CN1077328A - 化学加工用炬装置 - Google Patents

Abstract

用于反应物的化学处理的等离子炬1包括两个 或两个以上彼此同轴套装的电极2、3，其中供应反应 物的导管4同轴地安装于内电极3中，它由装有隔热 层10、11于外表面的液体冷却管构成。引导管4能 沿轴向移动，以确定喷嘴相对等离子火焰的位置。导 管4的下部有备用以便更换。此外导管以文丘里喷 嘴形式设有向出口收缩，以增加反应物排出速度。在 引导管和内电极间形成环形通路，能引入等离子态气 体13。沿导管流动的等离子气体13同时对管子冷 却。

Description

本发明涉及向等离子炬供给反应物的引导管。该等离子炬用于反应物的化学处理，并且它可以同时提供等离子态气体和反应物。

从挪威专利NO.164，846中已知一种电绝缘的供给混合物的导管，它装在等离子炬内电极中心，该等离子炬为浸没在冶金熔融物中而设计的。

在美国专利US4，122，293中，描述了一种供给气体、混合物、电流到空心电极的内部液体冷却式供给管，它用于电弧熔炼炉中。

还有欧洲专利EPO，178，288中，描述了特别为加热冶金熔炉设计的等离子炬喷咀。该喷咀具有一个连接到液体冷却式电极座上的电极端头，电极座同时作为等离子态气体和电流的供给管。电极端头具有为等离子态气体的中心孔，孔的输出段首先作为拉伐尔喷咀（Lavalmozzle），其后作为扩散器，以使气体喷射出电极。

在反应物的化学处理过程中，如高温分解过程中，使气体在到达等离子火焰时具有正确温度是很重要的。如果该气体温度超过一定数值，气体将过早反应。在气体到达等离子火焰之前形成分解产物是不希望的，而这将到导致这种产物在引导装置中及电极上的沉积。

已经发现，用于反应物化学处理的等离子炬中的供给气体装置的已知设计不能产生满意的结果。

本发明的目的是提供一种引导装置，它能达到向等离子炬提供具有要求温度和正确速率的反应物的目的。

该目的是由权利要求所述技术特征的一种引入管实现的。

该等离子炬：由彼此同轴套装的管形电极构成。在其最简单的形式中，等离子炬包括两个电极，一个内电极和一个外电极。等离子炬也可以装备更多的电极。

电极可以是空心的，装备有传输冷却液的冷却通道。各种具有良好导电导热性的固体材料都可以用于液体冷却电极。

最好使用实心电极，实心电极一般由具有高熔点和良好传导性的材料构成，如石墨。

反应物通过同轴安装在内电极中的独立引入管供给。

反应物指的是纯净气体，或与液体颗粒或固体颗粒的混合气体，它们将在等离子火焰中发生化学反应。

当引导管在等离子区被加热时，有必要冷却引导管。因此它设有传输冷却液通道。冷却通道、例如可由在管中设置内部分隔板而成，内部分隔板距引导管底部之上一段距离。冷却液的流动方向由导管内部能获得最低温度来确定。

当反应物进入等离子区时，反应物具有适当的温度是很重要的。例如甲烷的温度希望为650℃到700℃的范围。通过测量引导管喷咀出口处温度，例如用安装在管中的热电偶的方式，可以经过调节冷却液的温度来达到使反应物离开喷咀时具有要求的温度的目的。

引导管的外表面，特别是下部面向等离子火焰的表面设有隔热层。

具有隔热层的引导管的直径比内电极的内径要小。在引导管和内电极之间形成的环形通道中，供给等离子态气体或反应物。等离子态气体或反应物在被供给时，处在低的温度下，因此将更有助于引导管的冷却。

等离子态气体，例如可以为惰性气体，如氮、氩，它们一般不参与或影响等离子火焰中进行的化学反应。反应物也可以用作等离子态气体。

引导管可以沿轴向移动，以便调整喷咀使达到相对于等离子火焰的一个适当的位置。由此获得反应物到达等离子区时具有有利的温度条件，并且在化学过程中达到最佳效率。

在等离子吹管中，自耗电极可以被使用，它们有一定程度的烧蚀，因此改变了电极的长度。由于这个原因，引导管为可以移动的也是有利的，以便引导管随着电极的消耗而得以重新调节。

引导管的喷咀或引导管面向等离子火焰的下部有备份以便更换。导管的这部分受高温作用，以致导管上易发生烧蚀和裂口。因此喷咀可以每隔一个规定的时间更换是有利的。

引导管喷咀可以由圆锥收缩形的文丘里或拉伐尔喷咀（Venturior  Laval  nozzle）构成。反应物由此将达到更高的流速，更迅速地向等离子火焰供给。气体流动速度是为化学过程设计的等离子炬中达到最合理操作条件的一项参数。由于文丘里喷咀是可更换的，所以喷咀可以被选择以提供最佳的使用中的反应物的气体流速。

就根据本发明的导管来说，达到了这样的发明目的，即可以提供具有要求的温度和适当流速的反应物，以及具有相对等离子火焰的正确位置的输出喷咀，由此防止反应物到达反应区之前发生反应。这样也可以防止在导管喷咀中和电极上分离产物或反应物的沉积。

在本发明的范围内，引导管可以用于许多不同类型的等离子炬，如本发明人的挪威专利申请NO914907中所描述的等离子炬。

根据本发明的等离子炬导管将结合附图表示的实施例进一步描述。

图1为装有本发明导管的等离子炬的纵向剖视图。

图2为根据本发明的等离子炬导管的第二设计方案的纵向剖视图。

在图1中等离子炬由1表示，它装有两个电极，一个外电极2和一个内电极3。

电极2、3最好为圆管形，彼此同心套装。它们可以是实心的，或者是具有传输冷却液的冷却通道的空心的。实心电极最好由高熔点和良好导电性的材料构成，象石墨或硅碳化物。所有类型的具有良好导电和导热的固体材料，如铜，都能用于液体冷却电极。

等离子炬装有提供反应物的导管5。引导管最好由良导热材料构成，如铜。导管具有内壁6和外壁7，并设有内部分隔板8，隔板末端距导管底部上方有一定距离，从而构成冷却液通道。

冷却液的供给确定为冷却液沿管6的内表面流入、沿外表面7流出。由箭头表示。在表示的流动方向情况下，在引导管的内表面获得最低温度的目的达到了。

外表面7、特别是管的下部9装备的隔热层10和11。

反应物通过引导管5供给等离子火焰。由箭头标记12表示。反应物这里是指纯净气体，或与液体颗粒或固体颗粒的混合气体，它们在等离子火焰中发生化学反应。

在引导管与内电极之间，以及由内、外电极之间，形成了环形通道。经过这些通路等离子态气体能够被供给。由箭头13和14所示。等离子态气体可以例如是惰性气体，象氮或氩，它们一般不参与或影响等离子火焰中发生的化学反应。

通过引导管和内电极之间的环形通路供给的等离子态气体由箭头13所示。该气体可给予冷却，并将更进一步有利于引导管的冷却。

提供反应气体的引导管5可以沿轴向移动。移动导管的设备在附图中未表示。移动引导管的目的是可以调整喷咀以便其达到相对等离子火焰的适当位置。

喷咀或引导管的下部是可以更换的。引导管的内、外壁最好设有螺纹段使喷咀能拧开，并在管子的这部分损坏时更换。内管壁螺纹段由16表示，外管壁螺纹段由17表示。

在图2中表示了一种引导管5，其中喷咀或面向等离子火焰的导管下部以文丘里喷咀15的形式设计为圆锥形，产生向导管出口的收缩。该引导管的设计和标号未改动部分参考图1。

当反应物受压而通过喷咀15时，它将达到更高的流速，并更迅速地向等离子火焰供给。

喷咀或导管下部是可更换的。导管的内壁和外壁最好设有螺纹段，使喷咀可以拧开，并在损坏和撕裂情况下更换。内管壁螺纹段由16表示，外管壁螺纹段由17表示。

Claims (2)

1、一种向等离子炬供给反应物的引导管，等离子炬管用于化学处理，如反应物的高温分解、裂解，其中该等离子吹管包括，两个或两个以上管形或自耗电极，彼此同轴套装在一起，且其中该流体冷却式引导管的外表面和下部表面装有隔热层，并同轴安装于内电极中。

其特征在于该引导管可以沿轴向移动，以便调整该喷咀相对于该等离子吹管的位置，并且其下部设有文丘里喷咀形式的一个圆锥形收缩，且喷咀为可更换的，因此能选择喷咀以提供所用反应物的最佳气体速度。

2、根据权利要求1的一种供给反应物的引导管，其特征在于测量温度的元件安装在该出口喷咀处，以便调整冷却液使所用的反应物获得适当的温度。

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