RU2779737C1 - Device and method for processing fractionated material with medium-temperature plasma - Google Patents
Device and method for processing fractionated material with medium-temperature plasma Download PDFInfo
- Publication number
- RU2779737C1 RU2779737C1 RU2021129556A RU2021129556A RU2779737C1 RU 2779737 C1 RU2779737 C1 RU 2779737C1 RU 2021129556 A RU2021129556 A RU 2021129556A RU 2021129556 A RU2021129556 A RU 2021129556A RU 2779737 C1 RU2779737 C1 RU 2779737C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- plasma
- particles
- reactor
- processed material
- gas
- Prior art date
Links
- 210000002381 Plasma Anatomy 0.000 title claims abstract description 228
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 150
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 184
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 64
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 43
- 230000004913 activation Effects 0.000 claims abstract description 19
- 230000002708 enhancing Effects 0.000 claims abstract description 4
- 238000005457 optimization Methods 0.000 claims abstract 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 130
- 235000010599 Verbascum thapsus Nutrition 0.000 claims description 41
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 33
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims description 18
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 claims description 14
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 claims description 11
- 230000001264 neutralization Effects 0.000 claims description 11
- 240000000969 Verbascum thapsus Species 0.000 claims description 10
- 125000004429 atoms Chemical group 0.000 claims description 10
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims description 9
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 9
- 230000005520 electrodynamics Effects 0.000 claims description 8
- 230000000051 modifying Effects 0.000 claims description 8
- 230000003213 activating Effects 0.000 claims description 7
- 238000004157 plasmatron Methods 0.000 claims description 7
- 210000004027 cells Anatomy 0.000 claims description 6
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 6
- 238000002161 passivation Methods 0.000 claims description 6
- 239000011802 pulverized particle Substances 0.000 claims description 5
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 4
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 4
- 230000001681 protective Effects 0.000 claims description 4
- 230000000638 stimulation Effects 0.000 claims description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 3
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 claims description 3
- 125000004435 hydrogen atoms Chemical class [H]* 0.000 claims description 3
- 239000010815 organic waste Substances 0.000 claims description 3
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 2
- 230000001066 destructive Effects 0.000 claims description 2
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 claims description 2
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 2
- 230000036961 partial Effects 0.000 claims description 2
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 claims description 2
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims description 2
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 claims 2
- 240000002057 Secale cereale Species 0.000 claims 1
- 235000007238 Secale cereale Nutrition 0.000 claims 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 5
- 238000001311 chemical methods and process Methods 0.000 abstract description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 16
- 239000003570 air Substances 0.000 description 12
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 9
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 8
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 8
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 6
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 6
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 6
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 6
- 239000004071 soot Substances 0.000 description 6
- 210000001519 tissues Anatomy 0.000 description 6
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 5
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 description 4
- 230000001590 oxidative Effects 0.000 description 3
- FFUAGWLWBBFQJT-UHFFFAOYSA-N Bis(trimethylsilyl)amine Chemical compound C[Si](C)(C)N[Si](C)(C)C FFUAGWLWBBFQJT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N Nitrogen oxide Substances O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 206010039580 Scar Diseases 0.000 description 2
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 2
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 2
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 2
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 2
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 2
- -1 for example Substances 0.000 description 2
- 238000002309 gasification Methods 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 238000011068 load Methods 0.000 description 2
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N oxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000021715 photosynthesis, light harvesting Effects 0.000 description 2
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 2
- 231100000241 scar Toxicity 0.000 description 2
- 230000037387 scars Effects 0.000 description 2
- 238000004659 sterilization and disinfection Methods 0.000 description 2
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 2
- 241000819038 Chichester Species 0.000 description 1
- 210000003734 Kidney Anatomy 0.000 description 1
- 241000699670 Mus sp. Species 0.000 description 1
- RIGXBXPAOGDDIG-UHFFFAOYSA-N N-[(3-chloro-2-hydroxy-5-nitrophenyl)carbamothioyl]benzamide Chemical compound OC1=C(Cl)C=C([N+]([O-])=O)C=C1NC(=S)NC(=O)C1=CC=CC=C1 RIGXBXPAOGDDIG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002089 NOx Inorganic materials 0.000 description 1
- 241000283973 Oryctolagus cuniculus Species 0.000 description 1
- 101710013024 POU1F1 Proteins 0.000 description 1
- 241000218657 Picea Species 0.000 description 1
- 241000282887 Suidae Species 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- RHZUVFJBSILHOK-UHFFFAOYSA-N anthracen-1-ylmethanolate Chemical compound C1=CC=C2C=C3C(C[O-])=CC=CC3=CC2=C1 RHZUVFJBSILHOK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003830 anthracite Substances 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004432 carbon atoms Chemical group C* 0.000 description 1
- 230000000739 chaotic Effects 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 230000002860 competitive Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000000249 desinfective Effects 0.000 description 1
- 238000001493 electron microscopy Methods 0.000 description 1
- 235000013305 food Nutrition 0.000 description 1
- 239000003517 fume Substances 0.000 description 1
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 239000005431 greenhouse gas Substances 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 238000002357 laparoscopic surgery Methods 0.000 description 1
- 239000003077 lignite Substances 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000011344 liquid material Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 229910052813 nitrogen oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 230000000414 obstructive Effects 0.000 description 1
- 125000002524 organometallic group Chemical group 0.000 description 1
- 210000000056 organs Anatomy 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011236 particulate material Substances 0.000 description 1
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral Effects 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009832 plasma treatment Methods 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000001737 promoting Effects 0.000 description 1
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 1
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory Effects 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 230000001954 sterilising Effects 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002194 synthesizing Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеThe field of technology to which the invention belongs
[1] Настоящее изобретение относится к устройству для плазмохимической обработки фракционированного материала при давлении близком к атмосферному или превышающем его посредством потока неизотермической плазмы и способу, обеспечиваемому этим устройством.[1] The present invention relates to a device for plasma-chemical treatment of fractionated material at a pressure close to atmospheric or higher than it by means of a non-isothermal plasma flow and a method provided by this device.
Уровень техникиState of the art
[2] Известны способы плазмохимической обработки в непрерывных потоках плазмы атмосферного давления. Эти способы продолжают разрабатывать в лабораториях, несмотря на то, что их уже широко используют в промышленности (см. Википедия, "Промышленное применение плазмы атмосферного давления") В большинстве случаев используют плазму, генерируемую электрической дугой, температура которой варьируется от 6000 до 12000 градусов. Эта температура вызывает такие явления, как декомпозиция, молекулярное и атомное возбуждение, ионизация потоков газа, таких как аргон, кислород, азот и воздух, позволяющие передавать значительное количество энергии обрабатываемым материалам, особенно фракционированным, например, порошкам. Учитывая высокую температуру плазмы, ее контакт с этими материалами либо разрушает их термически, либо трансформирует свойства их поверхности при условии, что обработка является кратковременной. Такую обработку успешно применяют в электронике, металлургии, медицине, пищевой, автомобильной, химической, авиационной и других областях промышленности уже несколько десятилетий (см., например, Кулик П.П. Динамическая плазменная обработка (ДПО) твердых поверхностей. Плазменные струи в развитии технологии новых материалов, прот.Международного семинара, 3-9 сентября 1990, сс.639-653, Фрунзе, СССР. Под ред. Солоненко О.Д. и Федорченко А.И., Утрехт, Нидерланды).[2] Known methods of plasma-chemical processing in continuous flows of atmospheric pressure plasma. These methods continue to be developed in laboratories, despite the fact that they are already widely used in industry (see Wikipedia, "Industrial applications of atmospheric pressure plasma") In most cases, plasma is used, generated by an electric arc, the temperature of which varies from 6000 to 12000 degrees. This temperature causes phenomena such as decomposition, molecular and atomic excitation, ionization of gas streams such as argon, oxygen, nitrogen and air, allowing a significant amount of energy to be transferred to the processed materials, especially fractionated, for example, powders. Given the high temperature of the plasma, its contact with these materials either destroys them thermally or transforms their surface properties, provided that the treatment is of short duration. Such processing has been successfully used in electronics, metallurgy, medicine, food, automotive, chemical, aviation and other industries for several decades (see, for example, Kulik P.P. Dynamic plasma treatment (DPO) of solid surfaces. Plasma jets in the development of technology New Materials, Prot. International Seminar, September 3-9, 1990, pp. 639-653, Frunze, USSR, edited by O. D. Solonenko and A. I. Fedorchenko, Utrecht, the Netherlands).
[3] Плазменная технология незаменима для целей обработки с высокой плотностью энергии. Это ее основное предназначение, и в этом отношении ей нет равных. Это позволяет ей создавать новые качества, такие как сварка жаропрочных металлов, активация поверхностей для повышения адгезии к клею, нанесение защитных пленок на деликатные поверхности, снятие тонких слоев и т.д. (см. Википедия, "Технология плазмы атмосферного давления в промышленности, 1980-2015").[3] Plasma technology is indispensable for high energy density processing purposes. This is her main purpose, and in this respect she has no equal. This allows it to create new qualities, such as welding heat-resistant metals, activating surfaces to increase adhesion to glue, applying protective films to delicate surfaces, removing thin layers, etc. (see Wikipedia, "Atmospheric pressure plasma technology in industry, 1980-2015").
[4] Однако эти способы обработки энергоемки и имеют низкую энергоэффективность; слишком много энергии бесполезно растрачивается на генерацию и нагрев плазмы и обрабатываемых материалов, а также непростительным образом рассеивается в окружающей среде. Энергоэффективность этих технологий никогда не превышает каких-нибудь десяти-двадцати процентов. Очевидным примером этого является использование изотермических плазменных горелок (8000K-10000K) для сжигания пульверизированного угля в котлах электростанций (см. Yantaï Longyuan Power Technology Co., LTD. Система плазменного зажигания и стабилизации горения. www.lypower.com/en/gscp.asp.), и именно по этой причине, даже если компании-изготовители спекулятивно заявляют об невероятной энергоэффективности, плазменная технология проникает в промышленность с большим трудом, трениями и недоверием, за исключением областей, где потери энергии имеют второстепенное значение, например, военное дело, медицина.[4] However, these processing methods are energy intensive and have low energy efficiency; too much energy is wasted on generating and heating plasma and processed materials, and is also unforgivably dissipated in the environment. The energy efficiency of these technologies never exceeds some ten to twenty percent. An obvious example of this is the use of isothermal plasma burners (8000K-10000K) for burning pulverized coal in power plant boilers (see Yantaï Longyuan Power Technology Co., LTD. Plasma Ignition and Combustion Stabilization System. www.lypower.com/en/gscp.asp .), and it is for this reason that even if manufacturing companies speculatively claim incredible energy efficiency, plasma technology enters the industry with great difficulty, friction and mistrust, except in areas where energy losses are of secondary importance, for example, military science, medicine .
[5] Чтобы восполнить эту энергетическую ограниченность существующих технологий плазмы атмосферного давления, была изобретена, в частности, так называемая технология PIT (от англ. Plasma at Intermediate Temperatures - плазма средней температуры), (см. патентный документ WO 2011/138525 A1, METHOD AND DEVICE FOR GENERATING A NON-ISOTHERMAL PLASMA JET (СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГЕНЕРАЦИИ НЕИЗОТЕРМИЧЕСКОЙ ПЛАЗМЕННОЙ СТРУИ), дата приоритета: 05.05.2010; патентный документ WO 2014/076-381, METHOD AND DEVICE FOR TREATING TWO-PHASE FRAGMENTED OR PÜLVERIZED MATERIAL BY NON-ISOTHERMAL REACTIVE PLASMA FLUX (СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ ДВУХФАЗНОГО ФРАГМЕНТИРОВАННОГО ИЛИ ПУЛЬВЕРИЗИРОВАННОГО МАТЕРИАЛА НЕИЗОТЕРМИЧЕСКИМ РЕАКТИВНЫМ ПЛАЗМЕННЫМ ПОТОКОМ), дата приоритета: 22.05.2014).[5] To compensate for this energy limitation of existing atmospheric pressure plasma technologies, in particular, the so-called PIT technology (from the English Plasma at Intermediate Temperatures - plasma of medium temperature) was invented (see patent document WO 2011/138525 A1, METHOD AND DEVICE FOR GENERATING A NON-ISOTHERMAL PLASMA JET (METHOD AND DEVICE FOR GENERATING A NON-ISOTHERMAL PLASMA JET), priority date: 05/05/2010; NON-ISOTHERMAL REACTIVE PLASMA FLUX (METHOD AND DEVICE FOR TREATMENT OF TWO-PHASE FRAGMENTED OR PULVERIZED MATERIAL WITH NON-ISOTHERMAL REACTIVE PLASMA FLOW), priority date: 22.05.2014).
[6] Энергоэффективность технологии PIT в некоторых из ее подтвержденных промышленных применений, например, сжигание топлива с помощью плазмы в котлах электростанций, близка к 85-90%. Это означает, что 85-90% энергии, затрачиваемой на генерацию используемого потока плазмы, идет на плазмохимическую стимуляцию горения в воздухе частиц, например, угля, вошедших в контакт со струей плазмы PIT. Таким образом, больше нет необходимости нагревать или даже сушить (возбужденные свободные радикалы, ОН*, выделяющиеся в результате наличия молекул воды в угле, очень полезны для стимуляции горения) эти частицы, как это практикуют сегодня в большинстве котлов электростанций, чтобы заставить их гореть. Преимущество очевидно: благодаря способу и оборудованию PIT, в отличие от практики самых современных электростанций, котел можно запускать, начиная с окружающей температуры, эксплуатировать его с промежуточной нагрузкой, доходящей до 10%, например, от номинальной нагрузки электростанции, "сжигать" любой вид топлива от антрацита и всего многообразия видов каменного и бурого угля до биомассы.[6] The energy efficiency of PIT technology in some of its proven industrial applications, such as plasma-assisted fuel combustion in power plant boilers, is close to 85-90%. This means that 85-90% of the energy used to generate the used plasma flow goes to the plasma-chemical stimulation of combustion in air of particles, for example, coal, that have come into contact with the PIT plasma jet. Thus, it is no longer necessary to heat or even dry (excited free radicals, OH*, released as a result of the presence of water molecules in coal, are very useful in promoting combustion) these particles, as is practiced today in most power plant boilers, to make them burn. The advantage is obvious: thanks to the PIT method and equipment, unlike the practice of most modern power plants, the boiler can be started from ambient temperature, operated with an intermediate load of up to 10%, for example, of the rated load of the power plant, "burn" any type of fuel from anthracite and the whole variety of hard and brown coal to biomass.
[7] Однако вышеупомянутые технологии "PIT" все еще имеют недостаток, ограничивающий их эксплуатацию, этот недостаток может быть восполнен настоящим изобретением. Этот недостаток состоит в том, что, как раскрыто в рассматриваемых технологиях, способ и соответствующие устройства не только не позволяют оптимизировать указанные плазмохимические реакции, но, в общем случае, даже не позволяют их осуществить. Действительно, это удачно, что процесс горения в котле электростанции происходит между подаваемым углем и потоками воздуха (окислителя), определяющими не только количество выделяемого тепла (мощность), но также всю гидродинамическую организацию зоны горения, причем воздух является одним из компонентов плазмохимической реакции. В данном конкретном примере газ-носитель топлива - это воздух, его поток определяет весь процесс организации генератора PIT. В большинстве плазмохимических реакторов компоненты плазмохимических реакций отличаются от газов-носителей. Очень часто воздух, являющийся окислителем, исключают. Таким образом, организация процесса в этом случае является более сложной и требует соблюдения дополнительных условий, не раскрытых в упомянутых технологиях. Рассмотрим пример торрефикации или газификации биомассы. Со многих точек зрения целесообразно проводить эти процессы в плазме PIT без окислителей, то есть без воздуха. В частности, по сравнению с классическим применением пиролиза, использование способа PIT позволит увеличить эффективность производства, качество продукции, и одновременно снизить выбросы парниковых газов и вредных испарений, таких как оксиды азота. Это даст большие преимущества по сравнению с такой конкурентной технологией, как пиролиз, и значительно упростит соответствующее производственное оборудование. Документ WO 2011/138525 А1 относится к применению генератора PIT. Изобретение WO 2014/076-381 относится к реактору PIT, а именно, к способу плазмохимической обработки фракционированного материала или пульверизированных частиц посредством плазмохимического реактора, использующего генератор импульсной плазмы типа PIT-ТСТП (от франц. Plasma Turbulent a Températures Moyennes - турбулентная плазма средней температуры), причем способ осуществляют за счет вихревого реактивного потока и потока поддерживающего газа, нагруженного фракционированным материалом или пульверизированными частицами, приведенными в вихревое движение коаксиально реактору, при этом вихревой поток образуют одной или несколькими непрерывными струями нетепловой, квазистабильной реактивной плазмы средней температуры (PIT), исходящей из плазмотронов PIT, питаемых переменным током и работающих при давлении, равном атмосферному или превышающем его, при этом плазма PIT, приведенная в турбулентное движение, перемещается по спиральной траектории (спиральным траекториям) под заданным углом к плоскости, перпендикулярной оси симметрии реактора, причем поток фрагментированного материала приводят в движение одной или более струями поддерживающего газа, следуя по спиральной траектории под заданным углом к плоскости, перпендикулярной оси симметрии реактора, причем указанные углы выбирают в зависимости от скорости U поступления фрагментированного материала или пульверизированных частиц, скорости подачи газа в плазменную струю (плазменные струи), среднего характеристического размера поступающих фрагментов материала и длины реактора. Условия для создания генератора PIT, раскрытые в патентном документе WO 2011/138525 А1, и условия для создания реактора PIT, раскрытые в патентном документе WO 2014/076-381, очевидно являются необходимыми. Но, тем не менее, если ссылаться только на эти два документа, то способ будет неоптимальным или даже неосуществимым. Действительно, может оказаться, что параметры генератора PIT и реактора выбраны так, что плазма перегрета из-за того, что характеристики электрических импульсов (в частности, их длительность, средняя сила электрического тока, среднее значение напряжения между электродами) не оптимальны, или же плазмохимический процесс не происходит либо происходит ненадлежащим образом, например, из-за недостаточного или, наоборот, избыточного времени контакта реагентов с потоком плазмы. Также возможно, что частицы, образующиеся в плазме PIT, не достигают обрабатываемой поверхности из-за толщины пограничного слоя, окружающего обрабатываемую частицу. В общем случае, раскрытые в упомянутых изобретениях условия недостаточны, а иногда даже противоречат условиям для оптимального осуществления указанного плазмохимического способа.[7] However, the aforementioned "PIT" technologies still have a drawback that limits their operation, this drawback can be overcome by the present invention. This drawback consists in the fact that, as disclosed in the technologies under consideration, the method and corresponding devices not only do not allow optimizing these plasma-chemical reactions, but, in the general case, do not even allow them to be carried out. Indeed, it is fortunate that the combustion process in a power plant boiler occurs between the supplied coal and air (oxidizer) flows, which determine not only the amount of heat released (power), but also the entire hydrodynamic organization of the combustion zone, and air is one of the components of the plasma-chemical reaction. In this particular example, the fuel carrier gas is air, its flow determines the entire process of organizing the PIT generator. In most plasma-chemical reactors, the components of plasma-chemical reactions differ from the carrier gases. Very often, air, which is an oxidizing agent, is excluded. Thus, the organization of the process in this case is more complex and requires compliance with additional conditions that are not disclosed in the mentioned technologies. Consider the example of torrefaction or gasification of biomass. From many points of view, it is advisable to carry out these processes in PIT plasma without oxidizers, that is, without air. In particular, compared with the classical application of pyrolysis, the use of the PIT method will increase production efficiency, product quality, and at the same time reduce greenhouse gas emissions and harmful fumes such as nitrogen oxides. This will give great advantages compared to such competitive technology as pyrolysis, and will greatly simplify the associated production equipment. Document WO 2011/138525 A1 refers to the use of a PIT generator. The invention WO 2014/076-381 relates to a PIT reactor, namely, to a method for plasma-chemical processing of fractionated material or pulverized particles by means of a plasma-chemical reactor using a pulsed plasma generator of the PIT-TSTP type (from the French Plasma Turbulent a Températures Moyennes - turbulent plasma of medium temperature ), the process being carried out by means of a vortex reactive flow and a support gas flow loaded with fractionated material or pulverized particles swirling coaxially to the reactor, the vortex flow being formed by one or more continuous jets of non-thermal, quasi-stable medium temperature reactive plasma (PIT), coming from PIT plasmatrons powered by alternating current and operating at a pressure equal to or greater than atmospheric pressure, while the PIT plasma, brought into turbulent motion, moves along a spiral trajectory (spiral trajectories) at a given angle to the plane axis of symmetry of the reactor, and the flow of fragmented material is set in motion by one or more jets of supporting gas, following a spiral path at a given angle to a plane perpendicular to the axis of symmetry of the reactor, and these angles are selected depending on the rate U of the arrival of fragmented material or pulverized particles, the rate of gas supply to the plasma jet (plasma jets), the average characteristic size of the incoming material fragments, and the length of the reactor. The conditions for creating a PIT generator disclosed in WO 2011/138525 A1 and the conditions for creating a PIT reactor disclosed in WO 2014/076-381 are obviously necessary. But, nevertheless, if you refer only to these two documents, then the method will be suboptimal or even impracticable. Indeed, it may turn out that the parameters of the PIT generator and the reactor are chosen so that the plasma is overheated due to the fact that the characteristics of electrical pulses (in particular, their duration, average electric current, average voltage between the electrodes) are not optimal, or the plasma chemical the process does not occur or occurs improperly, for example, due to insufficient or, conversely, excessive contact time of the reagents with the plasma flow. It is also possible that the particles produced in the PIT plasma do not reach the treated surface due to the thickness of the boundary layer surrounding the treated particle. In general, the conditions disclosed in the mentioned inventions are insufficient, and sometimes even contradict the conditions for the optimal implementation of the specified plasma-chemical method.
Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the essence of the invention
[8] В связи с вышеизложенным, необходимо уточнить название технологии PIT для целей настоящего изобретения, дополнив название PIT до Turbulent Plasma at Medium Temperatures, что дает ТСТП (от франц. Plasma Turbulent à Températures Moyennes - турбулентная плазма средней температуры) или синонимичную кириллическую ТСТП (от русского Турбулентная Средне-Температурная Плазма). В данной заявке дано предпочтение кириллическому дополнению ТСТП, которое будет использовано далее.[8] In connection with the above, it is necessary to clarify the name of the PIT technology for the purposes of the present invention, adding the name PIT to Turbulent Plasma at Medium Temperatures, which gives TSTP (from the French Plasma Turbulent à Températures Moyennes - turbulent plasma of medium temperature) or a synonymous Cyrillic TSTP (from Russian Turbulent Medium-Temperature Plasma). In this application, preference is given to the Cyrillic addition TSTP, which will be used later.
[9] Одной из целей настоящего изобретения является введение способа PIT-ТСТП и соответствующего реактора PIT-ТСТП, способных оптимизировать указанный плазмохимический процесс благодаря усилению турбулентного характера генерируемой плазмы PIT, определение присущих ему свойств и раскрытие условий его осуществления и эксплуатации, в частности, в области обработки фракционированных материалов, например, порошков.[9] One of the objectives of the present invention is the introduction of the PIT-TSTP method and the corresponding PIT-TSTP reactor, capable of optimizing the specified plasma-chemical process by enhancing the turbulent nature of the generated PIT plasma, determining its inherent properties and disclosing the conditions for its implementation and operation, in particular, in processing of fractionated materials, such as powders.
[10] Прежде всего, целесообразно использовать способ и реактор PIT для непрерывного промышленного плазмохимического производства, а именно, для торрефикации и газификации биомассы, поддержки горения в газовых турбинах, проведения хирургических операций, сопровождающихся регенерацией органических тканей.[10] First of all, it is advisable to use the PIT method and reactor for continuous industrial plasma-chemical production, namely, for torrefaction and gasification of biomass, combustion support in gas turbines, and surgical operations accompanied by regeneration of organic tissues.
[11] Также целесообразно использовать способ PIT и соответствующий реактор для производств при давлении близком к атмосферному или превышающем его.[11] It is also expedient to use the PIT process and the corresponding reactor for productions at or above atmospheric pressure.
[12] Еще более целесообразно использовать поток плазмы PIT большого размера и малой мощности в ходе ламинарного процесса генерации плазмы PIT и последующего придания ей турбулентного характера, чтобы оптимизировать обмен энергией между потоком плазмы и плазмохимическими компонентами.[12] It is even more expedient to use a PIT plasma flow of large size and low power during the laminar process of PIT plasma generation and subsequent turbulence in order to optimize the energy exchange between the plasma flow and the plasma-chemical components.
[13] Также целесообразно контролировать параметры обработки так, чтобы обеспечить доступ активированных частиц и электронов плазмы к поверхности частиц обрабатываемого материала.[13] It is also expedient to control the processing parameters so as to provide access of activated particles and plasma electrons to the surface of particles of the processed material.
[14] Преимущество тем более важное, так как параметры используемого способа и соответствующих устройств позволяют минимизировать потери энергии, в первую очередь, тепловые.[14] The advantage is all the more important, since the parameters of the method used and the corresponding devices make it possible to minimize energy losses, primarily thermal ones.
[15] Крайне целесообразно контролировать количество энергии, передаваемой частицам обрабатываемого материала при соударениях с активированными частицами плазмы, и обеспечивать, чтобы это количество было ниже минимального количества энергии, необходимого для эффективного протекания процесса PIT.[15] It is highly desirable to control the amount of energy transferred to the particles of the processed material during collisions with activated plasma particles, and to ensure that this amount is below the minimum amount of energy required for the effective flow of the PIT process.
[16] Сущность предлагаемого способа состоит в следующем:[16] The essence of the proposed method is as follows:
[17] Предложено использовать для плазмохимической обработки фракционированного материала, частиц процесс генерации потока среднетемпературной плазмы, раскрытый в изобретении WO 2011/138525 А1, METHOD AND DEVICE FOR GENERATING A NON-ISOTHERMAL PLASMA JET (СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГЕНЕРИРОВАНИЯ НЕИЗОТЕРМИЧЕСКОЙ СТРУИ ПЛАЗМЫ); дата приоритета: 05.05.2010; работающий в плазмохимическом реакторе, как раскрыто в изобретении WO 2014/076-381, METHOD AND DEVICE FOR TREATING TWO-PHASE FRAGMENTED OR PULVERIZED MATERIAL BY NON-ISOTHERMAL REACTIVE PLASMA FLUX (СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ ДВУХФАЗНЫХ ФРАГМЕНТИРОВАННОГО ИЛИ ПУЛЬВЕРИЗИРОВАННОГО МАТЕРИАЛА НЕИЗОТЕРМИЧЕСКИМ РЕАКТИВНЫМ ПОТОКОМ ПЛАЗМЫ); дата приоритета: 22.05.2014. Однако два упомянутых изобретения не позволяют осуществить большинство видов плазмохимической обработки, поскольку параметры упомянутых способов и устройств не соответствуют характеристикам обрабатываемых материалов и свойствам, присущим указанным технологическим процессам. Если взять в качестве примера конкретный случай торрефикации частиц биомассы, движущихся в потоке поддерживающего газа, и не согласовать мощность генерации импульсов плазмы с расходом обрабатываемого материала, его свойствами, геометрическими характеристиками реактора, конкретным временем генерации плазмы, то процесс торрефикации не пойдет. Чтобы сделать это, недостаточно генерировать исключительно плазму высоковозбужденных молекул в большом объеме так, чтобы максимально увеличить контакт плазмы с частицами обрабатываемого материала. Ожидаемый эффект не будет достигнут, если энергия соударения частиц плазмы будет ниже энергетического порога указанной плазмохимической реакции, который в рассматриваемом примере составляет порядка 0,1-0,2 эВ на соударение.[17] It is proposed to use for plasma-chemical processing of fractionated material, particles, the process of generating a medium-temperature plasma flow, disclosed in the invention WO 2011/138525 A1, METHOD AND DEVICE FOR GENERATING A NON-ISOTHERMAL PLASMA JET (METHOD AND DEVICE FOR GENERATING A NON-ISOTHERMAL PLASMA JET); priority date: 05/05/2010; Working in plasmochemical reactor, as opened in the invention of Wo 2014/076-381, Method and Device for Two-Phase Fragmented or Pulverized Material by Non-Isothermal Plazmar (method and device for processing two-dimensional fraudulents ); priority date: 05/22/2014. However, the two mentioned inventions do not allow most types of plasma-chemical processing to be carried out, since the parameters of the mentioned methods and devices do not correspond to the characteristics of the processed materials and the properties inherent in these technological processes. If we take as an example a specific case of torrefaction of biomass particles moving in a supporting gas flow and do not match the power of plasma pulse generation with the flow rate of the processed material, its properties, the geometric characteristics of the reactor, and the specific time of plasma generation, then the torrefaction process will not go. To do this, it is not enough to generate exclusively a plasma of highly excited molecules in a large volume so as to maximize the contact of the plasma with the particles of the material being processed. The expected effect will not be achieved if the collision energy of plasma particles is below the energy threshold of the specified plasma-chemical reaction, which in the example under consideration is about 0.1-0.2 eV per collision.
[18] С другой стороны, необходимо минимизировать энергию, расходуемую плазмой. Если эта энергия не оптимизирована, то не только генерируемая плазма будет слишком "горячей", но и большое количество энергии будет преобразовано в тепловую энергию и рассеяно в ущерб эффективности процесса, а также возникнет опасность перегрева частей реактора, вплоть до их повреждения и разрушения.[18] On the other hand, it is necessary to minimize the energy consumed by the plasma. If this energy is not optimized, then not only will the generated plasma be too "hot", but also a large amount of energy will be converted into thermal energy and dissipated to the detriment of the process efficiency, and there will also be a danger of overheating of the reactor parts, up to their damage and destruction.
[19] Указанная плазмохимическая реакция не пойдет, если активные частицы плазмы и высокоэнергетические электроны не смогут пересечь пограничный слой, окружающий частицу обрабатываемого материала, и достичь поверхности этой частицы.[19] This plasma-chemical reaction will not go if active plasma particles and high-energy electrons cannot cross the boundary layer surrounding the particle of the processed material and reach the surface of this particle.
[20] Также необходимо контролировать рассеяние (диссипацию) из-за конвекции и излучения энергии, поставляемой плазмой, происходящее, главным образом, в интервал времени между импульсами электрического тока[20] It is also necessary to control the scattering (dissipation) due to convection and radiation of the energy supplied by the plasma, occurring mainly in the time interval between electric current pulses.
[21] Таким образом, настоящее изобретение относится, прежде всего, к организации заявленного способа так, чтобы удовлетворить указанным условиям.[21] Thus, the present invention relates primarily to the organization of the claimed method so as to satisfy the specified conditions.
[22] Целей изобретения достигают за счет создания реактора потока плазмы PIT, генерируемого источником контролируемых импульсов электрического тока высокого напряжения при давлении близком к атмосферному или превышающем его, отвечающего следующим плазмохимическим, электродинамическим и энергетическим условиям:[22] The objectives of the invention are achieved by creating a PIT plasma flow reactor generated by a source of controlled pulses of high voltage electric current at a pressure close to atmospheric or higher than it, meeting the following plasma-chemical, electrodynamic and energy conditions:
[23] 1. Плазмохимическое условие.[23] 1. Plasma-chemical condition.
[24] Частицы PIT (т.е. электроны и частицы, возбужденные в результате неупругих столкновений с электронами) должны достичь поверхности частиц обрабатываемого материала. Это означает, что в процессе течения газа-носителя вдоль частиц обрабатываемого материала толщина пограничного слоя 5 должна быть существенно меньше средней длины диффузии электронов λе, т.е.[24] PIT particles (ie, electrons and particles excited as a result of inelastic collisions with electrons) must reach the surface of the particles of the processed material. This means that during the flow of the carrier gas along the particles of the processed material, the thickness of the
[25] λе>δ[25] λе>δ
[26] Для λе имеем (см., например, Смирнов Б.М. Говард Рейсе, Физика одиночных газов, 2008 John Wiley & sons inc NY/ Chichester/ Weinham/ Brislne/ Singapore/ Toronto)[26] For λе we have (see, e.g., Smirnov B.M. Howard Reiss, Physics of Single Gases, 2008 John Wiley & sons inc NY/ Chichester/ Weinham/ Brislne/ Singapore/ Toronto)
[27] λe=k⋅Tg⋅ m*/P⋅Qen [27] λe=k⋅Tg⋅m*/P⋅Q en
[28] где[28] where
Qen - среднее эффективное сечение диффузии электронов относительно нейтральных частиц (среда PIT всегда является слабоионизированной, таким образом, плотность нейтральных частиц равна плотности частиц плазмы P/kTg;Q en is the average effective electron diffusion cross section with respect to neutral particles (the PIT medium is always weakly ionized, so the density of neutral particles is equal to the density of plasma particles P/kTg;
Tg - температура поддерживающего газа, окружающего разрядные каналы, (К)Tg is the temperature of the supporting gas surrounding the discharge channels, (K)
Р - давление;P - pressure;
k - постоянная Больцмана;k - Boltzmann's constant;
m* - отношение mn/me;m* - ratio m n /m e ;
mn - масса нейтральных частиц,m n - mass of neutral particles,
me - масса электронов.m e is the mass of electrons.
[29] Для δ имеем (см. Н. Schlichting, K. Gersten, Boundary Layer Theory. Springer - Verlag Berlin, Heidleberg 2017 DOI10-1007/978 - 3 - 612 - 52919 5_1),[29] For δ we have (see H. Schlichting, K. Gersten, Boundary Layer Theory. Springer - Verlag Berlin, Heidleberg 2017 DOI10-1007/978 - 3 - 612 - 52919 5_1),
[30] δ=3,5D(Re)-0,5 [30] δ=3.5D(Re) -0.5
[31] где[31] where
D - средний характеристический диаметр частиц обрабатываемого материала;D is the average characteristic particle diameter of the processed material;
Re - число Рейнольдса, Re=vD/ζ; для которогоRe - Reynolds number, Re=vD/ζ; for which
v - скорость движения частиц обрабатываемого материала;v is the speed of movement of particles of the processed material;
ζ - кинематическая вязкость.ζ - kinematic viscosity.
[32] Таким образом, плазмохимическим условием является:[32] Thus, the plasma-chemical condition is:
[33] 
[34] 2. Условие рассеяния энергии.[34] 2. Condition for energy dissipation.
[35] Интервалы времени между импульсами, t2, определяются условиями рассеяния энергии, выделяющейся при протекании электрического тока в плазме. Это рассеяние зависит, главным образом, от конвективных и радиационных обменов между плазмой и ее окружением. На практике мы имеем[35] The time intervals between pulses, t 2 , are determined by the conditions of dissipation of the energy released during the flow of electric current in the plasma. This scattering depends mainly on convective and radiative exchanges between the plasma and its surroundings. In practice we have
[36] 
[37] 3. Электродинамические условия.[37] 3. Electrodynamic conditions.
[38] Импульсный разряд плазмы PIT отличается развитием плазменного канала, сформированного поддерживающим газом, вызывающим разряд вне электродов. Для заданного значения среднего тока I электрического импульса и среднего напряжения V между электродами длительность t1 импульса электрического тока должна быть достаточно короткой, чтобы температура газа в канале, где происходит разряд, была меньше температуры Тр, выше которой развивается электрическая дуга. Опыт показывает и спектроскопические измерения подтверждают, что для традиционных поддерживающих газов, используемых в способе PIT (воздух, O2, N2, Ar, CO2, СО и т.д. и их смеси), при обычных условиях использования способа PIT температура Тр изменяется в пределах 2500К<Тр<3200К.[38] PIT plasma pulsed discharge is characterized by the development of a plasma channel formed by a support gas causing a discharge outside the electrodes. For a given value of the average current I of the electric pulse and the average voltage V between the electrodes, the duration t 1 of the electric current pulse must be short enough so that the gas temperature in the channel where the discharge occurs is less than the temperature Tp above which the electric arc develops. Experience has shown and spectroscopic measurements have confirmed that for traditional supporting gases used in the PIT process (air, O 2 , N 2 , Ar, CO 2 , CO, etc. and mixtures thereof), under normal conditions of use of the PIT process, the temperature Tr varies within 2500K<Tp<3200K.
[39] Таким образом, электродинамическое условие для средней мощности процесса имеет вид[39] Thus, the electrodynamic condition for the average power of the process has the form
[40] 
[41] где[41] where
с - теплоемкость поддерживающего газа PIT, (Дж/м3 K);c is the heat capacity of the supporting gas PIT, (J/m 3 K);
Tg - температура поддерживающего газа, окружающего разрядный канал PIT, (К);Tg is the temperature of the supporting gas surrounding the discharge channel PIT, (K);
Тр - характеристическая температура тяжелых частиц (молекул, радикалов, атомов) в плазме;Тр is the characteristic temperature of heavy particles (molecules, radicals, atoms) in plasma;
d - средний диаметр разрядного канала, (м);d is the average diameter of the discharge channel, (m);
L - средняя длина канала плазмы PIT, (м).L is the average length of the PIT plasma channel, (m).
[42] 4. Энергетическое условие[42] 4. Energy condition
[43] Согласно этому условию, мощность плазмы, V-I, не должна быть меньше минимальной мощности, необходимой для осуществления указанного процесса на обрабатываемых частицах.[43] According to this condition, the power of the plasma, V-I, should not be less than the minimum power required to carry out the specified process on the treated particles.
[44] 
[45] где[45] where
n - численная плотность частиц обрабатываемого материала в потоке газа-носителя, (м-3);n is the number density of particles of the processed material in the flow of carrier gas, (m -3 );
V1 - скорость потока газа-носителя, (м/с);V 1 - carrier gas flow rate, (m/s);
S - площадь поперечного сечения плазменной струи (=πD2/4, где D - диаметр плазменной струи), (м2);S is the cross-sectional area of the plasma jet (=πD 2 /4, where D is the diameter of the plasma jet), (m 2 );
Е - максимальная энергия активации на частице обрабатываемого материала, (Дж);E - maximum activation energy on a particle of the processed material, (J);
t - время (с) полета частицы обрабатываемого материала через реактор (t=
K - безразмерный эмпирический коэффициент, учитывающий нелинейность пути частиц обрабатываемого материала, подвергающихся гидродинамическим импульсам турбулентного потока плазмы PIT, и конкуренцию между гидродинамическим действием потока плазмы и гидродинамическим давлением потока частиц обрабатываемого материала, направленного против потока плазмы PIT. Опыт показывает, что обычно K ~ 10.K is a dimensionless empirical coefficient that takes into account the nonlinearity of the path of particles of the processed material subjected to hydrodynamic impulses of the turbulent plasma flow PIT, and the competition between the hydrodynamic action of the plasma flow and the hydrodynamic pressure of the flow of particles of the processed material directed against the PIT plasma flow. Experience shows that usually K ~ 10.
N - количество активирующих соударений частиц обрабатываемого материала с электронами плазмы в секунду, (с-1)N - the number of activating collisions of particles of the processed material with plasma electrons per second, (s -1 )
[46] Для N получаем[46] For N we get
[47] N=S1⋅ne⋅ve [47] N=S 1 ⋅ne⋅v e
[48] где[48] where
S1 - площадь (м2) поверхности частицы обрабатываемого материала, равная πD2 (где D - характеристический диаметр частицы обрабатываемого материала в м);S 1 is the area (m 2 ) of the surface of the particle of the processed material, equal to πD 2 (where D is the characteristic diameter of the particle of the processed material in m);
ne - численная плотность электронов в плазменном канале при температуре Тр (см. J. Aubreton, C.Bonnefoi, J.M. Maxmain, Revue de Physique appliquée 1986 21(6) pp 365-376, Calcul des propriétés thermodynamiques et des coefficients de transport dans un plasma en non-équilibre thermodynamique à la pression atmosphérique) (Журнал по прикладной физике, 1986 21(6), cc. 365-376, Расчет термодинамических свойств и коэффициентов переноса в плазме, находящейся в термодинамическом неравновесии при атмосферном давлении);ne is the number density of electrons in the plasma channel at temperature Tp plasma en non-équilibre thermodynamique à la pression atmosphérique) (Journal of Applied Physics, 1986 21(6), pp. 365-376, Calculation of thermodynamic properties and transport coefficients in a plasma in thermodynamic nonequilibrium at atmospheric pressure);
ve - средняя скорость электронов плазмы, (м/с).v e is the average velocity of plasma electrons, (m/s).
[49] Мы имеем ve=(kTe/me)0,5 [49] We have v e =(kT e /m e ) 0.5
[50] где[50] where
Те - температура электронов плазмы PIT вблизи частиц обрабатываемого материала, (К);T e - plasma electron temperature PIT near the particles of the processed material, (K);
k - постоянная Больцмана, (Дж/К);k - Boltzmann's constant, (J/K);
me - масса электронов, (кг).m e - mass of electrons, (kg).
[51] Объединяя условия (3) и (4), получаем условие[51] Combining conditions (3) and (4), we obtain the condition
[52] 
[53] Уравнения (1), (2) и (5) определяют условия для параметров структуры плазмы PIT и реактора, при которых настоящее изобретение применимо для указанной плазмохимической обработки частиц в реакторе PIT.[53] Equations (1), (2) and (5) define the conditions for the parameters of the PIT plasma and reactor structure under which the present invention is applicable to said plasma chemical treatment of particles in the PIT reactor.
[54] Видно, что уравнения (1), (2) и (5) связывают между собой параметры конструкции устройства, t, L, 
[55] Для решения этих технических проблем способ плазмохимической обработки фракционированного материала в плазмохимическом реакторе с использованием генератора импульсной плазмы типа PIT-ТСТП в соответствии с изобретением отличается тем, что турбулентный характер плазмы PIT усилен, причем средняя мощность генерации потока плазмы PIT, равная произведению средней амплитуды напряжения V, приложенного к электродам, и средней силы тока I в импульсе, подчиняется следующим плазмохимический, диссипативным, электродинамическим и энергетическим условиям:[55] To solve these technical problems, the method of plasma-chemical treatment of fractionated material in a plasma-chemical reactor using a pulsed plasma generator of the PIT-TSTP type in accordance with the invention is characterized in that the turbulent nature of the PIT plasma is enhanced, and the average generation power of the PIT plasma flow is equal to the product of the average amplitude of the voltage V applied to the electrodes and the average current I in a pulse, is subject to the following plasma-chemical, dissipative, electrodynamic and energy conditions:
[56] 0,28⋅k⋅Tg⋅m⋅P-1⋅Qen -1⋅D-0,5⋅ζ0,5⋅v-0,5>1[56] 0.28⋅k⋅Tg⋅m⋅P -1 ⋅Q en -1 ⋅D -0.5 ⋅ζ 0.5 ⋅v -0.5 >1
[57] 0,5<(t2/t1)<2[57] 0.5<(t 2 /t 1 )<2
[58] n⋅v1⋅S⋅E⋅N⋅K⋅t<V⋅I<c⋅(Tp-Tg)⋅L⋅d2/t1 [58] n⋅v 1 ⋅S⋅E⋅N⋅K⋅t<V⋅I<c⋅(Tp-Tg)⋅L⋅d 2 /t 1
[59] где[59] where
k - постоянная Больцмана;k - Boltzmann's constant;
Tg - температура поддерживающего газа, окружающего разрядный канал PIT, (К);Tg is the temperature of the supporting gas surrounding the discharge channel PIT, (K);
m* - отношение mn/me;m* - ratio m n /m e ;
mn - масса нейтральных частиц;m n - mass of neutral particles;
me - масса электронов;m e is the mass of electrons;
Р - давление;P - pressure;
Qen - среднее эффективное сечение диффузии электронов плазмы среди частиц газа в реакционной зоне;Q en is the average effective cross section for the diffusion of plasma electrons among gas particles in the reaction zone;
D - средний характеристический диаметр частиц обрабатываемого материала;D is the average characteristic particle diameter of the processed material;
v - скорость движения частиц обрабатываемого материала через реактор;v is the speed of movement of particles of the processed material through the reactor;
V1 - скорость потока газа-носителя;V 1 - the flow rate of the carrier gas;
ζ - кинематическая вязкость среды, в которой движутся частицы обрабатываемого материала;ζ is the kinematic viscosity of the medium in which the particles of the processed material move;
t1 - длительность электрического импульса;t 1 - the duration of the electrical impulse;
t2 - интервал времени между электрическими импульсами;t 2 - time interval between electrical impulses;
n - концентрация частиц обрабатываемого материала, (м-3);n - concentration of particles of the processed material, (m -3 );
v - средняя скорость прохождения частиц обрабатываемого материала через реактор PIT, (м/с);v is the average speed of passage of particles of the processed material through the PIT reactor, (m/s);
S - площадь поперечного сечения плазменной струи, (м2);S is the cross-sectional area of the plasma jet, (m 2 );
Е - энергия активации, передаваемая частицам обрабатываемого материала частицами (молекулами, свободными радикалами, атомами), возбужденными в струе плазмы PIT, или электронами, находящимися в струе плазмы PIT и достигающими поверхности частицы обрабатываемого материала, (Дж);E is the activation energy transferred to the particles of the processed material by particles (molecules, free radicals, atoms) excited in the PIT plasma jet, or by electrons in the PIT plasma jet and reaching the surface of the particle of the processed material, (J);
N - количество активирующих соударений в секунду на частицу обрабатываемого материала, (с-1);N is the number of activating impacts per second per particle of the processed material, (s -1 );
K - коэффициент активации (согласно опыту, 10<K<50 в зависимости от геометрии реактора);K - activation factor (according to experience, 10<K<50 depending on the geometry of the reactor);
t - время полета (~ 
с - теплоемкость газа-носителя частиц обрабатываемого материала, проходящего через реактор PIT, (Дж/К/м3);c is the heat capacity of the carrier gas of particles of the processed material passing through the PIT reactor, (J/K/m 3 );
Тр -температура тяжелых частиц (молекул, радикалов, атомов) в плазме PIT, (К);Тр is the temperature of heavy particles (molecules, radicals, atoms) in PIT plasma, (K);
Tg -температура газа, окружающего каналы плазмы PIT в реакционной зоне, (К);Tg is the temperature of the gas surrounding the PIT plasma channels in the reaction zone, (K);
d - средний диаметр плазменных каналов, (м);d is the average diameter of the plasma channels, (m);
L - длина плазменных каналов.L is the length of the plasma channels.
[60] Настоящее изобретение относится также к устройству, в котором указанная плазмохимическая реакция осуществляется посредством одного или нескольких плазмотронов, называемых PIT 1, содержащих один или несколько электродов, формирующих плазменные каналы длиной L и диаметром d, установленные в реакторе, оборудованном одной трубой или несколькими трубами, подающими частицы обрабатываемого материала, увлекаемые поддерживающим газом в виде потока, наклоненного относительно оси реактора под углом α, причем в устройстве предусмотрена труба для вывода частиц обрабатываемого материала после их обработки и труба для отвода остаточных газов с фильтром, системой рекуперации и клапанами, при этом устройство выполнено так, что поток частиц обрабатываемого материала в реакционной зоне движется по петлеобразной траектории, размеры которой зависят от выбора длины
Краткое описание чертежейBrief description of the drawings
[61] Другие цели, характеристики и преимущества настоящего изобретения следуют из чертежей, схем и иллюстраций, прилагаемых к настоящему изобретению, на которых:[61] Other objects, characteristics and advantages of the present invention follow from the drawings, diagrams and illustrations attached to the present invention, in which:
• Фиг. 1а и 1b иллюстрируют схему электрических импульсов генератора в соответствии с изобретением, в частности, на фиг. 1а показан пример в соответствии с изобретением временного распределения амплитуд высокочастотных импульсов электрического тока при модуляции, а на фиг. 1b. показан пример временного распределения амплитуд высокочастотных импульсов напряжения при модуляции.• FIG. 1a and 1b illustrate the electrical pulse circuit of a generator according to the invention, in particular in FIG. 1a shows an example according to the invention of the temporal distribution of the amplitudes of high-frequency electric current pulses during modulation, and FIG. 1b. shows an example of the temporal distribution of the amplitudes of high-frequency voltage pulses during modulation.
• На фиг. 2 показана схема плазмохимического реактора, позволяющего осуществить способ, заявленный в настоящем изобретении.• In FIG. 2 shows a diagram of a plasma-chemical reactor that makes it possible to carry out the method claimed in the present invention.
• На фиг. 3 показан частный случай устройства для осуществления способа в соответствии с настоящим изобретением.• In FIG. 3 shows a particular case of a device for implementing the method in accordance with the present invention.
• На фиг. 4 показана конструкция реактора, предназначенного для работы, в частности, при высоком давлении.• In FIG. 4 shows the construction of a reactor designed to operate, in particular, at high pressure.
• На фиг. 5 показано медицинское применение настоящего изобретения.• In FIG. 5 shows the medical application of the present invention.
Осуществление изобретенияImplementation of the invention
Сущность предлагаемого способа состоит в следующем:The essence of the proposed method is as follows:
Предложено использовать для плазмохимической обработки фракционированного материала, частиц, способ генерации потока среднетемпературной плазмы в соответствии с приведенными выше ссылками. Оба упомянутых изобретения не позволяют осуществить большинство видов плазмохимической обработки, поскольку параметры упомянутых способов и устройств не согласуются с характеристиками обрабатываемых материалов и свойствами, присущими указанным технологическим процессам. Действительно, например, в случае торрефикации биомассы немыслимо проводить торрефикацию частиц биомассы, движущихся в потоке поддерживающего газа, без согласования эффектов интенсификации турбулентного характера плазмы, мощности генерации импульсов плазмы с расходом обрабатываемого материала, его свойствами, геометрическими характеристиками реактора, конкретным временем генерации плазмы. Чтобы сделать это, недостаточно генерировать исключительно плазму высоковозбужденных молекул в большом объеме так, чтобы максимально увеличить контакт плазмы с частицами обрабатываемого материала. Желаемый эффект не будет достигнут, если энергия соударения частиц плазмы будет ниже энергетического порога указанной плазмохимической реакции, в рассматриваемом примере составляющего порядка 0,1-0,2 эВ на соударение.It is proposed to use for plasma-chemical processing of fractionated material, particles, a method for generating a medium-temperature plasma flow in accordance with the above references. Both mentioned inventions do not allow most types of plasma-chemical processing, since the parameters of the mentioned methods and devices are not consistent with the characteristics of the processed materials and the properties inherent in these technological processes. Indeed, for example, in the case of biomass torrefaction, it is unthinkable to carry out torrefaction of biomass particles moving in a supporting gas flow without matching the effects of intensification of the turbulent nature of the plasma, the power of plasma pulse generation with the flow rate of the processed material, its properties, the geometric characteristics of the reactor, and the specific time of plasma generation. To do this, it is not enough to generate exclusively a plasma of highly excited molecules in a large volume so as to maximize the contact of the plasma with the particles of the material being processed. The desired effect will not be achieved if the energy of the collision of plasma particles is below the energy threshold of the specified plasma-chemical reaction, in the example under consideration, which is on the order of 0.1-0.2 eV per collision.
[64] С другой стороны, необходимо минимизировать энергию, расходуемую плазмой. Если эта энергия не оптимизирована, то не только генерируемая плазма будет слишком "горячей", но и большое количество энергии будет преобразовано в тепловую энергию и рассеяно в ущерб эффективности процесса, а также возникнет опасность перегрева частей реактора, вплоть до их повреждения и разрушения.[64] On the other hand, it is necessary to minimize the energy consumed by the plasma. If this energy is not optimized, then not only will the generated plasma be too "hot", but also a large amount of energy will be converted into thermal energy and dissipated to the detriment of the process efficiency, and there will also be a danger of overheating of the reactor parts, up to their damage and destruction.
[65] Также необходимо контролировать рассеяние (диссипацию) из-за конвекции и излучения энергии, поставляемой плазмой, происходящее, главным образом, в интервал времени между импульсами электрического тока[65] It is also necessary to control the scattering (dissipation) due to convection and radiation of the energy supplied by the plasma, occurring mainly in the time interval between electric current pulses.
[66] Итак, настоящее изобретение относится, прежде всего, к организации заявленного способа следующим образом.[66] So, the present invention relates primarily to the organization of the claimed method as follows.
[67] Плазма, называемая PIT-ТСТП, генерируется одним или несколькими генераторами PIT, как раскрыто в изобретении WO 2011/138525 A1, METHOD AND DEVICE FOR GENERATING A NON-ISOTHERMAL PLASMA JET (СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГЕНЕРАЦИИ НЕИЗОТЕРМИЧЕСКОЙ ПЛАЗМЕННОЙ СТРУИ), дата приоритета: 05.05.2010, которые создают нетепловую плазменную струю в реакторе, называемом PIT, как раскрыто в изобретении WO 2014/076-381, METHOD AND DEVICE FOR TREATING TWO-PHASE FRAGMENTED OR PULVERIZED MATERIAL BY NON-ISOTHERMAL REACTIVE PLASMA FLUX (СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ ДВУХФАЗНОГО ФРАГМЕНТИРОВАННОГО ИЛИ ПУЛЬВЕРИЗИРОВАННОГО МАТЕРИАЛА НЕИЗОТЕРМИЧЕСКИМ РЕАКТИВНЫМ ПЛАЗМЕННЫМ ПОТОКОМ), дата приоритета: 22.05.2014).[67] A plasma, referred to as PIT-TSTP, is generated by one or more PIT generators as disclosed in WO 2011/138525 A1, METHOD AND DEVICE FOR GENERATING A NON-ISOTHERMAL PLASMA JET, date priority: 05/05/2010, which create a non-thermal plasma jet in a reactor called PIT, as disclosed in the invention WO 2014/076-381, METHOD AND DEVICE FOR TREATING TWO-PHASE FRAGMENTED OR PULVERIZED MATERIAL BY NON-ISOTHERMAL REACTIVE PLASMA FLUX (METHOD AND DEVICE FOR TREATMENT OF TWO-PHASE FRAGMENTED OR SPRAYED MATERIAL WITH NONISOTHERMAL REACTIVE PLASMA FLOW), priority date: 22.05.2014).
[68] Струя плазмы, называемой PIT-ТСТП, используемая в настоящем изобретении, получает питание от генератора импульсов электрического тока. Характер импульсов и их параметры показаны на фиг. 1. В частности, длительность импульса t1 должна быть такой, чтобы температура плазменного канала не превышала значения Тр. На практике Тр ~ 2000-3500 К. Длительность интервала времени между импульсами, t2, должна быть такой, чтобы тепловая энергия, накопленная в плазменном канале, рассеялась за счет конвекции и излучения в окружающем пространстве.[68] The plasma jet, referred to as PIT-TSTP, used in the present invention is powered by an electric current pulse generator. The nature of the pulses and their parameters are shown in Fig. 1. In particular, the pulse duration t 1 should be such that the temperature of the plasma channel does not exceed the value Tr. In practice, Tr ~ 2000-3500 K. The duration of the time interval between pulses, t 2 , should be such that the thermal energy accumulated in the plasma channel is dissipated due to convection and radiation in the surrounding space.
[69] Струю частиц обрабатываемого материала с расходом G=m⋅n⋅vρ⋅S2, поддерживаемую потоком газа-носителя, вводят в реакторе под регулируемым углом α между осью питающей трубы для частиц материала и осью реактора, в плазменную струю, преимущественно против турбулентного потока плазмы, называемой PIT. Значение скорости vρ потока частиц близко к средней скорости v2 потока плазмы, а площадь S2 поперечного сечения трубы для ввода частиц материала близка к площади поперечного сечения плазменной струи. Под действием центробежных сил, динамического давления струи частиц обрабатываемого материала, с одной стороны, а с другой стороны, динамического давления, оказываемого плазменной струей, частицы обрабатываемого материала замедляются, осевая проекция их относительной скорости к реактору проходит через ноль, и их траектория образует петлю. Ширина этой петли зависит от угла α и величины скоростей vρ и v2. Размер петли тем больше, чем больше размер обрабатываемых частиц. Это позволяет автоматически изменять время взаимодействия частиц обрабатываемого материала со струей плазмы PIT и, таким образом, контролировать процесс. Процесс также контролируют, изменяя угол α, расход G и параметры импульсов электрического тока. Частицы обрабатываемого материала, не обработанные достаточным образом, поскольку они прошли по периферии плазменной струи, будут отброшены на стенку реактора и под действием силы тяжести упадут в приемную емкость, после чего возвратятся в распределитель частиц обрабатываемого материала. Этот контроль позволяет обеспечить хорошую передачу энергии плазмы частицам обрабатываемого материала через пограничный слой, окружающий частицы обрабатываемого материала, в соответствии с плазмохимический условием, чтобы минимальная энергия реакции должным образом передавалась частицам обрабатываемого материала согласно уравнению 2, чтобы энергия, генерируемая в плазменных каналах, была достаточно мала, чтобы температура плазмы оставалась ниже Тр согласно уравнению 3 и чтобы энергия плазмы надлежащим образом уходила в окружающее пространство в интервалы времени t2 между импульсами электрического тока согласно уравнению 4 и при необходимости придавала потоку плазмы турбулентность с контролируемым масштабом турбулентности и желаемой скоростью реакций, измеряемой, например, скоростью потока частиц обрабатываемого материала, выходящего из реактора.[69] A jet of particles of the processed material with a flow rate of G=m⋅n⋅v ρ ⋅S 2 , supported by a flow of carrier gas, is introduced into the reactor at a controlled angle α between the axis of the feed pipe for material particles and the axis of the reactor, into the plasma jet, mainly against the turbulent plasma flow called PIT. The value of the velocity v ρ of the particle flow is close to the average velocity v 2 of the plasma flow, and the cross-sectional area S 2 of the pipe for introducing material particles is close to the cross-sectional area of the plasma jet. Under the action of centrifugal forces, the dynamic pressure of the jet of particles of the processed material, on the one hand, and on the other hand, the dynamic pressure exerted by the plasma jet, the particles of the processed material slow down, the axial projection of their relative velocity to the reactor passes through zero, and their trajectory forms a loop. The width of this loop depends on the angle α and the magnitude of the velocities v ρ and v 2 . The size of the loop is the larger, the larger the size of the processed particles. This allows you to automatically change the time of interaction of the particles of the processed material with the PIT plasma jet and, thus, control the process. The process is also controlled by changing the angle α, the flow rate G and the parameters of the electric current pulses. Particles of the processed material, not sufficiently processed, since they passed along the periphery of the plasma jet, will be thrown onto the reactor wall and fall under the action of gravity into the receiving container, after which they will return to the particle distributor of the processed material. This control makes it possible to ensure good transfer of plasma energy to the particles of the processed material through the boundary layer surrounding the particles of the processed material, in accordance with the plasma-chemical condition, so that the minimum reaction energy is properly transferred to the particles of the processed material according to
[70] В одном частном случае предусматрена организация коаксиальных газовых зон с переменными скоростью и составом вокруг плазменной струи так, чтобы контролировать ламинарный/турбулентный характер плазмы и управлять потоками газа, способными нарушить процесс, или, наоборот, установить режим течения, необходимый для указанного процесса.[70] In one particular case, the organization of coaxial gas zones with variable velocity and composition around the plasma jet is envisaged in such a way as to control the laminar / turbulent nature of the plasma and control gas flows that can disrupt the process, or, conversely, establish the flow regime necessary for the specified process. .
[71] В другом частном случае, когда в газовом потоке в результате взаимодействия с плазмой формируются твердые компоненты, предусмотрен отвод этих компонентов посредством организации коаксиального газового потока так, чтобы твердые компоненты не ухудшали указанный процесс. Другими словами, в случае, когда твердые частицы образуются на их пути через реактор, целесообразно организовать коаксиальные потоки защитного газа и контроль состояния этих частиц, изменение расхода которых позволяет, с одной стороны, управлять поведением этих частиц (например, их нежелательным осаждением), а с другой стороны, обеспечить их полную обработку (их исчезновение в результате реакции горения или химического воздействия) либо частичную обработку, если эти частицы полезны для целей изобретения.[71] In another particular case, when solid components are formed in the gas flow as a result of interaction with the plasma, these components are removed by organizing a coaxial gas flow so that the solid components do not worsen this process. In other words, in the case when solid particles are formed on their way through the reactor, it is advisable to organize coaxial flows of protective gas and control the state of these particles, the change in the flow rate of which allows, on the one hand, to control the behavior of these particles (for example, their undesirable precipitation), and on the other hand, to ensure their complete processing (their disappearance as a result of a combustion reaction or chemical attack) or partial processing, if these particles are useful for the purposes of the invention.
[72] В качестве примера можно привести случай, когда одним из периферийных газов является метан. При контакте с плазмой метан разлагается на водород Н2 и углерод С. Этот последний при относительно низкой температуре образует твердые частицы сажи, мешающие процессу, способные осаждаться на частях конструкции и создавать непроходимость для различных газовых потоков. Таким образом, требуется устранять их посредством организации гидродинамических завес, функции которых состоят в отделении твердых частиц от частей конструкции при сохранении и даже усилении эффектов турбулентности, способствующих ускорению плазмохимических реакций, при этом организуя реакции, способствующие разрушению формирующихся частиц, например, частиц сажи, посредством их окисления в потоке воздуха или кислорода, отдельно от частей конструкции устройства.[72] An example is the case where one of the peripheral gases is methane. Upon contact with plasma, methane decomposes into hydrogen H 2 and carbon C. This latter, at a relatively low temperature, forms solid soot particles that interfere with the process, capable of depositing on parts of the structure and creating obstruction for various gas flows. Thus, it is required to eliminate them by organizing hydrodynamic curtains, the functions of which are to separate solid particles from parts of the structure while maintaining and even enhancing the effects of turbulence, which contribute to the acceleration of plasma-chemical reactions, while organizing reactions that contribute to the destruction of forming particles, for example, soot particles, by means of their oxidation in a stream of air or oxygen, separately from parts of the structure of the device.
[73] В настоящем изобретении заявлено устройство, источник питания которого показан на фиг.1а и 1b. Электропитание плазмотрона (плазмотронов) PIT обеспечено посредством генератора импульсов, например, типа "инвертор". Высокочастотные импульсы генерируют электрический ток. Они смодулированы в импульсы тока, причем среднее значение амплитуды тока I и среднее значение амплитуды напряжения V удовлетворяют условиям, изложенным выше, а также в раскрытии способа в соответствии с изобретением, обычно это способ плазмохимической обработки фракционированного материала в плазмохимическом реакторе с использованием генератора импульсной плазмы типа PIT-ТСТП, отличающегося тем, что турбулентный характер плазмы PIT усилен, причем средняя мощность генерации потока плазмы PIT, равная произведению средней амплитуды напряжения V, приложенного к электродам, и средней силы тока I в импульсе, подчиняется следующим плазмохимический, диссипативным, электродинамическим и энергетическим условиям:[73] The present invention claims a device whose power supply is shown in Figures 1a and 1b. The power supply of the plasma torch (plasma torches) PIT is provided by a pulse generator, for example, of the "inverter" type. High frequency pulses generate an electric current. They are modulated into current pulses, with the average value of the current amplitude I and the average value of the voltage amplitude V satisfying the conditions set out above, and also in the disclosure of the method according to the invention, it is usually a method for plasma-chemical processing of fractionated material in a plasma-chemical reactor using a pulsed plasma generator of the type PIT-TSTP, characterized in that the turbulent nature of the PIT plasma is enhanced, and the average generation power of the PIT plasma flow, which is equal to the product of the average amplitude of the voltage V applied to the electrodes and the average current strength I in the pulse, is subject to the following plasma-chemical, dissipative, electrodynamic and energy conditions:
0,28⋅k⋅Tg⋅m*⋅P-1⋅Qen -1⋅D-0,5⋅ζ0,5⋅v-0,5>10.28⋅k⋅Tg⋅m*⋅P -1 ⋅Q en -1 ⋅D -0.5 ⋅ζ 0.5 ⋅v -0.5 >1
0,5<(t2/t1)<20.5<(t 2 /t 1 )<2
n⋅v1⋅S⋅E⋅N⋅K⋅t<V⋅I<с⋅(Tp-Tg)⋅L⋅d2/t1 n⋅v 1 ⋅S⋅E⋅N⋅K⋅t<V⋅I<с⋅(Tp-Tg)⋅L⋅d 2 /t 1
гдеwhere
k - постоянная Больцмана;k - Boltzmann's constant;
Tg - температура поддерживающего газа, окружающего разрядный канал PIT, (К);Tg is the temperature of the supporting gas surrounding the discharge channel PIT, (K);
Тр - температура тяжелых частиц (молекул, радикалов, атомов) в плазме;Тр is the temperature of heavy particles (molecules, radicals, atoms) in plasma;
m* - отношение mn/me;m* - ratio m n /m e ;
mn - масса нейтральных частиц;m n - mass of neutral particles;
me - масса электронов;m e is the mass of electrons;
Р - давление;P - pressure;
Qen - среднее эффективное сечение диффузии электронов плазмы среди частиц газа в реакционной зоне;Q en is the average effective cross section for the diffusion of plasma electrons among gas particles in the reaction zone;
D - средний характеристический диаметр частиц обрабатываемого материала;D is the average characteristic particle diameter of the processed material;
v - скорость движения частиц обрабатываемого материала через реактор;v is the speed of movement of particles of the processed material through the reactor;
v1 - скорость потока газа-носителя;v 1 - the flow rate of the carrier gas;
ζ - кинематическая вязкость среды, в которой движутся частицы обрабатываемого материала;ζ is the kinematic viscosity of the medium in which the particles of the processed material move;
t1 -длительность электрического импульса;t 1 - the duration of the electrical impulse;
t2 - интервал времени между электрическими импульсами;t 2 - time interval between electrical impulses;
n - концентрация частиц подлежащего обработке материала, (м-3);n is the concentration of particles of the material to be processed, (m -3 );
v - средняя скорость прохождения частиц обрабатываемого материала через реактор PIT, (м/с);v is the average speed of passage of particles of the processed material through the PIT reactor, (m/s);
S - площадь поперечного сечения плазменной струи, (м2);S is the cross-sectional area of the plasma jet, (m 2 );
Е - энергия активации, передаваемая частицам обрабатываемого материала частицами (молекулами, свободными радикалами, атомами), возбужденными в струе плазмы PIT, или электронами, находящимися в струе плазмы PIT и достигающими поверхности частицы обрабатываемого материала, (Дж);E is the activation energy transferred to the particles of the processed material by particles (molecules, free radicals, atoms) excited in the PIT plasma jet, or by electrons in the PIT plasma jet and reaching the surface of the particle of the processed material, (J);
N - количество активирующих соударений в секунду на частицу обрабатываемого материала, (с-1);N is the number of activating impacts per second per particle of the processed material, (s -1 );
K - коэффициент активации (согласно опыту, 10<K<50 в зависимости от геометрии реактора);K - activation factor (according to experience, 10<K<50 depending on the geometry of the reactor);
t - время полета (~ 
с - теплоемкость газа-носителя частиц обрабатываемого материала, проходящего через реактор PIT, (Дж/К м3);c is the heat capacity of the carrier gas of particles of the processed material passing through the PIT reactor, (J/K m 3 );
Тр -температура тяжелых частиц (молекул, радикалов, атомов) в плазме, называемой PIT, (К);Tr is the temperature of heavy particles (molecules, radicals, atoms) in plasma, called PIT, (K);
Tg -температура газа, окружающего каналы плазмы PIT в реакционной зоне, (К);Tg is the temperature of the gas surrounding the PIT plasma channels in the reaction zone, (K);
d - средний диаметр плазменных каналов, (м);d is the average diameter of the plasma channels, (m);
L - длина плазменных каналов.L is the length of the plasma channels.
[74] В частности, на фиг. 1а показан пример распределения во времени амплитуд высокочастотных импульсов электрического тока при молуляции. На фиг. 1b показан пример распределения во времени амплитуд высокочастотных импульсов напряжения при модуляции. Эти модулированные распределения определены характером среды, окружающей плазмотрон (плазмотроны), прежде всего, геометрией плазмотрона (плазмотронов) и, в частности, электродов, расходом питающих газов плазмотрона (плазмотроновов), турбулентным характером питающих газов плазмотрона (плазмотронов) и его (их) периферии, а также их организацией в плазмотроне (плазмотронах) и на его (их) выходе. Длительность модулированного импульса равна t1. Длительность времени между модулированными импульсами равна t2. Значения t1 и t2 обусловлены выше и в раскрытии способа в соответствии с настоящим изобретением.[74] In particular, in FIG. 1a shows an example of the time distribution of the amplitudes of high-frequency electric current pulses during molulation. In FIG. 1b shows an example of the time distribution of the amplitudes of high frequency voltage pulses during modulation. These modulated distributions are determined by the nature of the environment surrounding the plasma torch (plasmatrons), primarily, the geometry of the plasma torch (plasmatrons) and, in particular, the electrodes, the flow rate of the plasma torch (plasmatrons) feed gases, the turbulent nature of the plasma torch (plasmatrons) feed gases and its (their) periphery , as well as their organization in the plasma torch (plasma torches) and at its (their) outlet. The duration of the modulated pulse is equal to t 1 . The length of time between modulated pulses is equal to t 2 . The values of t 1 and t 2 are stipulated above and in the disclosure of the method in accordance with the present invention.
[75] Устройство для осуществления способа в соответствии с настоящим изобретением показано на фиг. 2.[75] An apparatus for carrying out the method in accordance with the present invention is shown in FIG. 2.
[76] Как показано на фиг. 2, плазму PIT-ТСТП генерирует один или несколько плазмотронов 1, установленных в реакторе 2. Количество используемых плазмотронов зависит от размеров реакционной зоны. Не всегда оптимально увеличивать размер и мощность плазмотрона для оптимизации размера реакционной зоны 3. Часто целесообразно использовать несколько плазмотронов, в частности когда необходимо ограничить уровень температуры в реакционной зоне и увеличить расход газов, участвующих в реакции.[76] As shown in FIG. 2, the PIT-TSTP plasma is generated by one or
[77] Каждый плазмотрон получает питание от одного или нескольких источников тока 5, с датчиками тока 5' и датчиками напряжения 5'', удовлетворяющими условиям, показанным на фиг. 1.[77] Each plasma torch is powered by one or more
[78] Расход (скорость) плазмообразующего газа измеряет датчик 1'.[78] The flow (velocity) of the plasma gas is measured by the sensor 1'.
[79] Каждый плазмотрон имеет по меньшей мере один электрод (в этом случае разряд PIT-ТСТП организован между электродом и землей). Наиболее рекомендуемым является вариант с двумя электродами 4, как показано на фиг. 2. Часто используют 3, 4, 6, 8 и более электродов, количество которых позволяет варьировать распределение параметров плазмы PIT-ТСТП в реакторе 2 конической или цилиндрической формы. Необходимо адаптировать функции системы питания (5) (схематично изображенной на фиг. 2 с датчиками для измерения тока I (5') и напряжения V (5'') электродов плазмотронов) во времени и пространстве для оптимизации распределения энергетических параметров плазменной зоны 3.[79] Each plasma torch has at least one electrode (in this case, the PIT-TSTP discharge is organized between the electrode and the ground). The most recommended is the variant with two
[80] Электроды испускают плазменные каналы 6, которые хаотичным образом развиваются в реакционной зоне. Степень турбулентности плазменных каналов и газов, присутствующих в реакционной зоне, зависит от характера течения газов в реакционной зоне. Степень турбулентности (фиг. 2.) регулируют средствами ее усиления. Они могут быть гидродинамического характера (например, выступы или резкие изменения сечения каналов доступа газа в реактор, острые углы при изменении направления газов, поступающих в реактор) или иного (например, звуковые или инфразвуковые устройства для возбуждения вибраций в газах, поступающих в реактор, или в самом реакторе).[80] The electrodes emit
[81] Труба (трубы) 8 подает (подают) в реактор 2 частицы обрабатываемого материала посредством потока поддерживающего газа (газов) 9, которому можно придать вихревое движение для оптимизации условий смешивания с частицами обрабатываемого материала. Труба 8 составляет угол α, измеряемый датчиком 19', с осью 18 реактора. Трубу 8 можно перемещать относительно оси 18, чтобы возникал крутящий момент, создающий вихревое движение частиц обрабатываемого материала. Их вводят перед реактором 2 через трубу 10 и дозатор 11 (например, бесконечный шнек). Угол α, а также расход поддерживающего газа и частиц обрабатываемого материала регулируют с помощью механизмов перемещения 19 и регуляторов расхода 20 так, чтобы оптимизировать среднюю траекторию 17 прохождения частиц обрабатываемого материала через реакционную зону. После обработки в реакционной зоне 3 частицы выводят 15 по трубе (трубам) 14 через устройства контроля и фильтрации 16.[81] The pipe(s) 8 feed(s) into the
[82] Остаточные газы выводят через трубу (трубы) 12 и фильтрующие устройства 13. Клапаны 21 позволяют либо выводить их, либо возвращать в питающую систему устройства через систему труб 22, как показано на фиг. 2.[82] Residual gases are expelled through pipe(s) 12 and
[83] Устройство работает следующим образом:[83] The device works as follows:
[84] Частицы обрабатываемого материала, дозируемые системой 11, поступают через трубу 10 в реактор 2, смешиваются с потоком поддерживающего газа 9, подаваемого по трубе 8 под углом α к оси 18 реактора 2. Угол α входа потока частиц обрабатываемого материала, смешанного с поддерживающим газом, можно изменять с помощью механизма перемещения 19. Его измеряют с помощью устройства 19'. Расход частиц обрабатываемого материала и поддерживающего газа можно регулировать с помощью регуляторов расхода 20. Эти параметры контролируют с помощью датчиков угла и регуляторов расхода так, чтобы удовлетворять уравнениям, приведенным выше в раскрытии способа настоящего изобретения.[84] Particles of the processed material, dosed by the
[85] Одну или несколько плазменных струй формирует система плазмотронов 1, оборудованная электродами 4 и питаемая системой 5 источников тока типа "инвертор". В результате хаотического движения плазменных каналов 6, исходящих от электродов 4, формируется реакционная зона 3, отличающаяся низкой температурой (на практике -300-500 °С) и высокой степенью возбуждения частиц и турбулентности, что отличает плазму PIT-ТСТП. Поскольку степень турбулентности в зоне реакции важна для указанного плазмохимического процесса, то предусмотрен специальный механизм возбуждения, например, звуковой 7, или механический 7', и соответствующее устройство для контроля состояния турбулентности. Расход частиц обрабатываемого материала, смешанного с поддерживающим газом, переменный угол а, параметры плазмы (средний ток I в импульсе, среднее напряжение V) приводят к тому, что траектория движения частиц обрабатываемого материала становится сложной и образует в реакционной зоне петлю, причем ее форма и размеры зависят от динамических сил давления входящего потока и плазмы, а также от центробежных сил, действующих на частицы во время их прохождения через реакционную зону. Размеры этой петли обусловлены параметрами, определенными в раскрытии способа настоящего изобретения, а также выбором угла падения α, измеряемого и контролируемого устройством 19'. Устройство работает в непрерывном режиме. Поток остаточного газа выходит из реактора через трубу 13 и систему фильтрации 12 и затем будет либо выведен, либо перенаправлен через клапаны 21 и трубу 22 во впускную трубу поддерживающего газа 9. Обработанные частицы 15 выходят из реактора по трубе 14 и попадают к выходу 16 реактора.[85] One or more plasma jets are formed by a system of
[86] Устройство, изображенное на фиг. 2, используется, в частности, для производства торрефицированных порошков, а также для производства синтез-газа (СО+Н2) из биомассы.[86] The device shown in FIG. 2 is used, in particular, for the production of torrefied powders, as well as for the production of synthesis gas (CO+H 2 ) from biomass.
[87] Фиг. 3 соответствует случаю, когда заявляемое устройство используют с несовместимыми, в частности химически активными продуктами, вводимыми как в виде поддерживающего газа 9, так и в виде частиц обрабатываемого материала 26. Реактор 2, стенки плазмотрона 1 нуждаются в защите, например, гидродинамической, в виде потоков газа. Эти защитные потоки показаны в примере на фиг. 3 как потоки, коаксиальные к осям 18, 23 и 24 и коаксиальные к центральному потоку 25, обслуживаемому в плазмотроне 1. Самыми обычными газами для данного применения настоящего изобретения являются, например:[87] FIG. 3 corresponds to the case when the claimed device is used with incompatible, in particular chemically active products, introduced both in the form of supporting
[88] N2 в качестве поддерживающего газа 9;[88] N 2 as supporting
[89] Ar, Не в качестве питающего газа плазмотрона 1;[89] Ar, He as the supply gas of the
[90] N2 в качестве нейтрального газа, вводимого через трубу 24 и при необходимости несущего частицы обрабатываемого материала в соответствии с настоящим изобретением, например, пульверизированные капли углеводородов.[90] N 2 as a neutral gas introduced through the
[91] Воздух, O2, Н2, пары галоидов, газы, нагруженные парами органических элементов, в качестве активных газов и, при необходимости, частицами обрабатываемого материала, все это вводят через трубу (трубы) 23.[91] Air, O 2 , H 2 , halogen vapors, gases loaded with vapors of organic elements as active gases and, if necessary, particles of the material to be processed, are all introduced through the pipe (pipes) 23.
[92] Различные введенные газы существуют раздельно, пока не достигнут зоны, где они смешиваются посредством пограничных слоев, схематически представленных линиями (27). Их присутствие в реактивной зоне зависит от гидродинамических параметров упомянутых потоков.[92] The various introduced gases exist separately until they reach a zone where they mix by means of boundary layers, schematically represented by lines (27). Their presence in the reactive zone depends on the hydrodynamic parameters of the mentioned flows.
[93] Механические защитные меры, например, дефлектор 28, также необходимы для отделения продуктов, выведенных 14 из реактора от входящих потоков газа.[93] Mechanical protective measures, such as a
[94] Реакционная зона 3, траектории движения частиц обрабатываемого материала 17 и активные части плазмы, называемой PIT-ТСТП, а именно, плазменные каналы 6, находятся, в соответствии со схемой заявленного устройства, за пределами начальных зон потоков, то есть в зоне смешивания различных упомянутых потоков (согласно определениям и терминологии, приведенным в монографии авторов Н. Schlichting, K. Gersten, процитированной на с. 9 настоящего изобретения).[94] The
[95] Фиг. 4 показывает устройство для осуществления настоящего изобретения, а именно, для частных случаев, где:[95] FIG. 4 shows a device for implementing the present invention, namely, for special cases, where:
а. Обрабатываемые частицы материала 17' формируются внутри реакционной зоны 3 и подлежат обработке полностью в реакционной зоне 3, то есть в зоне смешивания 27 (в смысле определений и терминологии, приведенных в монографии авторов Н. Schlichting, K. Gersten, процитированной на с. 9 настоящего изобретения) струй, исходящих из впускных труб 23, 24, 25. Это имеет место, например, при вводе такого газа, как метан (СН4), в нейтральную атмосферу, например, азот (N2). Под воздействием частиц, активированных в реакционной зоне 3 плазмой PIT 6, молекулы метана разлагаются на С+Н2. Атомы углерода, как показывает опыт, группируются вместе, образуя частицы сажи. Только при контакте с окислительным газом (воздухом или O2) они сгорают, образуя молекулы СО или CO2, выходящие затем через трубу 13, 14.a. The processed material particles 17' are formed inside the
Для обеспечения более полного сгорания частиц сажи целесообразно впрыснуть дополнительную струю окислительного газа 29 в ближайшую и наиболее доступную часть 28, что позволит использовать для сжигания остаточное возбуждение частиц поддерживающего газа и поверхности частиц сажи. Таким образом, газы, выходящие из реактора, являющегося объектом изобретения, будут полностью очищены и готовы выполнять свою работу, например, приводить в движение лопасти газовой турбины 31 с оптимизированными эффективностью и производительностью.To ensure more complete combustion of soot particles, it is advisable to inject an additional jet of oxidizing
Устройство функционирует при атмосферном давлении или при давлении, превышающем его. Это случай применения, например, упомянутый выше, при подготовке газов для приведения в действие газовой турбины 31. В этом случае реактор 2 выполнен в форме сосуда высокого давления, а все трубы и кабели электропитания введены в шлюзовую камеру 30 реактора 2 посредством соединений 31 и герметичных диэлектрических изоляторов 31'. Плазмотрон 1 находится внутри реактора 2. Источник тока 5 и элементы, обеспечивающие расход различных компонентов, находятся снаружи реактора 2 и шлюзовой камеры 30.The device operates at or above atmospheric pressure. This is the case of application, for example, mentioned above, in the preparation of gases to drive the
b. Частицы обрабатываемого материала вводят в реактор с поддерживающим газом через трубу 23, они поступают в реакционную зону 3 и проходят там полную обработку 17''. Это относится к использованию порошкообразного топлива (угля) и пульверизированных жидких материалов (углеводороды), успешно превращающихся в газ в заявленном устройстве перед тем, как будут использованы, например, направлены на лопатки газовой турбины. В этом последнем случае заявленное устройство обеспечивает работу под давлением, как раскрыто в п. а.b. Particles of the material to be processed are introduced into the reactor with a supporting gas through a
c. Частицы обрабатываемого материала, независимо от того, образуются ли они в реакционной зоне 3 или впрыснуты в реактор через трубу 23, проходят обработку лишь частично 17''' в зоне 3. Так происходит, например, при производстве химических материалов и порошков плазмохимического происхождения. Это также относится к использованию заявленного устройства для подготовки газов, приводящих в действие газовую турбину. В этом случае целесообразно впрыснуть дополнительную струю окислительного газа 29 в ближайшую и наиболее доступную часть 28, что позволит использовать для сжигания остаточное возбуждение частиц поддерживающего газа и поверхности частиц сажи. Таким образом, газы, выходящие из реактора, являющегося объектом изобретения, будут полностью очищены и готовы выполнять свою работу, например, приводить в движение лопасти газовой турбины 31 с максимальной эффективностью и оптимизированной производительностью.c. Particles of the processed material, regardless of whether they are formed in the
[96] Итак, в случае, показанном на фиг. 4, реактор 2 предназначен для работы, в частности, при высоком давлении, для чего он снабжен шлюзовой камерой высокого давления 30, в которую введены газовые трубы 22, 23, 24 посредством соединений 31, линии электрической связи посредством герметичных изолирующих соединений 31', при этом частицы обрабатываемого материала впрыскивают через трубу (трубы) 23 с такой скоростью, что они полностью превращаются в газ в реакционной зоне 17'', или, если они образуются в реакционной зоне 17', то они полностью превращаются в газ в этой зоне, либо, если плазмохимическая реакция произошла не полностью 17''', находятся в состоянии возбуждения вследствие активации, проходящей в реакционной зоне 3, и благодаря впрыску через трубу 28 активного газа на выходе из реактора 29, они полностью превращаются в газ в выходной трубе реактора 13, 14, газы и продукты плазмохимических реакций, выходящие из реактора 2, поступают непосредственно к приводимому в действие объекту 32, например, к лопаткам газовой турбины 32.[96] So, in the case shown in FIG. 4, the
[97] Опыт показал, что заявленное устройство в условиях процесса, раскрытых в настоящем изобретении, в частности это касается плазмохимического возбуждения, может работать при давлении до 30 бар и выше.[97] Experience has shown that the claimed device under the process conditions disclosed in the present invention, in particular with regard to plasma-chemical excitation, can operate at pressures up to 30 bar and above.
[98] На фиг. 5 показано медицинское применение настоящего изобретения. В этом случае:[98] FIG. 5 shows the medical application of the present invention. In this case:
[99] Угол α=180°[99] Angle α=180°
[100] Газ, подаваемый для питания плазмотрона - это предпочтительно аргон или азот.Возможно использование воздуха. Его вводят в устройство через трубу 25.[100] The gas supplied to power the plasma torch is preferably argon or nitrogen. Air may be used. It is introduced into the device through the
[101] Частицы обрабатываемого материала в твердой или предпочтительно в жидкой форме (например, порошки или пульверизированные капли металлоорганического материала), вводят вместе с поддерживающим газом (например, азотом) по трубе 24. Гидродинамический защитный газ для активационной зоны 3 вводят через трубу 23. Скорость газов, вводимых через каналы 23, 24 и 25, выбрана так, чтобы их смешивание в смысле, описанном в монографии (см. Н. Schlichting, K. Gersten, Boundary Layer Theory. Springer - Verlag Berlin, Heidleberg 2017 DOI 10-1007/978-3-612-52919 5_1), происходило за пределами или на границе активационной зоны обрабатываемой ткани (как показано на фиг. 5). Таким образом, область 2', ограниченная газообразными стенками, в данном случае формально представляет собой границы реактора, упомянутого в настоящем изобретении.[101] Particles of the material to be treated, in solid or preferably liquid form (for example, powders or pulverized drops of organometallic material), are introduced together with a support gas (for example, nitrogen) through
[102] Плазма 6, называемая PIT-ТСТП, турбулизированная в области 3, в виде холодного газа высоковозбужденных молекул (и радикалов), вступает в контакт с обрабатываемой поверхностью ткани и осуществляет такие процедуры, как активация, стерилизация, реанимация псевдонекротических клеток, пассивация (нанесение тонкого, нейтрального, твердого слоя, предохраняющего обрабатываемый участок ткани от любого наружного воздействия).[102]
[103] Элементы (23), (24), (25), а также кабели электропитания (34), подключенные к генератору (5), надлежащим образом изолированные, выполнены в виде гибкой линии малого диаметра.[103] Elements (23), (24), (25), as well as power cables (34) connected to the generator (5), properly insulated, are made in the form of a flexible line of small diameter.
[104] Настоящее изобретение используют, в частности, для преобразования биомассы в торрефицированное топливо и водород, уничтожения органических отходов, стимуляции горения в газовых турбинах, проведения хирургических операций, например, реанимация псевдонекротических клеток, и пассивация рубцов.[104] The present invention is used, in particular, for the conversion of biomass into torrefied fuel and hydrogen, the destruction of organic waste, the stimulation of combustion in gas turbines, performing surgical operations, for example, resuscitation of pseudonecrotic cells, and passivation of scars.
[105] Примеры применения настоящего изобретения.[105] Application examples of the present invention.
[106] Пример 1[106] Example 1
[107] Реактор PIT-ТСТП для производства торрефицированных гранул (пеллет) после преобразования биомассы в торрефицированные порошки.[107] PIT-TSTP reactor for the production of torrefied granules (pellets) after converting biomass into torrefied powders.
[108] Исходный продукт: опилки еловой древесины[108] Starting product: spruce sawdust
[109] Поддерживающий газ: азот (N2)[109] Support gas: nitrogen (N 2 )
[110] Расход исходного продукта: 1,2 т/ч[110] Feed product consumption: 1.2 t/h
[111] Мощность устройства: 100 кВт[111] Device power: 100 kW
[112] Длительность импульсов тока: t1=2⋅10-3 с; t2=2⋅10-3 с[112] Duration of current pulses: t 1 =2⋅10 -3 s; t 2 \u003d 2⋅10 -3 s
[113] Производительность: 1 т/ч[113] Productivity: 1 t/h
[114] Угол α: 30°[114] Angle α: 30°
[115][115]
Параметры процесса торрефикации, измеренные и подставленные в (5)Torrefaction process parameters measured and substituted into (5)
[116] Верификация условий изобретения:[116] Verification of the conditions of the invention:
[117] Плазмодинамическое условие (уравн. 1):[117] Plasmadynamic condition (Equation 1):
[118] 0,28⋅k⋅Tg⋅m*⋅P-1⋅Qen -1⋅D-0,5⋅ζ0,5⋅v-0,5=1,11⋅10-2<1[118] 0.28⋅k⋅Tg⋅m*⋅P -1 ⋅Q en -1 ⋅D -0.5 ⋅ζ 0.5 ⋅v -0.5 =1.11⋅10 -2 <1
[119] Условие рассеяния энергии (2):[119] Energy dissipation condition (2):
[120] 0,5<t2/t1=1<2[120] 0.5<t 2 /t 1 =1<2
[121] Электродинамическое и энергетическое условие (уравн. 5)[121] Electrodynamic and energy condition (Equation 5)
[122] n⋅v1⋅S⋅E⋅N⋅K⋅t=5,23⋅103 [122] n⋅v 1 ⋅S⋅E⋅N⋅K⋅t=5.23⋅10 3
[123] с⋅(Тр-Tg)⋅L⋅d2/t1=5,06⋅104 [123] s⋅(Tr-Tg)⋅L⋅d 2 /t 1 =5.06⋅10 4
[124] I⋅V=104 [124] I⋅V=10 4
[125] Таким образом, мы имеем[125] Thus we have
[126] 5,23⋅103<104<5,06⋅104 [126] 5.23⋅10 3 <10 4 <5.06⋅10 4
[127] Таким образом, уравнения (1), (2) и (5) хорошо верифицированы.[127] Thus, equations (1), (2) and (5) are well verified.
[128] Это означает, что указанный способ и осуществляемое устройство удовлетворяют условиям (1), (2) и (5), необходимым для исполнения настоящего изобретения.[128] This means that the specified method and implemented device satisfy the conditions (1), (2) and (5), necessary for the execution of the present invention.
[129] Пример 2[129] Example 2
[130] Реактор, называемый PIT-ТСТП (см. схему на фиг. 4), для стимуляции активации приточных газов в камере сгорания газовой турбины (испытания в доиндустриальной среде).[130] Reactor, called PIT-TSTP (see the scheme in Fig. 4), to stimulate the activation of the supply gases in the combustion chamber of a gas turbine (pre-industrial test).
[131] Реактор, называемый PIT-ТСТП, расположен на входе перед камерой сгорания турбины.[131] The reactor, referred to as PIT-TSTP, is located at the inlet in front of the combustion chamber of the turbine.
[132] Давление процесса: 17 бар.[132] Process pressure: 17 bar.
[133] Исходный продукт: метан, вводимый в реактор через трубы (23)[133] Starting product: methane introduced into the reactor through pipes (23)
[134] Скорость метана: ≤30 м/с[134] Methane velocity: ≤30 m/s
[135] Поддерживающий газ (вводят через трубы (24)): азот (N2)[135] Support gas (introduced through pipes (24)): nitrogen (N 2 )
[136] Скорость поддерживающего газа: ≤20 м/с[136] Support gas velocity: ≤20 m/s
[137] Длина плазмотрона PIT-ТСТП: 9.10-2 м[137] PIT-TSTP plasma torch length: 9.10 -2 m
[138] Диаметр: 11⋅10-2 м[138] Diameter: 11⋅10 -2 m
[139] Угол α: 180°[139] Angle α: 180°
[140] Питающий газ плазмотрона (вводят через трубу (25)): азот (N2)[140] Plasma torch feed gas (introduced through pipe (25)): nitrogen (N 2 )
[141] Средняя скорость питающего газа плазмотрона: ≤20 м/с[141] Plasma torch feed gas average velocity: ≤20 m/s
[142] Мощность устройства: ≤10 кВт[142] Device power: ≤10 kW
[143] Длительность импульсов электрического тока: t1=2⋅10-3 с; t2=10-3 с[143] Duration of electric current pulses: t 1 =2⋅10 -3 s; t 2 \u003d 10 -3 s
[144] Количество электродов (Cu) на плазмотрон: 2 (концентрические).[144] Number of electrodes (Cu) per plasma torch: 2 (concentric).
[145] Общая длительность испытаний при непрерывной работе: 27 часов[145] Total continuous test duration: 27 hours
[146] Результаты:[146] Results:
[147] Увеличение производительности турбины: ~3%[147] Turbine Performance Increase: ~3%
[148] Повышение эффективности процесса горения: ~10%[148] Increased combustion process efficiency: ~10%
[149] Сокращение выбросов NOx: 17%[149] Reduction of NOx emissions : 17%
[150] Полученные результаты не оптимизированы, но считаются достаточными для перехода к стадии промышленных испытаний на турбине мощностью 350 МВт.[150] The results obtained are not optimized, but are considered sufficient to proceed to the stage of commercial testing on a 350 MW turbine.
[151] Пример 3[151] Example 3
[152] Устройство согласно фиг. 5 для лечения, преимущественно и успешно, реанимации псевдонекротических клеток, возникающих в результате внутренних или внешних хирургических вмешательств, и/или пассивации поверхностей хирургически обработанных органических тканей, т.е. нанесения на поверхности тканей тонкого (несколько молекулярных слоев) гибкого слоя, который защищает обработанную поверхность от любого разрушительного воздействия окружающей среды.[152] The apparatus of FIG. 5 for the treatment, advantageously and successfully, of the resuscitation of pseudonecrotic cells resulting from internal or external surgical interventions and/or the passivation of the surfaces of surgically treated organic tissues, i. e. applying a thin (several molecular layers) flexible layer to the surface of tissues, which protects the treated surface from any destructive environmental influences.
[153] Угол α: 180°[153] Angle α: 180°
[154] Диаметр подающей трубы: 8 мм[154] Supply pipe diameter: 8 mm
[155] Диаметр устройства: 12 мм[155] Device diameter: 12 mm
[156] Длина устройства (с возможностью использования для лапароскопии): 30 0 мм[156] Device length (can be used for laparoscopy): 300 mm
[157] Используемые компоненты:[157] Components used:
[158] Труба (25): аргон или азот;[158] Pipe (25): argon or nitrogen;
[159] Труба (24), выходящая в тороидальный коллектор: аргон+пульверизированный гексаметилдисилазан;[159] Pipe (24) leading to the toroidal manifold: argon + pulverized hexamethyldisilazane;
[160] Труба (23), выходящая в тороидальный коллектор: аргон;[160] Pipe (23) leading to the toroidal manifold: argon;
[161] Максимальное значение средней амплитуды импульсов электрического тока: 2 А[161] The maximum value of the average amplitude of the electric current pulses: 2 A
[162] Максимальное значение средней амплитуды импульсов напряжения электрического тока: 10 кВ.[162] The maximum value of the average amplitude of the electric current voltage pulses: 10 kV.
[163] Операции, проведенные в лаборатории:[163] Operations performed in the laboratory:
- Каутеризация (прижигание);- Cauterization (cauterization);
- Дезинфекция;- Disinfection;
- Реанимация псевдонекротических клеток (отбор образцов гистологических исследований обработанных поверхностей органов мышей, кроликов и свиней);- Resuscitation of pseudonecrotic cells (sampling of histological studies of the treated surfaces of the organs of mice, rabbits and pigs);
- Пассивация посредством нанесения пленки оксида кремния (30-80 нм), сформированной из пульверизированного гексаметилдисилазана, переносимого аргоном в реакционной зоне на поверхность предварительно надрезанной и сшитой свиной почки (электронная микроскопия на высушенных образцах).- Passivation by applying a film of silicon oxide (30-80 nm) formed from pulverized hexamethyldisilazane carried by argon in the reaction zone on the surface of a pre-cut and cross-linked porcine kidney (electron microscopy on dried samples).
[164] В целом, как заявлено в настоящем изобретении, способ и устройство плазмохимической обработки фракционированного материала в реакторе, использующем генератор турбулентной струи импульсной плазмы, типа плазменного реактора PIT, работающего при давлении, равном атмосферному или превышающем его, таковы, что основные параметры, размеры реактора, средняя амплитуда тока и напряжения на электродах, диаметр, скорость и концентрация частиц обрабатываемого материала, длительность электрических импульсов и энергия активации частиц обрабатываемого материала связаны так, что частицы обрабатываемого материала проходят в реакторе по траекториям в форме петель с переменным углом падения а в реакторе, что обусловлено доступом частиц плазмы к поверхности частиц обрабатываемого материала и реакцией с ними, рассеянием энергии импульсов тока, передачей энергии, достаточной для осуществления реакции, но ограниченной условием отсутствия нагрева плазмы. [165] Изобретение используют для:[164] In general, as stated in the present invention, the method and apparatus for plasma-chemical processing of fractionated material in a reactor using a pulsed plasma turbulent jet generator, such as a PIT plasma reactor, operating at a pressure equal to or greater than atmospheric pressure, are such that the main parameters, the dimensions of the reactor, the average amplitude of the current and voltage on the electrodes, the diameter, speed and concentration of the particles of the processed material, the duration of the electrical impulses and the activation energy of the particles of the processed material are connected so that the particles of the processed material pass in the reactor along trajectories in the form of loops with a variable angle of incidence a reactor, which is due to the access of plasma particles to the surface of the particles of the material being processed and the reaction with them, the dissipation of the energy of current pulses, the transfer of energy sufficient to carry out the reaction, but limited by the condition of the absence of plasma heating. [165] The invention is used for:
- преобразования биомассы в торрефицированное топливо и водород,- conversion of biomass into torrefied fuel and hydrogen,
- уничтожения органических отходов,- destruction of organic waste,
- стимуляции горения в газовых турбинах,- stimulation of combustion in gas turbines,
- проведения хирургических операций, например, реанимации псевдонекротических клеток, и пассивации рубцов.- performing surgical operations, for example, resuscitation of pseudonecrotic cells, and passivation of scars.
Claims (70)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR19/02960 | 2019-03-21 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2779737C1 true RU2779737C1 (en) | 2022-09-12 |
Family
ID=
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2196394C1 (en) * | 2001-05-18 | 2003-01-10 | Александров Андрей Федорович | Method and device for plasma treatment of material and plasma generation process |
| EA200702654A1 (en) * | 2005-06-14 | 2008-08-29 | Юрий Михайлович Горовой | INSTALLATION FOR TITANIUM DIOXIDE SYNTHESIS AND PLASMOHEMIC REACTOR |
| WO2011119274A1 (en) * | 2010-03-25 | 2011-09-29 | Drexel University | Gliding arc plasmatron reactor with reverse vortex flow for the conversion of hydrocarbon fuel into synthesis gas |
| WO2011138525A1 (en) * | 2010-05-05 | 2011-11-10 | Pek 38-40 | Method and device for generating a non-isothermal plasma jet |
| WO2014076381A1 (en) * | 2012-11-19 | 2014-05-22 | Abenz 81-40 | Method and device for treating two-phase fragmented or pulverized material by non-isothermal reactive plasma flux |
| WO2018179344A1 (en) * | 2017-03-31 | 2018-10-04 | 株式会社イーツーラボ | Plasma surface treatment method and plasma surface treatment apparatus |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2196394C1 (en) * | 2001-05-18 | 2003-01-10 | Александров Андрей Федорович | Method and device for plasma treatment of material and plasma generation process |
| EA200702654A1 (en) * | 2005-06-14 | 2008-08-29 | Юрий Михайлович Горовой | INSTALLATION FOR TITANIUM DIOXIDE SYNTHESIS AND PLASMOHEMIC REACTOR |
| WO2011119274A1 (en) * | 2010-03-25 | 2011-09-29 | Drexel University | Gliding arc plasmatron reactor with reverse vortex flow for the conversion of hydrocarbon fuel into synthesis gas |
| WO2011138525A1 (en) * | 2010-05-05 | 2011-11-10 | Pek 38-40 | Method and device for generating a non-isothermal plasma jet |
| WO2014076381A1 (en) * | 2012-11-19 | 2014-05-22 | Abenz 81-40 | Method and device for treating two-phase fragmented or pulverized material by non-isothermal reactive plasma flux |
| WO2018179344A1 (en) * | 2017-03-31 | 2018-10-04 | 株式会社イーツーラボ | Plasma surface treatment method and plasma surface treatment apparatus |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9732299B2 (en) | Method and device for treating two-phase fragmented or pulverized material by non-isothermal reactive plasma flux | |
| JP5944487B2 (en) | Method for treating gas and apparatus for carrying out the method | |
| Sun et al. | Review on microwave–metal discharges and their applications in energy and industrial processes | |
| ES2247370T3 (en) | PROCEDURE FOR MANUFACTURING POWDER OF GREAT COMPOUNDS AND DEVICE FOR CARRYING OUT THE PROCEDURE. | |
| Rutberg | Plasma pyrolysis of toxic waste | |
| BRPI0717334A2 (en) | Particles in submicron amorphous | |
| Tatarova et al. | Microwave plasma source operating with atmospheric pressure air-water mixtures | |
| Dave et al. | Plasma pyrolysis and gasification of plastics waste–a review | |
| WO2012028687A1 (en) | Device and method for the treatment of a gaseous medium and use of the device for the treatment of a gaseous medium, liquid, solid, surface or any combination thereof | |
| RU2779737C1 (en) | Device and method for processing fractionated material with medium-temperature plasma | |
| US5960026A (en) | Organic waste disposal system | |
| US20210086158A1 (en) | Microwave enhancement of chemical reactions | |
| WO2020188344A1 (en) | Device and method for the plasma treatment of fragmented material at intermediate temperatures | |
| US20230294065A1 (en) | Method and system for transforming a gas mixture using pulsed plasma | |
| Ananthanarasimhan et al. | Characterization and Applications of Non-Magnetic Rotating Gliding Arc Reactors-A Brief Review | |
| Zhu et al. | Microwave Plasma Setups for CO2 Conversion: A Mini-Review | |
| Gitzhofer | A review on plasma technologies applied to thermo-chemical biomass conversion | |
| EP4347111A1 (en) | Method for treating gases and gas mixtures, by intermediate temperature plasma referred to as pit pttm, device and use | |
| RU2240850C1 (en) | Method for thermochemical detoxification of high-toxicity substances | |
| CA2694243A1 (en) | A gas reformulation system comprising means to optimize the effectiveness of gas conversion | |
| Samantaray et al. | On the Spatial Behavior of Background Plasma in Different Background Pressure in CPS Device | |
| Jivotov | Microwave reactors for plasma chemistry | |
| Tahara et al. | Plasma characteristics of supersonic nitrogen/hydrogen-mixture and ammonia plasma jets and nitrided material properties | |
| Krawczyk et al. | Microwave reactor for nitrous oxide processing | |
| EP2611521A1 (en) | Device and method for the treatment of a gaseous medium and use of the device for the treatment of a gaseous medium, liquid, solid, surface or any combination thereof |