Предлагаемый к рассмотрению скоростной сверх высокотемпературный пиролиз (ССВП) любых органических отходов (соединений) для целей получения топлива, в том числе и водорода протекает без доступа кислорода в системе сформированных конструктивным исполнение трубки Ранка-Хилша и взаимодействующих между собой двух высокотемпературных коаксиальных вихревых противопотоков один в другом.
Вихревые потоки имеют температуры уровня 3000 и 1000 градусов соответственно. Формируются одним или несколькими источниками волн детонационного горения с температурой 2000 градусов и скоростью уровня 2000 м/сек. Сам пиролиз протекает в горячем внутреннем при осевом вихревом потоке с дальнейшим центробежным обогащением продуктами пиролиза (СО, Н2) наружного относительно холодного потока. Дальнейшая сепарация водорода, т.е. удаление из обогащённого потока СО2 проходит известными способами, которые не являются предметом заявляемого.
Способ основан на следующих классических и необычных явлениях:
- Детонация в атмосферу от одного источника детонационного горения представляет собой взрыв, в котором взрывная волна распространяется со скоростью 2000-3000 м/с, температура горения достигает 3000-3500 °С
- Существуют различные типы источников детонационной энергии с частотами следования волн от нескольких герц до 1 кГц и выше. Наиболее подробно представлены в соответствующих разделах сайта vihrihaosa.wordpress.com. (Вихри хаоса.)
- Скоростной высокотемпературный пиролиз (не ССВП!) представляет собой быстрый бескислородный нагрев уровня 1000 град/сек органических соединений с одновременным разложение на простые высоко энергетические составляющие.
- Вихревой эффект (Ранка — Хилша) температурного разделения газа при закручивании в цилиндрической или конической камере при условии, что поток газа в трубке проходит не только прямо, но и обратно. Парадоксальность эффекта Ранка заключается в том, что горячие слои газа располагаются в вихревой коаксиальной противопоточной структуре — снаружи, а холодные — по центру вихря. При этом, как известно, более тёплый поток газа имеют меньшую плотность и центробежными силами должен стремиться к центру, а более холодный поток газа имеет большую плотность и, соответственно, должен стремиться к периферии. В реальности всё происходит в точности наоборот. Наиболее подробно вихревые технологии представлены в соответствующих разделах сайта vihrihaosa.wordpress.com. (Вихри хаоса.)
- Обратный вихревой эффект. В ходе экспериментальных работ с распространением сверхзвуковых аксиально-радиальных волн детонационного горения в вихревых трубках обнаружен весьма любопытный, можно назвать – обратный вихревой эффект классике Ранка – Хилша. Эффект заключается в строго противоположном нагреве внутреннего потока и охлаждении наружного потока. Более подробно об эффекте заявлено в соответствующем разделе сайта vihrihaosa.wordpress.com. (Вихри хаоса.)
Исходя из Выше изложенного предлагается детонационно-вихревой скоростной сверх высокотемпературный пиролиза любых органических отходов (соединений) для целей получения топлива, в том числе и водорода, который объединяет в одном конструктивном решении протекание всех выше поименованных явлений, а именно:
В прямоточную вихревой трубу классического исполнения тангенциально вводятся периодически следующие друг за другом волны детонационного горения, от одного или нескольких источников.
Фронт одной волны детонационного горения имеет температуру 1500-2000 градусов и скорость уровня 2000 м/сек.
В сформированный прямолинейный фронт следующих друг за другом волн детонационного горения и сжатия перед тангенциальной “воронкой” (завихрителем) принудительно вводятся органические соединения любой природы (жидкость, газ, порошок).
Распылённое органическое соединение любой природы внутри такого потоке следующих друг за другом волн сжатия/разряжения подвежено началу скоростного нагрева без доступа кислорода.
На входе в вихревую трубу формируется авто волновой высокоскоростной высокотемпературный вихревой пульсирующий поток следующих друг за другом волн детонационного горения и сжатия, который благодаря самой конструкции вихревой трубы разделяется на два коаксиальных вихревых потока с температурами на выходе уровня 3000 градусов и 1000 градусов соответственно.
Следующий этап, это непосредственно сам скоростной сверх высокотемпературный пиролиз (ССВП).
Например, пиролизу подвергается СН4 для целей получения Н2. Скоростное температурное разложение СН4 без доступа кислорода проходит исключительно во внутреннем сверх высокотемпературном вихревом потоке с уровнем температур 3000 градусов. Высокоактивные продукты скоростного пиролиза СН4, имеют большую плотность, поэтому за счёт центробежных сил обогащают внешний, так называемый “холодной” поток с температурами уровня 1000 градусов.
Обогащённый продуктами пиролиза метана (СН4) “холодный” наружный поток из вихревой трубы имеет температуру уровня 1000 градусов. В основном состоит из СО2 и высокоактивных элементов топлива CO, Н2.
“Горячий” осевой поток после выхода из вихревой трубы состоит в конечном счёте из СО2.
При этом необходимо учесть тот факт, что реакция термического разложения оксида углерода начинает протекать с температур более 2000 градусов с образованием кроме О2, высокоактивного компонента СО.
С учётом того, что при повышенных давлениях реакция термического разложения протекает более энергично и вихревой фронт состоит из следующих друг за другом волн детонационного горения и сжатия с высокими пульсациями давлений — “Горячий” поток будет также содержать высокоактивный компонент топлива, который можно сепарировать, но на этом процессе сейчас останавливаться не будем.
Настоящим предлагается адаптированный вариант конструктивного исполнения так называемого вихревого реактора ССВП (скоростного сверх высокотемпературного пиролиза) любых органических отходов (соединений) для целей получения топлива, в том числе и водорода, см. рис. № 10.14.1.
Рис. № 10.14.1. Реактор ССВП (скоростного сверх высокотемпературного пиролиза) любых органических отходов (соединений) для целей получения топлива, в том числе и водорода.
Расчёты по вихревым трубам в настоящее время известны и адаптированы для любых конструктивных исполнение такого реактора ССВП.
Заключительный этап – выделение высокоэнергетического топлива из продуктов скоростного высокотемпературного пиролиза (СВП).
Данные технологии также давно отработаны и используются в промышленности.
Для примера, рассмотрим выделение продуктов ССВП метана СН4 методом противопотока водой (под давлением).
“Холодный” поток продуктов детонационного горения кроме СО2 на выходе вихревой трубы обогащён высокоактивными компонентами H2 и СО. Имеет температуру 1000 градусов и высокую скорость. Состоит из следующих друг за другом волн давления/разряжения продуктов детонационного горения. Подача воды в противоток такому потоку в системе из нескольких циклонов аналогична сепарации СО2 под давлением. Водная очистка газа с одновременным охлаждением под давлением является в настоящее время одной из эффективной и одновременно не затратная.
В данном случае очистка потока от CO2 это процесс, протекающий в несколько стадий:
— Во-первых, происходит физическое удаление СО2 различными существующими технологиями.
— Во-вторых – одновременно проходит химическая реакция, результатом которой является дополнительный водород по схеме:
СО + H2O = CО2+Н2
ВЫВОД:
Предложенный реактор ССВП любых органических отходов представляет собой простейшую конструкцию, синтез классической вихревой трубы и источника волн детонационного горения. Результатом работы реактора ССВП является поток СО2, значительно обогащённый высокоактивными компонентами H2 и СО. При этом способы сепарации водорода (широко известны и технологичны) не являются предметом заявленного.