Термобарический способ разложения химических соединений заключается в воздействии на химические соединения мелко дисперсионной структуры сверх высокой температурой и продуктами детонационного горения топливовоздушной смеси (ТВС).
При этом нужно учитывать, что в качестве химических соединений может выступать абсолютно любые мелко дисперсионные, вязкие или жидкие химические, органические минеральные смеси в том числе и ядовитые для утилизации или получения новых продуктов.
Термобарический способ разложения любых химических соединений на простые составляющие осуществляется непосредственно во фронте детонационного горения топливовоздушной смеси (ТВС). Химические соединения мелко дисперсионной структуры вводятся непосредственно во фронт распространения детонационного горения ТВС. При этом сам фронт детонационного горения сжимается центростремительно в одной точке – в фокусе полусферического резонатора, за счёт конструктивных особенностей источника детонационного горения.
Главным достоинством такого конструктивного решения является тот факт, что фокус полусферического резонатора, т.е. центр формирования сверхвысоких температур и давлений, в котором происходит основное термобарическое воздействие на вещество непосредственно не контактирует с конструкционным материалом.
Таким образом в фокусе полусферического резонатора формируются сверхвысокие давление и температура для заявляемых целей.
При этом классические способы нагрева не способны обеспечить нужные температуры и давления для протекания термобарических процессов разложения химических соединений. Это связано с особенностью классического дефлаграционного горения, а именно в том, что при распространении дефраграционного горения фронт волны не встречает на своём пути препятствий и распространяется от зон с высоким давлением в зоны низкого давления. Распространение горения в этом случае происходит с относительно низкой скоростью, которая зависит от температуры процесса горения, и всегда ниже 2000 °С.
В отличии от классического горения — детонация в атмосферу от одного источника детонационного горения представляет собой взрыв, в котором взрывная волна распространяется со скоростью 2000-3000 м/с, а температура горения достигает 3000-3500 °С. При этом нужно учесть тот факт, что детонация не в атмосферу (расширение), а сжатие центростремительно в фокусе полусферического резонатора обеспечивает формирование на много больших температур.
Детонация представляет собой фронт расширяющихся изломов ударных волн, которые постоянно растут и сталкиваются друг с другом. В местах сталкивания изломов ударных волн возникают зоны очень высокого давления, в которых горение происходит с более высокими температурами, если бы оно происходило на границе между областью высокого и низкого давлений (как при классическом горении).
Анализ литературы открытого доступа показал, что методы термобарического разложения химических веществ на основе использования детонационного горения ни кем ещё не рассматривался.
Практические работы в области детонационного горения для интенсификации или создания новых технологических процессов в настоящее время практически не используются в промышленном производстве.
После публикаций в открытом доступе работ, связанных с гиперзвуковыми ракетами и в частности с их двигательными установками на основе управляемого детонационного сгорания топливовоздушной смеси появилась возможность использовать такие технологии в промышленности.
Исходя из выше изложенного предлагается следующее практическое решение заявляемой идеи термобарического разложения химических соединений на отдельном примере так называемой зелёной металлургии, а именно: непосредственного термобарического разложения оксида железа (железной руды) в чистое железо минуя классическое доменное производство.
Известен факте, что если оксид железа Fe (III) нагреть до температуры +675°C (точка Нееля), то произойдёт фазовый переход: антиферромагнитные свойства оксида сменятся парамагнитными. При дальнейшем нагревании до +1565°C оксид сначала расплавится, превратившись в оксид железа Fe (I), а затем при увеличении температуры начнёт разлагаться на простые вещества по схеме: 2Fe203 => 4Fe +3O2. Что нам как раз и нужно.
При этом скорость разложения будет зависеть от количества смеси (скорости её нагрева), температуры и давления. Т.е. для осуществления технологии так называемой зелёной металлургии нужно выполнить следующие условия:
- Температура более 2000 градусов.
- Сверхвысокое давление.
- Высокодисперсная структура реакционной смеси.
На этом примере следует ввести коэффициент, который бы показывал эффективность заявленного способа разложения оксида железа (железной руды) в чистое железо минуя классическое доменное производство.
Таким коэффициентом в данном примере может выступать “степень металлизации”, которая показывает объём кислорода, выделенного из оксида железа в ходе реакции термобарического разложения.
Этот показатель отражает эффективность термобарического разложения в зависимости от различных режимов работы детонационного горения и количества химических соединений и его фракционного (гранулометрического) состава.
При заданном объёме расхода мелко дисперсионной железной руды “степень металлизации” всегда будет зависеть от её гранулометрического состава, частоты следования детонационных волн, а также от количества и степени подготовки топливовоздушной смеси.
В заявленном отчёте по опытно-конструкторским работам (ОКР)коэффициент — “степень металлизации” составляла меньше процента. Это связано с тем, что ОКР проводились исключительно для подтверждения самой возможности термобарического разложения оксида железа на железо и кислород с относительно низкой частотой следования детонационных волн и т.п.
Функциональная схема заявляемого способа представлена на рис. № 8.2.1.
Рис. № 8.2.1.Схема реализации термобарического способа разложения отходов в волне детонационного горения с дополнительным сжатием
Принцип работы основан на том, что отдельно сформированная детонационная волна детонационного горения топливовоздушной смеси (источник на схеме не представлен) вводится радиально центростремительно в так называемый полусферический резонатор.
Одновременно в резонатор также радиально и принудительно подаётся в импульсном режиме синхронно с частотой детонации мелко дисперсионное химическое соединение для термобарического разложения.
В конструктивном плане диаметральные каналы ввода химического соединения представлены на рис. № 8.2.2.
Рис. № 8.2.2. Диаметральные каналы ввода химического соединения и волны детонационного горения.
Таким образом сформированная детонационная волна детонационного горения топливовоздушной смеси перед входом в так называемый полусферический резонатор имеет сверхвысокую скорость распространения и температуру. В импульсном режиме согласно отчёта температура может достигать 2500-3000 градусов. Это значение относится к классической детонационной волне. При этом, как было заявлено выше — она ещё дополнительно центростремительно сжимается в фокусе полусферического резонатора.
Исходя из выше изложенного можно предположить, что температура и давление в таком фокусе будет ориентировочно в 2 и более раза выше, примерно– 4000-5000°С. Этого вполне достаточно для целей заявляемого.
Практические работы по заявляемому.
На примере проверки возможности термобарического разложения оксида железа (так называемая зелёная металлургия) заявленным способом провёл эксперимент с добавлением во фронт детонационного горения мелко дисперсионного порошка оксида железа. Был приобретён порошок железного сурика, который не обладает магнитными свойствами.
Взял мелкоячеистую сетку. Согнул в кольцо и окунул край в порошок оксида железа, см. рис. № 8.2.3.
Рис. № 8.2.3. Сетка ввода оксида железа в волну детонационного горения.
Сетка ввода оксида железа в волну детонационного горения детонационной горелки размещена внутри полусферичсекого резонатора, см. рис. № 8.2.4.
Рис. № 8.2.4. Установка сетки ввода оксида железа в волну детонационного горения детонационной горелки.
Для сбора продуктов детонационного горения использовал трубу из нержавейки с зеркальными внутренними стенками.
Инициировал детонацию. И так многочисленное число раз, см. рис. № 8.2.5.
Рис. № 8.2.5. Распространение волны детонационного горения в патрубок сбора продуктов горения.
Затем пыль с внутренних стенок трубы была собрана и проверены её магнитные свойства. Собранная пыль продуктов детонационного горения проявляет магнитные свойства.
Это подтверждает, что происходит термобарическое разложение не магнитного оксида железа до чистого железа.
На основании таких работ и предлагается заявленный выше термобарический способ разложения любых химических соединений на простые составляющие непосредственно во фронте детонационного горения топливовоздушной смеси (ТВС).
ВЫВОД:
Заявленный термобарический способ с достижимыми температурами в зоне реакции в 3000 — 4000°С и сверхвысоким давлением способен наиболее эффективно проводить химические реакции температурного разложения химических соединения на простые составляющие. Степень эффективности в этом случае зависит всегда от гранулометрического (фракционного) состава, частоты следования и объёма детонационных волн. При этом нужно учитывать, что в качестве химических соединений может выступать абсолютно любые мелко дисперсионные, вязкие или жидкие химические, органические минеральные смеси в том числе и ядовитые для утилизации или получения новых продуктов.