PL223394B1 - Reaktor przeznaczony do prowadzenia reakcji chemicznych w mediach zawierających reagenty działający na zasadzie wyładowania poślizgowego - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest reaktor do prowadzenia reakcji chemicznych w mediach, zawierających reagenty, działający na zasadzie wyładowania poślizgowego.

Reaktor, w którym jest generowane wyładowanie poślizgowe będące źródłem energii dla przeprowadzenia rekcji chemicznych jest znany z opisów patentowych WO 9830524, US 5711859, US 6007742 oraz US 200936215. Reaktor stanowi rura, w której są umieszczone centrycznie w stosunku do osi pionowej dwie lub więcej elektrody metalowe o kształcie podobnym do ostrza noża. Elektrody są płaskie i skierowane ostrą krawędzią do osi reaktora. Reagenty w postaci gazu, pary, gazu i pary, aerozolu lub mgły często w mieszaninie z gazem roboczym, po uprzednim wymieszaniu, są wprowadzane do reaktora w postaci mieszaniny przez dyszę umieszczoną centrycznie w stosunku do elektrod. Wypływająca z dyszy mieszanina tworzy strumień płynący wzdłuż ostrych krawędzi elektrod. Zapłon wyładowania elektrycznego następuje w miejscu, gdzie odległość między elektrodami jest najmniejsza. Przepływ mieszaniny wymusza przemieszczanie się wyładowania wzdłuż elektrod, aż do jego zaniku. Następnie tworzy się kolejny zapłon wyładowania i proces rozwijania się wyładowanie powtarza się. Reagenty zawarte w mieszaninie ulegają aktywacji i rozkładowi w strefie wyładowania elektrycznego na skutek zderzeń z wysokoenergetycznymi elektronami (średnia energia rzędu 1 eV) oraz innymi cząsteczkami lub atomami o wysokiej energii i są prekursorami szybkich reakcji chemicznych. Wyładowanie poślizgowe zachodzi pod ciśnieniem atmosferycznym lub bliskim atmosferyczn emu i dlatego reakcje chemiczne zachodzą głównie w strefie wyładowania elektrycznego, a nie poza nią. W związku z tym wydajność pożądanej reakcji zależy od tego, jaka część reagentów ze strumienia mieszaniny wprowadzanej między elektrody reaktora znajdzie się w strefie wyładowania elektryc znego, a jaka część znajdzie się poza strefą wyładowania, dlatego że strumień mieszaniny reagentów i gazu roboczego rozpływa się w całej objętości reaktora. Reakcja będzie miała tym większą wydajność im więcej reagentów znajdzie się w strefie wyładowania. Z tego powodu uznano, że wydajność reakcji można zwiększyć przez cyrkulację mieszaniny reagentów w całej objętości reaktora, która spowoduje wielokrotne przechodzenie mieszaniny przez strefę wyładowania. Doprowadziło to do pomysłu zastosowania pompy umieszczonej na zewnątrz reaktora, która wymusza obieg reagentów w reaktorze (US 5 711 859). Jednakże, w tym przypadku mogą ulec rozkładowi nie tylko substraty reakcji, ale i ich produkty, ponieważ także one będą przechodziły przez strefę wyładowania elektrycznego. Aby zapobiec rozpływaniu się substratów w całej objętości reaktora i rozkładowi produktów reakcji w strefie wyładowania zaproponowano nową konstrukcję reaktora przedstawioną w opisie patentowym PL 196 319. W tym reaktorze przestrzeń, przez którą przepływa strumień reagentów ma kształt kanału, który rozszerza się w kierunku ruchu, strumienia reagentów. Strumień reagentów nie może swobodnie rozprzestrzenić się w objętości reaktora, tylko w całości przepływa przez strefę wyładowania. Kanał jest wykonany z materiału, który nie przewodzi prądu elektrycznego. Jednakże, gdy temperatura strumienia reagentów jest wysoka materiał kanału może zostać uszkodzony, a elektrody reaktora nie będą dostatecznie dobrze chłodzone.

Badania pokazują, że zastosowanie dwóch współosiowych dysz prostych do wprowadzania do reaktora plazmowego dwóch strumieni gazów różniących się temperaturą spowodowało, że w procesie rozkładu i utleniania węglowodorów powstających na skutek rozkładu termicznego odpadów zaobserwowano w gazach poreakcyjnych tlenek węgla i wodór w stężeniach większych niż dopuszczone odpowiednimi normami. Wydajność procesu chemicznego była niewystarczająca, pomimo zastosowania układu dwóch współosiowych dysz (PL 207205).

W takim przypadku układ wprowadzenia gazów do reaktora powinien umożliwiać wymieszanie się strumieni reagentów z uzyskaniem składu stechiometrycznego nie później niż w momencie zapłonu wyładowania elektrycznego z wytworzeniem tak wąskiego stożka strumienia mieszaniny reagentów, żeby wyładowanie elektryczne zachodziło w całej jego objętości.

Reaktor według wynalazku przeznaczony do prowadzenia reakcji chemicznych w mediach zawierających reagenty, działający na zasadzie wyładowania poślizgowego jest wyposażony w mieszacz, którego dyszę mieszającą stanowi grubościenna rurka z gładkim kanałem wewnętrznym w postaci walca zwężającego się od strony wylotu gazu, posiadającego na zewnętrznej stronie zwężenia szereg łukowało wydrążonych rowków rozłożonych symetrycznie wzdłuż promieni na c ałym obwodzie zwężenia. Grubość ścianek łączących rowki z kanałem wewnętrznym dyszy jest mniejsza niż 0,4 mm, korzystnie 0,2 mm. Przez mieszacz przepływają dwa strumienie mediów różniące się temperaturą, co najmniej o 200°K. Jeden ze strumieni ma temperaturę w granicach 280-320K

PL 223 394 B1 i przepływa przez szczelinę między dyszą mieszającą a dyszą prostą. Drugi strumień o wyższej temperaturze przepływa przez dyszę mieszającą. Wymieszany strumień mediów wypływa z mieszacza i dalej wpływa w obszar, co najmniej trzech płaskich elektrod, umocowanych wewnątrz obudowy reaktora za pomocą prętów prostopadłych do osi reaktora. Elektrody mają kształt trójkąta, którego jeden bok jest równoległy do osi reaktora, zaś trzeci bok jest najkrótszy i jest nachylony do boku ró wnoległego do osi reaktora pod kątem 63°. Odległość mierzona wzdłuż osi reaktora od końca dysz mieszacza do odcinka łączącego elektrody w miejscu najmniejszej odległości między nimi jest większa od 30 mm.

Korzystnym efektem wynalazku jest dostosowanie konstrukcji reaktora działającego na zasadzie wyładowania poślizgowego do prowadzenia reakcji chemicznych w przypadku, gdy dwa strumienie reagentów nie mogą lub nie powinny być wymieszane przed wprowadzeniem do reaktora. Zastosowanie w reaktorze mieszacza umożliwia mieszanie się wewnątrz reaktora dwóch strumieni reagentów o różnych temperaturach z wytworzeniem mieszaniny stechiometrycznej. Mieszanie następuje przed wprowadzeniem mieszaniny gazów w strefę wyładowania elektrycznego. Na skutek mieszania tworzy się wąski strumień gazów o kształcie zapewniającym generowanie wyładowania elektrycznego w całej objętości strumienia.

Wynalazek ma zastosowanie wówczas, gdy reaktor jest częścią większego urządzenia, Przykładem takiego urządzenia jest urządzenie do utylizacji odpadów tworzyw sztucznych (PL 201 817), urządzenie do utylizacji odpadów niebezpiecznych (PL 207 205), czy urządzenie do odzyskiwania surowców z odpadów metodą ich termicznego przetwarzania (PL 388 362).

Przedmiot wynalazku zostanie przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym Fig. 1 przedstawia reaktor w przekroju a Fig. 2 przedstawia mieszacz.

Reaktor posiada, co najmniej trzy, płaskie elektrody 1 umieszczone centrycznie w obudowie 2 i skierowane ostrą krawędzią do osi reaktora. Reaktor ma mieszacz 3 dla wprowadzania dwóch strumieni mediów różniących się temperaturą, co najmniej o 200K, przy czym jeden, ze strumieni ma temperaturę w granicach. 280-320K. Mieszacz 3 składa się z dwóch współosiowych dysz 4 i 5, z których dysza wewnętrzna jest dyszą mieszającą 4, a dysza zewnętrzna jest dyszą, prostą 5. Strumień mediów o wyższej temperaturze jest wprowadzany przez dyszę mieszającą 4, a strumień mediów o niższej temperaturze jest wprowadzany przez szczelinę między dyszą mieszającą 4, a dyszą prostą 5, i dalej jest podawany w obszar, co najmniej trzech płaskich elektrod 1, mających kształt trójkąta, którego jeden bok, jest równoległy do osi reaktora, zaś trzeci bok jest najkrótszy i jest nachylony do boku równoległego do osi reaktora pod kątem 63°. Dyszę mieszającą 4 stanowi grubościenna rurka z gładkim kanałem wewnętrznym 7 w postaci walca zwężającego się od strony wylotu gazu, posiadającego na zewnętrznej stronie zwężenia szereg łukowato wydrążonych rowków 6 rozłożonych symetrycznie wzdłuż promieni na całym obwodzie zwężenia. Grubość ścianek łączących rowki 6 z kanałem, wewnętrznym 7 dyszy mieszającej 4 jest mniejsza niż 0,4 mm, korzystnie 0,2 mm. Odległość mierzona wzdłuż osi reaktora od końca dysz 4 i 5 mieszacza 3 do odcinka łączącego elektrody 1 w miejscu najmniejszej odległości między nimi jest dłuższa od 30 mm. Elektrody 1 reaktora są umocowane wewnątrz obudowy 2 reaktora za pomocą prętów 8 prostopadłych do osi reaktora.

Claims (2)

Zastrzeżenia patentowe

1. Reaktor przeznaczony do prowadzenia reakcji chemicznych w mediach, zawierających reagenty, działający na zasadzie wyładowania poślizgowego i posiadający, co najmniej trzy, płaskie elektrody i skierowane ostrą krawędzią do osi reaktora, oraz dwie dysze współosiowe do wprowadzania gazów, znamienny tym, że jest wyposażony w mieszacz (3), którego dyszę mieszającą (4) stanowi grubościenna rurka z gładkim kanałem wewnętrznym (7) w postaci walca zwężającego się od strony wylotu gazu, posiadającego na zewnętrznej stronie zwężenia szereg łukowato wydrąż onych rowków (6) rozłożonych symetrycznie wzdłuż promieni na całym obwodzie zwężenia, a gr ubość ścianek łączących rowki z kanałem wewnętrznym (7) dyszy jest mniejsza niż 0,4 mm, korzystnie 0,2 mm; przy czym przez mieszacz (3) przepływają dwa strumienie mediów różniące się temperaturą, co najmniej o 200K, jeden ze strumieni ma temperaturę w granicach 280-320K i przepływa przez szczelinę między dyszą mieszającą (4) a dyszą prostą (5), drugi strumień o wyższej temperaturze przepływa przez dyszę mieszającą (4), natomiast wymieszany strumień mediów wypływa z mieszacza (3) i dalej wpływa w obszar, co najmniej trzech płaskich elektrod (1), umocowanych

PL 223 394 B1 wewnątrz obudowy (2) reaktora za pomocą prętów (8) prostopadłych do osi reaktora i mających kształt trójkąta, którego jeden bok jest równoległy do osi reaktora, zaś trzeci bok jest najkrótszy i jest nachylony do boku równoległego do osi reaktora pod kątem 63°.

2. Reaktor według zastrz. 1, znamienny tym, że odległość mierzona wzdłuż osi reaktora od końca dysz mieszacza (3) do odcinka łączącego elektrody (1) w miejscu najmniejszej odległości między nimi jest większa od 30 mm.