DD289403A5

DD289403A5 - METHOD FOR INTENSIFYING THE THERMAL OR CHEMICAL FABRIC CONVERSION PROCESSES IN PLASMA SPRAY

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Publication number: DD289403A5
Application number: DD33509289A
Authority: DD
Inventors: Wolfgang Hahnl; Bernd Scholz; Hans-Ulrich Dummersdorf; Michael Weiss; Joachim Noack; Annett Fuchs; Elke Lohse
Original assignee: Chemieanlagenbaukombintat Leipzig-Grimma,De
Priority date: 1989-12-01
Filing date: 1989-12-01
Publication date: 1991-04-25

Abstract

Fuer die Durchfuehrung von Stoffwandlungsprozessen kommen auch Plasmaerzeuger, indirekte Plasmatrons, zum Einsatz. Das erfindungsgemaesze Verfahren fuehrt zur Intensivierung der thermischen oder chemischen Stoffwandlungsprozesse im Plasmastrahl und kann in allen plasmachemischen Anlagen angewendet werden. Erfindungsgemaesz werden dem die Kathode umstroemenden Schutzgas periodische Schwankungen ausgepraegt. Das Arbeitsgas durchstroemt gemeinsam mit dem Schutzgas den Lichtbogen und werden zum Plasmastrahl transformiert. Die periodischen Schwankungen des Schutzgases werden durch Intensitaetsschwankungen der stroemungstechnischen Zustandsgroeszen mittels mechanischer Schwingungsgeneratoren erzeugt. Zur Regulierung der mittleren Eindringtiefe der Reaktanten in den Plasmastrahl wird die Frequenz der Intensitaetsschwankungen veraendert. Die dem Schutzgas aufgepraegten periodischen Schwankungen erzeugen periodische Schwankungen im Arbeitsgas-Schutzgasgemisch und somit im Plasmastrahl. Durch die periodischen Schwankungen untergliedert sich der Plasmastrahl in periodisch aufeinanderfolgende Bereiche starker bzw. schwacher Intensitaet. Am Ort der Einbringung des Reaktanten erfolgt ein staendiger, zeitlich nacheinander ablaufender Intensitaetswechsel des Plasmastrahls. Waehrend des Zeitraumes schwacher Plasmastrahlintensitaet dringt der Reaktant tief in den Plasmastrahl ein, so dasz der Stoffwandlungsprozesz im heiszen Zentrum des Plasmastrahles stattfindet. Figur{Thermische Stoffwandlung; chemische Stoffwandlung; Plasmastrahl; Lichtbogen; Reaktant; Schutzgas; periodische Schwankung; Intensitaetsschwankung; stroemungstechnische Zustandsgroeszen; Schwingungsgeneratoren}For the implementation of metabolic processes, plasma generators, indirect plasmatrons, are also used. The inventive method leads to the intensification of the thermal or chemical conversion processes in the plasma jet and can be used in all plasma-chemical plants. According to the invention, the shielding gas surrounding the cathode is given periodic variations. The working gas flows through the arc together with the protective gas and is transformed into a plasma jet. The periodic fluctuations of the shielding gas are generated by intensity fluctuations of the turbidity state variables by means of mechanical vibration generators. To regulate the mean penetration of the reactants into the plasma jet, the frequency of the intensity fluctuations is changed. The periodic fluctuations imposed on the shielding gas produce periodic fluctuations in the working gas / inert gas mixture and thus in the plasma jet. Due to the periodic fluctuations, the plasma jet is subdivided into periodically successive regions of strong or weak intensity. At the place of introduction of the reactant there is a constant, temporally successive intensity change of the plasma jet. During the period of low plasma jet intensity, the reactant penetrates deep into the plasma jet so that the mass conversion process takes place in the hot center of the plasma jet. Figure {Thermal Conversion; chemical conversion; Plasma jet; Electric arc; reactant; Inert gas; periodic fluctuation; Intensitaetsschwankung; flow state variables; Vibration generators}

Description

Hierzu 1 Seite ZeichnungFor this 1 page drawing

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Intensivierung der thermischen oder chemischen Stoffwandlungsprozesse im Plasmastrahl, z. B. zur Umwandlung von Kohle, Koks, Metalloxiden, toxischen Abprodukten, für den Einsatz in der Grundstoffindustrie, der chemischen Industrie, Gaserzeugungsindustrie, Metallverarbeitung, Schiffbau, Maschinenbau, Anlagenbau, Metallurgie, der Keramikindustrie und ν. a m.The invention relates to a method for intensifying the thermal or chemical conversion processes in the plasma jet, z. For the conversion of coal, coke, metal oxides, toxic waste products, for use in the basic industries, the chemical industry, gas production industry, metal processing, shipbuilding, mechanical engineering, plant construction, metallurgy, the ceramic industry and ν. at the.

Characteristic of the known state of the art

Für die Durchführung von Stoffwandlungsprozessen kommen auch Plasmaerzeuger, indirekte Plasmalrons, zum Einsatz. Zwischen Stabkathode und Rohranode wird ein umlaufender Lichtbogen, das Lichtbogenplasma, erzeugt. Die Maximaltemperatur von Lichtbogenplasmen beträgt 5000 bis 20000K. Diesem System wird ein Arbeitsgas zugegeben. Es durchströmt den Lichtbogen, heizt sich auf, wird ionisiert und dehnt sich dabei auf das 10- bis lOOfache Volumen aus. Der soPlasma transformers, indirect plasmalrons, are also used to carry out metabolic processes. Between bar cathode and tube anode, a circulating arc, the arc plasma, is generated. The maximum temperature of arc plasmas is 5000 to 20000K. A working gas is added to this system. It flows through the arc, heats up, becomes ionized and expands to 10 to 100 times the volume. The so

entstehende Plasmastrahl weist sehr hohe Geschwindigkeiten auf, in den Randzonen 100 — und im Kern bis 1500 —. Dieresulting plasma jet has very high speeds, in the edge zones 100 - and in the core to 1500 -. The

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Viskosität eines Plasmastrahls von 10000K entspricht der eines Leichtöls bei Raumtemperatur.Viscosity of a plasma jet of 10000K corresponds to that of a light oil at room temperature.

Zur Vermeidung eines zu großen Materialabtrages an der Kathode wird vielfach ein Schutzgas zugegeben, das die Kathode direkt umspült. Dem Plasmastrahl wird ein Reaktant zugegeben. Diese Zusatzsubstanz durchläuft dabei folgende Prozeßstufen:To avoid a too large material removal at the cathode, a protective gas is often added, which flows around the cathode directly. A reactant is added to the plasma jet. This additional substance passes through the following process stages:

Eindringen, Erwärmung, Schmelzen, Verdampfen, Anregen, Dissoziieren, Ionisieren, chemische Reaktion und Abkühlung (Quenchen).Penetration, heating, melting, evaporation, stimulation, dissociation, ionization, chemical reaction and quenching.

Die Prozeßstufen können verkürzt oder unvollständig durchlaufen werden.The process stages can be shortened or incomplete.

Unerwünschte Wirkungen sind:Undesirable effects are:

- Die Prozeßstufen werden nicht in der beabsichtigten Art und Weise durchlaufen.- The process stages are not going through in the intended way.

- Das bezweckte Zielprodukt wird nicht in der erhofften Konzentration erzeugt.- The intended target product is not produced in the desired concentration.

- Es entstehen unerwünschte Produkte, z. B. Ruß, durch Einbringen von kohlenstoffhaltigen Stoffen in Temperaturbereiche über 4000K.- There are undesirable products, such. As carbon black, by introducing carbonaceous substances in temperature ranges over 4000K.

- Die Reaktanten dringen nicht bzw. nur ungenügend in den Plasmastrahl ein, wodurch sie nicht oder nur teilweise aufgeschmolzen bzw. umgesetzt werden. Damit verringert sich auch die Aufheizgeschwindigkeit der betroffenen Reaktanten. Die Menge des gewünschten Zielproduktes nimmt ab.- The reactants do not or insufficiently penetrate into the plasma jet, whereby they are not or only partially melted or reacted. This also reduces the heating rate of the affected reactants. The amount of the desired target product decreases.

Es zeigt sich, daß für eine optimale Prozeßführung dem Eindringen des Reaktanten in den Plasmastrahl eine herausragende Bedeutung zukommt.It turns out that for optimal process control, the penetration of the reactant into the plasma jet is of paramount importance.

The penetration process hangs u.a. from the following factors:

- dem Temepraturprofil und -niveau des Plasmastrahles,the temperature profile and level of the plasma jet,

- der Zähigkeit des Plasmastrahles,the toughness of the plasma jet,

- der Masse, Dichte und bei festen Reaktanten die Teilchengnometrie, Größe und Form der Reaktantenteilchcn,the mass, density and, for solid reactants, the particle geometry, size and shape of the reactant particles,

- dem Geschwindigkeitsprofil und Turbulenzgrad des Plasmastrahles,the velocity profile and degree of turbulence of the plasma jet,

- der Aufprallgeschwindigkeit des Reaktanten auf den Plasmastrahl bzw. der Eintrittsgeschwindigkeit des Reaktanten in den Reaktor.- The impact velocity of the reactant on the plasma jet and the inlet velocity of the reactant into the reactor.

Damit eng verbunden sind Verweilzeit im Reaktor, Aufheizgeschwindigkeit der Teilchen und schließlich ihre Umsetzung. Die Verweilzeit von Teilchen im Plasmastrahl liegt zwischen 10~⁴ und 10"³s. Teilchengrößen über 10"³mm lassen sich nicht mehr vollständig verdampfen und über 0,1 mm nicht mehr durchschmelzen, das Innere der Teilchen bleibt kalt. Andererseits vermindert sich mit der Herabsetzung dor Teilchengröße ihre Eindringtiefe. Die Teilchen gelangen nicht in die gewünschtenThis is closely related to residence time in the reactor, heating rate of the particles and finally their implementation. The residence time of particles in the plasma jet is between 10.sup.- ⁴ and 10.sup.- ³ s. Particle sizes over 10.sup.- ³ mm can no longer be completely vaporized and no longer melt through over 0.1 mm, the interior of the particles remains cold. On the other hand, as the particle size is reduced, its penetration depth decreases. The particles do not get into the desired

hohen Temperaturbereiche im Kern des Plasmactrahles, die Aufheizgeschwindigkeit sinkt. Die Verweilzeit steigt aufgrund der wandnahen Teilchenbewegung Im Gebiet geringerer Plasmageschwindigkeiten. Die Effekte der Schnellpyrolyse, die auf eine hohe Gasausbeute gerichtet sind, nehmen ab.high temperature ranges in the core of the plasma jet, the heating rate drops. The residence time increases due to the near-wall particle movement in the region of lower plasma speeds. The effects of fast pyrolysis, which are aimed at high gas yield, decrease.

Es kommt also darauf an, möglichst kleine Teilchen auf dem kürzesten Weg in den Zentralbereich des Plasmastrahles zu bringen.It is therefore important to bring the smallest possible particles on the shortest path in the central region of the plasma jet.

Aus der Literatur sind eine Vielzahl von Lösungsvorschlägen zur Einbringung von Reaktanten in einen Plasmastrahl bekannt.From the literature, a variety of solutions for the introduction of reactants in a plasma jet are known.

A. Rutscher und H.Deutsch untergliedern im „Wissensspeicher Plasmatechnik", VEB Fachbuchverlag Leipzig, 1983, die Möglichkeiten der Substanzeinbringung nach dem Aggregatzustand, der Art, dem Zweck, dem Ort, der Geometrie und der Einbringerichtung.A. Rutscher and H. German subdivide in the "knowledge store plasma technology", VEB Fachbuchverlag Leipzig, 1983, the possibilities of Substanzeinbringung the state of aggregation, the nature, the purpose, the location, the geometry and the insertion direction.

Für den Zweck der Plasmachemie, insbesondere für die Umwandlung von kohlenstoffhaltigen Brennstoffen, ist der Ort der Einbringung im elektrisch stromfreien Plasmastrahl am günstigsten.For the purpose of plasma chemistry, in particular for the conversion of carbonaceous fuels, the location of the introduction in the electrically current-free plasma jet is the most favorable.

The geometry of the introduction is subdivided by the authors into:

- punktförmig radial,- punctiform radial,

- linienförmig quer,- linear across,

- mehrfachpunktförrrig radial,- multi-point radial,

- ringförmig radial,ring-shaped radially,

- punktförmig tangential und- Point-like tangential and

- ringförmig tangential.- annular tangential.

As Einbringerichtungen are known:

- Parallel mit der Plasmaströmung,- in parallel with the plasma flow,

- antiparallel gegen die Plasmaströmung,- antiparallel to the plasma flow,

- senkrecht zur Plasmaströmung,perpendicular to the plasma flow,

- schräg zur Plasmaströmung und- obliquely to the plasma flow and

- schräg gegen die Plasmaströmung.- obliquely against the plasma flow.

In DD-ÄP 232065 wird vorgeschlagen, die umzusetzenden Komponenten gemeinsam als sogenanntes Einspeisfluid durch eine langgestreckte Reaktionskammer zu leiten und über die gesamte Längse.Streckung der Reaktionskammer einon zentralen Plasmastrahi ausz'ibilden. Ebenso wird empfohlen, das Einspeisfluid im Gegenstrom zum plasmastrahlbildenden Plasmagas zu leiten.In DD-ÄP 232065 it is proposed to guide the components to be reacted together as a so-called feed fluid through an elongated reaction chamber and aus'ibilden over the entire Längse.Streckung the reaction chamber einon central Plasmastrahi. It is also recommended to direct the feed fluid countercurrent to the plasma jet forming plasma gas.

Der Nachteil dieser Lösung besteht darin, daß einerseits ein Arbeitsgas, das lediglich zur Erzeugung das Plasmastrahles dient, erst durch das Lichtbogenplasma aufgeheizt werden muß, um dann die Wärmeenergie wieder an das Einspeisfluid zu übargeben. Bei jedem Übertragungsprozeß entstehen Wirkungsgradeinbußen.The disadvantage of this solution is that, on the one hand, a working gas, which merely serves to generate the plasma jet, first has to be heated by the arc plasma, in order then to transfer the heat energy back to the feed fluid. Each transfer process results in loss of efficiency.

Andererseits wird das Einspeisfluid in bekannter Weise dem Plasmastrahl zugegeben. Doch der Prozeß des Eindringens wird wie bei allen bekannten Lösungen nur unvollständig beherrscht. Nur 10...50% der im Plasmastrahl enthaltenen Leistung konnte bisher genutzt werden. Das betrifft auch die Lösungsvorschläge DE-PS 3303677 und DE-OS 2651775, die eine Queranströmung des Plasmastrahles beschreiben. DD-WP 218984 gibt eine ringförmig radiale Zuführung des Reaktanten an.On the other hand, the feed fluid is added to the plasma jet in a known manner. But the process of intrusion is mastered only incompletely as with all known solutions. Only 10 ... 50% of the power contained in the plasma jet could previously be used. This also applies to the proposed solutions DE-PS 3303677 and DE-OS 2651775, which describe a transverse flow of the plasma jet. DD-WP 218984 indicates an annular radial feed of the reactant.

Object of the invention

Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Intensivierung der thermischen oder chemischen Stoffwandlungsprozesse, insbesondere von kohlenstoffhaltigen Brennstoffen im Plasmastrahl zum Einsatz zu bringen, das einen wesentlich höheren Energie- und Rohstoffausnutzungsgrad aufweist. Damit soll die Wirtschaftlichkeit plasmachemischer Anlagen verbessert werden.The aim of the invention is to bring to use a method for intensifying the thermal or chemical material conversion processes, in particular of carbonaceous fuels in the plasma jet, which has a much higher energy and raw material utilization. This should improve the efficiency of plasma-chemical plants.

Explanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Intensivierung thermischer oder chemischer Stoffwandlungsprozesse im Plasmastrahl zu entwickeln. Das Verfahren sollThe invention has for its object to develop a method for intensifying thermal or chemical conversion processes in the plasma jet. The procedure should

- die Eindringtiefe sehr kleiner Teilchen (insbesondere Teilchen kleiner 10~³mm) bis in den heißen Zentralbereich des Plasmastrahls, auch bei sehr geringen radialen Anfangsgeschwindigkeiten der Teilchen von ca. 2 bis 4 m/s ermöglichen,the penetration depth of very small particles (in particular particles smaller than 10 ^-3 mm) into the hot central region of the plasma jet, even at very low initial radial velocities of the particles of about 2 to 4 m / s,

- mit einfachen technischen Mitteln realisierbar sein,- be feasible with simple technical means,

- einen hohen Mischeffekt bewirken,- cause a high mixing effect,

- an jedem Plasmatron ohne wesentliche Vergrößerung des technischen Aufwands ausführbar sein,be executable on any plasmatron without a significant increase in the technical complexity,

- eine Regulierung der Produktzusammensetzung ohne Änderung der Plasmastrahllänge, der Substanzeinbringung oder des Quenchortes zulassen,allow for a regulation of the product composition without changing the plasma jet length, the substance introduction or the quenching site,

- für die Einbringung flüssiger, fester oder gasförmiger Reaktanten in den Plasmastrahl anwendbar sein,be applicable to the introduction of liquid, solid or gaseous reactants into the plasma jet,

- den Wirkungsgrad der Energieumseizung wesentlich erhöhen.- significantly increase the efficiency of energy redistribution.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß dem die Kathode umströmenden Schutzgas periodische Schwankungen aufgeprägt werden. Das Arbeitsgas durchströmt gemeinsam mit dem Schutzgas den Lichtbogen und beide werden zum Plasmastrahl transformiert. Zum Plasmastrahl erfolgt die Zugabe des Reaktanten. Die periodischen Schwankungen des Schutzgases werden durch Intensitätsschwankungen der strömungstechnischen Zustandsgrößen mittels mechanischer Schwingungsgeneratoren erzeugt.According to the invention the object is achieved in that the cathode flowing around the protective gas periodic fluctuations are impressed. The working gas flows through the arc together with the protective gas and both are transformed into a plasma jet. To the plasma jet, the addition of the reactant. The periodic fluctuations of the protective gas are generated by intensity fluctuations of the fluid state variables by means of mechanical vibration generators.

Zur Regulierung der mittleren Eindringtiefe der Reaktanten in den Plasmastrahl wird die Frequenz der Intensitätsschwankungen verändert.To regulate the average penetration depth of the reactants into the plasma jet, the frequency of the intensity fluctuations is changed.

The effectiveness of the invention is the following:

Die dem Schutzgas aufgeprägten periodischen Schwankungen erzeugen periodische Schwankungen im Arbeitsgas.und gleichzeitig periodische Schwankungen in dem dem Lichtbogen zuströmenden Gemisch aus Arbeitsgas und Schutzgas. Die so erzeugten periodischen Schwankungen setzen sich verstärkt im Plasmastrahl fort. Im Plasmastrahl entstehen Druck-Dichte-Schwankungen, verbunden mit Temperatur·, Viskositäts- und Geschwindigkeitsschwankungen. Der Plasmastrahl untergliedert sich in periodisch aufeinanderfolgende Bereiche starker bzw. schwacher Intensität. Am Ort der Einbringung des Reaktanten erfolgt ein ständiger, zeitlich nacheinander ablaufender Intensitätswechsel des Piasmastrahls.The periodic fluctuations imposed on the shielding gas produce periodic fluctuations in the working gas and at the same time periodic fluctuations in the mixture of working gas and protective gas flowing into the arc. The periodic fluctuations thus generated continue to increase in the plasma jet. In the plasma jet pressure-density fluctuations occur, combined with temperature, viscosity and velocity fluctuations. The plasma jet is subdivided into periodically successive regions of strong or weak intensity. At the place of introduction of the reactant there is a constant, successively occurring intensity change of the Piasmastrahls.

Während des Zeitraumes schwacher Plasmastrahlintensität wirken auf den eindringenden Reaktanten verhältnismäßig geringe Reaktionskräfte, die aus der Wechselwirkung der strömungstechnischen Parameter des Plasmastrahls und des Reaktanten entstehen. Dos betrifft sowohl die radial als auch die axial zum Plasmastrahl gerichteten Kraftkomponenten. Damit wird auch das Eindringen sehr kleiner Teilchen erleichtert. Der Reaktant gelangt auf kürzestem Weg in den Zentralbereich. Gleichzeitig wirkt eine relativ geringe thermische Plasmastrahlintensität auf den Reaktanten.During the period of low plasma jet intensity, relatively low reaction forces on the penetrating reactants arise from the interaction of the fluidic parameters of the plasma jet and the reactant. Dos relates to both the radially and axially directed to the plasma jet force components. This also facilitates the penetration of very small particles. The reactant reaches the central area by the shortest route. At the same time, a relatively low thermal plasma jet intensity acts on the reactant.

Die Eindringtiefe des Reaktanten in den Plasmastrahl hängt von der Frequenz der Intensitätsschwankungen des Piasmastrahls ab.The penetration depth of the reactant into the plasma jet depends on the frequency of the intensity fluctuations of the piasmatic jet.

Je nach der Frequenz wird ein Reaktant auf seinem Weg zum Zentralbereich des Plasmastrahls früher oder später von der nun folgenden Welle starker Plasmastrahlintensitäl erfaßt, aufgeheizt und umgesetzt. Die Höhe der erreichbaren Endtemperatur hängt dabei vom jeweiligen Ort des Reaktanten im Plasmastrrhl ab. Die Endtemperatur ist um so höher, je weiter der Reaktant bis ins Zentrum des Plasmastrahls vorgedrungen ist. Damit eng verbunden sind auch die Aufheizgeschwindigkeit und die VerweiUeit des sich umsetzenden Reaktanten. Die Aufheizgeschwindigkeit steigt und die Verweilzeit sinkt in Richtung Zentrum.Depending on the frequency, a reactant on its way to the central region of the plasma jet is sooner or later detected, heated and converted by the wave of strong plasma jet intensities that follows. The height of the achievable final temperature depends on the location of the reactant in the plasma turbidity. The final temperature is higher, the further the reactant has penetrated to the center of the plasma jet. Closely related to this are the heating rate and the use of the reactant reacting. The heating rate increases and the residence time decreases towards the center.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die dazugehörige Zeichnung zeigt ein indirektes Plasmatron mit vollausgebildetem Plasmastrahl.The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment. The accompanying drawing shows an indirect plasmatron with fully developed plasma jet.

Das dargestellte indirekte Plasmatron verfügt über eine Stabkathode 1 und eine Rohranode 2. Ein Schutzgas 10 umströmt die Stabkathode 1. Ein Ringmagnet 9 umschließt die Rohranode 2.The illustrated indirect plasmatron has a rod cathode 1 and a tubular anode 2. A protective gas 10 flows around the rod cathode 1. A ring magnet 9 surrounds the tube anode 2.

Ein umlaufender Lichtbogen 4 verbindet die Stabkathode 1 mit der Rohranode 2. Zwischen Stabkathode 1 und Rohranode 2 erfolgt die Zugabe dos Arbeitsgases 3. An den Lichtbogen 4 schließt auf der der Stabkathode 1 abgewendeten Seite der Plasmastrahl 5 an. Weiter stromabwärts erfolgt die Zugabe des Reaktanten 6, die Kühlmittelzuführung 7 und die Produktabführung 8.A circulating arc 4 connects the rod cathode 1 with the tube anode 2. Between rod cathode 1 and tube anode 2, the addition dos working gas 3. At the arc 4 closes on the rod cathode 1 side facing away from the plasma jet 5 at. Further downstream, the addition of the reactant 6, the coolant supply 7 and the product discharge 8 takes place.

im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird als Reaktant 6 Kohlenstaub, als Arbeitsgas 3 Wasserstoff und als Schutzgas 10 Stickstoff eingesetzt.In the present embodiment, 6 carbon dust is used as the reactant, 3 hydrogen as the working gas and 10 nitrogen as the protective gas.

Zur Intensivierung der thermischen oder chemischen Stoffwandlungsprozesse im Plasmastrahl 5 werden dem Schutzgas 10 periodische Schwankungen aufgeprägt. Diese periodischen Schwankungen werden durch Intensitätsschwankungen der strömungstechnischen Zustandsgrößen, wie Druck und Strömungsgeschwindigkeit, erzeugt.To intensify the thermal or chemical conversion processes in the plasma jet 5 10 periodic fluctuations are impressed on the protective gas. These periodic fluctuations are generated by intensity fluctuations of the fluid state variables, such as pressure and flow velocity.

Der dafür erforderliche mechanische Schwingungsgenerator ist in diesem Fall ein gesteuertes Magnetventil, durch welches im Schutzgas eine Schwingung mit ca. 250Hz erzeugt wird. Zur Regulierung der mittleren Eindringtiefe des Reaktanten 6 in den Plasmastrahl 5 wird die Frequenz der Intensitätsschwankungen verändert.The mechanical vibration generator required for this purpose is in this case a controlled magnetic valve, by means of which an oscillation of approximately 250 Hz is generated in the shielding gas. To regulate the average penetration depth of the reactant 6 into the plasma jet 5, the frequency of the intensity fluctuations is changed.

Die Intensitätsschwankungen des Schutzgases 10 bewirken periodische Intensitätsschwankungen im Arbeitsgas 3 und gleichzeitig in dem den Lichtbogen 4 zuströmenden Gemisch aus Arbeitsgas 3 und Schutzgas 10.The intensity fluctuations of the protective gas 10 cause periodic intensity fluctuations in the working gas 3 and at the same time in the arc 4 inflowing mixture of working gas 3 and inert gas 10th

Diese Intensitätsschwankungen werden auf den Plasmastrahl 5 übertragen.These intensity fluctuations are transmitted to the plasma jet 5.

Während des Zeitraumes schwacher Intensität des Plasmastrahls 5 wirken auf die Kohlenstaubteilchen, die als Reaktant 6 zugegeben werden, sehr geringe Wechselwirkungskräfte. Auch sehr kleine Teilchen können ungehindert bis in den Zentralbereich eindringen. Der folgende Impuls hoher Intensität des Plasmastrahls 5 erfaßt die Kohlenstaubteilchen, heizt sie auf und pyrolysiert sie. Durch die erreichbare hohe Aufheizgeschwindigkeit der erfindungsgemäßen Lösung gelingt eine wesentliche Erhöhung der Ausbeute an flüchtigen Kohlenstaubbestandteilen.During the period of low intensity of the plasma jet 5, the coal dust particles added as reactant 6 have very low interaction forces. Even very small particles can penetrate unhindered into the central area. The following high-intensity pulse of the plasma jet 5 captures the pulverized coal particles, heats them and pyrolyzes them. The achievable high heating rate of the solution according to the invention achieves a substantial increase in the yield of volatile pulverulent constituents.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung bestehen in folgendem:The advantages of the solution according to the invention consist in the following:

- Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht das Eindringen sehr kleiner Teilchen, insbesondere Toilchen kleiner 10~³ mm, bis in den heißen Zentralbereich des Plasmastrahls, auch bei sehr geringen radialen Anfangsgeschwindigkeiten der Teilchen.The solution according to the invention makes it possible to penetrate very small particles, in particular small particles smaller than 10 ^-3 mm, into the hot central region of the plasma jet, even at very low initial radial velocities of the particles.

- Das vorgeschlagene Verfahren ist mit einfachen Mitteln, es ist z. B. nur ein strömungsinduzierter Schwinggeber in die Zuführungsleitung des Arbeitsgases zwischenzuschalten, realisierbar.- The proposed method is simple means, it is z. B. interpose only a flow-induced oscillator in the supply line of the working gas, feasible.

- Die Regulierung der Produktzusammensetzung erfolgt durch Frequenzänderung dor Intensitätsschwankungen des Arbeitsgases.- The regulation of the product composition takes place by changing the frequency of the fluctuations in the intensity of the working gas.

- Die Lösung ist für das Einbringen fester, flüssiger oder gasförmiger Reaktanten in den Plasmastrahl anwendbar.The solution is applicable to the introduction of solid, liquid or gaseous reactants into the plasma jet.

- Der Wirkungsgrad der Energieumsetzung erhöht sich gegenüber herkömmlichen Verfahren.- The efficiency of energy conversion increases compared to conventional methods.

Weitere Möglichkeiten zur Erzeugung der Intensitätsschwankungen im Schutzgas 10 sind strömungsinduzierte mechanische Schwingungsgeneratoren, wie Resonanzkörper, Flatterventile oder Laufräder, aber auch von außen angeregte, wie Kolbenverdichter.Other possibilities for generating the intensity fluctuations in the protective gas 10 are flow-induced mechanical vibration generators, such as resonance body, flutter valves or wheels, but also excited from the outside, such as reciprocating compressor.

Claims

1. A method for intensifying the thermal or chemical conversion processes in the plasma jet, wherein the plasma jet generated from a working gas flowing through the arc, a reactant is added to the plasma jet and a protective gas flows around the cathode, characterized in that the shielding gas (10) imparted periodic variations become.

2. The method according to claim 1, characterized in that the periodic fluctuations are generated by intensity fluctuations of the fluidic state variables.

3. The method according to claim 1 and 2, characterized in that the periodic Iptensitätsschwankungen the fluidic state variables are generated by mechanical vibration generators.

4. The method according to claim 1 and 2, characterized in that for regulating the average penetration depth of the reactant (6) in the plasma jet (5), the frequency of the intensity fluctuations is changed.