Плазменный реактор для утилизации нефтяных шламов

Плазменный  реактор для утилизации нефтяных шламов

 В процессе  добычи и переработки нефти  образуются токсичные нефтяные  отходы  
(шламы), содержащие в своем составе тяжелые нефтепродукты (асфальтены, смолы, масла и др.),  
механические примеси (ил, глину, песок) и воду. Существующие традиционные термические  
методы обезвреживания таких отходов имеют низкую производительность и приводят к  
образованию различных токсичных органических соединений.     

 Хотя в общем шлам  является горючим материалом, но  в обычных условиях его горение  не  
эффективно. Ниже описан реактор, который позволяет повысить эффективность горения путем  
того, что шламы сжигаются в условиях высоких плазменных температур. Суть работы установки  
в том, что шлам горит в специально созданном плазменном факеле, который генерируется  
высокочастотным (ВЧ) плазмотроном. Этот факел позволяет повысить исходную температуру в  
зоне горения. Тогда в эту зону оказывается возможным подавать не топливо в виде шлама, а так  
называемую водотопливную композицию (смесь шлама и диспергированной воды). Пары воды  
при повышенных температурах являются эффективным окислителем, который, в отличие от  
воздуха, при горении не образует токсических газов.     

 В целом реактор  можно условно разделить на  три функциональных блока: 1) генератор  
плазмы на основе ВЧ разряда; 2) система приготовления водотопливной композиции и подачи  
композиции в плазменный факел; 3) система съема тепла, выделяющегося при горении, и выхода  
выхлопных газов. Ниже представлено краткое описание и принцип работы.     

 На рис. 1 показано схематическое  устройство генератора плазмы. Плазма  поддерживается  
в так называемом одноэлектродном ВЧ разряде. Разряд зажигается от источника питания 1 с  
частотой питающего напряжения 13.56 МГц и с максимальной мощностью источника 60 кВт.  
Плазменный факел образуется внутри кварцевой трубы 5 длиной около 1 метра и внутренним  
диаметром 50 мм. Типичный расход воздуха для питания разряда от 1 до 3.5 г/с, а максимальная  
температура газа на выходе составляет 3800 К. Выходная область факела является зоной, куда  
подается водотопливная композиция и где осуществляется горение.     

 На рис. 2 показано схематичное  устройство всей установки вместе  с плазменным  
генератором, системой приготовления водотопливной композиции и системой съема тепла и  
выхода выхлопных газов. Здесь нефтяной шлам забирается из накопителя с помощью насоса 7.  
Далее происходит смешивание шлама с водой в камере 3, и приготовленная композиция с  
помощью специальных форсунок подается в зону плазменного факела. Выхлопные газы через  
трубу и не сгоревшие механические примеси поступают через трубу 6 в узел мокрой очистки  
(УМО) и далее в атмосферу.     

 При разработке  реактор был испытан в различных  режимах при разных составах  горючих  
смесей. На основе этого был создана пилотная установка, пригодная для работы в полевых  
условиях. На рис. 3 показана фотография накопителя нефтяного шлама, из которого  
осуществлялся его забор в установку. Установка расположена внутри вагончика, и ее фотография  
при работе показана на рис. 4.     

 Типичный  состав нефтяных шламов, которые  подвергались сжиганию, представлен  в  
приводимой ниже таблице. Здесь показан состав вблизи поверхности накопителя и на дне  
накопителя. При работе установки происходит смешивание шлама со дна и с поверхности, и  
получаемая смесь подается в систему приготовления водотопливной композиции.

Таблица 1. Состав нефтяных шламов в накопителе.

В целом, рабочие  характеристики пилотной установки  сводятся к следующим.

* Общая потребляемая мощность:     100 кВт 
* Мощность потребляемая плазменным генератором:  до 60 кВТ 
* Мощность, рассеиваемая в плазменном факеле:   до 40 кВт 
* Тепловая мощность, выделяемая при горении шлама:  около 2 МВт 
* Поток водотопливной композиции:    1 м3/час 
* Содержание воды в композиции:     (40 ? 60) % 
* Максимальная температура факела:    3800 К  

 Таким образом, реактор позволяет осуществлять полное сжигание шламов при малом  
содержании в в выхлопных газах вредных выбросов. При этом тепловая мощность, затрачиваемая  
выделяемая при сжигании, примерно в 20 раз превосходит полную затрачиваемую электрическую  
мощность установки. Это значит, что устройство может быть полезным источником тепла.

 
  
Рис. 1 Схема плазменного генератора. 
1 ? высокочастотный генератор ВЧГ8-60/13; 2 ? водоохлаждаемый медный электрод;  
3 ? узел ввода плазмообразующего и охлаждающего газа; 4 ? водоохлаждаемый корпус ВЧ  
факельного плазмотрона; 5 ? кварцевая разрядная камера ВЧ факельного плазмотрона; 6 ? слив  
охлаждающей воды; К ? компрессор; М1,М2 ? манометры; Р1?Р4 ? ротаметры для регистрации  
расхода газа; В1?В9 ? вентили.

Рис. 2. Схематическое изображение модуля для плазменной каталитической очистки. 
1 - корпус ВЧ плазмотрона, 2 -корпус устройства распыления водотопливной композиции, 3 -  
корпус системы приготовления водотопливной композиции, 4, 5 - датчик температуры, 6 -труба  
для вывода выхлопных газов.

http://www.npdelita.ru/content/view/32/62/index.html

Рис. 3. Фотография накопителя нефтяного шлама.

Рис. 4. Фотография реактора для утилизации нефтяных шламов.