Проведены термодинамические расчеты газификации типового бурого угля (ТБУ) в среде высокотемпературного газифицирующего агента (ВГА) с определением равновесного состава получаемого энергетического газа (ЭГ) при различных массовых соотношениях уголь-ВГА, температурах и давлениях газификации. Получены оценки минимальной доли получаемого ЭГ, требуемой для самозапитки импульсно-детонационных пушек, при различных массовых соотношениях уголь-ВГА и давлениях газификации. Показано, что сухой ЭГ, получаемый при массовом соотношении уголь-ВГА, приблизительно равном 0,53, и температуре продуктов газификации не менее 2000 К (давление газификации практически не влияет на равновесный состав), обладает низшей теплотой сгорания 12,8 МДж/кг и концентрацией водорода около 30 %(об.), что обеспечивает возможность самозапитки пушки: массовая доля сухого ЭГ, необходимого для самозапитки, не превышает 42%.

Продолжена работа по развитию технологии импульсно-детонационной пушки (ИДП) для конверсии органических отходов в синтез-газ в двухкомпонентной среде ультраперегретого водяного пара (УПП) и диоксида углерода, полученной в результате импульсной детонации смеси природный газ -кислород с рабочей частотой 1 Гц. Проведены экспериментальные исследования на конвертере отходов с проточным реактором объемом 40 дм21 и двумя ИДП суммарным объемом 2,4 или 3,2 дм21 , что приблизительно в 6 и в 4,5 раз меньше, чем в предыдущих исследованиях. Цель исследований состояла в поиске таких конструктивных и режимных параметров конвертера жидких органических отходов, при которых продукты газификации содержали бы минимальное количество СО2 при работе конвертера с частотой 1 Гц. В качестве отходов использовалось отработанное машинное масло. Показано, что по сравнению с экспериментами, проведенными ранее при более высокой средней температуре стенки реактора-газификатора и при использовании ИДП значительно большего объема, содержание Н2, СО, СН4 и CO2 в синтез-газе практически не изменилось, однако экономичность процесса газификации существенно повысилась: с помощью 1 г природного газа удалось газифицировать до 4 г сырья. Показано, что определяющую роль в процессе газификации жидкого сырья играет время, в течение которого сырье пребывает в ИДП, а не в самом реакторе-газификаторе. Определены минимальное отношение между расходами УПП и жидкого органического сырья, минимальное отношение между расходами горючего газа и жидкого органического сырья и степень использования УПП в процессе газификации жидкого сырья.

Технология импульсно-детонационной пушки (ИДП) применена для автотермической высокотемпературной конверсии природного газа и аллотермической бескислородной газификации жидких/твердых органических отходов ультраперегретым водяным паром (УПП) при атмосферном давлении с использованием двух проточных реакторов существенно разного объема: 100 и 40 л. Импульсно-детонационная пушка работала с частотой 1 Гц на смеси природного газа с кислородом. В качестве жидких и твердых органических отходов использовались отработанное машинное масло и древесные опилки влажностью от 10 до 30 %(вес.). Ожидалось, что уменьшение объема проточного реактора от 100 до 40 л, с одной стороны, не должно повлиять на конверсию природного газа, а с другой стороны, могло привести к повышению температуры газификации в проточном реакторе и, соответственно, к повышению качества получаемого синтез-газа (H2 + CO). Как и ожидалось, в ИДП была достигнута полная конверсия природного газа в синтез-газ с объемными отношениями Н2/СО и СО2/СО, равными 1,25 и 0,25, которые не зависели от объема реактора. Жидкие и твердые отходы конвертировались в проточных реакторах в газ, содержащий Н2, СО, СН4 и CO2. Установившиеся значения отношений H2/CO и CO2/CO в синтез-газе, полученном из отработанного машинного масла, составили 0,8 и 0,5 в 100-литровом реакторе и 0,9 и 0,2 в 40-литровом реакторе соответственно, что указывает на ожидаемое повышение качества синтез-газа. При этом максимальный массовый расход сырья в 40-литровом реакторе увеличился более чем в 4 раза по сравнению со 100-литровым реактором. Установившиеся значения отношений Н2/СО и СО2/СО в синтез-газе, полученном из порции древесных опилок фиксированной массы (2 кг), составили 0,5 и 0,8 для обоих реакторов, а время газификации в обоих реакторах составило около 5-7 мин. Показано, что измеренные объемные доли H2, СО и CO2 в синтез-газе, полученном как при автотермической высокотемпературной конверсии природного газа, так и при аллотермической бескислородной газификации жидких/твердых органических отходов в среде УПП при атмосферном давлении и f = 1 Гц, почти не зависели от исходного сырья и объема реактора, что связано с высокими значениями локальной мгновенной температуры газификации.

Впервые экспериментально продемонстрирована технология импульсно-детонационной пушки (ИДП) для газификации органических отходов ультраперегретым водяным паром (УПП). Проведены эксперименты по автотермической детонационной конверсии природного газа, а также по аллотермической газификации жидких (отработанного машинного масла) и твердых (древесных опилок) отходов продуктами детонации смеси природный газ - кислород при частоте детонационных импульсов f = 1 Гц, обеспечивающей осредненную по времени среднемассовую температуру продуктов детонации в проточном реакторе на уровне 1200 К при среднем абсолютном давлении в реакторе на уровне 0,1 МПа. Показано, что технология ИДП может обеспечить полную (100%) конверсию природного газа в синтез-газ, содержащий H2 и СО с соотношением H2/CO « 1,25. При детонационной газификации жидких и твердых отходов суммарная объемная доля горючих газов (H2, СО и CH4) в получаемом синтез-газе составила 80 и 65 %(об.) с соотношениями H2/CO = 0,8 и 0,5 соответственно. Сравнение составов синтез-газа, полученного в экспериментах с богатыми кислородными смесями природного газа без подачи отходов, а также с подачей жидких и твердых отходов, в одинаковых условиях при f = 1 Гц показало, что состав синтез-газа, получаемого в детонационном конвертере отходов почти не зависит от типа сырья.

Работа посвящена дальнейшему развитию технологии импульсно-детонационной пушки (ИДП) для конверсии органических отходов в синтез-газ в двухкомпонентной среде ультраперегретых водяного пара и диоксида углерода, полученной в результате импульсной детонации смеси природный газ – кислород [1–3]. В [2, 3] технологию ИДП применили для автотермической высокотемпературной конверсии природного газа и аллотермической бескислородной газификации жидких/твердых органических отходов при атмосферном давлении с использованием ИДП объемом ∼15 дм3, работающей с частотой 1 Гц, и проточных реакторов объемом 100 [2, 3] и 40 дм3 [3]. Оказалось, что измеренные концентрации Н2, СО и СО2 в синтез-газе, полученном конверсией природного газа и газификацией жидких/твердых органических отходов, практически не зависели от исходного сырья и объема проточного реактора, что объясняется высокими значениями локальной мгновенной температуры в реакторе (выше 2000 °С). В данной работе аналогичные исследования провели на конвертере отходов с проточным реактором объемом 40 дм3, но вместо ИДП объемом 15 дм3 использовали две ИДП суммарным объемом в ∼6 раза меньше: 2,4 дм3 (см. рисунок).