DE19982291C2

DE19982291C2 - Mikrowellen-Plasmagenerator und Verfahren zur Zersetzung von organischen Halogeniden

Info

Publication number: DE19982291C2
Application number: DE19982291T
Authority: DE
Inventors: Tetsuya Ikeda; Minoru Danno
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1998-10-23
Filing date: 1999-10-22
Publication date: 2003-11-27
Anticipated expiration: 2019-10-23
Also published as: US20020074946A1; US20020070670A1; US6635997B2; AU746745B2; US6340863B1; WO2000025557A1; DE19982291T1; JP2000133494A; US20020070669A1; US20020063530A1; US6593507B2; US6600084B2; US6650059B2; AU6229499A; US20020101162A1

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Mikrowellengenerator, der zur Zerset zung insbesondere von organischen Halogeniden, wie Freon und Trichlormethan geeignet ist und bei dem der Aufbau einer Entladungsröhre für die Mikrowellen plasmaerzeugung verbessert ist, und ein Verfahren und ein System zur Zerset zung organischer Halogenide, wie beispielsweise Freon oder Trichlormethan.

Stand der Technik

Große Mengen organischer Halogenide, wie beispielsweise Freon, Trichlor methan und Halon, die Fluor, Chlor, Brom und ähnliches in Molekülen enthalten, werden in zahlreichen Anwendungsfällen benutzt, wie beispielsweise für Käl temittel, Lösungsmittel und Feuerlöscher. Diese Verbindungen sind jedoch hoch flüchtig, so dass viele von Ihnen ohne eine Behandlung in die Umwelt, wie bei spielsweise in die Luft, den Boden und das Wasser emittiert werden. Es ist fest gestellt worden, dass derartige emittierte Gase auf die Umwelt einen großen Ein fluss haben, z. B. Karzinogene produzieren, die Ozonschicht zerstören und die Erderwärmung verursachen. Demzufolge ist es aus der Sicht des Umwelt schutzes notwendig, diese organischen Halogenide unschädlich zu machen.

Üblicherweise beschriebene Verfahren zur Bearbeitung von organischen Haloge niden verwenden eine Zersetzungsreaktion bei hohen Temperaturen. Diese Ver fahren werden grob klassifiziert in Verbrennungsmethoden und Plasmamethoden.

Bei der Verbrennungsmethode werden die flüchtigen organischen Halogenide zusammen mit üblichen Abfällen, wie beispielsweise Kunststoffen, verbrannt. Um sie in einer Müllverbrennungsanlage zu verbrennen, muss eine erhöhte Kor rosionsbeständigkeit als Maßnahme gegen die starke und korrosive Säuresalz säure er griffen werden. Ferner müssen die organischen Halogenide getrennt verbrannt werden, da eine Verbrennungstemperatur unterschiedlich von der Verbrennung stemperatur für übliche Kunststoffe eingestellt wird. Ferner sind die Abgaswerte von beispielsweise Chlorwasserstoff und Dioxin strikt begrenzt. Folglich darf die zu verarbeitende Menge nicht ohne Bedacht erhöht werden, damit ein primärer Grund für beispielsweise eine unstabile Verbrennungstemperatur vermieden wird.

Bezüglich des Plasmaverfahrens ist ein Verfahren zur Zersetzung eines flüchtigen organischen Halogenids in Kohlendioxid, Chlorwasserstoff und Fluorwasserstoff durch Reaktion des Halogenids mit Wasserdampf in einem Plasma in einem spe ziellen Zersetzungsapparat für beispielsweise Freon bekannt.

Die japanische veröffentlichte Patentanmeldung JP 03-222298 offenbart einen Spurenelement-Mikrowellenplasmaanalysator mit einer in Fig. 17 gezeig ten Entladungsröhre mit einem doppelwandigen Aufbau. Die in Fig. 17 darge stellte Doppel-Entladungsröhre 201 ist aus Quarz hergestellt und weist ein äuße res zylindrisches Rohr 202 und ein inneres zylindrisches Rohr 203 auf. Eine Zu führungsleitung 204 für Reaktionsgas ist an das äußere Rohr 202 in tangentialer Richtung des äußeren Rohres 202 angeschlossen. Am Endabschnitt des inneren Rohres 203 ist ein konisches zylindrisches Stück 205 mit einem großen Durch messer und großem Querschnitt ausgebildet, wodurch der Raum zwischen dem zylindrischen Abschnitt 205 des inneren Rohres 203 und dem äußeren Rohr 202 verengt wird. Die Entladungsröhre 201 ist durch eine Mikrowellenkavität 207 ge führt, die einen metallischen Leiter 206 und einen rechteckigen Wellenleiter 208 aufweist.

Ein Reaktionsgas 209 wird durch die Zuführungsleitung 204 in den Raum zwi schen dem äußeren Rohr 202 und dem inneren Rohr 203 in der Entladungsröhre 201 geleitet, wo sich ein Spalt zwischen einer Antenne und einer Kavitätsendplatte oder zwischen inneren und äußeren Leitern in der Kavität 207 befindet. Dieses Reaktionsgas 209 wird vom Ausgangsende dieses Raumes eingeleitet. Gleichzei tig wird Trägergas 210 in das innere Rohr 203 geleitet und aus einer Injektionsöff nung 211 die am Endabschnitt des Innenrohres 103 eingeblasen, wodurch durch Endladung ein Plasma 212 erzeugt wird. Bezüglich der Zusammensetzung wird beispielsweise Stickstoffgas o. ä. als Reaktionsgas 209 und Ar oder He als Träger gas 210 verwendet.

Das Plasma wird durch Einsatz einer Tesla Spule, die außerhalb in der Nähe der Entladungsröhre 201 am Ausgang der Mikrowellenkavität angeordnet ist oder durch eine Zündspule 214 gezündet, die mit einer Zündspannungsquelle 213, wie beispielsweise ein Glimmlampentransformator, verbunden ist.

Wenn Ar als Trägergas verwendet wird, erhöht dies jedoch die laufenden Kosten.

Wenn die Durchflussrate des Trägergases erhöht wird, wird die Erzeugung des Plasmas unstabil.

Da ferner die Injektionsöffnung 211 des inneren Rohres 203 zum Einführen des Trägergases sehr klein ist, kann dieser Abschnitt leicht, beispielsweise durch Schmelzen im Plasma, beschädigt werden.

Ferner wird der Gasströmungsweg zwischen dem inneren Rohr 203 und dem äu ßeren Rohr 202 durch das konische zylindrische Stück 205 mit großem Durch messer und großem Querschnitt das am Endabschnitt des Innenrohres 203 aus gebildet ist, eingeengt. Obwohl dies die Zuführungsrate für das Reaktionsgas er höht, erstreckt sich das Plasma 212 zurück in den Raum um das zylindrische Teil 205. Dadurch schmilzt und bricht das zylindrische Teil 205 des inneren Rohres 203.

Um andererseits den Kontakt eines Plasmas mit der Wandfläche der Wandfläche der Entladungsröhre 201 zu vermeiden, wird üblicher Weise in dem Entladungs rohr 201 eine verwirbelte Strömung in dem Spalt zwischen dem äußeren Rohr 202 und dem inneren Rohr 203 erzeugt, indem die Gaszuführungsleitung 204 an das äußere Rohr 202 in tangentialer Richtung dieses äußeren Rohres 202 ange schlossen wird. Dieser Effekt geht jedoch dadurch verloren, dass der dicke zylin drische Abschnitt 205 des inneren Rohres 203 den Strömungsweg in dem Spalt verengt. Demzufolge führt selbst eine kleine Veränderung des Plasmazustands zu einer uneinheitlichen Entladung oder schmilzt die Entladungsröhre 201.

In der DE 40 04 560 A1 ist eine Mikrowellen-Plasmaquellenvorrichtung mit einem koaxialen Wellenleiter offenbart, der aus einem zylindrischen Außenleiter und einem inneren Leiter in Form einer spiralförmigen Spule gebildet ist. Die Spule hat die Wirkung einer Zündeinrichtung.

In der JP 0962459 A ist eine Zersetzungsvorrichtung zur Zersetzung eines Argon-Gases und organischer Halogenide durch Dampfplasma beschrieben, bei dem ein Gaseinlassrohr einen Doppel-Röhrenaufbau mit einem inneren Einlassrohr für organische Halogenide und einem äußeren Einlassrohr für Wasserdampf hat.

In der JP 02131116 A ist eine Vorrichtung beschrieben, bei der Argon-Gas und organische Halogenide durch ein Rohr eingeleitet werden, um das eine Hochfrequenzspule gewickelt ist. Die Gaszufuhr erfolgt durch eine Vielzahl von Löchern in einer Gaszufuhrdüse. Ein Plasmarahmen wird zur Zersetzung der organischen Halogenide erzeugt.

In der DE 40 28 525 A1 ist eine Mikrowellen-Plasmaquellenvorrichtung beschrieben, bei der eine Entladeröhre einen Doppel-Röhrenaufbau mit einem äußeren Rohr und einem inneren Rohr hat. Zur Analyse wird eine Probe in das innere Rohr geleitet und Plasmagase durch den ringförmigen Zwischenraum zwischen dem inneren Rohr und dem äußeren Rohr durch eine Gaszufuhrleitung zugeführt. Das innere Rohr ist im Zentrum der Vorrichtung angeordnet, so dass die Stabilität der Erzeugung thermischen Plasmas aufgrund der Zufuhr der Probe von dem oberen Ende des inneren Rohres verringert wird, wenn Plasmagas durch die Gaszufuhrleitung in den ringförmigen Zwischenraum geleitet und thermisches Plasma in dem äußeren Rohr erzeugt wird. Zudem führt eine Steigerung der Probenzufuhrstromrate zu einer weiteren Instabilität der Erzeugung des thermischen Plasmas, was zu einem Verschwinden des Plasmas führen kann.

Offenbarung der Erfindung

Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung einen Mikrowellen-Plasmagenerator an zugeben, der geeignet ist, ein Plasma stabil und wirksam zu erzeugen.

Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Zersetzung von organischen Halogeniden anzugeben, mit dem wirksam flüchtige organische Halogenide, wie Freon und Trichlormethan, zersetzt werden können.

Die Aufgabe wird mit dem erfindungsgemäßen Mikrowellen-Plasmagenerator ge löst, der aufweist:
einen rechteckigen Wellenleiter mit einem Loch zur Übertragung einer Mikrowel le,
eine koaxiale Mikrowellenkavität, die kommunizierend mit dem Loch mit dem rechteckigen Wellenleiter verbunden ist,
eine Entladungsröhre aus dielektrischem Material, die sich durch das Loch des rechteckigen Wellenleiters und koaxial mit einer Mittelachse der Kavität durch die Kavität erstreckt, und
ein Zündelement, das mit einer Zündspannungsversorgungen verbunden ist.

Die Entladungsröhre hat einen Doppel-Röhrenaufbau mit einem äußeren und ei nem inneren Rohr, die einen ringförmigen Zwischenraum dazwischen definieren, wobei der ringförmige Zwischenraum eine konstante Querschnittsfläche über die gesamte Länge des inneren Rohres hat, und eine Gaszuführungsleitung nur mit dem äußeren Rohr verbunden ist und mit dem ringförmigen Zwischenraum kom muniziert, wodurch Reaktionsgas oder Gase nur durch die Gaszuführungsleitung dem ringförmigen Zwischenraum zugeführt werden.

Ein anderer erfindungsgemäßer Mikrowellen-Plasmagenerator weist auf:
einen rechteckigen Wellenleiter mit einem Loch zur Übertragung einer Mikrowel le;
eine zylindrische Mikroweillen-Resonanzkavität, die kommunizierend mit dem Loch an dem rechteckigen Wellenleiter verbunden und so positioniert ist, dass eine Mittelachse der Resonanzkavität mit der Richtung des elektrischen Feldes in dem rechteckigen Wellenleiter fluchtet,
eine Entladungsröhre aus dielektrischem Material, die sich durch das Loch des rechteckigen Wellenleiters und koaxial mit einer Mittelachse der Kavität durch die Kavität erstreckt, und
ein Zündelement, das mit einer Zündspannungsversorgung verbunden ist.

Wiederum hat die Entladungsröhre einen Doppel-Röhrenaufbau mit einem äuße ren und einem inneren Rohr, die einen ringförmigen Zwischenraum dazwischen definieren, wobei der der ringförmige Zwischenraum eine konstante Quer schnittsfläche über die gesamte Länge des inneren Rohres hat, und eine Gaszu führungsleitung nur mit dem äußeren Rohr verbunden ist und mit dem ringförmi gen Zwischenraum kommuniziert, wodurch Reaktionsgas oder ein Endabschnitt des inneren Rohres eine Gaseinblasöffnung aufweist, die den selben Durchmes ser wie die innere Kavität des inneren Rohres aufweist, wodurch Reaktionsgas oder Gase nur durch die Gaszuführungsleitung dem ringförmigen Zwischenraum zugeführt werden.

In einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Zersetzung eines organischen Halo genids wird ein Mikrowellen-Plasmagenerator bereitgestellt, der einen rechtecki gen Wellenleiter mit einem Loch zur Übertragung einer Mikrowelle, eine koaxiale Mikrowellenkavität, die kommunizierend mit dem Loch an dem rechteckigen Wellenleiter verbunden ist, eine Entladungsröhre aus dielektrischem Material, die sich durch das Loch des rechteckigen Wellenleiters und koaxial mit einer Mittel achse der Kavität durch die Kavität erstreckt, und ein Zündelement hat, das mit einer Zündspannungsversorgung verbunden ist, wobei die Entladungsröhre einen Doppel-Röhrenaufbau mit einem äußeren und einem inneren Rohr aufweist und eine Querschnittsfläche eines ringförmigen Zwischenraums zwischen dem äuße ren und inneren Rohr konstant über die gesamte Länge des inneren Rohres ist.

Es wird ein Gas, das organisches Halogenid, Wasserdampf und Luft enthält, nur in den ringförmigen Zwischenraum zwischen dem äußeren und inneren Rohr zu geführt. Dann wird das Zündelement durch Einschalten der Zündspannungsver sorgung gezündet und Plasma in dem äußeren Rohr, das sich benachbart von dem Endabschnitt des inneren Rohrs zu einem Endabschnitt des äußeren Rohrs erstreckt, erzeugt. Hierdurch wird das organische Halogenid zersetzt.

In einem weiteren erfindungsgemäßen Verfahren wird ein organisches Halogenid in einem Plasma durch Verwendung eines Mikrowellen-Plasmagenerators zer setzt, der eine zylindrische Mikrowellen-Resonanzkavität hat, die kommunizie rend mit dem Loch an dem rechteckigen Wellenleiter angeschlossen und so posi tioniert ist, dass eine Mittelachse der Resonanzkavität mit der Richtung des elek trischen Feldes in dem rechteckigen Wellenleiter fluchtet.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine Schnittdarstellung eines Zersetzungssystems für ein organi sches Halogenid mit einem Mikrowellen-Plasmagenerator gemäß ei nem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2 ist eine Schnittdarstellung des in Fig. 1 dargestellten Mikrowellen- Plasmagenerators,

Fig. 3 ist eine Schnittdarstellung eines Zersetzungssystems für ein organi sches Halogenid mit einem Mikrowellengenerator gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,

Fig. 4 ist eine Schnittdarstellung des Mikrowellen-Plasmagenerators aus Fig. 3,

Fig. 5 ist eine Schnittdarstellung eines Mikrowellen-Plasmagenerators ge mäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,

Fig. 6 ist eine Schnittdarstellung eines Mikrowellen-Plasmagenerators ge mäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,

Fig. 7 ist eine Schnittdarstellung eines Zersetzungssystems für ein organi sches Halogenid mit einem Mikrowellen-Plasmagenerator gemäß ei nem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,

Fig. 8 ist eine Schnittdarstellung des Mikrowellen-Plasmagenerators aus Fig. 7

Fig. 9 ist eine Schnittdarstellung eines Mikrowellen-Plasmagenerators ge mäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfin dung,

Fig. 10 ist eine Schnittdarstellung eines Mikrowellen-Plasmagenerators ge mäß einem siebten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,

Fig. 11 ist eine Schnittdarstellung eines Mikrowellen-Plasmagenerators ge mäß einem achten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,

Fig. 12 ist eine Schnittdarstellung eines Zersetzungssystems für ein organi sches Halogenid gemäß einem neunten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,

Fig. 13 ist eine Schnittdarstellung eines Zersetzungssystems für ein organi sches Halogenid gemäß einem zehnten Ausführungsbeispiel der vor liegenden Erfindung,

Fig. 14 ist eine Schnittdarstellung eines Zersetzungssystems für ein organi sches Halogenid gemäß einem elften Ausführungsbeispiel der vor liegenden Erfindung,

Fig. 15 ist eine Schnittdarstellung eines Zersetzungssystems für ein organi sches Halogenid gemäß einem zwölften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,

Fig. 16 ist eine Schnittdarstellung eines Zersetzungssystems für ein organi sches Halogenid gemäß einem dreizehnten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung und

Fig. 17 ist eine Schnittdarstellung eines herkömmlichen Mikrowellen- Plasmagenerators.

Bevorzugte Ausführungsart der Erfindung

Anhand der beigefügten Zeichnungen werden im folgenden erfindungsgemäße Mikrowellen-Plasmageneratoren sowie Verfahren und Systeme zur Zersetzung eines organischen Halogenids (beispielsweise Freongas) unter Benutzung eines thermischen Plasmas beschrieben.

Erste Ausführungsform

Fig. 1 ist eine Schnittdarstellung eines Zersetzungssystems für ein organisches Halogenid (beispielsweise Freon), das einen Mikrowellen-Plasmagenerator mit einer koaxialen Mikrowellenkavität gemäß der ersten Ausführungsform aufweist. Fig. 2 ist eine Schnittdarstellung des Mikrowellen-Plasmagenerators aus Fig. 1.

In Fig. 1 weist ein sich horizontal erstreckender rechteckiger Wellenleiter 1 in seinem Startabschnitt (linkes Ende) einen Mikrowellenoszillator 2, der eine Mikro welle mit einer Frequenz von 2,45 GHz erzeugt, und ein Loch 3 in diesem Endab schnitt auf. Der rechteckige Wellenleiter 1 leitet eine Mikrowelle von dem Startab schnitt zu einem Endabschnitt (rechtes Ende).

Wie Fig. 2 verdeutlicht, ist eine koaxiale Mikrowellenkavität 4 so angeschlossen, dass sie sich vertikal erstreckt und dabei mit dem Loch 3 des rechteckigen Wel lenleiters kommuniziert. Diese Kavität 4 weist eine Endplatte 5, einen zylindri schen äußeren Leiter 6, einen metallischen Leiter 8 und einen zylindrischen inne ren Leiter 9 auf. Die Endplatte 5 ist am Bodenabschnitt der Kavität 4 angeordnet und der äußere Leiter 6 ist an dieser Endplatte 5 befestigt. Der metallische Leiter 8 ist an dem rechteckigen Wellenleiter 1 nahe dem Loch 3 befestigt und ragt mit ei nem inversen konischen Abschnitt 7 in den äußeren Leiter 6. Durch die Mitte des metallischen Leiters 8 ist ein Loch ausgebildet. Der innere Leiter 9 erstreckt sich vom unteren Ende des inversen konischen Abschnitts 7 des metallischen Leiters 8 in eine Position unterhalb der Mittellage des äußeren Leiters und ist koaxial mit dem äußeren Leiter 8 angeordnet. Die Bezugsziffer 4a bezeichnet eine Drossel platte, die in der oberen Oberfläche der Kavität 4 ausgebildet ist, d. h. in dem ver bindenden Abschnitt zwischen dem rechteckigen Wellenleiter 1 und der Kavität 4. Eine Reaktionsröhre 10 ist unterhalb der koaxialen Mikrowellenkavität 4 angeord net.

Eine aus dielektrischem Material, beispielsweise Quarz, gebildete Entladungsröh re 11 erstreckt sich durch die Endplatte 5 von dem Loch in dem metallischen Lei ter 8 über den inneren Leiter 9 und ist in die Reaktionsröhre 10 eingesetzt. Dem gemäß ist die Entladungsröhre 11 so angeordnet, dass sie koaxial mit der Mittelachse der koaxialen Mikrowellenkavität 4 angeordnet ist und sich durch den rechteckigen Wellenleiter 1 und die Kavität 4 erstreckt.

Die Entladungsröhre 11 weist einen Doppelrohr-Aufbau mit einem äußeren Rohr 12, dessen oberes Ende verschlossen ist, und ein koaxial in dieses äußere Rohr 12 von seinem oberen Ende eingesetztes inneres Rohr 13 auf. Sowohl das äuße re Rohr 12 als auch das innere Rohr 13 sind gerade Rohre. In seinem Endab schnitt (unterem Endabschnitt) ist das innere Rohr 13 mit einer Gaseinführöffnung versehen, die denselben Durchmesser wie der Innenraum dieses inneren Rohres 13 aufweist. Die Querschnittsfläche des ringförmigen Spaltes, der zwischen dem äußeren und dem inneren Rohr 12, 13 gebildet ist, d. h. die Schnittfläche des ring förmigen Spaltes zwischen dem äußeren und inneren Rohr 12, 13 in einem Schnitt senkrecht zur Längsrichtung der Entladungsröhre 11 ist über die gesamte Länge des inneren Rohres 13 konstant.

Durch eine Gaszuführungsleitung 18 wird Freon von einem Freongascontainer 14, Luft von einem Luftcontainer 15, Argon von einem Argoncontainer 16 und Was serdampf von einem Wasserdampfgenerator 17 in einen Abschnitt oberhalb des ringförmigen Spaltes zwischen dem äußeren und dem inneren Rohr 12, 13 der Entladungsröhre 11 geleitet. Die Gaszuführungsleitung 18 ist entlang der tangen tialen Richtung des äußeren Rohres 12 angeschlossen.

Wie Fig. 2 zeigt, zündet eine Zündelektrode 20, die an eine Zündspannungsver sorgung 19 außerhalb des äußeren Rohres 12 der Entladungsröhre 11 angeord net ist, ein thermisches Plasma.

Das untere Ende der Reaktionsröhre 10 taucht in eine wässrige Alkalilösung 22 in einen Behälter 21 ein. An den oberen Abschnitt dieses Behälters 21 ist eine Ab gasleitung 23 angeschlossen.

Im folgenden wird die Funktion des vorbeschriebenen Mikrowellen- Plasmagenerators und ein Verfahren zur Zersetzung eines organischen Haloge nids, beispielsweise Freon, unter Verwendung des Zersetzungssystems für das organische Halogenid beschrieben.

Der Mikrowellenoszillator 2 wird eingeschaltet, um Mikrowellen zu generieren. Die Mikrowelle wird durch den rechteckigen Wellenleiter 1 geleitet und dann auf die koaxiale Mikrowellenkavität 4 durch den metallischen Leiter 8 und den inneren Leiter 9 übertragen. Folglich wird in der Kavität 4 ein axial gerichtetes elektrisches Feld zwischen dem inneren Leiter 9 und der Endplatte 5 ausgebildet.

Wenn die Mikrowellen so in die koaxiale Mikrowellenkavität 4 übertragen werden, wird Freongas und ein Wasserdampf enthaltendes Gas durch die Gaszufüh rungsleitung 18 in den ringförmigen Spalt zwischen dem äußeren Rohr 12 und dem inneren Rohr 13 der Entladungsröhre 11 geleitet und die Zündspannungsver sorgung 19 wird betätigt, um die Entladung der Zündelektrode 20 zu veranlassen.

Dadurch wird in der Entladungsröhre 11 ein thermisches Plasma 24 mit einer ho hen Elektronenenergie und einer Temperatur von 2000 bis 6000 K erzeugt. Dieses thermische Plasma 24 erstreckt sich von der Entladungsröhre 11 in die Reaktions röhre 10 am unteren Ende der Entladungsröhre 11. Dadurch kann das Freongas leicht in Chlor-, Fluor- und Wasserstoffatome zersetzt werden und so reagiert das Freongas mit dem Wasserdampf. Beispielsweise wird Freon R12 (CCl₂F₂), das als Kältemittel in Klimaanlagen benutzt wird, leicht durch die folgende Reaktion zer setzt.

CCl₂F₂+ 2H₂O → 2HCl + 2HF + CO₂ (1)

Ferner wird sogar Freon 134a (CF₃CH₂F), das als nicht Chlor enthaltendes alter natives Freon bekannt ist und als relativ schwierig zu zersetzen gilt, leicht durch die folgende Reaktion zersetzt.

CF₃CH₂F + 2H₂O → 4HF + CO₂ + C (2)

C wandelt sich in Gegenwart von Sauerstoff o. ä. zu CO₂ um.

Das zersetzte Gas aus der Reaktionsröhre 10 wird unschädlich gemacht durch eine in Formel 3 unten angegebene Reaktion, indem es durch eine wässrige Alka lilösung (z. B. Kalziumhydroxid) 22 in den Behälter 21 geleitet wird. Das Gas, das Kohlensäuregas u. ä. enthält, wird über die Abgasleitung 23 abgelassen.

2HCl + 2HF + 2Ca(OH)₂ → CaCl₂ + CaF₂ + 4H₂O (3)

Bei dem oben beschriebenen Mikrowellen-Plasmagenerator gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist ein gerades Rohr als das die Doppelrohrstruktur der Ent ladungsröhre 11 bildende innere Rohr 13 verwendet, sodass die Querschnittsflä che des ringförmigen Spaltes zwischen dem inneren Rohr 13 und dem äußeren Rohr 12 konstant ist. Demgemäß kann das oben erwähnte Gas mit einer hohen Flussrate aus dem ringförmigen Spalt geblasen werden, was den Gasblaseffekt verstärkt. Demzufolge kann ein stabiles thermisches Plasma erzeugt werden. Wenn daher dieses thermische Plasma einmal gezündet ist, kann das Verschwin den des thermischen Plasmas auch dann verhindert werden, wenn die Zuführung von Ar-Gas als Trägergas gestoppt wird, um auf Freon oder Wasserdampf umzu schalten. Dadurch kann der Verbrauch von Ar-Gas verringert werden.

Ferner ist die Einblasöffnung des inneren Rohres 13 größer ausgeführt als die herkömmliche Einblasöffnung des inneren Rohres, die in Fig. 17 gezeigt ist. Da durch kann eine Beschädigung des inneren Rohres 13 durch das thermische Plasma 24 und ferner ein Anhaften von Ruß und eine Kondensation von Wasser dampf verhindert werden.

Ferner ist die Gaszuführungsleitung 18 an die Entladungsröhre 11 entlang der Richtung einer Tangente an dem äußeren Rohr 12 angeschlossen. Wenn das Gas daher in den vorgenannten ringförmigen Spalt durch die Gaszuführungsleitung 18 geleitet wird, kann es verwirbelt werden, wie dies in Fig. 2 durch den Pfeil ange deutet ist. Da die Querschnittsfläche des ringförmigen Spaltes zwischen dem inne ren Rohr und dem äußeren Rohr 12 konstant gehalten wird, erreicht der Effekt der verwirbelten Strömung den Ausgang des ringförmigen Spaltes und das Gas wird so in die Region eingeblasen, in der das Plasma generiert wird. Demzufolge kann die Strömungsgeschwindigkeit auf der Innenwand des äußeren Rohres 12 erhöht werden im Vergleich zu einer Verengung des Spaltes zwischen dem inneren Rohr und dem äußeren Rohr durch ein Anwachsen des Durchmessers des Ausgangs des inneren Rohres bei dem herkömmlichen, in Fig. 17 dargestellten Mikrowel len-Plasmagenerator. Ferner kann - wie bereits beschreiben - die Strömungsmen ge des von dem Spalt eingeblasenen Gases erhöht werden. Folglich wächst der Abblaseffekt für das Gas von der Innenwand des äußeren Rohres 12 in einem Abschnitt des äußeren Rohres 12 nahe dem Ausgang des Spaltes. Dies erzeugt ein stabileres thermisches Plasma in der Nähe der Mitte des äußeren Rohres 12. Demzufolge kann das Verschwinden des thermischen Plasmas auch dann verhin dert werden, wenn die Zuführung von Ar-Gas als Trägergas gestoppt wird, um auf Freon oder Wasserdampf umzuschalten. Dies kann den Verbrauch von Ar-Gas vermindern.

Ferner kann ein organisches Halogenid, wie beispielsweise Freon, leicht zersetzt und unschädlich gemacht werden, wenn das Zersetzungssystem aus Fig. 1 an gewendet wird.

In dem oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel ist die Zündelektrode na he dem Abschnitt der Entladungsröhre angeordnet, der sich aus der Kavität her aus erstreckt. Die Zündelektrode kann jedoch ebenfalls in das innere Rohr der Entladungsröhre eingesetzt werden. Alternativ kann eine Zündelektrode in Form einer Spule in das innere Rohr der Entladungsröhre eingesetzt werden.

In der oben beschriebenen ersten Ausführungsform wird ferner Freongas und ein wasserdampfhaltiges Gas in den ringförmigen Spalt zwischen dem äußeren und dem inneren Rohr 13, 12 der Entladungsröhre 11 eingeleitet, wodurch das Freon zersetzt wird. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Ausführungs form beschränkt. Beispielsweise ist es auch möglich, das organische Halogenid in das innere Rohr 13 und Wasserdampf in den ringförmigen Spalt zwischen dem äußeren und dem inneren Rohr 13, 12 einzuleiten, um in dem äußeren Rohr 12 ein Plasma zu erzeugen das sich vom Endabschnitt des inneren Rohres 13 zum Endabschnitt des äußeren Rohres 12 erstreckt, wodurch das Freon zersetzt wird.

Beispiel 1

In diesem Beispiel 1 wurde das Zersetzungssystem für ein organisches Halogenid mit dem Mikrowellen-Plasmagenerator gemäß der ersten Ausführungsform be nutzt, um Freon R12 (CCl₂F₂) und Freon 134a (CH₂CF₄) unter den unten be schriebenen Bedingungen zu zersetzen.

Der Innendurchmesser und die Länge der koaxialen Mikrowellenkavität zur Erzeu gung eines thermischen Plasmas, wie sie in den Fig. 1 und 2 dargestellt sind, wurden auf 40 mm bzw. 50 mm dimensioniert und die Spaltlänge zwischen dem Innenleiter 9 und der Endplatte 5 der Kavität wurde auf 20 mm eingestellt.

Innerhalb der Kavität 4 verlief die Quarz-Entladungsröhre 11 durch den metalli schen Leiter 8, den inneren Leiter 9 und die Endplatte 5. Diese Entladungsröhre 11 war zusammengesetzt aus einem äußeren Rohr 12 (Außendurchmesser 13 mm, Innendurchmesser 10 mm) und dem inneren Rohr 13 (Außendurchmesser 6 mm, Innendurchmesser 4 mm). Freon (R12) wurde unter atmosphärischem Druck und mit einer Flussrate von 6 l/min aus dem Freoncontainer 14, Wasserdampf unter Atmosphärendruck und einer Flussrate von 12 l/min vom Wasserdampfge nerator 17 zugeführt, beide durch die Gaszuführungsleitung 18. Von dem Oszilla tor 2 wurde eine 2,45 GHz-Mikrowelle in die koaxiale Mikrowellenkavität 4 über dem in dem rechteckigen Wellenleiter 1 angebrachten metallischen Leiter und den inneren Leiter 9 eingeführt, wodurch eine Entladung mit einem axial gerichteten elektrischen Feld zwischen dem inneren Leiter 9 und der Endplatte 5 erfolgte. Die Entladung ergab sich auch bei Atmosphärendruck als sehr stabil im Vergleich zu der Entladung, die mit einem herkömmlichen Gerät erzeugt wird.

Die Zersetzungsrate des Freons wurde durch eine Probennahme des Gases aus der Reaktionsröhre 10 und Berechnung der Anwesenheit/Abwesenheit eines thermischen Plasmas durch eine gaschromatografische Analyse der Freonkon zentration gemessen. Freon und Wasserdampf wurden dem inneren Rohr und dem äußeren Rohr (dem Spalt zwischen dem inneren und äußeren Rohr) der Entladungsröhre in verschiedener Weise zugeführt. Die unten stehende Tabelle 1 zeigt die Messergebnisse für das Zersetzungsverhältnis, die durch gaschromato grafische Analyse erhalten wurden, wenn die Zuführungsmenge an Freon 1 kg/h und die Mikrowellenleistung 1200 W waren.

Der selbe Versuch wurde mit Freon 134a, in das Luft eingemischt worden ist, durchgeführt. Die Ergebnisse sind ebenfalls in Tabelle 1 gezeigt.

Wie aus Tabelle 1 hervorgeht, wurden Freon und Wasserdampf nur in den ring förmigen Spalt zwischen dem äußeren und dem inneren Rohr 13, 12 der Entla dungsröhre 11 eingeleitet, ein thermisches Plasma gezündet und ein zufrieden stellendes Zersetzungsverhältnis erhalten. Eine ähnliche Zersetzung war auch für Freon 134a möglich.

Es wurde somit experimentell bestätigt, dass sogar bei Zumischung von Argon, Luft o. ä. als Zusatzgas ein im wesentlichen gleiches Zersetzungsverhältnis durch Regelung der Mikrowellenleistung erhalten wurde.

Zweite Ausführungsform

Fig. 3 ist eine Schnittdarstellung eines Zersetzungssystems für ein organisches Halogenid (z. B. Freon), das einen Mikrowellen-Plasmagenerator mit einer zylindri schen Mikrowellenresonanzkavität gemäß einer zweiten Ausführungsform der vor liegenden Erfindung aufweist. Fig. 4 ist eine Schnittdarstellung des in Fig. 3 ge zeigten Mikrowellen-Plasmagenerators. Gleiche Teile in den Fig. 3 und 4 sind mit den gleichen Bezugsziffern wie in den Fig. 1 und 2 bezeichnet und auf ihre detaillierte Beschreibung wird verzichtet.

Gemäß Fig. 3 weist ein sich horizontal erstreckender rechteckiger Wellenleiter 1 an seinem Startabschnitt (linkes Ende) einen Mikrowellenoszillator 2 auf, der eine Mikrowelle mit einer Frequenz von 2,45 GHz generiert, und ist mit einem Loch 3 in diesem Abschnitt versehen. Der rechteckige Wellenleiter 1 überträgt eine Mikro welle von dem Startabschnitt zu einem Endabschnitt (rechtes Ende).

Wie Fig. 4 zeigt, ist eine zylindrische Mikrowellenresonanzkavität 25 so ange schlossen, dass sie sich kommunizierend mit dem Loch 3 des rechteckigen Wel lenleiters 1 vertikal erstreckt. Diese Kavität 25 weist eine Endplatte 26, einen zy lindrischen äußeren Leiter 27, einen metallischen Leiter 29 und eine zylindrische Sondenantenne 30 auf. Die Endplatte 26 ist am unteren Abschnitt der Kavität 25 angeordnet und weist einen größeren Durchmesser als die der Mikrowellenkavität in Fig. 2 auf. Der äußere Leiter 27 ist an dieser Endplatte 26 befestigt. Der metal lische Leiter 29 ist an dem rechteckigen Wellenleiter 1 nahe dem Loch 3 befestigt und weist einen in den äußeren Leiter 27 erstreckten invers konischen Abschnitt 28 auf. Durch die Mitte des metallischen Leiters 29 ist ein Loch ausgebildet. Die Sondenantenne 30 erstreckt sich vom unteren Ende des invers konischen Ab schnitts 28 des metallischen Leiters 29 in den äußeren Leiter 27 hinein und ist koaxial mit dem äußeren Leiter 27 angeordnet. Die Bezugsziffer 25a bezeichnet eine Drosselplatte, die auf der oberen Oberfläche der Kavität 25 ausgebildet ist und das Loch 3 des rechteckigen Wellenleiters 1 begrenzt, d. h. den verbindenden Abschnitt zwischen dem rechteckigen Wellenleiter 1 und der Kavität 25.

Eine aus dielektrischem Material, beispielsweise Quarz, gebildete Entladungsröh re 11 verläuft durch die Endplatte 26 von dem Loch in dem metallischen Leiter 29 durch die Sondenantenne 30 und ist eingeführt in eine Reaktionsröhre 10. Dem gemäß ist die Entladungsröhre 11 so angeordnet, dass sie koaxial mit der Mittelachse der zylindrischen Mikrowellenresonanzkavität 25 verläuft und sich durch den rechteckigen Wellenleiter 1 und die Kavität 25 erstreckt.

Die Entladungsröhre 11 weist eine Doppelrohrstruktur mit einem am oberen Ende geschlossenen äußeren Rohr 12 und einem koaxial in das äußere Rohr 12 vom oberen Ende eingesetzten inneren Rohr 13 auf. Beide Rohre 12, 13 sind gerade Rohre. Am Endabschnitt (unteren Endabschnitt) weist das innere Rohr 13 eine Gaseinblasöffnung auf, die denselben Durchmesser wie der Innenraum des Innen rohrs 13 aufweist. Die Querschnittsfläche des ringförmigen Spalts zwischen dem äußeren und dem inneren Rohr 12, 13, d. h. die Querschnittsfläche des ringförmi gen Spalts zwischen dem äußeren und inneren Rohr 12, 13 in einem Schnitt senk recht zur Längsrichtung der Entladungsröhre 11 ist über die gesamte Länge des inneren Rohres 13 konstant.

Die Funktion des vorbeschriebenen Mikrowellen-Plasmagenerators und ein Ver fahren zur Zersetzung eines organischen Halogenids, beispielsweise Freon, unter Verwendung des Zersetzungssystems für ein organisches Halogenid, das diesen Generator aufweist, wird nun beschrieben werden.

Der Mikrowellenoszillator wird eingeschaltet, um eine Mikrowelle zu erzeugen. Die Mikrowelle wird von dem rechteckigen Wellenleiter 1 geleitet und in die zylindri sche Mikrowellenresonanzkavität 25 durch den metallischen Leiter 29 und die Sondenantenne 30 übertragen. Folglich bildet sich in der Kavität 25 zwischen der Sondenantenne 30 und der Endplatte 26 ein großes axial gerichtetes elektrisches Feld im TM₀₁₀-Mode aus. Dieses elektrische Feld ist in der Kavität 25 stabil, da der metallische Leiter 29 und die Sondenantenne 30 das elektrische Mode-Feld im rechteckigen Wellenleiter 1 und das Mode-Feld in der zylindrischen Mikrowellen resonanzkavität 25 koppeln.

Wenn die Mikrowelle so in die zylindrische Mikrowellenresonanzkavität 25 über tragen wird, wird Freongas und wasserdampfhaltiges Gas durch eine Gaszufüh rungsleitung 18 in den ringförmigen Spalt zwischen dem äußeren und inneren Rohr 12, 13 der Entladungsröhre 11 geleitet und eine Zündspannungsquelle 19 eingeschaltet, die die Entladung einer Zündelektrode 20 verursacht. Demzufolge wird in der Entladungsröhre 11 ein thermisches Plasma 24 mit einer hohen Elek tronenenergie und einer Temperatur von 2000 bis 6000 K erzeugt. Dieses thermi sche Plasma 24 erstreckt sich von der Entladungsröhre 11 in die Reaktionsröhre 10 am unteren Ende der Entladungsröhre 11. Dadurch wird das Freon leicht in Chlor-, Fluor- und Wasserstoffatome dissoziiert und so reagiert das Freongas mit dem Wasserdampf. Beispielsweise wird Freon R12 (CCl₂F₂) leicht durch eine Re aktion zersetzt, deren Formel 1 oben angegeben ist.

Das in dem Reaktionsrohr 10 zersetzte Gas wird durch eine durch die oben ange gebene Formel 3 angegebene Reaktion unschädlich gemacht, indem es durch eine wässrige Alkalilösung (z. B. Kalziumhydroxid) 22 in einem Behälter 21 geleitet wird. Das Kohlensäure u. ä. enthaltende Gas wird über eine Abgasleitung 23 ab gelassen.

Bei dem Mikrowellen-Plasmagenerator gemäß der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform wird als die Doppelrohrstruktur der Entladungsröhre 11 bilden des inneres Rohr 13 ein grades Rohr verwendet, sodass die Querschnittsfläche des ringförmigen Spaltes zwischen dem inneren Rohr 13 und dem äußeren Rohr 12 konstant ist. Demgemäß kann das oben erwähnte Gas mit einer hohen Fluss rate von dem ringförmigen Spalt geleitet werden, wodurch der Gasblaseffekt ver größert wird. Demzufolge kann ein stabiles thermisches Plasma erzeugt werden.

Wenn daher das Plasma einmal entzündet ist, kann das Verschwinden des ther mischen Plasmas auch dann verhindert werden, wenn die Zufuhr von Ar-Gas als Trägergas gestoppt wird, um auf Freon oder Wasserdampf umzuschalten. Da durch kann der Verbrauch von Ar-Gas verringert werden.

Ferner wird die Düsenöffnung des Innenrohrs 13 größer ausgebildet als die Dü senöffnung des herkömmlichen inneren Rohres, wie es in Fig. 17 dargestellt ist. Dadurch können Beschädigungen an dem inneren Rohr 13 durch das thermische Plasma 24 und das Anhaften von Ruß und kondensiertem Wasserdampf verhin dert werden.

Weiterhin ist die Gaszuführungsleitung 18 an die Entladungsröhre 11 entlang der Richtung der Tangente des äußeren Rohres 12 angeschlossen. Wenn das Gas durch die Gaszuführungsleitung 18 in den oben beschriebenen ringförmigen Spalt geleitet wird kann das Gas demzufolge Wirbel ausbilden, wie dies in Fig. 4 durch den Pfeil angedeutet ist. Da die Querschnittsfläche des ringförmigen Spaltes zwi schen dem inneren und dem äußeren Rohr 13, 12 konstant gehalten ist, bleibt der Verwirbelungseffekt der Strömung bis zum Ausgang des ringförmigen Spaltes er halten und das Gas wird so in die Region eingeblasen, in der das Plasma gene riert wird. Demgemäß kann die Flussrate auf der Innenwand des äußeren Rohres 12 erhöht werden gegenüber einer Verengung des Spaltes zwischen dem inneren und dem äußeren Rohr durch die Durchmesserzunahme am Ausgang des inneren Rohres bei dem in Fig. 17 dargestellten konventionellen Mikrowellen- Plasmagenerator. Ferner kann die Gasflussmenge, die aus dem Spalt ausgebla sen wird, erhöht werden, wie oben beschrieben ist. Demgemäß wird der Aus blaseffekt von der Innenwand des äußeren Rohres 12 in einem Abschnitt des äu ßeren Rohres 12 nahe dem Ausgang des Spaltes erhöht. Hierdurch wird ein sta bileres thermisches Plasma in der Nähe des Zentrums des äußeren Rohres 12 generiert. Das Verschwinden des thermischen Plasmas kann dadurch verhindert werden, auch wenn die Zuführung von Ar-Gas als Trägergas gestoppt wird, um auf Freon oder Wasserdampf umzuschalten. Dadurch kann der Verbrauch von Ar- Gas verringert werden.

Durch das in Fig. 3 gezeigte Zersetzungssystem kann somit ein organisches Halogenid, wie beispielsweise Freon, leicht zersetzt und unschädlich gemacht werden.

Beispiel 2

In diesem Beispiel 2 wurde das einen Mikrowellen-Plasmagenerator gemäß der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform enthaltendes Zersetzungssystem für ein organisches Halogenid benutzt, um Freon R12 unter den unten beschrie benen Bedingungen zu zersetzen.

Der Innendurchmesser und die Länge der zylindrischen Mikrowellenresonanzka vität 25 zur Erzeugung eines thermischen Plasmas, wie in Fig. 3 und 4 darge stellt, wurden mit 90 mm bzw. 50 mm gewählt und die Spaltlänge zwischen der Sondenantenne 30 und der Endplatte 26 der zylindrischen Mikrowellenresonanz kavität 25 war 20 mm.

Die Entladungsröhre 11 war zusammengesetzt aus dem äußeren Rohr 12 (Au ßendurchmesser 13 mm, Innendurchmesser 10 mm) und dem inneren Rohr 13 (Außendurchmesser 6 mm, Innendurchmesser 4 mm).

Zur Entladungsröhre 11 in der Kavität 25 wurde Freon (R12) unter Atmosphären druck und mit einer Flussrate von 6 l/min aus einem Freonbehälter 14 und Was serdampf bei Atmosphärendruck und mit einer Flussrate von 12 l/min von einem Wasserdampfgenerator 17 gemeinsam durch die Gaszuführungsleitung 18 gelei tet. Eine 2,45 GHz Mikrowelle wurde von dem Oszillator 2 in die zylindrische Mi krowellenresonanzkavität 25 über dem auf dem rechteckigen Wellenleiter 1 mon tierten metallischen Leiter 29 und die Sondenantenne 30 eingeführt wodurch eine Entladung mit einem axial gerichteten elektrischen Feld im TM₀₁₀-Mode zwischen der Sondenantenne 30 und der Endplatte 26 erfolgte. Die Freon- Zuführungsmenge wurde auf 1 kg/h und die Wasserdampfzuführungsmenge so eingestellt, dass das molare Verhältnis von Wasser/Freon 2 war, wobei Freon und Wasserdampf dem inneren Rohr und dem äußeren Rohr (dem Spalt zwischen in nerem und äußerem Rohr) der Entladungsröhre auf verschiedene Weisen zuge führt wurden. Dabei wurde das Zersetzungsverhältnis gemessen. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 2 dargestellt.

Wie sich aus der Tabelle 2 ergibt, war das erzeugte thermische Plasma höchst stabil und wurde das Freon mit einem hohen Zersetzungsverhältnis zersetzt, wenn Freon und Wasserdampf nur in den ringförmigen Spalt zwischen dem äußeren und dem inneren Rohr 12, 13 der Entladungsröhre 11 geleitet worden ist.

Andererseits wurde auch dann ein thermisches Plasma bei geringen Zuführungs mengen erzeugt, wenn Freon oder Wasserdampf in das innere Rohr 13 geleitet wurde. Die unten angegebene Tabelle 3 zeigt die Abhängigkeit des Freon- Zersetzungsverhältnisses von der Mikrowellenleistung, wenn die Freon-Flussrate und die Wasserdampf-Flussrate auf 6 l/min bzw. 12 l/min in der in den Fig. 3 und 4 dargestellten Anordnung eingestellt wurde, in der die Gaszuführungsleitung 18 an das äußere Rohr 12 der Entladungsröhre 11 in Tangentenrichtung des äu ßeren Rohrs 12 angeschlossen war. Tabelle 3 zeigt ferner einen Vergleich des Vorhandenseins oder Fehlens von Schmelzerscheinungen der Entladungsröhre bei der Verwendung einer herkömmlichen, in Fig. 17 dargestellten Entladungs röhre.

Tabelle 3

Tabelle 3 verdeutlicht, dass die Entladungsröhre des herkömmlichen Geräts mit zunehmender Mikrowellenleistung schmolz. Bei der vorliegenden Erfindung konnte jedoch das Schmelzen der Entladungsröhre auch dann unterdrückt wer den, wenn die Mikrowellenleistung erhöht wurde.

Dritte Ausführungsform

Fig. 5 ist eine Schnittdarstellung einer gegenüber der oben beschriebenen zwei ten Ausführungsform anderen Form des Mikrowellen-Plasmagenerators mit einer zylindrischen Mikrowellenresonanzkavität in einem System zur Zersetzung eines organischen Halogenids. Gleiche Bezugsziffern wie in den Fig. 3 und 4 kenn zeichnen gleiche Teile in Fig. 5 und eine detaillierte Beschreibung dieser Teile wird weggelassen.

Der in Fig. 5 dargestellte Mikrowellen-Plasmagenerator weist einen Aufbau auf, bei dem eine mit einer Zündspannungsversorgung 19 verbundene Zündspan nungselektrode in das innere Rohr 13 einer Doppelrohr-Entladungsröhre 11 ein gesetzt ist.

Ähnlich wie bei der vorbeschriebenen zweiten Ausführungsform kann ein Mikro wellen-Plasmagenerator mit diesem Aufbau den Verbrauch an Argongas während der Erzeugung des thermischen Plasmas verringern und eine Beschädigung des inneren Rohres durch das thermische Plasma unterdrücken.

Da die Zündelektrode 20 in das innere Rohr 13 der Entladungsröhre 11 eingesetzt ist, kann die Zündung mit hoher Reproduzierbarkeit unabhängig von dem Zustand des thermischen Plasmas stabil durchgeführt werden. Demzufolge kann das ther mische Plasma sogar bei einer niedrigen Flussrate des Ar-Gases gezündet wer den.

Freongas und wasserdampfhaltiges Gas werden durch eine Gaszuführungsleitung 18 in einen ringförmigen Spalt zwischen einem äußeren Rohr 12 und einem inne ren Rohr 13 der Entladungsröhre 11 eines Zersetzungssystems für ein organi sches Halogenid mit einem Mikrowellen-Plasmagenerator, wie er in Fig. 5 darge stellt ist, eingeleitet und die Zündspannungsquelle 19 wird betätigt, um eine Entla dung der in das innere Rohr 13 eingesetzten Zündelektrode 20 zu bewirken. Da durch kann Freon, wie beispielsweise Freon R12, leicht durch die Reaktion gemäß der früher angegebenen Formel 1 analog wie bei der beschriebenen zweiten Ausführungsform bewirkt werden.

Beispiel 3

Für dieses Beispiel 3 wurde ein Zersetzungssystem für ein organisches Halogenid mit einem Mikrowellen-Plasmagenerator gemäß der oben beschriebenen dritten Ausführungsform benutzt, um Freongas unter den unten genannten Bedingungen zu zersetzen.

Eine Hochfrequenzspannung, die durch die aus einer Teslaspule bestehende, in Fig. 5 gezeigte Spannungsversorgung 19 erzeugt worden ist, wurde auf die in das innere Rohr 13 der Entladungsröhre 11 eingesetzte Zündelektrode 20 geleitet und Ar-Gas in den ringförmigen Spalt zwischen dem äußeren und dem inneren Rohr zur Entladung eingelassen. Nachdem das thermische Plasma gezündet wur de blieb es auch dann bestehen, wenn das in den ringförmigen Spalt geleitete Gas auf Freon und Wasserdampf umgeschaltet wurde. Die unten stehende Tabelle 4 zeigt Messergebnisse für die Änderung der Ar-Flussrate. Tabelle 4 zeigt ferner Ergebnisse für den Stand der Technik unter Verwendung des in Fig. 17 gezeig ten Mikrowellen-Plasmagenerators.

Tabelle 4

Die obige Tabelle 4 verdeutlicht, dass der Mikrowellen-Plasmagenerator gemäß Beispiel 3 ein thermisches Plasma auch bei niedrigen Flussraten zuverlässig zün det, bei denen eine Zündung mit einem herkömmlichen Gerät schwierig zu errei chen war.

Vierte Ausführungsform

Fig. 6 ist eine Schnittdarstellung, die eine gegenüber der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform andere Form des Mikrowellen-Plasmagenerators mit einer zylindrischen Mikrowellenresonanzkavität in einem Zersetzungssystem für ein organisches Halogenid zeigt. Gleiche Bezugsziffern wie in Fig. 3 und 4 be zeichnen in Fig. 6 gleiche Teile und eine detaillierte Beschreibung dieser Teile wird weggelassen.

Fig. 6 zeigt einen Aufbau eines Mikrowellen-Plasmagenerators, bei dem eine mit einer Zündspannungsversorgung 19 verbundene spulenförmige Zündelektrode 31 in das innere Rohr 13 einer Doppelrohr-Entladungsröhre 11 eingesetzt ist.

Ähnlich wie bei der zweiten Ausführungsform kann der Mikrowellen- Plasmagenerator mit diesem Aufbau den Verbrauch an Argongas während der Erzeugung des thermischen Plasmas verringern und Schäden an dem inneren Rohr durch das thermische Plasma unterdrücken.

Da die spulenförmige Zündelektrode 31 in das innere Rohr 13 der Entladungsröh re 11 eingesetzt ist, kann eine Zündung mit hoher Reproduzierbarkeit unabhängig vom Zustand des thermischen Plasmas durchgeführt werden. Demgemäß kann das thermische Plasma sogar bei einer niedrigen Flussrate des Argongases ge zündet werden.

Durch eine Gaszuführungsleitung 18 wird Freongas und Wasserdampf enthalten des Gas in den ringförmigen Spalt zwischen dem äußeren Rohr 12 und dem inne ren Rohr 13 der Entladungsröhre 11 eines Zersetzungssystems für ein organi sches Halogenid mit einem in Fig. 6 dargestellten Mikrowellenplasmagenerator eingeleitet und die Zündspannungsversorgung 19 betätigt, um eine Entladung der in das innere Rohr 13 eingeführten spulenförmigen Zündelektrode zu bewirken. Wie bei der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform kann dadurch Freon, wie beispielsweise Freon R12, leicht mit einer Reaktion zersetzt werden, wie sie oben in Formel 1 angegeben worden ist.

Beispiel 4

In diesem Beispiel 4 wurde das Zersetzungssystem für ein organisches Halogenid mit einem Mikrowellen-Plasmagenerator gemäß der oben beschriebenen vierten Ausführungsform benutzt, um Freongas unter den unten erläuterten Bedingungen zu zersetzen.

Dabei wurde eine durch die mit einer Teslaspule gebildete, in Fig. 6 gezeigte Spannungsversorgung 19 eine Hochfrequenzspannung erzeugt und in die in das innere Rohr 13 der Entladungsröhre 11 eingesetzten spulenförmige Entladungse lektrode 31 geleitet und Ar-Gas wurde in den ringförmigen Spalt zwischen dem äußeren und inneren Rohr 12, 13 zur Entladung eingebracht. Nachdem ein ther misches Plasma gezündet worden ist, blieb es auch dann bestehen, wenn das dem ringförmigen Spalt zugeführte Gas auf Freon oder Wasserdampf umge schaltet wurde. Die unten stehende Tabelle 5 zeigt Ergebnisse, die durch Ände rung der Ar-Flussrate und durch Zuführung von Ar gemischt mit Feuchtigkeit ge messen wurden. Tabelle 5 zeigt ferner Ergebnisse gemäß dem Stand der Technik unter Verwendung des in Fig. 17 dargestellten Mikrowellen-Plasmagenerators.

Tabelle 5

Wie der obigen Tabelle 5 zu entnehmen ist, hat der Mikrowellen-Plasmagenerator gemäß Beispiel 4 ein thermisches Plasma sogar bei niedrigen Flussraten zuver lässig gezündet, bei denen mit dem herkömmlichen Gerät eine Zündung nur schwierig zu erhalten war. Auch wenn Feuchtigkeit enthaltendes Ar-Gas benutzt wurde, wurde das thermische Plasma ohne Problem gemäß der vorliegenden Er findung gezündet, wo hingegen eine Zündung bei dem herkömmlichen Verfahren nicht möglich war.

Bei den oben beschriebenen zweiten bis vierten Ausführungsformen wird Freon gas und Wasserdampf enthaltendes Gas in den ringförmigen Spalt zwischen dem äußeren und dem inneren Rohr 12, 13 der Entladungsröhre 11 eingeleitet, wo durch das Freon zersetzt wird. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt. Es ist beispielsweise ebenfalls möglich, das or ganische Halogenid in das innere Rohr 13 und Wasserdampf in den ringförmigen Spalt zwischen dem äußeren und dem inneren Rohr 12, 13 einzuleiten, um das Plasma in dem äußeren Rohr 12 zu erzeugen, das sich vom Endabschnitt des inneren Rohres 13 zum Endabschnitt des äußeren Rohres 12 erstreckt und da durch das Freon zersetzt.

Fünftes Ausführungsbeispiel

Fig. 7 ist eine Schnittdarstellung eines Zersetzungssystems für ein organisches Halogenid (z. B. Freon) mit einem Mikrowellen-Plasmagenerator mit einer zylindri schen Mikrowellenresonanzkavität gemäß der fünften Ausführungsform der vorlie genden Erfindung. Fig. 8 ist eine Schnittdarstellung des in Fig. 7 gezeigten Mi krowellen-Plasmagenerators.

Gemäß Fig. 7 weist ein horizontal erstreckter rechteckiger Wellenleiter 41 an seinem Startabschnitt (linkes Ende) einen Mikrowellenoszillator 42, der eine Mi krowelle mit einer Frequenz von 2,45 GHz erzeugt, und ein Loch 43 in diesem Ab schnitt auf. Der rechteckige Wellenleiter 41 überträgt eine Mikrowelle vom Startabschnitt zu einem Endabschnitt (rechtes Ende).

Wie Fig. 8 zeigt, ist eine Mikrowellenresonanzkavität 44 so angeschlossen, dass sie kommunizierend mit dem Loch 43 des rechteckigen Wellenleiters 41 vertikal erstreckt ist. Diese Kavität 44 enthält eine Endplatte 45, einen zylindrischen äuße ren Leiter 46, einen metallischen Leiter 48 und eine zylindrische Sondenantenne 49. Die Endplatte 45 ist am Bodenabschnitt der Kavität 44 angeordnet und der äußere Leiter 46 an dieser Endplatte 45 befestigt. Der metallische Leiter 48 ist an dem rechteckigen Wellenleiter 41 in der Nähe des Loches 43 befestigt und weist einen invers konischen Abschnitt 47 auf, der sich in den äußeren Leiter 46 er streckt. Durch die Mitte des metallischen Leiters 48 ist ein Loch ausgebildet. Die Sondenantenne 49 erstreckt sich vom unteren Ende des invers konischen Ab schnitts 47 des metallischen Leiters 48 in den äußeren Leiter 46 und ist koaxial mit dem äußeren Leiter 46 angeordnet. Die Bezugsziffer 44a bezeichnet eine Dros selplatte, die auf der oberen Oberfläche der Kavität 44 ausgebildet ist und das Loch 43 des rechteckigen Wellenleiters 41, d. h. des Verbindungsabschnitts zwi schen dem rechteckigen Wellenleiter 41 und der Kavität 44, begrenzt. Eine Reak tionsröhre 50 ist unterhalb der koaxialen Mikrowellenkavität 44 angeordnet.

Eine aus dielektrischem Material, beispielsweise Quarz, gebildete Entladungsröh re 51 verläuft durch die Endplatte 45 von dem Loch in dem metallischen Leiter 48 über die Sondenantenne 49 und ist in die Reaktionsröhre 50 eingesetzt. Demge mäß ist die Entladungsröhre 51 so angeordnet, dass sie koaxial zur Mittelachse der zylindrischen Mikrowellenresonanzkavitat verläuft und sich durch den rechtec kigen Wellenleiter 41 und die Kavität 44 erstreckt.

Durch eine Gaszuführungsleitung 55 wird Freon von einem Freongasbehälter 52, Luft von einem Luftbehälter 53 und Wasserdampf von einem Wasserdampfgene rator 44 in den oberen Abschnitt der Entladungsröhre 51 geleitet.

Das untere Ende der Reaktionsröhre 50 ist in eine wässrige Alkalilösung 57 in ei nem Behälter 56 eingetaucht. Mit dem oberen Abschnitt dieses Behälters 56 ist eine Abgasleitung 58 verbunden.

Die Funktion des vorbeschriebenen Mikrowellen-Plasmagenerators und ein Ver fahren zur Zersetzung eines organischen Halogenids, beispielsweise Freon, durch Verwendung eines Zersetzungssystems für ein organisches Halogenid mit diesem Generator wird nun beschrieben.

Der Mikrowellenoszilator 42 wird eingeschaltet, um eine Mikrowelle zu erzeugen. Diese Mikrowelle wird durch den rechteckigen Wellenleiter 51 geleitet und dann auf die zylindrische Mikrowellenresonanzkavität 44 durch den metallischen Leiter 48 und die Sondenantenne 49 übertragen. Dadurch bildet sich in der Kavität 44 ein großes axial gerichtetes Feld mit einer TM₀₁₀-Mode zwischen der Sondenan tenne 49 und der Endplatte 45 aus. Dieses elektrische Feld in der Kavität 44 ist stabil, da der metallische Leiter 48 und die Sondenantennen 49 die Mode des elektrischen Feldes in dem rechteckigen Wellenleiter 41 und die Mode des elektri schen Feldes in der zylindrischen Mikrowellenresonanzkavität 44 koppelt. Be zugsziffer 59 in Fig. 8 kennzeichnet einen elektrischen Feldvektor, wenn das elektrische Feld im TM₀₁₀₁-Mode ausgebildet wird.

Wenn die Mikrowelle so in die zylindrische Mikrowellenresonanzkavität 44 über tragen wird, wird durch die Gaszuführungsleitung 55 ein ein organisches Haloge nid enthaltendes Gas (z. B. Freon-Gas) in die Entladungsröhre 51 geleitet und die Mikrowelle ausgestrahlt. Dadurch wird ein thermisches Plasma 60 mit einer hohen Elektronenenergie und einer Temperatur von 2000 bis 6000 K in der Entladungs röhre erzeugt. Dieses thermische Plasma 60 erstreckt sich von der Entladungsröh re 51 in die Reaktionsröhre 50 am unteren Ende der Entladungsröhre 51. Dadurch wird das Freon-Gas in einen Zustand zersetzt, in dem es leicht in Chlor-, Fluor- und Wasserstoffatome dissoziiert.

In diesem Zustand treten bei der Dissoziation des organischen Halogenids große Mengen an Energieabsorption o. ä. auf, wodurch die Ladungsfluktuation anwächst. Es wird jedoch ein elektrisches Feld der TM₀₁₀-Mode mit großer Feldstärke gebil det und die Mode des elektrischen Feldes in dem rechteckigen Wellenleiter 41 wird mit der Mode des elektrischen Feldes in der zylindrischen Mikrowellenreso nanzkavität 44 gekoppelt. Daher kann das organische Halogenid auch stabil ge gen Ladungsfluktuationen zersetzt werden.

Das aus der Reaktionsröhre 50 kommende zersetzte Gas wird unschädlich ge macht durch Durchleiten durch eine wässrige Alkalilösung (z. B. Kalziumhydroxid) 57 in dem Behälter 56. Das Kohlensäuregas und ähnliches enthaltende Gas wird über die Abgasleitung 58 abgelassen.

Beispiel 5

Für dieses Beispiel 5 wurde ein Zersetzungssystem für eine organisches Haloge nid mit einem Mikrowellenplasmagenerator gemäß der oben beschriebenen fünf ten Ausführungsform benutzt, um Freon R12 und Freon 134a unter den unten ge nannten Bedingungen zu zersetzen.

Dafür wurde der Innendurchmesser und die Länge der in den Fig. 7 und 8 ge zeigten koaxialen Mikrowellenresonanzkavität 44 zur Erzeugung des thermischen Plasmas mit 90 mm beziehungsweise 35 mm gewählt und die Zwischenraumlänge zwischen der Sondenantenne 49 und der Endplatte 45 der Kavität 44 war 15 mm. Eine Quarz-Entladungsröhre 51 mit einem Außendurchmesser von 12 mm und einem Innendurchmesser von 11 mm war in der Kavität 44 durch den metallischen Leiter 48, die Sondenantenne 49 und die Endplatte 45 hindurchgehend angeord net.

Freon (R12) wurde unter Atmosphärendruck und einer Flussrate von 10 l/min von dem Freonbehälter 52 durch die Gaszuführungsleitung 55 einem Abschnitt der Entladungsröhre 51 innerhalb der Kavität 44 zugeführt. Gleichzeitig wurde eine 2.45-GHz-Mikrowelle vom Mikrowellenoszillator 42 in die koaxiale Mikrowellenre sonanzkavität 44 über den auf dem rechteckigen Wellenleiter 41 montierten me tallischen Leiter 48 und den inneren Leiter 49 eingeleitet, wodurch eine Entladung mit einem axial gerichteten elektrischen Feld der TM₀₁₀-Mode in dieser Kavität 44 erzeugt wurde.

Die Entladung war auch bei Atmosphärendruck verglichen mit dem herkömmli chen Verfahren gut stabil. Auch der analytisch errechnete Feldvektor 59 hielt ein großes elektrisches Feld in der Mitte der koaxialen Mikrowellenresonanzkavität 44 aufrecht.

Durch das sich entladende thermische Plasma 60 wurde das Freongas in der Re aktionsröhre 50 zersetzt und unschädlich gemacht durch Durchleiten durch eine wässrige Alkalilösung 57 (Kalziumhydroxid) in dem Behälter 56. Das verbleibende Kohlensäuregas und ähnliches enthaltende Gas wurde über die Abgasleitung 58 abgelassen.

Das Zersetzungsverhältnis des Freons wurde durch Probennahme des Gases aus der Reaktionsröhre 50 unter Einbeziehung der Anwesenheit/Abwesenheit eines Plasmas aus einer gaschromatographischen Analyse der Freonkonzentration ge messen. Die untenstehende Tabelle 6 zeigt die experimentellen Ergebnisse der erhaltenen Messungen für das Zersetzungsverhältnis mit einer Freon- Zuführungsmenge von 1 kg/h und der Mikrowellenleistung als Parameter.

Der selbe Versuch wurde mit Freon 134a durchgeführt, dem Luft aus dem Luftbe hälter 53 zugemischt wurde. Die Ergebnisse sind ebenfalls in Tabelle 6 gezeigt.

Tabelle 6

Wie aus Tabelle 6 hervorgeht, war im Beispiel 5 Freon 134a in ähnlicher Weise zersetzbar.

Es wurde ferner experimentell bestätigt, dass selbst bei Zumischung von Argon, Luft o. ä. als zusätzliches Gas ein im Wesentlichen gleiches Zersetzungsverhältnis durch Steuerung der Mikrowellenleistung erhalten wurde (sechste Ausführungs form)

Fig. 9 zeigt eine andere Form des Mikrowellenplasmagenerators mit einer ko axialen Mikrowellenresonanzkavität in einem Zersetzungssystem für ein organi sches Halogenid gemäß der oben beschriebenen fünften Ausführungsform. Glei che Bezugsziffern wie in den Fig. 7 und 8 bezeichnen gleiche Teile in Fig. 9 und deren detaillierte Beschreibung wird weggelassen.

Fig. 9 zeigt, dass der Mikrowellenplasmagenerator einen Aufbau aufweist, in den eine zylindrisch gleitend verschiebbare Sondenantenne 61 als Einstellmittel für die Feldstärkeneinstellung dient und zwischen einem metallischen Leiter 48 und der Entladungsröhre 51 in axiale Richtung der Entladungsröhre 51 verschiebbar an geordnet ist. Der metallische Leiter 48 ist an dem rechteckigen Wellenleiter 41 in der Nähe seines Loches 43 befestigt und umgibt den oberen Abschnitt der Entla dungsröhre 51. Der metallische Leiter 48 ist in dem rechteckigen Wellenleiter 41 vorhanden aber erstreckt sich nicht in die koaxiale Mikrowellenresonanzkavität 44. Die verschiebbare Sondenantenne 61 überträgt eine Mikrowelle von dem metalli schen Leiter 48 indem sie gleitend den metallischen Leiter 48 kontaktiert. Die ver schiebbare Sondenantenne 61 erstreckt sich durch das Loch 43 in die Kavität 44.

Bei einem Mikrowellenplasmagenerator mit dem obigen Aufbau wird die ver schiebbare Sondenantenne 61 verschoben, um ihre Länge in der koaxialen Mi krowellenresonanzkavität einzustellen. Dadurch wird die Einstellung der Feldstär ke in Übereinstimmung mit der Ladungsfluktuation eines in der Entladungsröhre 51 erzeugten thermischen Plasmas möglich. Demgemäß kann der Leistungsbe triebsbereich bezüglich der mit den Änderungen der Plasmabedingungen verbun denen Ladungsfluktuationen erweitert werden. Somit kann ein organisches Halo genid wirksamer zersetzt werden. Ferner kann die Entladung auch dann stabili siert werden, wenn die Zugabemenge eines ein organisches Halogenid und Was serdampf enthaltenden Gases geändert wird.

Ein ein organisches Halogenid enthaltendes Gas wird in die Entladungsröhre 51 eines Zersetzungssystems für ein organisches Halogenid mit einem in Fig. 9 dargestellten Mikrowellenplasmagenerator geleitet und mit einer Mikrowelle des Plasmagenerators beaufschlagt, wodurch ein thermisches Plasma erzeugt wird. Demgemäß kann das organische Halogenid wie in der oben beschriebenen fünf ten Ausführungsform leicht zersetzt werden.

Beispiel 6

In diesem Beispiel 6 wurde ein Zersetzungssystem für ein organisches Halogenid mit einem Mikrowellenplasmagenerator gemäß der oben beschriebenen sechsten Ausführungsform benutzt, um Freon R12 unter den unten beschriebenen Bedin gungen zu zersetzen.

Dabei wurde die Feldstärke im Hinblick auf die Ladungsfluktuationen eines in der Entladungsröhre 51 generierten Plasmas o. ä. eingestellt durch Steuerung der Länge des in die koaxiale Mikrowellenresonanzkavität 44 von dem Loch 43 des rechteckigen Wellenleiters 41 eingesetzten metallischen Leiters, wie in Fig. 9 gezeigt ist, also der Länge der verschiebbaren Sondenantenne 761.

In Abhängigkeit von der Länge der Sondenantenne 61 wurde das Freon- Zersetzungsverhältnis in der selben Weise wie im Beispiel 5 gemessen. Die unten stehende Tabelle 7 zeigt die Messergebnisse für das Zersetzungsverhältnis, wo bei die Freon-Zuführungsmenge und die Wasserdampf-Zuführungsmenge 1 kg/h waren und die Mikrowellenleistung als Parameter benutzt wurde.

Tabelle 7

Wie Tabelle 7 zeigt, konnte Freon wirksamer durch Zwischenschaltung der zylin drischen verschiebbaren Sondenantenne 61 zwischen den metallischen Leiter 48 und die Entladungsröhre 51 zersetzt werden, wobei die Antenne 61 als Tuner für die Feldstärkeneinstellung dient und in axialer Richtung der Entladungsröhre 51 verschiebbar ist.

Auch wenn Argon, Luft o. ä. als zusätzliches Gas zugemischt wurde, konnte ein im Wesentlichen gleiches Zersetzungsverhältnis durch Steuerung der Mikrowellenlei stung erhalten werden.

Siebte Ausführungsform

Fig. 10 ist eine Schnittdarstellung für eine weitere geänderte Form des Mikro wellenplasmagenerators mit einer koaxialen Mikrowellenresonanzkavität in einem Zersetzungssystem für ein organisches Halogenid gemäß der oben beschriebe nen fünften Ausführungsform. Gleiche Bezugsziffern wie in den Fig. 7 und 8 bezeichnen gleiche Teile in Fig. 10 und deren detaillierte Beschreibung wird weggelassen.

Fig. 10 lässt einen Aufbau des Mikrowellenplasmagenerators erkennen, in dem ein ringförmiger metallischer Leiter 62 gleitend zwischen einer Endplatte 45 der Kavität 44 und einer durch die Endplatte 45 ragende Entladungsröhre 51 einge setzt ist, um so von außen in das Innere der koaxialen Mikrowellenresonanzkavität zu ragen.

Bei einem Mikrowellenplasmagenerator mit diesem Aufbau kann die Verstärkung der Stärke eines in der Kavität 44 gebildeten elektrischen Feldes eingestellt wer den, indem der ringförmige metallische Leiter 62 in axiale Richtung gleitend be wegt wird.

Ein ein organisches Halegonid enthaltendes Gas wird in die Entladungsröhre 51 des den Mikrowllenplasmagenerator gemäß Fig. 10 aufweisenden Zerset zungssystems für ein organisches Halogenid eingeleitet und mit einer Mikrowelle durch den Plasmagenerator beaufschlagt, wodurch ein thermisches Plasma er zeugt wird. Dadurch kann das organische Halogenid wie in dem oben beschriebe nen fünften Ausführungsbeispiel leicht zersetzt werden.

Beispiel 7

In diesem Beispiel 7 wurde das Zersetzungssystem für ein organisches Halogenid mit einem Mikrowellenplasmagenerator gemäß der oben beschriebenen siebten Ausführungsform benutzt, um Freon R12 unter den nachfolgend genannten Be dingungen zu zersetzen.

Dabei wurde das Freon R12 nach dem gleichen Verfahren wie im Beispiel 5 zer setzt, wobei jedoch die Feldstärke auf der Mittelachse der in Fig. 10 dargestellten koaxialen Mikrowellenkavität 44 dadurch vergrößert wurde, dass der ringförmige metallische Leiter 62 gleitend zwischen die Endplatte 45 der Kavität 44 und der durch die Endplatte 45 ragende Entladungsröhre 51 eingesetzt wurde und dass Wasser auf das erzeugte thermische Plasma gesprüht wurde.

Das Freon-Zersetzungsverhältnis wurde in der gleichen Weise gemessen wie in Beispiel 5. Die unten stehende Tabelle 8 zeigt die Versuchsergebnisse für die Messungen des Zersetzungsverhältnisses, wenn die Freon-Zuführungslänge und die Menge des gesprühten Wassers 1 kg/h waren und die Einsatzlänge des ring förmigen metallischen Leiters 62 als Parameter benutzt wurde.

Tabelle 8

Wie Tabelle 8 zeigt, konnte das Freon R12 wirksamer durch die gleitende Zwi schenschaltung des ringförmigen metallischen Leiters 62 zwischen der Endplatte 45 der koaxialen Mikrowellenresonanzkavität 44 und der durch diese Endplatte 45 ragenden Entladungsröhre 51 zersetzt werden.

Selbst wenn Argon, Luft o. ä. als Zusatzgas zugemischt wurde, konnte ein im We sentlichen gleiches Zersetzungsverhältnis durch Steuerung der Mikrowellenlei stung erhalten werden.

Achte Ausführungsform

Fig. 11 ist eine Schnittdarstellung einer weiteren Form des Mikrowellenplasma generators mit einer koaxialen Mikrowellenresonanzkavität für ein Zersetzungssy stem für ein organisches Holgenid gemäß der oben beschriebenen fünften Aus führungsform. Gleiche Bezugsziffern wie in den Fig. 7 und 8 bezeichnen glei che Teile in Fig. 11 und deren detaillierte Beschreibung wird weggelassen.

Wie Fig. 11 zeigt, hat dieser Mikrowellenplasmagenerator einen Aufbau, bei dem ein verjüngter (konischer) Vorsprung 63, der auf einen metallischen Leiter 48 zeigt, auf einer Endplatte 45 der koaxialen Mikrowellenresonanzkavität 44 ausge bildet ist, durch die eine Entladungsröhre 51 läuft.

Bei einem Mikrowellenplasmagenerator mit diesem Aufbau ist der verjüngte Vor sprung 63 auf der Endplatte 45, durch die die Entladungsröhre 51 sich erstreckt, ausgebildet, sodass die Feldstärke in der koaxialen Mikrowellenresonanzkavität 44 vergrößert werden kann. Ferner ist es möglich zu verhindern, dass ein thermi sches Plasma 60 die Entladungsröhre 51 kontaktiert.

Ein ein organisches Halogenid enthaltendes Gas wird in die Entladungsröhre 51 des Zersetzungssystems für ein organisches Halogenid mit dem in Fig. 11 ge zeigten Mikrowellenplasmagenerator eingeleitet und mit einer Mikrowelle durch den Plasmagenerator beaufschlagt, wodurch ein thermisches Plasma erzeugt wird. Folglich kann ein organisches Halogenid wie in der oben beschriebenen fünften Ausführungsform leicht zersetzt werden.

Beispiel 8

In diesem Beispiel 8 wurde das Zersetzungssystem für ein organgisches Haloge nid mit einem Mikrowellenplasmagenerator gemäß der oben beschriebenen ach ten Ausführungsform benutzt, um Freon R12 unter den nachstehenden Bedingun gen zu zersetzen.

Dabei wurde das Freon R12 mit dem selben Verfahren wie in Fig. 5 zersetzt, wobei allerdings der verjüngte, zum metallischen Leiter 48 zeigende Vorsprung auf der Endplatte 45 der koaxialen Mikrowellenresonanzkavität 44 ausgebildet wurde, durch die die Entladungsröhre 51 verlieft, wie Fig. 11 zeigt und wobei al kalisches Wasser in die Reaktionsröhre gesprüht wurde, um so an der Wandober fläche zu fließen.

Das Freon-Zersetzungsverhältnis wurde in der selben Weise wie im Beispiel 5 erhalten. Die unten stehende Tabelle 9 zeigt die Versuchsergebnisse für Messun gen des Zersetzungsverhältnisses bei Anwesenheit/Abwesenheit des verjüngten Vorsprungs 63 auf der Endplatte 45, wobei die Freon-Zuführungsmenge 0,1 kg/h und die Zuführungsmenge des zu sprühenden alkalischen Wasser, in dem Kalzi umhydroxid gelöst war, 1 kg/h betrug.

Tabelle 9

Tabelle 9 zeigt, dass Freon R12 wirksamer durch die Ausbildung des verjüngten Vorsprungs 63 auf der Endplatte 45, durch die sich die Entladungsröhre 51 er streckte, zersetzt werden konnte.

Auch wenn Argon, Luft o. ä. als Zusatzgas zugemischt wurde, wurde ein im We sentlichen gleiches Zersetzungsverhältnis durch Steuerung der Mikrowellenlei stung erhalten.

In dem Beispiel 8 ist in als Zuführungsverfahren für das alkalische Wasser das Verfahren beschrieben, alkalisches Wasser auf der Wandoberfläche der Reakti onsröhre 50 fließen zu lassen, beschrieben. Alkalisches Wasser kann jedoch auch direkt eingesprüht werden, um das thermische Plasma in der Reaktionsröhre 50 zu umgeben.

Neunte Ausführungsform

Fig. 12 ist eine Schnittdarstellung eine Zersetzungssystems für ein organisches Halogenid (z. B. Freon) mit einem Mikrowellenplasmagenerators mit einer koaxia len Mikrowellenkavität gemäß der neunten Ausführungsform der vorliegenden Er findung.

Gemäß Fig. 12 weist ein sich horizontal erstreckender rechteckiger Wellenleiter 71 einen Mikrowellenoszilator 72, der eine Mikrowelle mit einer Frequenz von 2,54 KHz erzeugt an seinem Ausgangsabschnitt (linkes Ende) und ein Loch 73 in die sem Abschnitt auf. Der rechteckige Wellenleiter 71 überträgt eine Mikrowelle von den Ausgangsabschnitt zum Endabschnitt (rechtes Ende)

Eine koaxiale Mikrowellenkavität 74 ist so angeschlossen, dass sie sich vertikal kommunizierend mit dem Loch 73 des rechteckigen Wellenleiters 71 erstreckt. Die Kavität 74 umfasst eine Endplatte 75, einen zylindrischen äußeren Leiter 76, einen metallischen Leiter 77 und einen zylindrischen inneren Leiter 78. Die Endplatte 75 ist im Bodenbereich der Kavität 74 angeordnet und der äußere Leiter 76 ist mit dieser Endplatte 75 integriert ausgebildet. Der metallische Leiter 74 ist an dem rechteckigen Wellenleiter 71 in der Nähe des Loches 73 befestigt und erstreckt sich in den äußeren Leiter 76. Durch die Mitte des metallischen Leiters 77 ist ein Loch ausgebildet. Der innere Leiter 78 verläuft vom unteren Ende des metalli schen Leiters 77 in den äußeren Leiter 76 und ist koaxial mit dem äußeren Leiter 76 positioniert. Unter der koaxialen Mikrowellenkavität 74 ist eine Reaktionsröhre 79 angeordnet.

Eine aus dielektrischem Material, beispielsweise Quarz, gebildete Entladungsröh re 80 verläuft durch die Endplatte 75 von dem Loch in dem metallischen Leiter 77 über den inneren Leiter 78 und ist in die Reaktionsröhre 79 eingesetzt. Dabei ist die Entladungsröhre so positioniert, dass sie koaxial mit der Mittelachse der koa xialen Mikrowellenkavität 74 verläuft und sich durch den rechteckigen Wellenleiter 71 und die Kavität 74 erstreckt.

Durch eine Gaszuführungsleitung 83 werden Freon aus einem Freongasbehälter 81 und Luft aus einem Luftbehälter 82 in den oberen Endabschnitt der Entla dungsröhre 80 geleitet.

Das untere Ende der Reaktionsröhre 79 ist in eine wässrige Alkalilösung 85 in ei nem Behälter 84 eingetaucht. Am oberen Abschnitt des Behälters 84 ist eine Ab gasleitung 86 angeschlossen.

Im Folgenden wird ein Verfahren zur Zersetzung eines organischen Halogenids, z. B. Freon, unter Verwendung eines Zersetzungssystems für ein organisches Ha logenid mit dem vorbeschriebenen Mikrowellenplasmagenerator erläutert.

Der Mikrowellenoszilator 72 wird eingeschaltet, um eine Mikrowelle zu erzeugen Die Mikrowelle wird durch den rechteckigen Wellenleiter 71 geleitet und dann in die koaxiale Mikrowellenkavität 74 durch den metallischen Leiter 77 und den inne ren Leiter 78 übertragen. Demzufolge bildet sich in der Kavität 74 ein axial ge richtetes elektrisches Feld und dem inneren Leiter 78 und der Endplatte 75 aus.

Wenn die Mikrowelle auf diese Weise in die koaxiale Mikrowellenkavität 74 über tragen wird, wird ein Freongas enthaltendes Gas in die Entladungsröhre 80 in die Gaszuführungsleitugn 83 eingebracht und mit der Mikrowelle von dem Mikrowel lenplasmagenerator bestrahlt. Dadurch wird ein thermisches Plasma 87 mit einer hohen Elektronenenergie und einer Temperatur von 2000 bis 6000 K in der Ent ladungsröhre 80 erzeugt. Dieses thermische Plasma 87 erstreckt sich von der Entladungsröhre 80 in die Reaktionsröhre 79 am unteren Ende der Entladungsröh re 80. Im Ergebnis wird das Freongas zersetzt.

Das zersetzte Gas aus der Reaktionsröhre 79 wird unschädlich gemacht durch Durchleiten durch eine wässrige Alkalilösung (z. B. Kalziumhydroxid) 85 in dem Behälter 84. Das Kohlensäuregas und ähnliches enthaltende Gas wird über die Abgasleitung 86 abgelassen.

Beispiel 9

In diesem Beispiel 9 wurde das Zersetzungssystem für ein organisches Halogenid mit einem Mikrowellenplasmagenerator gemäß der oben beschriebenen neunten Ausführungsform benutzt, um Freon 134a unter den nachstehenden Bedingungen zu zersetzen.

Dabei wurde der Innendurchmesser und die Länge der in Fig. 12 dargestellten koaxialen Mikrowellenkavität 74 zur Erzeugung eines thermischen Plasmas mit 40 mm bzw. 50 mm gewählt und die Zwischenraumlänge zwischen dem inneren Lei ter und der Endplatte 75 der Kavität war 10 mm.

In der Kavität erstreckte sich eine Quarzentladungsröhre 80 mit einem Außen durchmesser von 12 mm und einem Innendurchmesser von 11 mm durch den metallischen Leiter 77, den inneren Leiter 78 und die Endplatte 75.

Durch die Gaszuführungsleitung 83 wurde der Entladungsröhre 80 in der Kavität 74 Freon 134a unter Atmosphärendruck und mit einer Flussrate 10 l/min aus dem Freonbehälter 81 zugeführt. Eine 2,45-GHz-Mikrowelle wurde von dem Mikrowel lenoszilator 72 in die koaxiale Mikrowellenkavität 74 über den auf dem rechtecki gen Wellenleiter 71 montierten metallischen Leiter 77 und den inneren Leiter 78 eingeleitet, wodurch sie sich in einem axial gerichteten elektrischen Feld zwischen dem inneren Leiter 78 und der Endplatte 75 entlud.

Das Zersetzungsverhältnis des Freons wurde durch Probennahme des Gases aus der Reaktionsröhre 79 und Berücksichtigung der Anwesenheit/Abwesenheit eines Plasmas durch gaschromatographische Analyse der Freonkonzentration gemes sen.

Die untenstehende Tabelle 10 zeigt die Messergebnisse für das Zersetzungsver hältnis für eine Freon-Zuführungsmenge von 1 kg/h und einer variierten Mikrowel lenleistung.

Tabelle 10

Wie aus Tabelle 10 hervorgeht, konnte Freon nach dem Verfahren gemäß Beispiel 9 wirksam zersetzt werden.

Auch wenn Argon, Luft, o. ä. als Zusatzgas hinzu gemischt wurden, wurde ein durch Steuerung der Mikrowellenleistung ein im Wesentliches gleiches Zerset zungsverhältnis erhalten.

Zehnte Ausführungsform

Fig. 13 ist eine Schnittdarstellung eines Zersetzungssystems für ein organisches Halogenid (z. B. Freon) mit einem Mikrowellenplasmagenerator mit einer koaxialen Mikrowellenkavität gemäß der zehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfin dung. Gleiche Bezugsziffern wie in Fig. 12 bezeichnen in Fig. 13 gleiche Teile und deren detaillierte Beschreibung ist weggelassen.

Dieses Zersetzungssystem weist einen Aufbau auf, bei dem ein Wasserzufüh rungssystem 89 an eine Gaszuführungsleitung 83 über eine Abzweigungsleitung 88 angeschlossen ist; um die Zweigleitung 88 herum ist ein Bandheizelement 90 als Heizeinrichtung für das in der Zweigleitung 88 fließende Wasser zur Erzeu gung von Wasserdampf angeordnet.

Nachstehend wird ein Verfahren zur Zersetzung eines organischen Halogenids, beispielsweise Freon, unter Verwendung des Zersetzungssystems für ein organi sches Halogenid mit dem vorbeschriebenen Mikrowellenplasmagenerator erläu tert.

Ein Mikrowellenoszilator 72 wird zur Erzeugung einer Mikrowelle eingeschaltet. Die Mikrowelle wird durch einen rechteckigen Wellenleiter 71 geleitet und dann auf eine koaxiale Mikrowellenkavität 74 über einen metallischen Leiter 77 und einem inneren Leiter 78 übertragen. Demgemäß bildet sich in der Kavität 74 ein axial gerichtetes elektrisches Feld zwischen dem inneren Leiter 77 und einer Endplatte 75 aus. Wenn die Mikrowelle auf diese Weise in die koaxiale Mikrowellenkavität eingeleitet wird, wird Wasser von dem Wasservorratsystem 89 in die Zweigleitung 88 geleitet. Gleichzeitig wird das durch die Zweigleitung 88 fließende Wasser durch das Bandheizelement 19 aufgeheizt, um der Gaszuführungsleitung 83 Was serdampf zuzuführen, und Freon von einem Freonbehälter 81 in die Gaszufüh rungsleitung 83 eingeleitet, wodurch der Entladungsröhre 80 ein Freon und Was serdampf enthaltendes Gas zugeführt wird. Da dieses Gas mit der Mikrowelle von dem Mikrowellen-Plasmagenerator bestrahlt wird, wird ein thermisches Plasma 87 mit einer hohen Elektronenenergie und einer Temperatur von 2000 bis 6000 K in der Entladungsröhre 80 erzeugt. Dieses thermische Plasma 87 erstreckt sich von der Entladungsröhre 80 in eine Reaktionsröhre 79 am unteren Ende der Entla dungsröhre 80. Dadurch wird das Freon leicht dissoziierbar in Chlor-, Fluor- und Wasserstoffatome, wenn das Freon mit dem Wasserdampf reagiert. Beispielswei se wird Freon R12 durch die in der früher angegebenen Formel 1 definierten Re aktion zersetzt.

Das zersetzte Gas von der Reaktionsröhre 79 wird durch Durchleiten durch eine wässrige Alkalilösung (beispielsweise Kalziumhydroxid) 85 in einem Behälter 84 unschädlich gemacht. Das Kohlendioxidgas und ähnliches enthaltende Gas wird durch eine Abgasleitung 86 abgeleitet.

Beispiel 10

In diesem Beispiel 10 wurde das Zersetzungssystem für ein organisches Haloge nid mit einem Mikrowellen-Plasmagenerator gemäß der oben erwähnten zehnten Ausführungsform benutzt, um Freon 134a unter den nachstehenden Bedingungen zu zersetzen.

Dabei wurde Freon 134a mit denselben Verfahren wie im Beispiel 9 zersetzt, wo bei jedoch, wie in Fig. 13 gezeigt ist, Wasser von dem Wasservorratsystem 89 zur Zweigleitung 88 geleitet und gleichzeitig dies in der Zweigleitung 88 fließende Wasser mit dem Bandheizelement 90 aufgeheizt worden ist, um Wasserdampf in die Gaszuführungsleitung 83 zu leiten, und wobei Freon 134a vom Freonbehälter 81 in die Gaszuführungsleitung 83 und in die Entladungsröhre 80 geleitet wurde.

Das Freonzersetzungsverhältnis wurde mit demselben Verfahren wie im Beispiel 9 gemessen. Die unten stehende Tabelle 11 zeigt die Versuchsergebnisse der Mes sungen des Zersetzungsverhältnisses, die erhalten worden sind, als die Freonzu führungsmenge und die Wasserzuführungsmenge 0,1 kg/h waren und die Mikro wellenleistung als Parameter benutzt wurde.

Tabelle 11

Wie aus der Tabelle 11 hervorgeht, konnte mit dem Verfahren gemäß Beispiel 10, in dem Wasserdampf zusammen mit Freon der Entladungsröhre 80 zugeführt wird, die Wirksamkeit der Freonzersetzung im Vergleich zum Beispiel 9 weiter er höht werden.

Auch wenn Argon, Luft o. ä. als Zusatzgas zugemischt wurde, konnte ein im we sentlich gleiches Zersetzungsverhältnis durch Steuerung der Mikrowellenleistung erzielt werden.

In diesem Beispiel 10 ist als Wasserdampfzuführungsverfahren das Verfahren be schrieben, in der Zweigleitung fließendes Wasser thermisch unter Verwendung des Bandheizelements zu verdampfen. Ähnliche Effekte können jedoch erreicht werden, wenn Luft in einen durch einen Heizer oder ähnliches aufgeheizten Be hälter eingeperlt wird und Wasserdampf entsprechend dem Dampfsättigungsdruck zusammen mit Freon in die Entladungsröhre eingeleitet wird.

Elfte Ausführungsform

Fig. 14 ist eine Schnittdarstellung eines Zersetzungssystems für ein organisches Halogenid (z. B. Freon) mit einem Mikrowellen-Plasmagenerator mit einer koaxia len Mikrowellenkavität gemäß dem elften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Gleiche Bezugsziffern wie in Fig. 12 bezeichnen gleiche Teile in Fig. 14 und deren detaillierte Beschreibung wird weggelassen.

Das in Fig. 14 dargestellte Zersetzungssystem weist einen Aufbau auf, in dem z. B. zwei Wassersprühdüsen 91 in die Umfangswand einer Reaktionsröhre 79 eingebracht sind, sodass die gesprühten Strahlen auf eine Region zur Erzeugung eines thermischen Plasmas am unteren Ende der Entladungsröhre 80 zeigen. Ein Verfahren zur Zersetzung eines organischen Halogenids, z. B. Freon, unter Ver wendung des Zersetzungssystems für ein organisches Halogenid mit dem vorer wähnten Mikrowellen-Plasmagenerator wird nachstehend beschrieben.

Ein Mikrowellenoszillator 72 wird zur Erzeugung einer Mikrowelle eingeschaltet. Die Mikrowelle wird durch einen rechteckigen Wellenleiter 71 geleitet und dann auf eine koaxiale Mikrowellenkavität 74 über einen metallischen Leiter 77 und einen inneren Leiter 78 übertragen. Demzufolge bildet sich in der Kavität 74 ein axial gerichtetes elektrisches Feld zwischen dem inneren Leiter 78 und der Endplatte 75 aus.

Wenn die Mikrowelle auf diese Weise in die koaxiale Mikrowellenkavität 74 über tragen wird, wird ein Freon enthaltendes Gas von einem Freonbehälter 81 durch eine Gaszuführungsleitung 83 in die Entladungsröhre 80 geleitet. Da dieses Gas mit der Mikrowelle von dem Mikrowellen-Plasmagenerator beaufschlagt wird, wird ein thermisches Plasma 87 mit einer hohen Elektronenenergie und einer Tempe ratur von 2000 bis 6000 K erzeugt und erstreckt sich von der Entladungsröhre 80 in die Reaktionsröhre 79 am unteren Ende der Entladungsröhre 80. Dadurch wird das Freongas leicht in Chlor-, Fluor- und Wasserstoffatome dissoziierbar. In die sem Zustand wird Wasser 92 auf das thermische Plasma 67 von den beiden Was sersprühdüsen 91 gesprüht und in Wasserdampf umgewandelt. Demzufolge rea giert das Freon in dem oben erwähnten leicht dissoziierbaren Zustand mit dem Wasserdampf. Freon R12 wird beispielsweise leicht durch eine Reaktion zersetzt, die durch die oben wiedergegebene Formel 1 beschrieben wird.

Das zersetzte Gas aus der Reaktionsröhre 79 wird durch Durchleiten durch eine wässrige Alkalilösung (z. B. Kalziumhydroxid) 85 in dem Behälter 84 unschädlich gemacht. Das Kohlendioxidgas und ähnliches enthaltende Gas wird von einer Ab gasleitung 86 abgeleitet.

Beispiel 11

In diesem Beispiel 11 wurde das Zersetzungssystem für organische Halogenide mit einem Mikrowellen-Plasmagenerator gemäß der oben beschriebenen elften Ausführungsform benutzt, um Freon 134a unter den nachstehenden Bedingungen zu zersetzen.

Dabei wurde das Freon 134a gemäß dem gleichen Verfahren wie im Beispiel 9 zersetzt, mit der Ausnahme, dass, wie in Fig. 14 dargestellt, das Wasser 92 auf das thermische Plasma 87 durch zwei Wassersprühdüsen 91 gesprüht worden ist.

Das Freon-Zersetzungsverhältnis wurde nach dem gleichen Verfahren wie im Bei spiel 9 gemessen. Die unten stehende Tabelle 12 zeigt die Versuchsergebnisse für die Messungen des Zersetzungsverhältnisses, das erhalten worden ist, als die Freonzuführungsmenge und die Menge des gesprühten Wassers 0,1 kg/h waren und die Mikrowellenleistung als Parameter benutzt wurde.

Tabelle 12

Tabelle 12 verdeutlicht, dass im Vergleich zum Beispiel 9 das Verfahren gemäß Beispiel 11, bei dem Wasserdampf zusammen mit Freon der Entladungsröhre 80 zugeführt worden ist, den Freonzersetzungswirkungsgrad noch weiter verbessern konnte.

Selbst wenn Argon, Luft und ähnliches als Zusatzgas zugemischt wurden, konnte ein im wesentlichen gleiches Zersetzungsverhältnis durch Steuerung der Mikro wellenleistung erhalten werden.

In diesem Beispiel 11 wurde als Wasserzuführungsverfahren ein Verfahren zum Sprühen von Wasser aus zwei Wassersprühdüsen, die einander gegenüberlie gend angeordnet sind, beschrieben. Das Zersetzungsverhältnis kann sich jedoch noch weiter verbessern, wenn Wassersprühdüsen so installiert werden, dass das Wasser über das gesamte Plasma in der Reaktionsröhre gesprüht wird.

Zwölfte Ausführungsform

Fig. 15 ist eine Schnittdarstellung eines Zersetzungssystems für ein organisches Halogenid (z. B. Freon) mit einem Mikrowellen-Plasmagenerator mit einer koaxia len Mikrowell 12425 00070 552 001000280000000200012000285911231400040 0002019982291 00004 12306enkavität gemäß der zwölften Ausführungsform der vorliegenden Er findung. Gleiche Bezugsziffern wie in Fig. 12 bezeichnen in Fig. 15 gleiche Teile und deren detaillierte Beschreibung wird weggelassen.

Gemäß Fig. 15 hat dieses Zersetzungssystem einen Aufbau, in dem beispiels weise zwei Alkaliwasserzuführungsleitungen 93 mit der Umfangswand einer Re aktionsröhre 79 verunden ist, sodass ihre Endabschnitte einer Region am unteren Ende einer Entladungsröhre 80 gegenüberliegen, in der ein thermisches Plasma generiert wird.

Ein Verfahren zur Zersetzung eines organischen Halogenids, z. B. Freon, unter Verwendung des Zersetzungssystems für ein organisches Halogenid mit dem vor beschriebenen Mikrowellen-Plasmagenerator wird nachstehend erläutert.

Ein Mikrowellenoszillator 72 wird zur Generierung einer Mikrowelle eingeschaltet. Diese Mikrowelle wird durch einen rechteckigen Wellenleiter 71 geleitet und dann in eine koaxiale Mikrowellenkavität 74 durch einen metallischen Leiter 77 und ei nem inneren Leiter 78 übertragen. Demgemäß entsteht in der Kavität 74 ein axial gerichtetes elektrisches Feld zwischen dem inneren Leiter 77 und einer Endplatte 75.

Wenn die Mikrowelle so in die koaxiale Mikrowellenkavität 74 übertragen wird, wird ein Freon enthaltendes Gas von einem Freonbehälter 81 in die Entladungs röhre 80 durch eine Gaszuführungsleitung 83 geleitet. Da das Gas mit der Mikro welle von dem Mikrowellen-Plasmagenerator bestrahlt wird, entsteht ein thermi sches Plasma 87 mit einer hohen Elektronenenergie und einer Temperatur von 2000 bis 6000 K, das sich von der Entladungsröhre 80 in die Reaktionsröhre 79 am unteren Ende der Entladungsröhre 80 erstreckt. Dadurch wird das Freongas leicht in Chlor-, Fluor- und Wasserstoffatome dissoziierbar. In diesem Zustand wird alkalisches Wasser 94 von den Zuführungsleitungen 93 für das alkalische Wasser entlang der inneren Oberfläche der Umfangswand der Reaktionsröhre 79 geleitet, wodurch durch die Hitze des thermischen Plasmas 87 Wasserdampf er zeugt wird. Demzufolge reagiert das Freon in dem oben erwähnten leicht dissozi ierbaren Zustand mit dem Wasserdampf. Beispielsweise wird Freon R12 leicht mit einer Reaktion zersetzt, die sich aus der oben angegebenen Formel 1 ergibt. Gleichzeitig reagiert das zersetzte Gas mit dem alkalischen Wasser (beispielswei se einer wässrigen Kalziumhydroxidlösung) und wird in Form eines Halogensalze unschädlich gemacht.

Das zersetzte, noch nicht unschädlich gemachte Gas aus der Reaktionsröhre 79 wird unschädlich gemacht durch Durchleitung durch eine wässrige Alkalilösung (z. B. Kalziumhydroxid) 85 in einem Behälter 84. Ein Kohlensäuregas o. ä. enthal tendes Gas wird von der Abgasleitung 86 abgeblasen.

Beispiel 12

In diesem Beispiel 12 wurde ein Zersetzungssystem für ein organisches Halogenid mit einem Mikrowellen-Plasmagenerator gemäß der oben erwähnten zwölften Ausführungsform benutzt, um Freon 134a (CH₂CF₄) unter den nachstehenden Bedingungen zu zersetzen.

Dabei wurde Freon 134a in demselben Verfahren wie im Beispiel 9 zersetzt, mit der Ausnahme, das, wie in Fig. 15 gezeigt, das Alkaliwasser (wässrige Kalzium hydroxidlösung) 94 von zwei Alkaliwasserzuführungsleitungen 93 entlang der in neren Oberfläche der Umfangswand der Reaktionsröhre 79 geleitet wurde.

Das Freon-Zersetzungsverhältnis wurde nach denselben Verfahren wie im Bei spiel 9 gemessen. Die unten stehende Tabelle 13 zeigt Versuchsergebnisse von Messungen des Zersetzungsverhältnisses, die erhalten worden sind, wenn die Freonzuführungsrate und die Zuführungsrate von gesprühtem Alkaliwasser, in dem Kalziumhydroxid gelöst war, 0,1 kg/h waren und die Mikrowellenleistung als Parameter benutzt wurde.

Tabelle 13

Wie Tabelle 13 zeigt, konnte das Verfahren gemäß Beispiel 12, bei dem Alkali wasser entlang der inneren Oberfläche der Umfangswand der Reaktionsröhre 79 geleitet wurde im Vergleich zum Beispiel 9 den Freon-Zersetzungswirkungsgrad weiter erhöhen.

In diesem Beispiel 12 wurde als Zuführungsmethode für das Alkaliwasser das Verfahren beschrieben, bei dem Wasser entlang der Innenwandoberfläche der Reaktionsröhre zugeführt wird. Das Alkaliwasser kann jedoch auch direkt einge sprüht werden, um das Plasma in der Reaktionsröhre zu umgeben.

Dreizehnte Ausführungsform

Fig. 16 ist eine Schnittdarstellung eines Zersetzungssystems für ein organisches Halogenid (z. B. Freon) mit einem Mikrowellen-Plasmagenerator mit einer koaxia len Mikrowellenkavität gemäß der dreizehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Gleiche Bezugsziffern wie in Fig. 12 bezeichnen gleiche Teile in Fig. 16 und deren detaillierte Beschreibung wird weggelassen.

Wie Fig. 16 zeigt, hat dieses Zersetzungssystem einen Aufbau, in dem Heizein richtungen 95 und 96 um die Umfangswand einer Reaktionsröhre 79 herum bzw. unter dem Boden eines Behälters 84 installiert sind.

Es ist zu bemerken, dass die Heizeinrichtungen nicht sowohl an der Umfangs wand der Reaktionsröhre 79 als auch am Boden des Behälters 84 installiert sein müssen; die Installation einer Heizeinrichtung auf nur einer der Stellen ist ausrei chend. Um jedoch genügend Wasserdampf in die Reaktionsröhre 79 einzuleiten, sind die Heizeinrichtungen vorzugsweise an beiden Stellen installiert.

Ein Verfahren zur Zersetzung eines organischen Halogenids, z. B. Freon, unter Verwendung des Zersetzungssystems für ein organisches Halogenid mit dem vor beschriebenen Mikrowellengenerator wird nachstehend erläutert.

Ein Mikrowellenoszillator 72 wird zur Erzeugung einer Mikrowelle eingeschaltet. Diese Mikrowelle wird durch einen rechteckigen Wellenleiter 71 geleitet und dann in eine koaxiale Mikrowellenkavität 74 durch einen metallischen Leiter 77 und ei nen inneren Leiter 78 übertragen. Demgemäß entsteht in der Kavität 74 ein axial gerichtetes elektrisches Feld zwischen dem inneren Leiter 77 und einer Endplatte 75.

Wenn die Mikrowelle so in die koaxiale Mikrowellenkavität, wie oben beschrieben, übertragen wird, wird ein Freon enthaltendes Gas von einem Freonbehälter 81 in die Entladungsröhre 80 durch eine Gaszuführungsleitung 83 geleitet. Da dieses Gas mit der Mikrowelle von dem Mikrowellen-Plasmagenerator bestrahlt wird, wird ein thermisches Plasma 87 mit einer hohen Elektronenenergie und einer Tempe ratur von 2000 bis 6000 K erzeugt und erstreckt sich von der Entladungsröhre 80 in die Reaktionsröhre 79 am unteren Ende der Entladungsröhre 80. Hierdurch wird das Freongas leicht dissoziierbar in Chlor-, Fluor- und Wasserstoffatome. In die sem Zustand heizen die Heizeinrichtungen 95 und 96 die Reaktionsröhre 79 und den Behälter 84 auf, um die wässrige Alkalilösung 85 in dem Behälter 84 zu erhit zen, wodurch Wasserdampf dem thermischen Plasma 87 zugeführt wird. Demzu folge reagiert das Freon in dem oben erwähnten leicht dissoziierbaren Zustand mit dem Wasserdampf. Beispielsweise wird Freon R12 leicht zersetzt durch eine Re aktion, wie sie der oben angegebenen Formel 1 entnehmbar ist.

Das zersetzte Gas aus der Reaktionsröhre 79 wird durch Durchleiten durch eine wässrige Alkalilösung (z. B. Kalziumhydroxid) 85 in dem Behälter 84 unschädlich gemacht. Ein Kohlensäuregas u. ä. enthaltendes Gas wird von einer Abgasleitung 86 ausgeblasen.

Beispiel 13

In diesem Beispiel 13 wurde ein Zersetzungssystem für ein organisches Halogenid mit einem Mikrowellen-Plasmagenerator gemäß der oben beschriebenen drei zehnten Ausführungsform benutzt, um Freon 134a unter den nachstehenden Be dingungen zu zersetzen. Dabei wurde Freon 134a mit demselben Verfahren wie im Beispiel 9 zersetzt, mit der Ausnahme, dass, wie in Fig. 16 gezeigt, die Reak tionsröhre 79 und der Behälter 84 auf eine Temperatur von 85°C durch die Hei zeinrichtungen 95 und 96 erhitzt worden sind, um das wässrige Alkaliwasser 85 in dem Behälter 84 zu verdampfen und dadurch Wasserdampf dem in der Entla dungsröhre 80 erzeugten thermischen Plasma 87 zuzuführen.

Das Freon-Zersetzungsverhältnis wurde nach demselben Verfahren wie im Bei spiel 9 gemessen. Die unten stehende Tabelle 14 zeigt Versuchsergebnisse für Messungen des Zersetzungsverhältnisses, die erhalten worden sind, als die Freonzuführungsmenge 0,1 kg/h war, und das Alkaliwasser auf 85°C aufgeheizt und die Mikrowellenleistung als Parameter benutzt wurde.

Tabelle 14

Wie Tabelle 14 zu entnehmen ist, konnte das Verfahren gemäß Beispiel 13, bei dem die Heizeinrichtungen 95 und 96 die Reaktionsröhre 79 bzw. den Behälter 84 aufgeheizt haben, um das in dem Behälter 84 enthaltene wässrige Alkaliwasser 85 zu verdampfen und dadurch Wasserdampf in die Reaktionsröhre 79 einzuleiten, verglichen mit dem Beispiel 9 den Freon-Zersetzungswirkungsgrad weiter erhö hen.

Auch wenn Argon, Luft o. ä. als Zusatzgas zugemischt wurde, konnte ein im we sentlichen gleiches Zersetzungsverhältnis durch Steuerung der Mikrowellenlei stung erhalten werden

Industrielle Anwendbarkeit

Ein erfindungsgemäßer Mikrowellen-Plasmagenerator hat die Wirkung, ein thermi sches Plasma einer Gasmischung eines organischen Halogenids, wie z. B. Freon, und Wasserdampf stabil zu erzeugen. In einer Entladungsröhre mit einer Doppel rohrstruktur weist der Spalt zwischen dem inneren und dem äußeren Rohr weder einen verjüngten Abschnitt noch einen verengten Durchflussweg auf. Dadurch bleibt ein Verwirbelungseffekt für die Strömung erhalten und kann ein Schmelzen der Entladungsröhre und das Anhaften von Feststoffen verhindert werden. Da das thermische Plasma stabil erzeugt werden kann, kann ferner der Argonverbrauch reduziert werden.

Ein anderer erfindungsgemäßer Mikrowellen-Plasmagenerator kann eine kontinu ierliche Ladung stabil für lange Zeitdauer aufrechterhalten. Ferner können hohe Mikrowelleneingangsleistungen und abrupte Ladungsfluktuationen leicht geregelt werden. Ferner kann eine zylindrische Mikrowellenresonanzkavität in Abhängigkeit von der Ladung justiert werden, sodass die Entladung leicht in Abhängigkeit von der Probe bewerkstelligt werden kann.

Bei einem Verfahren zur Zersetzung eines organischen Halogenids gemäß der vorliegenden Erfindung können organische Halogenide, wie Freon und Trichlor methan in Abfällen oder Abgasen, die herkömmlich schwierig zu zersetzen sind, mit einem hohen Zersetzungsverhältnis (99,99% oder höher) unschädlich ge macht werden.

Ferner wird in einem Zersetzungssystem für ein organisches Halogenid gemäß der vorliegenden Erfindung durch eine zylindrische Mikrowellenresonanzkavität wirksam und konzentriert Mikrowellenleistung einem ein organisches Halogenid enthaltenden Gas zugeführt. Dadurch kann ein stabiles Plasma wirksam erzeugt werden und die Größe und die Kosten der Apparatur gesenkt werden.

Claims

1. Mikrowellen-Plasmagenerator mit
einem rechteckigen Wellenleiter mit einem Loch zur Übertragung einer Mikrowelle;
einer koaxialen Mikrowellenkavität, die kommunizierend mit dem Loch im dem rechteckigen Wellenleiter verbunden ist;
einer Entladungsröhre aus dielektrischem Material, die sich durch das Loch des rechteckigen Wellenleiters und durch die Kavität so erstreckt, dass sie koaxial mit der Mittelachse der Kavität angeordnet ist; und
einem Zündelement, das mit einer Zündspannungsversorgung verbunden ist, wobei die Entladungsröhre einen Doppel-Röhrenaufbau mit einem äußeren und einem inneren Rohr aufweist, die einen ringförmigen Zwischenraum dazwischen definieren, wobei der ringförmige Zwischen raum eine konstante Querschnittsfläche über die gesamte Länge des inneren Rohres hat, und eine Gaszuführungsleitung nur mit dem äußeren Rohr verbunden ist und mit dem ringförmigen Zwischenraum kommuni ziert, wodurch Reaktionsgas oder Gase nur durch die Gaszuführungsleitung dem ringförmigen Zwischenraum zugeführt werden.

2. Generator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zündelement eine in dem inneren Rohr angeordnete Zündelektrode zur Erzeugung einer Mikrowellenentladung ist.

3. Generator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zündelement eine in dem inneren Rohr angeordnete Zündspule zur Erzeugung einer Mikrowellenentladung ist.

4. Mikrowellen-Plasmagenerator mit
einem rechteckigen Wellenleiter mit einem Loch zur Übertragung einer Mikrowelle;
einer zylindrischen Mikrowellen-Resonanzkavität, die kommunizierend mit dem Loch an dem rechteckigen Wellenleiter verbunden und so positioniert ist, dass eine Mittelachse der Resonanzkavität mit der Richtung des elektrischen Feldes in dem rechteckigen Wellenleiter fluchtet;
einer Entladungsröhre aus dielektrischem Material, die sich durch das Loch des rechteckigen Wellenleiters und durch die Kavität so erstreckt, dass sie koaxial mit der Mittelachse der Kavität angeordnet ist; und
einem Zündelement, das mit einer Zündspannungsversorgung verbunden ist, wobei die Entladungsröhre einen Doppel-Röhrenaufbau mit einem äußeren und einem inneren Rohr aufweist, die einen ringförmigen Zwischenraum dazwischen definieren, wobei der ringförmige Zwischen raum eine konstante Querschnittsfläche über die gesamte Länge des inneren Rohres hat und
eine Gaszuführungsleitung nur mit dem äußeren Rohr verbunden ist und mit dem ringförmigen Zwischenraum kommuniziert, wodurch Reaktionsgas oder Gase nur durch die Gaszuführungsleitung dem ringförmigen Zwischenraum zugeführt werden.

5. Generator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Zündelement eine in dem inneren Rohr angeordnete Zündelektrode zur Erzeugung einer Mikrowellenentladung ist.

6. Generator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Zündelement eine in dem inneren Rohr angeordnete Zündspule zur Erzeugung einer Mikrowellenentladung ist.

7. Verfahren zur Zersetzung eines organischen Halogenids mit den Schritten:
Bereitstellen eines Mikrowellen-Plasmagenerators, der einen rechteckigen Wellenleiter mit einem Loch zur Übertragung einer Mikrowelle, eine koaxiale Mikrowellenkavität, die kommunizierend mit dem Loch an dem rechteckigen Wellenleiter verbunden ist, eine Entladungsröhre aus dielektrischem Material, die sich durch das Loch des rechteckigen Wellenleiters und durch die Kavität so erstreckt, dass sie koaxial mit der Mittelachse der Kavität angeordnet ist, und ein Zündelement hat, das mit einer Zündspannungsversorgung verbunden ist, wobei die Entladungsröhre einen Doppel-Röhrenaufbau mit einem äußeren und inneren Rohr aufweist, und eine Querschnittsfläche eines ringförmigen Zwischenraums zwischen dem äußeren und inneren Rohr konstant über die gesamte Länge des inneren Rohres ist,
Zuführen eines Gases, das ein organisches Halogenid, Wasserdampf und Luft enthält, nur in den ringförmigen Zwischenraum zwischen dem äußeren und inneren Rohr, und Zulassen, dass das Zündelement durch Betrieb der Zündspannungsversorgung zündet und Erzeugen eines Plasmas in dem äußeren Rohr, das sich benachbart von dem Endabschnitt des inneren Rohres zum einem Endabschnitt des äußeren Rohres erstreckt, wodurch das organische Halogenid zersetzt wird.

8. Verfahren zur Zersetzung eines organischen Halogenids mit den Schritten:
Bereitstellen eines Mikrowellen-Plasmagenerators, der einen rechteckigen Wellenleiter mit einem Loch zur Übertragung einer Mikrowelle, eine zylindrische Mikrowellen-Resonanzkavität, die kommunizierend mit dem Loch an dem rechteckigen Wellenleiter verbunden und so positioniert ist, dass eine Mittelachse der Resonanzkavität mit der Richtung des elektrischen Feldes in dem rechteckigen Wellenleiter fluchtet, eine Entladungsröhre aus dielektrischem Material, die sich durch das Loch des rechteckigen Wellenleiters und durch die Kavität so erstreckt, dass sie koaxial mit der Mittelachse der Kavität angeordnet ist, und ein Zündelement hat, dass mit einer Zündspannungsversorgung verbunden ist, wobei die Entladungsröhre einen Doppel-Röhrenaufbau mit einem äußeren und inneren Rohr aufweist, und eine Querschnittsfläche eines ringförmigen Zwischenraums zwischen dem äußeren und inneren Rohr konstant über die gesamte Länge des inneren Rohres ist, Zuführen eines Gases, das ein organisches Halogenid, Wasserdampf und Luft enthält, nur in den ringförmigen Zwischenraum zwischen dem äußeren und inneren Rohr, und Zulassen, dass das Zündelement durch Betrieb Zündspannungsversorgung zündet und Erzeugen eines Plasmas in dem äußeren Rohr, das sich benachbart von dem Endabschnitt des inneren Rohres zu einem Endabschnitt des äußeren Rohres erstreckt, wodurch das organische Halogenid zersetzt wird.