Шафоростов В.Я
Изобретение относится к химической технике и к тепло электроэнергетике, к получению веществ и может быть использовано для получения стекла, металлов, углерода, синтез газа с использованием в качестве топлива твердых и жидких бытовых и промышленных отходов.
После изготовления автором в 1979 году при участии засл. деятеля науки Тареева Б. М. и Багалея Ю. В первых комплексов ПК с солевым реактором, в частности, для изготовления стекло пленки и силовых конденсаторов с аномально высокими удельными характеристиками [ ж. электричество №2, 1982 г], казалось, что достаточно опустить отходы в расплав и за счет того, что коэффициент теплопроводности расплавов в 1000 раз больше, чем у газов удастся увеличить пропорционально скорость нагрева отходов, их разложения и окисления без огня и соответственно уменьшить габариты, массу и стоимость установок переработки отходов, ТЭЦ и других тепловых установок. Сделать мощные заводы карманными и дешевыми.
Но Кусок органического вещества при контакте с расплавленным теплоносителем разлагается на газы и выделяет пары. Вокруг него образуется парогазовая подушка с большим тепловым сопротивлением, которое на порядки меньше чем у теплоносителя. (Для примера капля воды на сковородке с температурой 150 оС испаряется за секунды, а с 600 оС за минуты). Даже нагрев излучением экранируется парами. Температурный парадокс при переработке отходов. С повышением температуры, даже до 10000 оС скорость и качество переработки увеличивается незначительно. Это приводит к неравномерному нагреву отходов по объему, к повышению токсичности газов и шлаков. К неполному разложению и сгоранию жидкого и твердого топлива.
Теплоноситель уносится с паром и брызгами в очистные сооружения. Это приводит к забиванию очистных устройств и трубопроводов. В солевых реакторах дорогими и сложными являются устройства для увеличения времени нахождения отходов в расплаве, для удаления шлаков и углерода без слива расплава и нарушения герметичности, а также насосы для перекачивания расплава, устройства для улавливания паров и брызг расплава и исключения их образования.
Предлагалось много вариантов ускорения нагрева отходов, в частности, в расплаве, например, в одном из американских патентов предлагалось измельчать отходы в пыль. Но при таких решениях габариты и масса установок больше, чем у известных. Поэтому начали считать, что метод экологически чистый, но дорогой для промышленного применения.
Только в результате длительной доработки и испытаний в полу промышленных комплексах ПК получен Технический результат - повышены до 3 раз эффективность переработки, снижена токсичность. Уменьшены до 3 раз габариты, масса и стоимость устройств. Доказана реальная возможность промышленного изготовления солевых реакторов.
В модернизированных комплексах ПКМ, АМК добавлены узлы для полного выделения органических веществ, удаления из них токсичных веществ и экономичной сушки. Это позволило сделать их экологическими чистыми без сложных устройств очистки газов и шлаков.
В последней модификации комплексов ПКМ-П применен разработанный автором способ, в котором все операции - нагрева сушки и измельчения сырья, ускорения нагрева, перекачивания теплоносителя, очистки газов, нейтрализации вредных веществ, использования тепла дымовых газов, проводят в реакторе. То есть способ, в котором все функции сложных и дорогих внешних устройств для его осуществления - нагреватели, блоки очистки, фильтры регенераторы, котлы-утилизаторы, рекуператоры, теплообменники, одновременно выполняются имеющимися в реакторе устройствами, без увеличения его габаритов.
В реакторе все вредные вещества, не разложившиеся вещества и диоксины, многократно улавливаются и направляются обратно на разложение. Пары и частицы тяжелых металлов улавливаются в расплаве. В результате получаются нетоксичные сплавы металлов. Соли тяжелых металлов многократно вымываются из отходов, улавливаются в расплаве и используются как рабочее тело или как сырье. На выходе реактора охлажденные до 60 оС газы вступают в реакции с реагентами и очищаются от соединений хлора и серы. Улавливаются также углеродом. Образовавшиеся соли, например, СаС12 используются как рабочее тело или как сырье.
Из реактора выходит очищенный синтез-газ и вода с солями с температурой около 60 оС. Отдельно через сопла выхода продукции через гидрозатвор непрерывно или периодически выпускают продукцию - расплавленные соли, частицы или расплавы сплавов металлов, частицы или расплав стекла. Отдельно от газов удаляется также углерод. При такой технологии нет условий для образования диоксинов, пыли, вредных выбросов и шлаков. В режиме получения углерода вообще нет выбросов и СО и СО2. Для поддержания работы реактора сжигается водород с получением дистиллированной воды.
Реактор отличается высокой надежностью и низкой стоимостью. Это достигнуто за счет того, что сырье только в зоне переработки перерабатывается при температурах до 2500 оС и кроме того в микро зонах электрических разрядов и металлотермии при плазменных температурах. Гидравлические и термические удары ускоряют измельчение сырья. Атомарные вещества, голые ионы, радикалы, катализаторы ускоряют переработку сырья. Примененные физические эффекты позволяют частично удалить парогазовые подушки, сделать прямые контакты теплоносителя с сырьем и повысить на порядок скорость нагрева сырья по всему объему. При этом температура корпуса реактора в режиме получения синтез-газа и углерода, металлов и стекла меньше 800 оС. В режиме получения жидкого топлива от 100 оС. Лишнее тепло отбирается от корпуса реактора радиаторами теплопроводностью с КПД 95%. В установках частично используется электрическое и электрохимическое топливо, которое позволяет получать сверхвысокие температуры, давления и скорости. В 1979 году моя заявка по этой технологии была использована институтом Королева.
Неорганические вещества также применяются в качестве топлива и ускорителей реакций.
Примеры. Как топливо в установку загружают железную руду и ТБО. В этом случае происходит реакция с выделением тепла. Добавка поташа ускоряет скорость реакции в несколько раз.
Fе2О3 + Н2 = 2 Fе3О4 + Н2О
Реакция проходит с дальнейшим получением чистых металлов. Наличие в зоне реакции атомарного водорода позволяет получать металлы с 600 оС.
Пример 2. Окислы, например бора и кремния реагируют в расплаве соли с выделением тепла. В этом случае происходит безгазовое горение.
Пример 3. Как топливо в установку загружают опилки металлов и руду. В этом случае Н является окислителем. Реакции идут с выделением тепла - ТіН2 -69,5, FеН2-0,84, ZnН2 - 169,3 кдж / моль. Полученные дорогие продукты применяются для хранения водорода, получения порошков и покрытий.
Получен технический результат - повышены до 10 раз эффективность переработки, снижена токсичность. Уменьшены до 10 раз габариты, масса и стоимость устройств.
Это позволяет изготавливать передвижные заводы на прицепах автомобилей. В частности, заводы по переработке бытовых отходов и нефти, по полной перегонке нефти и газа с производительностью 24 тонны в сутки на прицепе автомобиля КАМАЗ.
С производительностью до 5 тонны в сутки на прицепе легкового автомобиля.
Реальные испытания произведены На Харьковском заводе Шевченко с производительностью 24 т в сутки, передвижных заводах, Киевских опытных заводах Везде пиролиз и газификация. Получение синтез газа, углерода. Периодические испытания проводились в течение 3 лет. Малогабаритные установки, в частности, для получения высокооктанового топлива для двигателей см. фото испытываются и доводятся в разных режимах десятки лет.
Установки позволяют отопить и осветить каждый дом своим мусором. При этом выбросы меньше, чем у котлов на солярке. Получать из отходов экологически чистое высокооктановое топливо для двигателей. Обеспечить работу военной и сельскохозяйственной техники, получать металлы, производить резку и сварку металлов на бесплатном топливе - отходах.
На выходе установки происходит аномальное увеличение скорости реакций разрушения металлов и получения порошков, металлов из руд. Горсть мусора испаряет, и превращает в порошок 5 кг нержавеющей стали, с температурой кипения 3000 оС. Это происходит за счет того, что на поверхности металла образуется атомарный водород и голые ионы, которые прошивают металл, делают множество трещин. Внутри металла ионы соединяются, увеличиваются в объеме и расклинивают трещины. За счет высокой температуры при их соединении прожигаются отверстия между щелями. Образуются также легко летучие при низкой температуре карбонилы, например, никеля. И металл распыляется холодным. Не тратится энергия на нагрев, плавление и испарение металла. Затраты энергии уменьшаются, а скорость холодной резки увеличивается на порядок. И плюс бесплатное топливо и дешевые аппараты для резки.
В реакторе эффективно получаются металлы из руд и шлаков при температурах ниже 600 оС. Анализы проб исследованные в Украинской АН, показали наличие многих чистых металлов в пробах. Даже алюминий получается из глины в чистом виде без внешнего напряжения. В реакторе с большой производительностью получаются микронные порошки оксида алюминия и других огнеупоров.
Установка ПКМ с объемом реактора 20 л получает из отходов углерод синтез газ или жидкое топливо в количестве достаточном для работы легкового автомобиля. Автомобили, самолеты, трактора становятся пожаро- и взрыво-безопасными, так как в милли секунды из малогорючих органических веществ выделяются граммы водорода, метана и углерода, которые даже при взрыве не могут причинить вреда.
Установки позволяют: Получать от переработки природного газа и нефти в 5 раз большую прибыль за счет продажи углерода, водорода, тепла и электричества.
Перерабатывать их непосредственно на месте добычи или в трубе. Использовать неликвидные скважины. Нефтешламы. Получать в промышленных масштабах пар с температурой 1000 оС и давлением 100 ат.