный элемент с устройствами интенсификации электролизной электрогенерации, отличающийся тем, что, с целью существенного повышения экономической и экологической эффективности автономного электроснабжения крестьянских хозяйств, воинских частей, населенных пунктов и предприятий сельскохозяйственного и промышленного производства, плазмоэлектролизный генератор электроэнергии, удобрений и воды состоит из магнитопроводного корпуса низкого давления с замкнутыми на него верхним и нижним кольцевыми магнитами, генератора сверхвысокочастотного излучения, открытого низкодобротного резонатора и реактора плазмы, с размещенными в нем электролизером, топливным элементом и генератором рабочего газа, с возможностью интенсификации процессов электрогенерации за счет рециркуляции плазмы, обогащенной в генераторе рабочего газа, через электролизер и топливный элемент направленными ускоренными пучками ионов при эжектировании ионов из зон плазмообразования, межэлектродных пространств электролизера и топливного элемента и генератора рабочего газа объемными статическими зарядами положительного знака, образованными в результате ухода электронов из указанных зон по силовым линиям магнитного поля и поглощения их топливными элементами, с возможностью автоматизации режимов предотвращения цепных реакций и уменьшения влияний реакций холодного ядерного синтеза на надежность конструкции, а генератор рабочего газа оснащен молекулярными ситами, автоматизированными патрубками подачи стоков и удаления компонентов удобрений и воды с возможностью агрегатирования с генераторами органоводных эмульсий.

2. Плазмоэлектролизный генератор электроэнергии, удобрений и воды по п.1, отличающийся тем, что резонатор выполнен в виде усеченного конуса, автоматически согласующего импеданс плазмы нагрузки и СВЧ генератора, формирующего и направляющего рабочую моду в область плазмообразования, в электролизер, топливный элемент и генератор рабочего газа.

3. Плазмоэлектролизный генератор электроэнергии, удобрений и воды по п.1, отличающийся тем, что устройство, создающее магнитное поле, содержит магнитную систему, полюса которой разной полярности замкнуты магнитопроводом с наружной стороны реактора плазмы, контуры силовых линий внутри которого, а также в электролизере и в топливном элементе формируются за счет незамкнутых полюсов магнитной системы и нижней составляющей магнитного поля, образованного верхним кольцевым магнитом, причем магнитное поле, образованное нижним кольцевым магнитом, используется в генераторе рабочего газа и для направления плазмы, обогащенной в генераторе рабочего газа, на рециркуляцию к плазмогенератору.

4. Плазмоэлектролизный генератор электроэнергии, удобрений и воды по п.1, отличающийся тем, что разнополярные перфорированные электроды с катализатором как электролизера, так и топливного элемента, установлены в потоке СВЧ излучения на расстоянии устойчивости стоячих волн с возможностью разделения в них плазмы на ионы и электроны магнитной системой.

5. Плазмоэлектролизный генератор электроэнергии, удобрений и воды по п.1, отличающийся тем, что автоматическое устройство стабилизации режимов предотвращения цепных реакций и уменьшения влияния реакций холодного ядерного синтеза на надежность электродов и исключения нарушения технологических норм эксплуатации имеет стартеры и устройства изменения нагрузки на клеммах топливного элемента и теплоутилизационных электростанций, а также устройства изменения подачи стоков и органических отходов и удаления углекислоты и других компонентов удобрений и воды из генератора рабочего газа.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к технике мусоросжигания, в частности к высокотемпературному сжиганию влажных медицинских отходов. .

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в системах утилизации отходов деревообрабатывающих производств при одновременной выработке тепловой энергии и сокращении потребления газа и жидкого топлива.

Изобретение относится к строительству и может быть использовано для переработки и утилизации городских и промышленных отходов органического происхождения. .
Изобретение относится к термохимической переработке твердого органического сырья и может быть использовано для утилизации и переработки органической части твердых производственных и бытовых отходов.

Изобретение относится к области химии. .
Изобретение относится к области переработки отходов. .

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в установках для газификации влажного топлива, в частности отходов деревообрабатывающей промышленности.

Изобретение относится к области химии

Изобретение относится к области термической переработки углеродсодержащих материалов с образованием топочного газа. Устройство для газификации сыпучего мелкодисперсного углеродсодержащего сырья и гранулированных биошламов содержит вихревую топку с камерой сгорания, устройство для нагрева камеры сгорания, загрузочное устройство, первую и вторую магистрали подачи газового потока в тангенциальном направлении в камеру сгорания, первый и второй нагнетатели. В нем выполнены устройство для создания постоянного магнитного поля, магистраль рециркуляции смеси окислителя, водяного пара, водорода и пылевидных фракций, введена магистраль рециркуляции смеси окислителя, водяного пара и водорода, образована камера розжига и стабилизации поджига, в качестве устройства для нагрева камеры сгорания в камере сгорания выполнены внешний и внутренний индукционные нагреватели, на внутреннем индукционном нагревателе образованы первая и вторая крыльчатки. Изобретение позволяет повысить эффективность и степень экологичности процесса газификации, повысить качество топочного газа. 9 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретения относятся к промышленной переработке горючих углерод- и углеводородсодержащих продуктов. Способ переработки горючих углерод- и/или углеводородсодержащих продуктов реализуют в реакторах, оснащенных температурными датчиками (18, 20). Шихту разогревают (13), подвергают пиролизу и коксованию (12), горению (11) с образованием твердого остатка (4). Пылевидные частицы и сконденсированные капли жидкостей из зоны горения (11) сорбируются жидкими углеводородными продуктами путем орошения верхней части шихты через распределительное устройство или добавлением в шихту твердых углеводородсодержащих продуктов с температурой размягчения выше 60°C и температурой вскипания выше 300°C. Установка включает реактор для переработки углерод- и/или углеводородсодержащих продуктов, узел очистки от твердых и жидких углеродсодержащих частиц циклонного типа (29) для грубой очистки, узел конденсации жидких продуктов (30), сборники-флорентины конденсатов (31) и сборник жидких углеводородсодержащих отходов (32). Между узлом очистки от твердых и жидких углеродсодержащих частиц циклонного типа (29) и узлом конденсации жидких продуктов (30) располагают дополнительный узел очистки парогазовой смеси (33), состоящий из центробежного сепаратора тонкой очистки (34) и одного циклона селективного типа (35). Сборник жидких углеводородсодержащих отходов (32) включает устройство их подачи (36) в распределительное устройство (22) верхней крышки реактора (3). Изобретения позволяют повысить качество очистки парогазовой смеси от твердых и жидкокапельных примесей до 95%, увеличить производительность процесса и упростить аппаратурное оформление. 4 н. и 16 з.п. ф-лы, 4 ил., 3 табл., 3 пр.

Изобретение относится к устройствам для газификации твердых органических топлив и может быть использовано для производства горючего генераторного газа из отходов предприятий лесного и агропромышленного комплексов. Газогенератор содержит корпус (2), газификационную камеру (1), установленную соосно корпусу с возможностью вращения относительно него, внутри газификационной камеры расположены последовательно зоны сушки, пиролиза, горения, восстановления твердого топлива, содержит патрубки для подачи сырья (4) и газифицирующего агента, установленные в торце газификационной камеры, патрубки для сбора газа (7) и золы. Внутри газификационной камеры зоны сушки, пиролиза, горения, восстановления твердого топлива расположены последовательно от центра к периферии, боковая стенка (3) газификационной камеры, расположенная в зоне восстановления, выполнена перфорированной, а полость между стенками корпуса и газификационной камеры сообщена с патрубками для сбора газа и золы. Изобретение позволяет повысить эффективность газогенератора твердого топлива и упростить его конструкцию. 3 ил.

Изобретение относится области энергетики, предназначено для утилизации отходов на предприятиях аграрно-промышленного комплекса. Техническим результатом является повышение качества сжигания подстилочного помета и продление срока использования установки для сжигания топлива. Способ включает подачу помета на расположенную в топке колосниковую решетку, механическое перемешивание помета, подачу первичного воздуха в получаемый слой и газификацию помета, причем продукты газификации поднимаются вверх полости топки, дожиг продуктов газификации, а также вредных и зловонных газов, выделившихся из помета при управляемой подаче вторичного воздуха в область дожига, расположенную вверху полости топки. При этом в межтрубном пространстве теплообменных поверхностей, расположенных внутри топки после области дожига по ходу движения продуктов газификации, обеспечивают ламинарное движение потока уходящих газов, поступающих из упомянутой области дожига. 3 н.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к способам газификации твердых видов углеродсодержащего топлива: бурых и каменных углей, сланцев и торфа. При газификации углеродсодержащих твердых видов топлива, включающей нагрев, пиролиз подаваемого в ванну с расплавленным шлаком герметичной электродной электропечи твердого углеродного топлива при пропускании через расплавленный шлак с твердым углеродным топливом газифицирующих агентов, а также пропускании электрического тока с помощью сформированной электрической цепи, включающей электроды, введенный в ванну электропечи и подину электропечи, удаление из рабочего пространства печи синтез-газа, шлака и металлического сплава, через расплавленный шлак с твердым углеродным топливом пропускают трехфазный электрический ток, величина которого определяется в соответствии с расходом твердого топлива и с учетом необходимой мощности, определяемой из выражения: P a = G ⋅ w э л 3600 ,     М В т , где G - расход твердого топлива в электропечи, кг/ч, wэл - удельный расход электроэнергии. Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение эффективности использования электрической энергии при осуществлении способа и повышение стабильности технологического процесса. 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области переработки твердых бытовых и промышленных отходов с получением в качестве конечного продукта синтез-газа. Способ разрушения углеродо- и азотосодержащего сырья включает подачу углеродо- и азотосодержащего сырья в цилиндрический корпус, нагревание его, создание разрежения во внутренней полости корпуса, вывод газа и выгрузку зольного остатка. Внутреннюю полость корпуса предварительно прогревают перед подачей сырья в канал загрузки, поступающее непрерывно из канала загрузки сырье перемещают с помощью шнека и последовательно направляют в камеру начального разложения, нагревая до температуры 120-340°C с давлением 600-500 КПа, образовавшуюся влагу и первичный пиролизный газ отводят через газоотводную сетку в камеру дожига, подавая в нее дозировано кислород в составе воздуха до получения оксидов CO, NO, далее сырье подвергают разрушению сначала в первой зоне при температуре 340-1000°C и давлении 600-700 КПа, а затем во второй зоне при температуре 1700°C и давлении 900-700 КПа, при этом разрежение в зонах регулируют изменением разрежения в трубках контура разрежения, принадлежащих соответствующей зоне, кислород в составе воздуха в ствол корпуса подают через окно зольного канала. Изобретение позволяет увеличить степень разрушения сырья. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретения могут быть использованы для утилизации твердых бытовых отходов, отходов деревообработки, сельскохозяйственного производства и пищевой промышленности, а также для переработки твердых низкокалорийных продуктов, содержащих органическую составляющую. Способ включает воздействие последовательности тепловых импульсов, передаваемых от нагреваемых электрическими импульсами нагревательных элементов (14), размещенных в пиролизной камере (3) и разделяющих ее объем на локально нагреваемые ячейки. Длительность электрического импульса составляет 0,1-1,0 секунды, а мощность выбирают для обеспечения нагрева элемента до 450-500°С. Временной интервал между электрическими импульсами выбирают таким, чтобы обеспечить остывание элемента до 200-250°С. Выход парогазовой смеси осуществляют через отверстия (6) в стенках пиролизной камеры, конденсацию - на минимально расположенных, охлаждаемых поверхностях - конденсаторах (8). Устройство содержит загрузочную емкость (1), пиролизную камеру (3), емкости для приема жидких и твердых продуктов (9, 11) и нагревательные элементы (14), подсоединенные к источнику электропитания и обеспечивающие разделение на локально нагреваемые ячейки. Боковые стенки пиролизной камеры имеют отверстия для выхода парогазовой смеси (13), и на минимально возможном расстоянии от камеры расположены конденсаторы (8). Способ и устройство обеспечивают получение топливных продуктов и химикатов, могут быть использованы непосредственно на месте переработки сырья. 2 н. и 20 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к способам переработки несортированных твердых бытовых отходов (ТБО) посредством пиролиза и газификации в печи-реакторе с целью получения горючего газа и может быть использовано для термического уничтожения ТБО, хранящихся на полигонах крупных населенных пунктов. Техническим результатом является повышение эффективности технологии переработки ТБО. Способ включает поступление твердых бытовых отходов в нижнюю часть печи-реактора, подачу в верхнюю часть печи-реактора на горелки термогаза и подогретого воздуха, последовательные сушку, пиролиз и газификацию твердых бытовых отходов. Вывод продуктов термической переработки в виде термогаза из зоны пиролиза и газификации. Используют мобильную установку печь-реактор колпакового типа со сводовыми плоскопламенными горелками, которую устанавливают сверху на порцию слоя твердых бытовых отходов. После полного термического уничтожения порции слоя твердых бытовых отходов удаляют непереработанную неорганику, мобильную установку печь-реактор устанавливают на новую порцию слоя твердых бытовых отходов. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретения могут быть использованы в сельском хозяйстве и в деревообрабатывающей промышленности. Способ термической переработки органосодержащего сырья включает загрузку сырья и его горизонтальное перемещение поршнем (2) по длине трубы через камеры конвективной сушки (3), пиролиза (4), конденсации (5). Полученные в камере конденсации (5) жидкую фракцию (18) и несконденсированные газы (17) выводят, а твердую фракцию (19) охлаждают и разгружают в камере разгрузки (6). Сырье в камере сушки (3) сушат конвективно, причем отношение n длины зоны сушки ℓ к длине зоны пиролиза L определяют как n = 0,01 W ( r + Δ r ) ( 1 − 0,01 W ) q n   Δ T n Δ T c k , где r - теплота испарения влаги со свободной поверхности, Δr - дополнительные потери тепла при сушке, кДж/кг исп.вл.; W - влажность сырья, %; qn - теплотворная способность сухого сырья, кДж/кг; ΔТn, ΔTс - перепад температур в зонах пиролиза и сушки, °C; k - отношение массы твердой фазы к массе сырья. Расход отработавшего агента сушки не превышает расход топочных газов. Устройство термической переработки органосодержащего сырья снабжено коллектором топочных газов (12), выполненным в виде кольцевой перфорированной части камеры пиролиза с живым сечением, при выполнении условия ΔPк<ΔPп, где ΔPк - потери напора в кожухе с вентилятором; ΔPп - потери напора в слое материала в пиролизной камере (4), и отсасывающим вентилятором (13) с задвижкой (14), регулирующей расход отработавшего агента сушки. Изобретения позволяют повысить интенсивность пиролизного процесса и повысить производительность устройства. 2 н.п. ф-лы, 1 ил., 1 пр.
Наверх