Термобарический способ разложения химических соединений заключается в воздействии на химические соединения мелко дисперсионной структуры сверх высокой температурой и давлением 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 детонацией смеси в фокусе полусферического резонатора, состоящей из топливо-окислитель и мелко дисперсионных химических соединений. Химические соединения мелко дисперсионной структуры вводятся непосредственно в подготовленную для детонационного горения топливовоздушную смесь.
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 химические вещества 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 и технологии её сверх 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.
Функциональная схема заявляемого способа термобарического способа разложения химических соединений детонационно-резонансным горением совместно с топливовоздушной смесью в фокусе полусферического резонатора представлена на рис. № 8.3.1.
Рис. № 8.3.1. Схема реализации способа термобарического способ разложения отходов в волне детонационного горения.
Принцип работы основан на том, что химические соединения вводятся в готовую для детонации топливовоздушную смесь (ТВС), смешиваясь с ней. Затем происходит инициация детонации и центростремительное сжатие детонационной волны в фокусе полусферического резонатора с резким увеличением температуры и давления. В фокусе полусферического резонатора протекают термобарические процессы разложения химических соединений на простые составляющие.
ЭКСПЕРИМЕНТ
На примере проверки возможности термобарического разложения оксида железа (так называемая зелёная металлургия) заявленным способом провёл эксперимент с добавлением в готовую для детонации топливовоздушную смесь (ТВС) 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. № 8.3.2.
Рис. № 8.3.2. Сетка ввода оксида железа в волну детонационного горения.
Для сбора продуктов детонационного горения использовал трубу из нержавейки с зеркальными внутренними стенками.
Инициировал детонацию. И так многочисленное число раз, см. рис. № 8.3.3.
Рис. № 8.3.3. 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 сверхвысокими температурами и 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.