Способ получения водорода, окиси углерода и других продуктов, пригодных к дальнейшему использованию, и установка для его осуществления

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (s»s С 10 J 3/46, 3/66, 3/48

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ CCCP) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

Ф

На фиг. 1 схематично показана машина, используемая для реалйзации этого процесса; на фиг, 2 — общий вид установки, в кото-, рой используется машина по данному изобретению; на фиг. 3 — в укрупненном масштабе деталь:на фиг. 2.

В соответствии со способом по данному изобретению предусматривается ввод обрабатываемого материала в дезинтегратор

1, где этот материал подвергается действию кислородоводородного пламени 2, обеспеДанное изобретение относится к способу и устройству для преобразования горю:чих загрязняющих - веществ или отработанных материалов в чистую энергию и пРодукты, пригодные к дальнейшему использованию, Целью данного предложения является обеспечение возможности полной переработки исходного сырья при сохранении чистоты окружающей среды.

1 ...;...:... 2 . (86)PCT/ЕР 88/00478 (27,05,88) . обработке при 1200 — 1600 С в присутствии ф1) 4742650/04..., .. углеродистого материала. Продукты про(22) 27.11.89... цесса охлаждают. Способ реализуют на ус{46)2304.93, Бюл. М15: ..:тановке, включающей дезинтегратор с ф:1) 41606 A/87 ...: .:: высокотемпературным кольцом для кисло. 3ф28..06.87.. ... родно-водородного пламени, работающем

-3) IT.: ... - ::::: при 1600 — 2400 С; соединенный с водным p6) Валерио Тогнаццо (IT)... : - .сепаратором для резкого охлаждения всех ф4) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ;ВОДОРОДА„: полученных.продуктоа до.1200-1600 С

ОКИСИ УГЛЕРОДА. И ДРУГИХ ПРОДУК- и отделения инертных продуктов от пара и

708, ПРИГОДНЫХ К ДАЛЬНЕЙШЕМУ ИС- газообразных продуктбв, соединенным с усббЛЬЗОВАНЙИО,."И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО тройством, содержащим углеродистый маОСУЩЕСТВЛЕНИЯ:.;: . : ;:. териал, и соедийенный с ним холодильник ф7) Сущность изобретения: водород, окись.. для охлаждения продуктов процесса. Высоутлерода и другие продукты. пригодные к котемпературное копьедля пламенидезин-дзльнейшему использованию, получают пе- тегратора окружено . огнестойким, ::феработкой горючих загрязняющйх веществ материалом, и исходное сйрье продавливаpi отработайных материалов в безводной ат- ется между ним и копьем при помощи т ол-

-.«иосфере при 1600 —:. 2400ОС. Полученные кателя, Устройство, содержащее

-.ä áäóêòû резко охлаждаются. водой до углеродистый материал, расположено кон1200 — 1600ОC.ñ отделением инертйых про- центрически снаружидезинтегратора, и оба дуктов от пара и газообразных продуктов. онисоединенысрасположейнымвнизуводПар и газообразные продукты подвергают ным сепаратором. 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 3 ил..

1811535 чивающего полное термическое разложение для извлечения горючих газов, негорючих газов и инертных материалов, Из дезинтегратора 1 выходит смесь, в состав которой входят в основном двуокись углерода, водород,моноокись углерода, водяной пар и жидкие отходы, Все это падает в водную массу 3, которая превращает жидкие отходы в инертные материалы и в то же время нагревается, в результате чего пол- 10 учают пар, Инертные материалы извлекают и используют для различных назначений (например в строительстве), тогда как. газы, смешанные с паром, поступают в фильтртермореактор 4, где содержится углероди- стый материал.

В нем углерод реагирует с водяным rt3pcIM с образованием монооксида углерода и водорода, и кроме того, очищает и преобра- 20 зует иные газы. Так как углерод реагирует эндотермически, то необходимое для реакции количество тепла поступает от дезинтегратора 1, Из фильтр-термореактора 4 выходят во- 25 дород; моноокись углерода и другие полностью утилизируемые газообразные продукты.

Затем эти газы охлаждаются с помощью теплообменника, и после очистки и обога- 30 щения паром они подаются в конвертер 5, где моноокись углерода и пар в присутствии подходящего катализатора преобразуется в двуокись углерода и водород, охлажденные до 200.ОС, 35

Далее двуокись углерода отверждается охлаждением до -70 С, тогда как водород, прошедший фильтр 6, можно использовать в топливных ячейках для получения электроэнергии. 40

Если в конвертере 4 применить другие катализаторы, то можно превращать моноокись углерода и водород в метан либо соединять водород.с азотом и получать аммиак.

Предлагаемый способ можно с успехом 45 осуществлять при помощи устройства, схематично изображенного на фиг. 1, 2 и 3.

Из этих рисунков видно, что устройство по данному изобретению состоит из дезинтегратора 1 с кислородно-водородным пла- 50 менем 2, к которому по трубе подаются раздробленные, рассортированные, высушенные и т, д, отходы.

Часть упомянутой трубы 3 проходит между двумя ртутными клапанами 4 и 5.

У ртутных клапанов имеется цилиндрический корпус 6, сверху которого находится гидравлический поршень 7, управляющий

"крышкой" 8, осуществляющий закрывание в выходных трубах 9,9.

Герметизирующая "крышка" 8 частично погружена в ртуть 10, заключенную в промежуточном пространстве 11, соединенном с расширительной камерой 12, У входной трубы 3 имеется наклонная задвижка 13, управляемая гидравлическим поршнем 14, тогда как сверху находится выступ 15, который служит для защиты пространства 11 во время работы..

Между ртутными клапанами 4, 5 у верхней части трубы 9 находится воздушный всасывающий насос 16, и, кроме того, с внутренней областью дезинтегратора 1 по трубе 17 соединяется всасывающий насос

18.

Под вторым ртутным клапаном 5 находится труба 9, которая служит для входа в дезинтегратор 1.

Дезинтегратор 1 выполнен из огнестойкого материала имеет по существу сводчатую форму. его свод .19 подпирает множество гидравлических поршней.20, ко-.: торые воздействуют на тороидальный толкатель 21, находящийся внутри дезинтегратора 1, и высокотемпературное

"копье" 22.

Толкатель 21 перемещается соосно с копьем 22 вдоль него, причем концевой участок копья размещается у внутренней кольцевой горловины 23 дезинтегратора 1.Дно 24 дезинтегратора 1 имеет чуть вогнутую форму для удержания некоторого количества жидкого материала, и, кроме того, в нем имеется по центру отверстие 25 для прохода продуктов, получаемых при распаде, и внутренний змеевик 26, соединенный с теплообменником, Дезинтегратор 1 размещается внутри фильтра-термореактора 27, имеющего по существу цилиндрическую форму, внутри него содержится углерод.

Для заполнения у фильтра-термореактора 27 имеется труба 28, у которой на конце находятся два ртутных клапана, идентичных уже упоминавшимся клапанам 4, 5.

Фильтр-термореактор 27 размещается соосно внутри холодильника 29 аналогичной формы, где находятся два соосных водных слоя 30, 31, получаемые за счет двух кольцевых отверстий в крышке 32 холодильника 29.

У кожуха есть две кольцеобразные концентрические стенки 33, 34; где содержится вода; кроме того, они служат для конденсации пара, поступающего через расположен-. ный по периметру промежуток 35 упомянутого холодильника 29 из заполненного водой резервуара 36 расположенного у основания упомянутых концентрических конструкций.

1811535

В резервуаре 36 находится змеевик 37, соединенный с теплообменником (не показан на рисунках). Для удаления иэ устройства материала, попадающего на дно резервуара 36, служит лента транспортера

38.

Место выхода ленты транспортера 38 размещается между двумя ртутными клапанами, идентичными с ранее упомянутыми.

Труба 39, расположенная у основания холодильника 29, соединяет его с конвертером 40, выполненном из нескольких концентрических секций 41, в каждой из которых размещается особый катализатор в зависимости от того, какой газ следует получать на выходе. У секций 41 имеются водные инжекторы (не показаны на рисунках) и заполнительные приспособления 42 для соединения с загрузочной трубой 28, У оснований секций 41 конвертера 40 также имеются приспособления 43 для выгрузки, Конвертер 40 соединен трубой 44 с замораживателем 45, охлаждаемым посредством змеевика 46, соединенного с типовым тепловым насосом, не показанным на рисунках, у его основания предусмотрены толкатели 47 для выгрузки по склону 48 льда и отходов от реакции.

У нижнего конца склона 48 находится лента 49, она служит для транспортировки льда со склона 48 эа пределы машины.

Мороэильник 45 соединяется с самоочистительным водородным фильтром 50, который в свою очередь сообщается с внешним пространством по трубе 51, снабженной ртутным клапаном 52, идентичным с теми, что уже описаны выше.

Все это в целом заключено в кожух 53, заполненный какими-либо инертными газами, например диоксидом углерода с тем, чтобы избежать утечек воздуха внутрь машины и гарантировать ее безопасность.

Устройство по данному изобретению действует следующим образом: по трубе 3 к ртутному клапану 4 подается по возможности обработанный, раздробленный, рассортированный и,высушенный материал, На протяжении заранее установленных интервалов гидравлические поршни 7 поднимают крышку 8, в результате чего открывается отверстие в трубе 9, и ртуть 10, переливается в камеру i2, стекает назад в промежуток 11, Как только крышка 8 полностью поднимается, наклонная задвижка 13, управляемая гидравлическим поршнем 14, начнет двигаться вниз. Выступ 15 сверху задвижки

13 закроет ту часть промежутка 11, которая в противном случае будет заполнена материалом, поступающим через клапан 4, По прохождении заданного количества материала задвижка 13 снова закрывает трубу 3, тогда как крышка В закрывает трубу

9, После этих двух этапов приводится в действие насос 16, находящийся сверху трубы

9, он откачивает воздух, проникающий через клапан 4 вместе с обрабатываемым материалом, 5

Как только в трубе 9 восстанавливается вакуум, открывается ртутный клапан 5 при помощи такого же механизма, что клапан 4, и материал по трубам 9 поступает в деэинтегратор 1.

Когда клапан 8 открыт, в трубу 9 могут попасть какие-либо газы из деэинтегратора

1, однако они откачиваются и направляются назад в дезинтегратор с помощью всасывающего насоса 16 по трубе 17.

Материал, накопленный внутри дезинтегратора 1, транспортируется с помощью тол кателя 21 через кольцевую горловину 23, где он уплотняется, 25 На этом этапе материал входит в контакт с высокотемпературным подъем 22, Qxлаждает его и действует в качестве затычки для расположенной ниже камеры деэинтегратора 54.

В резул ьтате частично и редуп реждает30 ся утечка газа, а верхняя часть деэинтегратора 1 защищается от действия теплового излучения от кислородно-водородного пламени, температура которого достигает примерно 2000 С.

Уплотненный материал поступает через горловину 23, и благодаря особой форме кислородно-водородного пламени 2, полученной за счет наклона питающих труб, четыре раза подвергается разложению, в

40 первый раз в головной части пламени, а второй, третий и четвертый раз в хвостовой, что показано пунктиром на фиг. 1.

Часть разлагаемого материала собирается у основания 10 дезинтегратора 1 и тем самым экранирует его от прямого контакта с пламенем.

Из горловины жидкий материал и газы попадают в заполненный водой резервуар

36, где с помощью змеевика 37 поддержи50 вается постоянная температура, Осаждаемые в воде 36 твердые вещества удаляются при помощи ленты транспортера 38 и выгружаются наружу.

В результате охлаждения водой продук55 тов распада возникает пар, смешивающийся с имеющимися там газами; диоксидом углерода, монооксидом углерода и т. д. По трубе 55, ведущей в фильтр-термо реактор 4, эти газы попадают в последний, заполнен1811535 ный углеродистой массой через трубу 28.

Благодаря теплоте, поглощаемой из дезинтегратора 1, углерод в фильтре-термореакторе 4 реагирует с газами, в результате получаются. монооксид углерода и водород 5 при дальнейшей очистке других газов.

Полученные при этом гази проходят по трубе 56 в охладитель 29, где они следуют . через водные слои 30, 31, охлаждаются, стабилизируются и очищаются при сбаланси- 10 ровании отношения Н20 к СО, Охлажденные и обогащенные водой газы поступают к конвертер 40, в колоннах которого имеются слои различных катализаторов, при этом первый слой состоит иэ 15

Ге Оз-Cr 03, а второй и третйй из Си-2п0-А1зОз.

Из-за того, что в первом слое протекают экэотермические реакции, температура газов поднимается до 450 С; прежде чем по-. 20 дать газы ко второму уровню, их охлаждают до 180 С при помощи воды.

На втором уровне температуру газов поднимают до 250 С; за счет промежуточного водяного охлаждения температура по- 25 ступления на третий уровень опускается до

200 С,.

Обогащенные водородом газы выходят из последнего уровня при 220ОС и поступают в мороэильник 45, где их температура 30 опускается примерно до — 70 С.

В морозильнике 45 диоксид углерода переходит в сухой лед и удаляется толкателями 47.

Чистый водород,"единственный остав- 35 шийся газ проходит через фильтр 50 и ртутный клапан 52, после чего подается наружу устройства для использования по назначению, Следующий пример служит для даль- 40 нейшего пояснения изобретения, Через трубы 3., 9 и 9 в дезинтегратор за 1 ч поступает 780 кг городских и промышленных оrходов такого состава: углерод 44,46 / 45 водород 9,89 азот 1,62 кислород 35,84 сера .. 1,33 хлор 0,83 / 50 другие элементы 6,03, Для поддержания кислородно-водородного пламени 2, осуществлявшего термическое разложение, за час использовалось 526

Kr 02 и 287 Kr воды. 55

Чистый кислород, необходимый для питания пламени, поступал от особой внешней генераторной станции, находящейся за пределами машины, тогда как водород вырабатывался самой машиной.

На выходе из дезинтегратора 1 после частичного испарения воды, заключенной в охладительном резервуаре 36 имелся обьем газа в 2598 нм /ч при 1400 С, имевший.следующий состав:

СО . 22,3 водород 44,4

СО 2,3

НгО 29о .другие ничтожно малое количество

В водном резервуаре 36 осело за 1 ч 65 кг инертных твердых отходов.

Имело место полное термическое разложение без образования углеродной сажи.

Благодаря высокой внутренней температуре дезинтегратора 1 (2000 С) и применению огнестойких материалов эа час возможна термическая регенерация 50 000

Ккал, Через трубу 55 в фильтр-термореактор.

4 поступило 2598 нм /ч газа; эти газы проз реагировали с 238 кг/ч кокса, при этом за час получилось 3023 нм газа следующего з состава:

С0 32,8 водород 56,2

Н20 11 о/ другие ничтожно малое количество.

До поступления в конвертер все это количество газа было стабилизировано и охлаждено от 800 до 380 С, В процессе охлаждения было использовано 607 кг/ч воды и 1098 кг/ч пара до восстановления баланса в отношении HzO/СО.

Обогащенный водой газ в количестве

3467 нм /ч при температуре 380 С поступал в первый слой конвертера 40, где содержался катализатор FegOg-СггОз, в котором шла экзотермическая реакция с повышением температуры до 450 С,;" До поступления на второй слой, где содержался катализатор Cu ZnO-AlzOzтаэ при помощи воды охлаждался до 180 С.

Во втором слое катализаторов температура газа поднялась до 250ОС; за счет применения процесса внутреннего охлаждения,: обеспечивающего рег.енерацию 9.4 000

Ккал/ч, температура на входе в третий уро.вень была доведена до 200 С, Из конвертора 40 вышло 5145 нм /ч при

220 С со следующим составом; . водород 49,8

СО 20 о

Hg0 28

Из конвертера 40 выходит обогащенный водородом газ при температуре 220 С и поступает в мороэильник 45 для охлаждения до-70 С.

На дно морозильника 45 выпадает 2077 кг/ч СО в форме льда, его удаляет лента

1811535

10 транспортера 49. В этом же морозильнике

45 регенерируется 229 кг/ч водорода, из которых и дезинтегратору 1 для кислородно-водородного пламени 2 поступает 66 кг/ч, а 163 кг/ч поступает для внешних нужд, К примеру, если этот водород использовать в топливной ячейке, то можно получить примерно 2600 КВт/ч.

Из всего сказанного ясно, что способ по данному изобретению и устройство для его реализации обладают рядом преимуществ, среди которых получение большого количества чистой энергии, полная регенерация вторичных материалов, максимальная безопасность, отсутствие загрязнений, быстрая композиция затрат на изготовление, возможность преобразования данной машины в высокоэффективную двигательную незагрязняющую систему, использование в качестве очистительной машины.

Формула изобретения

1. Способ получения водорода, окиси углерода и других продуктов, пригодных к дальнейшему использованию, включающий высокотемпературную переработку горючих загрязняющих веществ и отработанных материалов в безвоздушной атмосфере, обработку полученных продуктов при повышенной температуре в присутствии углеродистого материала и охлаждение продуктов процесса, отличающийся тем, что, с целью обеспечения полной переработки исходного сырья при сохранении чистоты окружающей среды, высокотемпературную переработку исходного сырья ведут при 1600 — 2400 C и после высокотемпературной переработки все полученные продукты подвергаются резкому охлаждению до 1200 — 1600 С с отделением инертных продуктов и подачей на дальнейшую обработку пара и газообразных продуктов.

2, Установка для получения водорода, 5 окиси углерода и других продуктов, пригодных к дальнейшему использованию, включающая устройство для высокотемпературной переработки горючих загрязняющих веществ и отработанных

10 материалов в безвоздушной атмосфере, устройство, содержащее углеродистый материал йсоединенным с ним холодильник для

Охлаждению продуктов процесса. о т л и ч а. ю щ а я с я тем, что, с целью обеспечения .

15 полной переработки исходного сырья при сохранении чистоты окружающей среды, в качестве устройства для высокотемператур ной переработки установка содержит дезинтегратор с высокотемпературным копьем

20 .для кислородно-водородного пламени, работающим при 1600 — 2400 С, соединенный с дополнительно содержащимся воздушным .сепаратором для резкого охлаждения всех полученных продуктов до 1200 — 1600 С и

25 отделения инертных продуктов от пара и газообразных продуктов, соединенным с устройством, содержащим углеродистый материал.

3. Установка по и. 4; отличающаяся

30 тем, что содержит дезинтегратор, высокотемпературное копье для пламени которого окружено огнестойким материалом, и исходное сырье продавливается между ним и копьем при помощи толкателя, 35 4. Установка по и. 4, отличающаяся тем, что устройство, содержащее углеродистый материал, расположено концентрически снаружи дезинтегратора, и оба они соединены с расположенным внизу водным

40 сепаратором.

1811535

1811535

Составитель Н.Богданова

Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор А.Мотыль

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 1463 Тираж Подписное

ВНИИПЙ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5