RU2486719C1 - Gas cleaning, destruction and conversion method - Google Patents

Gas cleaning, destruction and conversion method Download PDF

Info

Publication number
RU2486719C1
RU2486719C1 RU2011153441/07A RU2011153441A RU2486719C1 RU 2486719 C1 RU2486719 C1 RU 2486719C1 RU 2011153441/07 A RU2011153441/07 A RU 2011153441/07A RU 2011153441 A RU2011153441 A RU 2011153441A RU 2486719 C1 RU2486719 C1 RU 2486719C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
gas
plasma
chemical
destruction
discharge
Prior art date
Application number
RU2011153441/07A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Игорь Антонович КОССЫЙ
Андрей Митрофанович Анпилов
Эдуард Михайлович Бархударов
Сергей Иванович Грицинин
Алексей Михайлович Давыдов
Мераб Иванович Тактакишвили
Александр Вилорьевич Двоенко
Ренат Рушанович Хабеев
Original Assignee
Общество С Ограниченной Ответственностью "Плазма-Про"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество С Ограниченной Ответственностью "Плазма-Про" filed Critical Общество С Ограниченной Ответственностью "Плазма-Про"
Priority to RU2011153441/07A priority Critical patent/RU2486719C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2486719C1 publication Critical patent/RU2486719C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)

Abstract

FIELD: machine building.
SUBSTANCE: in gas cleaning, destruction and conversion method, action of high-voltage pulse periodic ring discharge is performed on gas, which leads to formation of low-temperature plasma and UV radiation, which initiate plasma chemical reactions, creation of an impact wave, gas heating, creation of convective flows and gas cleaning from microparticles. Gas cleaning is performed by a plasma jet created with microwave radiation; at that, gas quickly passes to a hot plasma area, where plasma chemical reactions are implemented, and is supplied to cold area, thus ensuring tempering of products of plasma chemical reactions.
EFFECT: invention allows improving action efficiency of a plasmatron and a high-voltage pulse-periodic ring discharge, channels of destructions of different types of impurities in gases, which are specific for ultra-high frequency.
3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к газовой и химической отраслям промышленности и предназначено для очистки газов от твердых, жидких, паро- и газообразных неорганических и органических веществ, деструкции и конверсии газов.The invention relates to the gas and chemical industries and is intended for the purification of gases from solid, liquid, vapor and gaseous inorganic and organic substances, the destruction and conversion of gases.

Существует много методов очистки газов: фильтрационные, абсорбционные, сорбционные, каталитические, термические и др. (Родионов А.И., Клушин В.Н., Торочешников Н.С.Техника защиты окружающей среды. М.: Химия, 1989 г., 512 стр.).There are many methods of gas purification: filtration, absorption, sorption, catalytic, thermal, etc. (Rodionov A.I., Klushin V.N., Torocheshnikov N.S. Environmental protection technology. M: Chemistry, 1989, 512 p.).

Последнее время большое внимание уделяется разработке электрофизических, электроразрядных методов очистки, деструкции, конверсии газов. Известен способ очистки устройством, содержащим кольцевую многоэлектродную разрядную систему, сообщенную с импульсно-периодическим генератором высоковольтных импульсов. Устройство работает по методу плазмохимического, газодинамического воздействия на газы, основанному на использовании кольцевого, многоэлектродного, высоковольтного импульсно-периодического разряда (Разложение и трансформация фреоновой компоненты газовой смеси высокого давления лазерной искрой и скользящим поверхностным разрядом. (З.Г.Ахвледиани, Э.М.Бархударов, Г.В.Гелашвили и др. // Физика плазмы. 1996, - Т22. - №5 - С.470-477).Recently, much attention has been paid to the development of electrophysical, electric-discharge methods of purification, destruction, and gas conversion. A known method of cleaning a device containing an annular multielectrode discharge system in communication with a pulse-periodic generator of high voltage pulses. The device operates by the method of plasma-chemical, gas-dynamic gas exposure, based on the use of a ring, multi-electrode, high-voltage pulse-periodic discharge (decomposition and transformation of the freon component of a high-pressure gas mixture with a laser spark and a sliding surface discharge. (Z.G. Akhvlediani, E.M. . Barkhudarov, G.V. Gelashvili, etc. // Plasma Physics. 1996, T22. - No. 5 - S.470-477).

Особенностью работы устройства является следующее:A feature of the device is the following:

- разрядник работает во всех газовых средах в широком интервале давлений (от 10-3 Торр до превышающих атмосферное);- the arrester works in all gaseous media in a wide pressure range (from 10 -3 Torr to above atmospheric);

- плазма локализована в виде малоразмерных образований с высокой концентрацией электронов (Ne≥1016 см3) с температурой газа и электронов Tg=(3-5)103K и Те=3-5 эВ соответственно;- the plasma is localized in the form of small formations with a high electron concentration (N e ≥10 16 cm 3 ) with a gas and electron temperature T g = (3-5) 10 3 K and T e = 3-5 eV, respectively;

- генерация интенсивного надтеплового УФ-излучения (γ≤185 нм);- generation of intense epithermal UV radiation (γ≤185 nm);

- образование фотоплазмы вблизи центра кольца (Ne≈1011-1012 см3);- the formation of photoplasma near the center of the ring (N e ≈10 11 -10 12 cm 3 );

- генерация сходящихся кумулирующих ударных волн (УВ) при давлениях близких, к атмосферному.- the generation of converging cumulative shock waves (shock waves) at pressures close to atmospheric.

Известны методы плазмохимического воздействия на газы с помощью микроволнового плазмотрона (RU 83682 U1, 27.03.2009; RU 80450 U1, 03.10.2008; RU 8044903 U1, 03.10.2008).Known methods of plasma chemical exposure to gases using a microwave plasma torch (RU 83682 U1, 03/27/2009; RU 80450 U1, 03/10/2008; RU 8044903 U1, 03/10/2008).

Обработка газа осуществляется плазменной струей (факелом), возбуждаемой выходящим из коаксиала микроволновым излучением. Высокие газовая температура (Tg=(4-5)10-3 K), концентрация электронов (Ne≈3·1014-1016 см-3) и электронная температура (Те=4-5 эВ), а также неравновесность плазмы (Те>>Tg) обеспечивают высокую эффективность плазмохимического воздействия на вредные примеси в газах и трансформацию газов.Gas processing is carried out by a plasma jet (torch) excited by microwave radiation emerging from the coaxial. High gas temperature (T g = (4-5) 10 -3 K), electron concentration (N e ≈3 · 10 14 -10 16 cm -3 ) and electron temperature (T e = 4-5 eV), as well as plasma nonequilibrium (T e >> T g ) provide a high plasma-chemical effect on harmful impurities in gases and gas transformation.

Известен способ, использующий многоэлектродный разрядник с прокачкой негорючего газа (воздух, азот, аргон и др.) через межэлектродное пространство, с помощью которого реализуется высоковольтный импульсно-периодический разряд в жидкости (воде и ее растворах) с целью воздействия на ее микробиологическую, органическую и химические составляющие (US 6558638 В2, опубл. 07.02.2002).A known method using a multi-electrode spark gap with pumping non-combustible gas (air, nitrogen, argon, etc.) through the interelectrode space, with the help of which a high-voltage pulse-periodic discharge is realized in a liquid (water and its solutions) in order to influence its microbiological, organic and chemical constituents (US 6558638 B2, publ. 07.02.2002).

Помещенное в жидкость устройство конструктивно представляет собой следующее: на внешней поверхности диэлектрической цилиндрической трубки, охватывая ее, располагаются "n" цилиндрических кольцевых электродов (нержавейка, медь, титан и др.) с одинаковым зазором между ними. Торцевая часть электродов является рабочей, внешняя цилиндрическая поверхность электродов покрыта изолятором. В стенках диэлектрической трубки в межэлектродном пространстве имеются несколько небольших ≤1 мм отверстий, через которые из полости трубки в жидкость поступают пузыри газа. Высоковольтное напряжение подается к двум крайним электродам: к одному непосредственно, а ко второму с помощью обратного токопровода, проходящего через полость трубки. Формирующийся в газовых пузырях разряд является источником мощного ультрафиолетового излучения и активных частиц (О3, Н2О2. ОН, О и др.).A device placed in a liquid is structurally the following: on the outer surface of a dielectric cylindrical tube, covering it, there are "n" cylindrical ring electrodes (stainless steel, copper, titanium, etc.) with the same gap between them. The end part of the electrodes is working, the outer cylindrical surface of the electrodes is covered with an insulator. There are several small ≤1 mm holes in the walls of the dielectric tube in the interelectrode space through which gas bubbles enter the liquid from the tube cavity. High-voltage voltage is supplied to two extreme electrodes: one directly, and the second with the help of a return conductor passing through the tube cavity. A discharge formed in gas bubbles is a source of powerful ultraviolet radiation and active particles (O 3 , H 2 O 2. OH, O, etc.).

Генерируемые в процессе разряда сильные акустические волны, а также ударные волны (УВ), порождаемые в результате схлопывания пузырей, являются дополнительным фактором воздействия на микробную, органическую и химическую составляющую жидкости.Strong acoustic waves generated during the discharge process, as well as shock waves (shock waves) generated as a result of the collapse of the bubbles, are an additional factor affecting the microbial, organic, and chemical constituents of the liquid.

Недостатками известного способа являются:The disadvantages of this method are:

1) линейная геометрия разрядного устройства исключает возможность фокусировки УФ-излучения и акустических волн, генерируемых разрядом;1) the linear geometry of the discharge device eliminates the possibility of focusing UV radiation and acoustic waves generated by the discharge;

2) сложности и неудобства, связанные с размещением в воде разрядника и коммуникационных систем для подачи высоковольтного напряжения и газа к разряднику; при эксплуатации разрядника в потоке разрядная система создает дополнительное сопротивление потоку жидкости;2) the difficulties and inconveniences associated with the placement of a spark gap and communication systems in the water to supply high voltage and gas to the spark gap; when operating a spark gap in a stream, the discharge system creates additional resistance to the flow of liquid;

3) при вертикальном расположении разрядного устройства в потоке жидкости из-за гидростатического давления происходит неравномерное поступление газа через отверстия, расположенные вдоль разрядного устройства, что может влиять на стабильность и однородность разрядных каналов;3) with a vertical arrangement of the discharge device in the fluid flow due to hydrostatic pressure, an uneven flow of gas occurs through openings located along the discharge device, which can affect the stability and uniformity of the discharge channels;

4) достаточная сложность конструкции в целом.4) sufficient design complexity as a whole.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности воздействия специфических для СВЧ-плазмотрона и высоковольтного импульсно-периодического кольцевого разряда каналов разрушений различного типа загрязнения в газах, их деструкции и конверсии.The technical result of the invention is to increase the effectiveness of the impact of specific for the microwave plasmatron and high-voltage pulse-periodic ring discharge channels of destruction of various types of pollution in gases, their destruction and conversion.

Сущность изобретения заключается в комбинированном использовании двух методов плазмохимического воздействия на газы:The invention consists in the combined use of two methods of plasma-chemical effects on gases:

1) многоэлектродный импульсный периодический высоковольтный разряд;1) a multi-electrode pulse periodic high-voltage discharge;

2) микроволновый коаксиальный плазмотрон (микроволновый факел).2) microwave coaxial plasmatron (microwave torch).

Сочетание этих двух методов приводит к синергетическому эффекту, что обеспечивает высокую эффективность воздействия на газы.The combination of these two methods leads to a synergistic effect, which ensures high gas exposure.

Технический результат достигается тем, что в предложенном способе очистки, деструкции, конверсии газов осуществляется плазмохимическое и газодинамическое воздействие на газ, при этом воздействуют высоковольтным импульсно-периодическим кольцевым разрядом, приводящим к образованию низкотемпературной плазмы и УФ-излучения, инициирующих плазмохимические реакции, создание ударной волны, нагрев газа, создание конвекционных потоков и очистку газа от микрочастиц, кроме того, обработку газа осуществляют плазменной струей, создаваемой микроволновым излучением, при этом газ последовательно быстро проходит в «горячую» область плазмы, где реализуются плазмохимические реакции, и подается в «холодную» область, обеспечивая "закалку" продуктов плазмохимических реакций.The technical result is achieved by the fact that in the proposed method of purification, destruction, conversion of gases, a plasma-chemical and gas-dynamic effect on the gas is carried out, while they are affected by a high-voltage pulse-periodic ring discharge, which leads to the formation of low-temperature plasma and UV radiation, initiating plasma-chemical reactions, creating a shock wave , heating gas, creating convection flows and purifying gas from microparticles, in addition, the gas is treated with a plasma jet created by mic wave radiation, the gas sequentially passes quickly into a "hot" region of the plasma where the plasma-chemical reactions are realized, and supplied to the "cold" area, providing a "hardened" product plasma-chemical reactions.

Способ очистки, деструкции, конверсии газов, в котором осуществляют комбинированное плазмохимическое и газодинамическое воздействие на газ с помощью высоковольтного кольцевого разряда и микроволновой плазменной струи одновременно в одной области пространства.A method of purification, destruction, gas conversion, in which a combined plasma-chemical and gas-dynamic effect on a gas is carried out using a high-voltage ring discharge and a microwave plasma jet simultaneously in one area of space.

Способ очистки, деструкции, конверсии газов, в котором осуществляют плазмохимическое и газодинамическое воздействие на газ с помощью высоковольтного кольцевого разряда и микроволновой плазменной струи последовательно.A method of purification, destruction, gas conversion, in which the plasma-chemical and gas-dynamic effects on gas are carried out using a high-voltage ring discharge and a microwave plasma jet in series.

На фиг.1 представлено устройство, реализующее предложенный способ.Figure 1 presents the device that implements the proposed method.

На фиг.2 - кольцевая разрядная система.Figure 2 - ring discharge system.

На фиг.3 - плазмотрон.Figure 3 - plasmatron.

Низкотемпературная плазма является неравновесной, и плазмохимические реакции и процессы существенно отличаются от реакций традиционной химии.Low-temperature plasma is nonequilibrium, and plasma-chemical reactions and processes are significantly different from reactions of traditional chemistry.

Неравновесность плазмохимических процессов определяет конечный продукт воздействия. Плазмохимические реакции могут протекать либо в результате сильного нагрева с последующей быстрой закалкой продуктов реакции, либо неравновесным возбуждением колебательных и электронных степеней свободы молекул.Nonequilibrium plasma-chemical processes determines the final product of exposure. Plasma-chemical reactions can occur either as a result of strong heating followed by rapid quenching of the reaction products, or by nonequilibrium excitation of vibrational and electronic degrees of freedom of molecules.

Сущность способа заключается в комбинированном использовании двух различных реализаций плазмохимического и газодинамического воздействия на газы. Способ предполагает использование кольцевого высоковольтного многоэлектродного импульсно-периодического разряда в сочетании с микроволновым коаксиальным плазмотроном, которые отличаются друг от друга пространственными, временными характеристиками плазмы, удельным энерговкладом, степенью и характером неравновесности плазмы. Поэтому воздействие каждого из указанных способов на газ и газовые смеси различно. Одновременное использование этих двух способов существенно повышает эффективность воздействия на газы и газовые смеси.The essence of the method consists in the combined use of two different realizations of the plasma-chemical and gas-dynamic effects on gases. The method involves the use of a ring high-voltage multi-electrode pulse-periodic discharge in combination with a microwave coaxial plasmatron, which differ from each other in spatial, temporal plasma characteristics, specific energy input, degree and nature of plasma nonequilibrium. Therefore, the effect of each of these methods on gas and gas mixtures is different. The simultaneous use of these two methods significantly increases the efficiency of exposure to gases and gas mixtures.

Предлагаемый способ, в частности, может быть реализован по схеме, представленной на фиг.1. Цилиндрический трубопровод 1 выполнен из двух секций 3 и 8, представляющих собой реакторы. Трубопровод снабжен системой прокачки газа, имеющей канал 4 поступления газа и каналы отбора газа 5 и 11 для анализа и канал 10 для скрубера. В первой секции 3 размещена, по меньшей мере, одна кольцевая многоэлектродная разрядная система 2, сообщенная с импульсно-периодическим генератором 13 высоковольтных импульсов, а во второй секции 8 установлен микроволновой плазмотрон 7, имеющий электрическую систему поджига и сообщенный с магнетроном 12.The proposed method, in particular, can be implemented according to the scheme shown in figure 1. The cylindrical pipeline 1 is made of two sections 3 and 8, which are reactors. The pipeline is equipped with a gas pumping system having a gas supply channel 4 and gas sampling channels 5 and 11 for analysis and a channel 10 for the scrubber. In the first section 3, at least one ring multi-electrode discharge system 2 is placed, which is in communication with a pulse-periodic high-voltage pulse generator 13, and in the second section 8, a microwave plasma torch 7 is installed, having an electric ignition system and in communication with a magnetron 12.

Первая секция трубопровода 1 может быть выполнена в виде отдельных участков, изготовленных из диэлектрика, на внутренней поверхности каждого из которых по окружности симметрично относительно оси трубы установлены электроды кольцевой разрядной системы 2 (Фиг.2).The first section of the pipeline 1 can be made in the form of separate sections made of a dielectric, on the inner surface of each of which electrodes of the ring discharge system 2 are installed symmetrically about the pipe axis (Fig. 2).

Вторая секция 3 может быть выполнена из диэлектрика или металла.The second section 3 may be made of dielectric or metal.

У стенок диэлектрической цилиндрической трубы 1 или непосредственно на ней на одинаковом расстоянии друг от друга с одинаковым зазором между ними располагаются электроды 15, один из электродов заземлен, а к другому, симметрично расположенному, подается высоковольтный импульс. Остальные электроды заземляются через емкости 16 (Фиг.2), величина которых значительно меньше емкости накопительного конденсатора высоковольтного генератора. После быстрого процесса замыкания разрядных промежутков 14 формируется основной разрядный ток, который протекает в двух противоположных направлениях.At the walls of the dielectric cylindrical pipe 1 or directly on it at the same distance from each other with the same gap between them, electrodes 15 are located, one of the electrodes is grounded, and a high-voltage pulse is supplied to the other, symmetrically located. The remaining electrodes are grounded through capacitance 16 (Figure 2), the value of which is significantly less than the capacitance of the storage capacitor of the high-voltage generator. After a quick process of closing the discharge gaps 14, the main discharge current is formed, which flows in two opposite directions.

Параметры высоковольтного генератора следующие: число каналов 5, напряжение U≤20 кВ, частота следования импульсов f≤100 Гц, емкость накопительного конденсатора одного канала С=10-8 Ф, разрядный ток I≤300 A при длительности τ=3-5 мкс, средняя мощность генератора N=1 кВт.The parameters of the high-voltage generator are as follows: the number of channels 5, the voltage U≤20 kV, the pulse repetition rate f≤100 Hz, the capacitance of the storage capacitor of one channel C = 10 -8 F, the discharge current I≤300 A for a duration τ = 3-5 μs, average generator power N = 1 kW.

Кольцевой импульсно-периодический разряд функционирует во всех газовых смесях в широком интервале давления от 10-3 Торр до превышающих атмосферное.An annular pulse-periodic discharge operates in all gas mixtures in a wide pressure range from 10 -3 Torr to above atmospheric pressure.

Особый интерес представляет область высоких давлений. В этом случае неравновесная плазма разряда локализована в виде малоразмерных образований с высокой концентрацией электронов Ne≥1016-3 и температурой газа и электронов соответственно Тг=(3-5)103 К и Тэ=(3-5)104 К. Благодаря этому плазменные образования являются источником мощного УФ-излучения, которое обеспечивает протекание процессов фотоионизации и фотодиссоциации во вне разрядной области, инициируя целый ряд плазмохимических процессов. Сравнительно низкая температура газа во вне разрядной области (T≤103 К) может обеспечить протекание плазмохимических процессов, связанных с пребыванием молекул в колебательно-возбужденном состоянии. Кольцевая геометрия разрядной системы обеспечивает фокусировку УФ-излучения и образования во вне разрядной области плазмы с концентрацией электронов 1012-1013 см-3. Малая длительность импульса тока (2-5 мкс) и большой энерговклад за один импульс (2-20 Дж) обеспечивают генерацию сходящихся тороидальных кумулирующих ударных волн, что приводит к нагреву газа и созданию конвекционных потоков, обеспечивая эффективное перемешивание потоков газа. Кроме того ударная волна способствует очищению газа от содержащихся в нем микрочастиц.Of particular interest is the high-pressure region. In this case, the nonequilibrium discharge plasma is localized in the form of small formations with a high electron concentration N e ≥10 16 cm -3 and the temperature of the gas and electrons, respectively, T g = (3-5) 10 3 K and T e = (3-5) 10 4 K. Due to this, plasma formations are a source of powerful UV radiation, which ensures the occurrence of photoionization and photo-dissociation processes in the outside of the discharge region, initiating a number of plasma-chemical processes. A relatively low gas temperature outside the discharge region (T≤10 3 K) can ensure the occurrence of plasma-chemical processes associated with the presence of molecules in a vibrationally excited state. The ring geometry of the discharge system provides focusing of UV radiation and the formation of an electron concentration of 10 12 -10 13 cm -3 in the off-discharge region of the plasma. The short duration of the current pulse (2-5 μs) and the large energy input per pulse (2-20 J) provide the generation of convergent toroidal cumulative shock waves, which leads to gas heating and the creation of convection flows, providing effective mixing of gas flows. In addition, the shock wave helps to purify the gas from the microparticles contained in it.

Конструкция плазмотрона, представленная на Фиг.3.The design of the plasma torch, shown in Fig.3.

Суть модификации состоит в использовании многоэлектродного кольцевого разрядника для инициирования микроволнового разряда. С этой целью непосредственно около сопла 17 (Фиг.3) внутреннего электрода 15 располагается кольцевая разрядная система 2.The essence of the modification is the use of a multi-electrode ring spark gap to initiate a microwave discharge. For this purpose, an annular discharge system 2 is located directly near the nozzle 17 (FIG. 3) of the inner electrode 15.

Магнетрон и система его питания широко используются в бытовой технике, (микроволновая печь) частота f=2.45 гГц, средняя мощность N=1 кВт. Однополупериодный выпрямитель переменного напряжения (50 Гц) обеспечивает подачу высоковольтного напряжения на анод магнетрона и генерацию микроволнового излучения в виде последовательности импульсов длительностью τ=8 мс, пауза между импульсами равна 12 мс.The magnetron and its power system are widely used in household appliances, (microwave) frequency f = 2.45 GHz, average power N = 1 kW. A half-wave alternating voltage rectifier (50 Hz) provides a high-voltage voltage to the magnetron anode and generation of microwave radiation in the form of a sequence of pulses with a duration of τ = 8 ms, the pause between pulses is 12 ms.

Обработка газа осуществляется плазменной струей (факел), создаваемой микроволновым излучением. Энергия СВЧ-волны чрезвычайно эффективно трансформируется в энергию плазмы. Важную роль в реализации плазмохимических процессов играет пространственная структура факела. У самого сопла плазмотрона образуется ярко светящаяся область (1-1,5 см), окруженная менее яркой областью, размеры которой на порядок выше. Параметры плазмы в первой области Ne≈1016 см-3, Те≈5 эВ, во второй области Ne≈(1-3)1014 см-3, Те≈1-1,5 эВ, температура газа в первой и второй областях T1≈5 кК и Т2≈2,5 кК соответственно.Gas processing is carried out by a plasma jet (torch) created by microwave radiation. The energy of a microwave wave is extremely efficiently transformed into plasma energy. An important role in the implementation of plasma-chemical processes is played by the spatial structure of the torch. Near the nozzle of the plasma torch, a brightly luminous region (1-1.5 cm) is formed, surrounded by a less bright region, whose dimensions are an order of magnitude higher. The plasma parameters in the first region are N e ≈10 16 cm -3 , T e ≈5 eV, in the second region Ne e ≈ (1-3) 10 14 cm -3 , T e ≈1-1.5 eV, the gas temperature the first and second regions T 1 ≈5 kK and T 2 ≈ 2.5 kK, respectively.

Отрыв температуры электронов от температуры газа определяет степень неравновесности, а следовательно, эффективность плазмохимических процессов. Факел работает в стационарном или в квазистационарном режимах. В последнем случае длительность СВЧ-излучения 8 мс с последующей паузой 12 мс. Таким образом, струя газа последовательно быстро проходит в горячую область плазмы и попадает в область холодного газа, окружающего факел, что обеспечивает закалку продуктов реакции.The separation of the electron temperature from the gas temperature determines the degree of nonequilibrium, and, consequently, the efficiency of plasma-chemical processes. The torch operates in stationary or quasi-stationary modes. In the latter case, the duration of microwave radiation is 8 ms, followed by a pause of 12 ms. Thus, the gas stream sequentially quickly passes into the hot region of the plasma and enters the region of cold gas surrounding the torch, which provides quenching of the reaction products.

Спецификой микроволнового факела является следующее.The specifics of the microwave torch are as follows.

- Быстрый нагрев газа с последующим быстрым охлаждением (закалка).- Rapid heating of the gas followed by rapid cooling (quenching).

- Формирование термонеравновесной плазмы (неравновесное возбуждение колебательных и электронных степеней свободы молекул).- Formation of thermonequilibrium plasma (nonequilibrium excitation of vibrational and electronic degrees of freedom of molecules).

- Основной объем реакционной зоны практически изолирован от стенок камеры, будучи отделенным от них холодной газовой струей.- The main volume of the reaction zone is practically isolated from the walls of the chamber, being separated from them by a cold gas stream.

- Применение плазмотрона позволяет реализовать реакции, неосуществимые или малоэффективные в равновесных условиях.- The use of a plasma torch allows you to realize reactions that are unrealistic or ineffective under equilibrium conditions.

- Создает большой объем неравновесной плазмой с относительно высокой концентрацией электронов.- Creates a large volume of non-equilibrium plasma with a relatively high concentration of electrons.

Приведенные выше характеристики двух разных способов воздействия на газы указывают на то, что одновременное использование этих методов значительно расширяет каналы воздействия на газы, может обеспечить синергетический эффект. А это повышение эффективности воздействия и возможность получения результатов, которые невозможно получить, используя оба способа в отдельности. Одновременное воздействие этих способов может быть совмещено или разделено в пространстве.The above characteristics of two different methods of exposure to gases indicate that the simultaneous use of these methods significantly expands the channels of exposure to gases, can provide a synergistic effect. And this is an increase in the effectiveness of the impact and the possibility of obtaining results that cannot be obtained using both methods separately. The simultaneous effects of these methods can be combined or shared in space.

Описанная схема работает следующим образом.The described circuit works as follows.

Пять разрядников или часть из них подключаются к импульсно-периодическому генератору высоковольтных импульсов, устанавливаются необходимое напряжение и частота следования импульсов, включается генератор. В межэлектродных промежутках разрядников формируется плазма.Five spark gaps or part of them are connected to a pulse-periodic high-voltage pulse generator, the necessary voltage and pulse repetition rate are set, and the generator is turned on. Plasma is formed in the interelectrode gaps of the arresters.

После этого в секцию 3 через канал 4 поступает газ, подлежащий обработке, через канал 6, газ следует во второй реактор, через трубчатый электрод 18 (Фиг.3).After that, the gas to be processed enters section 3 through channel 4, through channel 6, the gas flows to the second reactor, through the tubular electrode 18 (Figure 3).

Включается магнетрон, микроволновое излучение в районе сопла формирует микроволновой плазменный факел, далее газ через канал 10 поступает в скруббер, а через канал 11 отбирается для анализа. В случае если формирование плазменного факела затруднено, одновременно с магнетроном на короткое время включается кольцевая разрядная система 2 (Фиг.3). В качестве источника питания разрядника можно использовать отдельный генератор или один из каналов пятиканального генератора. Для длительного одновременного воздействия микроволнового и кольцевого разряда на газ возможно включение разрядной системы 2 (Фиг.3) на продолжительное время. Устройство содержит магнетрон 12, коаксиальный тройник 19, канал 6 подачи газа, внешний электрод 20, центральный внутренний трубчатый электрод 18, микроволновой факел 9, заостренное сопло 17, кольцевую многоэлектродную разрядную систему 2.The magnetron is turned on, microwave radiation in the nozzle region forms a microwave plasma torch, then the gas through channel 10 enters the scrubber, and through channel 11 it is taken for analysis. If the formation of the plasma torch is difficult, simultaneously with the magnetron for a short time, the ring discharge system 2 is turned on (Figure 3). As a power supply for the arrester, you can use a separate generator or one of the channels of a five-channel generator. For a long simultaneous effect of a microwave and ring discharge on gas, it is possible to turn on the discharge system 2 (Figure 3) for a long time. The device comprises a magnetron 12, a coaxial tee 19, a gas supply channel 6, an external electrode 20, a central inner tubular electrode 18, a microwave torch 9, a pointed nozzle 17, an annular multi-electrode discharge system 2.

Комбинированное использование двух различных плазмохимических методов воздействия на обрабатываемый газ может обеспечить синергетический эффект и тем самым повысить эффективность плазмохимического воздействия на газы.The combined use of two different plasma-chemical methods of influence on the gas being treated can provide a synergistic effect and thereby increase the effectiveness of the plasma-chemical effect on gases.

Параметры источников питания кольцевого разрядника и плазмотрона могут меняться в зависимости от реализации конкретной задачи.The parameters of the power sources of the annular spark gap and plasma torch can vary depending on the implementation of a specific task.

Устройство может быть использовано для очистки газов от различного типа загрязнений, обезвреживания газов методом деструкции, конверсии, трансформации газов, а также при решении целого ряда отраслевых технологических задач.The device can be used for gas purification from various types of contaminants, gas neutralization by the method of destruction, conversion, gas transformation, as well as in solving a number of industry technological problems.

Claims (3)

1. Способ очистки, деструкции и конверсии газов, характеризующийся тем, что осуществляют плазмохимическое и газодинамическое воздействие на газ, при этом воздействуют высоковольтным импульсно-периодическим кольцевым разрядом, приводящим к образованию низкотемпературной плазмы и УФ излучения, инициирующих плазмохимические реакции, создание ударной волны, нагревание газа, создание конвекционных потоков, и очистку газа от микрочастиц, кроме того, обработку газа осуществляют плазменной струей, создаваемой микроволновым излучением, при этом газ последовательно быстро проходит в «горячую» область плазмы, где реализуются плазмохимические реакции, и попадает в «холодную» область, обеспечивая закалку продуктов плазмохимических реакций.1. The method of purification, destruction and conversion of gases, characterized in that they carry out plasma-chemical and gas-dynamic effects on the gas, while they are affected by a high-voltage pulse-periodic ring discharge, which leads to the formation of low-temperature plasma and UV radiation, initiating plasma-chemical reactions, creating a shock wave, heating gas, the creation of convection flows, and gas purification from microparticles, in addition, the gas is treated with a plasma jet created by microwave radiation, at The gas sequentially quickly passes into the "hot" region of the plasma, where the plasma-chemical reactions are realized, and enters the "cold" region, providing quenching of the products of the plasma-chemical reactions. 2. Способ очистки, деструкции и конверсии газов по п.1, характеризующийся тем, что осуществляют плазмохимическое и газодинамическое воздействие на газ с помощью высоковольтного кольцевого разряда и микроволновой плазменной струи одновременно в одной области пространства.2. The method of purification, destruction and conversion of gases according to claim 1, characterized in that the plasma-chemical and gas-dynamic effects on the gas are carried out using a high-voltage ring discharge and a microwave plasma jet simultaneously in one area of space. 3. Способ очистки, деструкции и конверсии газов по п.1, характеризующийся тем, что осуществляют плазмохимическое и газодинамическое воздействие на газ с помощью высоковольтного кольцевого разряда и микроволновой плазменной струи последовательно. 3. The method of purification, destruction and conversion of gases according to claim 1, characterized in that the plasma-chemical and gas-dynamic effects on the gas are carried out using a high-voltage ring discharge and a microwave plasma jet in series.
RU2011153441/07A 2011-12-27 2011-12-27 Gas cleaning, destruction and conversion method RU2486719C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011153441/07A RU2486719C1 (en) 2011-12-27 2011-12-27 Gas cleaning, destruction and conversion method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011153441/07A RU2486719C1 (en) 2011-12-27 2011-12-27 Gas cleaning, destruction and conversion method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2486719C1 true RU2486719C1 (en) 2013-06-27

Family

ID=48702460

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011153441/07A RU2486719C1 (en) 2011-12-27 2011-12-27 Gas cleaning, destruction and conversion method

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2486719C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106998618A (en) * 2017-05-27 2017-08-01 河北大学 A kind of device and method for producing waveform plasma
EP3934389A1 (en) * 2020-07-03 2022-01-05 terraplasma emission control GmbH Plasma source apparatus
RU2780095C1 (en) * 2021-08-06 2022-09-19 Общество с ограниченной ответственностью "Современные Исследовательские Технологии" Method for purifying and destroying gases

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09329015A (en) * 1996-06-13 1997-12-22 Shunsuke Hosokawa Corona discharge element and gas treatment device using it
RU2153781C1 (en) * 1999-09-07 2000-07-27 КОССЫЙ Игорь Антонович Microwave plasma generator
RU80450U1 (en) * 2008-10-03 2009-02-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский государственный университет нефти и газа имени И.М.Губкина" DEVICE FOR PRODUCING A HYDROGEN-CONTAINING GAS IN A MICROWAVE DISCHARGE PLASMA
RU80449U1 (en) * 2008-10-03 2009-02-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский государственный университет нефти и газа имени И.М. Губкина" DEVICE FOR GAS CONVERSION IN MICROWAVE DISCHARGE PLASMA
RU83682U1 (en) * 2009-03-27 2009-06-10 Игорь Антонович КОССЫЙ MICROWAVE PLASMOTRON

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09329015A (en) * 1996-06-13 1997-12-22 Shunsuke Hosokawa Corona discharge element and gas treatment device using it
RU2153781C1 (en) * 1999-09-07 2000-07-27 КОССЫЙ Игорь Антонович Microwave plasma generator
RU80450U1 (en) * 2008-10-03 2009-02-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский государственный университет нефти и газа имени И.М.Губкина" DEVICE FOR PRODUCING A HYDROGEN-CONTAINING GAS IN A MICROWAVE DISCHARGE PLASMA
RU80449U1 (en) * 2008-10-03 2009-02-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский государственный университет нефти и газа имени И.М. Губкина" DEVICE FOR GAS CONVERSION IN MICROWAVE DISCHARGE PLASMA
RU83682U1 (en) * 2009-03-27 2009-06-10 Игорь Антонович КОССЫЙ MICROWAVE PLASMOTRON

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106998618A (en) * 2017-05-27 2017-08-01 河北大学 A kind of device and method for producing waveform plasma
CN106998618B (en) * 2017-05-27 2019-01-25 河北大学 A kind of device and method generating waveform plasma
EP3934389A1 (en) * 2020-07-03 2022-01-05 terraplasma emission control GmbH Plasma source apparatus
WO2022002553A1 (en) * 2020-07-03 2022-01-06 Terraplasma Emission Control Gmbh Plasma source apparatus
RU2780095C1 (en) * 2021-08-06 2022-09-19 Общество с ограниченной ответственностью "Современные Исследовательские Технологии" Method for purifying and destroying gases

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Jiang et al. Reactive species distribution characteristics and toluene destruction in the three-electrode DBD reactor energized by different pulsed modes
Nijdam et al. An introduction to nonequilibrium plasmas at atmospheric pressure
Foest et al. Microplasmas, an emerging field of low-temperature plasma science and technology
Fridman et al. Non-thermal atmospheric pressure discharges
US6238629B1 (en) Apparatus for plasma treatment of a gas
Lu et al. Atmospheric pressure nonthermal plasma sources
Shi et al. Organic contaminants removal by the technique of pulsed high-voltage discharge in water
Liang et al. Experimental studies of removing typical VOCs by dielectric barrier discharge reactor of different sizes
US20080056934A1 (en) Diffusive plasma air treatment and material processing
Indarto et al. Advanced VOCs decomposition method by gliding arc plasma
Hafeez et al. Intensification of ozone generation and degradation of azo dye in non-thermal hybrid corona-DBD plasma micro-reactor
JPWO2008072390A1 (en) Plasma generating apparatus and plasma generating method
WO2007035182A2 (en) Field enhanced electrodes for additive-injection non-thermal plasma (ntp) processor
Ma et al. Decomposition of benzene using a pulse-modulated DBD plasma
Bilea et al. Characterization of the chemical activity of a pulsed corona discharge above water
Wang et al. Conversion of carbon dioxide to carbon monoxide by pulse dielectric barrier discharge plasma
Khlyustova et al. Efficacy of underwater AC diaphragm discharge in generation of reactive species in aqueous solutions
Li et al. A novel double dielectric barrier discharge reactor for toluene abatement: Role of different discharge zones and reactive species
Chen et al. The preliminary discharging characterization of a novel APGD plume and its application in organic contaminant degradation
RU2486719C1 (en) Gas cleaning, destruction and conversion method
Ruo-bing et al. Enhancement of the plasma chemistry process in a three-phase discharge reactor
US20190287763A1 (en) Diffusive plasma air treatment and material processing
Jiang et al. Enhanced degradation of benzene in surface/packed-bed hybrid discharge system: Optimization of the reactor structure and electrical parameters
EP1497023B1 (en) Method for abatement of voc in exhaust gases by wet pulse corona discharge
Gasanova Aqueous-phase electrical discharges: generation, investigation and application for organics removal from water