CN113348531A - 气化装置和气化装置的具有微波等离子体减速系统的等离子体开关 - Google Patents

Abstract

用于等离子体开关(6)的微波等离子体减速系统(15)，其包括：波导带传输器(18)，其用于将所述系统与发生器(5)互连，并且用于让来自所述发生器(5)的波进入所述等离子体开关(6)；桥带(17)，其与所述波导带传输器(16)互连；两个平行的带腰围(18)，所述带腰围(18)通过其一端与所述桥带(17)互连，其中，所述带腰围(18)是平板，其一侧设有沿着所述带腰围(18)的轴线并排布置的榫(19)，所述榫(19)被定向成使得，布置在第一带腰围18的一侧上的榫(19)依次放置在布置在第二带腰围(18)的一侧上的榫(19)之间，其中，所述带腰围(18)在另一端处由相互分离的可锁定电磁振荡器(20)提供，其中，所述可锁定电磁振荡器(20)的位置限定波的精确反射点，以通过对直接波和反射波进行累加来实现其最大振幅，所述带腰围(18)在从所述波导带传输器(18)的方向上变宽并且在所述可锁定电磁振荡器(20)之前变窄，并且旨在将来自所述桥带(17)的直接波Y引导至所述可锁定电磁振荡器(20)，所述榫(19)以距离λ_B/2相互间隔开，其中λ_B是所述波导带(传输器18)的出口处波的经度，并且定位于反射波Z的路径中，所述路径从所述可锁定电磁振荡器(20)通向所述桥带(17)，所述桥带(17)负责将到来的波分成180°相移的两个相同的波，其中每个波在不同的带腰围(18)上传播。

Description

气化装置和气化装置的具有微波等离子体减速系统的等离子 体开关

技术领域

本发明涉及气化装置和气化装置的具有微波等离子体减速系统的等离子体开关。

背景技术

微波等离子体，也称为UHF等离子体，是波导装置中放电的总和，由频率高于300MHz的电磁波形成。有必要知道，对于工业、医疗和科学目标，不可能使用每个频率，而是使用460、915、2450、5800、22125MHz。手机最常用的频率是915MHz，而微波炉、木材干燥和金属表面处理的频率是2450MHz。

为了产生UHF放电，必须使用等离子体发生器。该装置也称为等离子体管，它包括用于产生微波能量的微波发生器、用于将微波能量提供给指定点的波导系统、等离子体开关，它是将电能转化为电磁能和热能的终端装置。UHF等离子体管的所有结构都可以分为以下几类：基于UHF传输线的等离子体发生器、基于UHF发生器的等离子体发生器、基于“减速结构”的等离子体发生器、等离子体发生器，其中向等离子体提供能量被分割等等。

用于产生UHF等离子体的所有方法具有相同的基本部件，即UHF频率发生器、称为磁控管的灯和波导装置。

上述部件使得基本上连接到用于供应工作气体或等离子体产生气体的装置的发生器能够产生电压超过30kV/cm²的电磁场，其产生放电电压和气体的雪崩电离以产生等离子体，由此产生等离子体放电的区域，即PLASMOID。气体是例如空气、蒸汽、惯性气体等。

由于工作气体的流动受到控制，等离子体团被转化为等离子体流的形式，其被引导越过等离子体开关的边界以确保两个效果：假装等离子体开关的过热和破坏；以及生成强大的工作工具，其对有机物质和无机物质有强烈的高温作用。

UHF等离子体的特点是电能向热能的转化程度高，不低于97-98％。

连续等离子体流形式的等离子体放电通过工作气体的流动从等离子体开关强制运输到反应器腔室，工作气体由外部源具体控制。由于等离子体流中牢固的电磁边界被反向引导到形成放电的点，等离子体团不会接触到等离子体形成装置的壁和部件，因此避免了对建筑材料的侵蚀。反应腔室内等离子体流的经度和大小由足够量的添加等离子体形成，即工作气体控制。

微波等离子体管和其他高温源之间的主要区别在于，通过危险颗粒污染气化最终产品的电极和额外的燃烧物质(例如，气体，重油，石油)在那里没有出现。这意味着，从生态的角度来看，以及出于任何技术目的使用加工的最终产物的可能性，通过微波等离子体处理材料是当今最清洁的方法。

微波等离子体开关使用大气压下的工作气体，但它可以很容易地适应以将其转变为低压和高压下的气体等离子体流。

微波等离子体管是1400℃至4000℃温度的低温等离子体源，并且可用于需要对材料产生强烈热效应的不同工艺过程，例如：热解、材料或废料的气化、金属的熔化和切割、金属表面的处理、供热厂锅炉的点火、蒸汽的产生等。

等离子体工艺确保了高且有效的处理温度，这是其他加热方法无法达到的。由于分解和电离过程，高温气体流是高能量的，其确保根据所使用的产品类型，将废料处理的工艺过程加快20％至50％。等离子体工艺的独特之处在于其高选择性以最少的副产品产量获得最终产品。例如，通过在空气或水蒸气的等离子体中气化任何有机物质，可以获得更高含量的可燃物质(СО+Н₂)的气体，其中不存在苯酚或多环烃添加剂。

因此，气化是通过高温加热，即温度为900℃至2000℃，在不存在氧气的情况下将含有碳的有机物质转化为可燃气体的过程。气化/热解过程中进行的过程的总结和原理(这意味着在热分解过程中，当材料被加热超过其中存在的有机化合物的热稳定性极限时，导致其融合成稳定的低分子产物和固体残余物)被称为热化学转化。有机物质转化的最终产物是一氧化碳(CO)和氢气(H₂)，即气态产物(称为合成气体)的点火成分的基本成分。在气化过程中产生的合成气体的其他成分称为稳定物(压载物)，由于其对气体热值的影响最小，因此通常不考虑。

微波等离子体气化技术与直接燃烧方法相比的主要优点是对环境的影响小。这是因为气态成分存在于高温环境中，残留氧系数为0.2至0.3，这会导致最危险的成分(例如，二恶英、呋喃、多氯联苯、苯芘以及其他多环芳烃)分解和脱氯。与直接燃烧方法相反，该方法的另一个优点是产生的必须净化的气体体积更小，而炉渣的体积要小许多倍。此外，炉渣的残余物不含碳，即，烟灰。因此，减少了用于在将气体释放到大气之前净化气体的装置以及用于对固体残余废料(即炉渣)进行杀菌的装置的费用。与作为焚烧厂一部分的这种净化装置的价格相比，可高达焚烧厂整体费用的50％。

实践中的经验证实，通过人工甲烷发酵和堆肥将有机物质转化为燃料气体的效率比气化过程低许多倍。

目前，存在通过使用等离子体电弧直接燃烧和热分解来利用城市废料的方法。

现有技术中已知一种用于废料燃烧的装置，其包括具有点火装置的燃烧腔室、具有用于空气入口的管的延迟燃烧腔室以及导流板和火花熄灭器。此外，它包括用于形成气流方向的进气腔室、柴油罐和连接至燃烧腔室的柴油燃烧器。该装置的缺点是使用发动机柴油，其中会形成进一步的燃烧产物，这会污染环境并且在释放到大气中之前需要进一步的清洁费用。

根据现有技术的用于固体城市废料和医疗废料的燃烧的另一种已知装置是固体城市废料的中和器。燃烧时采用脉动燃烧技术，其比直接燃烧具有更好的燃烧总量和更好的气体氧化程度。解决废料完全燃烧问题的该方法的缺点是，将不可替代的天然来源的柴油用作炼油产品，然后最终产品被污染，这需要额外的必不可少的过滤。

另一种已知的装置是废料利用装置，其包括热反应器、具有延迟燃烧腔室的立式旋风炉，在燃烧器的上部具有加热腔室，其中放置用于热破坏的腔室。此外，该装置包括催化转化器(即，燃烧器)、热交换器、用于净化气体的系统、用于抽吸气体的装置和烟囱。该装置的缺点是再次使用不可再生的燃料来源和高运行成本。

根据现有技术，通过低温等离子体利用废料的装置是已知的。可以在任何工业部门(例如，在石化工业中)使用它来消除危险的液体有机废料。一种用于处理有机液体废料的等离子体动力反应器具有密闭盖，该密闭盖带有用于污水入口和纯净水出口的附件，其中安装有阴极和阳极，它们连接到电源。进一步地，点火电极安装在反应器体内，其封闭在隔离罩内，并与脉冲电源相连。该装置的缺点是由于其建筑材料的热侵蚀而限制了可用的可回收材料并且难以密封反应器。

文献RU83123提出了一种通过等离子体利用废料的装置，其包括用于通过等离子体分解废料的腔室、用于生成等离子体的电极，该电极安装在腔室中、用于引导通过燃烧以及熔化生成的气态产物的系统、以及用于冷却作为燃烧和熔化产物的气态产物的冷却系统。用于形成等离子体的电极根据等离子体的方向和流动力的可能变化进行调整。该装置的技术目标是通过形成受控的等离子体流和用于废料等离子体利用的腔室的热场来优化废料利用工艺。该方法的缺点是用于形成等离子体的电极的机械位移，这使得用于废料热分解的腔室的构造复杂并且降低了装置使用期间技术过程的可靠性和可控性。

文件US19840611541提出了一种通过等离子体电弧火焰热破坏废料的方法，而通过利用碱性溶液中和危险化合物而解决有害排放物排放到环境中的问题，所述碱性溶液通过在其外围喷洒而加入到废料分解区域。该方法的缺点是使用大量的中和剂，难以构建均匀分布中和剂以完成中和过程的区域，并且增加了溶液中水分蒸发造成的能量浪费。

文件US20070837384提出了一种通过微波等离子体火焰处理废料的方法，其中微波辐射用于废料的初步干燥和废料在等离子体火焰中的后续燃烧。微波装置安装在公寓楼的地下室，可以使用拖车或其他交通工具将其移除。该方法的缺点是技术过程的步骤数量，其中等离子体火焰中废料的干燥和燃烧在该方法的不同阶段并通过使用不同的设备进行处理。此外，微波辐射的使用没有引发等离子体，等离子体是电磁波的强吸收体，并且需要使用困难和苛刻的设备，例如无线电密封装置和对其周围的电磁辐射的连续监测。

文件WO2004ES00550提出了一种用于通过微波等离子体清理飞行的有机物质的方法和装置。该方法使用一种系统，其中飞行的有机物质与气体一起在等离子体火焰的轴线处直接聚焦到等离子体上，其产生等离子体并填充反应器的内部容积，在反应器的内部容积中进行飞行物质的分解过程。该装置包括用于飞行有机物质入口的区域、用于形成等离子体的区域、反应器、用于泵送的气泵和许多其他附加部件。该方法的缺点是限制了适合其回收的废料种类，以及将不同种类的废料送入热化学腔室的方式。

另一种解决方案是通过使用用于形成等离子体弧的电电极来清理固体城市废料的装置。该装置涉及固体城市废料、石油工业废料、化工废料、医疗废料、高能废料等的利用。本装置的技术目标是优化通过受控等离子体流和通过等离子体分解废料的腔室的热场对废料等离子体处理的工艺。该装置包括通过等离子体分解废料的腔室、设置在腔室内的用于形成等离子体的电极、用于导出气态燃烧产物和熔化物的系统、用于冷却气态燃烧产物和熔化物的系统。用于形成等离子体的电极针对可能的移动进行配置，这使得能够改变等离子体流的方向和力。电极布置在腔室的周围，以用于在不同水平上以及在用于收集熔化物的水平上通过等离子体分解废料。该装置的缺点是，在装置的机械设置期间对用于气化的腔室中的热梯度进行优化以将等离子体火焰引入腔室进行热分解，这对于装置的操作来说是复杂的并且不提供腔室内热场的灵活配置。

文献RU2153781提出了一种微波等离子体燃烧器，其包括具有电源的磁控管、波导谐振器、用于提供微波能量的装置、用于提供微波辐射的同轴系统、用于供给可用气体的系统。谐振器被配置为矩形波导的一部分，其在宽壁处具有用于引导由磁控管产生的微波辐射的开口，并且具有用于引入用于连接谐振器与用于供应微波射线的同轴管道的回路的开口。同轴管道包括呈圆柱体形式的金属外部电极(例如，由铜制成)和由金属(例如，铜)制成的中心管，其连接至可用气体的供给系统，其中电极是回路连接的延续。中心管的最后一部分用作Lavalo的喷嘴，其通过内部硅与外部电极隔离。外部电极装有导电喷嘴，其用于形成火焰，并有微波辐射防护。空心圆柱体在其侧面上设有切口或开口。该设备的缺点是，该结构不允许制造使用连续运行时能量高达100kW的微波发生器的工业微波等离子体燃烧器，因为同轴波导传输的可允许能量受同轴管道尺寸和介电隔离密封中的高热量损失(导致其破坏)的限制。

文献US3814983提出了一种减速系统，其包括用于将系统与发生器互连并且用于让来自发生器的波进入等离子体系统的波导带传输器。此外，它包括：与波导带传输器互连的桥带；两个平行的带腰围，其一端与桥带互连，其中，带腰围为平板，其一侧设有沿带腰围轴线并排布置的榫，该榫被定向成使得，布置在第一带腰围的一侧上的榫被依次放置在布置在第二带腰围的一侧上的榫之间。

本发明的目的是提供一种气化装置和该气化装置的具有减速系统的等离子体开关，其能够消除上述缺点。

发明内容

通过使用用于等离子体开关6的微波等离子体减速系统15来显著消除上述缺点，该微波等离子体减速系统15包括：波导带传输器16，其用于将系统与发生器5互连，并使来自发生器5的波进入等离子体开关6；与波导带传输器16互连的桥带17；两个平行的带腰围(腰线)18，其一端与桥带17互连，其中带腰围18是平板，其中，其一侧设有沿着带腰围18的轴线并排布置的榫19，所述榫19被定向成使得，布置在第一带腰围18的一侧上的榫19依次放置在布置在第二带腰围18的一侧上的榫19之间，带腰围18在另一端设有相互分离的可锁定电磁振荡器20，其中，可锁定电磁振荡器20的位置限定了波的精确反射点以通过对直接波和反射波的累加来实现其最大振幅，带腰围18在从波导带传输器16的方向上变宽并在可锁定电磁振荡器20之前变窄，并且旨在将来自桥带17的直接波Y引导至可锁定电磁振荡器20，榫19以距离λ_B/2相互分开，其中λ_B是波导带传输器16的出口处的波的经度，并且榫19位于反射波Z的路径中，该路径从可锁定电磁振荡器20通向桥带17，桥带17负责将到来的波分成相移180°的两个相同的波，其中每个波在不同的带腰围18上传播。

通过使用包括根据权利要求所述的微波等离子体减速系统15的等离子体开关6，上述缺点也被显著消除。

在有利的实施例中，微波等离子体减速系统15布置在等离子体开关6的轴线上。

在另一个有利的实施例中，还包括二至十二个独立的螺线管21，以用于引导从等离子体开关6出来的等离子体流13。

上述缺点也通过使用气化装置来显著消除，该气化装置包括具有分离部分的固体物质的装载器1，其连接至固体物质的研磨器2，其连接至固体物质的料斗3，其连接至用于固体物质的气化的气化腔室4，用于供应微波功率的发生器5也连接至该气化腔室4，其中发生器5包括用于供应微波能量的电源、波导和自动控制系统，其中气化腔室4的输出(输出端)包括：洗涤器7，其用于从机械添加剂颗粒清出进入的合成气体，该洗涤器7连接至等离子体催化烟气清洁单元8，该等离子体催化烟气清洁单元8用于精细清洁合成气体，该等离子体催化烟气清洁单元8连接至柱9，该柱9用于快速冷却合成气体，以防止危险化学物质重新结合，气化腔室4的输出(输出端)还包括反应器10，该反应器10用于因熔化物质的冷却而生成的残余物的均质化，该反应器10连接至用于收集冷却的焦炭残余物的进料器11，其中还包括根据权利要求中任一项所述的等离子体开关6。

在有利的实施例中，固体物质的装载器1是用于利用金属磁性分离器制备固体物质的装置。

在另一个有利的实施例中，固体物质的研磨器2被设计用于将颗粒研磨至0.80至10mm的尺寸。

在另一个有利的实施例中，固体物质的料斗3包括管或抽吸管道，以用于抽吸初级气体。

在另一个有利的实施例中，其包括用于供应固体颗粒的料斗3和用于供应液体物质的喷洒器12。

上述缺点也通过使用根据权利要求中任一项的气化装置将有机物质热化学转化而显著消除。

附图说明

本发明将通过使用附图进一步解释，其中图1呈现了根据本发明的气体装置的框图，图2呈现了图1所呈现的气体装置的气体腔室的详细示意图，图3呈现了具有根据本发明的减速系统的等离子体开关的图，图4呈现了具有根据本发明的减速系统的等离子体开关的前视图，图5呈现了具有根据本发明的减速系统的等离子体开关的侧视图，图6呈现了根据本发明的等离子体开关的减速系统的立体图，以及图4呈现了具有根据本发明的减速系统的气体开关中的波的运动原理。

具体实施方式

图1所呈现的根据本发明的用于固体物质的气化和热化学破坏的气化装置包括：

-具有分离部分的固体物质的装载器1，其连接至

-固体物质的研磨器2，其连接至

-固体物质的料斗3，其连接至

-用于固体物质的气化的气化腔室4，所述气化腔室4还连接至

-用于供应微波功率的发生器5，其中

-发生器5包括电源、波导和自动控制系统。

气化腔室4的输出(输出端)包括：

-洗涤器7，其用于从机械添加剂颗粒(例如，粉尘和灰尘)清出进入的合成气体，其连接至

-用于精细清洁(清除)合成气体的等离子体催化烟气清洁单元8，其连接至

-用于快速冷却合成气体的柱9，以防止在固体物质的气化期间分解出的危险化学物质(例如，二恶英、呋喃等)重新结合。

气化腔室4的输出还包括：

-通过冷却熔化的物质进行残余物均质化的反应器10，以及

-用于收集冷却后的焦炭残余物的进料器11。

图2中详细呈现的气化腔室4包括旨在提供所需量的加热能量的等离子体开关6，其确保受控的无电极连续微波等离子体流13(即，射线束)的执行(产生)，包括相对于等离子体开关6轴向布置的根据本发明的微波等离子体减速系统15。

有利地，固体物质的装载器1是用于利用金属磁性分离器制备固体物质的装置。

有利地，固体物质的研磨器2被设计用于将颗粒研磨至0.80至10mm的尺寸。

有利地，固体物质的料斗3包括用于抽吸初级气体的管(相应地，抽吸管道)。

等离子体开关6的执行可以根据如何获得足以形成自由滑行的等离子体放电(即，有效等离子体团)的电磁场的电压的方法而不同。

固体物质的有机部分的气化在大气压和1000℃至1500℃的温度下进行，而产生具有热解液体的合成气体。在1500℃至2000℃的温度范围内对无机产物进行热加工并同时产生液体炉渣。

反应器10和进料器11被设计用于将熔化的焦炭引走，这在固体物质的无机部分的热加工之后进行。

下面给出了根据本发明的用于废料气化的气化装置的使用实例。术语“废料”通常是指含有任何百分比的固体、液体或流体物质的任何材料。

图2呈现了呈预制备形式(即，在其分离、研磨、压制或压块之后)的废料，其通过料斗3进入气化腔室4，而从用于气化的废料的制备期间生成的固体部分的主质量体中分离出来并且还从废料本身的液体物质(例如，使用过的清洁水)中分离出来的其液体部分(即，被过滤部分)则由喷洒器12沿垂直于微波等离子体流13的传播轴线的方向供给。喷洒器12安装在气化腔室4的上侧并设有喷嘴。清洁水和废料的液体物质的这种供给方法确保了合成气体的完全产出，因为当液体到达微波等离子体流13的区域时产生的水蒸气均匀地分布在气化腔室4中。

在临时制备废料期间通过通风装置进入气化腔室4的废料的气体部分以及气态废料通过将其以与初级气体或水蒸气相同的方式通过上述喷洒器12直接送入气化腔室4而被用作执行(产生)等离子体的气体。因此，存在于气体中的有机分子链被直接送入温度为2000℃至4000℃的等离子体核心区域，通过该区域，分子链被分解为单个分子或离子。

废料的气态部分以及在其分解期间产生的硫化合物、病原体、营养物质和其他有害物质中所含的甲烷和氨被用作气化腔室4的等离子体气体，其中危险的化学物质被分解以产生简单物质并以合成气体的形式离开气化腔室4，该合成气体随后用于产生电能。

气化腔室4中的等离子体开关6被定向成使得，等离子体流13的温度梯度确保固体废料的持续加热并且将等离子体流13以直接流的形式引导至气化腔室4中。通过使等离子体在磁场(与等离子体流13的轴线同轴)中移动来将等离子体流13的轴线非机械地引导到所需方向。所述磁场由二至二十个独立的螺线管21(有利地由三个螺线管21)产生，如图3和图4所示。这意味着，等离子体流13的电导率和等离子体流13的能量可能沿着流动方向发生改变。通过使用磁性修改来引导等离子体流13，在气化腔室4的工作腔中实现了连续的温度梯度，这确保了有机废料的完全气化。此外，确保了温度梯度在气化腔室4的负载特性即废料的体积和种类发生改变的情况下改变，这与等离子体流13的方向改变的机械方式相比是重要优势，等离子体流13的方向的机械改变需要等离子体开关6的位置的物理修改，而这意味着对整个装置进行干预、将其关闭等。

根据本发明的等离子体开关6的微波等离子体减速系统15在图3至图6中详细呈现，其包括：

-波导带传输器16，

-桥带17，

-带腰围18，

-榫19，

-可锁定的电磁振荡器20，即，反射镜，

-螺线管21，以及

-反射波出口22，其用于将波反射到循环器。

波导带传输器16(即，波导的输出节点)旨在将波从发生器5引导至等离子体开关6，其中由波导引导的发生器5的能量同时按照以下方式划分，其执行(生成)同一波的两个相同部分，其中波的每个部分在带腰围18的一侧传播。

带腰围18是特定形状的平板，其从开始处(即，波导带传输器16的出口处)变宽，并在其末端处(即，在可锁定的电磁振荡器20之前)变窄。带腰围18设有榫19，榫19沿等离子体开关6的轴线以距离λ_B/2并排定位并定向成使得，布置在第一带腰围18的一侧的榫19依次放置在布置在第二带腰围18上的榫19之间，它们之间有最小的距离，并且在榫19的全部或部分长度上有最大的重叠。一侧的榫19的数量为偶数，并且另一侧的榫19的数量为奇数，即，第一带腰围18上的波的微波能量/波的相位与第二带腰围18上的波的微波能量/波的相位相反。正因为如此，电磁波的能量上升。相互作用的结果是直接波和反射波的边界累加，这在可锁定电磁振荡器20的区域中起作用。微波能量的重复放大效果足以实现通过使用低于30KV/cm的能量自由滑行的微波等离子体流13。来自发生器5的波X、等离子体开关6中的直接波Y和反射波Z的运动如图7所示。

在等离子体开关6的端部，布置了带腰围18的定位系统，即，可锁定的电磁振荡器20，其确保设置波的反射的精确点，作为直接波和反射波累加的结果，通过该点实现了最大振幅。

减速系统15及其单个部分的尺寸通过精确计数确定，以便在对沿着带腰围18传播的直接波和反射波的边界进行累加之后获得在波导带传输器16处的最小驻波和仅在反射镜区域内(即，在可锁定的电磁振荡器20的区域中)的最大驻波。

带腰围18的经度是关于波的唯一周期性部分的电经度确定的，该电经度等于等式l＝3/4λ_B，其中λ_B是波在波导带传输器16的出口处的经度。其确定基于平衡等离子体的耗散特性，其在微波等离子体减速系统15的区域中上升。在带腰围18中振荡期间波的相移必须为λ_B/2，即180°，因为微波等离子体减速系统15由两个相同的部分组成，即，侧面带有榫19的带腰围18，其中一个梳的榫19与相对梳的榫19交替，这改善了反射波的相互破坏。正因为如此，当出现电压为30kV/cm的电磁场时，电磁波在定义的空间点快速倍增，从而产生无电极放电UHF等离子体，其形成自由等离子体云(被称为等离子粒团)的形式。通过气体流的相互作用，等离子体云以微波等离子体流13的形式被引入气化腔室4，其被称为反应器。

微波等离子体减速系统15的整个结构包括驻波的两个节点，即最大值点。其中之一位于可锁定电磁振荡器20的区域中，而第二端位于电磁波源(即，发生器5)的区域中。驻波的最小值在波导带传输器16处。

微波等离子体减速系统15布置在圆柱形保护壳23中，该保护壳是等离子体开关6的主体。这种性能确保了结构的刚度并且包括用于使能/吹入空气或水蒸气的管输出(输出端)。

气化的方法描述如下：

当接收到废料时，术语“废料”再次仅表示所有可能接收到的可用于气化的固体物质的实例，通过将其分离成单独的部分(例如，通过熔化或压制)进行气化准备，在此之后，固体部分通过料斗3进入气化腔室4，气化腔室4包括等离子体开关6的喷嘴。通过由超高频波发生器5产生微波能量来确保等离子体流的执行(生成)。将废料加热到1000℃至1500℃的温度，有机成分被热分解，并产生含有热解流体的合成气体。在达到足以从气化腔室4中的热解液体的轻部分中分离蒸汽的温度时，开始从液体物质中分离气体。在废料的加热温度上升至1500℃至2000℃时，废料的无机成分熔化并生成熔化炉渣，熔化炉渣由均化器10从气化腔室4移除到炉渣的进料器11。将生成的合成气体引导到用于气体清洁的系统中，该系统包括用于粗略清洁(清除)固体颗粒例如灰尘和粉尘的洗涤器7，并且还包括用于分离危险化学物质(特别是二氧化卤、二氧化物质、呋喃等)的等离子体催化烟气清洁单元8。二恶英和呋喃难以在低温下分解。必须达到至少750℃的温度。1000℃下完全分解。只有在1200℃至1300℃的温度下暴露2至3秒，二恶英和呋喃才能完全分解。为此，必须避免危险物质的重新结合，将温度为1000℃至1200℃的气体引导至快速冷却柱9，在该柱中，温度在2到3秒内降至70℃至110℃。此外，主要包含碳氧化物(CO)和氢气(H₂)的生成气体可用于产生电能或作为燃料直接销售。

来自发生器5的微波能量穿过波导带传输器16沿着在波的方向上连续变窄的带腰围18到达可锁定的电磁振荡器20。微波从发生器5扩散到带腰围18的表面和边缘上，而实际上没有任何障碍地到达可锁定电磁振荡器20，这具有确保电磁振荡方向的设置和固定的构造。在终点处，电磁波被反射。由于用于反射的小平面，反射波具有非常细的光束的形式和视觉形状，其在反射后被沿着带腰围18的轴线连续布置的榫19阻挡并减慢。这样，反射波回到振荡开始位置的轨迹会随着波长的扩展而扩展。具有榫19的相同的带腰围18被布置在相反的方向上，并且在那里进行的振荡偏移λ_B/2，即180°。由于机械障碍(即，榫19)的反射，以及由于电磁波本身的相互阻挡，波被减慢。

由于在与气化腔室4结合的等离子体开关6中使用的根据本发明的微波等离子体减速系统15，气化腔室4被构造用于供给不同的部分(即，固体部分、液体部分和气态部分)，以下积极的好处被达到：

-以团块的形式供给固体物质，确保其有机部分完全气化，

-以水蒸气形式供给液体部分和清洁水的方式增加并加速了固体物质的有机部分的分解等级(程度)，

-通过使用气态部分作为用于共产生等离子体的气体，不再需要通过通风装置将该部分取出，并且在其进入大气之前不需要对其进行清洁，

-电能转化为热能的效率高达98％，

-关于被处理的固体物质的尺寸和类型，可以局部地以预定尺寸的容器装置的形式使用，

-确保在700℃至2000℃的温度下分解固体物质和无机残余物，

-关于技术用途，在气化腔室内，微波等离子体流可以通过配置其方向来配置成类似于火焰的非常窄的光束形式，或者配置成自由滑行放电(即，等离子体雾)的形式，

-可以使用100kW(以上)的能量加工固体物质，例如，废料或磨损掉的聚合物；目前根据现有技术的谐振器类型的微波等离子体装置只能使用5至10kW范围内的能量，

-电极和其他可燃物质(例如，因危险物质而污染气化最终产品的气体、重油、柴油)都消失。这意味着，根据本发明的装置在生态学观点和所产生的合成气体的可能进一步使用的观点中都提供了处理材料的最清洁方式。

通过根据本发明的装置，可以通过仅使用一调(吨)干分离质量来产生高达2500m³的能量为8440kW的合成气体。40％的能量可用于为客户产生电能和用于配电，高达60％的能量可用于产热。此外，微波等离子体气化方法确保得到一氧化氢值高于1的合成气体，这是现有技术中任何已知技术都无法实现的。反应体积中大量氢气的存在会降低硫、磷、氯和氮等气体成分的生成。它确保以最小比例的稳定物(压载物)获得发热量高达20000kJ/m³的加热合成气体。本发明的优点是这种气体不仅可以用于发电，还可以用于运输、储存和生产用于发动机的合成燃料。此外，气化后的固体残余物(即，炉渣)的量与起始材料的体积之比为1:400。平均能量平衡主要取决于材料的形态组成和碳的含量，碳是气化材料的基础。例如，木材中的碳含量约为40％，泥炭中约为55％，板岩中约为60％，棕色卷(褐煤)中约为65％，黑色卷(黑炭)中约为80％，聚合物中约为85％，重油和纱线中约为90％，抗酸剂中约为95％。

必须考虑到，燃料的主要成分(即，作为能量载体的气化固体物质)是碳(C)和氢(H₂)。在燃烧1kg碳的过程中，释放大约34000kJ的能量，在燃烧1kg氢的过程中，释放大约125000kJ的能量。燃料的其他成分(例如，硫(S)、氧气(O₂)、氮气(N₂)、二氧化硫(SO₂)、二氧化碳(CO₂)、氧化氮(NO_X)、矿物颗粒、湿气(H₂O))是燃料中不可燃的稳定物，这显著降低了燃料的可用能量热值。由于各个成分必须熔化并使其湿气蒸发，因此用于加热的燃料消耗量增加。要将1kg的湿度转化为蒸汽大约需要2500-3000kJ。

如果根据现有技术的技术用于碳材料的直接燃烧，例如蒸汽锅炉和蒸汽发生器，通过燃烧一曲(吨)木头仅产生大约40kW的电能和60kW的热能，即，总共大约100kW的能量，或者通过燃烧一曲(吨)煤仅产生大约120kW的电能和180kW的热能，即，总共大约300kW的能量，因为燃烧产物的全部成分是由永久添加到锅炉中的空气提供的不可燃的稳定物，而其本身是另一种稳定物产物。

根据本发明的气化装置可用于包含在各种有机物质(例如，低质量高能线圈，磨损的油性物质，例如发动机和技术油、医院废料和危险废料，其包括碳成分、固体城市废料和磨损的聚合物)中的烃的气化，以便用于生产合成可燃气体，换言之，用于产生清洁能源。

Claims (10)

1.用于等离子体开关6的微波等离子体减速系统15，其包括：

-波导带传输器16，其用于将所述系统与发生器5互连，并且用于让来自所述发生器5的波进入所述等离子体开关6，

-桥带17，其与所述波导带传输器16互连，

-两个平行的带腰围18，所述带腰围18通过其一端与所述桥带17互连，

-其中，所述带腰围18是平板，其一侧设有

-沿着所述带腰围18的轴线并排布置的榫19，所述榫19被定向成使得，布置在第一带腰围18的一侧上的榫19依次放置在布置在第二带腰围18的一侧上的榫19之间，

其特征在于，

-所述带腰围18在另一端处由相互分离的可锁定电磁振荡器20提供，其中，所述可锁定电磁振荡器20的位置限定波的精确反射点，以通过对直接波和反射波进行累加来实现其最大振幅，

-所述带腰围18在从所述波导带传输器16的方向上变宽并且在所述可锁定电磁振荡器20之前变窄，

-并且旨在将来自所述桥带17的直接波Y引导至所述可锁定电磁振荡器20，

-所述榫19以距离λ_B/2相互间隔开，其中λ_B是所述波导带传输器16的出口处波的经度，

-并且定位于反射波Z的路径中，所述路径从所述可锁定电磁振荡器20通向所述桥带17，

-所述桥带17负责将到来的波分成180°相移的两个相同的波，其中每个波在不同的带腰围18上传播。

2.等离子体开关6，其特征在于，其包括根据权利要求1所述的微波等离子体减速系统15。

3.根据权利要求2所述的等离子体开关6，其特征在于，所述微波等离子体减速系统15布置在所述等离子体开关6的轴线处。

4.根据权利要求2至3中任一项所述的等离子体开关6，其特征在于，其还包括用于引导从所述等离子体开关6出来的等离子体流13的二至十二个独立的螺线管21。

5.气化装置，其包括：

-具有分离部分的固体物质的装载器1，其连接至

-固体物质的研磨器2，其连接至

-固体物质的料斗3，其连接至

-用于固体物质的气化的气化腔室4，所述气化腔室4还连接

-用于供应微波功率的发生器5，其中

-所述发生器5包括用于供应微波能量的自动控制系统、波导和电源，其中

-所述气化腔室4的输出包括：

-洗涤器7，其用于从机械添加剂颗粒清出进入的合成气体，其连接至

-用于精细清洁合成气体的等离子体催化烟气清洁单元8，其连接至

-用于快速冷却合成气体的柱9，以防止危险化学物质重新结合，

-所述气化腔室4的输出还包括：

-反应器10，其用于因冷却熔化物质而产生的残余物的均质化，

其连接至

-用于收集冷却后的焦炭残余物的进料器11，

其特征在于，

-还包括根据权利要求2至4中任一项所述的等离子体开关6。

6.根据权利要求5所述的气化装置，其特征在于，所述固体物质的装载器1为利用金属磁性分离器制备固体物质的装置。

7.根据权利要求5至6中任一项所述的气化装置，其特征在于，所述固体物质的研磨器2被设计用于将颗粒研磨至0.80至10mm的尺寸。

8.根据权利要求5至7中任一项所述的气化装置，其特征在于，所述固体物质的料斗3包括用于抽吸初级气体的管或抽吸管道。

9.根据权利要求5至8中任一项所述的气化装置，其特征在于，其包括用于供应固体颗粒的料斗3和用于供应液体物质的喷洒器12。

10.根据权利要求5至9中任一项所述的气化装置的用途，其用于有机物质的热化学转化。

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